半導(dǎo)體物理學(xué)

前言

本教材系按中國電子工業(yè)總公司的工科電子類專業(yè)教材1991~1995年編審出版規(guī)劃，由“電子材料與固體器件’’教材編審委員會(huì)“半導(dǎo)體物理與器件”編審小組征稿，推薦出版，責(zé)任編委李衛(wèi)。    本教材由西安交通大學(xué)劉恩科擔(dān)任主編，西安電子科技大學(xué)周南生擔(dān)任主審。    本教材第一版于1979年12月由國防工業(yè)出版社出版。第二版于1984年5月由上海科學(xué)技術(shù)出版社出版。1987年12月獲電子工業(yè)部1977年～1985年工科電子類專業(yè)優(yōu)秀教材特等獎(jiǎng)，1988年1月獲全國高等學(xué)校優(yōu)秀教材獎(jiǎng)。第三版于1989年5月由國防工業(yè)出版社出版，1992年1月獲第二屆機(jī)械電子工業(yè)部電子類專業(yè)優(yōu)秀教材特等獎(jiǎng)，1992年11月獲第二屆普通高等學(xué)校優(yōu)秀教材全國特等獎(jiǎng)。    本課程參考學(xué)時(shí)數(shù)為120學(xué)時(shí)。本教材共13章，其主要內(nèi)容為：半導(dǎo)體的晶格結(jié)構(gòu)和電子狀態(tài)，雜質(zhì)和缺陷能級(jí)，載流子的統(tǒng)計(jì)分布，載流子的散射及電導(dǎo)問題，非平衡載流子產(chǎn)生、復(fù)合及其運(yùn)動(dòng)規(guī)律，半導(dǎo)體的表面和界面——包括p—n結(jié)、金屬半導(dǎo)體接觸、半導(dǎo)體表面及MIS結(jié)構(gòu)、異質(zhì)結(jié)，半導(dǎo)體的光、熱、磁、壓阻等物理現(xiàn)象和非晶態(tài)半導(dǎo)體。    按照“半導(dǎo)體物理與器件’’編審小組的意見，本教材在第二次修訂適當(dāng)增加一些新內(nèi)容，如四元化合物半導(dǎo)體的能帶、半導(dǎo)體超晶格、二維電子氣、朗道能級(jí)、磁光吸收、量子化霍耳效應(yīng)、非晶態(tài)半導(dǎo)體的基礎(chǔ)上，這次修訂又作了如下補(bǔ)充：第一章適當(dāng)增加了Si1一xGex能帶和Ⅱ一Ⅵ族化合物半導(dǎo)體的晶格結(jié)構(gòu)和能帶；第五章增加了俄歇復(fù)合；第八章增加了深耗盡和二維電子氣概念；第九章適當(dāng)深化二維電子氣內(nèi)容；第十章簡要介紹室溫激子；第二、九章補(bǔ)充了思考題和習(xí)題；根據(jù)半導(dǎo)體研究的進(jìn)展修改了一些不合適的內(nèi)容，如第一、四章中砷化鎵導(dǎo)帶第二極小值、第八章中硅一二氧化硅系統(tǒng)界面態(tài)密度分布等內(nèi)容。    本教材使用時(shí)應(yīng)以前九章為主。第十至十二章各校自行掌握，可以光學(xué)效應(yīng)為主。非晶態(tài)半導(dǎo)體可視情況而定。除進(jìn)行課堂講授外，可輔以必要的習(xí)題課和課堂討論。    本教材由劉恩科編寫第一、四、十一、十二章；朱秉升編寫第二、三、六、九章；羅晉生編寫第八、十三章；亢潤民編寫第五、七章；屠善潔編寫第十章。附錄由劉恩科、亢潤民整理。劉恩科統(tǒng)編全稿。第二次和這次均由劉恩科修訂第一、四、七、十、十一、十二章和第九章部分內(nèi)容；朱秉升修訂第二、三、五、六、九章；羅晉生修訂第八、十三章。主審和編審小組全體委員都為本書提出許多寶貴意見，這里表示誠摯的感謝。由于編者水平有限，書中難免還存在一些缺點(diǎn)和錯(cuò)誤，殷切希望廣大讀者批評(píng)指正。

內(nèi)容概要

　　內(nèi)容包括半導(dǎo)體的晶格結(jié)構(gòu)、半導(dǎo)體中的電子狀態(tài)、雜質(zhì)和缺陷能級(jí)、載流子的統(tǒng)計(jì)分布，非平衡載流子及載流子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律；討論了p—n結(jié)、異質(zhì)結(jié)、金屬半導(dǎo)體接觸、表面及MIS結(jié)構(gòu)等半導(dǎo)體表面和界面問題；介紹了半導(dǎo)體的光、熱、磁、壓阻等物理現(xiàn)象；最后較全面地介紹了非晶態(tài)半導(dǎo)體的基本特性。

書籍目錄

主要參數(shù)符號(hào)表第一章  半導(dǎo)體中的電子狀態(tài)半導(dǎo)體的品格結(jié)構(gòu)和結(jié)合性質(zhì)半導(dǎo)體中的電子狀態(tài)和能帶半導(dǎo)體中電子的運(yùn)動(dòng)　有效質(zhì)量本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)構(gòu)  空穴回旋共振硅和鍺的能帶結(jié)構(gòu)Ⅲ一V族化合物半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)Ⅱ一Ⅵ族化合物半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)習(xí)題參考資料第二章  半導(dǎo)體中雜質(zhì)和缺陷能級(jí)硅、鍺晶體中的雜質(zhì)能級(jí)族化合物中的雜質(zhì)能級(jí)缺陷、位錯(cuò)能級(jí)思考題及習(xí)題參考資料第三章  半導(dǎo)體中載流子的統(tǒng)計(jì)分布狀態(tài)密度費(fèi)米能級(jí)和載流子的統(tǒng)計(jì)分布本征半導(dǎo)體的載流子濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體的載流子濃度一般情況下的載流子統(tǒng)計(jì)分布簡并半導(dǎo)體補(bǔ)充材料：電子占據(jù)雜質(zhì)能級(jí)的幾率習(xí)題參考資料第四章  半導(dǎo)體的導(dǎo)電性載流子的漂移運(yùn)動(dòng)遷移率載流子的散射遷移率與雜質(zhì)濃度和溫度的關(guān)系電阻率及其與雜質(zhì)濃度和溫度的關(guān)系玻耳茲曼方程  電導(dǎo)率的統(tǒng)計(jì)理論強(qiáng)電場下的效應(yīng)熱載流子多能谷散射耿氏效應(yīng)習(xí)題參考資料第五章  非平衡載流子非平衡載流子的注入與復(fù)合非平衡載流子的壽命準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)復(fù)合理論陷阱效應(yīng)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)載流子的漂移運(yùn)動(dòng)，愛因斯坦關(guān)系式連續(xù)性方程式習(xí)題參考資料第六章  p—n結(jié)p—n結(jié)及其能帶圖p—n結(jié)電流電壓特性p—n結(jié)電容p—n結(jié)擊穿p—n結(jié)隧道效應(yīng)習(xí)題參考資料第七章  金屬和半導(dǎo)體的接觸．金屬半導(dǎo)體接觸及其能級(jí)圖金屬半導(dǎo)體接觸整流理論少數(shù)載流子的注入和歐姆接觸習(xí)題參考資料第八章  半導(dǎo)體表面與MIs結(jié)構(gòu)表面態(tài)表面電場效應(yīng)MIs結(jié)構(gòu)的電容一電壓特性硅一二氧化硅系統(tǒng)的性質(zhì)表面電導(dǎo)及遷移率表面電場對(duì)p—n結(jié)特性的影響習(xí)題參考資料第九章  異質(zhì)結(jié)異質(zhì)結(jié)及其能帶圖異質(zhì)結(jié)的電流輸運(yùn)機(jī)構(gòu)異質(zhì)結(jié)在器件中的應(yīng)用半導(dǎo)體超晶格思考題及習(xí)題參考資料第十章  半導(dǎo)體的光學(xué)性質(zhì)和光電與發(fā)光現(xiàn)象半導(dǎo)體的光學(xué)常數(shù)半導(dǎo)體的光吸收半導(dǎo)體的光電導(dǎo)半導(dǎo)體的光生伏特效應(yīng)半導(dǎo)體發(fā)光半導(dǎo)體激光習(xí)題參考資料第十一章  半導(dǎo)體的熱電性質(zhì)熱電效應(yīng)的一般描述半導(dǎo)體的溫差電動(dòng)勢(shì)率半導(dǎo)體的珀耳帖效應(yīng)半導(dǎo)體的湯姆孫效應(yīng)．半導(dǎo)體的熱導(dǎo)率半導(dǎo)體熱電效應(yīng)的應(yīng)用習(xí)題參考資料第十二章  半導(dǎo)體磁和壓阻效應(yīng)霍耳效應(yīng)磁阻效應(yīng)磁光效應(yīng)量子化霍耳效應(yīng)熱磁效應(yīng)光磁電效應(yīng)壓阻效應(yīng)聲波和載流子的相互作用習(xí)題參考資料第十三章  非晶態(tài)半導(dǎo)體非晶態(tài)半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)非晶態(tài)半導(dǎo)體中的電子態(tài)非晶態(tài)半導(dǎo)體中的缺陷、隙態(tài)與摻雜效應(yīng)非晶態(tài)半導(dǎo)體中的電學(xué)性質(zhì)非晶態(tài)半導(dǎo)體中的光學(xué)性質(zhì)n—Si：H的p—n結(jié)與金一半接觸特性參考資料附錄附錄1　常用物理常數(shù)和能量表達(dá)變換表附表1一l　常用物理常數(shù)表附表1—2　能量表達(dá)變換表附錄2　半導(dǎo)體材料物理性質(zhì)表附表2—1  Ⅳ族半導(dǎo)體材料的性質(zhì)附表2一2?、蟆猇族半導(dǎo)體材料的性質(zhì)附表2—3 Ⅱ-Ⅵ族半導(dǎo)體材料的性質(zhì)附表2—4?、粢虎鲎灏雽?dǎo)體材料的性質(zhì)附表2—5  Ⅲ—V族三元化合物半導(dǎo)體材料的性質(zhì)參考資料

章節(jié)摘錄

　　第一章  半導(dǎo)體中的電子狀態(tài)    半導(dǎo)體具有許多獨(dú)特的物理性質(zhì)，這與半導(dǎo)體中電子的狀態(tài)及其運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)有密切關(guān)系。為了研究和利用半導(dǎo)體的這些物理性質(zhì)，本章將簡要介紹半導(dǎo)體單晶材料中的電子狀態(tài)及其運(yùn)動(dòng)規(guī)律。    半導(dǎo)體單晶材料和其它固態(tài)晶體一樣，是由大量原子周期性重復(fù)排列而成，而每個(gè)原子又包含原子核和許多電子。如果能夠?qū)懗霭雽?dǎo)體中所有相互作用著的原子核和電子系統(tǒng)的薛定諤方程，并求出其解，便可以了解半導(dǎo)體的許多物理性質(zhì)。但是，這是一個(gè)非常復(fù)雜的多體問題，不可能求出其嚴(yán)格解，只能用近似的處理方法——單電子近似來研究固態(tài)晶體中電子的能量狀態(tài)。所謂單電子近似，即假設(shè)每個(gè)電子是在周期性排列且固定不動(dòng)的原子核勢(shì)場及其它電子的平均勢(shì)場中運(yùn)動(dòng)。該勢(shì)場是具有與晶格同周期的周期性勢(shì)場。用單電子近似法研究晶體中電子狀態(tài)的理論稱為能帶論。有關(guān)能帶論的內(nèi)容在固體物理學(xué)課程中已經(jīng)比較完整地介紹過了，這里僅作簡要回顧，并介紹幾種重要半導(dǎo)體材料的能帶結(jié)構(gòu)。    §1．1  半導(dǎo)體的晶格結(jié)構(gòu)和結(jié)合性質(zhì)    1．金剛石型結(jié)構(gòu)和共價(jià)鍵    重要的半導(dǎo)體材料硅、鍺等在化學(xué)元素周期表中都屬于第Ⅳ族元素，原子的最外層都具有四個(gè)價(jià)電子。大量的硅、鍺原子組合成晶體靠的是共價(jià)鍵結(jié)合，它們的晶格結(jié)構(gòu)與碳原子組成的一種金剛石晶格一樣都屬于金剛石型結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是：每個(gè)原子周圍都有四個(gè)最近鄰的原子，組成一個(gè)正四面體結(jié)構(gòu)。這四個(gè)原子分別處在正四面體的頂角上，任一頂角上的原子和中心原子各貢獻(xiàn)一個(gè)價(jià)電子為該兩個(gè)原子所共有，共有的電子在兩個(gè)原子之間形成較大的電子云密度，通過它們對(duì)原子實(shí)的引力把  兩個(gè)原子結(jié)合在一起，這就是共價(jià)鍵。這樣，每個(gè)原子和周圍四個(gè)原子組成四個(gè)共價(jià)鍵。上述四面體四個(gè)頂角原子又可以各通過四個(gè)共價(jià)鍵組成四個(gè)正四面體。如此推廣，將許多正四面體累積起來就得到的金剛石型結(jié)構(gòu)(為看起來方便，有些原子周圍只畫出二個(gè)或三個(gè)共價(jià)鍵)，它的配位數(shù)是4。

編輯推薦

《半導(dǎo)體物理學(xué)》為高等學(xué)校工科電子類半導(dǎo)體器件與微電子學(xué)專業(yè)教材，亦可供從事半導(dǎo)體方面工作的技術(shù)人員閱讀參考。

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