圖書簡介
本書介紹固體電子學的基礎理論，主要涉及固體物理和半導體物理的基礎知識，包括晶體的結構、晶體的結合、晶格振動、晶體缺陷、能帶理論、半導體中的載流子、PN結、固體表面及界面接觸現象、半導體器件原理、固體的光學性質與光電現象等內容。本書可作為高等院校電子科學與技術、光信息科學與技術、光電信息工程、材料科學與工程等工科專業的教材，也可供相關專業的本科生和研究生以及電子技術、光電技術等領域的科技人員參考。
圖書信息
ISBN：9787302295334印次：1-1
裝幀：平裝
印刷日期：2012-8-22
圖書前言
隨著計算機輔助設計（CAD）的發展，器件與系統的設計更多通過計算機來進行，越來越多的專業軟體投入各種套用領域。這就促使理論與套用的結合形式發生改變，對於搞套用的人來說，不需要直接從理論公式出發進行分析和計算，理論學習的作用更多體現在了解各種物理現象，建立相應的物理概念，理解運動變化過程，熟悉物理量之間的相互聯繫，掌握分析問題的方法等。本教材編寫力求內容精簡、重點突出、概念清晰、通俗易懂，在不破壞知識體系的邏輯關係前提下，儘量避免煩瑣的數學推導。只要有高等數學和大學物理的基礎知識，即使沒有學過電動力學、量子力學、熱力學統計物理，也能順利學習本課程。全書共分8章。第1章介紹晶體結構的基本知識，重點是晶體結構的周期性與對稱性，對晶體結合、晶體生長、確定晶體結構的方法等只作簡單討論。第2章以一維原子鏈為例討論晶格振動形成格波的特點、聲子的概念及聲子譜的測量方法，介紹了晶體缺陷的主要類型。第3章介紹能帶理論的基礎知識，包括金屬中的自由電子模型，晶體電子的波函式與能帶結構的特點，有效質量、空穴的概念，以及實際晶體能帶結構舉例。第4章討論半導體中的載流子及其運動，包括載流子的統計分布，費米能級與載流子濃度的計算，遷移率與電導率，非平衡載流子，連續性方程。第5章介紹PN結，包括PN結形成與能帶圖，PN結電流電壓特性，PN結電容，PN結擊穿。第6章介紹固體表面及界面接觸現象，包括表面態的基本概念，表面電場效應，金屬與半導體的接觸，MIS結構的電容-電壓特性。第7章介紹半導體器件的基本原理，包括二極體、雙極型電晶體、場效應電晶體，也簡略介紹半導體集成器件和微細加工技術。第8章介紹固體的光學性質與固體中的光電現象，包括固體的光學常數、Kramers-Kronig關係、光學常數的實驗測量、半導體的光吸收、半導體的光電導、半導體的光生伏特效應和太陽能電池、半導體發光和發光二極體。
每章末都附有習題。由於各專業安排本課程的學時及教學要求不同，書中打“*”號內容可以不講或簡單講述。
本書第1～5章由沈為民負責編寫，第6章和第8章由孫一翎負責編寫，第7章由唐瑩負責編寫，馬鐵英編寫了1.6節。全書由沈為民統稿。
由於編者的水平與經驗有限，書中難免存在缺點和錯誤，殷切希望讀者批評指正。
作者2012年7月
圖書目錄
第1章 晶體的結構和晶體的結合11.1 晶體的特徵與晶體結構的周期性1
1.1.1 晶體的特徵1
1.1.2 晶體結構的周期性3
1.1.3 原胞與晶胞5
1.1.4 實際晶體舉例7
1.2 晶列與晶面 倒格子10
1.2.1 晶列10
1.2.2 晶面12
1.2.3 倒格子14
1.3 晶體結構的對稱性 晶系16
1.3.1 物體的對稱性與對稱操作16
?*1.3.2 晶體的對稱點群18
1.3.3 晶系21
?*1.3.4 準晶體 23
?*1.4 確定晶體結構的方法24
1.4.1 晶體衍射的一般介紹24
1.4.2 衍射方程25
1.4.3 反射公式26
1.4.4 反射球26
1.5 晶體的結合29
1.5.1 離子性結合29
1.5.2 共價結合29
1.5.3 金屬性結合30
1.5.4 范德華結合31
?*1.6 晶體生長簡介32
1.6.1 自然界的晶體32
1.6.2 溶液中生長晶體34
1.6.3 水熱法生長晶體35
1.6.4 熔體中生長晶體36 固體電子學導論目 錄 1.6.5 矽、鍺單晶生長37
習題140
第2章 晶格振動和晶體的缺陷42
2.1 晶格振動和聲子42
2.1.1 一維單原子晶格的振動42
2.1.2 周期性邊界條件44
2.1.3 晶格振動量子化 聲子45
?*2.2 聲學波與光學波46
2.2.1 一維雙原子晶格的振動46
2.2.2 聲學波和光學波的特點48
?*2.3 格波與彈性波的關係50
2.4 聲子譜的測量方法52
2.5 晶體中的缺陷54
2.5.1 點缺陷54
2.5.2 線缺陷58
2.5.3 面缺陷59
習題261
第3章 能帶論基礎62
3.1 晶體中電子狀態的近似處理方法62
3.1.1 單電子近似62
3.1.2 周期性勢場的形成63
3.2 金屬中的自由電子模型64
3.2.1 無限深勢阱近似--駐波解65
3.2.2 周期性邊界條件--行波解66
3.2.3 能態密度67
?*3.2.4 費米球68
3.3 布洛赫定理69
3.3.1 布洛赫定理的表述69
?*3.3.2 布洛赫定理的證明70
3.3.3 布洛赫函式的意義71
3.4 克龍尼克-潘納模型72
3.4.1 求解72
3.4.2 討論75
3.4.3 能帶結構的特點77
?*3.5 能帶的計算方法78
3.5.1 準自由電子近似79
?*3.5.2 布洛赫函式的例子82
3.5.3 緊束縛近似83
3.6 晶體的導電性83
3.6.1 電子運動的速度和加速度 有效質量83
3.6.2 電子導電和空穴導電85
3.6.3 導體、半導體和絕緣體的區別88
?*3.7 實際晶體的能帶89
3.7.1 迴旋共振和有效質量89
3.7.2 矽和鍺的能帶結構91
3.7.3 砷化鎵的能帶結構94
習題395
第4章 半導體中的載流子97
4.1 本徵半導體與雜質半導體97
4.1.1 本徵半導體97
4.1.2 雜質半導體98
4.1.3 雜質電離能與雜質補償99
4.2 半導體中的載流子濃度100
4.2.1 費米分布函式100
4.2.2 平衡態下的導帶電子濃度和價帶空穴濃度101
4.2.3 本徵載流子濃度與費米能級103
4.2.4 雜質充分電離時的載流子濃度104
4.2.5 雜質未充分電離時的載流子濃度105
?*4.3 簡併半導體107
4.4 載流子的漂移運動110
4.4.1 遷移率110
4.4.2 電導率111
?*4.4.3 霍耳效應113
4.5 非平衡載流子及載流子的擴散運動115
4.5.1 穩態與平衡態115
4.5.2 壽命116
4.5.3 擴散運動117
4.5.4 連續性方程118
習題4120
第5章 PN結123
5.1 PN結及其能帶圖123
5.1.1 PN結的製備123
5.1.2 PN結的內建電場與能帶圖124
5.1.3 PN結的載流子分布126
5.1.4 PN結的勢壘形狀127
5.2 PN結電流電壓特性128
5.2.1 非平衡PN結的勢壘與電流的定性分析128
?*5.2.2 非平衡PN結的少子分布130
5.2.3 理想PN結的電流電壓方程132
5.3 PN結電容135
5.3.1 勢壘電容135
5.3.2 擴散電容136
5.3.3 勢壘電容的計算136
5.3.4 擴散電容的計算138
5.4 PN結擊穿139
5.4.1 雪崩擊穿139
5.4.2 隧道擊穿(齊納擊穿)139
5.4.3 熱電擊穿140
習題5140
第6章 固體表面及界面接觸現象142
6.1 表面態142
6.1.1 理想表面和實際表面142
6.1.2 表面態143
6.1.3 表面態密度144
6.2 表面電場效應145
6.2.1 外電場對半導體表面的影響145
6.2.2 表面空間電荷區的電場、面電荷密度和電容146
6.2.3 各種表面層狀態149
6.2.4 表面電導152
6.3 金屬與半導體的接觸153
6.3.1 金屬和半導體的功函式153
6.3.2 接觸電勢差和接觸勢壘155
6.3.3 金屬與半導體接觸的整流特性158
6.3.4 歐姆接觸159
6.4 MIS結構的電容-電壓特性160
6.4.1 理想MIS結構電容160
6.4.2 理想MIS結構的?C-V?特性161
6.4.3 功函式差及絕緣層中電荷對?C-V?特性的影響164
?*6.5 異質結166
6.5.1 異質結的分類166
6.5.2 突變異質結的能帶圖167
6.5.3 異質結的電流電壓特性170
6.5.4 半導體超晶格171
習題6173
第7章 半導體器件基礎175
7.1 二極體175
7.1.1 二極體的基本結構175
7.1.2 整流二極體176
7.1.3 齊納二極體177
7.1.4 變容二極體178
7.1.5 肖特基二極體179
7.2 雙極型電晶體180
7.2.1 BJT的基本結構180
7.2.2 BJT的電流-電壓特性181
7.3 場效應電晶體186
7.3.1 JFET187
7.3.2 MOSFET188
?*7.3.3 MESFET191
7.4 半導體集成器件192
7.4.1 積體電路的構成192
7.4.2 微細加工技術194
習題7197
第8章 固體光電基礎198
8.1 固體的光學常數198
8.1.1 折射率與消光係數198
?*8.1.2 克拉末-克龍尼克(Kramers-Kronig)關係199
?*8.2 光學常數的測量200
8.3 半導體的光吸收203
8.3.1 本徵吸收203
8.3.2 直接躍遷和間接躍遷204
8.3.3 其他吸收過程206
8.4 半導體的光電導209
8.4.1 附加電導率209
8.4.2 定態光電導及其弛豫過程210
8.4.3 本徵光電導的光譜分布211
8.4.4 雜質光電導212
8.5 PN結的光生伏特效應和太陽能電池212
8.5.1 PN結的光生伏特效應213
8.5.2 光電池的電流電壓特性213
8.5.3 太陽能電池及其光電轉換效率214
8.6 半導體發光217
8.6.1 輻射躍遷217
8.6.2 發光效率219
8.6.3 電致發光激發機構220
8.6.4 發光二極體(LED)221
?*8.6.5 半導體雷射器(LD)222
習題8224
附表226
參考文獻228
