具体描述
半导体电路. 上册 统一书号:15045 总2329-无682 605页
半导体电路. 下册 统一书号:15045 总2376-无696 460页
《半导体器件：原理与应用》（上下册） 内容简介： 本书系统深入地阐述了半导体器件的物理原理、制造工艺以及在实际电路中的应用。旨在为读者构建坚实的理论基础，并提供丰富的实践指导，使其能够深刻理解半导体器件的工作机制，并能灵活运用于现代电子系统的设计与开发。 上册：半导体器件原理与工艺 上册聚焦于半导体器件的微观世界，从原子层面剖析其独特的电学性质。 第一章：半导体基础理论 晶体结构与键合： 深入介绍硅、锗等常见半导体材料的晶体结构，以及原子间的共价键合特性。详细阐述晶体缺陷（如空位、间隙原子、位错、晶界）对半导体性能的影响，以及表面效应在微电子器件中的重要性。 能带理论： 详细讲解本征半导体的能带结构，包括价带、导带和禁带宽度。阐述电子和空穴的概念，以及它们在能带中的能量分布。深入分析温度、压力等外界因素对能带结构的影响。 载流子统计： 详细介绍费米-狄拉克统计在半导体中的应用，推导本征载流子浓度与温度的关系。重点阐述杂质半导体中电子和空穴的浓度计算，以及本征半导体与杂质半导体的区别。 载流子输运现象： 详细讲解扩散和漂移是半导体中载流子两种主要的输运机制。深入分析浓度梯度产生的扩散电流和电场产生的漂移电流，以及它们的数学表达式。引入载流子迁移率和扩散系数的概念，并分析其影响因素（如温度、杂质浓度、晶格振动）。 第二章：PN结及其特性 PN结的形成与能带图： 详细阐述P型和N型半导体结合形成PN结的过程。重点分析PN结两侧的电势差（内建电势）的形成机理，并绘制不同偏置下的PN结能带图，直观展现电子和空穴的分布和能级变化。 PN结的单向导电性： 深入分析PN结在正向偏置和反向偏置下的电流特性。详细讲解正向电流的形成（多数载流子注入和少数载流子复合），以及反向漏电流的来源（少数载流子漂移和本征载流子产生）。 PN结的击穿现象： 详细讲解PN结在反向电压增大时可能发生的两种击穿机制：齐纳击穿（场致电子发射）和雪崩击穿（载流子倍增），并分析其发生条件和特性。 PN结的电容效应： 详细分析PN结在不同偏置下的结电容，包括扩散电容（正向偏置）和结电容（反向偏置），并推导其表达式。 第三章：半导体二极管 PN结二极管： 详细介绍PN结二极管的结构、工作原理和伏安特性曲线。分析其在整流、限幅、钳位等电路中的应用。 稳压二极管（齐纳管）： 重点讲解稳压二极管的齐纳击穿特性，以及其在稳压电路中的核心作用。分析其稳压原理、稳压范围和稳压系数。 发光二极管（LED）： 阐述LED的发光机理（电致发光），包括不同材料发光的颜色和效率。介绍LED的结构、驱动方式以及在指示、显示等领域的应用。 光电二极管： 讲解光电二极管的光电效应，将光信号转换为电信号。介绍其工作模式（光电导模式和光伏模式），以及在光探测、光通信等领域的应用。 肖特基二极管： 介绍肖特基二极管（金属-半导体接触）的特殊结构和性能，包括低正向压降、快速开关速度等，分析其在高速开关电路、高频电路中的优势。 第四章：双极型晶体管（BJT） BJT的结构与工作原理： 详细介绍NPN型和PNP型BJT的结构，以及其基极、集电极、发射极三个区域的掺杂特点。深入分析BJT在放大区、饱和区和截止区的工作原理，以及载流子在三个区域的传输过程。 BJT的电学特性： 详细分析BJT的输出特性曲线（集电极电流与集电极-发射极电压的关系，不同基极电流下的曲线）和输入特性曲线（基极电流与基极-发射极电压的关系）。引入电流放大系数（β）和跨导（gm）等重要参数。 BJT的偏置与放大电路： 讲解BJT在不同工作区域下的偏置方法，包括固定偏置、分压偏置、发射极反馈偏置等，以确保BJT工作在放大区。详细分析单级BJT放大电路（共射、共集、共基）的电压增益、电流增益、输入阻抗和输出阻抗。 第五章：半导体器件制造工艺 硅的提纯与晶体生长： 介绍高纯硅的制备方法（如西门子法），以及直拉法（CZ法）和区熔法（FZ法）生长单晶硅锭的过程。 晶片制备： 讲解晶体硅锭的切割、研磨、抛光，形成光滑的硅片。 氧化与扩散： 详细介绍高温湿氧化和干氧化生成二氧化硅隔离层。分析杂质扩散（P型和N型）的物理过程和工艺控制，形成PN结。 离子注入： 介绍离子注入技术，其优点在于精确控制掺杂浓度和分布。 光刻技术： 详细阐述光刻作为半导体制造中最关键的图形转移技术，包括光刻胶的涂覆、曝光、显影等步骤。 刻蚀技术： 介绍干法刻蚀（等离子刻蚀）和湿法刻蚀，用于去除不需要的材料，形成器件结构。 薄膜沉积： 讲解物理气相沉积（PVD）和化学气相沉积（CVD）技术，用于生长金属导线、绝缘层等薄膜。 互连与封装： 介绍多层金属互连技术，以及半导体芯片的封装过程，包括引线键合、塑封或陶瓷封装等。 下册：半导体电路设计与应用 下册将理论知识应用于实际电路设计，重点讲解MOSFET、集成电路及其在各种电子系统中的应用。 第一章：场效应晶体管（FET） JFET（结型场效应晶体管）： 介绍JFET的结构（N沟道和P沟道）、工作原理（栅极电压控制沟道导电区宽度）及其输出特性。 MOSFET（金属-氧化物-半导体场效应晶体管）： MOSFET的工作原理： 详细讲解增强型和耗尽型MOSFET（NMOS和PMOS）的工作原理。重点阐述栅极电压在形成导电沟道中的作用，以及阈值电压的概念。 MOSFET的电学特性： 分析MOSFET的输出特性曲线（漏极电流与漏极-源极电压的关系，不同栅极-源极电压下的曲线）和传输特性曲线（漏极电流与栅极-源极电压的关系）。引入跨导（gm）等关键参数。 MOSFET的偏置与放大电路： 讲解MOSFET的偏置方法，如固定偏置、自偏置等。分析单级MOSFET放大电路（共源、共漏、共栅）的特性，并比较其与BJT放大电路的异同。 CMOS（互补金属氧化物半导体）： 详细介绍CMOS结构，即NMOS和PMOS的组合。重点阐述CMOS电路的低功耗特性，及其在数字集成电路设计中的核心地位。 第二章：集成电路基础 集成电路的分类： 介绍模拟集成电路和数字集成电路。 模拟集成电路： 运算放大器（Op-amp）： 详细讲解理想运放模型及其基本特性（高开环增益、高输入阻抗、低输出阻抗）。深入分析运放作为加法器、减法器、积分器、微分器等基本运算电路。 有源滤波器： 介绍利用运放构建的滤波器电路（低通、高通、带通、带阻），分析其频率响应和设计原则。 振荡器： 讲解不同类型的振荡器电路（如RC振荡器、LC振荡器、石英晶体振荡器）的工作原理。 数字集成电路： 基本逻辑门： 详细介绍与门、或门、非门、与非门、或非门、异或门等基本逻辑门的功能和集成电路实现。 组合逻辑电路： 介绍编码器、译码器、多路选择器、加法器等组合逻辑电路的设计原理。 时序逻辑电路： 讲解触发器（SR、D、JK、T）、寄存器、计数器等基本时序逻辑电路的设计与应用。 第三章：功率半导体器件与电路 功率二极管和功率三极管： 介绍大功率二极管和晶体管的结构特点、工作特性和应用领域（如电源、逆变器）。 电力电子器件： 可控硅（SCR）： 讲解SCR的触发控制特性，及其在交流调压、开关电源中的应用。 双向可控硅（TRIAC）： 介绍TRIAC控制交流电的双向导通特性。 绝缘栅双极型晶体管（IGBT）： 阐述IGBT结合了BJT的电流承受能力和MOSFET的电压驱动特性，成为现代电力电子领域的重要器件。 开关电源（SMPS）： 详细介绍开关电源的基本工作原理，包括DC-DC变换、AC-DC变换等，分析其高效率和体积小的优势。 逆变器与变频器： 讲解将直流电转换为交流电的逆变器，以及用于控制电机转速的变频器。 第四章：半导体存储器与微处理器 半导体存储器： RAM（随机存取存储器）： 详细介绍SRAM（静态随机存取存储器）和DRAM（动态随机存取存储器）的工作原理、结构特点和应用。 ROM（只读存储器）： 介绍PROM、EPROM、EEPROM等不同类型的ROM及其读写特性。 Flash存储器： 阐述Flash存储器的原理和优势，其在固态硬盘、U盘等领域的广泛应用。 微处理器（MPU）与微控制器（MCU）： 微处理器架构： 介绍CPU的基本组成（ALU、CU、寄存器）和工作流程。 微控制器： 讲解MCU集成CPU、存储器和I/O接口的特点，及其在嵌入式系统中的核心作用。 第五章：现代半导体技术与发展趋势 先进半导体材料： 介绍化合物半导体（如GaAs、GaN）、碳化硅（SiC）等在高速、高频、高温应用中的潜力。 微电子制造技术的进步： 讨论纳米技术、3D集成、FinFET、GAAFET等前沿制造技术。 物联网（IoT）与人工智能（AI）中的半导体应用： 分析传感器、低功耗芯片、AI加速芯片等在新兴领域的关键作用。 半导体产业的未来展望： 探讨摩尔定律的挑战与延续，以及半导体技术对未来社会发展的影响。 本书通过理论与实践相结合的方式，力求为读者提供一个全面、深入的半导体电路知识体系，使其能够更好地理解和应用现代电子技术。
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