半導體物理學簡明教程

目 錄
第1章 晶體結構與晶體結合 （1）
1．1 晶體結構 （2）
1．1．1 晶格和晶胞 （2）
1．1．2 原胞 原基矢量 晶格平移矢量 （4）
1．2 晶列與晶面 （6）
1．2．1 晶向指數(shù) （6）
1．2．2 晶面指數(shù) （7）
1．3 倒格子 （9）
1．4 晶體結合 （10）
1．4．1 固體的結合形式和化學鍵 （10）
1．4．2 離子結合（離子鍵） （11）
1．4．3 共價結合（共價鍵） （11）
1．4．4 金屬結合（金屬鍵） （11）
1．4．5 范德瓦爾斯結合（范德瓦爾斯鍵） （12）
1．5 典型半導體的晶體結構 （12）
1．5．1 金剛石型結構 （12）
1．5．2 閃鋅礦型結構 （14）
1．5．3 纖鋅礦型結構 （14）
思考題與習題 （14）
第2章 半導體中的電子狀態(tài) （16）
2．1 周期性勢場 （16）
2．2 布洛赫（Bloch）定理 （17）
2．2．1 單電子近似 （17）
2．2．2 布洛赫定理 （18）
2．2．3 布里淵區(qū) （19）
2．3 周期性邊界條件（玻恩馮-卡曼Born．von-Karman邊界條件） （21）
2．4 能帶 （24）
2．4．1 周期性勢場中電子的能量譜值 （24）
2．4．2 能帶圖及其畫法 （26）
2．5 外力作用下電子的加速度 有效質量 （28）
2．5．1 外力作用下電子運動狀態(tài)的改變 （29）
2．5．2 有效質量 （31）
2．6 等能面、主軸坐標系 （35）
2．7 金屬、半導體和絕緣體的區(qū)別 （36）
2．8 導帶電子和價帶空穴 （38）
2．9 硅、鍺、砷化鎵的能帶結構 （40）
2．9．1 導帶能帶圖 （40）
2．9．2 價帶能帶圖 （41）
2．10 半導體中的雜質和雜質能級 （43）
2．10．1 替位式雜質和間隙式雜質 （43）
2．10．2 施主雜質和施主能級 N型半導體 （44）
2．10．3 受主雜質和受主能級 P型半導體 （44）
2．10．4 III-V族化合物中的雜質能級 （45）
2．10．5 等電子雜質 等電子陷阱 （46）
2．11 類氫模型 （47）
2．12 深能級 （48）
2．13 缺陷能級 （50）
2．14 寬禁帶半導體的自補償效應 （50）
思考題與習題 （51）
第3章 載流子的統(tǒng)計分布 （53）
3．1 能態(tài)密度 （53）
3．1．1 導帶能態(tài)密度 （53）
3．1．2 價帶能態(tài)密度 （54）
3．2 分布函數(shù) （55）
3．2．1 費米-狄拉克(Fermi-Dirac)分布與費米能級 （55）
3．2．2 玻耳茲曼分布 （56）
3．3 能帶中的載流子濃度 （58）
3．3．1 導帶電子濃度 （58）
3．3．2 價帶空穴濃度 （59）
3．4 本征半導體 （61）
3．5 雜質半導體中的載流子濃度 （64）
3．5．1 雜質能級上的載流子濃度 （64）
3．5．2 N型半導體 （65）
3．5．3 P型半導體 （66）
3．6 雜質補償半導體 （68）
3．7 簡并半導體 （70）
3．7．1 簡并半導體雜質能級和能帶的變化 （70）
3．7．2 簡并半導體的載流子濃度 （71）
思考題與習題 （72）
第4章 電荷輸運現(xiàn)象 （74）
4．1 格波與聲子 （74）
4．1．1 格波 （74）
4．1．2 聲子 （76）
4．2 載流子的散射 （77）
4．2．1 平均自由時間與弛豫時間 （78）
4．2．2 散射機構 （79）
4．3 漂移運動 遷移率 電導率 （81）
4．3．1 平均漂移速度與遷移率 （81）
4．3．2 漂移電流 電導率 （84）
4．4 多能谷情況下的電導現(xiàn)象 （86）
4．5 電流密度和電流 （89）
4．5．1 擴散流密度與擴散電流 （89）
4．5．2 漂移流密度與漂移電流 （89）
4．5．3 電流密度與電流 （90）
4．6 非均勻半導體中的內建電場 （90）
4．6．1 半導體中的靜電場和勢 （90）
4．6．2 愛因斯坦關系 （91）
4．6．3 非均勻半導體中的內建電場 （92）
4．7 霍爾（Hall）效應 （94）
4．7．1 霍爾系數(shù) （95）
4．7．2 霍爾角 （96）
思考題與習題 （98）
第5章 非平衡載流子 （100）
5．1 非平衡載流子的產(chǎn)生與復合 （100）
5．1．1 非平衡載流子的產(chǎn)生 （100）
5．1．2 非平衡載流子的復合 （101）
5．1．3 非平衡載流子的壽命 （102）
5．2 直接復合 （104）
5．3 通過復合中心的復合 （106）
5．3．1 載流子通過復合中心的產(chǎn)生和復合過程 （106）
5．3．2 凈復合率 （107）
5．3．3 小信號壽命公式―肖克利-瑞德公式 （108）
5．3．4 金在硅中的復合作用 （109）
5．4 表面復合和表面復合速度 （111）
5．5 陷阱效應 （112）
5．6 準費米能級 （113）
5．6．1　準費米能級 （113）
5．6．2　修正歐姆定律 （114）
5．7 連續(xù)性方程 （115）
5．8 電中性條件 介電弛豫時間 （118）
5．9 擴散長度與擴散速度 （119）
5．10 半導體中的基本控制方程 （122）
思考題與習題 （122）
第6章 半導體表面 （124）
6．1 表面態(tài)和表面空間電荷區(qū) （124）
6．2 表面電場效應 （125）
6．2．1 表面空間電荷區(qū)的形成 （125）
6．2．2 表面勢與能帶彎曲 （126）
6．3 載流子積累、耗盡和反型 （127）
6．3．1 載流子積累 （128）
6．3．2 載流子耗盡 （128）
6．3．3 載流子反型 （129）
6．4 理想MOS電容 （133）
6．5 實際MOS電容的C-V特性 （139）
6．5．1 功函數(shù)差的影響 （139）
6．5．2 界面陷阱和氧化物電荷的影響 （141）
6．5．3 實際MOS的C-V曲線和閾值電壓 （143）
思考題與習題 （144）
第7章 PN結 （146）
7．1 熱平衡PN結 （148）
7．1．1 PN結空間電荷區(qū) （148）
7．1．2 電場分布與電勢分布 （149）
7．2 偏壓PN結 （153）
7．2．1　PN結的單向導電性 （153）
7．2．2 少數(shù)載流子的注入與輸運 （154）
7．3 理想PN結二極管的直流電流-電壓（I-V）特性 （157）
7．4 空間電荷區(qū)復合電流和產(chǎn)生電流 （162）
7．4．1 正偏復合電流 （162）
7．4．2 反偏產(chǎn)生電流 （163）
7．5　隧道電流 （164）
7．6 PN結電容 （165）
7．6．1 耗盡層電容 （166）
7．6．2 擴散電容 （167）
7．7 PＮ結擊穿 （170）
7．8 異質結 （172）
7．8．1 熱平衡異質結 （172）
7．8．2 加偏壓的異質結 （174）
思考題與習題 （175）
第8章 金屬-半導體接觸 （178）
8．1 理想的金屬-半導體整流接觸 肖特基勢壘 （178）
8．2 界面態(tài)對勢壘高度的影響 （182）
8．3 歐姆接觸 （183）
8．4 鏡像力對勢壘高度的影響―肖特基效應 （184）
8．5 理想肖特基勢壘二極管的電流-電壓特性 （186）
思考題與習題 （189）
第9章 半導體的光學性質 （191）
9．1 半導體的光學常數(shù) （191）
9．2 本征吸收 （192）
9．2．1 直接躍遷 （193）
9．2．2 間接躍遷 （195）
9．3 激子吸收 （197）
9．4 其他光吸收過程 （198）
9．4．1 自由載流子吸收 （198）
9．4．2 雜質吸收 （199）
9．5 PN結的光生伏打效應 （200）
9．6 半導體發(fā)光 （202）
9．6．1 直接輻射復合 （202）
9．6．2 間接輻射復合 （203）
9．6．3 淺能級和主帶之間的復合 （204）
9．6．4 施主-受主對（D-A對）復合 （204）
9．6．5 通過深能級的復合 （205）
9．6．6 激子復合 （205）
9．6．7 等電子陷阱復合 （205）
9．7 非輻射復合 （207）
9．7．1 多聲子躍遷 （208）
9．7．2 俄歇（Auger）過程 （208）
9．7．3 表面復合 （209）
9．8 發(fā)光二極管（LED） （209）
9．9 高效率的半導體發(fā)光材料 （211）
思考題與習題 （211）
模擬試卷（一） （213）
模擬試卷（二） （214）
模擬試卷（三） （216）
附錄A 單位制、單位換算和通用常數(shù) （224）
附錄B 半導體材料物理性質表 （225）
參考文獻