"十二五"普通高等教育本科国家级规划教材·电子科学与技术类专业精品教材:半导体物理学

本书以正确阐述物理概念为主，辅以必要的数学推导，理论分析有一定深度，但又不是把基本物理概念淹没在繁琐的数学运算中，使读者通过学习，达到对半导体中的各种基本物理现象有一全面正确的概念，建立起清晰的半导体物理图像，为后续课程的学习，研究工作的开展，理解各种半导体器件，集成电路的工作机理打下良好的基础。

西安交通大学电子与信息工程学院微电子学系教授﹑博士生导师，一直从事教学及科研工作。对本科生讲授过《普通物理学》﹑《原子物理学》﹑《固体物理学》 ﹑《半导体物理学》，《半导体物理与器件》﹑《半导体器件工艺》﹑《半导体物理与工艺实验》。对硕士生讲授过《太阳电池物理》﹑《半导体集成光学》。对博士生讲授过《半导体光电子学和光集成》等课程。

第1章半导体中的电子状态
1.1半导体的晶格结构和结合性质
1.1.1金刚石型结构和共价键
1.1.2闪锌矿型结构和混合键
1.1.3纤锌矿型结构
1.2半导体中的电子状态和能带
1.2.1原子的能级和晶体的能带
1.2.2半导体中电子的状态和能带
1.2.3导体、半导体、绝缘体的能带
1.3半导体中电子的运动有效质量
1.3.1半导体中E（k）与k的关系
1.3.2半导体中电子的平均速度
1.3.3半导体中电子的加速度
1.3.4有效质量的意义
1.4本征半导体的导电机构空穴
1.5回旋共振
1.5.1k空间等能面
1.5.2回旋共振
1.6硅和锗的能带结构
1.6.1硅和锗的导带结构
1.6.2硅和锗的价带结构
1.7Ⅲ—Ⅴ族化合物半导体的能带结构
1.7.1锑化铟的能带结构
1.7.2砷化镓的能带结构
1.7.3磷化镓和磷化铟的能带结构
1.7.4混合晶体的能带结构
1.8Ⅱ—Ⅵ族化合物半导体的能带结构
1.8.1二元化合物的能带结构
1.8.2混合晶体的能带结构
1.9Si1—xGex合金的能带
1.10宽禁带半导体材料
1.10.1GaN、AlN的晶格结构和能带
1.10.2SiC的晶格结构与能带
习题
参考资料
第2章半导体中杂质和缺陷能级
2.1硅、锗晶体中的杂质能级
2.1.1替位式杂质间隙式杂质
2.1.2施主杂质、施主能级
2.1.3受主杂质、受主能级
2.1.4浅能级杂质电离能的简单计算
2.1.5杂质的补偿作用
2.1.6深能级杂质
2.2Ⅲ—Ⅴ族化合物中的杂质能级
2.3氮化镓、氮化铝、碳化硅中的杂质能级
2.4缺陷、位错能级
2.4.1点缺陷
2.4.2位错
习题
参考资料5
第3章半导体中载流子的统计分布
3.1状态密度
3.1.1k空间中量子态的分布
3.1.2状态密度
3.2费米能级和载流子的统计分布
3.2.1费米分布函数
3.2.2玻耳兹曼分布函数
3.2.3导带中的电子浓度和价带中的空穴浓度
3.2.4载流子浓度乘积n0p0
3.3本征半导体的载流子浓度
3.4杂质半导体的载流子浓度
3.4.1杂质能级上的电子和空穴
3.4.2n型半导体的载流子浓度
3.5一般情况下的载流子统计分布
3.6简并半导体
3.6.1简并半导体的载流子浓度
3.6.2简并化条件
3.6.3低温载流子冻析效应
3.6.4禁带变窄效应
3.7电子占据杂质能级的概率
3.7.1电子占据杂质能级概率的讨论
3.7.2求解统计分布函数
习题
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第4章半导体的导电性
4.1载流子的漂移运动和迁移率
4.1.1欧姆定律
4.1.2漂移速度和迁移率
4.1.3半导体的电导率和迁移率
4.2载流子的散射
4.2.1载流子散射的概念
4.2.2半导体的主要散射机构
4.3迁移率与杂质浓度和温度的关系
4.3.1平均自由时间和散射概率的关系
4.3.2电导率、迁移率与平均自由时间的关系
4.3.3迁移率与杂质和温度的关系
4.4电阻率及其与杂质浓度和温度的关系
4.4.1电阻率和杂质浓度的关系
4.4.2电阻率随温度的变化
4.5玻耳兹曼方程、电导率的统计理论
4.5.1玻耳兹曼方程
4.5.2弛豫时间近似
4.5.3弱电场近似下玻耳兹曼方程的解
4.5.4球形等能面半导体的电导率
4.6强电场下的效应、热载流子
4.6.1欧姆定律的偏离
4.6.2平均漂移速度与电场强度的关系
4.7多能谷散射、耿氏效应
4.7.1多能谷散射、体内负微分电导
4.7.2高场畴区及耿氏振荡
习题
参考资料
第5章非平衡载流子
5.1非平衡载流子的注入与复合
5.2非平衡载流子的寿命
5.3准费米能级
5.4复合理论
5.4.1直接复合
5.4.2间接复合
5.4.3表面复合
5.4.4俄歇复合
5.5陷阱效应
5.6载流子的扩散运动
5.7载流子的漂移扩散，爱因斯坦关系式
5.8连续性方程式
5.9硅的少数载流子寿命与扩散长度
参考资料
第6章pn结
6.1pn结及其能带图
6.1.1pn结的形成和杂质分布
6.1.2空间电荷区
6.1.3pn结能带图
6.1.4pn结接触电势差
6.1.5pn结的载流子分布
6.2pn结电流电压特性
6.2.1非平衡状态下的pn结
6.2.2理想pn结模型及其电流电压方程
6.2.3影响pn结电流电压特性偏离理想方程的各种因素
6.3pn结电容
6.3.1pn结电容的来源
6.3.2突变结的势垒电容
6.3.3线性缓变结的势垒电容
6.3.4扩散电容
6.4pn结击穿
6.4.1雪崩击穿
6.4.2隧道击穿（齐纳击穿）
6.4.3热电击穿
6.5pn结隧道效应
习题
参考资料
第7章金属和半导体的接触
7.1金属半导体接触及其能级图
7.1.1金属和半导体的功函数
7.1.2接触电势差
7.1.3表面态对接触势垒的影响
7.2金属半导体接触整流理论
7.2.1扩散理论
7.2.2热电子发射理论
7.2.3镜像力和隧道效应的影响
7.2.4肖特基势垒二极管
7.3少数载流子的注入和欧姆接触
7.3.1少数载流子的注入
7.3.2欧姆接触
习题
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第8章半导体表面与MIS结构
8.1表面态
8.2表面电场效应
8.2.1空间电荷层及表面势
8.2.2表面空间电荷层的电场、电势和电容
8.3MIS结构的C—V特性
8.3.1理想MIS结构的C—V特性
8.3.2金属与半导体功函数差对MIS结构C—V特性的影响
8.3.3绝缘层中电荷对MIS结构C—V特性的影响
8.4硅—二氧化硅系统的性质
8.4.1二氧化硅中的可动离子
8.4.2二氧化硅层中的固定表面电荷
8.4.3在硅—二氧化硅界面处的快界面态
8.4.4二氧化硅中的陷阱电荷
8.5表面电导及迁移率
8.5.1表面电导
8.5.2表面载流子的有效迁移率
8.6表面电场对pn结特性的影响
8.6.1表面电场作用下pn结的能带图
8.6.2表面电场作用下pn结的反向电流
8.6.3表面电场对pn结击穿特性的影响
8.6.4表面纯化
习题
参考资料
第9章半导体异质结构
9.1半导体异质结及其能带图
9.1.1半导体异质结的能带图
9.1.2突变反型异质结的接触电势差及势垒区宽度
9.1.3突变反型异质结的势垒电容
9.1.4突变同型异质结的若干公式
9.2半导体异质pn结的电流电压特性及注入特性
9.2.1突变异质pn结的电流—电压特性
9.2.2异质pn结的注入特性
9.3半导体异质结量子阱结构及其电子能态与特性
9.3.1半导体调制掺杂异质结构界面量子阱
9.3.2双异质结间的单量子阱结构
9.3.3双势垒单量子阱结构及共振隧穿效应
9.4半导体应变异质结构
9.4.1应变异质结
9.4.2应变异质结构中应变层材料能带的改性
9.5GaN基半导体异质结构
9.5.1GaN，AlGaN和InGaN的极化效应
9.5.2AlxGa1—xN／GaN异质结构中二维电子气的形成
9.5.3InxGa1—xN／GaN异质结构
9.6半导体超晶格
习题
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第10章半导体的光学性质和光电与发光现象
10.1半导体的光学常数
10.1.1折射率和吸收系数
10.1.2反射系数和透射系数
10.2半导体的光吸收
10.2.1本征吸收
10.2.2直接跃迁和间接跃迁
10.2.3其他吸收过程
10.3半导体的光电导
10.3.1附加电导率
10.3.2定态光电导及其弛豫过程
10.3.3光电导灵敏度及光电导增益
10.3.4复合和陷阱效应对光电导的影响
10.3.5本征光电导的光谱分布
10.3.6杂质光电导
10.4半导体的光生伏特效应
10.4.1pn结的光生伏特效应
10.4.2光电池的电流电压特性
10.5半导体发光
10.5.1辐射跃迁
10.5.2发光效率
10.5.3电致发光激发机构
10.6半导体激光
10.6.1自发辐射和受激辐射
10.6.2分布反转
10.6.3pn结激光器原理
10.6.4激光材料
10.7半导体异质结在光电子器件中的应用
10.7.1单异质结激光器
10.7.2双异质结激光器
10.7.3大光学腔激光器
习题
参考资料
第11章半导体的热电性质
11.1热电效应的一般描述
11.1.1塞贝克效应
11.1.2珀耳帖效应
11.1.3汤姆逊效应
11.1.4塞贝克系数、珀耳帖系数和汤姆逊系数间的关系
11.2半导体的温差电动势率
11.2.1一种载流子的热力学温度电动势率
11.2.2两种载流子的热力学温度电动势率
11.2.3两种材料的温差电动势率
11.3半导体的珀耳帖效应
11.4半导体的汤姆逊效应
11.5半导体的热导率
11.5.1载流子对热导率的贡献
11.5.2声子对热导率的贡献
11.6半导体热电效应的应用
习题
参考资料
第12章半导体磁和压阻效应
12.1霍耳效应
12.1.1一种载流子的霍耳效应
12.1.2载流子在电磁场中的运动
12.1.3两种载流子的霍耳效应
12.1.4霍耳效应的应用
12.2磁阻效应
12.2.1物理磁阻效应
12.2.2几何磁阻效应
12.2.3磁阻效应的应用
12.3磁光效应
12.3.1朗道（Landau）能级
12.3.2带间磁光吸收
12.4量子化霍耳效应
12.5热磁效应
12.5.1爱廷豪森效应
12.5.2能斯脱效应
12.5.3里纪—勒杜克效应
12.6光磁电效应
12.6.1光扩散电势差
12.6.2光磁电效应
12.7压阻效应
12.7.1压阻系数
12.7.2液体静压强作用下的效应
12.7.3单轴拉伸或压缩下的效应
12.7.4压阻效应的应用
习题
参考资料
第13章非晶态半导体
13.1非晶态半导体的结构
13.2非晶态半导体中的电子态
13.2.1无序体系中电子态的定域化
13.2.2迁移率边
13.2.3非晶态半导体的能带模型
13.2.4非晶态半导体的化学键结构
13.3非晶态半导体中的缺陷、隙态与掺杂效应
13.3.1四面体结构非晶态半导体中的缺陷和隙态
13.3.2硫系非晶态半导体的缺陷与缺陷定域态
13.3.3Ⅳ族元素非晶态半导体的掺杂效应
13.4非晶态半导体中的电学性质
13.4.1非晶态半导体的导电机理
13.4.2非晶态半导体的漂移迁移率
13.4.3非晶态半导体的弥散输运过程
13.5非晶态半导体中的光学性质
13.5.1非晶态半导体的光吸收
13.5.2非晶态半导体的光电导
13.6aSi∶H的pn结与金—半接触特性
参考资料
附录A常用物理常数和能量表达变换表
附录B半导体材料物理性质表
附录C主要参数符号表
参考文献