本書根據教育部新的課程改革要求，在已取得多項教學改革成果的基礎上進行編寫。內容主要包括半導體物理和晶體管原理兩部分，其中，第1章介紹半導體材料特性，第2～3章系統闡述PN結和雙極型晶體管，第4～5章系統闡述半導體表面特性和MOS型晶體管，第6章介紹其他幾種常用的半導體器件。全書結合高等職業院校的教學特點，側重于物理概念與物理過程的描述，并在各章節設有操作實驗和仿真實驗，內容與企業生產實踐相結合，適當配置工藝和版圖方面的知識，以方便開展教學。本書為高等職業本專科院校相應課程的教材，也可作為開放大學、成人教育、自學考試、中職學校、培訓班的教材，以及半導體行業工程技術人員的參考書。本書提供免費的電子教學課件、習題參考答案等資源，相關介紹詳見前言。
近幾年，我國集成電路產業得到快速發展，已經形成了IC設計、制造、封裝、測試及支撐配套業等較為完善的產業鏈格局，成為全球半導體產業關注的焦點。同時，適合集成電路產業發展的高技能應用型人才相對匱乏，產業技能人才的需求十分緊迫。目前，不少高職院校設置了半導體器件物理等核心課程，但實操性強且適合高職院校學生的教材較少。現有成熟教材的特點是基礎知識點的理論性強、數學推導繁雜、內容覆蓋面太廣，不利于技術技能型人才的培養。
本書根據教育部新的課程改革要求，在已取得多項教學改革成果的基礎上進行編寫。本書為江蘇高校微電子技術品牌專業建設工程資助項目成果（編號PPZY2015B190）。全書結合高等職業院校的教學特點，側重于物理概念與物理過程的描述，內容敘述力求重點突出、條理分明、深入淺出、圖文并茂，簡化數學推導，并在各章節設有操作實驗和仿真實驗，內容與企業生產實踐相結合，適當配置工藝和版圖方面的知識，以方便開展教學。
本書內容主要包括半導體物理和晶體管原理兩部分，其中，第1章介紹半導體材料特性，第2～3章系統闡述PN結和雙極型晶體管，第4～5章系統闡述半導體表面特性和MOS型晶體管，第6章介紹其他幾種常用的半導體器件。本課程的參考學時為68～96學時，各校可根據不同的教學環境和專業要求進行適當的內容取舍與安排。
本書由江蘇信息職業技術學院徐振邦副教授擔任主編，陸建恩擔任副主編。具體編寫分工為：第1～3章和第6.4、6.5節由徐振邦編寫，第4～5章和第6.7節由陸建恩編寫，第6.1、6.2、6.3、6.6節和各章所有的仿真實驗由黃瑋編寫，書中的操作實驗由袁琦睦編寫并繪制了部分插圖。全書由江蘇信息職業技術學院孫萍教授主審。
本書在編寫過程中參考了一些優秀的著作和資料，汲取了其中的部分精華內容，另外還得到了電子工業出版社的大力支持，在此一并表示誠摯的謝意。
由于作者水平有限，書中難免存在錯漏之處，懇請專家和讀者批評指正。
本書配有免費的電子教學課件與習題參考答案等資源，請有此需要的教師登錄華信教育資源網（http：//www.hxedu.com.cn）免費注冊后再進行下載。直接掃一掃書中的二維碼可閱覽更多的立體化教學資源。如有問題請在網站留言或與電子工業出版社聯系（E-mail：hxedu@phei.com.cn）。
編者
徐振邦 副教授，畢業于南京大學應用物理專業，已在江蘇信息職業技術學院電信學院從事多年的電子類專業課程的教學與研究工作，教學經驗豐富。
目 錄
第1章 半導體特性1
1.1 半導體的晶體結構2
1.1.1 晶體的結構2
1.1.2 晶面與晶向3
1.2 半導體中的電子狀態4
1.2.1 能級與能帶4
1.2.2 本征半導體的導電機制7
1.3 雜質與缺陷8
1.3.1 雜質與雜質能級8
1.3.2 缺陷與缺陷能級11
實驗1 晶體缺陷的觀測12
1.4 熱平衡載流子13
1.4.1 費米能級與載流子濃度14
1.4.2 本征半導體的載流子濃度17
1.4.3 雜質半導體的載流子濃度18
1.5 非平衡載流子19
1.5.1 非平衡載流子的注入19
1.5.2 非平衡載流子的復合20
實驗2 高頻光電導衰減法測量硅中少子壽命21
1.5.3 復合機制24
1.6 載流子的運動25
1.6.1 載流子的漂移運動與遷移率26
1.6.2 載流子的擴散運動與愛因斯坦關系29
知識梳理與總結33
思考題與習題135
第2章 PN結36
2.1 平衡PN結37
2.1.1 PN結的形成與雜質分布37
2.1.2 PN結的能帶圖38
2.1.3 PN結的接觸電勢差與載流子分布39
2.2 PN結的直流特性41
2.2.1 PN結的正向特性41
2.2.2 PN結的反向特性45
實驗3 PN結伏安特性與溫度效應46
2.2.3 影響PN結伏安特性的因素47
2.3 PN結電容49
2.3.1 PN結電容的成因及影響49
2.3.2 突變結的勢壘電容50
實驗4 PN結勢壘電容的測量53
2.3.3 擴散電容54
2.4 PN結的擊穿特性55
2.4.1 擊穿機理55
2.4.2 雪崩擊穿電壓57
2.4.3 影響雪崩擊穿電壓的因素58
2.5 PN結的開關特性60
2.5.1 PN結的開關作用60
2.5.2 PN結的反向恢復時間61
知識梳理與總結63
思考題與習題263
第3章 雙極晶體管及其特性65
3.1 晶體管結構與工作原理66
3.1.1 晶體管的基本結構與雜質分布66
3.1.2 晶體管的電流傳輸68
3.1.3 晶體管的直流電流放大系數70
3.2 晶體管的直流特性75
3.2.1 晶體管的伏安特性曲線75
仿真實驗1 共發射極晶體管伏安特性仿真76
實驗5 半導體管特性圖示儀測試晶體管的特性曲線80
3.2.2 晶體管的反向電流81
3.2.3 晶體管的擊穿電壓82
仿真實驗2 BVCEO仿真83
實驗6 晶體管直流參數測量85
3.2.4 晶體管的穿通電壓87
3.3 晶體管的頻率特性87
3.3.1 晶體管頻率特性和高頻等效電路88
3.3.2 高頻時晶體管電流放大系數下降的原因89
3.3.3 晶體管的電流放大系數92
3.3.4 晶體管的極限頻率參數93
3.4 晶體管的功率特性96
3.4.1 大電流工作時產生的三個效應96
3.4.2 晶體管的最大耗散功率和熱阻100
3.4.3 功率晶體管的安全工作區101
3.5 晶體管的開關特性103
3.5.1 晶體管的開關作用103
3.5.2 開關晶體管的工作狀態103
3.5.3 晶體管的開關過程105
3.5.4 提高晶體管開關速度的途徑108
3.6 晶體管的版圖和工藝流程109
3.6.1 晶體管的圖形結構109
3.6.2 雙極晶體管的工藝流程111
知識梳理與總結113
思考題與習題3114
第4章 半導體的表面特性116
4.1 半導體表面與Si-SiO2系統117
4.1.1 理想的半導體表面117
4.1.2 Si-SiO2系統及其特性118
4.1.3 半導體制造工藝中對表面的處理清洗與鈍化121
4.2 表面空間電荷區與表面勢122
4.2.1 表面空間電荷區122
4.2.2 表面勢?S125
4.3 MOS結構的閾值電壓127
4.3.1 理想MOS結構的閾值電壓127
4.3.2 實際MOS結構的閾值電壓129
4.3.3 MOS結構的應用電荷耦合器件133
4.4 MOS結構的C-V特性136
4.4.1 集成化電容的選擇MOS電容136
4.4.2 理想MOS電容的C-V特性136
4.4.3 實際MOS電容的C-V特性139
實驗7 MOS電容的測量141
4.5 金屬與半導體接觸143
4.5.1 金屬?半導體接觸143
4.5.2 肖特基勢壘與整流接觸144
4.5.3 歐姆接觸146
4.5.4 金屬?半導體接觸的應用肖特基勢壘二極管（SBD）147
實驗8 SBD（肖特基）二極管伏安特性的測量148
知識梳理與總結149
思考題與習題4150
第5章 MOS型場效應晶體管151
5.1 MOS型晶體管的結構與分類152
5.1.1 MOS型晶體管的結構與工作原理152
5.1.2 MOS型晶體管的分類155
5.1.3 MOS型晶體管的基本特征156
5.1.4 集成MOS型晶體管與分立器件MOS型晶體管的異同157
5.2 MOS型晶體管的閾值電壓158
5.2.1 MOS型晶體管閾值電壓的定義158
5.2.2 理想情況下MOS型晶體管閾值電壓的表達式158
5.2.3 影響MOS型晶體管閾值電壓的各種因素159
仿真實驗3 MOS型晶體管閾值電壓仿真163
實驗9 MOS型晶體管閾值電壓VT的測量167
5.3 MOS型晶體管的輸出伏安特性與直流參數169
5.3.1 MOS型晶體管的輸出伏安特性169
5.3.2 MOS型晶體管的輸出伏安特性方程172
5.3.3 影響MOS型晶體管輸出伏安特性的一些因素175
仿真實驗4 MOS型晶體管輸出伏安特性曲線仿真176
實驗10 MOS型晶體管輸出伏安特性曲線的測量181
5.3.4 MOS型晶體管的直流參數182
5.3.5 MOS型晶體管的溫度特性與柵保護183
5.4 MOS型晶體管頻率特性與交流小信號參數185
5.4.1 MOS型晶體管的交流小信號等效電路185
5.4.2 MOS型晶體管的交流小信號參數186
5.4.3 MOS型晶體管的最高工作頻率fm187
5.4.4 MOS型晶體管開關189
5.5 MOS型晶體管版圖及其結構特征189
5.5.1 小尺寸集成MOS型晶體管的版圖（橫向結構）189
5.5.2 小尺寸集成MOS型晶體管的剖面結構（縱向結構）192
5.5.3 按比例縮小設計規則193
5.6 小尺寸集成MOS型晶體管的幾個效應195
5.6.1 短溝道效應196
5.6.2 窄溝道效應196
5.6.3 熱電子效應197
知識梳理與總結199
思考題與習題5199
第6章 其他常用半導體器件200
6.1 達林頓晶體管201
6.2 功率MOS型晶體管202
6.2.1 功率MOS型晶體管的種類203
6.2.2 功率MOS型晶體管的版圖結構與制造工藝204
6.3 絕緣柵雙極晶體管（IGBT）206
6.3.1 IGBT的結構與伏安特性206
6.3.2 IGBT的工作原理207
6.4 發光二極管（LED）209
6.4.1 LED發光原理210
6.4.2 LED的結構與種類210
6.4.3 LED的量子效率212
6.5 太陽能電池212
6.5.1 PN結的光生伏特效應213
6.5.2 太陽能電池的I-V特性和效率213
6.5.3 PERL太陽能電池214
6.5.4 非晶硅太陽能電池214
6.6 結型場效應晶體管（JFET）215
6.6.1 JFET的結構215
6.6.2 JFET的工作原理216
6.6.3 JFET的輸出特性217
6.7 晶閘管218
6.7.1 晶閘管的基本結構和特性218
6.7.2 晶閘管的工作原理219
6.7.3 雙向晶閘管221
知識梳理與總結222
思考題與習題6222
附錄A XJ4810型半導體管特性圖示儀面板功能223
附錄B 擴散結電容和勢壘寬度的計算曲線226
附錄C 硅擴散層表面雜質濃度與擴散層平均電導率的關系曲線228
參考文獻236
新書資訊