固態電子論

《固態電子論》是2013 年2月電子工業出版社出版的圖書，作者是劉曉為、王蔚、張宇峰。本書主要介紹了固體物理基礎知識與半導體物理學等內容。

基本信息

叢書名： 電子信息與電氣學科規劃教材.電子科學與技術專業  

上架時間：2013-3-11

出版日期：2013 年2月

開本：16開

頁碼：313

版次：1-1

所屬分類：物理 > 凝聚物質性質 > 光學性質（光電系統）

教材 > 研究生/本科/專科教材 > 理學 > 物理

內容簡介

書籍

物理書籍

《固態電子論》涵蓋了固體物理基礎知識與半導體物理學兩部分內容，全書由9章組成：第1、2章闡述了固體物理基礎知識，包括晶體結構及其結合、振動、缺陷的相關理論；第3～8章系統闡述了半導體物理學基本理論，包括半導體晶體能帶論、平衡載流子的統計分布、電傳導特性、非平衡載流子、接觸理論及表面與界面理論；第9章闡述了半導體光電效應。各章的引言部分介紹了本章主要內容、重點應掌握知識點，以及學習難點；章後附有習題。在附錄中還介紹了為半導體物理學重點理論內容設定的5個實驗指導。

《固態電子論》思路清晰，物理概念突出，儘量避免繁雜的數學公式推導，易於讀者理解和掌握。而且無須先修固體物理學課程就可以直接使用本教材學習半導體物理學知識。

《固態電子論》是理工科高等院校電子類專業的本科教材，也是“微電子學與固體電子學”學科的考研用書。

目錄

《固態電子論》

第1章 晶體結構1

1.1 晶體的巨觀特徵1

1.2 晶體的微觀結構3

1.2.1 空間點陣3

1.2.2 平移矢與晶格4

1.2.3 原胞與晶胞5

1.3 晶格類型與典型結構6

1.3.1 立方晶系6

1.3.2 其他晶格類型8

1.3.3 金剛石結構10

1.3.4 閃鋅礦結構11

1.3.5 密堆砌結構11

1.3.6 其他典型結構12

1.4 晶體的對稱性13

1.4.1 鏇轉對稱操作14

1.4.2 中心反演15

1.4.3 鏡像面15

1.4.4 鏇轉反演操作15

1.4.5 螺鏇與滑移反映操作16

.1.5 晶向與晶面指數17

1.5.1 晶列與晶向17

1.5.2 晶面與晶面指數18

1.5.3 金剛石結構矽的晶向與晶面19

1.6 晶體的倒格子與布里淵區21

1.6.1 倒格子的定義21

1.6.2 倒格子與正格子的關係21

1.6.3 布里淵區的定義23

1.6.4 典型晶格倒格子及布里淵區24

1.7 晶體的x射線衍射26

1.7.1 晶體衍射簡介26

1.7.2 晶格衍射極大條件27

1.7.3 厄瓦爾德反射球28

1.7.4 影響衍射的因素30

習題一32

第2章 晶體結合與晶格振動及缺陷33

2.1 晶體內能與性質33

2.1.1 內能函式33

2.1.2 與內能相關的性質35

2.2 晶體結合類型36

2.2.1 離子結合36

2.2.2 共價結合38

2.2.3 金屬結合41

2.2.4 范德瓦爾斯結合41

2.2.5 氫鍵結合42

2.3 一維晶格振動43

2.3.1 單原子鏈運動方程43

2.3.2 格波的色散關係45

2.3.3 關於格波與波矢的討論46

2.3.4 波恩-卡曼周期性邊界條件47

2.3.5 雙原子鏈的運動方程48

2.3.6 聲學波與光學波49

2.4 三維晶格振動與聲子51

2.4.1 三維晶格振動討論51

2.4.2 晶格振動能量與諧振子53

2.4.3 能量量子與聲子55

2.5 晶格缺陷56

2.5.1 點缺陷56

2.5.2 線缺陷58

2.5.3 面缺陷60

習題二61

第3章 半導體中的電子狀態與雜質63

3.1 半導體中的電子狀態和能帶63

3.1.1 原子中的電子狀態和能級63

3.1.2 晶體中的電子狀態64

3.2 周期性勢場中的電子狀態和能帶66

3.2.1 晶體的周期性勢場66

3.2.2 薛丁格方程和布洛赫(bloch)定理67

3.2.3 kronig-penney模型67

3.2.4 布里淵區70

3.2.5 導體、半導體和絕緣體的能帶結構71

3.3 半導體中電子的運動、有效質量72

3.3.1 半導體中e(k)與k的關係72

3.3.2 半導體中電子的速度(平均速度)73

3.3.3 半導體中電子的加速度74

3.3.4 有效質量的意義75

3.4 本徵半導體的導電機構——空穴76

3.4.1 能帶中電子的導電作用76

3.4.2 空穴78

3.5 迴旋共振79

3.5.1 k空間等能面80

3.5.2 迴旋共振的實驗原理與方法81

3.6 矽和鍺的能帶結構84

3.6.1 矽和鍺的導帶結構84

3.6.2 矽和鍺的價帶結構86

3.6.3 Ⅲ-Ⅴ族化合物半導體能帶結構88

3.7 半導體中雜質、缺陷及其能級89

3.7.1 矽鍺晶體中的雜質能級90

3.7.2 Ⅲ-Ⅴ族化合物中的雜質能級95

3.7.3 晶體缺陷和位錯能級97

習題三100

第4章 半導體中的載流子及其導電性102

4.1 狀態密度102

4.1.1 k空間的量子態分布103

4.1.2 狀態密度103

4.2 費米能級和載流子的統計分布105

4.2.1 費米分布函式105

4.2.2 玻爾茲曼分布函式107

4.2.3 非簡併半導體載流子濃度108

4.3 本徵半導體111

4.4 非簡併雜質半導體113

4.4.1 雜質能級上的電子和空穴113

4.4.2 非簡併雜質半導體載流子濃度114

4.5 一般情況下載流子的統計分布120

4.6 簡併半導體122

4.6.1 簡併半導體的載流子濃度122

4.6.2 重摻雜效應124

習題四125

第5章 半導體的導電性127

5.1 載流子的漂移運動——遷移率127

5.1.1 歐姆定律的微分形式127

5.1.2 載流子的漂移速度和遷移率128

5.1.3 半導體的電導率129

5.2 載流子散射130

5.2.1 載流子的散射概念130

5.2.2 半導體的主要散射機構131

5.3 遷移率與雜質濃度和溫度的關係138

5.3.1 平均自由時間和散射機率的關係138

5.3.2 電導率，遷移率與平均自由時間的關係139

5.3.3 遷移率與雜質濃度和溫度的關係141

5.4 電阻率與雜質濃度和溫度的關係144

5.4.1 電阻率與雜質濃度的關係145

5.4.2 電阻率與溫度的關係146

5.5 強電場下的效應與熱載流子146

5.5.1 強電場下歐姆定律的偏離146

5.5.2 平均漂移速度與電場強度的關係148

5.6 耿氏效應150

5.6.1 多能谷散射和體內微分負電導151

5.6.2 高場疇區及耿氏振盪153

習題五153

第6章 非平衡載流子及其擴散運動155

6.1 非平衡載流子的注入與複合155

6.2 非平衡載流子的壽命156

6.3 準費米能級158

6.4 複合理論160

6.4.1 直接複合161

6.4.2 間接複合162

6.4.3 表面複合168

6.5 陷阱效應169

6.6 載流子的擴散運動、電流密度方程和愛因斯坦關係式171

6.6.1 平面擴散172

6.6.2 徑向擴散175

6.6.3 電流密度方程175

6.6.4 愛因斯坦關係式176

6.7 連續性方程178

6.7.1 連續性方程的建立178

6.7.2 連續性方程的套用180

習題六183

第7章 半導體接觸理論186

7.1 pn結及其能帶圖186

7.1.1 pn結的結構及雜質分布186

7.1.2 空間電荷區188

7.1.3 pn結的能帶圖188

7.1.4 接觸電勢差190

7.1.5 pn結中的載流子分布191

7.2 pn結電流-電壓特性193

7.2.1 pn結的勢壘193

7.2.2 理想電流電壓模型及方程195

7.2.3 影響pn結伏安特性曲線的因素197

7.3 pn結電容200

7.3.1 勢壘電容與擴散電容200

7.3.2 突變結的勢壘電容201

7.3.3 線性緩變結勢壘電容204

7.3.4 擴散電容206

7.4 pn結的擊穿特性207

7.4.1 雪崩擊穿207

7.4.2 隧道擊穿210

7.4.3 熱電擊穿216

7.5 金屬-半導體接觸與能帶圖216

7.5.1 金屬和半導體的功函式216

7.5.2 接觸電勢差218

7.5.3 表面態對接觸勢壘的影響220

7.6 金屬和半導體接觸的電流-電壓特性221

7.6.1 整流特性221

7.6.2 少數載流子的注入效應224

7.6.3 歐姆接觸226

習題七226

第8章 半導體表面與界面理論228

8.1 半導體表面特性228

8.1.1 表面態228

8.1.2 表面電場效應230

8.2 mis結構的電容-電壓特性237

8.2.1 理想mis結構的c-v特性238

8.2.2 影響mis結構c-v特性的主要因素243

8.3 矽-二氧化矽系統的性質245

8.3.1 二氧化矽層中的可動離子246

8.3.2 二氧化矽層中的固定表面電荷247

8.3.3 矽-二氧化矽層的界面態248

8.3.4 二氧化矽中的陷阱電荷249

8.4 異質結249

8.4.1 異質結的能帶圖250

8.4.2 異質結的電流機制254

8.4.3 異質結的套用257

習題八258

第9章 半導體光學特性260

9.1 半導體基本光學特性260

9.2 半導體的光吸收260

9.2.1 本徵吸收與帶間躍遷260

9.2.2 激子吸收264

9.2.3 帶內躍遷265

9.2.4 雜質吸收266

9.2.5 晶格振動吸收267

9.3 半導體的光電導268

9.3.1 光電導現象的分類268

9.3.2 本徵光電導269

9.3.3 雜質光電導271

9.3.4 其他類型光電導272

9.3.5 光電導靈敏度及對光電導材料的要求272

9.3.6 光電導效應的影響因素274

9.4 半導體的光生伏特效應275

9.4.1 體光生伏特效應275

9.4.2 勢壘型光生伏特效應276

9.4.3 光電二極體的伏安特性277

9.4.4 太陽能電池279

9.5 半導體發光280

9.5.1 半導體中的發光過程280

9.5.2 發光效率284

9.5.3 電致發光機構286

9.5.4 光發射器件286

9.6 半導體雷射288

9.6.1 自發輻射和受激輻射288

9.6.2 分布反轉289

9.6.3 半導體雷射器291

習題九295

附錄a 實驗296

附錄b 常用數據表311

參考文獻314