PHYSICS OF SEMICONDUCTOR DEVICES

این کتاب درسی فیزیک پایه نیمه هادی ها، از جمله سلسله مراتب مدل های حمل و نقل را توصیف می کند و این نظریه را با عملکرد دستگاه های نیمه هادی واقعی مرتبط می کند. جزئیات با دقت کار شده و از مفاهیم اولیه فیزیکی استخراج می شوند، در حالی که انسجام درونی تجزیه و تحلیل را حفظ می کنند و سطوح مختلف تقریب را توضیح می دهند. پوشش شامل مراحل اصلی مورد استفاده در فرآیند ساخت مدارهای مجتمع است: انتشار، اکسیداسیون حرارتی، اپیتاکسی و کاشت یون. نمونه ها به دلیل اهمیت صنعتی آن بر اساس سیلیکون هستند. چندین فصل گنجانده شده است که مفاهیم مکانیکی کوانتومی لازم برای درک خواص انتقال کریستال ها را در اختیار خواننده قرار می دهد. رفتار کریستال‌هایی که دارای توزیع ناخالصی وابسته به موقعیت هستند، توضیح داده می‌شود و مدل‌های مختلف انتقال سلسله مراتبی برای دستگاه‌های نیمه‌رسانا مشتق شده‌اند (از معادله انتقال بولتزمن تا مدل‌های هیدرودینامیکی و رانش- انتشار). سپس مدل‌های حمل‌ونقل به شرح مفصلی از معماری‌های اصلی دستگاه نیمه‌رسانا (دو قطبی، MOS، CMOS)، از جمله تعدادی حسگر حالت جامد، اعمال می‌شوند. فصول پایانی به روش‌های اندازه‌گیری پارامترهای دستگاه نیمه‌رسانا و توضیح مختصری از قوانین مقیاس‌گذاری و روش‌های عددی اعمال شده در طراحی دستگاه‌های نیمه‌رسانا اختصاص دارد.

This textbook describes the basic physics of semiconductors, including the hierarchy of transport models, and connects the theory with the functioning of actual semiconductor devices. Details are worked out carefully and derived from the basic physical concepts, while keeping the internal coherence of the analysis and explaining the different levels of approximation. Coverage includes the main steps used in the fabrication process of integrated circuits: diffusion, thermal oxidation, epitaxy, and ion implantation. Examples are based on silicon due to its industrial importance. Several chapters are included that provide the reader with the quantum-mechanical concepts necessary for understanding the transport properties of crystals. The behavior of crystals incorporating a position-dependent impurity distribution is described, and the different hierarchical transport models for semiconductor devices are derived (from the Boltzmann transport equation to the hydrodynamic and drift-diffusion models). The transport models are then applied to a detailed description of the main semiconductor-device architectures (bipolar, MOS, CMOS), including a number of solid-state sensors. The final chapters are devoted to the measuring methods for semiconductor-device parameters, and to a brief illustration of the scaling rules and numerical methods applied to the design of semiconductor devices.