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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　电导统计理论91

2．8．1　电导问题简单分析的局限性92

2．8．2　玻耳兹曼输运方程92

2．8．3　弛豫时间近似下的玻耳兹曼输运方程及其解94

2．8．4　考虑速度分布的电导率和迁移率95

2．9　霍尔效应95

2．9．1　霍尔效应原理95

2．9．2　霍尔迁移率97

2．9．3　霍尔系数98

2．10　半导体的热导率99

2．10．1　热导率的定义100

2．10．2　半导体中的导热机构100

2．10．3　维德曼－弗兰茨定律101

习题102

第3章　非热平衡状态下的半导体104

3．1　半导体的非热平衡状态104

3．1．1　额外载流子的产生与复合104

3．1．2　额外载流子的寿命106

3．1．3　准费米能级108

3．2　复合理论109

3．2．1　直接辐射复合109

3．2．2　通过单一复合中心的间接复合111

3．2．3　表面复合114

3．2．4　俄歇复合115

3．2．5　陷阱效应及其对复合的影响116

3．3　额外载流子的运动118

3．3．1　额外载流子的扩散与扩散方程118

3．3．2　扩散方程在不同边界条件下的解120

3．3．3　电场中的额外载流子运动122

3．3．4　爱因斯坦关系122

3．4　电流连续性方程及其应用124

3．4．1　电流连续性方程124

3．4．2　稳态电流连续性方程及其解125

3．4．3　连续性方程的应用126

3．5　半导体的光吸收128

3．5．1　吸收系数及相关光学常数129

3．5．2　半导体的本征吸收131

3．5．3　其他吸收过程133

3．6　半导体的光电导和光致发光136

3．6．1　半导体的光电导137

3．6．2　半导体的光致发光141

习题144

第4章　PN结146

4．1　PN结的形成及其平衡态146

4．1．1　PN结的形成及其杂质分布146

4．1．2　热平衡状态下的PN结148

4．2　PN结的伏安特性152

4．2．1　广义欧姆定律152

4．2．2　理想状态下的PN结伏安特性方程153

4．2．3　PN结伏安特性对理想方程的偏离158

4．3　PN结电容161

4．3．1　PN结势垒区的电场及电势分布161

4．3．2　势垒电容164

4．3．3　扩散电容165

4．3．4　用电容－电压法测量半导体的杂质浓度167

4．4　PN结击穿167

4．4．1　雪崩击穿168

4．4．2　隧道击穿170

4．4．3　热电击穿171

4．5　PN结的光伏效应172

4．5．1　光生电动势原理172

4．5．2　光照PN结的电流－电压方程172

4．5．3　光照PN结的特征参数173

4．6　PN结发光174

4．6．1　发光原理174

4．6．2　半导体激光器原理176

习题180

第5章　金属－半导体接触182

5．1　金属－半导体接触及其平衡状态182

5．1．1　金属和半导体的功函数182

5．1．2　有功函数差的金属－半导体接触184

5．1．3　表面态对接触电势差的影响185

5．1．4　欧姆接触187

5．2　金属－半导体接触的非平衡状态188

5．2．1　不同偏置状态下的肖特基势垒188

5．2．2　正偏肖特基势垒区中的费米能级189

5．2．3　厚势垒金属－半导体接触的伏安特性190

5．2．4　薄势垒金属－半导体接触的伏安特性192

5．2．5　金属－半导体接触的少子注入问题193

5．2．6　非平衡态肖特基势垒接触的特点及其应用195

习题195

第6章　异质结和纳米结构197

6．1　异质结的构成及其能带197

6．1．1　异质结的构成与类型197

6．1．2　理想异质结的能带结构200

6．1．3　界面态对异质结能带结构的影响203

6．2　异质结特性及其应用205

6．2．1　伏安特性206

6．2．2　注入特性208

6．2．3　光伏特性209

6．2．4　异质结的应用210

6．3　半导体量子阱和超晶格212

6．3．1　量子阱和超晶格的结构与种类212

6．3．2　量子阱和超晶格中的电子状态215

6．3．3　量子阱效应和超晶格效应216

习题219

第7章　半导体表面与MIS结构220

7．1　半导体表面与表面态220

7．1．1　理想晶体表面模型及其解220

7．1．2　实际半导体表面221

7．1．3　Si-SiO2系统的性质及其优化处理222

7．2　表面电场效应与MIS结构224

7．2．1　表面电场的产生与应用224

7．2．2　理想MIS结构及其表面电场效应225

7．2．3　理想MIS结构的空间电荷层与表面势226

7．3　MIS结构的电容－电压特性230

7．3．1　理想MIS结构的电容－电压特性230

7．3．2　实际MIS结构的电容－电压特性234

7．4　表面电导与表面迁移率238

7．4．1　表面电导239

7．4．2　表面散射与表面载流子的有效迁移率240

7．4．3　影响表面迁移率的主要因素240

7．4．4　表面迁移率模型与载流子的表面饱和漂移速度242

习题243

第8章　其他半导体效应244

8．1　热电效应244

8．1．1　塞贝克效应244

8．1．2　珀耳帖效应248

8．1．3　汤姆逊效应249

8．1．4　塞贝克系数、珀耳帖系数和汤姆逊系数间的关系250

8．2　磁阻与压阻效应251

8．2．1　磁阻效应251

8．2．2　压阻效应254

习题257

参考文献258