| 作者 | （美）沃纳/（美）格朗/吕长志等 |
| 出版社 | |
| 出版时间 | 2005-02-01 |
特色：
半导体器件电子学是为半导体器件的核心课程设计的一本教科书。通常地它被提供在电气工程系和计算机科学系低年级的课程表中。在本书出版之前它被作为明尼苏达大学第九学期(1/4年为一学期)考查类课程的教材，并满意地接受。它是在电子学的**序列中10周的课程。在这10周的课程中仅仅能够涉及本书的*基本的内容，因此它将被容易地扩展为一个学期(半年)的课程。然而，本书中的丰富材料足够一个学年使用，因此它能更好地适用于高年级的选修课或者研究生的计划。起源和观念我们已经看到对于新生器件电子学专门种类教材的迫切需要。一个学生谈到此学科需要广博的基础知识。至少大多数的电气工程系的学生已经被暴露到这些必需的大多数题目之下。我们的经验表明，除了那些*有才能的学生之外的其余学生，对这些题目仍然停留在皮毛的了解上。由于上述原因，本书已经包括基础课题的材料，并在复习材料中组成了与教学法要求深度相一致的内容。本书的叙述顺序是从特殊推广到一般。首先作为台阶的石头给出*简单、*清晰的例子，然后迈向更复杂的情况。在一个课题上具有较长经历的人更赞赏从一般推广到特殊情况的雅致发展，而对于大多数的新手不喜欢后者。他们需要专门的和易处理的部件以构造他们自己观念的框架。我们将图解原理的应用，强调场的理论。我们谈论一系列的与器件理论相关的特殊类型的一维问题，而不是从麦克斯韦方程开始。我们强调获得直观了解的重要性，在这些简单的上下文和其他一些内容中了解泊松方程的精髓，然后了解像电位移和介质弛豫时间等更难以理解的概念。对于器件的理论即本书的主题不需要我们超过一维范围的描述，也不允许对其空间的限制。但是本书为学生在其后面对二维和三维问题和状态而需要的更一般的场的理论提供了一个坚实的基础。按照类似的方法，玻尔原子被处理为：力图以在单晶固体中孤立原子的电子来论述其性能。另一方面，结晶学是大多数的电气工程系的学生在以前没有遇见的课题。然而就器件工程师将它作为几乎日常的概念来使用而言，它有资格作为一个基础的课题。所谈论的其他基础课题是所有工程和科学分支的基础。这些课题包括解决一般问题的程序和熟练性，单位的协调使用。写作这本书的主要目标是获得清澈性。我们已经自由地使用了类比和启发式的描述，避免不必要的专门术语。在解释方面，我们试图选择一个在它**次出现时即能明白的水平。在大多数的推导中已经包括中间的方程，所以学生可以容易地跟随推导，而不是依从地读方程直到“后面”。本书的作者之一在明尼苏达大学已经为电气工程系低年级的20多个班级讲授了器件电子学课程；在同一时期内，为全美国不同地方的工业公司的10个在职班做了讲授。在此学校中的班级是很大的，其学生的数量超过了200人，从而使他自己产生了困惑的特殊问题。*小的问题是更大声地讲话或者在黑板上写更大的字符。像每一个有经验的人都知道的那样，对于一个很大的班级*烦恼的事情是负有管理的责任甚至需要做合适的和被许可的帮助。我们的书提供了对这种状态的一个重要的减轻措施。本书提供了229个分析习题和一本伴随的解题手册。给出这些分析习题和习题解以后，学生们可以选择方法，*好地适应这些直觉的状态。频繁使用的方法是指定习题，其后提供习题解，当然是一种选择。但是，至少有另一种有价值的选择——我们已经成功地使用几年的一种方法：在上课的**天给学生提出问题并提供可用的解。然后告诉学生测验题和考试题将与这些习题紧密相关，因此学生们必定熟悉这些问题和彻底地解答它们。这一方法消除了为家庭作业评分的负担，因为在**次提供特殊课程的家庭作业答案之后，它常常被大量的家庭作业复制。(没有什么学术活动比为家庭作业评分更浪费时间了。)这种方法还可进一步免除讲师分配计算机，代之以设计问题作为家庭作业。在我们的练习中，提供了练习题和解的方法，以便引导在学生角色方面高度渴望地聚焦在理解上。问题的讨论和相关的概念统治了叙述的时间和学生在办公室访问期间的时间。为了加强讲师在此方面的专心致志，我们常常在初期的测验中放一个直接从书中拿来的习题，甚至不改变其题号。当然，使用如此一个系统，在测验和考试时，闭合书本的方法是必需的。为了进一步加强理解的重要性(而不是一个文件管理员的技术)，此系统没有对学生的记忆做不正当的没有理由的要求。学生必须知道极简单的方程，一般只涉及三个或四个符号的方程。例如：学生能够真正地理解扩散流正比于浓度梯度，他们能够不费力气地写出相关的方程。对于更复杂的方程，例如连续性方程，我们在习题中叙述了必须掌握的方程。一般地我们要求学生必须理解的*复杂的方程是传输方程。沿着上述的方向，一个进一步的例子是恰当的。在不同种类的突变结中耗尽层厚度的方程是重要的，但是它能够被工程师在工作中迅速地捡起来。我们认为记住这些方程在能量的投入上相对是无益处的。但是我们要求学生必须清楚地理解在突变结中耗尽层厚度随结两侧间电势差的平方根变化，以及为什么存在这种关系。在这一基础上提出测验理解的习题比提出记忆的习题要容易。我们已经选择了一些强调基础的复习题，而不是当前技术水平的概念题。仅仅两种主要的器件——双极结型晶体管和MOS场效应晶体管——在这里被谈到，因为这些器件的详尽知识使学生能够了解所有其他重要的IC器件。当前的器件水平是被它们的性质不断地革新的，这些变化的事实*好在工作当中学习。内容和组织第1章以新鲜方式叙述当前的电学基础，以及单位变换和问题解、玻尔模型和晶体学。第2章论述平衡态和非平衡态半导体的体特性，着重于硅的论述，介绍了能带理论，解释了半导体、导体和绝缘体具有怎样的差别。紧接着的是费米能级的概念和它的应用，它与*基本的近似一起在半导体中被频繁地使用。“掺杂”的性质和结论进一步地引入到基础方程和质量作用定律、中性方程和玻耳兹曼关系。在这一章中还完成了作为分析载流子性质的载流子传输、复合和产生以及连续性方程。第3章广泛地处理PN结问题，以及它在平衡和偏压条件下的情况：在基本的结概念被引入之后，仔细地选择一系列应用耗尽近似的例子，紧接着它被推广到突变结以外的情况。通过一组仔细记录的取自于特殊硅二极管的试验数据，扩展了静态的理论。除了通常课本的论述之外，本章还讨论了击穿现象。然而，只有我们的书新鲜和完整论述了PN结二极管的动态性质。其后它被用做论述BJT和MOSFET动态性质的基础。本章还包括突变结和半导体表面问题的一般论述。这个论述仅仅在另一本书中被发现。本章还讨论了用高-低结作为欧姆接触——能够在大量的半导体器件中找到的而被大多数的电子学教科书忽略的描述。本章给出SPICE数值分析的原理，在某些情况下，其描述的细节甚至超过了在SPICE手册中能够找到的内容。第4章提供了BJT的基础、基本的器件理论、偏置实践、电路结构的选择，并且强调每个问题的性质。接着的是真实BJT的结构和特性，在BJT中大注入效应的详细评述。但是在大多数的课本中省略了大注入的效应，因为常规BJT被使用在大注入条件下，因此这种省略不能被认为是正当的。在我们的Ebers-Moll静态模型部分重点是其清澈性和每一步物理意义的鉴别，并且具有丰富的应用举例。BJT的小信号动态模型由混合模型开始，涉及器件物理，通过混合π模型、电荷控制模型，直到优值指数。还介绍了SPICE模型的独特的细节，大信号、小信号及寄生的特性。本章还包括了热阻。第5章论述了MOS电容器和MOSFET。在初步的理论介绍和反相器的选择之后，描述在MOS电容器中必须被论述的大多数现象。对这些现象，在本章使用等效电路和在第3章介绍的一般半导体表面的分析方法进行仔细的模仿。包括了在MOS电容器、在结型二极管中的电容——元件的相互作用的物理和分析的论述，然后比较这两种器件中电容的性质。跟随的是MOSFET的高级模拟，小信号和大信号的SPICE处理。本章也是本书还包括了一个新的、详细考查的MOSFET-BJT性能比较，它是在任何其他教材中没有找到的内容。学习的助手在每一章课文之后紧跟着的是两个被设计的特写，用以提供对本章主题内容坚实的、定性的理解。**个特写是尽力对本章基本要素节略的总结。第二个特写是称做“复习课”(平均每章115题)的一套问题，以便让学生很明确地知道是否这些关键点已经掌握，或者可能全部地未领会。在此部分提出的*基本的问题也被用于测验和考试的目的。本书的另一个附加特写是在课文中的练习和解答。呈现在每一章的练习平均为60个。在这里期望这些问题能够合理地普及,进入一个活跃的读者的头脑。(我们渴望为达到这一成功的目标而获得反馈。)然而对于更积极的或有雄心的读者在简单地阅读问题并且进入解答之前能够深思这些问题，试图支持他或她自己的答案。在我们的书中具有不同于工程教科书的一些方面。具有重要关系的空间题目在本课题的领域中是大量的，在第1章中的空间晶格提供了一个很好的例子。在如此的情况下，使用透视的图画，用以代替通常遇见的原始正交立方体图画。在近些年来我们任命的代理ABET已经有效地和日益增长地将重点放在设计技能上，因为工程师们在工作中做比分析更多的综合工作。由于这一原因我们已经在每章的末尾除了较早讨论的分析问题外还提供了设计的习题。在类似的方面，为了类似的原因，计算机的习题也伴随着每一章，平均每章多于两个习题。在这里我们选择了需要数值处理的习题。在*后的三章，这些习题的重点是SPICE模型。通常，我们确定设计和计算机习题作为家庭作业。我们已经选择用Pascal程序解题，但是对此书的使用者选择其他的程序也是明显可用的。*后，伴随此书的解题手册已经准备，并具有不平常的易读性和精确性。特别是单位的仔细处理，重点强调在第1章中对此课题的加强。参考文献的特点像进入课文的材料一样，如此仔细和详尽地给出了主题索引的集合。它是不平常详尽地被做出，重要的题目被慷慨地交叉引证。当我们感觉到辛苦的因素时，有时产生委派非技术的办事人员做索引的准备。我们认为，在这里的额外投入将增强本书作为研究和参考资源的巨大价值。以一个类似的脉络，我们在参考文献上的政策是已经提供了巨大的数量，但它远小于百科全书上的列表。(假如有沙文主义的标准进入这种选择的过程，希望我们的读者能够理解。)我们相信这本书能够被用做参考书，也能被用做教材。总之，我们已经试图选择和强调*基本和不变的主题；然后我们已经寻找可能是*清楚的表述。希望这一结果将为许多未来的学生提供进入固态器件电子学的折衷训练。致谢我们深深地感激过去的大约1000名学生，他们已经使用我们的手稿作为教材，并且给出他们的评价和大量的修改。我们也十分赞赏地感谢由AlfonsTuszynski教授提供的长期鼓励。感谢RonaldD.Schrimpf教授提供的包括在练习3-54和图5-48(b)中的见识。应当专门提及MaeWarner对出版过程每一步的无休止的检查和对手稿的大部分的计算机录入。非常地感激我们的项目编辑、具有专业化和耐心的MaryPatton在此作品期间的大量工作。我们也