半导体物理学(第8版)

本书较全面地论述了半导体物理的基础知识。全书共13章，主要内容为：半导体的晶格结构和电子状态；杂质和缺陷能级；载流子的统计分布；载流子的散射及电导问题；非平衡载流子的产生、复合及其运动规律；pn结；金属和半导体的接触；半导体表面及MIS结构；半导体异质结构；半导体的光、热、磁、压阻等物理现象和非晶态半导体。本书提供配套的教学大纲、电子课件PPT等教学资源。本书可作为高等学校集成电路科学与工程等相关专业学生半导体物理等相关课程的教材，也可供相关专业的科技人员参考。

刘恩科，西安交通大学教授﹑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
1.1 半导体的晶格结构和结合性质1
1.1.1 金刚石型结构和共价键1
1.1.2 闪锌矿型结构和混合键2
1.1.3 纤锌矿型结构3
1.2 半导体中的电子状态和能带4
1.2.1 原子的能级和晶体的能带4
1.2.2 半导体中电子的状态和能带6
1.2.3 导体、半导体、绝缘体的能带10
1.3 半导体中电子的运动——有效质量11
1.3.1 半导体中E（k）与k的关系［3］ 11
1.3.2 半导体中电子的平均速度12
1.3.3 半导体中电子的加速度12
1.3.4 有效质量的意义13
1.4 本征半导体的导电机构——空穴［3］ 14
1.5 回旋共振［4］ 16
1.5.1 k空间等能面16
1.5.2 回旋共振18
1.6 硅和锗的能带结构19
1.6.1 硅和锗的导带结构19
1.6.2 硅和锗的价带结构22
1.7 Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体的能带结构［7］ 24
1.7.1 锑化铟的能带结构24
1.7.2 砷化镓的能带结构［8］ 25
1.7.3 磷化镓和磷化铟的能带结构25
1.7.4 混合晶体的能带结构25
★1.8 Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体的能带结构26
★1.8.1 二元化合物的能带结构26
★1.8.2 混合晶体的能带结构27
★1.9 Si1－xGex合金的能带27
★1.10 宽禁带半导体材料29
★1.10.1 GaN、AlN的晶格结构和能带［18］ 30
★1.10.2 SiC的晶格结构和能带32
习题35
参考资料35
第2章 半导体中杂质和缺陷能级37
2.1 硅、锗晶体中的杂质能级37
2.1.1 替位式杂质和间隙式杂质37
2.1.2 施主杂质、施主能级38
2.1.3 受主杂质、受主能级39
2.1.4 浅能级杂质电离能的简单计算［2，3］ 41
2.1.5 杂质的补偿作用41
2.1.6 深能级杂质42
2.2 Ⅲ-Ⅴ族化合物中的杂质能级45
★2.3 氮化镓、氮化铝、碳化硅中的杂质能级50
2.4 缺陷、位错能级52
2.4.1 点缺陷52
2.4.2 位错53
习题54
参考资料55
第3章 半导体中载流子的统计分布56
3.1 状态密度［1，2］ 56
3.1.1 k空间中量子态的分布56
3.1.2 状态密度57
3.2 费米能级和载流子的统计分布59
3.2.1 费米分布函数59
3.2.2 玻耳兹曼分布函数60
3.2.3 导带中的电子浓度和价带中的空穴浓度61
3.2.4 载流子浓度乘积n0p0 64
3.3 本征半导体的载流子浓度64
3.4 杂质半导体的载流子浓度67
3.4.1 杂质能级上的电子和空穴67
3.4.2 n型半导体的载流子浓度68
3.5 一般情况下的载流子统计分布76
3.6 简并半导体［2，5］ 81
3.6.1 简并半导体的载流子浓度81
3.6.2 简并化条件82
3.6.3 低温载流子冻析效应83
3.6.4 禁带变窄效应85
*3.7 电子占据杂质能级的概率［2，6，7］ 86
*3.7.1 电子占据杂质能级概率的讨论86
*3.7.2 求解统计分布函数88
习题89
参考资料90
第4章 半导体的导电性92
4.1 载流子的漂移运动和迁移率92
4.1.1 欧姆定律92
4.1.2 漂移速度和迁移率93
4.1.3 半导体的电导率和迁移率93
4.2 载流子的散射94
4.2.1 载流子散射的概念94
4.2.2 半导体的主要散射机构［1］ 95
4.3 迁移率与杂质浓度和温度的关系102
4.3.1 平均自由时间和散射概率的关系102
4.3.2 电导率、迁移率与平均自由时间的关系102
4.3.3 迁移率与杂质和温度的关系104
4.4 电阻率及其与杂质浓度和温度的关系108
4.4.1 电阻率和杂质浓度的关系108
4.4.2 电阻率随温度的变化110
★4.5 玻耳兹曼方程［11］、电导率的统计理论110
★4.5.1 玻耳兹曼方程111
★4.5.2 弛豫时间近似112
★4.5.3 弱电场近似下玻耳兹曼方程的解113
★4.5.4 球形等能面半导体的电导率114
4.6 强电场下的效应［12］、热载流子115
4.6.1 欧姆定律的偏离115
★4.6.2 平均漂移速度与电场强度的关系116
★4.7 多能谷散射、耿氏效应120
★4.7.1 多能谷散射、体内负微分电导120
★4.7.2 高场畴区及耿氏振荡122
习题123
参考资料125
第5章 非平衡载流子126
5.1 非平衡载流子的注入与复合126
5.2 非平衡载流子的寿命127
5.3 准费米能级129
5.4 复合理论130
5.4.1 直接复合131
5.4.2 间接复合132
5.4.3 表面复合137
5.4.4 俄歇复合139
5.5 陷阱效应141
5.6 载流子的扩散运动143
5.7 载流子的漂移扩散、爱因斯坦关系式147
5.8 连续性方程式149
5.9 硅的少数载流子寿命与扩散长度153
习题154
参考资料155
第6章 pn结156
6.1 pn结及其能带图156
6.1.1 pn结的形成和杂质分布［1-3］ 156
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