固态电子器件（第6版）
第1章 晶体性质和半导体生长 1
1.1 半导体材料 1
1.2 晶格 2
1.2.1 周期结构 2
1.2.2 立方晶格 4
1.2.3 晶面与晶向 5
1.2.4 金刚石晶格 7
1.3 块状晶体生长 9
1.3.1 制备原材料 9
1.3.2 单晶的生长 9
1.3.3 圆片 10
1.3.4 掺杂 11
1.4 外延生长 12
1.4.1 外延生长的晶格匹配 12
1.4.2 汽相外延 14
1.4.3 分子束外延 15
小结 17
习题 17
参考读物 18
自我测验 18
第2章 原子和电子 21
2.1 物理模型介绍 21
2.2 重要实验 22
2.2.1 光电效应 22
2.2.2 原子光谱 23
2.3 玻尔模型 24
2.4 量子力学 26
2.4.1 几率和不确定性原理 26
2.4.2 薛定谔波动方程 27
2.4.3 势阱问题 29
2.4.4 隧穿 30
2.5 原子结构和元素周期表 31
2.5.1 氢原子 32
2.5.2 元素周期表 33
小结 37
习题 37
参考读物 38
自我测验 39
第3章 半导体能带和载流子 41
3.1 固体的结合力和能带 41
3.1.1 固体的结合力 41
3.1.2 能带 42
3.1.3 金属、半导体和绝缘体 44
3.1.4 直接禁带半导体和间接禁带半导体 45
3.1.5 能带结构随合金组分的变化 47
3.2 半导体中的载流子 48
3.2.1 电子和空穴 48
3.2.2 有效质量 50
3.2.3 本征材料 53
3.2.4 非本征材料 54
3.2.5 量子阱中的电子和空穴 56
3.3 载流子浓度 57
3.3.1 费米能级 57
3.3.2 平衡态下电子和空穴的浓度 59
3.3.3 载流子浓度对温度的依赖关系 63
3.3.4 杂质补偿和空间电荷的中性 64
3.4 载流子在电场和磁场中的运动 65
3.4.1 电导率和迁移率 66
3.4.2 漂移和电阻 68
3.4.3 温度和掺杂对迁移率的影响 69
3.4.4 高电场效应 70
3.4.5 霍尔效应 72
3.5 平衡态费米能级的不变性 73
小结 74
习题 75
参考读物 76
自我测验 77
第4章 半导体中的过剩载流子 79
4.1 光吸收 79
4.2 发光机理 81
4.2.1 光致发光 81
4.2.2 电致发光 83
4.3 载流子寿命和光导电性 83
4.3.1 电子和空穴的直接复合 84
4.3.2 间接复合与陷阱 85
4.3.3 稳态载流子产生；准费米能级 87
4.3.4 光导器件 89
4.4 载流子的扩散 90
4.4.1 扩散过程 90
4.4.2 载流子的扩散和漂移，内建电场 92
4.4.3 扩散和复合，连续性方程 94
4.4.4 稳态载流子注入和扩散长度 95
4.4.5 海恩斯－肖克莱实验 97
4.4.6 准费米能级的梯度 99
小结 100
习题 101
参考读物 102
自我测验 102
第5章 PN结 104
5.1 PN结的制造 104
5.1.1 热氧化 104
5.1.2 扩散 105
5.1.3 快速热处理 106
5.1.4 离子注入 107
5.1.5 化学气相淀积 108
5.1.6 光刻 109
5.1.7 刻蚀 112
5.1.8 金属化 113
5.2 平衡态的PN结 114
5.2.1 接触电势 115
5.2.2 平衡态时的费米能级 118
5.2.3 结的空间电荷 118
5.3 正偏结、反偏结和稳态条件 121
5.3.1 结电流的定性分析 122
5.3.2 载流子的注入 124
5.3.3 反向偏置 130
5.4 反向击穿 132
5.4.1 齐纳击穿 133
5.4.2 雪崩击穿 134
5.4.3 整流器 135
5.4.4 击穿二极管 138
5.5 瞬态特性和交流特性 138
5.5.1 存储电荷的瞬态变化 139
5.5.2 反向恢复过程 141
5.5.3 开关二极管 143
5.5.4 PN结电容 143
5.5.5 变容二极管 147
5.6 简单理论的修正 147
5.6.1 接触电势对载流子注入的影响 148
5.6.2 耗尽层中载流子的复合和产生 149
5.6.3 欧姆损耗 151
5.6.4 缓变结 152
5.7 金属半导体结 153
5.7.1 肖特基势垒 154
5.7.2 整流接触 155
5.7.3 欧姆接触 156
5.7.4 典型的肖特基势垒 157
5.8 异质结 158
小结 162
习题 163
参考读物 166
自我测验 166
第6章 场效应晶体管 169
6.1 晶体管的工作原理 170
6.1.1 负载线 170
6.1.2 放大和开关 171
6.2 结型场效应晶体管 171
6.2.1 夹断与饱和 172
6.2.2 栅极的控制 173
6.2.3 电流－电压特性 175
6.3 金属半导体型场效应晶体管 176
6.3.1 GaAs型MESFET 176
6.3.2 高电子迁移率型晶体管 177
6.3.3 短沟道效应 178
6.4 金属绝缘半导体型场效应晶体管 179
6.4.1 基本原理和构造 179
6.4.2 理想MOS电容 182
6.4.3 实际的表面效应 190
6.4.4 阈值电压 192
6.4.5 MOS管的电容－电压特性分析 194
6.4.6 时变电容的测量 196
6.4.7 MOS管栅氧的电流－电压特性 197
6.5 MOS场效应晶体管 199
6.5.1 输出特性 200
6.5.2 传输特性 201
6.5.3 迁移率模型 204
6.5.4 短沟道MOSFET的伏安特性 205
6.5.5 阈值电压的控制 206
6.5.6 衬底偏置效应 210
6.5.7 亚阈值特性 211
6.5.8 MOSFET等效电路 212
6.5.9 MOSFET的尺寸缩放及热电子效应 214
6.5.10 漏极感应势垒降低 217
6.5.11 短沟道效应和窄宽度效应 219
6.5.12 栅极感应的漏极漏电流 220
小结 221
习题 222
参考读物 225
自我测验 225
第7章 双极结型晶体管 229
7.1 BJT的基本工作原理 229
7.2 BJT的放大作用 231
7.3 BJT制造 234
7.4 少数载流子分布和端电流 236
7.4.1 基区扩散方程的求解 237
7.4.2 端电流计算 238
7.4.3 端电流的近似表达式 240
7.4.4 电流传输系数 242
7.5 BJT的一般偏置状态 243
7.5.1 耦合二极管模型 243
7.5.2 电荷控制分析 247
7.6 BJT的开关特性 248
7.6.1 截止 249
7.6.2 饱和 250
7.6.3 开关周期 251
7.6.4 开关晶体管的主要参数 252
7.7 某些重要的物理效应 252
7.7.1 基区内的载流子漂移 252
7.7.2 基区变窄效应 253
7.7.3 雪崩击穿 254
7.7.4 注入和热效应 255
7.7.5 基区电阻和发射极电流集边效应 256
7.7.6 Gummel-Poon模型 257
7.7.7 Kirk效应 261
7.8 晶体管的频率限制 262
7.8.1 结电容和充电时间 262
7.8.2 渡越时间效应 264
7.8.3 Webster效应 264
7.8.4 高频晶体管 265
7.9 异质结双极型晶体管 266
小结 267
习题 268
参考读物 270
自我测验 270
第8章 光电器件 272
8.1 光电二极管 272
8.1.1 光照下PN结的电流和电压 272
8.1.2 光单元 275
8.1.3 光检测器 277
8.1.4 光检测器的增益、带宽和信噪比 279
8.2 发光二极管 280
8.2.1 发光材料 280
8.2.2 光纤－光通信 282
8.3 激光器 285
8.4 半导体激光器 287
8.4.1 PN结的粒子数反转 287
8.4.2 PN结激光器的发射光谱 289
8.4.3 基本的半导体激光器 290
8.4.4 异质结激光器 290
8.4.5 半导体激光器材料 292
小结 294
习题 294
参考读物 296
自我测验 296
第9章 集成电路 298
9.1 背景知识 298
9.1.1 集成的优势 298
9.1.2 集成电路的分类 299
9.2 集成电路的发展历程 300
9.3 单片集成电路元件 302
9.3.1 CMOS工艺集成 302
9.3.2 绝缘体上硅（SOI） 312
9.3.3 其他电路元件的集成 314
9.4 电荷转移器件 317
9.4.1 MOS电容的动态效应 317
9.4.2 基本CCD 318
9.4.3 CCD基本结构的改进 318
9.4.4 CCD的应用 320
9.5 ULSI 320
9.5.1 逻辑器件 323
9.5.2 半导体存储器 329
9.6 测试、焊接和封装 337
9.6.1 测试 338
9.6.2 引线压焊 339
9.6.3 倒装片焊接技术 340
9.6.4 封装 341
小结 343
习题 343
参考读物 343
自我测验 344
第10章 高频和大功率器件 345
10.1 隧穿二极管 345
10.2 崩越二极管 347
10.3 Gunn二极管 350
10.3.1 电子输运机制 350
10.3.2 空间电荷区的形成和漂移 352
10.4 PN-PN二极管 353
10.4.1 基本结构 353
10.4.2 双晶体管近似 354
10.4.3 载流子注入时a的变化 355
10.4.4 正偏关断状态 355
10.4.5 导通状态 356
10.4.6 触发机制 356
10.5 半导体控制整流器 357
10.6 绝缘栅双极晶体管 359
小结 361
习题 361
参考读物 362
自我测验 362
附录A 常用符号定义 363
附录B 物理常数以及转换系数 367
附录C 半导体材料的特性 368
附录D 导带状态密度的推导 369
附录E 费米－迪拉克统计的推导 373
附录F 在Si（100）上生长的干、湿热氧化层厚度随时间、温度变化的关系 376
附录G 杂质在Si中的固溶度 377
附录H Si和SiO2中杂质的扩散系数 378
附录I Si中注入深度和范围与入射能量之间的关系 379
自我测验题部分答案 380
索引 384
1.1 半导体材料 1
1.2 晶格 2
1.2.1 周期结构 2
1.2.2 立方晶格 4
1.2.3 晶面与晶向 5
1.2.4 金刚石晶格 7
1.3 块状晶体生长 9
1.3.1 制备原材料 9
1.3.2 单晶的生长 9
1.3.3 圆片 10
1.3.4 掺杂 11
1.4 外延生长 12
1.4.1 外延生长的晶格匹配 12
1.4.2 汽相外延 14
1.4.3 分子束外延 15
小结 17
习题 17
参考读物 18
自我测验 18
第2章 原子和电子 21
2.1 物理模型介绍 21
2.2 重要实验 22
2.2.1 光电效应 22
2.2.2 原子光谱 23
2.3 玻尔模型 24
2.4 量子力学 26
2.4.1 几率和不确定性原理 26
2.4.2 薛定谔波动方程 27
2.4.3 势阱问题 29
2.4.4 隧穿 30
2.5 原子结构和元素周期表 31
2.5.1 氢原子 32
2.5.2 元素周期表 33
小结 37
习题 37
参考读物 38
自我测验 39
第3章 半导体能带和载流子 41
3.1 固体的结合力和能带 41
3.1.1 固体的结合力 41
3.1.2 能带 42
3.1.3 金属、半导体和绝缘体 44
3.1.4 直接禁带半导体和间接禁带半导体 45
3.1.5 能带结构随合金组分的变化 47
3.2 半导体中的载流子 48
3.2.1 电子和空穴 48
3.2.2 有效质量 50
3.2.3 本征材料 53
3.2.4 非本征材料 54
3.2.5 量子阱中的电子和空穴 56
3.3 载流子浓度 57
3.3.1 费米能级 57
3.3.2 平衡态下电子和空穴的浓度 59
3.3.3 载流子浓度对温度的依赖关系 63
3.3.4 杂质补偿和空间电荷的中性 64
3.4 载流子在电场和磁场中的运动 65
3.4.1 电导率和迁移率 66
3.4.2 漂移和电阻 68
3.4.3 温度和掺杂对迁移率的影响 69
3.4.4 高电场效应 70
3.4.5 霍尔效应 72
3.5 平衡态费米能级的不变性 73
小结 74
习题 75
参考读物 76
自我测验 77
第4章 半导体中的过剩载流子 79
4.1 光吸收 79
4.2 发光机理 81
4.2.1 光致发光 81
4.2.2 电致发光 83
4.3 载流子寿命和光导电性 83
4.3.1 电子和空穴的直接复合 84
4.3.2 间接复合与陷阱 85
4.3.3 稳态载流子产生；准费米能级 87
4.3.4 光导器件 89
4.4 载流子的扩散 90
4.4.1 扩散过程 90
4.4.2 载流子的扩散和漂移，内建电场 92
4.4.3 扩散和复合，连续性方程 94
4.4.4 稳态载流子注入和扩散长度 95
4.4.5 海恩斯－肖克莱实验 97
4.4.6 准费米能级的梯度 99
小结 100
习题 101
参考读物 102
自我测验 102
第5章 PN结 104
5.1 PN结的制造 104
5.1.1 热氧化 104
5.1.2 扩散 105
5.1.3 快速热处理 106
5.1.4 离子注入 107
5.1.5 化学气相淀积 108
5.1.6 光刻 109
5.1.7 刻蚀 112
5.1.8 金属化 113
5.2 平衡态的PN结 114
5.2.1 接触电势 115
5.2.2 平衡态时的费米能级 118
5.2.3 结的空间电荷 118
5.3 正偏结、反偏结和稳态条件 121
5.3.1 结电流的定性分析 122
5.3.2 载流子的注入 124
5.3.3 反向偏置 130
5.4 反向击穿 132
5.4.1 齐纳击穿 133
5.4.2 雪崩击穿 134
5.4.3 整流器 135
5.4.4 击穿二极管 138
5.5 瞬态特性和交流特性 138
5.5.1 存储电荷的瞬态变化 139
5.5.2 反向恢复过程 141
5.5.3 开关二极管 143
5.5.4 PN结电容 143
5.5.5 变容二极管 147
5.6 简单理论的修正 147
5.6.1 接触电势对载流子注入的影响 148
5.6.2 耗尽层中载流子的复合和产生 149
5.6.3 欧姆损耗 151
5.6.4 缓变结 152
5.7 金属半导体结 153
5.7.1 肖特基势垒 154
5.7.2 整流接触 155
5.7.3 欧姆接触 156
5.7.4 典型的肖特基势垒 157
5.8 异质结 158
小结 162
习题 163
参考读物 166
自我测验 166
第6章 场效应晶体管 169
6.1 晶体管的工作原理 170
6.1.1 负载线 170
6.1.2 放大和开关 171
6.2 结型场效应晶体管 171
6.2.1 夹断与饱和 172
6.2.2 栅极的控制 173
6.2.3 电流－电压特性 175
6.3 金属半导体型场效应晶体管 176
6.3.1 GaAs型MESFET 176
6.3.2 高电子迁移率型晶体管 177
6.3.3 短沟道效应 178
6.4 金属绝缘半导体型场效应晶体管 179
6.4.1 基本原理和构造 179
6.4.2 理想MOS电容 182
6.4.3 实际的表面效应 190
6.4.4 阈值电压 192
6.4.5 MOS管的电容－电压特性分析 194
6.4.6 时变电容的测量 196
6.4.7 MOS管栅氧的电流－电压特性 197
6.5 MOS场效应晶体管 199
6.5.1 输出特性 200
6.5.2 传输特性 201
6.5.3 迁移率模型 204
6.5.4 短沟道MOSFET的伏安特性 205
6.5.5 阈值电压的控制 206
6.5.6 衬底偏置效应 210
6.5.7 亚阈值特性 211
6.5.8 MOSFET等效电路 212
6.5.9 MOSFET的尺寸缩放及热电子效应 214
6.5.10 漏极感应势垒降低 217
6.5.11 短沟道效应和窄宽度效应 219
6.5.12 栅极感应的漏极漏电流 220
小结 221
习题 222
参考读物 225
自我测验 225
第7章 双极结型晶体管 229
7.1 BJT的基本工作原理 229
7.2 BJT的放大作用 231
7.3 BJT制造 234
7.4 少数载流子分布和端电流 236
7.4.1 基区扩散方程的求解 237
7.4.2 端电流计算 238
7.4.3 端电流的近似表达式 240
7.4.4 电流传输系数 242
7.5 BJT的一般偏置状态 243
7.5.1 耦合二极管模型 243
7.5.2 电荷控制分析 247
7.6 BJT的开关特性 248
7.6.1 截止 249
7.6.2 饱和 250
7.6.3 开关周期 251
7.6.4 开关晶体管的主要参数 252
7.7 某些重要的物理效应 252
7.7.1 基区内的载流子漂移 252
7.7.2 基区变窄效应 253
7.7.3 雪崩击穿 254
7.7.4 注入和热效应 255
7.7.5 基区电阻和发射极电流集边效应 256
7.7.6 Gummel-Poon模型 257
7.7.7 Kirk效应 261
7.8 晶体管的频率限制 262
7.8.1 结电容和充电时间 262
7.8.2 渡越时间效应 264
7.8.3 Webster效应 264
7.8.4 高频晶体管 265
7.9 异质结双极型晶体管 266
小结 267
习题 268
参考读物 270
自我测验 270
第8章 光电器件 272
8.1 光电二极管 272
8.1.1 光照下PN结的电流和电压 272
8.1.2 光单元 275
8.1.3 光检测器 277
8.1.4 光检测器的增益、带宽和信噪比 279
8.2 发光二极管 280
8.2.1 发光材料 280
8.2.2 光纤－光通信 282
8.3 激光器 285
8.4 半导体激光器 287
8.4.1 PN结的粒子数反转 287
8.4.2 PN结激光器的发射光谱 289
8.4.3 基本的半导体激光器 290
8.4.4 异质结激光器 290
8.4.5 半导体激光器材料 292
小结 294
习题 294
参考读物 296
自我测验 296
第9章 集成电路 298
9.1 背景知识 298
9.1.1 集成的优势 298
9.1.2 集成电路的分类 299
9.2 集成电路的发展历程 300
9.3 单片集成电路元件 302
9.3.1 CMOS工艺集成 302
9.3.2 绝缘体上硅（SOI） 312
9.3.3 其他电路元件的集成 314
9.4 电荷转移器件 317
9.4.1 MOS电容的动态效应 317
9.4.2 基本CCD 318
9.4.3 CCD基本结构的改进 318
9.4.4 CCD的应用 320
9.5 ULSI 320
9.5.1 逻辑器件 323
9.5.2 半导体存储器 329
9.6 测试、焊接和封装 337
9.6.1 测试 338
9.6.2 引线压焊 339
9.6.3 倒装片焊接技术 340
9.6.4 封装 341
小结 343
习题 343
参考读物 343
自我测验 344
第10章 高频和大功率器件 345
10.1 隧穿二极管 345
10.2 崩越二极管 347
10.3 Gunn二极管 350
10.3.1 电子输运机制 350
10.3.2 空间电荷区的形成和漂移 352
10.4 PN-PN二极管 353
10.4.1 基本结构 353
10.4.2 双晶体管近似 354
10.4.3 载流子注入时a的变化 355
10.4.4 正偏关断状态 355
10.4.5 导通状态 356
10.4.6 触发机制 356
10.5 半导体控制整流器 357
10.6 绝缘栅双极晶体管 359
小结 361
习题 361
参考读物 362
自我测验 362
附录A 常用符号定义 363
附录B 物理常数以及转换系数 367
附录C 半导体材料的特性 368
附录D 导带状态密度的推导 369
附录E 费米－迪拉克统计的推导 373
附录F 在Si（100）上生长的干、湿热氧化层厚度随时间、温度变化的关系 376
附录G 杂质在Si中的固溶度 377
附录H Si和SiO2中杂质的扩散系数 378
附录I Si中注入深度和范围与入射能量之间的关系 379
自我测验题部分答案 380
索引 384
Ben G.Streetman，IEEE，美国国家工程院院士，美国艺术与科学院院士，美国电化学学会（ECS）会士。现任美国得克萨斯大学奧斯汀分校工学院院长和该校电机工程与计算机工程讲座教授，也是该校微电子研究中心的创始人和第一任主任（1984年-1996年）。Streetman教授的教学领域和研究兴趣主要涉及半导体材料与半导体器件。
Sanjay Kumar Banerjee，IEEE，美国得克萨斯大学奧斯汀分校电气与计算机工程科克里尔讲座教授，现任该校微电子研究中心主任。
Sanjay Kumar Banerjee，IEEE，美国得克萨斯大学奧斯汀分校电气与计算机工程科克里尔讲座教授，现任该校微电子研究中心主任。
《固态电子器件(第6版)》是介绍半导体器件工作原理的经典入门教材，其主要内容包括固体物理基础和半导体器件物理两大部分，同时也涵盖半导体晶体结构与材料生长技术、集成电路原理与制造工艺以及光电子器件与高频大功率器件等相关内容。
《固态电子器件(第6版)》注重基本物理概念，强调理论联系实际，可作为高等院校电子信息类专业“固态器件与电路”专业基础课的教材，也可供相关领域的研究人员和技术人员参考。
《固态电子器件(第6版)》注重基本物理概念，强调理论联系实际，可作为高等院校电子信息类专业“固态器件与电路”专业基础课的教材，也可供相关领域的研究人员和技术人员参考。
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