Physics of Semiconductor Devices Iwpsd-2003 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Morgan & Claypool

作者:Bhat, K. N. (EDT)/ Dasgupta, A. (EDT)/ International Workshop on the Physics of

出品人:

页数:623

译者:

出版时间:

价格:225

装帧:HRD

isbn号码:9788173195679

丛书系列:

图书标签:

• 半导体物理
• 半导体器件
• 物理学
• 电子学
• IWPSD-2003
• 材料科学
• 固态物理
• 器件物理
• 纳米技术
• 微电子学

晶体管的艺术与科学：半导体器件基础原理与现代应用 本书聚焦于构成现代电子世界的基石——半导体器件的物理基础、设计原理及其在实际应用中的演进。 这部专著深入探讨了从基本的能带理论到复杂集成电路中核心元件的工作机制，旨在为电子工程、材料科学以及物理学领域的研究人员、工程师和高级学生提供一个全面且深入的参考框架。 --- 第一部分：半导体物理学的基石 本书首先建立起理解半导体器件所需的严格物理学基础。我们从晶体结构和周期性势场对电子能级的影响入手，详细阐述了能带理论的核心概念，包括价带、导带、禁带宽度以及费米能级在不同温度和掺杂浓度下的变化规律。 载流子的输运机制是理解器件工作特性的关键。本章深入剖析了本征半导体和掺杂半导体中电子和空穴的产生、复合以及迁移。我们详细讨论了载流子在电场和温度梯度作用下的漂移运动，以及浓度梯度引起的扩散现象。通过对爱因斯坦关系和载流子寿命的精确数学描述，读者将能够建立起对材料内部电荷动态行为的直观认识。特别地，本章对空间电荷区（空间电荷层）的形成机制进行了详尽的分析，这是所有PN结和MOS结构工作的基础。 --- 第二部分：核心半导体器件的工作原理 在坚实的物理基础上，本书随后转向分析那些构成现代电子设备的核心组件。 PN结二极管的分析是重中之重。我们不仅推导了理想二极管方程（包括暗电流和理想因子），更详细探讨了实际器件中的非理想效应，如温度对击穿电压和正向特性的影响。对齐纳击穿和雪崩击穿机制的深入探讨，有助于理解器件的可靠性和工作限制。此外，本书还涵盖了特种二极管，如肖特基势垒二极管（SBD）和变容二极管的工作特性和应用场景。 双极性晶体管（BJT）的章节，是本书技术深度的体现。我们采用小信号模型（如Hybrid-π模型）和Ebers-Moll模型来描述晶体管在不同工作状态下的行为。对基区、集电结和发射结的相互作用进行了详细的几何与电学分析，着重阐述了$eta$（电流增益）的物理起源、米勒效应、以及高频特性（如$f_T$和$f_{alpha}$）的限制因素。如何通过工艺优化来改善晶体管的开关速度和功耗效率，也是本章讨论的重点。 金属-氧化物-半导体场效应晶体管（MOSFET）作为现代VLSI技术的主宰者，占据了大量篇幅。本书从MOS结构的C-V特性入手，详细解释了阈值电压（$V_{th}$）的物理决定因素，包括界面陷阱电荷、氧化物厚度和费米能级移动。对沟道电导的分析贯穿了“弱反型”、“线性区”和“饱和区”三个重要阶段，并引入了短沟道效应（如DIBL和沟道长度调制）对理想模型的影响。功率MOSFET（如VDMOS）的导通电阻（$R_{DS(on)}$）优化和热管理策略也被纳入讨论范围。 --- 第三部分：先进器件与集成技术 随着技术向前发展，对器件性能的要求愈发严苛，本部分关注了超越传统MOSFET的先进器件结构和集成挑战。 半导体异质结的物理学是理解高效光电器件和高速电子器件的基础。我们分析了能带错位（Band Offset）如何用于构建异质结双极性晶体管（HBT）和异质结场效应晶体管（HEMT），这些器件凭借其优异的高频性能，在微波通信领域占据重要地位。对量子阱（Quantum Well）和超晶格（Superlattice）结构中载流子行为的探讨，为理解未来纳米尺度器件提供了理论支撑。 光电子器件部分，本书系统地介绍了发光二极管（LED）和激光二极管（LD）的发光机理，包括辐射复合过程和光提取效率。对于半导体光电探测器，如PIN光电二极管和雪崩光电二极管（APD），其响应速度、量子效率和噪声特性得到了详尽的分析。 在集成电路制造方面，本书简要概述了从硅片生长、光刻（Lithography）、干法刻蚀（Dry Etching）到薄膜沉积和金属化的工艺流程。重点分析了互连线效应（如RC延迟）对高性能芯片设计带来的挑战，以及工艺变异性（Process Variation）对大规模电路可靠性的影响。 --- 第四部分：器件的可靠性与未来趋势 本书的最后部分着眼于器件在实际应用中的长期性能和未来发展方向。 器件可靠性是工程实践中不可回避的问题。我们详细讨论了热载流子注入（HCI）、氧化物捕获以及电迁移（Electromigration）等导致器件性能退化的关键物理机制。理解这些失效模式，对于设计具有长期稳定性的电子产品至关重要。 新兴材料与器件架构：鉴于硅基技术的物理极限，本书对硅基锗（SiGe）、III-V族半导体在CMOS兼容性方面的进展进行了展望。同时，对FinFET结构如何有效控制短沟道效应以及未来Gate-All-Around (GAA) 晶体管的潜在优势进行了深入的物理论证。 本书力求在理论深度和工程实用性之间找到最佳平衡，通过大量的图表、推导和案例分析，确保读者不仅知其然，更能知其所以然，从而能够有效地进行半导体器件的设计、优化和故障分析。

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