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第1章　现代电子学基础1

1-1　电荷、电场和能量1

1-1.1　电场的概念1

目录1

1-1.2　电场中的功和能3

1-1.3　静电势3

1-1.4　电力线5

1-1.5　势能和动能7

1-2.1　单位因子9

1-2　单位制及问题的解决9

1-2.2　解决问题的步骤10

1-2.3　单位与变量符号12

1-2.4　一维问题12

1-2.5　归一化13

1-3　处理运动电荷及静止电荷的方程13

1-3.1　电导率和电阻率14

1-3.3　介质材料、电容率和极化15

1-3.2　用电场表述的欧姆定律15

1-3.4　电位移18

1-3.5　位移电流20

1-3.6　介质弛豫21

1-3.7　泊松方程的意义22

1-4　氢原子的玻尔模型25

1-4.1　行星模拟25

1-4.2　电磁辐射和量子26

1-4.3　玻尔模型中的经典分量28

1-4.4　玻尔假设31

1-4.5　模型的预言32

1-4.6　玻尔模型的改进35

1-5　晶体学40

1-5.1　晶格40

1-5.2　单胞和原胞43

1-5.3　空间晶格44

1-5.4　相关晶格和晶体46

1-5.5　硅晶体49

1-5.6　原子平面和晶向50

总结53

参考文献56

复习题57

分析题61

计算机求解题68

设计题70

第2章　半导体体特性72

2-1　能带72

2-1.1　振子类比72

2-1.2　能带结构与原子间距的关系74

2 1.3　与价健有关的能带75

2-1.4　电子和空穴76

2-1.5　能带间隙78

2-1.6　导体79

2-2.1　费米能级80

2-2　导体和本征硅中的电子分布80

2-2.2　导带中的状态密度82

2-2.3　能带对称近似82

2-2.4　等效态密度近似83

2-2.5　本征载流子浓度86

2-3　掺杂硅87

2-3.1　施主掺杂和施主态氢原子模型88

2-3.2　均匀掺杂90

2-3.3　受主掺杂92

2-3.4　杂质补偿93

2-3.5　费米能级“计算器”94

2-4　半导体体材料问题的分析97

2-4.1　电中性方程97

2-4.2　玻耳兹曼近似98

2-4.3　质量作用定律100

2-4.4　以静电势表示的能带图101

2-4.5　以静电势表示的载流子浓度102

2-4.6　玻耳兹曼关系103

2-5.1　声子和离子引起的载流子散射104

2-5　载流子输运104

2-5.2　漂移速度106

2-5.3　电导迁移率109

2-5.4　速度饱和111

2-5.5　电导率方程113

2-5.6　载流子的扩散115

2-5.7　输运方程117

2-5.8　爱因斯坦关系式118

2-6.1　过剩载流子119

2-6　载流子的复合和产生119

2-6.2　小注入复合率123

2-6.3　与时间相关的复合124

2-6.4　载流子寿命125

2-6.5　复合机理127

2-6.6　相对的和绝对的载流子浓度131

2-7　连续性方程133

2-7.1　恒定电场连续性输运方程133

2-7.2　连续性方程的应用135

2-7.3　海恩斯肖克莱实验138

2-7.4　表面复合速度140

2-7.5　基于复合的欧姆接触141

2-7.6　平衡和稳态条件的比较142

总结143

参考文献148

复习题149

分析题152

计算机求解题164

设计题165

第3章　PN结166

3-1 PN结的概念166

3-1.1　PN结的空间电荷166

3-1.2　偶极层168

3-1.3　电场和电位分布168

3-1.4　结的能带图168

3-1.5　通过PN结的载流子分布170

3-1.7　PN结的电流密度分布172

3-1.6　对称突变结172

3-2.1　全部耗尽假设173

3-2　耗尽近似173

3-2.2　电荷密度分布174

3-2.3　电场分布175

3-2.4　静电势分布177

3-2.5　接触电势177

3-2.6　非对称突变结180

3-2.7　单边突变结180

3-3　偏置下的PN结183

3-2.8　突变结的比较183

3-3.1　代数符号规则184

3-3.2　反向偏置185

3-3.3　正向偏置和玻耳兹曼准平衡189

3-3.4　PN结定律191

3-4　静态分析193

3-4.1　正向电流-电压特性193

3-4.2　反向和全部结特性196

3-4.3　模型和相关项的定义198

3-4.4　分段线性模型200

3-4.5　电荷控制模型202

3-4.6　实际硅PN结的特性204

3-4.7　大注入正向偏置206

3-5　突变PN结以外的其他结207

3-5.1　PIN二极管207

3-5.2　线性缓变结208

3-5.3　扩散结211

3-5.4　高-低结和欧姆接触216

3-6　击穿现象219

3-6.1　雪崩击穿219

3-6.2　隧穿222

3-6.3　穿通226

3-7　突变结的近似解析模型232

3-7.1　泊松-玻耳兹曼方程232

3-7.2　德拜长度234

3-7.3　泊松-玻耳兹曼方程的一次积分236

3-7.4　泊松-玻耳兹曼方程的二次积分239

3-7.5　耗尽近似替代241

3-7.6　反型层和积累层243

3-8　小信号动态分析246

3-8.1　小信号电导246

3-8.2　扩散电容250

3-8.3　耗尽层电容253

3-8.4　PN结电容的交叠258

3-8.5　共存现象和多种时间常数258

3-8.6　小信号等效电路模型263

3-8.7　有效寿命和扩散电容270

3-8.8　小信号电荷控制分析271

3-8.9　线性微分方程272

3-9　高级动态分析273

3-9.1　分析技术概述274

3-9.2　基于器件物理的电荷控制分析275

3-9.3　基于电路行为的电荷控制分析279

3-9.4　基于器件物理的严格分析287

3-9.5　基于电路行为的严格分析296

3-9.6 SPICE分析300

3-9.7　数值分析举例302

总结311

参考文献319

复习题323

分析题325

计算机求解题340

设计题342

第4章　双极结型晶体管344

4-1　BJT的基础344

4-1.1　结构和术语344

4-1.2　偏置和端电流346

4-1.3　载流子的分布347

4-1.4　典型的器件尺寸和掺杂浓度349

4-1.5　一维电子电流351

4-2.1 内部的电流分布353

4-2　基本的器件理论353

4-2.2　寄生的内部电流356

4-2.3　共发射极电流增益357

4-2.4　电流增益的机理359

4-3　偏置和BJT的使用360

4-3.1　基本的偏置电路361

4-3.2　静态等效电路模型363

4-3.3　基本的BJT放大器364

4-3.4　饱和366

4-3.5　其他的工作方式369

4-3.6　其他的电路结构374

4-4　真实BJT的结构和性质377

4-4.1　电化学势378

4-4.2　非均匀的基区掺杂380

4-4.3　根摩尔数384

4-4.4　击穿电压386

4-4.5　输出电导391

4-4.6　结构的变化393

4-4.7　正向和反向电流增益397

4-5　大注入效应400

4-5.1　Rittner效应400

4-5.2　Webster效应401

4-5.3　双极性效应403

4-5.4 Kirk效应和准饱和407

4-5.5　基区的横向电压降410

4-5.6　大注入效应的综合411

4-5.7　一般掺杂基区的大注入分析412

4-6　Ebers-Moll静态模型417

4-6.1　Gummel-Poon的革新417

4-6.2　假设和问题的限定418

4-6.3　传输型方程419

4-6.4　原始型方程423

4-6.5　方程的应用426

4-6.6　等效电路模型428

4-7　小信号动态模型430

4-7.1　低频混合模型431

4-7.2　混合模型和器件物理434

4-7.3　BJT的跨导437

4-7.4　混合π模型和其他模型438

4-7.5　模型精度的改善444

4-7.6　电荷控制模型445

4-7.7　基区充电时间450

4-7.8　优值指数455

4-8 SPICE模型456

4-8.1　模型方程457

4-8.4　大电流效应459

4-8.2　串联电阻效应459

4-8.3　厄利（Early）效应459

4-8.5　非理想二极管效应461

4-8.6　电容效应462

4-8.7　小信号分析举例463

4-8.8　大信号分析举例468

4-8.9　热阻472

总结475

参考文献484

复习题488

分析题491

计算机求解题505

设计题506

第5章　MOSFET509

5-1 MOSFET的基本理论509

5-1.1 场效应晶体管509

5-1.2 MOSFET的定义511

5-1.3　基本分析513

5-1.4 电流-电压方程516

5-1.5　通用转移特性519

5-1.6　跨导523

5-1.7　反相器选择525

5-2　MOS电容现象529

5-2.1　氧化层-硅边界条件529

5-2.2　近似电场和电势分布531

5-2.3　精确能带图534

5-2.4　势垒高度差536

5-2.5　界面电荷542

5-2.6　氧化层电荷546

5-2.7　阈值电压的计算551

5-3　MOS电容建模552

5-3.1　精确的解析表面建模552

5-3.2 MOS电容与PN结电容的比较554

5-3.3　小信号等效电路555

5-3.4　理想的电容-电压关系561

5-3.5　实际的电容-电压关系565

5-3.6　MOS电容交叠的物理566

5-3.7　MOS电容交叠的分析570

5-4 改进的MOSFET理论572

5-4.1 沟道-结的相互作用573

5-4.2　离子电荷模型576

5-4.3　体效应580

5-4.4　高级长沟道模型583

5-5.1　二级模型参数584

5-5 SPICE模型584

5-5.2　二级模型587

5-5.3　模型的小信号应用590

5-5.4　模型的大信号应用597

5-6 MOSFET-BJT性能比较605

5-6.1　基于简单理论的跨导比较605

5-6.2　亚阈值跨导理论607

5-6.4 跨导与输入电压的关系610

5-6.3 MOSFET最大gm/Iout的计算610

5-6.5　亚阈值跨导物理613

总结617

参考文献625

复习题629

分析题632

计算机求解题640

设计题642

附录A　物理常数表644

附录B　硅的性质表645