目錄
第1章 半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)與電子狀態(tài) 1
1.1 半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)與布里淵區(qū) 1
1.1.1 半導(dǎo)體晶體結(jié)構(gòu) 1
1.1.2 倒格子和布里淵區(qū) 5
1.2 半導(dǎo)體中的電子態(tài) 6
1.2.1 半導(dǎo)體能帶的形成 6
1.2.2 能帶中電子的速度、加速度和有效質(zhì)量 9
1.2.3 導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體的能帶 12
1.2.4 半導(dǎo)體中的空穴 13
1.3 半導(dǎo)體能帶的基本特征 14
1.3.1 半導(dǎo)體能帶 14
1.3.2 導(dǎo)帶結(jié)構(gòu) 15
1.3.3 立方結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體的價(jià)帶結(jié)構(gòu) 15
1.3.4 回旋共振 16
1.4 Si和Ge的能帶結(jié)構(gòu) 18
1.4.1 Si和Ge單晶的能帶結(jié)構(gòu) 18
1.4.2 Si1-xGex合金的結(jié)構(gòu)與能帶結(jié)構(gòu) 19
1.5 Ⅲ-Ⅴ族化合物半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu) 21
1.5.1 Ⅲ-Ⅴ族化合物半導(dǎo)體概況 21
1.5.2 GaAs的能帶結(jié)構(gòu) 22
1.5.3 GaP和InP的能帶結(jié)構(gòu) 22
1.5.4 氮化物半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu) 22
1.6 Ⅱ-Ⅵ族化合物半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu) 24
1.7 多元半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu) 26
1.8 SiC的晶體結(jié)構(gòu)與能帶 27
1.9 Ga2O3的結(jié)構(gòu)與能帶 30
習(xí)題 32
第2章 半導(dǎo)體的缺陷與摻雜 33
2.1 缺陷的分類 33
2.1.1 缺陷類型 33
2.1.2 半導(dǎo)體中的缺陷與摻雜 34
2.1.3 雜質(zhì)的補(bǔ)償效應(yīng) 35
2.2 Si、Ge半導(dǎo)體的摻雜 36
2.2.1 淺能級(jí)雜質(zhì)電離能的計(jì)算 36
2.2.2 Si、Ge半導(dǎo)體中的主要缺陷能級(jí) 37
2.3 Ⅲ-Ⅴ族化合物半導(dǎo)體中的雜質(zhì)能級(jí) 40
2.3.1 一般Ⅲ-Ⅴ族半導(dǎo)體的摻雜 40
2.3.2 GaN中的缺陷與摻雜 42
2.4 其他寬禁帶半導(dǎo)體中的雜質(zhì)與缺陷能級(jí) 43
2.4.1 SiC中的雜質(zhì)能級(jí) 43
2.4.2 Ga2O3中的雜質(zhì)能級(jí)及其他缺陷態(tài) 44
習(xí)題 46
第3章 熱平衡時(shí)的電子和空穴分布 47
3.1 狀態(tài)密度與載流子分布函數(shù) 47
3.1.1 狀態(tài)密度 47
3.1.2 導(dǎo)帶、價(jià)帶載流子的分布規(guī)律 49
3.1.3 非簡(jiǎn)并條件下導(dǎo)帶電子濃度和價(jià)帶空穴濃度 50
3.1.4 載流子濃度積n0p0 52
3.2 本征載流子濃度 52
3.3 含單一雜質(zhì)的半導(dǎo)體載流子濃度 55
3.3.1 雜質(zhì)能級(jí)的占有概率 55
3.3.2 單雜質(zhì)摻雜半導(dǎo)體的載流子濃度 56
3.4 補(bǔ)償半導(dǎo)體中的載流子統(tǒng)計(jì) 64
3.4.1 補(bǔ)償半導(dǎo)體中載流子的處理方法 64
3.4.2 n 型補(bǔ)償半導(dǎo)體的載流子濃度計(jì)算方法 65
3.4.3 p 型補(bǔ)償半導(dǎo)體的載流子濃度和費(fèi)米能級(jí) 67
3.4.4 補(bǔ)償性高阻：半絕緣半導(dǎo)體 68
3.5 簡(jiǎn)并半導(dǎo)體 69
3.5.1 簡(jiǎn)并半導(dǎo)體中載流子濃度的計(jì)算 69
3.5.2 禁帶變窄效應(yīng) 71
習(xí)題 72
第4章 半導(dǎo)體中的載流子輸運(yùn) 74
4.1 半導(dǎo)體的電導(dǎo)率與遷移率 74
4.1.1 半導(dǎo)體中載流子運(yùn)動(dòng)的基本特征 74
4.1.2 電場(chǎng)中載流子的運(yùn)動(dòng) 電導(dǎo)率和遷移率 75
4.1.3 電子散射的運(yùn)動(dòng)氣體模型 77
4.1.4 半導(dǎo)體的主要散射機(jī)制 77
4.2 半導(dǎo)體中的電流 79
4.2.1 外電場(chǎng)中的漂移電流 79
4.2.2 擴(kuò)散電流和總電流 80
4.3 半導(dǎo)體中載流子遷移率的變化規(guī)律 81
4.3.1 平均自由時(shí)間和散射概率的關(guān)系 81
4.3.2 電導(dǎo)率、遷移率與平均自由時(shí)間的關(guān)系 82
4.3.3 遷移率與雜質(zhì)濃度及溫度的關(guān)系 83
4.3.4 少數(shù)載流子遷移率和多數(shù)載流子遷移率 85
4.4 電阻率及其與雜質(zhì)濃度和溫度的關(guān)系 87
4.4.1 半導(dǎo)體電阻率的基本性質(zhì) 87
4.4.2 不同溫度下半導(dǎo)體的電阻率 88
4.5 強(qiáng)電場(chǎng)下的載流子運(yùn)動(dòng) 89
4.5.1 強(qiáng)電場(chǎng)下載流子運(yùn)動(dòng)的基本特征 89
4.5.2 載流子擴(kuò)散的飽和 91
4.5.3 近彈道輸運(yùn) 92
4.6 強(qiáng)電場(chǎng)下的谷間散射和耿氏效應(yīng) 93
4.6.1 等價(jià)能谷間的散射 93
4.6.2 不等價(jià)能谷之間的散射與耿氏效應(yīng) 94
4.7 霍爾效應(yīng) 97
4.7.1 霍爾效應(yīng)的基本性質(zhì) 97
4.7.2 載流子在電磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和霍爾電導(dǎo)率 98
4.7.3 兩種載流子同時(shí)存在時(shí)的霍爾效應(yīng) 102
4.7.4 霍爾效應(yīng)的應(yīng)用 104
習(xí)題 105
第5章 非平衡載流子的產(chǎn)生、復(fù)合及運(yùn)動(dòng) 107
5.1 非平衡載流子的產(chǎn)生與復(fù)合 準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí) 107
5.1.1 非平衡載流子的產(chǎn)生與復(fù)合 107
5.1.2 準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí) 108
5.2 非平衡載流子的產(chǎn)生 109
5.2.1 載流子的光激發(fā) 109
5.2.2 熱致電離 109
5.2.3 場(chǎng)致電離 110
5.3 載流子的復(fù)合理論 112
5.3.1 直接復(fù)合 112
5.3.2 間接復(fù)合 114
5.3.3 表面復(fù)合 119
5.4 半導(dǎo)體中載流子的非輻射復(fù)合 120
5.4.1 聲子相關(guān)非輻射復(fù)合 121
5.4.2 俄歇復(fù)合 123
5.5 陷阱效應(yīng) 126
5.6 連續(xù)性方程 127
5.6.1 連續(xù)性方程的形式 127
5.6.2 連續(xù)性方程的應(yīng)用 129
5.7 雙極輸運(yùn) 134
5.7.1 雙極輸運(yùn)方程的推導(dǎo) 134
5.7.2 摻雜及小注入的約束條件 135
習(xí)題 136
第6章 pn結(jié) 139
6.1 pn結(jié)的基本結(jié)構(gòu)和性質(zhì) 139
6.1.1 pn結(jié)的基本結(jié)構(gòu) 139
6.1.2 pn結(jié)空間電荷區(qū)的內(nèi)建電勢(shì)差 140
6.1.3 平衡pn結(jié)內(nèi)的載流子分布 141
6.2 pn結(jié)的電場(chǎng)、電勢(shì)和電容特性 143
6.2.1 均勻摻雜pn結(jié)中的電場(chǎng)、電勢(shì)特性 143
6.2.2 均勻摻雜pn結(jié)中的勢(shì)壘電容 147
6.2.3 非均勻摻雜pn結(jié)中的電場(chǎng)和電勢(shì)分布及其勢(shì)壘電容 148
6.3 pn結(jié)電流-電壓特性 151
6.3.1 非平衡狀態(tài)下的pn結(jié) 151
6.3.2 理想pn結(jié)的電流-電壓關(guān)系 154
6.3.3 理想pn結(jié)的擴(kuò)散電容 157
6.3.4 影響pn結(jié)電流-電壓特性的非理想因素 158
6.4 pn結(jié)擊穿 163
6.4.1 雪崩擊穿 163
6.4.2 隧道擊穿(齊納擊穿) 165
6.4.3 熱電擊穿 166
6.5 隧道pn結(jié) 167
習(xí)題 169
第7章 金屬-半導(dǎo)體接觸 171
7.1 金屬-半導(dǎo)體接觸的能帶特征 171
7.1.1 金屬和半導(dǎo)體的基本特征 171
7.1.2 金屬-半導(dǎo)體的理想接觸 172
7.1.3 金屬-半導(dǎo)體接觸勢(shì)壘的耗盡層近似 173
7.1.4 表面態(tài)對(duì)接觸勢(shì)壘的影響 175
7.1.5 鏡像力對(duì)接觸勢(shì)壘的影響 177
7.2 金屬-半導(dǎo)體接觸整流理論 179
7.2.1 熱電子發(fā)射 179
7.2.2 擴(kuò)散理論 182
7.2.3 金屬-半導(dǎo)體接觸的其他輸運(yùn)機(jī)制 184
7.2.4 肖特基勢(shì)壘二極管 184
7.3 少數(shù)載流子的注入與歐姆接觸 185
7.3.1 少數(shù)載流子的注入 185
7.3.2 歐姆接觸 186
習(xí)題 188
第8章 金屬-絕緣層-半導(dǎo)體結(jié)構(gòu) 189
8.1 表面電場(chǎng)效應(yīng) 189
8.1.1 空間電荷層及表面勢(shì) 190
8.1.2 表面空間電荷層的電場(chǎng)、電勢(shì)和電容 191
8.2 理想MIS結(jié)構(gòu)的電容特性 199
8.2.1 理想MIS結(jié)構(gòu)的C-V特性 199
8.2.2 MIS結(jié)構(gòu)的低頻電容 200
8.2.3 MIS結(jié)構(gòu)的高頻電容 202
8.3 影響MIS結(jié)構(gòu)特性的非理想因素 205
8.3.1 金屬與半導(dǎo)體功函數(shù)差對(duì)MIS結(jié)構(gòu)C-V特性的影響 205
8.3.2 絕緣層及界面電荷對(duì)MIS結(jié)構(gòu)C-V特性的影響 207
8.3.3 多晶硅柵MOS結(jié)構(gòu) 208
習(xí)題 209
第9章 半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)與低維結(jié)構(gòu) 210
9.1 理想突變結(jié)的能帶圖 210
9.1.1 半導(dǎo)體能帶的相對(duì)位置 210
9.1.2 異型異質(zhì)結(jié)-Anderson模型 211
9.1.3 同型異質(zhì)結(jié) 215
9.1.4 Anderson定則及有關(guān)爭(zhēng)議 217
9.2 有界面態(tài)的突變異質(zhì)結(jié)能帶圖 217
9.2.1 界面態(tài)密度較小 218
9.2.2 界面態(tài)密度較大 218
9.2.3 界面態(tài)密度很大 219
9.3 異質(zhì)pn結(jié)的電流-電壓特性及注入特性 219
9.3.1 異質(zhì)pn結(jié)的電流-電壓特性 220
9.3.2 異質(zhì)pn結(jié)的注入特性 222
9.4 半導(dǎo)體量子阱結(jié)構(gòu)及其電子態(tài) 224
9.4.1 界面量子阱 224
9.4.2 半導(dǎo)體單量子阱 226
9.5 低維半導(dǎo)體量子結(jié)構(gòu)的態(tài)密度 230
9.6 半導(dǎo)體超晶格 231
9.7 異質(zhì)結(jié)構(gòu)中的晶格失配與應(yīng)變 236
9.7.1 晶格失配系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 236
9.7.2 應(yīng)變層超晶格 237
9.8 應(yīng)變對(duì)半導(dǎo)體能帶的影響 239
習(xí)題 242
第10章 半導(dǎo)體光學(xué)性質(zhì) 243
10.1 半導(dǎo)體的光學(xué)常數(shù) 243
10.1.1 半導(dǎo)體的折射率與吸收系數(shù) 243
10.1.2 克拉默斯-克勒尼希（K-K）關(guān)系 245
10.1.3 半導(dǎo)體光學(xué)常數(shù)的測(cè)量 248
10.2 半導(dǎo)體的帶間光吸收 248
10.2.1 帶間吸收光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律 248
10.2.2 直接躍遷 249
10.2.3 聲子伴隨的間接躍遷 251
10.2.4 直接帶隙半導(dǎo)體中的帶間間接躍遷 252
10.3 半導(dǎo)體中的其他吸收 253
10.3.1 激子吸收 253
10.3.2 帶內(nèi)躍遷 254
10.3.3 雜質(zhì)吸收 256
10.3.4 晶格振動(dòng)吸收 257
10.4 半導(dǎo)體光電導(dǎo) 258
10.4.1 附加電導(dǎo)率 258
10.4.2 定態(tài)光電導(dǎo)及其弛豫過程 259
10.4.3 光電導(dǎo)靈敏度及光電導(dǎo)增益 261
10.4.4 復(fù)合和陷阱效應(yīng)對(duì)光電導(dǎo)的影響 262
10.4.5 本征光電導(dǎo)的光譜分布 263
10.4.6 雜質(zhì)光電導(dǎo) 264
10.5 半導(dǎo)體的光生伏特效應(yīng) 265
10.6 半導(dǎo)體中的主要發(fā)光機(jī)制 267
10.6.1 帶間躍遷發(fā)光 267
10.6.2 激子發(fā)光 269
10.6.3 非本征輻射復(fù)合發(fā)光 269
10.7 發(fā)光二極管 271
10.7.1 發(fā)光二極管的原理與結(jié)構(gòu) 272
10.7.2 發(fā)光二極管的發(fā)光效率 273
10.8 半導(dǎo)體中的自發(fā)輻射與受激輻射 274
10.8.1 二能級(jí)體系與輻射場(chǎng)的相互作用 274
10.8.2 半導(dǎo)體中的自發(fā)輻射與受激輻射的基本特征 275
10.9 半導(dǎo)體激光器 277
10.9.1 半導(dǎo)體激光器的注入機(jī)制 277
10.9.2 激光的產(chǎn)生 278
10.9.3 半導(dǎo)體激光材料 280
10.9.4 半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu) 280
習(xí)題 284
第11章 半導(dǎo)體的其他性質(zhì) 286
11.1 半導(dǎo)體熱電效應(yīng) 286
11.1.1 塞貝克效應(yīng) 286
11.1.2 帕爾貼效應(yīng) 289
11.1.3 湯姆孫效應(yīng) 290
11.1.4 半導(dǎo)體熱電效應(yīng)的應(yīng)用 291
11.2 半導(dǎo)體磁阻效應(yīng) 292
11.2.1 物理磁阻效應(yīng) 292
11.2.2 幾何磁阻效應(yīng) 294
11.2.3 磁阻效應(yīng)的應(yīng)用 295
11.3 壓阻效應(yīng) 296
習(xí)題 298
參考文獻(xiàn) 299
附錄 301