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第1章 半导体物理基础1

1.1 半导体材料1

1.1.1 半导体材料的原子构成1

1.1.2 半导体材料的晶体结构2

1.2 半导体中的电子3

1.2.1 量子力学简介4

1.2.2 半导体中电子的特性与能带7

1.2.3 载流子10

1.3 热平衡状态下载流子的浓度12

1.3.1 电子的统计分布规律13

1.3.2 载流子浓度与费米能级的关系14

1.3.3 本征半导体与杂质半导体15

1.4 载流子的输运20

1.4.1 载流子的散射20

1.4.2 载流子的漂移运动与迁移率20

1.4.3 漂移电流与电导率23

1.4.4 扩散运动与扩散系数24

1.4.5 电流密度方程与爱因斯坦关系式25

1.5 非平衡载流子26

1.5.1 非平衡载流子的复合与寿命26

1.5.2 准费米能级28

1.6 连续性方程与扩散方程29

1.6.1 连续性方程29

1.6.2 扩散方程29

思考题131

习题131

第2章 PN结33

2.1 平衡PN结能带图及空间电荷区33

2.1.1 平衡PN结能带图33

2.1.2 PN结的形成过程36

2.1.3 平衡PN结的载流子浓度分布36

2.2 理想PN结的伏安特性38

2.2.1 PN结的正向特性38

2.2.2 PN结的反向特性40

2.2.3 理想PN结的伏安特性41

2.3 实际PN结的特性44

2.3.1 PN结空间电荷区中的复合电流44

2.3.2 PN结空间电荷区中的产生电流47

2.3.3 PN结表面漏电流与表面复合、产生电流48

2.3.4 PN结的温度特性50

2.4 PN结的击穿51

2.4.1 PN结空间电荷区中的电场51

2.4.2 PN结的雪崩击穿和隧道击穿53

2.5 PN结的电容55

2.5.1 PN结的势垒电容55

2.5.2 PN结的扩散电容56

思考题258

习题258

第3章 双极晶体管60

3.1 双极晶体管的结构60

3.1.1 基本结构60

3.1.2 晶体管的杂质分布61

3.1.3 晶体管的实际结构62

3.1.4 晶体管的结构特点63

3.1.5 集成电路中的晶体管64

3.2 双极晶体管的放大原理65

3.2.1 晶体管直流短路电流放大系数65

3.2.2 晶体管内载流子的传输66

3.2.3 发射效率和基区输运系数67

3.2.4 共基极直流电流放大系数α068

3.2.5 共射极直流电流放大系数β069

3.3 双极晶体管电流增益69

3.3.1 均匀基区晶体管直流电流增益69

3.3.2 缓变基区晶体管直流电流增益76

3.3.3 影响电流放大系数的因素80

3.3.4 大电流下晶体管放大系数的下降86

3.4 双极晶体管常用直流参数90

3.4.1 反向截止电流91

3.4.2 击穿电压92

3.4.3 集电极最大电流94

3.4.4 基极电阻94

3.5 双极晶体管直流伏安特性96

3.5.1 均匀基区晶体管直流伏安特性96

3.5.2 双极晶体管的特性曲线98

3.5.3 Ebers-Moll模型101

3.6 交流小信号电流增益及频率特性参数104

3.6.1 交流小信号电流传输104

3.6.2 BJT交流小信号模型105

3.6.3 交流小信号传输延迟时间108

3.6.4 交流小信号电流增益111

3.6.5 频率特性参数113

3.7 双极晶体管的开关特性116

3.7.1 晶体管的开关作用117

3.7.2 正向压降和饱和压降119

3.7.3 晶体管的开关过程119

3.7.4 双极晶体管的开关时间121

思考题3128

习题3128

第4章 结型场效应晶体管130

4.1 JFET结构与工作原理131

4.1.1 PNJFET基本结构131

4.1.2 JFET工作原理132

4.1.3 JFET特性曲线134

4.1.4 夹断电压及饱和漏源电压135

4.2 MESFET136

4.2.1 金属与半导体接触136

4.2.2 MESFET基本结构138

4.2.3 MESFET工作原理138

4.3 JFET直流特性139

4.4 直流特性的非理想效应141

4.4.1 沟道长度调制效应141

4.4.2 速度饱和效应142

4.4.3 亚阈值电流143

4.5 JFET的交流小信号特性143

4.5.1 JFET的低频交流小信号参数143

4.5.2 JFET本征电容145

4.5.3 交流小信号等效电路146

4.5.4 JFET的频率参数147

思考题4149

习题4149

第5章 MOSFET150

5.1 MOS结构及其特性150

5.2 MOSFET的结构及工作原理153

5.2.1 MOSFET基本结构153

5.2.2 MOSFET基本类型154

5.2.3 MOSFET基本工作原理155

5.2.4 MOSFET转移特性156

5.2.5 MOSFET输出特性157

5.3 MOSFET的阈值电压158

5.3.1 阈值电压的含义158

5.3.2 平带电压158

5.3.3 实际MOS结构的电荷分布159

5.3.4 阈值电压表示式160

5.3.5 VBS≠0时的阈值电压160

5.3.6 影响阈值电压的因素161

5.4 MOSFET直流特性164

5.4.1 萨支唐方程164

5.4.2 影响直流特性的因素168

5.4.3 击穿特性172

5.4.4 亚阈特性176

5.5 MOSFET小信号特性178

5.5.1 交流小信号参数178

5.5.2 本征电容180

5.5.3 交流小信号等效电路182

5.5.4 截止频率183

5.6 MOSFET开关特性185

5.6.1 开关原理185

5.6.2 开关时间187

5.7 短沟道效应及按比例缩小规则188

5.7.1 短沟道效应的含义188

5.7.2 短沟道对阈值电压的影响189

5.7.3 窄沟道对阈值电压的影响191

5.7.4 按比例缩小规则192

思考题5194

习题5195

第6章 集成电路概论196

6.1 什么是集成电路196

6.2 集成电路的发展历史196

6.3 集成电路相关产业及发展概况197

6.4 集成电路分类198

6.5 集成电路工艺概述199

6.5.1 外延生长199

6.5.2 氧化200

6.5.3 掺杂200

6.5.4 光刻200

6.5.5 刻蚀201

6.5.6 淀积201

6.5.7 钝化201

6.6 CMOS工艺中的无源器件及版图201

6.6.1 电阻202

6.6.2 电容203

6.6.3 电感205

6.7 CMOS工艺中的有源器件及版图207

6.7.1 NMOS207

6.7.2 PMOS208

6.7.3 NPN209

6.7.4 PNP210

6.8 CMOS反相器212

6.8.1 CMOS反相器的直流特性212

6.8.2 CMOS反相器的瞬态特性216

6.8.3 CMOS反相器的功耗与设计220

6.8.4 CMOS反相器的制作工艺及版图221

6.9 CMOS传输门223

6.9.1 NMOS传输门的特性224

6.9.2 PMOS传输门的特性225

6.9.3 CMOS传输门的特性225

6.10 CMOS放大器228

6.10.1 共源放大器228

6.10.2 源极跟随器235

6.10.3 共栅放大器237

思考题6239

习题6239

第7章 集成电路设计基础241

7.1 模拟集成电路设计概述241

7.2 模拟集成电路的设计流程及EDA242

7.2.1 模拟集成电路设计一般流程242

7.2.2 模拟集成电路设计相关EDA245

7.2.3 模拟集成电路设计实例246

7.3 数字集成电路设计流程及EDA265

7.3.1 数字集成电路设计一般流程266

7.3.2 数字集成电路设计相关EDA267

7.3.3 Veriog HDL及数字电路设计267

7.4 集成电路版图设计279

7.4.1 集成电路版图设计基本理论280

7.4.2 版图设计的方式280

7.4.3 半定制数字集成电路版图设计283

7.4.4 全定制模拟集成电路版图设计287

思考题7297

习题7297

参考文献299

附录301

附录A 硅电阻率与杂质浓度关系301

附录B 硅中载流子迁移率与杂质浓度关系301

附录C Si和GaAs在300K的性质302

附录D 常用元素、二元及三元半导体性质303

附录E 常用物理常数304

附录F 国际单位制（SI单位）305

附录G 单位词头305