本书较全面地讨论了半导体物理学的基础知识。全书共11章，主要包括：半导体的晶体结构与电子状态，半导体的缺陷与掺杂，热平衡时的电子和空穴分布，半导体中的载流子输运，非平衡载流子的产生、复合及运动，pn结，金属-半导体接触，金属-绝缘层-半导体结构，半导体异质结与低维结构，半导体光学性质，以及半导体的其他性质。
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第1章 半导体的晶体结构与电子状态 1
1.1 半导体的晶体结构与布里渊区 1
1.1.1 半导体晶体结构 1
1.1.2 倒格子和布里渊区 5
1.2 半导体中的电子态 6
1.2.1 半导体能带的形成 6
1.2.2 能带中电子的速度、加速度和有效质量 9
1.2.3 导体、半导体和绝缘体的能带 12
1.2.4 半导体中的空穴 13
1.3 半导体能带的基本特征 14
1.3.1 半导体能带 14
1.3.2 导带结构 15
1.3.3 立方结构半导体的价带结构 15
1.3.4 回旋共振 16
1.4 Si和Ge的能带结构 18
1.4.1 Si和Ge单晶的能带结构 18
1.4.2 Si1-xGex合金的结构与能带结构 19
1.5 Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体的能带结构 21
1.5.1 Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体概况 21
1.5.2 GaAs的能带结构 22
1.5.3 GaP和InP的能带结构 22
1.5.4 氮化物半导体的能带结构 22
1.6 Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体的能带结构 24
1.7 多元半导体的能带结构 26
1.8 SiC的晶体结构与能带 27
1.9 Ga2O3的结构与能带 30
习题 32
第2章 半导体的缺陷与掺杂 33
2.1 缺陷的分类 33
2.1.1 缺陷类型 33
2.1.2 半导体中的缺陷与掺杂 34
2.1.3 杂质的补偿效应 35
2.2 Si、Ge半导体的掺杂 36
2.2.1 浅能级杂质电离能的计算 36
2.2.2 Si、Ge半导体中的主要缺陷能级 37
2.3 Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体中的杂质能级 40
2.3.1 一般Ⅲ-Ⅴ族半导体的掺杂 40
2.3.2 GaN中的缺陷与掺杂 42
2.4 其他宽禁带半导体中的杂质与缺陷能级 43
2.4.1 SiC中的杂质能级 43
2.4.2 Ga2O3中的杂质能级及其他缺陷态 44
习题 46
第3章 热平衡时的电子和空穴分布 47
3.1 状态密度与载流子分布函数 47
3.1.1 状态密度 47
3.1.2 导带、价带载流子的分布规律 49
3.1.3 非简并条件下导带电子浓度和价带空穴浓度 50
3.1.4 载流子浓度积n0p0 52
3.2 本征载流子浓度 52
3.3 含单一杂质的半导体载流子浓度 55
3.3.1 杂质能级的占有概率 55
3.3.2 单杂质掺杂半导体的载流子浓度 56
3.4 补偿半导体中的载流子统计 64
3.4.1 补偿半导体中载流子的处理方法 64
3.4.2 n 型补偿半导体的载流子浓度计算方法 65
3.4.3 p 型补偿半导体的载流子浓度和费米能级 67
3.4.4 补偿性高阻：半绝缘半导体 68
3.5 简并半导体 69
3.5.1 简并半导体中载流子浓度的计算 69
3.5.2 禁带变窄效应 71
习题 72
第4章 半导体中的载流子输运 74
4.1 半导体的电导率与迁移率 74
4.1.1 半导体中载流子运动的基本特征 74
4.1.2 电场中载流子的运动 电导率和迁移率 75
4.1.3 电子散射的运动气体模型 77
4.1.4 半导体的主要散射机制 77
4.2 半导体中的电流 79
4.2.1 外电场中的漂移电流 79
4.2.2 扩散电流和总电流 80
4.3 半导体中载流子迁移率的变化规律 81
4.3.1 平均自由时间和散射概率的关系 81
4.3.2 电导率、迁移率与平均自由时间的关系 82
4.3.3 迁移率与杂质浓度及温度的关系 83
4.3.4 少数载流子迁移率和多数载流子迁移率 85
4.4 电阻率及其与杂质浓度和温度的关系 87
4.4.1 半导体电阻率的基本性质 87
4.4.2 不同温度下半导体的电阻率 88
4.5 强电场下的载流子运动 89
4.5.1 强电场下载流子运动的基本特征 89
4.5.2 载流子扩散的饱和 91
4.5.3 近弹道输运 92
4.6 强电场下的谷间散射和耿氏效应 93
4.6.1 等价能谷间的散射 93
4.6.2 不等价能谷之间的散射与耿氏效应 94
4.7 霍尔效应 97
4.7.1 霍尔效应的基本性质 97
4.7.2 载流子在电磁场中的运动规律和霍尔电导率 98
4.7.3 两种载流子同时存在时的霍尔效应 102
4.7.4 霍尔效应的应用 104
习题 105
第5章 非平衡载流子的产生、复合及运动 107
5.1 非平衡载流子的产生与复合 准费米能级 107
5.1.1 非平衡载流子的产生与复合 107
5.1.2 准费米能级 108
5.2 非平衡载流子的产生 109
5.2.1 载流子的光激发 109
5.2.2 热致电离 109
5.2.3 场致电离 110
5.3 载流子的复合理论 112
5.3.1 直接复合 112
5.3.2 间接复合 114
5.3.3 表面复合 119
5.4 半导体中载流子的非辐射复合 120
5.4.1 声子相关非辐射复合 121
5.4.2 俄歇复合 123
5.5 陷阱效应 126
5.6 连续性方程 127
5.6.1 连续性方程的形式 127
5.6.2 连续性方程的应用 129
5.7 双极输运 134
5.7.1 双极输运方程的推导 134
5.7.2 掺杂及小注入的约束条件 135
习题 136
第6章 pn结 139
6.1 pn结的基本结构和性质 139
6.1.1 pn结的基本结构 139
6.1.2 pn结空间电荷区的内建电势差 140
6.1.3 平衡pn结内的载流子分布 141
6.2 pn结的电场、电势和电容特性 143
6.2.1 均匀掺杂pn结中的电场、电势特性 143
6.2.2 均匀掺杂pn结中的势垒电容 147
6.2.3 非均匀掺杂pn结中的电场和电势分布及其势垒电容 148
6.3 pn结电流-电压特性 151
6.3.1 非平衡状态下的pn结 151
6.3.2 理想pn结的电流-电压关系 154
6.3.3 理想pn结的扩散电容 157
6.3.4 影响pn结电流-电压特性的非理想因素 158
6.4 pn结击穿 163
6.4.1 雪崩击穿 163
6.4.2 隧道击穿(齐纳击穿) 165
6.4.3 热电击穿 166
6.5 隧道pn结 167
习题 169
第7章 金属-半导体接触 171
7.1 金属-半导体接触的能带特征 171
7.1.1 金属和半导体的基本特征 171
7.1.2 金属-半导体的理想接触 172
7.1.3 金属-半导体接触势垒的耗尽层近似 173
7.1.4 表面态对接触势垒的影响 175
7.1.5 镜像力对接触势垒的影响 177
7.2 金属-半导体接触整流理论 179
7.2.1 热电子发射 179
7.2.2 扩散理论 182
7.2.3 金属-半导体接触的其他输运机制 184
7.2.4 肖特基势垒二极管 184
7.3 少数载流子的注入与欧姆接触 185
7.3.1 少数载流子的注入 185
7.3.2 欧姆接触 186
习题 188
第8章 金属-绝缘层-半导体结构 189
8.1 表面电场效应 189
8.1.1 空间电荷层及表面势 190
8.1.2 表面空间电荷层的电场、电势和电容 191
8.2 理想MIS结构的电容特性 199
8.2.1 理想MIS结构的C-V特性 199
8.2.2 MIS结构的低频电容 200
8.2.3 MIS结构的高频电容 202
8.3 影响MIS结构特性的非理想因素 205
8.3.1 金属与半导体功函数差对MIS结构C-V特性的影响 205
8.3.2 绝缘层及界面电荷对MIS结构C-V特性的影响 207
8.3.3 多晶硅栅MOS结构 208
习题 209
第9章 半导体异质结与低维结构 210
9.1 理想突变结的能带图 210
9.1.1 半导体能带的相对位置 210
9.1.2 异型异质结-Anderson模型 211
9.1.3 同型异质结 215
9.1.4 Anderson定则及有关争议 217
9.2 有界面态的突变异质结能带图 217
9.2.1 界面态密度较小 218
9.2.2 界面态密度较大 218
9.2.3 界面态密度很大 219
9.3 异质pn结的电流-电压特性及注入特性 219
9.3.1 异质pn结的电流-电压特性 220
9.3.2 异质pn结的注入特性 222
9.4 半导体量子阱结构及其电子态 224
9.4.1 界面量子阱 224
9.4.2 半导体单量子阱 226
9.5 低维半导体量子结构的态密度 230
9.6 半导体超晶格 231
9.7 异质结构中的晶格失配与应变 236
9.7.1 晶格失配系统的结构 236
9.7.2 应变层超晶格 237
9.8 应变对半导体能带的影响 239
习题 242
第10章 半导体光学性质 243
10.1 半导体的光学常数 243
10.1.1 半导体的折射率与吸收系数 243
10.1.2 克拉默斯-克勒尼希（K-K）关系 245
10.1.3 半导体光学常数的测量 248
10.2 半导体的带间光吸收 248
10.2.1 带间吸收光谱的实验规律 248
10.2.2 直接跃迁 249
10.2.3 声子伴随的间接跃迁 251
10.2.4 直接带隙半导体中的带间间接跃迁 252
10.3 半导体中的其他吸收 253
10.3.1 激子吸收 253
10.3.2 带内跃迁 254
10.3.3 杂质吸收 256
10.3.4 晶格振动吸收 257
10.4 半导体光电导 258
10.4.1 附加电导率 258
10.4.2 定态光电导及其弛豫过程 259
10.4.3 光电导灵敏度及光电导增益 261
10.4.4 复合和陷阱效应对光电导的影响 262
10.4.5 本征光电导的光谱分布 263
10.4.6 杂质光电导 264
10.5 半导体的光生伏特效应 265
10.6 半导体中的主要发光机制 267
10.6.1 带间跃迁发光 267
10.6.2 激子发光 269
10.6.3 非本征辐射复合发光 269
10.7 发光二极管 271
10.7.1 发光二极管的原理与结构 272
10.7.2 发光二极管的发光效率 273
10.8 半导体中的自发辐射与受激辐射 274
10.8.1 二能级体系与辐射场的相互作用 274
10.8.2 半导体中的自发辐射与受激辐射的基本特征 275
10.9 半导体激光器 277
10.9.1 半导体激光器的注入机制 277
10.9.2 激光的产生 278
10.9.3 半导体激光材料 280
10.9.4 半导体激光器结构 280
习题 284
第11章 半导体的其他性质 286
11.1 半导体热电效应 286
11.1.1 塞贝克效应 286
11.1.2 帕尔贴效应 289
11.1.3 汤姆孙效应 290
11.1.4 半导体热电效应的应用 291
11.2 半导体磁阻效应 292
11.2.1 物理磁阻效应 292
11.2.2 几何磁阻效应 294
11.2.3 磁阻效应的应用 295
11.3 压阻效应 296
习题 298
参考文献 299
附录 301
京公网安备 11010102004214号