半导体器件原理简明教程 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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傅兴华，丁召，陈军宁，杨健 著

图书标签:

• 半导体
• 器件
• 原理
• 电子学
• 教程
• 教材
• 大学
• 物理
• 电路
• 模拟电路

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030284204

版次：1

商品编码：12011308

包装：平装

丛书名： 普通高等教育电子科学与技术特色专业系列规划教材

开本：16开

出版时间：2010-08-01

用纸：胶版纸

页数：262

字数：350000

正文语种：中文

内容简介

　　《半导体器件原理简明教程》力图用*简明、准确的语言，介绍典型半导体器件的核心知识，主要包括半导体物理基础、pn结、双极型晶体管、场效应晶体管、金属半导体接触和异质结、半导体光电子器件。
　　《半导体器件原理简明教程》在阐明基本结构和工作原理的基础上，还介绍了微电子领域的一些新技术，如应变异质结、能带工程、量子阱激光器等。
　　《半导体器件原理简明教程》可作为高等院校电子信息与电气学科相关专业半导体器件原理课程的教材，也可供有关科研人员和工程技术人员参考。

内页插图

目录

丛书序
序言
前言
主要符号表

第1章 半导体物理基础
1．1 晶体结构
1．1．1 基元、点阵和晶格
1．1．2 原胞、基矢、晶向和晶面
1．1．3 倒格子和倒格子空间
1．2 能带结构
1．2．1 能带的形成
1．2．2 锗、硅和砷化镓的能带结构
1．2．3 绝缘体、半导体和导体
1．2．4 本征半导体、半导体中的载流子、空穴
1．3 半导体中载流子的统计分布
1．3．1 状态密度
1．3．2 费米统计律和费米分布
1．3．3 电子浓度、空穴浓度、玻尔兹曼分布和本征载流子浓度
1．3．4 杂质半导体中的电子和空穴浓度、费米能级
1．3．5 平衡态系统的费米能级
1．4 载流子的漂移运动
1．4．1 散射与有效质量
1．4．2 迁移率
1．4．3 电导率、电阻率、欧姆定律和薄层电阻
1．5 载流子的扩散运动
1．5．1 扩散电流密度
1．5．2 电流密度方程
1．5．3 杂质浓度梯度及其感生电场
1．6 非平衡载流子
1．6．1 载流子的产生与复合、非平衡载流子
1．6．2 非平衡载流子的复合、非平衡载流子寿命
1．6．3 间接复合理论
1．6．4 准费米能级
1．6．5 连续性方程
1．7 半导体基本方程
1．7．1 基本方程
1．7．2 泊松方程
习题

第2章 pn结
2．1 pn结的形成及其基本特性
2．2 pn结空间电荷区基本特性的进一步讨论
2．2．1 平衡pn结的能带结构和载流子分布
2．2．2 非平衡pn结的能带结构和载流子分布
2．2．3 pn结的电场和电势分布
2．3 pn结的直流特性
2．3．1 非平衡pn结扩散区的载流子分布和扩散电流
2．3．2 pn结的势垒复合电流和产生电流
2．3．3 正偏pn结的大注入效应
2．4 pn结的耗尽层电容
2．5 pn结的小信号交流特性
2．5．1 pn结的扩散电容
2．5．2 pn结的交流参数和等效电路
2．6 pn结的开关特性
2．7 pn结的击穿
2．7．1 击穿机理概述
2．7．2 雪崩击穿条件
2．7．3 雪崩击穿电压的计算
习题

第3章 双极型晶体管
3．1 双极型晶体管的基本结构
3．2 双极型晶体管内载流子的输运过程
3．3 双极型晶体管的电流放大系数
3．3．1 均匀基区晶体管电流增益因子的简化推导
3．3．2 均匀基区晶体管电流增益因子的数学推导
3．3．3 缓变基区晶体管的电流放大系数
3．3．4 发射区重掺杂条件下的禁带变窄效应
3．3．5 大注入效应
……

第4章 场效应晶体管
第5章 金属一半导体接触和异质结
第6章 半导体光电子器件

附录
参考文献

前言/序言

　　微电子技术按照摩尔定律发展，其伟大成就奠定了现代信息社会的基础。目前微电子技术正处于摩尔时代向后摩尔时代转换的关键时期，硅基微电子技术正在走向三维集成，光电子器件、传感器件和微机械器件等已经集成在硅基集成系统中，新型电子材料和新型信息处理器件不断涌现。在这种大背景下，电子科学与技术的人才培养面临新的挑战。虽然专业课程的基本架构，即理论物理～固体物理一器件原理一集成电路和微电子系统的架构不会改变，但是教学内容必须根据微电子科学与技术的发展有所取舍。另一方面，为了增加学生工程实践能力的培养和训练的课外学时，希望适当压缩课堂教学的时间。
　　由贵州大学、安徽大学的教师合作编写的《半导体器件原理简明教程》在这方面作了有益的尝试。该书选择pn结、双极型晶体管、金属一氧化物一半导体场效应晶体管、金属一半导体接触和异质结、半导体光电子器件作为教学重点，着重强调了这几种半导体器件的基本理论和基本分析方法，并注重学生工程实践能力的培养，教学内容和教学目标取舍得当，可满足高级专业人才培养的要求。该书重点突出，内容精炼，概念清晰，语言流畅。虽为简明教程，但对半导体器件发展的一些新技术也穿插在章节中进行了阐述，如书中关于栅介质击穿、应变异质结、能带工程等方面的论述是其他一些教材很少涉及的内容。
　　贵州大学早在1961年就在物理学专业中开设了半导体专门化课程，是我国最早开展半导体物理和器件本科教学的少数高校之一。贵州省早在20世纪70年代初就是我国的重要微电子产业基地之一。贵州大学的微电子学科，为贵州省微电子产业的发展提供了强有力的人才和技术支撑。贵州大学、安徽大学合作编写的《半导体器件原理简明教程》的出版，使我们有机会分享他们的教学经验，该书无论是对于学习半导体器件，还是学习集成电路设计与制造，均是一本很好的基础教材，同时也可作为相关专业人员研究与工作的参考书，特向读者推荐。

《微纳电子技术：从理论到实践的深度探索》 内容简介 本书旨在为对微纳电子技术领域感兴趣的读者提供一个全面而深入的视角，从基本概念到前沿技术，涵盖了微纳电子器件的设计、制造、表征及其在现代科技中的应用。本书不同于市面上许多聚焦于单一器件类型或原理的教材，而是着眼于微纳电子技术作为一个整体的学科体系，强调各部分之间的内在联系与发展脉络。我们力求通过严谨的理论阐述、翔实的实例分析以及对未来发展趋势的展望，帮助读者构建起扎实的理论基础，并培养解决实际问题的能力。 第一章：微纳电子技术的基石——量子力学与固体物理 本章将从最基础的层面切入，深入剖析构成半导体器件微观世界的量子力学原理。我们将介绍波粒二象性、量子叠加态、量子隧穿效应等核心概念，并阐述这些概念如何解释电子在晶体材料中的行为。随后，本书将重点讲解晶体结构、布里渊区、能带理论、费米能级等固体物理的关键知识点。我们将通过生动形象的比喻和图示，清晰地解释绝缘体、导体和半导体之间的能带结构差异，以及载流子（电子和空穴）的概念及其在不同材料中的演变。重点将放在对本征半导体和杂质半导体的载流子浓度、导电类型以及迁移率等关键参数的推导和理解。此外，本章还会简要介绍晶体生长技术，为后续器件制造奠定基础。 第二章：构建信息处理的砖石——半导体异质结与界面物理 本章将深入探讨半导体材料在界面处的奇妙物理现象，特别是PN结的形成原理、功函数、表面势垒以及载流子在界面的扩散与漂移。我们将详细解析PN结在不同偏压下的伏安特性曲线，解释其整流作用的微观机制。在此基础上，本书将进一步拓展到更复杂的异质结结构，例如MNOS（金属-氧化物-氮化物-半导体）结构、MIS（金属-绝缘体-半导体）结构以及PIN（正-本征-负）结等。对于每一类异质结，我们将详细阐述其形成条件、界面态的特性及其对器件性能的影响。特别地，本章将重点关注界面陷阱、表面散射、以及这些因素如何影响载流子输运和器件的稳定性。通过对异质结物理的深入理解，读者将能更好地把握多种先进半导体器件的性能极限和优化方向。 第三章：微纳世界的精密构造——半导体制造工艺概述 本章将带领读者走进半导体制造的神秘世界，详细介绍从硅片制备到最终芯片封装的整个流程。我们将从硅的提纯和单晶生长开始，阐述外延生长、氧化、光刻、刻蚀、掺杂、薄膜沉积等核心工艺步骤。对于每一步骤，我们将不仅仅描述其技术过程，更会深入剖析其背后的物理化学原理，例如氧化过程中氧原子在硅晶格中的扩散机理，光刻胶的曝光显影过程，干法刻蚀和湿法刻蚀的优势与劣势，以及掺杂的扩散和离子注入技术。本书还将介绍先进的光刻技术，如深紫外（DUV）光刻和极紫外（EUV）光刻，以及它们在制造更小尺寸器件中的关键作用。此外，我们还将探讨关键的工艺控制参数和质量保证方法，强调工艺窗口的重要性以及如何通过精确控制实现高质量的微纳器件。 第四章：信息转换的灵魂——新型半导体材料与器件 本章将聚焦于当前半导体领域最活跃的前沿研究方向，重点介绍不同于传统硅基材料的新型半导体材料及其在新型器件中的应用。我们将详细介绍III-V族半导体（如GaAs、InP）、II-VI族半导体（如CdTe）、氧化物半导体（如ZnO、IGZO）以及碳基材料（如石墨烯、碳纳米管）的独特物理化学性质。对于每一种材料，我们将分析其能带结构、载流子迁移率、光学特性等，并阐述它们为何适用于制造高性能的电子器件和光电器件。例如，我们将讨论GaAs在高速电子器件中的优势，以及InP在光通信领域的应用。同时，本书还将介绍基于这些新型材料的新型器件，包括高频晶体管（如HEMT）、光电探测器、LED、激光器、太阳能电池以及柔性电子器件等。我们将深入分析这些新型器件的工作原理，并探讨其相对于传统硅基器件的优缺点以及未来发展潜力。 第五章：微观世界的操控者——微纳电子器件的物理机理与设计 本章将深入解析各类微纳电子器件的核心物理机理。我们将从最基础的二极管开始，详细讲解其单向导电特性、肖特基势垒二极管、PN结二极管的工作原理，以及齐纳二极管、变容二极管等特殊用途二极管的特性。随后，本书将重点介绍晶体管的家族，包括双极结型晶体管（BJT）和场效应晶体管（FET）。对于BJT，我们将深入分析其载流子注入、传输和收集的过程，以及共发射极、共集电极、共基极三种基本组态的放大作用。对于FET，我们将重点讲解MOSFET（金属-氧化物-半导体场效应晶体管）的工作原理，包括其沟道形成、阈值电压、跨导等关键参数。我们将详细阐述NMOS和PMOS的结构特点和工作过程，并分析其在数字逻辑电路中的应用。此外，本章还将介绍其他重要的微纳电子器件，如光电器件（光敏二极管、光电晶体管）、存储器件（DRAM、SRAM、Flash Memory）等，并对其工作原理进行详尽的剖析。本书将强调器件的设计理念，即如何通过结构调整和材料选择来优化器件的性能，例如提高开关速度、降低功耗、增强可靠性等。 第六章：信息世界的载体——微纳电子器件在系统中的应用 本章将从宏观层面展现微纳电子器件如何在实际系统中发挥至关重要的作用。我们将探讨微纳电子技术在各个领域的广泛应用，包括但不限于： 通信系统： 从移动通信基站到智能手机，微纳电子器件是无线信号的接收、处理与发射的核心。我们将分析射频前端器件、功率放大器、低噪声放大器等在通信系统中的作用。 计算系统： 现代计算机的强大算力离不开微处理器、内存芯片等高度集成的微纳电子器件。本书将介绍CPU、GPU、ASIC等核心芯片的架构以及其中关键晶体管的应用。 消费电子： 智能电视、数码相机、可穿戴设备等琳琅满目的消费电子产品，都依赖于微纳电子器件的 miniaturization 和高性能化。我们将讨论图像传感器、显示驱动芯片、电源管理芯片等在这些产品中的部署。 汽车电子： 自动驾驶、智能座舱、动力总成控制等汽车电子系统的发展，推动了对高性能、高可靠性微纳电子器件的需求。我们将介绍功率半导体、传感器、MCU等在汽车电子中的关键角色。 医疗电子： 医疗影像设备、生命体征监测仪、植入式医疗器械等，都离不开微纳电子器件的精准与可靠。我们将探讨生物传感器、微流控芯片等在医疗领域的潜力。 物联网（IoT）： 物联网的爆发式增长，催生了大量低功耗、低成本的微纳电子器件的需求，用于连接和感知世界。我们将讨论传感器网络、边缘计算节点等。 本章将通过大量实际应用的案例，帮助读者将理论知识与实际应用紧密结合，理解微纳电子技术如何驱动现代社会的发展，并激发读者对未来科技创新的思考。 第七章：挑战与展望——微纳电子技术的发展前沿与未来方向 本章将深入探讨当前微纳电子技术面临的挑战，以及未来的发展趋势和创新方向。我们将首先讨论摩尔定律的极限以及半导体行业在持续缩小器件尺寸方面遇到的物理和经济瓶颈。在此基础上，我们将介绍当前正在积极探索的颠覆性技术，包括： 超越CMOS的技术： 例如，量子计算、神经形态计算、自旋电子学等，旨在突破传统CMOS逻辑的性能限制。 三维集成技术（3D ICs）： 将多个芯片堆叠起来，实现更高的集成密度和更短的互连长度，从而提高性能和降低功耗。 先进封装技术： Chiplet技术、扇出晶圆级封装（FOWLP）等，允许将不同工艺制备的芯片灵活组合，实现更灵活、更高性能的系统集成。 可持续微纳电子技术： 关注绿色制造工艺、可回收材料以及低功耗器件的设计，以应对环境挑战。 人工智能与微纳电子学的融合： AI在芯片设计、制造和优化中的应用，以及为AI设计的专用芯片（如TPU、NPU）。 本书将以开放的视角，鼓励读者批判性地思考当前技术，并积极探索未知的领域，为未来的微纳电子技术发展贡献自己的力量。 目标读者 本书适合以下人群阅读： 对电子工程、微电子学、材料科学、物理学等专业感兴趣的本科生和研究生。 从事半导体器件设计、制造、测试、封装等相关工作的工程师和技术人员。 希望深入了解现代电子产品核心技术的科技爱好者。 对未来科技发展趋势有浓厚兴趣的读者。 本书特色 体系完整： 从基础的量子力学和固体物理，到器件的物理机理，再到制造工艺和应用，构成了一个完整的学科知识体系。 深度与广度并重： 既有扎实的理论推导，又涵盖了广泛的应用领域和前沿技术。 图文并茂： 大量精美的插图、图表和示意图，帮助读者直观理解复杂的概念。 理论联系实际： 结合大量的实际案例和应用场景，使读者深刻理解理论知识的价值。 前瞻性： 重点关注微纳电子技术的发展前沿和未来趋势，为读者提供前瞻性的视野。 通过学习本书，读者将能够对微纳电子技术有一个深刻而系统的认识，为他们在相关领域的研究、开发和创新奠定坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

拿到《半导体器件原理简明教程》这本书，我第一个想法是它能否解决我一直以来对半导体“黑箱”的认知。很多时候，我们在电路设计中使用半导体器件，只是知道它们的功能，但对其内部工作原理却知之甚少。我希望这本书能够打破这种“黑箱”效应，让我能够真正理解这些微小元件是如何工作的。《半导体器件原理简明教程》在“简明”的基础上，是否能赋予我“洞察”的能力？我希望书中在介绍PN结时，能通过生动的类比，比如水流或者交通管制，来解释载流子在不同区域的扩散和漂移。对于BJT，是否能用形象的方式来解释基极电流如何控制集电极电流的放大？对于MOSFET，是如何通过栅极电压来形成或消失沟道的？我尤其希望看到书中对二极管和三极管的伏安特性曲线的详细解读，这些曲线背后蕴含着器件的物理本质，理解它们，才能更好地把握器件的工作状态。这本书如果能用清晰的语言，配合精美的插图，将复杂的半导体物理过程可视化，那将极大地提升我的学习体验。我想，这本“教程”最核心的价值，就在于它能否让我从“会用”走向“理解”，再到“创新”。

评分☆☆☆☆☆

我是一名电子工程专业的学生，正在为即将到来的半导体物理和器件课程做预习。在众多教材中，《半导体器件原理简明教程》以其“简明”的定位吸引了我。通常，这类课程涉及大量的量子力学和固体物理知识，初次接触时容易感到困惑。《半导体器件原理简明教程》的封面设计就透着一股“化繁为简”的智慧，让我对其内容充满了期待。我希望它能在复杂的半导体物理概念上，提供一个清晰易懂的切入点。例如，关于费米能级、导带、价带等概念，书中是否能用比喻或者更直观的方式来解释？对于PN结的形成，是仅仅停留在理论层面，还是会深入浅出地阐述其形成机制以及不同偏置下的行为？我特别希望能看到书中对半导体掺杂的解释，这直接影响着器件的导电类型和性能，书中是如何阐述其原理和影响的？另外，我希望书中在介绍BJT和MOSFET时，不仅仅是给出它们的结构图，更能深入分析它们内部的载流子运动和电场分布，从而解释其电流放大和电压控制的特性。作为一本“教程”，我更看重它是否能帮助我建立起对半导体器件的系统性认知，为后续更深入的学习打下坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

这本《半导体器件原理简明教程》给我的第一印象是它的“教程”属性。我之前接触过一些理论性极强的书籍，虽然内容扎实，但读起来总是让人感到压力山大，仿佛在与一堆公式和抽象概念搏斗。然而，这本书的排版风格非常友好，字体大小适中，章节之间的过渡也比较自然。我尤其关注书中是否提供了足够的例题和习题，以及这些例题的解答是否详细。很多时候，理论知识的掌握离不开实际的演练，通过解题，才能更好地检验自己对概念的理解程度，也能发现自己知识上的盲点。《半导体器件原理简明教程》的编写，是否真的做到了“原理”与“应用”的结合？我希望它不仅仅是罗列枯燥的物理定律，而是能够通过实际的器件模型和工作特性分析，让读者感受到半导体器件在实际电路中是如何工作的。比如，在讲解MOSFET时，是否会详细分析不同栅电压下的沟道形成过程？或者在讲解BJT时，是否会通过输入输出特性曲线来解释放大作用？如果书中能够穿插一些实际的应用案例，那将是锦上添花，让学习过程更加生动有趣，也更容易激发我对这门学科的深入探索。

评分☆☆☆☆☆

刚收到这本《半导体器件原理简明教程》，迫不及待地翻阅起来。封面的设计简洁大方，给人一种严谨而专业的印象。我一直对半导体技术充满好奇，但又觉得它常常晦涩难懂，希望这本书能像它的名字一样，用简明的方式揭开半导体器件神秘的面纱。翻到目录，内容安排得非常有条理，从最基础的能带理论，到PN结、双极型晶体管（BJT）、场效应晶体管（FET）等，再到一些更高级的集成电路基础，基本上涵盖了半导体器件的核心内容。我最期待的是关于PN结的部分，它是一切半导体器件的基石，书中是如何解释载流子在PN结的运动和扩散的呢？是否能用通俗易懂的语言，配合清晰的图示，让我这个初学者也能豁然开朗？另外，我对BJT和MOSFET的结构与工作原理也特别感兴趣，它们是现代电子设备不可或缺的组成部分，书中对它们的深入讲解，是否能帮助我理解为什么它们能实现放大和开关功能？总而言之，这本书给我一种“麻雀虽小，五脏俱全”的感觉，希望它能成为我入门半导体领域的得力助手，真正做到“简明”而不失“原理”。

评分☆☆☆☆☆

我对《半导体器件原理简明教程》这本书的理解，更多地停留在“原理”层面。我一直认为，要真正掌握任何一门技术，都必须对其底层原理有深刻的理解。这本书的书名恰恰点出了这一点。我特别关注书中对于半导体材料本身的性质，比如载流子浓度、迁移率、介电常数等，是如何进行阐述的。这些基础参数直接决定了器件的性能，书中是否能用清晰的图表和公式来展示这些参数与器件特性的关联？对于PN结的建立，书中是如何解释其内建电势的产生？以及在正偏和反偏状态下，耗尽层宽度的变化和电势垒的高度如何影响电流的流动？对于BJT，我期望书中能详细阐述其三极管区、饱和区和截止区的物理机制，以及电流放大系数β的意义。对于MOSFET，我希望看到关于阈值电压、跨导等关键参数的推导和解释。如果书中能够引入一些简单的数学模型，但又不会过于复杂，能够帮助读者理解这些物理过程的定量关系，那将是非常有价值的。《半导体器件原理简明教程》如果能做到这点，那么它绝对不仅仅是一本入门读物，更是一本能帮助读者建立扎实理论基础的宝藏。