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目录1

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

1.1.1　泊松方程［1］1

1.1.2　输运方程［2］1

1.1.3　连续性方程［3］2

1.1.4　方程的积分形式2

1.2　基本方程的简化与应用举例3

参考文献7

2.1.1　空间电荷区的形成8

2.1　PN结的平衡状态8

第2章　PN结8

2.1.2　内建电场、内建电势与耗尽区宽度10

2.1.3　能带图13

2.1.4　线性缓变结15

2.1.5　耗尽近似和中性近似的适用性［1］16

2.2　PN结的直流电流电压方程20

2.2.1　外加电压时载流子的运动情况20

2.2.2　势垒区两旁载流子浓度的玻耳兹曼分布23

2.2.3　扩散电流24

2.2.4　势垒区产生复合电流［2、3］27

2.2.6　薄基区二极管30

2.2.5　正向导通电压30

2.3　准费米能级与大注入效应32

2.3.1　自由能与费米能级32

2.3.2　准费米能级34

2.3.3　大注入效应36

2.4　PN结的击穿40

2.4.1　碰撞电离率和雪崩倍增因子41

2.4.2　雪崩击穿45

2.4.3　齐纳击穿50

2.4.4　热击穿53

2.5　PN结的势垒电容55

2.5.1　势垒电容的定义56

2.5.2　突变结的势垒电容57

2.5.3　线性缓变结的势垒电容58

2.5.4　实际扩散结的势垒电容59

2.6　PN结的交流小信号特性与扩散电容61

2.6.1　交流小信号下的扩散电流62

2.6.2　交流导纳与扩散电容64

2.6.3　二极管的交流小信号等效电路65

2.7　PN结的开关特性65

2.7.1　PN结的直流开关特性65

2.7.2　PN结的瞬态开关特性66

2.7.3　反向恢复过程67

2.7.4　存储时间与下降时间69

2.8　SPICE中的二极管模型71

习题74

参考文献78

第3章　双极结型晶体管79

3.1　双极结型晶体管基础79

3.1.1　双极结型晶体管的结构79

3.1.2　偏压与工作状态81

3.1.3　少子浓度分布与能带图81

3.1.4　晶体管的放大作用83

3.2　均匀基区晶体管的电流放大系数［1—11］86

3.2.1　基区输运系数86

3.2.3　发射结注入效率89

3.2.2　基区渡越时间89

3.2.4　电流放大系数90

3.3　缓变基区晶体管的电流放大系数91

3.3.1　基区内建电场的形成91

3.3.2　基区少子电流密度与基区少子浓度分布93

3.3.3　基区渡越时间与输运系数94

3.3.4　注入效率与电流放大系数95

3.3.5　小电流时放大系数的下降97

3.3.6　发射区重掺杂的影响98

3.3.7　异质结双极型晶体管101

3.4.1　集电结短路时的电流102

3.4　双极晶体管的直流电流电压方程102

3.4.2　发射结短路时的电流103

3.4.3　晶体管的直流电流电压方程103

3.4.4　晶体管的输出特性105

3.4.5　基区宽度调变效应107

3.5　双极晶体管的反向特性109

3.5.1　反向截止电流109

3.5.2　共基极接法中的雪崩击穿电压112

3.5.3　共发射极接法中的雪崩击穿电压114

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115

3.5.6　基区穿通效应116

3.5.5　发射结击穿电压116

3.6　基极电阻118

3.6.1　方块电阻119

3.6.2　基极接触电阻和工作基区边缘到接触孔边缘下的电阻121

3.6.3　工作基区的电阻和基极接触区下的电阻123

3.7　双极晶体管的功率特性126

3.7.1　大注入效应126

3.7.2　基区扩展效应133

3.7.3　发射结电流集边效应138

3.7.4　晶体管的热学性质143

3.7.5　二次击穿和安全工作区150

3.8　电流放大系数与频率的关系157

3.8.1　高频小信号电流在晶体管中的变化157

3.8.2　基区输运系数与频率的关系159

3.8.3　高频小信号电流放大系数167

3.8.4　晶体管的特征频率177

3.8.5　影响高频电流放大系数与特征频率的其他因素180

3.9　高频小信号电流电压方程与等效电路184

3.9.1　小信号的电荷控制模型184

3.9.2　小信号的电荷电压关系186

3.9.3　高频小信号电流电压方程188

3.9.4　Y参数190

3.9.5　小信号等效电路192

3.10.1　高频功率增益与高频优值197

3.10　功率增益和最高振荡频率197

3.10.2　最高振荡频率198

3.10.3　高频晶体管的结构200

3.11　双极晶体管的开关特性201

3.11.1　晶体管的静态大信号特性202

3.11.2　晶体管的直流开关特性208

3.11.3　晶体管的瞬态开关特性［41～45］211

3.12　SPICE中的双极晶体管模型217

3.12.1　埃伯斯-莫尔（EM）模型218

3.12.2　葛谋-潘（GP）模型［46］224

3.13　双极晶体管的噪声特性230

3.13.1　噪声与噪声系数230

3.13.2　晶体管的噪声源232

3.13.3　晶体管的高频噪声等效电路236

3.13.4　晶体管的高频噪声系数239

3.13.5　晶体管高频噪声的基本特征243

习题246

参考文献256

第4章　双极晶体管的设计259

4.1　概述259

4.2　微波功率晶体管的设计260

4.2.1　一般考虑260

4.2.2　纵向结构设计266

4.2.3　横向结构设计270

4.2.4　热学设计279

4.2.5　金属化电极的可靠性284

4.3　微波功率晶体管设计实例285

4.3.1　一般考虑285

4.3.2　纵向结构参数的选取286

4.3.3　横向结构参数的选取288

4.3.4　主要参数的核算290

参考文献293

第5章　绝缘栅场效应晶体管294

5.1　MOSFET基础294

5.1.1　MOSFET的结构295

5.1.2　MOSFET的工作原理295

5.1.3　MOSFET的类型296

5.1.4 MOSFET的输出特性297

5.2 MOSFET的阈电压299

5.2.1 MOS结构的阈电压299

5.2.2 MOSFET的阈电压301

5.3 MOSFET的直流电源电压方程308

5.3.1　非饱和区直流电流电压方程308

5.3.2　饱和区的特性313

5.4 MOSFET的亚阈区导电315

5.4.1 MOSFET的亚阈漏极电流316

5.4.2 MOSFET的亚阈区特性317

5.4.3　阈电压的测量318

5.5 MOSFET的直流参数与温度特性319

5.5.1 MOSFET的直流参数319

5.5.2 MOSFET的温度特性320

5.5.3 MOSFET的击穿电压322

5.6 MOSFET的小信号参数、高频等效电路及频率特性324

5.6.1 MOSFET的小信号交流参数324

5.6.2 MOSFET的小信号高频等效电路326

5.6.3　最高工作频率和最高振荡频率334

5.6.4　沟道渡越时间335

5.7 MOSFET的噪声特性［8］336

5.7.1 1/f噪声336

5.7.2　沟道热噪声337

5.7.3　诱生栅极噪声338

5.7.4　高频噪声等效电路和高频噪声系数339

5.8　短沟道效应342

5.8.1　小尺寸效应343

5.8.2　迁移率调制效应345

5.8.3　漏诱生势垒降低效应350

5.8.4　强电场效应352

5.9 MOSFET的发展方向357

5.9.1　按比例缩小的MOSFET357

5.9.2　双扩散MOSFET360

5.9.3 SOS-MOSFET361

5.9.4　深亚微米MOSFET362

5.10 SPICE中的MOSFET模型366

5.10.1 MOS1模型366

5.10.2 MOS2模型367

5.10.3　MOS3模型371

5.10.4　电容模型373

5.10.5　小信号模型375

5.10.6　串联电阻的影响376

习题376

参考文献377

附录A380

晶体管设计中的一些常用图表380