半导体器件及其在计算和电信中的应用

本书特色

《半导体器件:计算和电信中的应用》:电子与电气工程丛书。

内容简介

本书从半导体基础开始，介绍了目前电信和计算产业中半导体器件的发展现状，在器件方面为电子工程提供了坚实的基础。内容涵盖未来计算硬件和射频功率放大器的实现方法，阐述了计算和电信的发展趋势和系统要求对半导体器件的选择、设计及工作特性的影响。
　　本书首先讨论了半导体的基本特性；接着介绍了基本的场效应器件modfet和mosfet，以及器件尺寸不断缩小所带来的短沟道效应和面临的挑战；*后讨论了光波和无线电信系统中半导体器件的结构、特性及其工作条件。
　　本书不仅可以作为研究生教材，也可为本领域工程师和研究人员提供参考。

节选

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插图：本章将回顾在本书中用到的半导体基础知识。我们只讨论在计算与电信系统中所使用的半导体器件的基础知识。半导体器件用于很多方面。本书主要研究半导体器件在计算与电信系统中的应用。本书将研究数字集成电路系统中使用的主要器件——金属氧化物半导体场效应晶体管将集中讨论MOSFET器件的现状和发展趋势。据预计，计算机硬件将继续发展，将来利用本书讨论的部分或全部新技术便可提供更快更有效的计算机。无论怎样，为保持计算机的开发速度，计算硬件肯定会有很大发展。本书将介绍在未来计算平台中发挥作用的新兴技术。本书的第二个主题讨论用于电信系统的半导体器件，具体来说是光波电信以及无线电信网络中使用的器件，包括发射机、检测器、放大器与中继器。半导体器件技术对许多商业产品的产生有重大影响。蓝光LED、蓝绿光LED以及激光器的发展导致了一批效率高、寿命长的发光元件的诞生。商用LED白色光发射机价格等于甚至低于白炽灯，效率却比白炽灯的效率高，寿命可达数年，而白炽灯的寿命仅为几个月。据预计，用LED代替白炽灯可节省大量能源，从而潜在地减少矿物燃料的使用，进而减少温室气体排放，缓解全球变暖与环境恶化。蓝光激光器促进了用于数据存储、视频和音频系统的小光盘的发展，大大扩展了CD的存储容量。新的半导体材料，如GAN、SIC等，由于其承受的温度、工作电流密度和频率比现有器件更高，因此这些材料在制作高功率、高频与高温器件方面有很大的发展空间。具体应用场合包括无线电信系统基站用的功率放大器、混合电动车、电力高压输电网的整流元件、雷达与卫星电信的高功率放大器等。因此，作为重要的半导体材料，GAN与SIC将会得到广泛应用。1.1 半导体的定义为什么半导体材料在电气工程中如此重要呢？为了回答这个问题，首先我们考虑一个基于固体电气特性，特别是电导率的表征方法。一般说来，所有晶体可分为四类，按电导率由高至低排列依次为金属、半金属、半导体和绝缘体。当然，这四类也并非严格区分的。例如，根据晶化形式的不同，有些材料可以归为金属或半金属。另外，对于宽带隙材料，半导体与绝缘体的区别也不是很明显。不过，将固体划分为这四类很方便。在四类材料中，半导体材料对于电气工程无疑是*重要的，主要原因在于其电特性使得它们易于处理。半导体的特殊之处在于可以采用几种不同方法对其电导率做较大

作者简介

Kevin F.Brennan，曾获得美国国家科学基金会的青年科学家奖。2002年被佐治亚理工大学ECE学院任命为杰出教授，同年还获得特别贡献奖，以表彰他对研究生教育所作出的贡献。2003年，他获得佐治亚理工大学教职会员*高荣誉——杰出教授奖。他还是IEEE电子器件学会杰出讲师。