半导体物理学简明教程

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编者半导体物理学简明教程目录目录前言绪论1第1章 半导体的物质结构和能带结构111.1 半导体的原子结合与晶体结构111.1.1 元素的电负性与原子的结合力111.1.2 共价结合与正四面体结构121.1.3 主要半导体的晶体结构141.2 半导体的电子状态和能带171.2.1 能级与能带171.2.2 零势场与周期势场中的电子状态181.2.3 能带的填充与晶体的导电性及空穴的概念201.3 半导体中载流子的有效质量221.3.1 能带极值附近的E(k)函数221.3.2 电子和空穴的有效质量231.3.3 各向异性半导体中载流子的有效质量241.4 半导体中的杂质和缺陷能级261.4.1 杂质的施、受主作用及其能级261.4.2 深能级杂质301.4.3 缺陷的施、受主作用及其能级321.5 典型半导体的能带结构351.5.1 能带结构的基本内容及其表征351.5.2 主要半导体的能带结构361.6 半导体能带工程概要391.6.1 半导体固溶体391.6.2 利用固溶体技术剪裁能带结构401.6.3 能带结构的量子尺寸效应43习题45第2章 半导体中的载流子及其输运性质472.1 载流子的漂移运动与半导体的电导率472.1.1 欧姆定律的微分形式472.1.2 半导体的电导率482.2 热平衡状态下的载流子统计482.2.1 热平衡状态下的电子和空穴482.2.2 费米分布函数与费米能级512.2.3 费米分布函数与玻耳兹曼分布函数522.2.4 非简并半导体的载流子密度532.2.5 本征半导体的载流子密度552.3 载流子密度对杂质和温度的依赖性572.3.1 杂质电离度572.3.2 非简并半导体载流子密度随温度的变化582.3.3 简并半导体652.4 载流子迁移率712.4.1 恒定电场下载流子漂移运动的微观描述712.4.2 决定载流子迁移率的物理因素732.4.3 有效质量各向异性时的载流子迁移率732.5 载流子散射及其对迁移率的影响752.5.1 散射的物理本质752.5.2 电离杂质散射及其对迁移率的影响752.5.3 晶格振动散射及其对迁移率的影响772.5.4 其他散射机构812.6 半导体的电阻率及其与掺杂浓度和温度的关系812.6.1 半导体的电阻率812.6.2 电阻率与掺杂浓度的关系822.6.3 电阻率与温度的关系832.7 强电场中的载流子输运842.7.1 强电场效应842.7.2 热电子与速度饱和852.7.3 负微分迁移率872.7.4 耿氏效应及其应用882.7.5 强电场下的速度过冲和准弹道输运892.8 电导统计理论912.8.1 电导问题简单分析的局限性922.8.2 玻耳兹曼输运方程922.8.3 弛豫时间近似下的玻耳兹曼输运方程及其解942.8.4 考虑速度分布的电导率和迁移率952.9 霍尔效应952.9.1 霍尔效应原理952.9.2 霍尔迁移率972.9.3 霍尔系数982.10 半导体的热导率992.10.1 热导率的定义1002.10.2 半导体中的导热机构1002.10.3 维德曼-弗兰茨定律101习题102第3章 非热平衡状态下的半导体1043.1 半导体的非热平衡状态1043.1.1 额外载流子的产生与复合1043.1.2 额外载流子的寿命1063.1.3 准费米能级1083.2 复合理论1093.2.1 直接辐射复合1093.2.2 通过单一复合中心的间接复合1113.2.3 表面复合1143.2.4 俄歇复合1153.2.5 陷阱效应及其对复合的影响1163.3 额外载流子的运动1183.3.1 额外载流子的扩散与扩散方程1183.3.2 扩散方程在不同边界条件下的解1203.3.3 电场中的额外载流子运动1223.3.4 爱因斯坦关系1223.4 电流连续性方程及其应用1243.4.1 电流连续性方程1243.4.2 稳态电流连续性方程及其解1253.4.3 连续性方程的应用1263.5 半导体的光吸收1283.5.1 吸收系数及相关光学常数1293.5.2 半导体的本征吸收1313.5.3 其他吸收过程1333.6 半导体的光电导和光致发光1363.6.1 半导体的光电导1373.6.2 半导体的光致发光141习题144第4章 PN结1464.1 PN结的形成及其平衡态1464.1.1 PN结的形成及其杂质分布1464.1.2 热平衡状态下的PN结1484.2 PN结的伏安特性1524.2.1 广义欧姆定律1524.2.2 理想状态下的PN结伏安特性方程1534.2.3 PN结伏安特性对理想方程的偏离1584.3 PN结电容1614.3.1 PN结势垒区的电场及电势分布1614.3.2 势垒电容1644.3.3 扩散电容1654.3.4 用电容-电压法测量半导体的杂质浓度1674.4 PN结击穿1674.4.1 雪崩击穿1684.4.2 隧道击穿1704.4.3 热电击穿1714.5 PN结的光伏效应1724.5.1 光生电动势原理1724.5.2 光照PN结的电流-电压方程1724.5.3 光照PN结的特征参数1734.6 PN结发光1744.6.1 发光原理1744.6.2 半导体激光器原理176习题180第5章 金属-半导体接触1825.1 金属-半导体接触及其平衡状态1825.1.1 金属和半导体的功函数1825.1.2 有功函数差的金属-半导体接触1845.1.3 表面态对接触电势差的影响1855.1.4 欧姆接触1875.2 金属-半导体接触的非平衡状态1885.2.1 不同偏置状态下的肖特基势垒1885.2.2 正偏肖特基势垒区中的费米能级1895.2.3 厚势垒金属-半导体接触的伏安特性1905.2.4 薄势垒金属-半导体接触的伏安特性1925.2.5 金属-半导体接触的少子注入问题1935.2.6 非平衡态肖特基势垒接触的特点及其应用195习题195第6章 异质结和纳米结构1976.1 异质结的构成及其能带1976.1.1 异质结的构成与类型1976.1.2 理想异质结的能带结构2006.1.3 界面态对异质结能带结构的影响2036.2 异质结特性及其应用2056.2.1 伏安特性2066.2.2 注入特性2086.2.3 光伏特性2096.2.4 异质结的应用2106.3 半导体量子阱和超晶格2126.3.1 量子阱和超晶格的结构与种类2126.3.2 量子阱和超晶格中的电子状态2156.3.3 量子阱效应和超晶格效应216习题219第7章 半导体表面与MIS结构2207.1 半导体表面与表面态2207.1.1 理想晶体表面模型及其解2207.1.2 实际半导体表面2217.1.3 SiSiO2系统的性质及其优化处理2227.2 表面电场效应与MIS结构2247.2.1 表面电场的产生与应用2247.2.2 理想MIS结构及其表面电场效应2257.2.3 理想MIS结构的空间电荷层与表面势2267.3 MIS结构的电容-电压特性2307.3.1 理想MIS结构的电容-电压特性2307.3.2 实际MIS结构的电容-电压特性2347.4 表面电导与表面迁移率2387.4.1 表面电导2397.4.2 表面散射与表面载流子的有效迁移率2407.4.3 影响表面迁移率的主要因素2407.4.4 表面迁移率模型与载流子的表面饱和漂移速度242习题243第8章 其他半导体效应2448.1 热电效应2448.1.1 塞贝克效应2448.1.2 珀耳帖效应2488.1.3 汤姆逊效应2498.1.4 塞贝克系数、珀耳帖系数和汤姆逊系数间的关系2508.2 磁阻与压阻效应2518.2.1 磁阻效应2518.2.2 压阻效应254习题257参考文献258

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《半导体物理学简明教程》为普通高等教育“十二五”电子信息类规划教材之一。

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《半导体物理学简明教程》以简明扼要的方式全面地介绍了半导体物理学的基础知识及其新进展，内容包括半导体的物质结构和能带结构、杂质和缺陷、载流子的统计分布及其运动规律、非热平衡态半导体、PN结、金属－半导体接触、异质结、半导体表面以及主要的半导体效应。

《半导体物理学简明教程》适用于本科院校电子科学与技术和微电子学专业，也可供相近专业的研究生和工程技术人员阅读和参考。

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