目錄
第1章 半導體的晶體結(jié)構(gòu)與電子狀態(tài) 1
1.1 半導體的晶體結(jié)構(gòu)與布里淵區(qū) 1
1.1.1 半導體晶體結(jié)構(gòu) 1
1.1.2 倒格子和布里淵區(qū) 5
1.2 半導體中的電子態(tài) 6
1.2.1 半導體能帶的形成 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 導體、半導體和絕緣體的能帶 12
1.2.4 半導體中的空穴 13
1.3 半導體能帶的基本特征 14
1.3.1 半導體能帶 14
1.3.2 導帶結(jié)構(gòu) 15
1.3.3 立方結(jié)構(gòu)半導體的價帶結(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族化合物半導體的能帶結(jié)構(gòu) 21
1.5.1 Ⅲ-Ⅴ族化合物半導體概況 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 氮化物半導體的能帶結(jié)構(gòu) 22
1.6 Ⅱ-Ⅵ族化合物半導體的能帶結(jié)構(gòu) 24
1.7 多元半導體的能帶結(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
習題 32
第2章 半導體的缺陷與摻雜 33
2.1 缺陷的分類 33
2.1.1 缺陷類型 33
2.1.2 半導體中的缺陷與摻雜 34
2.1.3 雜質(zhì)的補償效應(yīng) 35
2.2 Si、Ge半導體的摻雜 36
2.2.1 淺能級雜質(zhì)電離能的計算 36
2.2.2 Si、Ge半導體中的主要缺陷能級 37
2.3 Ⅲ-Ⅴ族化合物半導體中的雜質(zhì)能級 40
2.3.1 一般Ⅲ-Ⅴ族半導體的摻雜 40
2.3.2 GaN中的缺陷與摻雜 42
2.4 其他寬禁帶半導體中的雜質(zhì)與缺陷能級 43
2.4.1 SiC中的雜質(zhì)能級 43
2.4.2 Ga2O3中的雜質(zhì)能級及其他缺陷態(tài) 44
習題 46
第3章 熱平衡時的電子和空穴分布 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 導帶、價帶載流子的分布規(guī)律 49
3.1.3 非簡并條件下導帶電子濃度和價帶空穴濃度 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)的半導體載流子濃度 55
3.3.1 雜質(zhì)能級的占有概率 55
3.3.2 單雜質(zhì)摻雜半導體的載流子濃度 56
3.4 補償半導體中的載流子統(tǒng)計 64
3.4.1 補償半導體中載流子的處理方法 64
3.4.2 n 型補償半導體的載流子濃度計算方法 65
3.4.3 p 型補償半導體的載流子濃度和費米能級 67
3.4.4 補償性高阻：半絕緣半導體 68
3.5 簡并半導體 69
3.5.1 簡并半導體中載流子濃度的計算 69
3.5.2 禁帶變窄效應(yīng) 71
習題 72
第4章 半導體中的載流子輸運 74
4.1 半導體的電導率與遷移率 74
4.1.1 半導體中載流子運動的基本特征 74
4.1.2 電場中載流子的運動 電導率和遷移率 75
4.1.3 電子散射的運動氣體模型 77
4.1.4 半導體的主要散射機制 77
4.2 半導體中的電流 79
4.2.1 外電場中的漂移電流 79
4.2.2 擴散電流和總電流 80
4.3 半導體中載流子遷移率的變化規(guī)律 81
4.3.1 平均自由時間和散射概率的關(guān)系 81
4.3.2 電導率、遷移率與平均自由時間的關(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 半導體電阻率的基本性質(zhì) 87
4.4.2 不同溫度下半導體的電阻率 88
4.5 強電場下的載流子運動 89
4.5.1 強電場下載流子運動的基本特征 89
4.5.2 載流子擴散的飽和 91
4.5.3 近彈道輸運 92
4.6 強電場下的谷間散射和耿氏效應(yīng) 93
4.6.1 等價能谷間的散射 93
4.6.2 不等價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 載流子在電磁場中的運動規(guī)律和霍爾電導率 98
4.7.3 兩種載流子同時存在時的霍爾效應(yīng) 102
4.7.4 霍爾效應(yīng)的應(yīng)用 104
習題 105
第5章 非平衡載流子的產(chǎn)生、復合及運動 107
5.1 非平衡載流子的產(chǎn)生與復合 準費米能級 107
5.1.1 非平衡載流子的產(chǎn)生與復合 107
5.1.2 準費米能級 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 場致電離 110
5.3 載流子的復合理論 112
5.3.1 直接復合 112
5.3.2 間接復合 114
5.3.3 表面復合 119
5.4 半導體中載流子的非輻射復合 120
5.4.1 聲子相關(guān)非輻射復合 121
5.4.2 俄歇復合 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 134
5.7.1 雙極輸運方程的推導 134
5.7.2 摻雜及小注入的約束條件 135
習題 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、電勢和電容特性 143
6.2.1 均勻摻雜pn結(jié)中的電場、電勢特性 143
6.2.2 均勻摻雜pn結(jié)中的勢壘電容 147
6.2.3 非均勻摻雜pn結(jié)中的電場和電勢分布及其勢壘電容 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
習題 169
第7章 金屬-半導體接觸 171
7.1 金屬-半導體接觸的能帶特征 171
7.1.1 金屬和半導體的基本特征 171
7.1.2 金屬-半導體的理想接觸 172
7.1.3 金屬-半導體接觸勢壘的耗盡層近似 173
7.1.4 表面態(tài)對接觸勢壘的影響 175
7.1.5 鏡像力對接觸勢壘的影響 177
7.2 金屬-半導體接觸整流理論 179
7.2.1 熱電子發(fā)射 179
7.2.2 擴散理論 182
7.2.3 金屬-半導體接觸的其他輸運機制 184
7.2.4 肖特基勢壘二極管 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
習題 188
第8章 金屬-絕緣層-半導體結(jié)構(gòu) 189
8.1 表面電場效應(yīng) 189
8.1.1 空間電荷層及表面勢 190
8.1.2 表面空間電荷層的電場、電勢和電容 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 金屬與半導體功函數(shù)差對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
習題 209
第9章 半導體異質(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 半導體能帶的相對位置 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 半導體單量子阱 226
9.5 低維半導體量子結(jié)構(gòu)的態(tài)密度 230
9.6 半導體超晶格 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)變對半導體能帶的影響 239
習題 242
第10章 半導體光學性質(zhì) 243
10.1 半導體的光學常數(shù) 243
10.1.1 半導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 半導體光學常數(shù)的測量 248
10.2 半導體的帶間光吸收 248
10.2.1 帶間吸收光譜的實驗規(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 直接帶隙半導體中的帶間間接躍遷 252
10.3 半導體中的其他吸收 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 晶格振動吸收 257
10.4 半導體光電導 258
10.4.1 附加電導率 258
10.4.2 定態(tài)光電導及其弛豫過程 259
10.4.3 光電導靈敏度及光電導增益 261
10.4.4 復合和陷阱效應(yīng)對光電導的影響 262
10.4.5 本征光電導的光譜分布 263
10.4.6 雜質(zhì)光電導 264
10.5 半導體的光生伏特效應(yīng) 265
10.6 半導體中的主要發(fā)光機制 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 半導體中的自發(fā)輻射與受激輻射 274
10.8.1 二能級體系與輻射場的相互作用 274
10.8.2 半導體中的自發(fā)輻射與受激輻射的基本特征 275
10.9 半導體激光器 277
10.9.1 半導體激光器的注入機制 277
10.9.2 激光的產(chǎn)生 278
10.9.3 半導體激光材料 280
10.9.4 半導體激光器結(jié)構(gòu) 280
習題 284
第11章 半導體的其他性質(zhì) 286
11.1 半導體熱電效應(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 半導體熱電效應(yīng)的應(yīng)用 291
11.2 半導體磁阻效應(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
習題 298
參考文獻 299
附錄 301