本书重点介绍PN结二极管，双极型晶体管和MOS场效应晶体管这三种基本微电子器件的工作原理和基本特性，并阐述器件特性与结构、材料和工艺参数之间的关系。书中还简要介绍了一些其他代表性的半导体器件，如特殊二极管、晶闸管、光电器件和电荷耦合器件等。本书可作为高等学校相关课程的教材，也可供微电子领域的相关专业人员参考。
本书重点介绍pn结二极管、双极型晶体管和MOS场效应晶体管这三种基本微电子器件的工作原理与基本特性，并阐述器件特性与结构、材料和工艺参数之间的关系。书中还详细介绍了其他一些代表性的半导体器件，如特殊二极管、晶闸管、光电器件和电荷耦合器件等。本书可作为高等学校相关课程的教材，也可供微电子领域的相关专业人员参考。
本书特点
从宏观和微观、定性和定量角度详细分析pn结二极管、双极型晶体管、MOS场效应晶体管内部载流子运动和电荷变化的规律；
结合结构、材料、工艺，介绍器件特性，深入探讨微电子器件的本质；
同时介绍一些代表性器件的结构、原理及特性，为微电子器件的研究、设计、制造和应用奠定理论基础。
晶体管和集成电路的发明催生了新兴的微电子学和微电子技术，使人类进入了信息化时代。电子科学与技术的迅速发展已经“改变了世界”。电子器件是电子科学与技术的基础，晶体管是最重要和应用最广泛的微电子基础器件，由其发展和组成的集成电路已广泛应用于计算机、通信、家电和军工等许多科技和工程领域，推动着人类科学技术的发展。我国已经成为电子信息产业大国，集成电路及其相关产业的产品约占世界市场的一半，发展集成电路已成为国家的战略需求。培养电子科学与技术领域的专业人才是我国高等学校的一项重要任务，微电子基础器件是高等学校电子信息类专业的一门核心基础课程。
本书作者长期担任电子器件及其应用的教学科研任务，讲授本科生、研究生有关电子器件的课程十余年，在教学讲义的基础上，经过进一步整理、修改、补充，编著了本书。书中对pn结二极管、双极型晶体管、MOSFET这三类基础器件，从宏观和微观方面，定性和定量地进行详细分析，论述器件内部载流子运动和电荷变化的规律，介绍器件特性与结构、材料、工艺的关系，深入探讨微电子器件的本质；同时介绍了一些有代表性的其他器件的结构、原理及特性，为微电子器件的研究、设计、制造和应用奠定理论基础。本书可作为高等学校电子信息类专业有关电子器件课程理论教学的教材，也可供从事相关领域的科学研究人员和工程技术人员参考，各学校在教学中可根据需要和课时选用部分章节。
本书第2～8章、第11章由曾云编著，第1章、第9章、第10章由杨红官编著，附录由杨红官整理。在本书编著过程中，作者参考了大量的相关教材和文献资料，选用了一些研究成果和图表数据，这些参考文献统一列于书末。作者在此对所有参考文献的贡献者表示衷心感谢。
由于作者水平有限，本书难免存在需要完善之处，热忱欢迎读者赐予宝贵意见。
微电子器件
本书重点介绍pn结二极管、双极型晶体管和MOS场效应晶体管这三种基本微电子器件的工作原理和基本特性，并阐述器件特性与结构、材料和工艺参数之间的关系。书中还简要介绍了一些其他代表性的半导体器件，如特殊二极管、晶闸管、光电器件和电荷耦合器件等。本书可作为高等学校相关课程的教材，也可供微电子领域的相关专业人员参考。
本书特色：
·在宏观和微观、定性和定量角度详细分析pn结二极管、双极型晶体管、金属-氧化物-半导体场效应管器件内部载流子运动和电荷变化的规律书；
·结合结构、材料、工艺，介绍器件特性，深入探讨微电子器件的本质；
·同时介绍一些有代表性的其他器件的结构、原理及特性，为微电子器件的研究、设计、制造和应用奠定理论基础。
前言
教学建议
第1章微电子器件物理基础1
1.1半导体的晶体结构与能带1
1.1.1半导体的晶体结构1
1.1.2半导体能带图3
1.1.3半导体晶格缺陷及其能级9
1.2半导体中载流子的统计分布15
1.2.1状态密度函数与统计分布函数16
1.2.2本征载流子18
1.2.3非本征载流子20
1.3半导体中载流子的输运规律24
1.3.1载流子的产生与复合24
1.3.2载流子的漂移运动26
1.3.3载流子的扩散运动29
1.3.4载流子的输运方程31
习题34
第2章pn结二极管35
2.1pn结杂质浓度分布35
2.2平衡pn结36
2.2.1空间电荷区36
2.2.2能带图37
2.2.3接触电势差38
2.2.4载流子浓度39
2.3pn结的空间电荷区电场和电位分布40
2.3.1突变结41
2.3.2线性缓变结42
2.3.3耗尽层近似43
2.4pn结势垒电容44
2.4.1突变结势垒电容44
2.4.2线性缓变结势垒电容45
2.5pn结直流特性46
2.5.1非平衡载流子的注入46
2.5.2反向抽取47
2.5.3准费米能级和载流子浓度48
2.5.4直流电流电压方程49
2.5.5影响pn结直流特性的其他因素52
2.5.6温度对pn结电流和电压的影响57
2.6pn结小信号交流特性与开关特性58
2.6.1小信号交流特性58
2.6.2开关特性61
2.7pn结击穿特性63
2.7.1基本击穿机构63
2.7.2雪崩击穿电压64
2.7.3影响雪崩击穿电压的因素68
习题70
第3章特殊二极管72
3.1变容二极管72
3.1.1pn结电容72
3.1.2电容电压特性73
3.1.3变容二极管基本特性75
3.1.4特殊变容二极管78
3.2隧道二极管79
3.2.1隧道过程的定性分析79
3.2.2隧道概率和隧道电流80
3.2.3等效电路及特性82
3.2.4反向二极管83
3.3肖特基二极管83
3.3.1肖特基势垒83
3.3.2电流电压特性85
3.3.3肖特基二极管和pn结二极管的比较86
3.3.4金属半导体欧姆接触86
3.4雪崩二极管88
3.4.1崩越二极管的工作原理88
3.4.2崩越二极管的特性90
3.4.3几种崩越二极管91
3.4.4俘越二极管92
3.4.5势越二极管95
习题96
第4章晶体管直流特性97
4.1晶体管的基本结构与放大机理97
4.1.1晶体管结构与杂质分布97
4.1.2晶体管的放大机理98
4.2晶体管直流电流电压方程100
4.2.1均匀基区晶体管100
4.2.2缓变基区晶体管103
4.3晶体管电流放大系数与特性曲线105
4.3.1电流放大系数105
4.3.2特性曲线107
4.3.3电流放大系数理论分析108
4.3.4影响电流放大系数的其他因素110
4.4晶体管反向电流与击穿电压112
4.4.1晶体管反向电流113
4.4.2晶体管击穿电压113
4.5晶体管基极电阻116
4.5.1梳状晶体管基极电阻117
4.5.2圆形晶体管基极电阻119
习题119
第5章晶体管频率特性与开关特性121
5.1晶体管频率特性理论分析121
5.1.1晶体管频率特性参数121
5.1.2共基极电流放大系数与截止频率121
5.1.3共射极电流放大系数与频率参数125
5.2晶体管高频参数与等效电路127
5.2.1交流小信号电流电压方程127
5.2.2晶体管Y参数方程及其等效电路128
5.2.3晶体管h参数方程及其等效电路131
5.2.4晶体管高频功率增益和最高振荡频率133
5.3晶体管的开关过程133
5.3.1开关晶体管静态特性133
5.3.2晶体管的开关过程134
5.3.3晶体管的开关参数135
5.4Ebers-Moll模型和电荷控制方程135
5.4.1Ebers-Moll模型及等效电路135
5.4.2电荷控制方程137
5.5晶体管的开关时间138
5.5.1延迟时间138
5.5.2上升时间139
5.5.3贮存时间140
5.5.4下降时间143
习题143
第6章晶体管功率特性145
6.1基区电导调制效应145
6.1.1注入对基区载流子分布的影响145
6.1.2大注入对电流放大系数的影响147
6.1.3大注入对基区渡越时间的影响149
6.1.4大注入临界电流密度150
6.2有效基区扩展效应150
6.2.1注入电流对集电结空间电荷区电场分布的影响150
6.2.2基区扩展151
6.3发射极电流集边效应153
6.3.1基区横向压降153
6.3.2发射极有效条宽154
6.3.3发射极单位周长电流容量154
6.3.4发射极金属条长155
6.4晶体管最大耗散功率155
6.4.1耗散功率和最高结温155
6.4.2晶体管的热阻156
6.4.3晶体管最大耗散功率158
6.5晶体管二次击穿和安全工作区158
6.5.1二次击穿现象158
6.5.2二次击穿的机理和防止二次击穿的措施159
6.5.3晶体管的安全工作区161
习题162
第7章晶闸管163
7.1晶闸管的基本结构与工作原理163
7.1.1基本结构及静态分析163
7.1.2晶闸管的工作原理164
7.1.3电流电压特性166
7.2晶闸管的导通特性167
7.2.1导通特性定性描述167
7.2.2导通特性曲线的不同区域168
7.2.3影响导通过程的其他因素170
7.3晶闸管的阻断能力170
7.3.1反向阻断能力170
7.3.2正向阻断能力171
7.3.3表面对阻断能力的影响171
7.4晶闸管的关断特性172
7.4.1载流子贮存效应172
7.4.2改善关断特性的措施173
7.5双向晶闸管174
7.5.1二极晶闸管174
7.5.2控制极结构及触发174
习题176
第8章MOSFET177
8.1MOSFET结构、分类和特性曲线177
8.1.1MOSFET结构177
8.1.2MOSFET类型178
8.1.3MOSFET特性曲线180
8.2MOSFET阈值电压182
8.2.1阈值电压的定义182
8.2.2理想MOSFET阈值电压182
8.2.3MOSFET阈值电压183
8.3MOSFET电流电压特性184
8.3.1线性工作区的电流电压特性184
8.3.2饱和工作区的电流电压特性185
8.3.3击穿区185
8.3.4亚阈值区的电流电压特性186
8.4MOSFET二级效应187
8.4.1迁移率变化效应187
8.4.2衬底偏置效应187
8.4.3体电荷变化效应188
8.5MOSFET频率特性189
8.5.1MOSFET的增量参数189
8.5.2小信号特性与等效电路192
8.5.3截止频率192
8.6MOSFET功率特性193
8.6.1MOSFET的极限参数193
8.6.2功率MOSFET的结构195
8.7MOSFET温度特性197
8.8MOSFET小尺寸特性198
8.8.1短沟道效应198
8.8.2窄沟道效应200
8.8.3等比例缩小规则202
习题202
第9章纳米级MOS器件203
9.1SOI结构203
9.1.1SOI材料制备技术203
9.1.2工作模式与物理效应205
9.1.3SOI器件的电流电压关系207
9.2纳米MOS器件中的栅工程和沟道工程210
9.2.1MOS器件栅结构的变化210
9.2.2MOS器件沟道方面的变化213
9.3双栅MOSFET215
9.3.1结构特点215
9.3.2双栅SOI MOS器件的按比例缩小理论217
9.3.3双栅MOS器件的制备工艺217
9.3.4双栅MOSFET的电特性219
9.4硅纳米线晶体管221
9.4.1硅纳米线晶体管的结构、制备与特性221
9.4.2硅纳米线晶体管的理论模型222
习题224
第10章半导体异质结器件225
10.1半导体异质结及其能带图像225
10.2半导体异质结的伏安特性228
10.2.1异质结的伏安特性和注入特性228
10.2.2突变异质结的伏安特性231
10.3异质结双极晶体管231
10.3.1异质结双极晶体管的结构与特性232
10.3.2几种常用的异质结双极晶体管23410.4GaAs金属半导体场效应晶体管236
10.4.1GaAs MESFET的结构和工作原理236
10.4.2GaAs MESFET的理论模型237
10.5高电子迁移率晶体管238
10.5.1HEMT的器件结构和工作原理239
10.5.2HEMT的理论模型240
习题241
第11章光电器件与电荷耦合器件242
11.1光电效应242
11.1.1半导体的光吸收242
11.1.2半导体光电效应243
11.2光电池245
11.2.1基本结构和主要参数245
11.2.2pn结光电池246
11.2.3异质结光电池249
11.2.4金属半导体结光电池253
11.2.5太阳电池255
11.3光敏晶体管256
11.3.1光敏二极管256
11.3.2光敏三极管260
11.3.3光敏场效应管262
11.3.4光控晶闸管264
11.4电荷耦合器件265
11.4.1CCD的工作原理265
11.4.2输入与输出267
11.4.3基本特性269
11.4.4CCD摄像器件271
习题272
附录273
参考文献281
