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第1章 半导体器件基本方程1

1.1 半导体器件基本方程的形式1

1.2 基本方程的简化与应用举例3

本章参考文献5

第2章 PN结6

2.1 PN结的平衡状态6

2.1.1 空间电荷区的形成6

2.1.2 内建电场、内建电势与耗尽区宽度7

2.1.3 能带图10

2.1.4 线性缓变结11

2.1.5 耗尽近似和中性近似的适用性12

2.2 PN结的直流电流电压方程15

2.2.1 外加电压时载流子的运动情况15

2.2.2 势垒区两旁载流子浓度的玻耳兹曼分布17

2.2.3 扩散电流18

2.2.4 势垒区产生复合电流［2，3］21

2.2.5 正向导通电压23

2.2.6 薄基区二极管24

2.3 准费米能级与大注入效应25

2.3.1 自由能与费米能级25

2.3.2 准费米能级27

2.3.3 大注入效应28

2.4 PN结的击穿32

2.4.1 碰撞电离率和雪崩倍增因子32

2.4.2 雪崩击穿35

2.4.3 齐纳击穿40

2.4.4 热击穿42

2.5 PN结的势垒电容44

2.5.1 势垒电容的定义44

2.5.2 突变结的势垒电容45

2.5.3 线性缓变结的势垒电容46

2.5.4 实际扩散结的势垒电容46

2.6 PN结的交流小信号特性与扩散电容48

2.6.1 交流小信号下的扩散电流49

2.6.2 交流导纳与扩散电容50

2.6.3 二极管的交流小信号等效电路51

2.7 PN结的开关特性51

2.7.1 PN结的直流开关特性51

2.7.2 PN结的瞬态开关特性52

2.7.3 反向恢复过程53

2.7.4 存储时间与下降时间54

2.8 SPICE中的二极管模型56

习题二58

本章参考文献60

第3章 双极结型晶体管62

3.1 双极结型晶体管基础62

3.1.1 双极结型晶体管的结构62

3.1.2 偏压与工作状态63

3.1.3 少子浓度分布与能带图63

3.1.4 晶体管的放大作用65

3.2 均匀基区晶体管的电流放大系数［1-11］67

3.2.1 基区输运系数67

3.2.2 基区渡越时间69

3.2.3 发射结注入效率69

3.2.4 电流放大系数70

3.3 缓变基区晶体管的电流放大系数71

3.3.1 基区内建电场的形成71

3.3.2 基区少子电流密度与基区少子浓度分布72

3.3.3 基区渡越时间与输运系数73

3.3.4 注入效率与电流放大系数74

3.3.5 小电流时放大系数的下降75

3.3.6 发射区重掺杂的影响76

3.3.7 异质结双极型晶体管79

3.4 双极结型晶体管的直流电流电压方程79

3.4.1 集电结短路时的电流79

3.4.2 发射结短路时的电流80

3.4.3 晶体管的直流电流电压方程80

3.4.4 晶体管的输出特性81

3.4.5 基区宽度调变效应83

3.5 双极结型晶体管的反向特性85

3.5.1 反向截止电流85

3.5.2 共基极接法中的雪崩击穿电压87

3.5.3 共发射极接法中的雪崩击穿电压88

3.5.4 发射极与基极间接有外电路时的反向电流与击穿电压89

3.5.5 发射结击穿电压90

3.5.6 基区穿通效应90

3.6 基极电阻92

3.6.1 方块电阻92

3.6.2 基极接触电阻和接触孔边缘到工作基区边缘的电阻94

3.6.3 工作基区的电阻和基极接触区下的电阻96

3.7 双极结型晶体管的功率特性98

3.7.1 大注入效应98

3.7.2 基区扩展效应103

3.7.3 发射结电流集边效应107

3.7.4 晶体管的热学性质111

3.7.5 二次击穿和安全工作区116

3.8 电流放大系数与频率的关系121

3.8.1 高频小信号电流在晶体管中的变化122

3.8.2 基区输运系数与频率的关系123

3.8.3 高频小信号电流放大系数129

3.8.4 晶体管的特征频率137

3.8.5 影响高频电流放大系数与特征频率的其他因素139

3.9 高频小信号电流电压方程与等效电路142

3.9.1 小信号的电荷控制模型143

3.9.2 小信号的电荷电压关系144

3.9.3 高频小信号电流电压方程145

3.9.4 Y参数147

3.9.5 小信号等效电路148

3.10 功率增益和最高振荡频率152

3.10.1 高频功率增益与高频优值152

3.10.2 最高振荡频率154

3.10.3 高频晶体管的结构154

3.11 双极结型晶体管的开关特性156

3.11.1 晶体管的静态大信号特性156

3.11.2 晶体管的直流开关特性161

3.11.3 晶体管的瞬态开关特性163

3.12 SPICE中的双极晶体管模型169

3.12.1 埃伯斯-莫尔（EM）模型169

3.12.2 葛谋-潘（GP）模型［46］174

3.13 双极结型晶体管的噪声特性178

3.13.1 噪声与噪声系数179

3.13.2 晶体管的噪声源180

3.13.3 晶体管的高频噪声等效电路183

3.13.4 晶体管的高频噪声系数185

3.13.5 晶体管高频噪声的基本特征188

习题三190

本章参考文献197

第4章 绝缘栅型场效应晶体管199

4.1 MOSFET基础199

4.2 MOSFET的阈电压203

4.2.1 MOS结构的阈电压203

4.2.2 MOSFET的阈电压205

4.3 MOSFET的直流电流电压方程210

4.3.1 非饱和区直流电流电压方程210

4.3.2 饱和区的特性214

4.4 MOSFET的亚阈区导电216

4.5 MOSFET的直流参数与温度特性219

4.5.1 MOSFET的直流参数219

4.5.2 MOSFET的温度特性220

4.5.3 MOSFET的击穿电压221

4.6 MOSFET的小信号参数、高频等效电路及频率特性223

4.6.1 MOSFET的小信号交流参数223

4.6.2 MOSFET的小信号高频等效电路225

4.6.3 最高工作频率和最高振荡频率231

4.6.4 沟道渡越时间232

4.7 MOSFET的噪声特性［8］232

4.7.1 1/f噪声232

4.7.2 沟道热噪声233

4.7.3 诱生栅极噪声233

4.7.4 高频噪声等效电路和高频噪声系数235

4.8 短沟道效应237

4.8.1 小尺寸效应237

4.8.2 迁移率调制效应239

4.8.3 漏诱生势垒降低效应243

4.8.4 强电场效应244

4.9 MOSFET的发展方向248

4.9.1 按比例缩小的MOSFET248

4.9.2 双扩散MOSFET251

4.9.3 SOS-MOSFET251

4.9.4 深亚微米MOSFET252

4.10 SPICE中的MOSFET模型255

4.10.1 MOS1模型255

4.10.2 MOS2模型256

4.10.3 MOS3模型259

4.10.4 电容模型260

4.10.5 小信号模型262

4.10.6 串联电阻的影响262

习题四262

本章参考文献263

第5章 半导体异质结器件265

5.1 半导体异质结265

5.1.1 半导体异质结的能带突变266

5.1.2 半导体异质结伏安特性268

5.2 高电子迁移率晶体管（HEMT）270

5.2.1 高电子迁移率晶体管的基本结构271

5.2.2 HEMT的工作原理271

5.2.3 异质结界面的二维电子气273

5.2.4 高电子迁移率晶体管（HEMT）的直流特性274

5.2.5 HEMT的高频模型278

5.2.6 HEMT的高频小信号等效电路279

5.2.7 高电子迁移率晶体管（HEMT）的频率特性280

5.3 异质结双极晶体管（HBT）282

5.3.1 HBT的基础理论282

5.3.2 能带结构与HBT性能的关系286

5.3.3 异质结双极晶体管的特性289

5.3.4 Si/Si1-xGex异质结双极晶体管292

习题五296

本章参考文献297

附录A 晶体管设计中的一些常用图299

A.1 扩散结势垒区宽度xd与势垒电容CT和外加电压V的关系曲线299

A.2 室温下硅电阻率随施主或受主浓度的变化301

A.3 扩散结的耗尽区在扩散层一侧所占厚度xCB对耗尽区总厚度xC之比（xCB/xC）与外加电压V的关系曲线301

A.4 硅中扩散层的电导率曲线302

A.5 硅中载流子的迁移率与扩散系数曲线304