半導(dǎo)體物理學(xué)簡明教程

目 錄
第1章 晶體結(jié)構(gòu)與晶體結(jié)合 （1）
1．1 晶體結(jié)構(gòu) （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(jié)合 （10）
1．4．1 固體的結(jié)合形式和化學(xué)鍵 （10）
1．4．2 離子結(jié)合（離子鍵） （11）
1．4．3 共價(jià)結(jié)合（共價(jià)鍵） （11）
1．4．4 金屬結(jié)合（金屬鍵） （11）
1．4．5 范德瓦爾斯結(jié)合（范德瓦爾斯鍵） （12）
1．5 典型半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu) （12）
1．5．1 金剛石型結(jié)構(gòu) （12）
1．5．2 閃鋅礦型結(jié)構(gòu) （14）
1．5．3 纖鋅礦型結(jié)構(gòu) （14）
思考題與習(xí)題 （14）
第2章 半導(dǎo)體中的電子狀態(tài) （16）
2．1 周期性勢(shì)場(chǎng) （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(shì)場(chǎng)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(zhì)量 （28）
2．5．1 外力作用下電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變 （29）
2．5．2 有效質(zhì)量 （31）
2．6 等能面、主軸坐標(biāo)系 （35）
2．7 金屬、半導(dǎo)體和絕緣體的區(qū)別 （36）
2．8 導(dǎo)帶電子和價(jià)帶空穴 （38）
2．9 硅、鍺、砷化鎵的能帶結(jié)構(gòu) （40）
2．9．1 導(dǎo)帶能帶圖 （40）
2．9．2 價(jià)帶能帶圖 （41）
2．10 半導(dǎo)體中的雜質(zhì)和雜質(zhì)能級(jí) （43）
2．10．1 替位式雜質(zhì)和間隙式雜質(zhì) （43）
2．10．2 施主雜質(zhì)和施主能級(jí) N型半導(dǎo)體 （44）
2．10．3 受主雜質(zhì)和受主能級(jí) P型半導(dǎo)體 （44）
2．10．4 III-V族化合物中的雜質(zhì)能級(jí) （45）
2．10．5 等電子雜質(zhì) 等電子陷阱 （46）
2．11 類氫模型 （47）
2．12 深能級(jí) （48）
2．13 缺陷能級(jí) （50）
2．14 寬禁帶半導(dǎo)體的自補(bǔ)償效應(yīng) （50）
思考題與習(xí)題 （51）
第3章 載流子的統(tǒng)計(jì)分布 （53）
3．1 能態(tài)密度 （53）
3．1．1 導(dǎo)帶能態(tài)密度 （53）
3．1．2 價(jià)帶能態(tài)密度 （54）
3．2 分布函數(shù) （55）
3．2．1 費(fèi)米-狄拉克(Fermi-Dirac)分布與費(fèi)米能級(jí) （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(dǎo)帶電子濃度 （58）
3．3．2 價(jià)帶空穴濃度 （59）
3．4 本征半導(dǎo)體 （61）
3．5 雜質(zhì)半導(dǎo)體中的載流子濃度 （64）
3．5．1 雜質(zhì)能級(jí)上的載流子濃度 （64）
3．5．2 N型半導(dǎo)體 （65）
3．5．3 P型半導(dǎo)體 （66）
3．6 雜質(zhì)補(bǔ)償半導(dǎo)體 （68）
3．7 簡并半導(dǎo)體 （70）
3．7．1 簡并半導(dǎo)體雜質(zhì)能級(jí)和能帶的變化 （70）
3．7．2 簡并半導(dǎo)體的載流子濃度 （71）
思考題與習(xí)題 （72）
第4章 電荷輸運(yùn)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(shí)間與弛豫時(shí)間 （78）
4．2．2 散射機(jī)構(gòu) （79）
4．3 漂移運(yùn)動(dòng) 遷移率 電導(dǎo)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(dǎo)率 （84）
4．4 多能谷情況下的電導(dǎo)現(xiàn)象 （86）
4．5 電流密度和電流 （89）
4．5．1 擴(kuò)散流密度與擴(kuò)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(dǎo)體中的內(nèi)建電場(chǎng) （90）
4．6．1 半導(dǎo)體中的靜電場(chǎng)和勢(shì) （90）
4．6．2 愛因斯坦關(guān)系 （91）
4．6．3 非均勻半導(dǎo)體中的內(nèi)建電場(chǎng) （92）
4．7 霍爾（Hall）效應(yīng) （94）
4．7．1 霍爾系數(shù) （95）
4．7．2 霍爾角 （96）
思考題與習(xí)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(fù)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(fù)合 （101）
5．1．3 非平衡載流子的壽命 （102）
5．2 直接復(fù)合 （104）
5．3 通過復(fù)合中心的復(fù)合 （106）
5．3．1 載流子通過復(fù)合中心的產(chǎn)生和復(fù)合過程 （106）
5．3．2 凈復(fù)合率 （107）
5．3．3 小信號(hào)壽命公式―肖克利-瑞德公式 （108）
5．3．4 金在硅中的復(fù)合作用 （109）
5．4 表面復(fù)合和表面復(fù)合速度 （111）
5．5 陷阱效應(yīng) （112）
5．6 準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí) （113）
5．6．1　準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí) （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(shí)間 （118）
5．9 擴(kuò)散長度與擴(kuò)散速度 （119）
5．10 半導(dǎo)體中的基本控制方程 （122）
思考題與習(xí)題 （122）
第6章 半導(dǎo)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(chǎng)效應(yīng) （125）
6．2．1 表面空間電荷區(qū)的形成 （125）
6．2．2 表面勢(shì)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(shí)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(shí)際MOS的C-V曲線和閾值電壓 （143）
思考題與習(xí)題 （144）
第7章 PN結(jié) （146）
7．1 熱平衡PN結(jié) （148）
7．1．1 PN結(jié)空間電荷區(qū) （148）
7．1．2 電場(chǎng)分布與電勢(shì)分布 （149）
7．2 偏壓PN結(jié) （153）
7．2．1　PN結(jié)的單向?qū)щ娦?（153）
7．2．2 少數(shù)載流子的注入與輸運(yùn) （154）
7．3 理想PN結(jié)二極管的直流電流-電壓（I-V）特性 （157）
7．4 空間電荷區(qū)復(fù)合電流和產(chǎn)生電流 （162）
7．4．1 正偏復(fù)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(jié)電容 （165）
7．6．1 耗盡層電容 （166）
7．6．2 擴(kuò)散電容 （167）
7．7 PＮ結(jié)擊穿 （170）
7．8 異質(zhì)結(jié) （172）
7．8．1 熱平衡異質(zhì)結(jié) （172）
7．8．2 加偏壓的異質(zhì)結(jié) （174）
思考題與習(xí)題 （175）
第8章 金屬-半導(dǎo)體接觸 （178）
8．1 理想的金屬-半導(dǎo)體整流接觸 肖特基勢(shì)壘 （178）
8．2 界面態(tài)對(duì)勢(shì)壘高度的影響 （182）
8．3 歐姆接觸 （183）
8．4 鏡像力對(duì)勢(shì)壘高度的影響―肖特基效應(yīng) （184）
8．5 理想肖特基勢(shì)壘二極管的電流-電壓特性 （186）
思考題與習(xí)題 （189）
第9章 半導(dǎo)體的光學(xué)性質(zhì) （191）
9．1 半導(dǎo)體的光學(xué)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(zhì)吸收 （199）
9．5 PN結(jié)的光生伏打效應(yīng) （200）
9．6 半導(dǎo)體發(fā)光 （202）
9．6．1 直接輻射復(fù)合 （202）
9．6．2 間接輻射復(fù)合 （203）
9．6．3 淺能級(jí)和主帶之間的復(fù)合 （204）
9．6．4 施主-受主對(duì)（D-A對(duì)）復(fù)合 （204）
9．6．5 通過深能級(jí)的復(fù)合 （205）
9．6．6 激子復(fù)合 （205）
9．6．7 等電子陷阱復(fù)合 （205）
9．7 非輻射復(fù)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(fù)合 （209）
9．8 發(fā)光二極管（LED） （209）
9．9 高效率的半導(dǎo)體發(fā)光材料 （211）
思考題與習(xí)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(dǎo)體材料物理性質(zhì)表 （225）
參考文獻(xiàn)