本书根据教育部新的课程改革要求，在已取得多项教学改革成果的基础上进行编写。内容主要包括半导体物理与晶体管原理两部分，其中，第1章介绍半导体特性，第2～3章系统阐述PN结和双极晶体管及其特性，第4～5章系统阐述半导体的表面特性和MOS型晶体管，第6章介绍其他常用的半导体器件。全书结合高等职业院校的教学特点和集成电路类专业背景，设有丰富的操作及仿真实验，可满足不同学生的个性化学习需求；自然融入思政元素，以产业发展为背景，培养学生的家国情怀等优秀品质。 本书为应用型本科及高职高专院校相应课程的教材，也可作为开放大学、成人教育、自学考试、中职学校、培训班的教材，以及半导体行业工程技术人员的参考书。 本书提供免费的电子教学课件、习题参考答案等资源，相关介绍详见前言。

徐振邦 教授，现任江苏信息职业技术学院副校长；已从教26年，具有丰富的教学经验和扎实的专业功底，是江苏省高校青蓝工程优秀教学团队负责人；主持建设的《半导体器件物理》课程获评国家在线精品课程，主编的配套教材获评“十三五”“十四五”国家规划教材；主持完成省级教学改革研究项目3项；获全国职业院校信息化教学大赛一等奖1项；获国家教学成果二等奖1项，江苏省教学成果奖特等奖、一等奖、二等奖各1项等。

第1章 半导体特性 1
1.1 半导体的晶体结构 2
1.1.1 晶体的结构 2
1.1.2 晶面与晶向 3
1.2 半导体中的电子状态 4
1.2.1 能级与能带 4
1.2.2 本征半导体的导电机制 7
1.3 杂质与缺陷 8
1.3.1 杂质与杂质能级 8
1.3.2 缺陷与缺陷能级 11
实验1 晶体缺陷的观测 12
1.4 热平衡载流子 13
1.4.1 费米能级与载流子浓度 13
1.4.2 本征半导体的载流子浓度 16
1.4.3 杂质半导体的载流子浓度 17
1.5 非平衡载流子 18
1.5.1 非平衡载流子的注入 18
1.5.2 非平衡载流子的复合 19
实验2 用高频光电导衰减法测量硅中少子的寿命 20
1.5.3 复合机制 21
1.6 载流子的运动 22
1.6.1 载流子的漂移运动与迁移率 22
1.6.2 载流子的扩散运动与爱因斯坦关系 26
知识梳理与总结 29
思考题与习题1 30

第2章 PN结 32
2.1 平衡PN结 33
2.1.1 PN结的形成与杂质分布 33
2.1.2 PN结的能带图 34
2.1.3 PN结的接触电势差与载流子分布 35
2.2 PN结的直流特性 37
2.2.1 PN结的正向特性 37
2.2.2 PN结的反向特性 41
实验3 PN结伏安特性与温度效应 42
2.2.3 影响PN结伏安特性的因素 43
2.3 PN结电容 44
2.3.1 PN结电容的成因及影响 44
2.3.2 突变结的势垒电容 45
实验4 PN结势垒电容的测量 47
2.3.3 扩散电容 48
2.4 PN结的击穿特性 49
2.4.1 击穿机理 49
2.4.2 雪崩击穿电压 50
2.4.3 影响雪崩击穿电压的因素 52
2.5 PN结的开关特性 53
2.5.1 PN结的开关作用 54
2.5.2 PN结的反向恢复时间 54
知识梳理与总结 56
思考题与习题2 57

第3章 双极晶体管及其特性 58
3.1 晶体管结构与工作原理 59
3.1.1 晶体管的基本结构与杂质分布 59
3.1.2 晶体管的电流传输 61
3.1.3 晶体管的直流电流放大系数 63
3.2 晶体管的直流特性 68
3.2.1 晶体管的伏安特性曲线 68
仿真实验1 共发射极晶体管伏安特性仿真 70
实验5 用半导体管特性图示仪测试晶体管的输出特性 70
3.2.2 晶体管的反向电流 70
3.2.3 晶体管的击穿电压 71
仿真实验2 BVCEO仿真 72
实验6 晶体管直流参数测量 72
3.2.4 晶体管的穿通电压 72
3.3 晶体管的频率特性 73
3.3.1 晶体管的频率特性和高频等效电路 73
3.3.2 高频时晶体管电流放大系数下降的原因 75
3.3.3 晶体管的电流放大系数 77
3.3.4 晶体管的极限频率参数 79
3.4 晶体管的功率特性 82
3.4.1 大电流工作时产生的三个效应 82
3.4.2 晶体管的最大耗散功率和热阻 85
3.4.3 功率晶体管的安全工作区 86
3.5 晶体管的开关特性 88
3.5.1 晶体管的开关作用 88
3.5.2 开关晶体管的工作状态 89
3.5.3 晶体管的开关过程 90
3.5.4 提高晶体管开关速度的途径 93
3.6 晶体管的版图和工艺流程 94
3.6.1 晶体管的图形结构 94
3.6.2 双极晶体管的工艺流程 96
知识梳理与总结 98
思考题与习题3 99

第4章 半导体表面特性 100
4.1 半导体表面与Si-SiO2系统 101
4.1.1 理想的半导体表面 101
4.1.2 Si-SiO2系统及其特性 102
4.2 表面空间电荷区与表面势 105
4.2.1 表面空间电荷区 105
4.2.2 表面势?S 109
4.3 MOS结构的阈值电压 110
4.3.1 理想MOS结构的阈值电压 111
4.3.2 实际MOS结构的阈值电压 112
4.4 MOS结构的C-V特性 117
4.4.1 集成化电容的选择—MOS电容 117
4.4.2 理想MOS电容的C-V特性 117
4.4.3 实际MOS电容的C-V特性 120
实验7 MOS电容的测量 122
4.5 金属与半导体接触 123
4.5.1 金属-半导体接触 123
4.5.2 肖特基势垒与整流接触 124
4.5.3 欧姆接触 125
4.5.4 金属-半导体接触的应用—肖特基势垒二极管 126
实验8 SBD伏安特性的测试 127
知识梳理与总结 128
思考题与习题4 128

第5章 MOS型晶体管 130
5.1 MOS型晶体管的结构与分类 131
5.1.1 MOS型晶体管的结构与工作原理 131
5.1.2 MOS型晶体管的分类 134
5.1.3 MOS型晶体管的基本特征 135
5.2 MOS型晶体管的阈值电压 136
5.2.1 MOS型晶体管阈值电压的定义 136
5.2.2 理想情况下MOS型晶体管阈值电压的表达式 136
5.2.3 影响MOS型晶体管阈值电压的各种因素 137
仿真实验3 MOS型晶体管阈值电压仿真 141
实验9 MOS型晶体管阈值电压VT的测量 141
5.3 MOS型晶体管的输出伏安特性与直流参数 141
5.3.1 MOS型晶体管的输出伏安特性 141
5.3.2 MOS型晶体管的输出伏安特性方程 144
5.3.3 影响MOS型晶体管输出伏安特性的因素 148
仿真实验4 MOS型晶体管输出伏安特性曲线仿真 149
实验10 MOS型晶体管输出伏安特性曲线的测量 149
5.3.4 MOS型晶体管的直流参数 149
5.3.5 MOS型晶体管的温度特性与栅保护 151
5.4 MOS型晶体管的频率特性与交流小信号参数 152
5.4.1 MOS型晶体管的交流小信号等效电路 152
5.4.2 MOS型晶体管的交流小信号参数 154
5.4.3 MOS型晶体管的最高工作频率fm 155
5.4.4 MOS型晶体管开关 156
5.5 MOS型晶体管的版图及其结构特征 156
5.5.1 小尺寸集成MOS型晶体管的版图（横向结构） 157
5.5.2 小尺寸集成MOS型晶体管的剖面结构（纵向结构） 159
5.5.3 按比例缩小设计规则 161
5.6 小尺寸集成MOS型晶体管的几个效应 163
5.6.1 短沟道效应 164
5.6.2 窄沟道效应 164
5.6.3 热电子效应 165
知识梳理与总结 167
思考题与习题5 167

第6章 其他常用的半导体器件 168
6.1 达林顿晶体管 169
6.2 功率MOS型晶体管 170
6.2.1 功率MOS型晶体管的种类 171
6.2.2 功率MOS型晶体管的版图结构与制造工艺 172
6.3 绝缘栅双极晶体管 174
6.3.1 IGBT的结构与伏安特性 174
6.3.2 IGBT的工作原理 176
6.4 发光二极管 178
6.4.1 LED发光原理 178
6.4.2 LED的结构与种类 178
6.4.3 LED的量子效率 180
6.5 太阳能电池 181
6.5.1 PN结的光生伏特效应 181
6.5.2 太阳能电池的I-V特性和效率 182
6.5.3 硅PERL太阳能电池 183
6.5.4 非晶硅太阳能电池 183
知识梳理与总结 184
思考题与习题6 184