半导体技术基础

本书针对高职教学及学生的特点，根据微电子、电子制造、光电子以及光伏等专业人才培养方案的需要，系统地介绍了半导体技术相关的基础知识。本书主要包括半导体物理基础、硅半导体材料基础、化合物半导体材料基础、P-N结、双极型晶体管、MOS场效应晶体管、其他常用半导体器件、半导体工艺化学、半导体集成电路设计原理、半导体集成电路设计方法与制造工艺等内容。本书“以应用为目的，以实用为主，理论以必需、够用为度”作为编写原则，突出理论的实用性，语言通俗易懂，内容全面，重点突出，层次清楚，结构新颖，实用性强。本书可作为微电子、电子制造、光电子以及光伏等相关专业的高职高专学生的教材或学习参考用书。

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第1章半导体技术概述1
1.1半导体技术1
1.1.1半导体集成电路发展史1
1.1.2半导体技术的发展趋势3
1.2半导体与电子制造4
1.2.1电子制造基本概念4
1.2.2电子制造业的技术核心5
习题16
第2章半导体物理基础7
2.1半导体能带7
2.1.1电子的共有化7
2.1.2能带7
2.1.3杂质能级9
2.2半导体的载流子运动12
2.2.1载流子浓度与费米能级12
2.2.2载流子的运动13
习题214
第3章硅半导体材料基础15
3.1半导体材料概述15
3.1.1半导体材料的发展15
3.1.2半导体材料的分类16
3.2硅材料的主要性质18
3.2.1硅材料的化学性质18
3.2.2硅材料的晶体结构19
3.2.3硅材料的电学性质21
3.2.4硅材料的热学性质22
3.2.5硅材料的机械性质22
3.3硅单晶的制备技术22
3.3.1高纯硅的制备22
3.3.2硅的提纯技术23
3.3.3硅的晶体生长24
3.3.4晶体中杂质与缺陷28
3.4集成电路硅衬底加工技术37
3.4.1硅单晶抛光片的制备38
3.4.2硅单晶抛光片的质量检测41
3.5硅的外延生长技术43
3.5.1外延生长概述44
3.5.2硅气相外延生长技术45
习题350
第4章化合物半导体材料基础51
4.1化合物半导体材料概述51
4.2化合物半导体单晶的制备52
4.2.1Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体单晶的制备52
4.2.2Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体单晶的制备54
4.3化合物半导体外延生长技术55
4.3.1气相外延生长55
4.3.2液相外延生长57
4.3.3其他外延生长技术61
4.4化合物半导体的应用65
4.4.1发光二极管的显示和照明方面的应用65
4.4.2集成电路方面的应用68
4.4.3太阳能电池方面的应用70
习题472
第5章P-N结73
5.1P-N结及能带图73
5.1.1P-N结的制造及杂质分布73
5.1.2平衡P-N结74
5.2P-N结的直流特性76
5.2.1P-N结的正向特性76
5.2.2P-N结的反向特性76
5.2.3P-N结的伏安特性76
5.3P-N结电容77
5.3.1势垒电容77
5.3.2扩散电容77
5.4P-N结击穿77
5.4.1雪崩击穿78
5.4.2隧道击穿78
5.5P-N结的开关特性与反向恢复时间78
5.5.1P-N结的开关特性78
5.5.2P-N结的反向恢复时间78
习题579
第6章双极型晶体管80
6.1晶体管概述80
6.1.1晶体管基本结构80
6.1.2晶体管的制造工艺及杂质分布81
6.2晶体管电流放大原理82
6.2.1晶体管载流子浓度分布及传输82
6.2.2晶体管直流电流放大系数84
6.2.3晶体管的特性曲线85
6.3晶体管的反向电流与击穿电压87
6.3.1晶体管的反向电流87
6.3.2晶体管的击穿电压88
6.4晶体管的频率特性与功率特性88
6.4.1晶体管的频率特性88
6.4.2晶体管的功率特性89
6.5晶体管的开关特性90
习题691
第7章MOS场效应晶体管92
7.1MOS场效应晶体管概述92
7.1.1MOS场效应晶体管结构92
7.1.2MOS场效应晶体管工作原理94
7.1.3MOS场效应晶体管的分类95
7.2MOS场效应晶体管特性98
7.2.1MOS场效应晶体管输出特性98
7.2.2MOS场效应晶体管转移特性100
7.2.3MOS场效应晶体管阈值电压102
7.2.4MOS场效应晶体管电容-电压特性109
7.2.5MOS场效应晶体管频率特性111
7.2.6MOS场效应晶体管开关特性114
习题7117
第8章其他常用半导体器件118
8.1结型场效应晶体管118
8.1.1结型场效应晶体管基本结构及工作原理119
8.1.2结型场效应晶体管特性122
8.2MOS功率场效应晶体管126
8.2.1MOS功率场效应晶体管基本结构127
8.2.2MOS功率场效应晶体管特性128
8.3光电二极管132
8.3.1P-N结光伏特性132
8.3.2光电二极管结构及工作原理134
8.4发光二极管137
8.4.1发光二极管结构及工作原理138
8.4.2发光二极管的制备140
习题8143
第9章半导体工艺化学基础144
9.1化学清洗144
9.1.1硅片表面污染杂质类型144
9.1.2清洗步骤145
9.1.3有机杂质清洗145
9.1.4无机杂质的清洗145
9.1.5清洗工艺安全操作150
9.2硅表面抛光化学原理151
9.2.1铬离子化学机械抛光151
9.2.2铜离子化学机械抛光151
9.2.3二氧化硅胶体化学机械抛光152
9.3纯水制备152
9.3.1纯水在半导体生产中的应用152
9.3.2离子交换制备纯水153
9.3.3水纯度的测量155
9.4制备钝化膜155
9.4.1二氧化硅钝化膜的制备155
9.4.2其他类型钝化膜156
9.5扩散工艺化学原理159
9.5.1扩散工艺概述159
9.5.2硼扩散的化学原理159
9.5.3磷扩散的化学原理160
9.5.4锑扩散的化学原理161
9.5.5砷扩散的化学原理161
9.6光刻工艺的化学原理162
9.6.1光刻工艺概述162
9.6.2光刻工艺中的化学应用163
9.7化学腐蚀166
9.7.1化学腐蚀的原理166
9.7.2影响化学腐蚀的因素168
习题9169
第10章半导体集成电路设计原理170
10.1CMOS集成电路中的无源元件170
10.1.1互连线170
10.1.2电阻器172
10.1.3电容器175
10.2CMOS反相器177
10.2.1CMOS反相器的结构178
10.2.2CMOS反相器的特性179
10.3基本单元电路181
10.3.1CMOS逻辑门电路181
10.3.2MOS传输门逻辑电路184
10.3.3动态CMOS逻辑电路186
10.3.4锁存器和触发器187
10.3.5简单数字集成系统设计介绍187
习题10188
第11章半导体集成电路设计方法与制造工艺189
11.1半导体集成电路设计方法189
11.1.1半导体集成电路设计发展的各个阶段189
11.1.2当前集成电路设计的原则191
11.2CMOS集成电路制造工艺简介192
11.2.1双阱CMOS工艺的主要流程192
11.2.2隔离技术198
11.3CMOS版图设计201
11.3.1版图设计方法201
11.3.2版图设计技巧201
11.3.3版图设计举例202
习题11203
参考文献204