Semiconductor Devices, 2nd Edition (Tutorial Guides in Electronic Engineering) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:CRC

作者:John Sparkes

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:1994-07-28

价格:USD 55.95

装帧:Paperback

isbn号码:9780748773824

丛书系列:

图书标签:

• Semiconductor Devices
• Electronics
• Physics
• Tutorial
• Engineering
• Second Edition
• Devices
• Solid State
• Materials
• Circuits

《半导体器件：第二版》（电子工程入门教程）一书，是一本全面深入地介绍半导体器件基础理论、工作原理、特性分析及其在电子系统应用中的经典著作。本教程旨在为读者，特别是电子工程专业的学生、研究人员以及需要深入理解半导体器件的行业工程师，提供坚实的理论基础和实践指导。 本书结构严谨，内容翔实，从最基本的半导体材料特性讲起，逐步深入到各种重要半导体器件的详细解析。它不仅仅是一本理论教材，更注重将理论与实际应用紧密结合，通过丰富的实例和图解，帮助读者建立直观的理解。 第一部分：半导体基础 在深入探讨具体的器件之前，本书首先为读者打下坚实的半导体基础。这部分内容涵盖了： 晶体结构与键合： 详细阐述了半导体材料（如硅、锗、砷化镓等）的原子结构，包括立方晶格（如金刚石立方结构）的形成。深入解析了原子间的共价键合，以及这种键合如何决定了半导体的宏观物理特性。理解这些基础知识对于掌握载流子行为至关重要。 能带理论： 这是理解半导体行为的核心。本书系统地介绍了能带的概念，包括价带、导带和禁带。通过清晰的图示，解释了本征半导体中电子和空穴的形成，以及禁带宽度（Band Gap）对材料导电性的决定性影响。此外，还深入探讨了在不同温度下载流子浓度的变化规律。 载流子产生与复合： 详细分析了在热激发、掺杂以及光照等作用下，半导体中电子和空穴是如何产生和消失的。解释了载流子的主要产生机制（热电离）和复合机制（辐射复合、俄歇复合、表面复合等），以及这些过程对器件性能的影响。 掺杂与杂质能级： 详细介绍了N型和P型掺杂的原理。解释了如何通过引入施主（Doner）或受主（Acceptor）杂质，在半导体材料中引入自由电子或空穴，从而大幅提高材料的导电性。深入分析了杂质原子在能带图中的能级位置，以及它们在不同温度下的电离程度，这对理解PN结的形成至关重要。 少数载流子与多数载流子： 明确区分了在N型和P型半导体中，载流子浓度高低的不同。解释了多数载流子（N型中的电子，P型中的空穴）和少数载流子（N型中的空穴，P型中的电子）在电流传输中的作用，以及少数载流子的行为在器件工作中的关键性。 第二部分：PN结及其应用 PN结是所有半导体器件的基石，本书对此进行了详尽的阐述： PN结的形成与内建电势： 详细描述了PN结是如何通过将P型半导体和N型半导体紧密接触而形成的。深入解析了PN结形成过程中，多数载流子扩散和少数载流子漂移所引起的载流子重新分布，最终形成耗尽区（Depletion Region）和内建电势（Built-in Potential）。 PN结的伏安特性： 分别详细分析了PN结在外加正向偏压（Forward Bias）和反向偏压（Reverse Bias）下的行为。 正向偏压： 解释了当施加正向偏压时，耗尽区的宽度减小，内建电势被削弱，导致多数载流子能够越过势垒，从而产生正向电流。详细推导了正向电流的指数关系式，并分析了其饱和特性。 反向偏压： 解释了当施加反向偏压时，耗尽区的宽度增大，内建电势增强，阻碍了多数载流子的流动。此时，只有少数载流子能够通过耗尽区，形成微小的反向饱和电流。 击穿现象： 详细讨论了PN结在强反向偏压下可能发生的两种主要击穿机制： 雪崩击穿（Avalanche Breakdown）： 当反向电压足够高时，少数载流子在强电场作用下加速，与晶格碰撞产生新的电子-空穴对，新产生的载流子继续加速碰撞，形成链式反应，导致电流急剧增加。 齐纳击穿（Zener Breakdown）： 在高度掺杂的PN结中，反向电压在耗尽区产生极强的电场，可以直接将价带中的电子隧穿（Tunneling）到导带，形成反向击穿。 PN结二极管的类型与应用： 普通PN结二极管： 介绍了其作为整流器（Rectifier）、限幅器（Limiter）、开关（Switch）等基本应用。 稳压二极管（Zener Diode）： 详细解析了其利用齐纳击穿或雪崩击穿特性，在反向击穿区工作的原理，以及其作为电压基准和稳压元件的应用。 变容二极管（Varactor Diode）： 解释了其耗尽区电容随反向电压变化的特性，以及其在调谐电路（Tuning Circuits）、倍频器（Frequency Multipliers）等射频应用中的重要作用。 光电二极管（Photodiode）： 阐述了其利用光生载流子效应，将光信号转换为电信号的原理，并介绍了其在光检测、光通信等领域的应用。 发光二极管（LED）： 深入分析了其在正向偏压下，少数载流子复合时辐射出光子的原理，以及不同材料（如GaAs, GaP, InGaN）产生不同颜色光的特性，并介绍了其在照明、显示等领域的广泛应用。 第三部分：双极型晶体管（BJT） BJT是电子技术中最重要的放大和开关器件之一： BJT的结构与工作原理： 详细介绍了NPN和PNP型BJT的结构，由两个PN结组成。深入解析了BJT的放大原理，即通过基极（Base）电流的微小变化控制集电极（Collector）电流的巨大变化。 BJT的区域工作： 分析了BJT在不同偏置条件下的工作区域： 放大区（Active Region）： 基极-发射极结正偏，基极-集电极结反偏。此时，BJT工作在线性放大状态，具有很高的电流增益。 截止区（Cutoff Region）： 基极-发射极结反偏，基极-集电极结反偏。此时，BJT几乎不导通，相当于一个开关闭合。 饱和区（Saturation Region）： 基极-发射极结正偏，基极-集电极结也正偏。此时，BJT集电极电流达到最大值，并且不再随基极电流增大而显著增加，相当于一个开关闭合。 反向放大区（Reverse Active Region）： 基极-发射极结反偏，基极-集电极结正偏。此时，BJT工作在反向放大状态，增益较低，通常不用于放大。 BJT的等效电路模型： 介绍了混合π模型（Hybrid-π Model）和T模型（T Model）等用于分析BJT放大电路的等效电路，并分析了模型中各参数的物理意义。 BJT的特性曲线： 详细分析了BJT的输出特性曲线（Ic-Vce）和输入特性曲线（Ib-Vbe），并解释了不同增益（电流增益β、跨导gm）的定义及其计算方法。 BJT放大电路与开关电路： 结合具体电路，讲解了BJT作为共发射极放大器、共集电极（射极输出器）放大器、共基极放大器的工作原理，并分析了其电压增益、电流增益、输入输出阻抗等参数。同时，介绍了BJT作为开关的应用，如在数字逻辑电路中的使用。 第四部分：场效应晶体管（FET） FET是另一种重要的半导体器件，尤其在低功耗和高输入阻抗应用中表现出色： 结型场效应晶体管（JFET）： 结构与工作原理： 介绍了N沟道和P沟道JFET的结构，以及通过改变栅极（Gate）-源极（Source）之间的电压来控制沟道（Channel）宽度，从而控制漏极（Drain）-源极（Source）电流的工作原理。 特性曲线与参数： 分析了JFET的输出特性曲线（Id-Vds）和转移特性曲线（Id-Vgs），并定义了跨导gm、输出电阻rds等关键参数。 金属-氧化物-半导体场效应晶体管（MOSFET）： 结构与类型： 详细介绍了MOSFET的基本结构，包括衬底（Substrate）、源极、漏极、栅极和绝缘层（通常为SiO2）。重点区分了增强型（Enhancement Mode）和耗尽型（Depletion Mode）MOSFET，以及N沟道和P沟道MOSFET。 阈值电压（Threshold Voltage, Vth）： 详细解释了阈值电压的概念，即MOSFET开始导通所需的最小栅极-源极电压。 工作模式： 截止区： 栅极电压低于阈值电压，器件不导通。 线性区（或欧姆区）： 栅极电压高于阈值电压，漏极电流与漏极-源极电压成近似线性关系，相当于一个可变电阻。 饱和区： 栅极电压高于阈值电压，漏极电流主要由栅极电压决定，与漏极-源极电压变化关系不大，适用于放大。 MOSFET等效电路模型： 介绍了MOSFET的等效电路模型，并分析了跨导gm、输出电阻rds等参数。 MOSFET放大电路与开关电路： 讲解了MOSFET作为共源极放大器、共漏极（源极输出器）、共栅极放大器的工作原理，以及其在高输入阻抗、低功耗等方面的优势。介绍了MOSFET作为开关在数字电路（如CMOS逻辑门）中的应用。 第五部分：特殊半导体器件 本书还介绍了一些在特定领域具有重要应用的特殊半导体器件： 功率半导体器件： 功率二极管与功率三极管： 讲解了功率器件在设计上的特点，如高耐压、大电流能力，以及在电源管理、电力电子等领域的应用。 绝缘栅双极型晶体管（IGBT）： 详细分析了IGBT的混合结构（结合了MOSFET的栅极控制和BJT的功率传输能力），以及其在高压、大功率开关应用中的优势。 集成电路基础： 集成电路的构成： 简要介绍了集成电路（IC）的基本概念，以及如何将多个半导体器件集成在同一块硅片上。 MOS集成电路（CMOS）： 重点介绍了CMOS技术的特点，如低功耗、高集成度，以及其在数字逻辑电路中的主导地位。 本书特色： 图文并茂： 大量使用清晰的电路图、能带图、特性曲线图等，使抽象的理论概念可视化，易于理解。 理论与实践结合： 在介绍理论知识的同时，大量引用实际应用案例，帮助读者理解器件在实际电路中的作用。 循序渐进： 内容从基础到进阶，逻辑清晰，适合不同程度的读者。 深入透彻： 对每个器件的工作原理、特性分析都进行了详细的推导和解释。 总而言之，《半导体器件：第二版》（电子工程入门教程）是一本不可多得的半导体器件领域入门与进阶的宝典，能够帮助读者建立起扎实的理论功底，并为进一步深入学习电子工程的各个分支打下坚实的基础。

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