半導體物理與器件（第四版）

作者：（美）Donald A. Neamen（唐納德 A. 尼曼）

ISBN號：9787121343216

頁數：526

出版時間：2021-04-01

出版社：電子工業出版社

印刷時間：2021-05-01

版次：1

印次：1

內容介紹

本書是微電子技術領域的基礎教程。全書涵蓋了量子力學、固體物理、半導體材料物理及半導體器件物理等內容，分成三部分，共計15章。第一部分為半導體材料屬性，主要討論固體晶格結構、量子力學、固體量子理論、平衡半導體、輸運現象、半導體中的非平衡過剩載流子；第二部分為半導體器件基礎，主要討論pn結、pn結二極管、金屬半導體和半導體異質結、金屬氧化物半導體場效應晶體管、雙極晶體管、結型場效應晶體管；第三部分為專用半導體器件，主要介紹光器件、半導體微波器件和功率器件等。書中既講述了半導體基礎知識，也分析討論了小尺寸器件物理問題，具有一定的深度和廣度。另外，全書各章難點之後均列有例題、自測題，每章末尾均安排有復習要點、重要術語解釋及知識點。全書各章末尾列有習題和參考文獻，書後附有部分習題答案。

作者介紹

美國新墨西哥大學電氣與計算機工程系教授，於新墨西哥大學獲博士學位後，成為Hanscom空軍基地固態科學實驗室電子工程師。 1976年加入新墨西哥大學電氣與計算機工程系，從事半導體物理與器件課程和電路課程的教學工作。目前仍為該系的返聘教員。另著有Microelectronics Circuit Analysis and Design, Fourth Edition和An Introduction to Semiconductor Devices兩本教材。

美國新墨西哥大學電氣與計算機工程系教授，於新墨西哥大學獲博士學位後，成為Hanscom空軍基地固態科學實驗室電子工程師。 1976年加入新墨西哥大學電氣與計算機工程系，從事半導體物理與器件課程和電路課程的教學工作。目前仍為該系的返聘教員。另著有Microelectronics Circuit Analysis and Design, Fourth Edition和An Introduction to Semiconductor Devices兩本教材。

目錄

第一部分　半導體材料屬性

第1章　固體晶格結構 1

1.0　預習 1

1.1　半導體材料 1

1.2　固體類型 2

1.3　空間晶格 3

1.3.1　原胞和晶胞 3

1.3.2　基本的晶體結構 4

1.3.3　晶面和密勒指數 6

1.3.4　晶向 9

1.4　金剛石結構 10

1.5　原子價鍵 12

*1.6　固體中的缺陷和雜質 14

1.6.1　固體中的缺陷 14

1.6.2　固體中的雜質 16

*1.7　半導體材料的生長 17

1.7.1　在熔融體中生長 17

1.7.2　外延生長 19

1.8　小結 20

重要術語解釋 20

知識點 21

複習題 21

習題 21

參考文獻 24

第2章　量子力學初步 25

2.0　預習 25

2.1　量子力學的基本原理 25

2.1.1　能量量子化 26

2.1.2　波粒二相性 27

2.1.3　不確定原理 30

2.2　薛定諤波動方程 31

2.2.1　波動方程 31

2.2.2　波函數的物理意義 32

2.2.3　邊界條件 33

2.3　薛定諤波動方程的應用 34

2.3.1　自由空間中的電子 35

2.3.2　無限深勢阱 36

2.3.3　階躍勢函數 39

2.3.4　勢壘和隧道效應 44

2.4　原子波動理論的延伸 46

2.4.1　單電子原子 46

2.4.2　週期表 50

2.5　小結 51

重要術語解釋 51

知識點 52

複習題 52

習題 52

參考文獻 57

第3章　固體量子理論初步 58

3.0　預習 58

3.1　允帶與禁帶 58

3.1.1　能帶的形成 59

3.1.2　克龍尼克-潘納模型 63

3.1.3　k 空間能帶圖 67

3.2　固體中電的傳導 72

3.2.1　能帶和鍵模型 72

3.2.2　漂移電流 74

3.2.3　電子的有效質量 75

3.2.4　空穴的概念 78

3.2.5　金屬、絕緣體和半導體 80

3.3　三維擴展 83

3.3.1　矽和砷化鎵的 k 空間能帶圖 83

3.3.2　有效質量的補充概念 85

3.4　狀態密度函數 85

3.4.1　數學推導 85

3.4.2　擴展到半導體 88

3.5　統計力學 91

3.5.1　統計規律 91

3.5.2　費米-狄拉克概率函數 91

3.5.3　分佈函數和費米能級 93

3.6　小結 98

重要術語解釋 98

知識點 99

複習題 99

習題 100

參考文獻 104

第 4 章　平衡半導體 106

4.0　預習 106

4.1　半導體中的載流子 106

4.1.1　電子和空穴的平衡分佈 107

4.1.2　n0方程和p0方程 109

4.1.3　本徵載流子濃度 113

4.1.4　本徵費米能級位置 116

4.2　摻雜原子與能級 118

4.2.1　定性描述 118

4.2.2　電離能 120

4.2.3　III-V族半導體 122

4.3　非本徵半導體 123

4.3.1　電子和空穴的平衡狀態分佈 123

4.3.2　n0和p0的乘積 127

*4.3.3　費米-狄拉克積分 128

4.3.4　簡併與非簡併半導體 130

4.4　施主和受主的統計學分佈 131

4.4.1　概率函數 131

4.4.2　完全電離與束縛態 132

4.5　電中性狀態 135

4.5.1　補償半導體 135

4.5.2　平衡電子和空穴濃度 136

4.6　費米能級的位置 141

4.6.1　數學推導 142

4.6.2　EF隨摻雜濃度和溫度的變化 144

4.6.3　費米能級的應用 145

4.7　小結 147

重要術語解釋 148

知識點 148

複習題 149

習題 149

參考文獻 154

第 5 章　載流子輸運現象 156

5.0　預習 156

5.1　載流子的漂移運動 156

5.1.1　漂移電流密度 156

5.1.2　遷移率 159

5.1.3　電導率 164

5.1.4　飽和速度 169

5.2　載流子擴散 172

5.2.1　擴散電流密度 172

5.2.2　總電流密度 175

5.3　雜質梯度分佈 176

5.3.1　感生電場 176

5.3.2　愛因斯坦關係 178

*5.4　霍爾效應 180

5.5　小結 183

重要術語解釋 183

知識點 184

複習題 184

習題 184

參考文獻 191

第 6 章　半導體中的非平衡過剩載流子 192

6.0　預習 192

6.1　載流子的產生與復合 193

6.1.1　平衡態半導體 193

6.1.2　過剩載流子的產生與復合 194

6.2　過剩載流子的性質 198

6.2.1　連續性方程 198

6.2.2　與時間有關的擴散方程 199

6.3　雙極輸運 201

6.3.1　雙極輸運方程的推導 201

6.3.2　摻雜及小注入的約束條件 203

6.3.3　雙極輸運方程的應用 206

6.3.4　介電弛豫時間常數 214

*6.3.5　海恩斯-肖克萊實驗 216

6.4　準費米能級 219

*6.5　過剩載流子的壽命 221

6.5.1　肖克萊-里德-霍爾複合理論 221

6.5.2　非本徵摻雜和小注入的約束條件 225

*6.6　表面效應 227

6.6.1　表面態 227

6.6.2　表面複合速度 229

6.7　小結 231

重要術語解釋 231

知識點 232

複習題 233

習題 233

參考文獻 240

第二部分　半導體器件基礎

第 7 章　pn結 241

7.0　預習 241

7.1　pn結的基本結構 241

7.2　零偏 243

7.2.1　內建電勢差 243

7.2.2　電場強度 246

7.2.3　空間電荷區寬度 249

7.3　反偏 251

7.3.1　空間電荷區寬度與電場 251

7.3.2　勢壘電容（結電容） 254

7.3.3　單邊突變結 256

7.4　結擊穿 258

*7.5　非均勻摻雜pn結 262

7.5.1　線性緩變結 263

7.5.2　超突變結 265

7.6　小結 267

重要術語解釋 268

知識點 268

複習題 269

習題 269

參考文獻 275

第 8 章　pn結二極管 276

8.0　預習 276

8.1　pn結電流 276

8.1.1　pn結內電荷流動的定性描述 277

8.1.2　理想的電流-電壓關係 278

8.1.3　邊界條件 279

8.1.4　少數載流子分佈 283

8.1.5　理想pn結電流 286

8.1.6　物理學小結 290

8.1.7　溫度效應 292

8.1.8　短二極管 293

8.2　產生-複合電流和高注入級別 295

8.2.1　產生復合電流 296

8.2.2　高級註入 302

8.3　pn 結的小信號模型 304

8.3.1　擴散電阻 305

8.3.2　小信號導納 306

8.3.3　等效電路 313

*8.4　電荷存儲與二極管瞬態 314

8.4.1　關瞬態 315

8.4.2　開瞬態 317

*8.5　隧道二極管 318

8.6　小結 321

重要術語解釋 322

知識點 322

複習題 323

習題 323

參考文獻 330

第 9 章　金屬半導體和半導體異質結 331

9.0　預習 331

9.1　肖特基勢壘二極管 331

9.1.1　性質上的特徵 332

9.1.2　理想結的特性 334

9.1.3　影響肖特基勢壘高度的非理想因素 338

9.1.4　電流-電壓關係 342

9.1.5　肖特基勢壘二極管與pn結二極管的比較 345

9.2　金屬-半導體的歐姆接觸 349

9.2.1　理想非整流接觸勢壘 349

9.2.2　隧道效應 351

9.2.3　比接觸電阻 352

9.3　異質結 354

9.3.1　形成異質結的材料 354

9.3.2　能帶圖 354

9.3.3　二維電子氣 356

*9.3.4　靜電平衡態 358

*9.3.5　電流-電壓特性 363

9.4　小結 363

重要術語解釋 364

知識點 364

複習題 365

習題 365

參考文獻 370

第 10 章　金屬-氧化物-半導體場效應晶體管基礎 371

10.0預習 371

10.1雙端MOS結構 371

10.1.1　能帶圖 372

10.1.2　耗盡層厚度 376

10.1.3　面電荷密度 380

10.1.4　功函數差 382

10.1.5　平帶電壓 385

10.1.6　閾值電壓 388

10.2電容-電壓特性 394

10.2.1　理想C-V特性 394

10.2.2　頻率特性 399

10.2.3　固定柵氧化層電荷和界面電荷效應 400

10.3MOSFET基本工作原理 403

10.3.1　MOSFET結構 403

10.3.2　電流-電壓關係——概念 404

*10.3.3　電流-電壓關係——數學推導 410

*10.3.4　跨導 418

10.3.5　襯底偏置效應 419

10.4?頻率限制特性 422

10.4.1　小信號等效電路 422

10.4.2　頻率限制因素和截止頻率 425

*10.5CMOS技術 427

10.6小結 430

重要術語解釋 431

知識點 432

複習題 432

習題 433

參考文獻 441

第 11 章　金屬-氧化物-半導體

場效應晶體管：概念的深入 443

11.0預習 443

11.1?非理想效應 443

11.1.1　亞閾值電導 444

11.1.2　溝道長度調製效應 446

11.1.3　遷移率變化 450

11.1.4　速度飽和 452

11.1.5　彈道輸運 453

11.2MOSFET按比例縮小理論 455

11.2.1　恆定電場按比例縮小 455

11.2.2　閾值電壓——一級近似 456

11.2.3　全部按比例縮小理論 457

11.3?閾值電壓的修正 457

11.3.1　短溝道效應 457

11.3.2　窄溝道效應 461

11.4?附加電學特性 464

11.4.1　擊穿電壓 464

*11.4.2　輕摻雜漏晶體管 470

11.4.3　通過離子注入進行閾值調整 472

*11.5?輻射和熱電子效應 475

11.5.1　輻射引入的氧化層電荷 475

11.5.2　輻射引入的界面態 478

11.5.3　熱電子充電效應 480

11.6?小結 481

重要術語解釋 481

知識點 482

複習題 482

習題 483

參考文獻 489

第 12 章　雙極晶體管 491

12.0預習 491

12.1雙極晶體管的工作原理 491

12.1.1　基本工作原理 493

12.1.2　晶體管電流的簡化表達式 495

12.1.3　工作模式 498

12.1.4　雙極晶體管放大電路 500

12.2?少子的分佈 501

12.2.1　正向有源模式 502

12.2.2　其他工作模式 508

12.3?低頻共基極電流增益 509

12.3.1　有用的因素 509

12.3.2　電流增益的數學表達式 512

12.3.3　小結 517

12.3.4　電流增益的計算 517

12.4?非理想效應 522

12.4.1　基區寬度調製效應 522

12.4.2　大注入效應 524

12.4.3　發射區禁帶變窄 

......

芯片製造--半導體工藝製程實用教程(第6版)

開本：16開

作者：(美)彼得·範·贊特

頁數：376

出版時間：2020-12-01

ISBN號：9787121399831

印刷時間：2020-12-01

出版社：電子工業

內容介紹

本書是一本介紹半導體集成電路和器件製造技術的專業書， 在半導體領域享有很高的聲譽。本書的討論範圍包括半導體工藝的每個階段： 從原材料的製備到封裝、 測試和成品運輸， 以及傳統的和現代的工藝。全書提供了詳細的插圖和實例， 並輔以小結和習題， 以及豐富的術語表。第六版修訂了微芯片製造領域的新進展， 討論了用於圖形化、 摻雜和薄膜步驟的先進工藝和尖端技術， 使隱含在復雜的現代半導體製造材料與工藝中的物理、 化學和電子的基礎信息更易理解。本書的主要特點是避開了複雜的數學問題介紹工藝技術內容， 並加入了半導體業界的新成果， 可以使讀者了解工藝技術發展的趨勢。

作者介紹

Peter Van Zant 國際知名半導體專家，具有廣闊的工藝工程、培訓、諮詢和寫作方面的背景，他曾先後在IBM和德州儀器（TI）工作，之後再矽谷，又先後在美國國家半導體（National Semiconductor）和單片存儲器（Monolithic Memories）公司任晶圓製造工藝工程和管理職位。他還曾在加利福尼亞州洛杉磯的山麓學院（Foothill College）任講師，講授半導體課程和針對初始工藝工程師的高級課程。他是《半導體技術詞彙》（第三版）（Semiconductor Technology Glossary, Third Edition）、 《集成電路教程》（Integrated Circuits Text）、《安全**手冊》（Safety First Manual）和《芯片封裝手冊》（Chip Packaging Manual）的作者。他的書和培訓教程被多家芯片製造商、產業供貨商、學院和大學所採用。

韓鄭生，男，中科院微電子研究所研究員/教授，博士生導師，研究方向為微電子學與固體電子學，從事集成電路工藝技術、電路設計方面的工作，曾任高級工程師，光刻工藝負責人，研究室副主任兼任測試工藝負責人，矽工程中心產品部主任，項目/課題負責人。國家特殊津貼獲得者。國家自然基金面上項目評審專家。

目錄

目錄

第1章半導體產業

1.1引言

1.2一個產業的誕生

1.3固態時代

1.4集成電路

1.5工藝和產品趨勢

1.6半導體產業的構成

1.7生產階段

1.8微芯片製造過程發展的

60年

1.9納米時代

習題

參考文獻第2章半導體材料和化學品的特性

2.1引言

2.2原子結構

2.3元素週期表

2.4電傳導

2.5絕緣體和電容器

2.6本徵半導體

2.7摻雜半導體

2.8電子和空穴傳導

2.9半導體生產材料

2.10半導體化合物

2.11鍺化矽

2.12襯底工程

2.13鐵電材料

2.14金剛石半導體

2.15工藝化學品

2.16物質的狀態

2.17物質的性質

2.18壓力和真空

2.19酸、 鹼和溶劑

2.20化學純化和清洗

習題

參考文獻第3章晶體生長與硅晶圓製備

3.1引言

3.2半導體矽製備

3.3晶體材料

3.4晶體定向

3.5晶體生長

3.6晶體和晶圓質量

3.7晶圓製備

3.8切片

3.9晶圓刻號

3.10磨片

3.11化學機械拋光

3.12背面處理

3.13雙面拋光

3.14邊緣倒角和拋光

3.15晶圓評估

3.16氧化

3.17包裝

3.18工程化晶圓（襯底）

習題

參考文獻第4章晶圓製造和封裝概述

4.1引言

4.2晶圓生產的目標

4.3晶圓術語

4.4芯片術語

4.5晶圓生產的基礎工藝

4.6薄膜工藝

4.7晶圓製造實例

4.8晶圓中測

4.9集成電路的封裝

4.10小結

習題

參考文獻第5章污染控制

5.1引言

5.2污染源

5.3淨化間的建設

5.4淨化間的物質與供給

5.5淨化間的維護

5.6晶圓表面清洗

習題

參考文獻第6章生產能力和工藝良品率

6.1引言

6.2良品率測量點

6.3累積晶圓生產良品率

6.4晶圓生產良品率的製約因素

6.5封裝和*終測試良品率

6.6整體工藝良品率

習題

參考文獻第7章氧化

7.1引言

7.2二氧化矽層的用途

7.3熱氧化機制

7.4氧化工藝

7.5氧化後評估

習題

參考文獻第8章十步圖形化工藝流程——從表面

製備到曝光

8.1引言

8.2光刻工藝概述

8.3光刻十步法工藝過程

8.4基本的光刻膠化學

8.5光刻膠性能的要素

8.6光刻膠的物理屬性

8.7光刻工藝： 從表面製備到

曝光

8.8表面製備

8.9涂光刻膠（旋轉式）

8.10軟烘焙

8.11對準和曝光

8.12先進的光刻

習題

參考文獻第9章十步圖形化工藝流程——從顯影

到*終檢驗

9.1引言

9.2硬烘焙

9.3刻蝕

9.4濕法刻蝕

9.5干法刻蝕

9.6干法刻蝕中光刻膠的影響

9.7光刻膠的去除

9.8去膠的新挑戰

9.9*終目檢

9.10掩模版的製作

9.11小結

習題

參考文獻第10章下一代光刻技術

10.1引言

10.2下一代光刻工藝的挑戰

10.3其他曝光問題

10.4其他解決方案及其挑戰

10.5晶圓表面問題

10.6防反射塗層

10.7高級光刻膠工藝

10.8改進刻蝕工藝

10.9自對準結構

10.10刻蝕輪廓控制

習題

參考文獻第11章摻雜

11.1引言

11.2擴散的概念

11.3擴散形成的摻雜區和結

11.4擴散工藝的步驟

11.5澱積

11.6推進氧化

11.7離子注入簡介

11.8離子注入的概念

11.9離子注入系統

11.10離子注入區域的雜質

濃度

11.11離子注入層的評估

11.12離子注入的應用

11.13摻雜前景展望

習題

參考文獻第12章薄膜澱積

12.1引言

12.2化學氣相澱積基礎

12.3CVD的工藝步驟

12.4CVD系統分類

12.5常壓CVD系統

12.6低壓化學氣相澱積

（LPCVD）

12.7原子層澱積

12.8氣相外延

12.9分子束外延

12.10金屬有機物CVD

12.11澱積膜

12.12澱積的半導體膜

12.13外延矽

12.14多晶矽和非晶矽澱積

12.15SOS和SOI

12.16在矽上生長砷化鎵

12.17絕緣體和絕緣介質

12.18導體

習題

參考文獻第13章金屬化

13.1引言

13.2澱積方法

13.3單層金屬

13.4多層金屬設計

13.5導體材料

13.6金屬塞

13.7濺射澱積

13.8電化學鍍膜

13.9化學機械工藝

13.10CVD金屬澱積

13.11金屬薄膜的用途

13.12真空系統

習題

參考文獻第14章工藝和器件的評估

14.1引言

14.2晶圓的電特性測量

14.3工藝和器件評估方法

14.4物理測試方法

14.5層厚的測量

14.6柵氧化層完整性電學

測量

14.7結深

14.8污染物和缺陷檢測

14.9總體表面特徵

14.10污染認定

14.11器件電學測量

習題

參考文獻第15章晶圓製造中的商業因素

15.1引言

15.2晶圓製造的成本

15.3自動化

15.4工廠層次的自動化

15.5設備標準

15.6統計製程控制

15.7庫存控制

15.8質量控制和ISO 9000認證

15.9生產線組織架構

習題

參考文獻第16章器件和集成電路組成的

介紹

16.1引言

16.2半導體器件的形成

16.3MOSFET按比例縮小帶來

的挑戰的替代方案

16.4集成電路的形成

16.5BiMOS

16.6超導體

習題

參考文獻第17章集成電路簡介

17.1引言

17.2電路基礎

17.3集成電路的類型

17.4下一代產品

習題

參考文獻第18章封裝

18.1引言

18.2芯片的特性

18.3封裝功能和設計

18.4引線鍵合工藝

18.5凸點或焊球工藝示例

18.6封裝設計

18.7封裝類型和技術小結

習題

參考文獻