本书主要讲述半导体物理的基本知识。全书共11章，主要内容包括半导体的概述、晶体结构、半导体中的电子状态、半导体中载流子的平衡统计分布、半导体的导电性、非平衡载流子、金属和半导体的接触、半导体PN结、半导体的表面、半导体的光学与光电性质，以及半导体的其他性质。
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第1章 半导体的概述 1
1.1 元素半导体 1
1.2 化合物半导体 2
1.3 氧化物半导体 4
1.4 有机半导体 5
1.5 磁性半导体 6
1.6 低维半导体 7
1.7 非晶半导体 9
1.8 半导体的应用 10
第2章 晶体结构 12
2.1 晶体结构的周期性 12
2.2 晶体的对称性 14
2.3 晶列与晶面 15
2.3.1 晶列 15
2.3.2 晶列指数 15
2.3.3 晶面 15
2.4 倒格子 16
2.5 典型晶体结构 18
2.5.1 金刚石结构 18
2.5.2 闪锌矿结构 19
2.5.3 纤锌矿结构 19
习题 19
第3章 半导体中的电子状态 21
3.1 晶体中的能带 21
3.1.1 能带的形成 21
3.1.2 晶体中电子的波函数和能量谱值 24
3.2 在外力作用下晶体中电子的运动 33
3.2.1 电子的运动速度 33
3.2.2 在外力作用下电子状态的变化 35
3.2.3 电子的加速度和有效质量 36
3.3 导带电子和价带空穴 37
3.3.1 能带和部分填充的能带 38
3.3.2 金属、半导体和绝缘体的能带 39
3.3.3 空穴 40
3.4 硅、锗和砷化镓的能带结构 41
3.4.1 硅和锗的能带结构 43
3.4.2 砷化镓的能带结构 44
3.5 杂质和缺陷能级 45
3.5.1 硅和锗中的杂质能级 46
3.5.2 Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体中的杂质 48
3.5.3 类氢模型 48
3.5.4 深能级 50
3.5.5 缺陷能级 52
习题 52
第4章 半导体中载流子的平衡统计分布 54
4.1 状态密度 54
4.1.1 倒空间电子态分布 55
4.1.2 导带状态密度 55
4.1.3 价带状态密度 56
4.2 费米分布函数与费米能级 57
4.2.1 费米分布函数的适用条件 57
4.2.2 费米分布函数与费米能级 58
4.2.3 费米分布函数的性质 59
4.3 能带中的电子和空穴浓度 60
4.3.1 导带电子浓度 60
4.3.2 价带空穴浓度 62
4.4 本征半导体的载流子浓度 63
4.4.1 电中性条件 64
4.4.2 本征费米能级 64
4.4.3 本征载流子浓度 64
4.5 杂质半导体的载流子浓度 66
4.5.1 电子占据杂质能级的概率 66
4.5.2 N 型半导体载流子浓度 68
4.5.3 P 型半导体载流子浓度 71
4.5.4 饱和电离区的范围 73
4.5.5 杂质浓度和温度对载流子浓度的影响 74
4.5.6 杂质补偿半导体 75
4.6 简并半导体 78
4.6.1 载流子浓度 79
4.6.2 发生简并化的条件 80
习题 81
第5章 半导体的导电性 83
5.1 晶格振动 83
5.1.1 声学支振动和光学支振动 83
5.1.2 声子 85
5.2 载流子的散射 85
5.2.1 载流子散射的概念 86
5.2.2 散射概率和弛豫时间 87
5.2.3 散射的物理机构 89
5.3 电导现象 94
5.3.1 迁移率和电导率 94
5.3.2 多能谷的电导率 96
5.3.3 电导率与杂质浓度和温度的关系 98
5.4 霍尔效应 101
5.4.1 单一载流子类型的霍尔效应 101
5.4.2 电子空穴共存的霍尔效应 104
5.4.3 霍尔系数的修正 107
5.5 强电场效应 108
5.5.1 强电场的载流子漂移 108
5.5.2 耿氏效应 110
习题 112
第6章 非平衡载流子 113
6.1 非平衡载流子的产生和复合 113
6.1.1 非平衡载流子的产生 113
6.1.2 非平衡载流子的复合和寿命 114
6.1.3 准费米能级 116
6.2 连续性方程 118
6.2.1 载流子的流密度和电流密度 118
6.2.2 爱因斯坦关系 119
6.2.3 连续性方程 121
6.2.4 少数载流子的连续性方程 123
6.2.5 电中性条件 124
6.3 非本征半导体中非平衡少子的扩散和漂移 125
6.3.1 少子的扩散 125
6.3.2 少子的漂移 127
6.3.3 少子的扩散和漂移 127
6.4 少子脉冲的扩散和漂移 130
6.5 近本征半导体中非平衡载流子的扩散和漂移 132
6.5.1 双极扩散 133
6.5.2 双极扩散和漂移 134
6.6 复合机理 135
6.6.1 两种复合过程 135
6.6.2 引起复合和产生过程的内部作用 136
6.6.3 表面复合 136
6.7 直接辐射复合 138
6.7.1 复合率和产生率 138
6.7.2 净复合率和寿命 139
6.7.3 复合系数 140
6.8 直接俄歇复合 141
6.8.1 带间俄歇复合过程 142
6.8.2 非平衡载流子寿命 143
6.9 通过复合中心的复合 144
6.9.1 通过复合中心的复合过程 144
6.9.2 寿命公式 146
6.9.3 寿命随载流子浓度的变化 148
6.9.4 寿命与复合中心能级位置的关系 149
6.9.5 寿命随温度的变化 150
6.9.6 金在硅中的复合作用 151
习题 151
第7章 金属和半导体的接触 155
7.1 外电场中的半导体 155
7.2 热电子功函数 158
7.3 金属-半导体接触 160
7.4 肖特基结及其整流现象 164
7.5 肖特基结整流理论 166
7.6 肖特基结的扩散整流 168
7.7 欧姆接触 170
习题 171
第8章 半导体PN结 172
8.1 平衡PN结 172
8.2 非平衡PN结 177
8.3 窄PN结理论 181
8.4 简并半导体的PN结，隧道二极管 185
8.5 N+N和P+P结 188
8.6 异质结 190
习题 192
第9章 半导体的表面 194
9.1 表面态 194
9.1.1 理想一维晶体表面模型及其解 194
9.1.2 实际表面 197
9.2 表面电场效应 198
9.2.1 表面空间电荷区 200
9.2.2 表面电势与能带弯曲 200
9.2.3 载流子积累、耗尽、反型 203
9.3 MIS结构的电容及C-V特性 210
9.3.1 理想MIS结构的电容及其电容-电压特性 210
9.3.2 实际MIS结构的电容及其电容-电压特性 217
9.4 二维电子气 220
9.4.1 二维电子气概念简介 220
9.4.2 MIS 结构中存在的二维电子气 221
9.4.3 高电子迁移率晶体管中二维电子气 221
习题 222
第10章 半导体的光学与光电性质 224
10.1 半导体的光学性质 224
10.1.1 折射率和吸收系数 224
10.1.2 反射率和透射率 225
10.1.3 半导体的色散与极化率 227
10.2 半导体的光吸收 232
10.2.1 带间直接跃迁 234
10.2.2 带间间接跃迁 235
10.2.3 激子吸收 236
10.2.4 杂质缺陷吸收 237
10.2.5 自由载流子吸收 238
10.3 半导体的光电导 239
10.3.1 附加光电导 239
10.3.2 定态光电导及其弛豫过程 240
10.3.3 陷阱效应及其对光电导影响 243
10.4 半导体的光生伏特效应 246
10.4.1 PN 结的光生伏特效应 246
10.4.2 光电池的电流-电压特性 247
10.5 半导体的辐射发光 248
10.5.1 半导体的光发射过程 248
10.5.2 发光效率 250
10.5.3 光致发光与电致发光 251
10.5.4 自发辐射与受激辐射 251
习题 252
第11章 半导体的其他性质 254
11.1 半导体的热电效应 254
11.1.1 泽贝克效应 254
11.1.2 佩尔捷效应 257
11.1.3 汤姆孙效应 258
11.2 半导体的磁学效应 259
11.2.1 磁阻效应 259
11.2.2 磁光效应 260
11.2.3 热磁效应 261
11.3 半导体的力学效应 263
11.3.1 压电效应 263
11.3.2 压阻效应 263
习题 264
附录 265
附录1 重要符号表 265
附录2 物理常数 268
参考文献 269
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