本书内容从半导体相关基础知识入手，首先介绍半导体的物理特性，以及与其相关的晶体、原子、能带理论、空穴、掺杂等基本概念；再从晶体管入手，讲述晶体管的结构、工作原理、制备工艺，以及集成电路的相关知识；最后，落地到应用，介绍了半导体器件的使用和具体的应用电路，以及半导体器件参数和等效电路。由于半导体技术涉及材料、微电子、电子、物理、化学等专业，属于交叉学科，还涉及许多全新的领域，相关教材及参考书籍较少，适合初学者入门的书籍更少。为此，本书在编写过程中，通过提供详细的图表和丰富的实例来提高可读性与易懂性，为读者进入半导体这一领域提供了一本入门指南。本书涵盖大量具有代表性的与半导体相关的内容，主要强调对基础器件结构及内部工作机制的基本认识。本书内容深入浅出、图文并茂，适合半导体领域的工程技术人员、大专院校的学生作为专业技术的学习资料，也可以作为广大科技爱好者了解半导体技术的初级读物。读者通过对本书内容的阅读，也将为后续的深入学习，如集成电路制造、集成电路设计、集成电路测试等打下理论基础。

1、通过提供详细的图表和丰富的实例来提高可读性与易懂性，为读者进入半导体这一领域提供了一本入门指南。2、内容从半导体相关基础知识入手，涵盖大量具有代表性的与半导体相关的内容，主要强调对基础器件结构及内部工作机制的基本认识。3、本书内容深入浅出、图文并茂，适合半导体领域的工程技术人员、大专院校的学生作为专业技术的学习资料，也可以作为广大科技爱好者了解半导体技术的初级读物。读者通过对本书内容的阅读，也将为后续的深入学习，如集成电路制造、集成电路设计、集成电路测试等打下理论基础。

我国半导体与集成电路产业发展的宏观环境十分有利：市场需求持续旺盛，产业政策和投资环境持续向好，这些因素都促使半导体产业持续发展。随着产业高速发展，对人才的需求也不断增加。由于半导体技术涉及材料、微电子、电子、物理、化学等专业，属于交叉学科，还涉及许多全新领域，相关教材及参考书籍较少，适合初学者入门的书籍更少。为此，本书在编写过程中，通过提供详细的图表和丰富的实例来提高可读性与易懂性，为读者进入半导体这一领域提供了一本入门指南。1947年，贝尔实验室成功制造出了第一个晶体管。但是，晶体管真正作为一种实物出现在我们眼前，是1956年前后的事情。当时人们的震惊是难以想象的。之前只知道电子管（也叫真空管）的人们，突然被展示了尺寸只有1mm的小颗粒，并被告知它可以用来放大信号，而且，它不需要灯丝，不会摔坏，寿命几乎是永久的简直是优点多到数不过来，就像未知的宇宙飞船降临地球一样。晶体管在多个方面引发了革命。首先是材料革命，在此之前，真空管需要切割和弯曲金属作为电极，并封装在玻璃管中；电阻器也是类似陶器一样的东西；当然，阴极等材料早已被研究过。但电子工程学本质上还是一种连接金属线的技术。其次，晶体管是通过控制物质内部电子的运动来发挥作用的，这种新理念成为下一代电子工程学的巨大跳板。电子工程学从连接金属线的阶段迈向了物理学领域，并逐渐创造出新的科学分支。此外，晶体管的小型化本身也是一种革命。如果要制造非常复杂的电子电路，传统技术会导致电路本身变得过于复杂，难以实际操作，因此很多人都放弃了。然而，随着晶体管时代的到来，这个梦想似乎可以实现了。信息处理学科也因此迅速发展。如今，大家都很熟悉计算机的强大功能，而晶体管的出现正是使电子计算机成为可能的关键。从晶体管的发明到现在，还不到80年。以历史发展的角度来看，这是一段非常短的时间。然而，晶体管的发展速度却令人难以置信。在现代科学中，很少有技术能像晶体管这样快速迭代。考虑到这种惊人的速度，再过10年会有什么新东西出现，简直无法想象。其中一个重要的成果就是集成电路（IC），大家应该都耳熟能详了。看到IC时，你会觉得它超越了人类智慧，像是宇宙时代的产物。然而，它却是由人类亲手制造出来的，这实在令人惊叹。从晶体管到IC，半导体材料的发展留下了很多足迹。未来，它还会继续前进。然而，半导体的原理确实不容易理解。很多人觉得它不像金属线那样直观可见，因为它看不见。正如之前所述，晶体管和半导体的历史其实非常短暂。可能有人认为晶体管已经完全开发完成，只需要使用就可以了。但实际上，我们每个人都处在半导体发展的历史进程中，并非旁观者。我们可以吸收前人积累的知识，但也要有决心创造属于自己的历史。半导体领域仍然是一个充满创意的领域，值得每个人去探索和创新。为了做到这一点，我们需要首先了解半导体内部发生了什么。本书将深入浅出地讲解半导体的原理，并介绍晶体管的工作原理及简单电路的运行方式。半导体技术不断推动人类进步，助力人类收获诸多科技成果。例如，被称为LSI（大规模集成电路）的技术，能够部分替代人类大脑的功能。如今，我们身边已经有了个人计算器和数字手表等产品。以前被认为不可想象的高端技术，现在已经成为日常生活中不可或缺的部分。再过10年，我们可能会看到一个全新的电子世界，这是我们现在无法想象的。而半导体仍将是这一全新的电子世界的核心推动力量。编者　　2025年2月

陈译，工学博士，担任厦门理工学院硕士研究生导师，研究领域包括超结MOSFET、分裂栅型场效应管SGT-MOSFTE、IGBT、第三代功率半导体SiC和GaN、智能功率模块，以及半导体工艺流程的设计与开发。曾任职于日本三垦电气株式会社，从事功率器件芯片、大功率模块的研发，具有丰富的半导体设计和开发经验。曾入选厦门市高层次留学人才、高层次人才双百计划领军型创业人才、福建省百人计划创业人才。主持并参与多项国家级和省部级项目，授权发明专利70余项。著有《芯片制造半导体工艺与设备》等图书。吕兰兰，理学博士，担任厦门理工学院硕士研究生导师，长期从事人机交互、数字媒体技术、器件芯片结构与工艺，以及人工智能嵌入式领域的研究。近年来，专注于数字电路设计、半导体制造工艺等方面的研究，参与《芯片制造半导体真空技术与设备》等著作的 编写。主持并参与多项国家级和省部级项目，发表SCI/EI检索的论文10余篇。主要讲授《人工智能导论》《数字电路基础》《人机交互原理》等大学本科课程。

目　录前言第1章　什么是半导体11.1　人类生活和物质21.2　从电学的角度来对物质进行分类31.3　半导体的定义 31.4　半导体为什么重要5第2章　晶体的故事72.1　晶体是什么82.2　为什么使用晶体更好92.3　如何区分晶体122.4　制造人工晶体13第3章　原子的故事173.1　电子高速公路183.2　量子力学的奥秘203.3　原子和繁星203.4　原子的结合之手213.5　当有很多原子存在的时候23第4章　能带理论254.1　原子的结合264.2　能带的组成284.3　各能带的作用314.4　热能驱动电子314.5　根据禁带宽度对物质进行分类32第5章　空穴的故事355.1　空穴的定义365.2　空穴的移动方式385.3　能带中的空穴395.4　有杂质会怎么样40第6章　掺杂的作用426.1　杂质太少了436.2　5价的杂质原子436.3　掺杂后能带图的变化466.4　3价的杂质原子476.5　杂质的掺杂方法496.6　杂质半导体的电阻值49第7章　半导体中的载流子动态527.1　杂质半导体537.2　电子和空穴哪个移动得更快557.3　电子和人类谁跑得更快567.4　空穴在n型半导体中的移动方式587.5　空穴的寿命60第8章　费米能级的故事618.1　物体所持的电压628.2　费米能级638.3　电子的费米能级64第9章　pn结及其作用669.1　什么是pn结679.2　如果把p型和n型半导体粘在一起会发生什么679.3　为什么会产生电压709.4　真正的pn结729.5　半导体中的费米能级739.6　当p型和n型半导体结合变成pn结时759.7　pn结和能带图789.8　整流作用789.9　击穿现象与齐纳二极管809.10 　隧道二极管829.11 　pn结与光839.12 　太阳能电池和光电二极管849.13 　发光二极管859.14 　变容二极管859.15 　注入效应和抽取作用869.16 　热敏电阻和压敏电阻879.17 　压电效应和感压二极管889.18 　肖特基势垒二极管88第10章　晶体管的结构9010.1　通过两个pn结形成晶体管9110.2　不能用导线直接连接制造晶体管吗9310.3　晶体管的发明9410.4　晶体管发射极的作用9410.5　晶体管集电极的作用9610.6　晶体管基极的作用 97第11章　晶体管的工作原理9911.1　从发射极注入空穴10011.2　基极中注入空穴的运动方式10211.3　载流子的扩散距离10411.4　救出空穴10511.5　集电极就像水槽10711.6　基极中电流的流动方式10711.7　晶体管整体的电流流动方式10911.8　场效应晶体管11111.9　晶闸管112第12章　晶体管放大的原理11412.1　什么是放大11512.2　变压器能进行放大吗11612.3　硅晶体管中的电流放大和电压放大11712.4　发射极接地的情况11812.5　基极接地的情况12112.6　关键的内部电阻12212.7　集电极接地的情况12312.8　晶体管配置的相位关系124第13章　晶体管的制备工艺12613.1　生长结型晶体管12713.2　合金晶体管12713.3　漂移晶体管13113.4　台面晶体管13113.5　平面晶体管133第14章　集成电路13614.1　转变思维13714.2　集成电路的大小13714.3　集成电路为何能实现很好的价格13814.4　高可靠性的集成电路14014.5　集成电路的内部构造14014.6　集成电路的制造14314.7　集成电路的未来14514.8　技术演进：突破物理法则的四大路径14614.9　应用场景：从计算工具到文明器官14714.10　挑战与未来：向后硅时代迁徙147第15章　半导体器件的使用14915.1　半导体是优等生15015.2　热与半导体15015.3　电与半导体15215.4　水与半导体15315.5　光与半导体155第16章　晶体管的电气特性15616.1　扎实掌握基础知识15716.2　二极管的电气特性15716.3　测量二极管的电气特性15916.4　电阻的本质16016.5　二极管的电阻特性16216.6　晶体管的电气特性16316.7　集电极的输出特性16516.8　基极电流为参数167第17章　半导体器件的应用电路17117.1　增幅电路的基础17217.2　偏置电路的基础17817.3　偏置电路的设计193第18章　半导体器件参数和等效电路20318.1　晶体管的身份证明20418.2　参数的必要性20418.3　能动回路网20718.4　回路电阻212