半導體物理學簡明教程[電子工業出版社出版書籍]

圖書內容

本書以簡明的形式介紹了半導體的基本物理現象、物理性質、物理規律和基本理論。內容包括：晶體結構與晶體結合、半導體中的電子狀態、載流子的統計分布、電荷輸運現象、非平衡載流子、半導體表面、PN結、金屬-半導體接觸、半導體的光學性質等。

目 錄

第1章 晶體結構與晶體結合 （1）

1.1 晶體結構 （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 （6）

1.2.2 晶面指數 （7）

1.3 倒格子 （9）

1.4 晶體結合 （10）

1.4.1 固體的結合形式和化學鍵 （10）

1.4.2 離子結合（離子鍵） （11）

1.4.3 共價結合（共價鍵） （11）

1.4.4 金屬結合（金屬鍵） （11）

1.4.5 范德瓦爾斯結合（范德瓦爾斯鍵） （12）

1.5 典型半導體的晶體結構 （12）

1.5.1 金剛石型結構 （12）

1.5.2 閃鋅礦型結構 （14）

1.5.3 纖鋅礦型結構 （14）

思考題與習題 （14）

第2章 半導體中的電子狀態 （16）

2.1 周期性勢場 （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 （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 周期性勢場中電子的能量譜值 （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 有效質量 （28）

2.5.1 外力作用下電子運動狀態的改變 （29）

2.5.2 有效質量 （31）

2.6 等能面、主軸坐標系 （35）

2.7 金屬、半導體和絕緣體的區別 （36）

2.8 導帶電子和價帶空穴 （38）

2.9 矽、鍺、砷化鎵的能帶結構 （40）

2.9.1 導帶能帶圖 （40）

2.9.2 價帶能帶圖 （41）

2.10 半導體中的雜質和雜質能級 （43）

2.10.1 替位式雜質和間隙式雜質 （43）

2.10.2 施主雜質和施主能級 N型半導體 （44）

2.10.3 受主雜質和受主能級 P型半導體 （44）

2.10.4 III-V族化合物中的雜質能級 （45）

2.10.5 等電子雜質 等電子陷阱 （46）

2.11 類氫模型 （47）

2.12 深能級 （48）

2.13 缺陷能級 （50）

2.14 寬禁帶半導體的自補償效應 （50）

思考題與習題 （51）

第3章 載流子的統計分布 （53）

3.1 能態密度 （53）

3.1.1 導帶能態密度 （53）

3.1.2 價帶能態密度 （54）

3.2 分布函式 （55）

3.2.1 費米-狄拉克(Fermi-Dirac)分布與費米能級 （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 導帶電子濃度 （58）

3.3.2 價帶空穴濃度 （59）

3.4 本徵半導體 （61）

3.5 雜質半導體中的載流子濃度 （64）

3.5.1 雜質能級上的載流子濃度 （64）

3.5.2 N型半導體 （65）

3.5.3 P型半導體 （66）

3.6 雜質補償半導體 （68）

3.7 簡併半導體 （70）

3.7.1 簡併半導體雜質能級和能帶的變化 （70）

3.7.2 簡併半導體的載流子濃度 （71）

思考題與習題 （72）

第4章 電荷輸運現象 （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 平均自由時間與弛豫時間 （78）

4.2.2 散射機構 （79）

4.3 漂移運動 遷移率 電導率 （81）

4.3.1 平均漂移速度與遷移率 （81）

4.3.2 漂移電流 電導率 （84）

4.4 多能谷情況下的電導現象 （86）

4.5 電流密度和電流 （89）

4.5.1 擴散流密度與擴散電流 （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 非均勻半導體中的內建電場 （90）

4.6.1 半導體中的靜電場和勢 （90）

4.6.2 愛因斯坦關係 （91）

4.6.3 非均勻半導體中的內建電場 （92）

4.7 霍爾（Hall）效應 （94）

4.7.1 霍爾係數 （95）

4.7.2 霍爾角 （96）

思考題與習題 （98）

第5章 非平衡載流子 （100）

5.1 非平衡載流子的產生與複合 （100）

5.1.1 非平衡載流子的產生 （100）

5.1.2 非平衡載流子的複合 （101）

5.1.3 非平衡載流子的壽命 （102）

5.2 直接複合 （104）

5.3 通過複合中心的複合 （106）

5.3.1 載流子通過複合中心的產生和複合過程 （106）

5.3.2 淨複合率 （107）

5.3.3 小信號壽命公式—肖克利-瑞德公式 （108）

5.3.4 金在矽中的複合作用 （109）

5.4 表面複合和表面複合速度 （111）

5.5 陷阱效應 （112）

5.6 準費米能級 （113）

5.6.1　準費米能級 （113）

5.6.2　修正歐姆定律 （114）

5.7 連續性方程 （115）

5.8 電中性條件 介電弛豫時間 （118）

5.9 擴散長度與擴散速度 （119）

5.10 半導體中的基本控制方程 （122）

思考題與習題 （122）

第6章 半導體表面 （124）

6.1 表面態和表面空間電荷區 （124）

6.2 表面電場效應 （125）

6.2.1 表面空間電荷區的形成 （125）

6.2.2 表面勢與能帶彎曲 （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 實際MOS電容的C-V特性 （139）

6.5.1 功函式差的影響 （139）

6.5.2 界面陷阱和氧化物電荷的影響 （141）

6.5.3 實際MOS的C-V曲線和閾值電壓 （143）

思考題與習題 （144）

第7章 PN結 （146）

7.1 熱平衡PN結 （148）

7.1.1 PN結空間電荷區 （148）

7.1.2 電場分布與電勢分布 （149）

7.2 偏壓PN結 （153）

7.2.1　PN結的單嚮導電性 （153）

7.2.2 少數載流子的注入與輸運 （154）

7.3 理想PN結二極體的直流電流-電壓（I-V）特性 （157）

7.4 空間電荷區複合電流和產生電流 （162）

7.4.1 正偏複合電流 （162）

7.4.2 反偏產生電流 （163）

7.5　隧道電流 （164）

7.6 PN結電容 （165）

7.6.1 耗盡層電容 （166）

7.6.2 擴散電容 （167）

7.7 PN結擊穿 （170）

7.8 異質結 （172）

7.8.1 熱平衡異質結 （172）

7.8.2 加偏壓的異質結 （174）

思考題與習題 （175）

第8章 金屬-半導體接觸 （178）

8.1 理想的金屬-半導體整流接觸 肖特基勢壘 （178）

8.2 界面態對勢壘高度的影響 （182）

8.3 歐姆接觸 （183）

8.4 鏡像力對勢壘高度的影響—肖特基效應 （184）

8.5 理想肖特基勢壘二極體的電流-電壓特性 （186）

思考題與習題 （189）

第9章 半導體的光學性質 （191）

9.1 半導體的光學常數 （191）

9.2 本徵吸收 （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 雜質吸收 （199）

9.5 PN結的光生伏打效應 （200）

9.6 半導體發光 （202）

9.6.1 直接輻射複合 （202）

9.6.2 間接輻射複合 （203）

9.6.3 淺能級和主帶之間的複合 （204）

9.6.4 施主-受主對（D-A對）複合 （204）

9.6.5 通過深能級的複合 （205）

9.6.6 激子複合 （205）

9.6.7 等電子陷阱複合 （205）

9.7 非輻射複合 （207）

9.7.1 多聲子躍遷 （208）

9.7.2 俄歇（Auger）過程 （208）

9.7.3 表面複合 （209）

9.8 發光二極體（LED） （209）

9.9 高效率的半導體發光材料 （211）

思考題與習題 （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 （224）

附錄B 半導體材料物理性質表 （225）

參考文獻