本書以正確闡述物理概念為主，輔以必要的數學推導，理論分析有一定深度，但又不是把基本物理概念淹沒在繁瑣的數學運算中，使讀者通過學習，達到對半導體中的各種基本物理現像有一全面正確的概念，建立起清晰的半導體物理圖像，為後續課程的學習，研究工作的開展，理解各種半導體器件，集成電路的工作機理打下良好的基礎。

西安交通大學電子與信息工程學院微電子學繫教授﹑博士生導師，一直從事教學及科研工作。對本科生講授過《普通物理學》﹑《原子物理學》﹑《固體物理學》 ﹑《半導體物理學》，《半導體物理與器件》﹑《半導體器件工藝》﹑《半導體物理與工藝實驗》。對碩士生講授過《太陽電池物理》﹑《半導體集成光學》。對博士生講授過《半導體光電子學和光集成》等課程。

目 錄

第1章 半導體中的電子狀態

1.1 半導體的晶格結構和結合性質

1.1.1 金剛石型結構和共價鍵

1.1.2 閃鋅礦型結構和混合鍵

1.1.3 纖鋅礦型結構 3

1.2 半導體中的電子狀態和能帶 4

1.2.1 原子的能級和晶體的能帶 4

1.2.2 半導體中電子的狀態和能帶

1.2.3 導體、半導體、絕緣體的能帶

1.3 半導體中電子的運動 有效質量

1.3.1 半導體中 E(k)與k 的關繫［3］

1.3.2 半導體中電子的平均速度

1.3.3 半導體中電子的加速度

1.3.4 有效質量的意義

1.4 本征半導體的導電機構空穴 ［3］

1.5 回旋共振［4］

1.5.1 k 空間等能面

1.5.2 回旋共振

1.6 硅和锗的能帶結構

1.6.1 硅和锗的導帶結構

1.6.2 硅和锗的價帶結構

1.7 ⅢⅤ族化合物半導體的能帶結構 ［7］

1.7.1 銻化銦的能帶結構

1.7.2 砷化鎵的能帶結構 ［8］

1.7.3 磷化鎵和磷化銦的能帶結構

1.7.4 混合晶體的能帶結構

★1.8 ⅡⅥ族化合物半導體的能帶結構

★1.8.化合物的能帶結構

★1.8.2 混合晶體的能帶結構

★1.9 Si 1- x Ge x 合金的能帶

★1.10 寬禁帶半導體材料

★1.10.1 GaN、AlN的晶格結構和能帶 ［18］

★1.10.2 SiC的晶格結構與能帶

習題

參考資料

第2章 半導體中雜質和缺陷能級

2.1 硅、锗晶體中的雜質能級

2.1.1 替位式雜質 間隙式雜質

2.1.2 施主雜質、施主能級

2.1.3 受主雜質、受主能級 39

2.1.4 淺能級雜質電離能的簡單計算 ［２，３］

2.1.5 雜質的補償作用

2.1.6 深能級雜質

2.2 ⅢⅤ族化合物中的雜質能級

★2.3 氮化鎵、氮化鋁、碳化硅中的雜質能級 0 2.4 缺陷、位錯能級

2.4.1 點缺陷

2.4.2 位錯 3

習題

參考資料 5

第3章 半導體中載流子的統計分布

3.1 狀態密度 ［1，2］

3.1.1 k空間中量子態的分布

3.1.2 狀態密度

3.2 費米能級和載流子的統計分布

3.2.1 費米分布函數

3.2.2 玻耳茲曼分布函數

3.2.3 導帶中的電子濃度和價帶中的空穴濃度

3.2.4 載流子濃度乘積n ０p ０

3.3 本征半導體的載流子濃度

3.4 雜質半導體的載流子濃度

3.4.1 雜質能級上的電子和空穴

3.4.2 n型半導體的載流子濃度

3.5 一般情況下的載流子統計分布

3.6 簡並半導體 ［2，5］

3.6.1 簡並半導體的載流子濃度

3.6.2 簡並化條件

3.6.3 低溫載流子凍析效應

3.6.4 禁帶變窄效應

3.7 電子占據雜質能級的概率

［2，6，7］

3.7.1 電子占據雜質能級概率的討論

3.7.2 求解統計分布函數

習題

參考資料

第4章 半導體的導電性

4.1 載流子的漂移運動和遷移率

4.1.1 歐姆定律

4.1.2 漂移速度和遷移率

4.1.3 半導體的電導率和遷移率

4.2 載流子的散射

4.2.1 載流子散射的概念

4.2.2 半導體的主要散射機構 ［1］

4.3 遷移率與雜質濃度和溫度的關繫

4.3.1 平均自由時間和散射概率的關繫

4.3.2 電導率、遷移率與平均自由時間的關繫

4.3.3 遷移率與雜質和溫度的關繫

4.4 電阻率及其與雜質濃度和溫度的關繫

4.4.1 電阻率和雜質濃度的關繫

4.4.2 電阻率隨溫度的變化

★4.5 玻耳茲曼方程 ［１１］ 、電導率的統計理論

★4.5.1 玻耳茲曼方程

★4.5.2 弛豫時間近似

★4.5.3 弱電場近似下玻耳茲曼方程的解

★4.5.4 球形等能面半導體的電導率

4.6 強電場下的效應 ［１２］ 、熱載流子

4.6.1 歐姆定律的偏離

★4.6.2 平均漂移速度與電場強度的關繫

★4.7 多能谷散射、耿氏效應

★4.7.1 多能谷散射、體內負微分電導

★4.7.2 高場疇區及耿氏振蕩

習題

參考資料

第5章 非平衡載流子

5.1 非平衡載流子的注入與復合

5.2 非平衡載流子的壽命

5.3 準費米能級

5.4 復合理論

5.4.1 直接復合

5.4.2 間接復合

5.4.3 表面復合

5.4.4 俄歇復合

5.5 陷阱效應

5.6 載流子的擴散運動

5.7 載流子的漂移擴散，愛因斯坦關繫式

5.8 連續性方程式

5.9 硅的少數載流子壽命與擴散長度

參考資料

第6章 pn結

6.1 pn結及其能帶圖

6.1.1 pn結的形成和雜質分布 ［１～３］

6.1.2 空間電荷區

6.1.3 pn結能帶圖

6.1.4 pn結接觸電勢差

6.1.5 pn結的載流子分布

6.2 pn結電流電壓特性

6.2.1 非平衡狀態下的pn結

6.2.2 理想pn結模型及其電流電壓方程 ［４］

6.2.3 影響pn結電流電壓特性偏離理想方程的各種因素 ［1，2，5］

6.3 pn結電容 ［1，2，6］

6.3.1 pn結電容的來源

6.3.2 突變結的勢壘電容

6.3.3 線性緩變結的勢壘電容

6.3.4 擴散電容

6.4 pn結擊穿 ［1，2，8，9］

6.4.1 雪崩擊穿

6.4.2 隧道擊穿(齊納擊穿) ［１0］

6.4.3 熱電擊穿

6.5 pn結隧道效應 ［1，10］

習題

參考資料

第7章 金屬和半導體的接觸

7.1 金屬半導體接觸及其能級圖

7.1.1 金屬和半導體的功函數

7.1.2 接觸電勢差

7.1.3 表面態對接觸勢壘的影響

7.2 金屬半導體接觸整流理論

7.2.1 擴散理論

7.2.2 熱電子發射理論

7.2.3 鏡像力和隧道效應的影響

7.2.4 肖特基勢壘二極管

7.3 少數載流子的注入和歐姆接觸

7.3.1 少數載流子的注入

7.3.2 歐姆接觸

習題

參考資料

第8章 半導體表面與MIS結構

8.1 表面態

8.2 表面電場效應 ［5，6］

8.2.1 空間電荷層及表面勢

8.2.2 表面空間電荷層的電場、電勢和電容

8.3 MIS結構的CV特性

8.3.1 理想MIS結構的CV特性 ［5，7］

8.3.2 金屬與半導體功函數差對MIS結構CV特性的影響 ［5］

8.3.3 絕緣層中電荷對MIS結構CV特性的影響 ［7］

8.4 硅—二氧化硅繫統的性質 ［7］

8.4.1 二氧化硅中的可動離子 ［8］

8.4.2 二氧化硅層中的固定表面電荷 ［7］

8.4.3 在硅—二氧化硅界面處的快界面態 ［5］

8.4.4 二氧化硅中的陷阱電荷 ［7］

8.5 表面電導及遷移率

8.5.1 表面電導 ［1］

8.5.2 表面載流子的有效遷移率

★8.6 表面電場對pn結特性的影響 ［7］

★8.6.1 表面電場作用下pn結的能帶圖

★8.6.2 表面電場作用下pn結的反向電流

★8.6.3 表面電場對pn結擊穿特性的影響

★8.6.4 表面純化

習題

參考資料

第9章 半導體異質結構

9.1 半導體異質結及其能帶圖 ［7～9］

9.1.1 半導體異質結的能帶圖

9.1.2 突變反型異質結的接觸電勢差及勢壘區寬度

9.1.3 突變反型異質結的勢壘電容 ［4～8］

9.1.4 突變同型異質結的若干公式

9.2 半導體異質pn結的電流電壓特性及注入特性

9.2.1 突變異質pn結的電流—電壓特性 ［7，17］

9.2.2 異質pn結的注入特性 ［17］

9.3 半導體異質結量子阱結構及其電子能態與特性

9.3.1 半導體調制摻雜異質結構界面量子阱

9.3.2 雙異質結間的單量子阱結構

9.3.3 雙勢壘單量子阱結構及共振隧穿效應 ［25］

★9.4 半導體應變異質結構

★9.4.1 應變異質結

★9.4.2 應變異