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内容大纲
本书改编自东芝株式会社内部培训用书。为了让读者理解以硅(Si)为中心的半导体元器件,笔者用了大量的图解方式进行说明。理解半导体元器件原理最有效的图,其实是能带图。全书共7章,包括半导体以及MOS晶体管的简单说明、半导体的基础物理、PN结二极管、双极性晶体管、MOS电容器、MOS晶体管和超大规模集成电路器件。在本书最后,附加了常量表、室温下(300K)的Si基本常量、MOS晶体管、麦克斯韦玻尔兹曼分布函数、关于电子密度n以及空穴密度p的公式、质量作用定律、PN结的耗尽层宽度、载流子的产生与复合、小信号下的共发射极电路的电流放大倍数、带隙变窄以及少数载流子迁移率、阈值电压Vth、关于漏极电流ID饱和的解释。
本书主要面向具有高中数理基础的半导体初学者,也可供半导体、芯片从业者阅读。 -
作者介绍
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目录
前言
第1章 半导体以及MOS晶体管的简单说明
1.1 半导体的历史
1.2 半导体的概述
1.3 MOS晶体管的概述
习题
习题解答
第2章 半导体的基础物理
2.1 能带
2.1.1 电子是粒子还是波
2.1.2 非连续的能级
2.1.3 能带(连续能级)
2.2 费米统计与半导体
2.2.1 费米-狄拉克分布函数
2.2.2 绝缘体、半导体、金属的区别
2.2.3 本征半导体
2.2.4 N型以及P型半导体
2.3 电中性条件以及质量作用定律
2.3.1 电中性条件
2.3.2 质量作用定律
2.3.3 电子与空穴的密度
2.4 扩散与漂移
2.4.1 扩散电流
2.4.2 漂移电流
2.4.3 电子与空穴的电流密度
2.5 静电场的基本公式
2.5.1 静电场的基本公式
2.5.2 电荷密度、电场、电动势的图解
习题
习题解答
第3章 PN结二极管
3.1 PN结二极管的结构以及整流作用
3.1.1 PN结二极管的构造
3.1.2 整流作用
3.2 能带图(接地时)
3.2.1 接合之前的能带图
3.2.2 接合之后的能带图
3.2.3 能带图与电荷密度、电场及电动势
3.3 能带图(施加偏置时)
3.3.1 反向偏置时的能带图
3.3.2 正向偏置时的能带图
3.4 电流电压特性
3.4.1 扩散长度
3.4.2 空间电荷区中的PN积
3.4.3 正向偏置下的电流电压特性
3.4.4 反向偏置下的电流电压特性
习题
习题解答
第4章 双极性晶体管
4.1 双极性晶体管的能带图
4.1.1 双极性晶体管的结构
4.1.2 能带图
4.2 电流放大倍数与截止频率
4.2.1 电流放大倍数
4.2.2 电流放大倍数的导出
4.2.3 截止频率
习题
习题解答
第5章 MOS电容器
5.1 MOS电容器的C-V特性
5.1.1 电容的说明
5.1.2 MOS电容器的电容
5.2 MOS结构的能带图
5.2.1 能带图(接地)
5.2.2 能带图(施加栅极电压的情况)
5.3 C-V特性的频率依赖性
5.3.1 低频下的C-V特性
5.3.2 高频下的C-V特性
习题
习题解答
第6章 MOS晶体管
6.1 MOS晶体管的工作原理
6.1.1 MOS晶体管构造
6.1.2 电动势分布与电子流动
6.2 电流电压特性
6.2.1 线性区以及饱和区
6.2.2 电流电压特性的简单公式
6.2.3 考虑漏极电压VD情况下的漏极电流ID的式子
6.2.4 漏极电流ID饱和的理由
6.2.5 亚阈值区
6.3 NMOS与PMOS
6.4 反相器
6.4.1 电阻负载型反相器
6.4.2 CMOS反相器
习题
习题解答
第7章 超大规模集成电路器件
7.1 器件微缩的方向:缩放比例定律
7.1.1 器件微缩化的好处
7.1.2 缩放比例定律
7.2 器件微缩的难点
7.2.1 短沟道效应
7.2.2 CMOS器件的闩锁效应
7.3 互连线微缩造成的信号延迟
7.3.1 定性的说明
7.3.2 延迟时间的估算
7.4 闪存
7.4.1 存储器LSI的分类
7.4.2 闪存:数据写入以及擦除
习题
习题解答
附录
【附录1】常量表
【附录2】室温下(300K)的Si基本常量
【附录3】从基本专利到实用化花了32年的MOS晶体管
【附录4】麦克斯韦-玻尔兹曼分布函数
【附录5】关于电子密度n以及空穴密度p的公式
【附录6】质量作用定律
【附录7】PN结的耗尽层宽度
【附录8】载流子的产生与复合
【附录9】小信号下的共发射极电路的电流放大倍数
【附录10】带隙变窄以及少数载流子迁移率
【附录11】阈值电压Vth
【附录12】关于漏极电流ID饱和的解释
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