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普通高等教育電子科學與技術類特色專業系列規劃教材半導體物理學(普通高等教育電子科學與技術類特色專業系列規劃教材) 版權信息
- ISBN：9787030665799
- 條形碼：9787030665799 ; 978-7-03-066579-9
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>>
普通高等教育電子科學與技術類特色專業系列規劃教材半導體物理學(普通高等教育電子科學與技術類特色專業系列規劃教材) 內容簡介
本書主要講述半導體中一些基本的物理規律。前兩章先扼要地介紹了晶體結構和晶格振動的基本知識，第三章通過簡單模型的計算和討論，得出能帶理論的主要結論，以及了解半導體物理性質所必需的基本概念。隨后講述了半導體物理的基本內容，包括半導體中的電子狀態，電子和空穴的統計分布，電荷輸運現象，熱效應，非平衡載流子，接觸現象，半導體表面和能帶理論基礎等內容。第十二章和第十三章分別介紹了半導體超晶格和非晶態半導體這兩個活躍研究領域的基本知識.
普通高等教育電子科學與技術類特色專業系列規劃教材半導體物理學(普通高等教育電子科學與技術類特色專業系列規劃教材) 目錄
目錄
第1章 半導體的概述 1
1.1 元素半導體 1
1.2 化合物半導體 2
1.3 氧化物半導體 4
1.4 有機半導體 5
1.5 磁性半導體 6
1.6 低維半導體 7
1.7 非晶半導體 9
1.8 半導體的應用 10
第2章 晶體結構 12
2.1 晶體結構的周期性 12
2.2 晶體的對稱性 14
2.3 晶列與晶面 15
2.3.1 晶列 15
2.3.2 晶列指數 15
2.3.3 晶面 15
2.4 倒格子 16
2.5 典型晶體結構 18
2.5.1 金剛石結構 18
2.5.2 閃鋅礦結構 19
2.5.3 纖鋅礦結構 19
習題 19
第3章 半導體中的電子狀態 21
3.1 晶體中的能帶 21
3.1.1 能帶的形成 21
3.1.2 晶體中電子的波函數和能量譜值 24
3.2 在外力作用下晶體中電子的運動 33
3.2.1 電子的運動速度 33
3.2.2 在外力作用下電子狀態的變化 35
3.2.3 電子的加速度和有效質量 36
3.3 導帶電子和價帶空穴 37
3.3.1 能帶和部分填充的能帶 38
3.3.2 金屬、半導體和絕緣體的能帶 39
3.3.3 空穴 40
3.4 硅、鍺和砷化鎵的能帶結構 41
3.4.1 硅和鍺的能帶結構 43
3.4.2 砷化鎵的能帶結構 44
3.5 雜質和缺陷能級 45
3.5.1 硅和鍺中的雜質能級 46
3.5.2 Ⅲ-Ⅴ族化合物半導體中的雜質 48
3.5.3 類氫模型 48
3.5.4 深能級 50
3.5.5 缺陷能級 52
習題 52
第4章 半導體中載流子的平衡統計分布 54
4.1 狀態密度 54
4.1.1 倒空間電子態分布 55
4.1.2 導帶狀態密度 55
4.1.3 價帶狀態密度 56
4.2 費米分布函數與費米能級 57
4.2.1 費米分布函數的適用條件 57
4.2.2 費米分布函數與費米能級 58
4.2.3 費米分布函數的性質 59
4.3 能帶中的電子和空穴濃度 60
4.3.1 導帶電子濃度 60
4.3.2 價帶空穴濃度 62
4.4 本征半導體的載流子濃度 63
4.4.1 電中性條件 64
4.4.2 本征費米能級 64
4.4.3 本征載流子濃度 64
4.5 雜質半導體的載流子濃度 66
4.5.1 電子占據雜質能級的概率 66
4.5.2 N 型半導體載流子濃度 68
4.5.3 P 型半導體載流子濃度 71
4.5.4 飽和電離區的范圍 73
4.5.5 雜質濃度和溫度對載流子濃度的影響 74
4.5.6 雜質補償半導體 75
4.6 簡并半導體 78
4.6.1 載流子濃度 79
4.6.2 發生簡并化的條件 80
習題 81
第5章 半導體的導電性 83
5.1 晶格振動 83
5.1.1 聲學支振動和光學支振動 83
5.1.2 聲子 85
5.2 載流子的散射 85
5.2.1 載流子散射的概念 86
5.2.2 散射概率和弛豫時間 87
5.2.3 散射的物理機構 89
5.3 電導現象 94
5.3.1 遷移率和電導率 94
5.3.2 多能谷的電導率 96
5.3.3 電導率與雜質濃度和溫度的關系 98
5.4 霍爾效應 101
5.4.1 單一載流子類型的霍爾效應 101
5.4.2 電子空穴共存的霍爾效應 104
5.4.3 霍爾系數的修正 107
5.5 強電場效應 108
5.5.1 強電場的載流子漂移 108
5.5.2 耿氏效應 110
習題 112
第6章 非平衡載流子 113
6.1 非平衡載流子的產生和復合 113
6.1.1 非平衡載流子的產生 113
6.1.2 非平衡載流子的復合和壽命 114
6.1.3 準費米能級 116
6.2 連續性方程 118
6.2.1 載流子的流密度和電流密度 118
6.2.2 愛因斯坦關系 119
6.2.3 連續性方程 121
6.2.4 少數載流子的連續性方程 123
6.2.5 電中性條件 124
6.3 非本征半導體中非平衡少子的擴散和漂移 125
6.3.1 少子的擴散 125
6.3.2 少子的漂移 127
6.3.3 少子的擴散和漂移 127
6.4 少子脈沖的擴散和漂移 130
6.5 近本征半導體中非平衡載流子的擴散和漂移 132
6.5.1 雙極擴散 133
6.5.2 雙極擴散和漂移 134
6.6 復合機理 135
6.6.1 兩種復合過程 135
6.6.2 引起復合和產生過程的內部作用 136
6.6.3 表面復合 136
6.7 直接輻射復合 138
6.7.1 復合率和產生率 138
6.7.2 凈復合率和壽命 139
6.7.3 復合系數 140
6.8 直接俄歇復合 141
6.8.1 帶間俄歇復合過程 142
6.8.2 非平衡載流子壽命 143
6.9 通過復合中心的復合 144
6.9.1 通過復合中心的復合過程 144
6.9.2 壽命公式 146
6.9.3 壽命隨載流子濃度的變化 148
6.9.4 壽命與復合中心能級位置的關系 149
6.9.5 壽命隨溫度的變化 150
6.9.6 金在硅中的復合作用 151
習題 151
第7章 金屬和半導體的接觸 155
7.1 外電場中的半導體 155
7.2 熱電子功函數 158
7.3 金屬-半導體接觸 160
7.4 肖特基結及其整流現象 164
7.5 肖特基結整流理論 166
7.6 肖特基結的擴散整流 168
7.7 歐姆接觸 170
習題 171
第8章 半導體PN結 172
8.1 平衡PN結 172
8.2 非平衡PN結 177
8.3 窄PN結理論 181
8.4 簡并半導體的PN結，隧道二極管 185
8.5 N+N和P+P結 188
8.6 異質結 190
習題 192
第9章 半導體的表面 194
9.1 表面態 194
9.1.1 理想一維晶體表面模型及其解 194
9.1.2 實際表面 197
9.2 表面電場效應 198
9.2.1 表面空間電荷區 200
9.2.2 表面電勢與能帶彎曲 200
9.2.3 載流子積累、耗盡、反型 203
9.3 MIS結構的電容及C-V特性 210
9.3.1 理想MIS結構的電容及其電容-電壓特性 210
9.3.2 實際MIS結構的電容及其電容-電壓特性 217
9.4 二維電子氣 220
9.4.1 二維電子氣概念簡介 220
9.4.2 MIS 結構中存在的二維電子氣 221
9.4.3 高電子遷移率晶體管中二維電子氣 221
習題 222
第10章 半導體的光學與光電性質 224
10.1 半導體的光學性質 224
10.1.1 折射率和吸收系數 224
10.1.2 反射率和透射率 225
10.1.3 半導體的色散與極化率 227
10.2 半導體的光吸收 232
10.2.1 帶間直接躍遷 234
10.2.2 帶間間接躍遷 235
10.2.3 激子吸收 236
10.2.4 雜質缺陷吸收 237
10.2.5 自由載流子吸收 238
10.3 半導體的光電導 239
10.3.1 附加光電導 239
10.3.2 定態光電導及其弛豫過程 240
10.3.3 陷阱效應及其對光電導影響 243
10.4 半導體的光生伏特效應 246
10.4.1 PN 結的光生伏特效應 246
10.4.2 光電池的電流-電壓特性 247
10.5 半導體的輻射發光 248
10.5.1 半導體的光發射過程 248
10.5.2 發光效率 250
10.5.3 光致發光與電致發光 251
10.5.4 自發輻射與受激輻射 251
習題 252
第11章 半導體的其他性質 254
11.1 半導體的熱電效應 254
11.1.1 澤貝克效應 254
11.1.2 佩爾捷效應 257
11.1.3 湯姆孫效應 258
11.2 半導體的磁學效應 259
11.2.1 磁阻效應 259
11.2.2 磁光效應 260
11.2.3 熱磁效應 261
11.3 半導體的力學效應 263
11.3.1 壓電效應 263
11.3.2 壓阻效應 263
習題 264
附錄 265
附錄1 重要符號表 265
附錄2 物理常數 268
參考文獻 269
第1章 半導體的概述 1
1.1 元素半導體 1
1.2 化合物半導體 2
1.3 氧化物半導體 4
1.4 有機半導體 5
1.5 磁性半導體 6
1.6 低維半導體 7
1.7 非晶半導體 9
1.8 半導體的應用 10
第2章 晶體結構 12
2.1 晶體結構的周期性 12
2.2 晶體的對稱性 14
2.3 晶列與晶面 15
2.3.1 晶列 15
2.3.2 晶列指數 15
2.3.3 晶面 15
2.4 倒格子 16
2.5 典型晶體結構 18
2.5.1 金剛石結構 18
2.5.2 閃鋅礦結構 19
2.5.3 纖鋅礦結構 19
習題 19
第3章 半導體中的電子狀態 21
3.1 晶體中的能帶 21
3.1.1 能帶的形成 21
3.1.2 晶體中電子的波函數和能量譜值 24
3.2 在外力作用下晶體中電子的運動 33
3.2.1 電子的運動速度 33
3.2.2 在外力作用下電子狀態的變化 35
3.2.3 電子的加速度和有效質量 36
3.3 導帶電子和價帶空穴 37
3.3.1 能帶和部分填充的能帶 38
3.3.2 金屬、半導體和絕緣體的能帶 39
3.3.3 空穴 40
3.4 硅、鍺和砷化鎵的能帶結構 41
3.4.1 硅和鍺的能帶結構 43
3.4.2 砷化鎵的能帶結構 44
3.5 雜質和缺陷能級 45
3.5.1 硅和鍺中的雜質能級 46
3.5.2 Ⅲ-Ⅴ族化合物半導體中的雜質 48
3.5.3 類氫模型 48
3.5.4 深能級 50
3.5.5 缺陷能級 52
習題 52
第4章 半導體中載流子的平衡統計分布 54
4.1 狀態密度 54
4.1.1 倒空間電子態分布 55
4.1.2 導帶狀態密度 55
4.1.3 價帶狀態密度 56
4.2 費米分布函數與費米能級 57
4.2.1 費米分布函數的適用條件 57
4.2.2 費米分布函數與費米能級 58
4.2.3 費米分布函數的性質 59
4.3 能帶中的電子和空穴濃度 60
4.3.1 導帶電子濃度 60
4.3.2 價帶空穴濃度 62
4.4 本征半導體的載流子濃度 63
4.4.1 電中性條件 64
4.4.2 本征費米能級 64
4.4.3 本征載流子濃度 64
4.5 雜質半導體的載流子濃度 66
4.5.1 電子占據雜質能級的概率 66
4.5.2 N 型半導體載流子濃度 68
4.5.3 P 型半導體載流子濃度 71
4.5.4 飽和電離區的范圍 73
4.5.5 雜質濃度和溫度對載流子濃度的影響 74
4.5.6 雜質補償半導體 75
4.6 簡并半導體 78
4.6.1 載流子濃度 79
4.6.2 發生簡并化的條件 80
習題 81
第5章 半導體的導電性 83
5.1 晶格振動 83
5.1.1 聲學支振動和光學支振動 83
5.1.2 聲子 85
5.2 載流子的散射 85
5.2.1 載流子散射的概念 86
5.2.2 散射概率和弛豫時間 87
5.2.3 散射的物理機構 89
5.3 電導現象 94
5.3.1 遷移率和電導率 94
5.3.2 多能谷的電導率 96
5.3.3 電導率與雜質濃度和溫度的關系 98
5.4 霍爾效應 101
5.4.1 單一載流子類型的霍爾效應 101
5.4.2 電子空穴共存的霍爾效應 104
5.4.3 霍爾系數的修正 107
5.5 強電場效應 108
5.5.1 強電場的載流子漂移 108
5.5.2 耿氏效應 110
習題 112
第6章 非平衡載流子 113
6.1 非平衡載流子的產生和復合 113
6.1.1 非平衡載流子的產生 113
6.1.2 非平衡載流子的復合和壽命 114
6.1.3 準費米能級 116
6.2 連續性方程 118
6.2.1 載流子的流密度和電流密度 118
6.2.2 愛因斯坦關系 119
6.2.3 連續性方程 121
6.2.4 少數載流子的連續性方程 123
6.2.5 電中性條件 124
6.3 非本征半導體中非平衡少子的擴散和漂移 125
6.3.1 少子的擴散 125
6.3.2 少子的漂移 127
6.3.3 少子的擴散和漂移 127
6.4 少子脈沖的擴散和漂移 130
6.5 近本征半導體中非平衡載流子的擴散和漂移 132
6.5.1 雙極擴散 133
6.5.2 雙極擴散和漂移 134
6.6 復合機理 135
6.6.1 兩種復合過程 135
6.6.2 引起復合和產生過程的內部作用 136
6.6.3 表面復合 136
6.7 直接輻射復合 138
6.7.1 復合率和產生率 138
6.7.2 凈復合率和壽命 139
6.7.3 復合系數 140
6.8 直接俄歇復合 141
6.8.1 帶間俄歇復合過程 142
6.8.2 非平衡載流子壽命 143
6.9 通過復合中心的復合 144
6.9.1 通過復合中心的復合過程 144
6.9.2 壽命公式 146
6.9.3 壽命隨載流子濃度的變化 148
6.9.4 壽命與復合中心能級位置的關系 149
6.9.5 壽命隨溫度的變化 150
6.9.6 金在硅中的復合作用 151
習題 151
第7章 金屬和半導體的接觸 155
7.1 外電場中的半導體 155
7.2 熱電子功函數 158
7.3 金屬-半導體接觸 160
7.4 肖特基結及其整流現象 164
7.5 肖特基結整流理論 166
7.6 肖特基結的擴散整流 168
7.7 歐姆接觸 170
習題 171
第8章 半導體PN結 172
8.1 平衡PN結 172
8.2 非平衡PN結 177
8.3 窄PN結理論 181
8.4 簡并半導體的PN結，隧道二極管 185
8.5 N+N和P+P結 188
8.6 異質結 190
習題 192
第9章 半導體的表面 194
9.1 表面態 194
9.1.1 理想一維晶體表面模型及其解 194
9.1.2 實際表面 197
9.2 表面電場效應 198
9.2.1 表面空間電荷區 200
9.2.2 表面電勢與能帶彎曲 200
9.2.3 載流子積累、耗盡、反型 203
9.3 MIS結構的電容及C-V特性 210
9.3.1 理想MIS結構的電容及其電容-電壓特性 210
9.3.2 實際MIS結構的電容及其電容-電壓特性 217
9.4 二維電子氣 220
9.4.1 二維電子氣概念簡介 220
9.4.2 MIS 結構中存在的二維電子氣 221
9.4.3 高電子遷移率晶體管中二維電子氣 221
習題 222
第10章 半導體的光學與光電性質 224
10.1 半導體的光學性質 224
10.1.1 折射率和吸收系數 224
10.1.2 反射率和透射率 225
10.1.3 半導體的色散與極化率 227
10.2 半導體的光吸收 232
10.2.1 帶間直接躍遷 234
10.2.2 帶間間接躍遷 235
10.2.3 激子吸收 236
10.2.4 雜質缺陷吸收 237
10.2.5 自由載流子吸收 238
10.3 半導體的光電導 239
10.3.1 附加光電導 239
10.3.2 定態光電導及其弛豫過程 240
10.3.3 陷阱效應及其對光電導影響 243
10.4 半導體的光生伏特效應 246
10.4.1 PN 結的光生伏特效應 246
10.4.2 光電池的電流-電壓特性 247
10.5 半導體的輻射發光 248
10.5.1 半導體的光發射過程 248
10.5.2 發光效率 250
10.5.3 光致發光與電致發光 251
10.5.4 自發輻射與受激輻射 251
習題 252
第11章 半導體的其他性質 254
11.1 半導體的熱電效應 254
11.1.1 澤貝克效應 254
11.1.2 佩爾捷效應 257
11.1.3 湯姆孫效應 258
11.2 半導體的磁學效應 259
11.2.1 磁阻效應 259
11.2.2 磁光效應 260
11.2.3 熱磁效應 261
11.3 半導體的力學效應 263
11.3.1 壓電效應 263
11.3.2 壓阻效應 263
習題 264
附錄 265
附錄1 重要符號表 265
附錄2 物理常數 268
參考文獻 269
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