本书是一本微电子技术方面的入门书籍，全面介绍了半导体器件的基础知识。全书分为三个部分共19章，首先介绍了半导体基础，讲解了半导体物理方面的相关知识以及半导体制备工艺方面的基本概念。书中阐述了pn结、双极结型晶体管（BJT）和其他结型器件的基本物理特性，并给出了相关特性的定性与定量分析。最后，作者讨论了场效应器件，除了讲解基础知识之外，还分析了小尺寸器件相关的物理问题，并介绍了一些新型场效应器件。

Robert F. Pierret，美国普度大学电气与计算机工程学院的教授，1970年成为普度大学的教师并管理本科的半导体测量实验室。Pierret教授在担任电子与计算机工程（ECE）课程委员会主席期间，对课程建设提出了一种提高课程总体质量的革新方法。
黄如，中国科学院信息技术科学部院士，长期从事集成电路科学与工程研究，在新型低功耗逻辑与存储器件、神经形态器件及类脑计算、边缘智能计算芯片、可靠性及EDA等共性技术方面取得了系统创新成果。

目 录
第一部分 半导体基础
第1章 半导体概要2
1.1 半导体材料的特性2
1.1.1 材料的原子构成2
1.1.2 纯度3
1.1.3 结构4
1.2 晶体结构5
1.2.1 单胞的概念5
1.2.2 三维立方单胞5
1.2.3 半导体晶格7
1.2.4 密勒指数8
1.3 晶体的生长11
1.3.1 超纯硅的获取11
1.3.2 单晶硅的形成12
1.4 小结13
习题13
第2章 载流子模型17
2.1 量子化概念17
2.2 半导体模型18
2.2.1 价键模型18
2.2.2 能带模型19
2.2.3 载流子21
2.2.4 带隙和材料分类22
2.3 载流子的特性22
2.3.1 电荷22
2.3.2 有效质量23
2.3.3 本征材料内的载流子数24
2.3.4 载流子数的控制掺杂24
2.3.5 与载流子相关的术语28
2.4 状态和载流子分布28
2.4.1 态密度28
2.4.2 费米分布函数29
2.4.3 平衡载流子分布32
2.5 平衡载流子浓度33
2.5.1 n型和p型的公式33
2.5.2 n型和p型表达式的变换35
2.5.3 ni和载流子浓度乘积np36
2.5.4 电中性关系39
2.5.5 载流子浓度的计算40
2.5.6 费米能级EF的确定41
2.5.7 载流子浓度与温度的关系43
2.6 小结45
习题46
第3章 载流子输运51
3.1 漂移51
3.1.1 漂移的定义与图像51
3.1.2 漂移电流52
3.1.3 迁移率53
3.1.4 电阻率58
3.1.5 能带弯曲61
3.2 扩散64
3.2.1 扩散的定义与可视化64
3.2.2 热探针测量法66
3.2.3 扩散和总电流67
3.2.4 扩散系数与迁移率的关系68
3.3 复合-产生71
3.3.1 复合-产生的定义与可视化71
3.3.2 动量分析73
3.3.3 R-G统计74
3.3.4 少子寿命78
3.4 状态方程81
3.4.1 连续性方程81
3.4.2 少子扩散方程82
3.4.3 问题的简化和求解83
3.4.4 解答问题84
3.5 补充的概念88
3.5.1 扩散长度88
3.5.2 准费米能级89
3.6 小结91
习题93
第4章 器件制备基础101
4.1 制备过程101
4.1.1 氧化101
4.1.2 扩散104
4.1.3 离子注入106
4.1.4 光刻108
4.1.5 薄膜淀积109
4.1.6 外延111
4.2 器件制备实例112
4.2.1 pn结二极管的制备112
4.2.2 计算机CPU的工艺流程113
4.3 小结117
第一部分补充读物和复习118
可选择的/补充的阅读资料列表118
图的出处/引用的参考文献119
术语复习一览表119
第一部分复习题和答案121
第二部分A pn结二极管
第5章 pn结的静电特性132
5.1 引言132
5.1.1 结的相关术语/理想杂质分布132
5.1.2 泊松方程133
5.1.3 定性解134
5.1.4 内建电势(Vbi)136
5.1.5 耗尽近似139
5.2 定量的静电关系式140
5.2.1 假设和定义140
5.2.2 VA = 0条件下的突变结141
5.2.3 VA 0条件下的突变结144
5.2.4 结果分析147
5.2.5 线性缓变结150
5.3 小结152
习题152
第6章 pn结二极管：I -V特性158
6.1 理想二极管方程158
6.1.1 定性推导158
6.1.2 定量求解方案161
6.1.3 严格推导165
6.1.4 结果分析166
6.2 与理想情况的偏差173
6.2.1 理论与实验的比较173
6.2.2 反向偏置的击穿175
6.2.3 复合-产生电流181
6.2.4 VAVbi时的大电流现象186
6.3 一些需要特别考虑的因素189
6.3.1 电荷控制方法189
6.3.2 窄基区二极管190
6.4 小结193
习题194
第7章 pn结二极管：小信号导纳201
7.1 引言201
7.2 反向偏置结电容202
7.2.1 基本信息202
7.2.2 C-V关系203
7.2.3 参数提取和杂质分布206
7.2.4 反向偏置电导209
7.3 正向偏置扩散导纳210
7.3.1 基本信息210
7.3.2 导纳关系式212
7.4 小结216
习题217
第8章 pn结二极管：瞬态响应219
8.1 瞬态关断特性219
8.1.1 引言219
8.1.2 定性分析220
8.1.3 存贮延迟时间223
8.1.4 总结224
8.2 瞬态开启特性227
8.3 小结230
习题231
第9章 光电二极管234
9.1 引言234
9.2 光电探测器235
9.2.1 pn结光电二极管235
9.2.2 p-i-n和雪崩光电二极管237
9.3 太阳能电池240
9.3.1 太阳能电池基础240
9.3.2 效率研究240
9.3.3 太阳能电池工艺242
9.4 LED243
9.4.1 概述243
9.4.2 商用LED245
9.4.3 LED封装和光输出248
第二部分B BJT和其他结型器件
第10章 BJT基础知识251
10.1 基本概念251
10.2 制备工艺254
10.3 静电特性255
10.4 工作原理简介257
10.5 特性参数259
10.6 小结260
习题261
第11章 BJT静态特性264
11.1 理想晶体管模型264
11.1.1 求解方法264
11.1.2 通用解(W为任意值)267
11.1.3 简化关系式(W LB)270
11.1.4 埃伯斯-莫尔方程和模型274
11.2 理论和实验的偏差276
11.2.1 理想特性与实验特性的比较277
11.2.2 基区宽度调制279
11.2.3 穿通280
11.2.4 雪崩倍增和击穿281
11.2.5 几何效应285
11.2.6 复合-产生电流287
11.2.7 缓变基区288
11.2.8 品质因素289
11.3 现代BJT结构290
11.3.1 多晶硅发射极BJT290
11.3.2 异质结双极晶体管(HBT)292
11.4 小结294
习题295
第12章 BJT动态响应模型302
12.1 小信号等效电路302
12.1.1 通用的双端口模型302
12.1.2 混合?模型304
12.2 瞬态(开关)响应306
12.2.1 定性研究306
12.2.2 电荷控制关系式308
12.2.3 定量分析309
12.2.4 实际的瞬态过程311
12.3 小结312
习题313
第13章 PNPN器件315
13.1 可控硅整流器(SCR)315
13.2 SCR工作原理316
13.3 实际的开/关研究320
13.3.1 电路工作320
13.3.2 附加触发机制320
13.3.3 短路阴极结构321
13.3.4 di/dt和dv/dt效应321
13.3.5 触发时间322
13.3.6 开关的优点/缺点322
13.4 其他的PNPN器件322
第14章 MS接触和肖特基二极管325
14.1 理想的MS接触325
14.2 肖特基二极管329
14.2.1 静电特性329
14.2.2 I-V特性331
14.2.3 交流响应335
14.2.4 瞬态响应337
14.3 实际的MS接触337
14.3.1 整流接触337
14.3.2 欧姆接触338
14.4 小结339
习题340
第二部分补充读物和复习343
可选择的/补充的阅读资料列表343
图的出处/引用的参考文献343
术语复习一览表344
第二部分复习题和答案346
第三部分 场效应器件
第15章 场效应导言J-FET和MESFET358
15.1 引言358
15.2 J-FET362
15.2.1 简介362
15.2.2 器件工作的定性理论362
15.2.3 定量的ID-VD关系365
15.2.4 交流响应372
15.3 MESFET375
15.3.1 基础知识375
15.3.2 短沟道效应376
15.4 小结379
习题380
第16章 MOS结构基础384
16.1 理想MOS结构的定义384
16.2 静电特性定性描述385
16.2.1 图示化辅助描述385
16.2.2 外加偏置的影响386
16.3 静电特性定量公式389
16.3.1 半导体静电特性的定量描述389
16.3.2 栅电压关系395
16.4 电容-电压特性397
16.4.1 理论和分析398
16.4.2 计算和测试402
16.5 小结407
习题408
第17章 MOSFET器件基础415
17.1 工作原理的定性分析415
17.2 ID-VD特性的定量分析418
17.2.1 预备知识418
17.2.2 平方律理论420
17.2.3 体电荷理论423
17.2.4 薄层电荷和精确电荷理论425
17.3 交流响应427
17.3.1 小信号等效电路427
17.3.2 截止频率428
17.3.3 小信号特性429
17.4 小结430
习题431
第18章 非理想MOS436
18.1 金属-半导体功函数差436
18.2 氧化层电荷439
18.2.1 引言439
18.2.2 可动离子440
18.2.3 固定电荷444
18.2.4 界面陷阱446
18.2.5 诱导的电荷450
18.2.6 ?VG总结451
18.3 MOSFET的阈值设计453
18.3.1 VT表达式454
18.3.2 阈值、术语和工艺455
18.3.3 阈值调整456
18.3.4 背偏置效应457
18.3.5 阈值总结458
习题460
第19章 现代FET结构465
19.1 小尺寸效应465
19.1.1 引言465
19.1.2 阈值电压改变467
19.1.3 寄生BJT效应470
19.1.4 热载流子效应471
19.2 精选的器件结构概况472
19.2.1 MOSFET结构472
19.2.2 MODFET(HEMT)476
习题478
第三部分补充读物和复习480
可选择的/补充的阅读资料列表480
图的出处/引用的参考文献480
术语复习一览表483
第三部分复习题和答案484
附录A 量子力学基础496
附录B MOS半导体静电特性精确解507
附录C MOS C-V补充510
附录D MOS I-V补充512
附录E 符号表514
附录F MATLAB程序源代码524
物理常数与换算关系533