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第1章 半导体物理与工艺概要1

1.1 晶体结构和能带结构1

1.1.1 理想晶体的结构1

1.1.2 理想晶体的能带结构5

1.1.3 晶格振动和杂质原子对半导体性质的影响8

1.2 半导体中的载流子10

1.2.1 平衡载流子的统计10

1.2.2 半导体中的非平衡载流子18

1.3 载流子的运动25

1.3.1 漂移运动26

1.3.2 扩散运动29

1.4 半导体中的基本控制方程组30

1.4.1 电流密度方程30

1.4.2 连续性方程31

1.5 PN结的电学特性32

1.5.1 PN结直流伏安特性32

1.5.2 势垒电容和扩散电容33

1.5.3 击穿特性34

1.6 基本器件工艺36

1.6.1 衬底制备和外延生长36

1.6.2 氧化和光刻37

1.6.3 扩散与离子注入38

习题41

参考文献41

第2章 晶体管的直流特性42

2.1 晶体管的基本结构及其杂质分布42

2.1.1 基本结构42

2.1.2 晶体管工艺与杂质分布43

2.1.3 均匀基区晶体管和缓变基区晶体管44

2.2 晶体管的放大机理45

2.2.1 晶体管的电流传输作用45

2.2.2 晶体管端电流的组成47

2.2.3 描述晶体管电流传输作用和放大性能的参数48

2.2.4 晶体管的放大能力50

2.3 晶体管的直流伏安特性52

2.3.1 均匀基区晶体管的伏安特性52

2.3.2 缓变基区晶体管有源放大区的伏安特性58

2.4 直流电流增益66

2.4.1 理想晶体管的直流增益66

2.4.2 影响直流增益的一些因素71

2.5 反向电流和击穿电压81

2.5.1 反向电流81

2.5.2 击穿电压84

2.5.3 穿通电压88

2.6 基极电阻90

2.6.1 梳状晶体管90

2.6.2 圆形晶体管94

2.7 特性曲线95

2.7.1 输入特性曲线96

2.7.2 输出特性曲线97

2.7.3 晶体管的直流小信号h参数98

2.8 晶体管模型102

2.8.1 埃伯斯-莫尔模型102

2.8.2 晶体管各工作区的模型104

习题106

参考文献107

第3章 晶体管的频率特性108

3.1 基本概念108

3.1.1 晶体管的交流小信号电流增益108

3.1.2 描述晶体管频率特性的参数109

3.2 电流增益的频率变化关系——截止频率和特征频率111

3.2.1 交流小信号电流的传输过程111

3.2.2 共基极电流增益和α截止频率114

3.2.3 共射极电流增益、β截止频率和特征频率123

3.3 高频功率增益和最高振荡频率128

3.3.1 晶体管的功率增益129

3.3.2 晶体管的高频功率增益131

3.4 双极型晶体管的噪声特性136

3.4.1 晶体管的噪声和噪声系数136

3.4.2 晶体管的噪声来源138

3.4.3 晶体管的噪声频谱特性140

习题141

参考文献142

第4章 双极型晶体管的功率特性143

4.1 基区大注入效应对电流放大系数的影响143

4.1.1 大注入下基区少数载流子分布143

4.1.2 基区电导调制效应147

4.1.3 基区大注入对电流放大系数的影响147

4.1.4 大注入对基区渡越时间的影响149

4.2 基区扩散效应150

4.2.1 注入电流对集电结空间电荷区电场分布的影响150

4.2.2 基区扩展效应152

4.3 发射极电流集边效应155

4.3.1 发射极电流的分布155

4.3.2 发射极有效条宽156

4.3.3 发射极有效长度158

4.4 发射极单位周长电流容量159

4.4.1 集电极最大允许工作电流ICM159

4.4.2 线电流密度159

4.5 晶体管最大耗散功率PCM161

4.5.1 耗散功率和最高结温161

4.5.2 热阻162

4.5.3 晶体管的最大耗散功率164

4.6 二次击穿和安全工作区164

4.6.1 二次击穿现象165

4.6.2 二次击穿机理及改进措施166

4.6.3 安全工作区170

习题171

参考文献172

第5章 开关特性173

5.1 晶体管的开关作用173

5.1.1 晶体管开关作用的定性分析173

5.1.2 截止区和饱和区的电荷分布174

5.2 晶体管的开关过程和开关时间179

5.2.1 几个开关时间的定义179

5.2.2 电荷控制理论180

5.2.3 延迟过程和延迟时间183

5.2.4 上升过程与上升时间185

5.2.5 电荷储存效应与储存时间188

5.2.6 下降过程与下降时间195

5.2.7 提高开关速度的措施197

5.3 开关管正向压降和饱和压降198

5.3.1 正向压降198

5.3.2 饱和压降199

习题202

参考文献203

第6章 结型场效应晶体管204

6.1 结型场效应晶体管（JFET）的基本工作原理204

6.1.1 JFET的基本结构204

6.1.2 JFET的基本工作原理204

6.1.3 JFET的输出特性和转移特性205

6.1.4 肖特基栅场效应晶体管（MESFET）208

6.1.5 器件的类型和代表符号208

6.2 JFET的直流参数和低频小信号交流参数209

6.2.1 JFET的直流电流—电压特性209

6.2.2 JFET的直流参数212

6.2.3 JFET交流小信号参数214

6.2.4 沟道杂质任意分布时器件的伏安特性216

6.2.5 高场迁移率的影响218

6.3 结型场效应晶体管的频率特性219

6.3.1 交流小信号等效电路219

6.3.2 JFET的频率参数222

6.4 结型场效应晶体管结构举例223

6.4.1 MESFET223

6.4.2 JFET226

6.4.3 V形槽JFET226

习题227

参考文献227

第7章 MOS场效应晶体管228

7.1 MOSFET的基本工作原理和分类228

7.1.1 MOSFET的基本结构228

7.1.2 MOSFET的基本工作原理229

7.1.3 MOSFET的分类230

7.2 MOSFET的阈值电压230

7.2.1 MOSFET阈值电压表达式231

7.2.2 影响MOSFET阈值电压的诸因素分析233

7.3 MOSFET的直流特性239

7.3.1 MOSFET的电流—电压特性239

7.3.2 弱反型（亚阈值）区的伏安特性243

7.3.3 MOSFET的特性曲线244

7.3.4 MOSFET的直流参数247

7.4 MOSFET的频率特性248

7.4.1 低频小信号参数248

7.4.2 交流小信号等效电路252

7.4.3 MOSFET的高频特性255

7.4.4 提高MOSFET频率特性的途径258

7.5 MOSFET的击穿特性259

7.5.1 漏源击穿259

7.5.2 MOSFET的栅击穿262

7.6 MOSFET的功率特性和功率MOSFET的结构263

7.6.1 MOSFET的功率特性264

7.6.2 功率MOSFET的结构介绍265

7.7 MOSFET的开关特性268

7.7.1 开关作用268

7.7.2 开关时间271

7.8 MOSFET的温度特性275

7.8.1 迁移率随温度的变化275

7.8.2 阈值电压与温度的关系275

7.8.3 MOSFET几个主要参数的温度关系277

7.9 MOSFET的噪声特性279

7.9.1 沟道热噪声279

7.9.2 诱生栅极噪声280

7.9.3 1/f噪声280

7.9.4 MOSFET的高频噪声系数281

7.10 MOSFET的短沟道和窄沟道效应281

7.10.1 阈值电压的变化282

7.10.2 漏特性及跨导的变化284

7.10.3 弱反型区的亚阈值电流286

7.10.4 长沟道器件的最小沟道长度限制287

7.10.5 短沟道高性能器件结构举例288

习题291

参考文献292

第8章 石墨烯场效应晶体管293

8.1 石墨烯场效应管293

8.1.1 石墨烯材料293

8.1.2 石墨烯场效应晶体管294

8.1.3 石墨烯场效应晶体管的结构295

8.1.4 石墨烯中载流子浓度的统计分布298

8.1.5 石墨烯场效应晶体管的电流-电压特征300

8.1.6 石墨烯场效应晶体管频率特性305

8.2 单电子晶体管307

8.2.1 单电子晶体管概述307

8.2.2 单电子晶体管结构308

8.2.3 库仑阻塞现象309

8.2.4 遂穿概率的分析310

8.2.5 单电子晶体管的I-U特性311

8.2.6 单电子晶体管的跨导314

8.2.7 单电子晶体管的频率特性315

参考文献316

第9章 新型半导体器件的仿真模型318

9.1 仿真模型的研究318

9.2 半导体器件的SPICE模型319

9.2.1 SPICE的MOSEFT器件模型319

9.2.2 SPICE的MOS器件的模型算法323

9.2.3 理想的MOSFET的模型328

9.3 新型半导体器件的建模330

9.3.1 模型的建立330

9.3.2 确定模型参数330

9.3.3 模型参数计算优化提取330

9.3.4 MOS（FET）器件模型参数的提取331

9.4 砷化镓场效应管模型333

9.4.1 砷化镓场效应管模型的建立333

9.4.2 砷化镓场效应管的仿真336

9.5 离子敏感场效应管模型339

9.6 功率MOSFET模型342

9.6.1 等效电路结构342

9.6.2 各部分的建模思路和参数提取343

9.7 单电子晶体管的模型346

9.8 Multisim器件模型向PSPICE的转化348

9.8.1 Multisim与PSPICE元件库的比较348

9.8.2 利用Multisim扩展PSPICE元件模型库349

9.8.3 Multisim器件模型向PSPICE的转化350

9.9 从生产厂下载相似PSPICE模型355

9.10 国产军品半导体器件建模359

9.10.1 软件机器人ISIGHT359

9.10.2 军工半导体器件建模360

9.10.3 建模实例362

参考文献366