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绪论1

第1章 半导体的物质结构和能带结构11

1.1 半导体的原子结合与晶体结构11

1.1.1 元素的电负性与原子的结合力11

1.1.2 共价结合与正四面体结构12

1.1.3 主要半导体的晶体结构14

1.2 半导体的电子状态和能带17

1.2.1 能级与能带17

1.2.2 零势场与周期势场中的电子状态18

1.2.3 能带的填充与晶体的导电性及空穴的概念20

1.3 半导体中载流子的有效质量22

1.3.1 能带极值附近的E（k）函数22

1.3.2 电子和空穴的有效质量23

1.3.3 各向异性半导体中载流子的有效质量24

1.4 半导体中的杂质和缺陷能级26

1.4.1 杂质的施、受主作用及其能级26

1.4.2 深能级杂质30

1.4.3 缺陷的施、受主作用及其能级32

1.5 典型半导体的能带结构35

1.5.1 能带结构的基本内容及其表征35

1.5.2 主要半导体的能带结构36

1.6 半导体能带工程概要39

1.6.1 半导体固溶体39

1.6.2 利用固溶体技术剪裁能带结构40

1.6.3 能带结构的量子尺寸效应43

习题45

第2章 半导体中的载流子及其输运性质47

2.1 载流子的漂移运动与半导体的电导率47

2.1.1 欧姆定律的微分形式47

2.1.2 半导体的电导率48

2.2 热平衡状态下的载流子统计48

2.2.1 热平衡状态下的电子和空穴48

2.2.2 费米分布函数与费米能级51

2.2.3 费米分布函数与玻耳兹曼分布函数52

2.2.4 非简并半导体的载流子密度53

2.2.5 本征半导体的载流子密度55

2.3 载流子密度对杂质和温度的依赖性57

2.3.1 杂质电离度57

2.3.2 非简并半导体载流子密度随温度的变化58

2.3.3 简并半导体65

2.4 载流子迁移率71

2.4.1 恒定电场下载流子漂移运动的微观描述71

2.4.2 决定载流子迁移率的物理因素73

2.4.3 有效质量各向异性时的载流子迁移率73

2.5 载流子散射及其对迁移率的影响75

2.5.1 散射的物理本质75

2.5.2 电离杂质散射及其对迁移率的影响75

2.5.3 晶格振动散射及其对迁移率的影响77

2.5.4 其他散射机构81

2.6 半导体的电阻率及其与掺杂浓度和温度的关系81

2.6.1 半导体的电阻率81

2.6.2 电阻率与掺杂浓度的关系82

2.6.3 电阻率与温度的关系83

2.7 强电场中的载流子输运84

2.7.1 强电场效应84

2.7.2 热电子与速度饱和85

2.7.3 负微分迁移率87

2.7.4 耿氏效应及其应用88

2.7.5 强电场下的速度过冲和准弹道输运89

2.8 半导体的热导率91

2.8.1 热导率的定义92

2.8.2 半导体中的导热机构92

2.8.3 维德曼-弗兰茨定律93

习题94

第3章 非热平衡状态下的半导体96

3.1 半导体的非热平衡状态96

3.1.1 额外载流子的产生与复合96

3.1.2 额外载流子的寿命98

3.1.3 准费米能级100

3.2 复合理论101

3.2.1 直接辐射复合101

3.2.2 通过单一复合中心的间接复合103

3.2.3 表面复合106

3.2.4 俄歇复合107

3.2.5 陷阱效应及其对复合的影响108

3.3 额外载流子的运动110

3.3.1 额外载流子的扩散与扩散方程110

3.3.2 扩散方程在不同边界条件下的解112

3.3.3 电场中的额外载流子运动114

3.3.4 爱因斯坦关系114

3.4 电流连续性方程及其应用116

3.4.1 电流连续性方程116

3.4.2 稳态电流连续性方程及其解117

3.4.3 连续性方程的应用118

3.5 半导体的光吸收120

3.5.1 吸收系数及相关光学常数121

3.5.2 半导体的本征吸收123

3.5.3 其他吸收过程125

3.6 半导体的光电导和光致发光128

3.6.1 半导体的光电导129

3.6.2 半导体的光致发光133

习题136

第4章 PN结138

4.1 PN结的形成及其平衡态138

4.1.1 PN结的形成及其杂质分布138

4.1.2 热平衡状态下的PN结140

4.2 PN结的伏安特性144

4.2.1 广义欧姆定律144

4.2.2 理想状态下的PN结伏安特性方程145

4.2.3 PN结伏安特性对理想方程的偏离150

4.3 PN结电容153

4.3.1 PN结势垒区的电场及电势分布153

4.3.2 势垒电容156

4.3.3 扩散电容157

4.3.4 用电容-电压法测量半导体的杂质浓度159

4.4 PN结击穿159

4.4.1 雪崩击穿160

4.4.2 隧道击穿162

4.4.3 热电击穿163

4.5 PN结的光伏效应164

4.5.1 光生电动势原理164

4.5.2 光照PN结的电流-电压方程164

4.5.3 光照PN结的特征参数165

4.6 PN结发光166

4.6.1 发光原理166

4.6.2 半导体激光器原理168

习题172

第5章 金属-半导体接触174

5.1 金属-半导体接触及其平衡状态174

5.1.1 金属和半导体的功函数174

5.1.2 有功函数差的金属-半导体接触176

5.1.3 表面态对接触电势差的影响177

5.1.4 欧姆接触179

5.2 金属-半导体接触的非平衡状态180

5.2.1 不同偏置状态下的肖特基势垒180

5.2.2 正偏肖特基势垒区中的费米能级181

5.2.3 厚势垒金属-半导体接触的伏安特性182

5.2.4 薄势垒金属-半导体接触的伏安特性184

5.2.5 金属-半导体接触的少子注入问题185

5.2.6 非平衡态肖特基势垒接触的特点及其应用187

习题187

第6章 异质结和纳米结构189

6.1 异质结的构成及其能带189

6.1.1 异质结的构成与类型189

6.1.2 理想异质结的能带结构192

6.1.3 界面态对异质结能带结构的影响195

6.2 异质结特性及其应用197

6.2.1 伏安特性198

6.2.2 注入特性200

6.2.3 光伏特性201

6.2.4 异质结的应用202

6.3 半导体量子阱和超晶格204

6.3.1 量子阱和超晶格的结构与种类204

6.3.2 量子阱和超晶格中的电子状态207

6.3.3 量子阱效应和超晶格效应208

习题211

第7章 半导体表面与MIS结构212

7.1 半导体表面与表面态212

7.1.1 理想晶体表面模型及其解212

7.1.2 实际半导体表面213

7.1.3 Si-SiO2系统的性质及其优化处理214

7.2 表面电场效应与MIS结构216

7.2.1 表面电场的产生与应用216

7.2.2 理想MIS结构及其表面电场效应217

7.2.3 理想MIS结构的空间电荷层与表面势218

7.3 MIS结构的电容-电压特性223

7.3.1 理想MIS结构的电容-电压特性223

7.3.2 实际MIS结构的电容-电压特性227

7.4 表面电导与表面迁移率231

7.4.1 表面电导232

7.4.2 表面散射与表面载流子的有效迁移率233

7.4.3 影响表面迁移率的主要因素233

7.4.4 表面迁移率模型与载流子的表面饱和漂移速度235

习题236

第8章 半导体效应237

8.1 热电效应237

8.1.1 塞贝克效应237

8.1.2 珀耳帖效应241

8.1.3 汤姆逊效应242

8.1.4 塞贝克系数、珀耳帖系数和汤姆逊系数间的关系243

8.2 霍尔效应244

8.2.1 霍尔效应原理244

8.2.2 霍尔迁移率246

8.2.3 霍尔系数247

8.3 磁阻与压阻效应249

8.3.1 磁阻效应249

8.3.2 压阻效应251

习题254

参考文献256