半導體物理學(第8版)

第1章 半導體中的電子狀態1
1.1 半導體的晶格結構和結合性質1
1.1.1 金剛石型結構和共價鍵1
1.1.2 閃鋅礦型結構和混合鍵2
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6
1.2.3 導體、半導體、絕緣體的能帶10
1.3 半導體中電子的運動——有效質量11
1.3.1 半導體中E（k）與k的關係［3］ 11
1.3.2 半導體中電子的平均速度12
1.3.3 半導體中電子的加速度12
1.3.4 有效質量的意義13
1.4 本徵半導體的導電機構——空穴［3］ 14
1.5 迴旋共振［4］ 16
1.5.1 k空間等能面16
1.5.2 迴旋共振18
1.6 矽和鍺的能帶結構19
1.6.1 矽和鍺的導帶結構19
1.6.2 矽和鍺的價帶結構22
1.7 Ⅲ-Ⅴ族化合物半導體的能帶結構［7］ 24
1.7.1 銻化銦的能帶結構24
1.7.2 砷化鎵的能帶結構［8］ 25
1.7.3 磷化鎵和磷化銦的能帶結構25
1.7.4 混合晶體的能帶結構25
★1.8 Ⅱ-Ⅵ族化合物半導體的能帶結構26
★1.8.1 二元化合物的能帶結構26
★1.8.2 混合晶體的能帶結構27
★1.9 Si1－xGex合金的能帶27
★1.10 寬禁帶半導體材料29
★1.10.1 GaN、AlN的晶格結構和能帶［18］ 30
★1.10.2 SiC的晶格結構和能帶32
習題35
參考資料35
第2章 半導體中雜質和缺陷能級37
2.1 矽、鍺晶體中的雜質能級37
2.1.1 替位式雜質和間隙式雜質37
2.1.2 施主雜質、施主能級38
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］ 41
2.1.5 雜質的補償作用41
2.1.6 深能級雜質42
2.2 Ⅲ-Ⅴ族化合物中的雜質能級45
★2.3 氮化鎵、氮化鋁、碳化矽中的雜質能級50
2.4 缺陷、位錯能級52
2.4.1 點缺陷52
2.4.2 位錯53
習題54
參考資料55
第3章 半導體中載流子的統計分佈56
3.1 狀態密度［1，2］ 56
3.1.1 k空間中量子態的分佈56
3.1.2 狀態密度57
3.2 費米能級和載流子的統計分佈59
3.2.1 費米分佈函數59
3.2.2 玻耳茲曼分佈函數60
3.2.3 導帶中的電子濃度和價帶中的空穴濃度61
3.2.4 載流子濃度乘積n0p0 64
3.3 本徵半導體的載流子濃度64
3.4 雜質半導體的載流子濃度67
3.4.1 雜質能級上的電子和空穴67
3.4.2 n型半導體的載流子濃度68
3.5 一般情況下的載流子統計分佈76
3.6 簡併半導體［2，5］ 81
3.6.1 簡併半導體的載流子濃度81
3.6.2 簡併化條件82
3.6.3 低溫載流子凍析效應83
3.6.4 禁帶變窄效應85
*3.7 電子佔據雜質能級的概率［2，6，7］ 86
*3.7.1 電子佔據雜質能級概率的討論86
*3.7.2 求解統計分佈函數88
習題89
參考資料90
第4章 半導體的導電性92
4.1 載流子的漂移運動和遷移率92
4.1.1 歐姆定律92
4.1.2 漂移速度和遷移率93
4.1.3 半導體的電導率和遷移率93
4.2 載流子的散射94
4.2.1 載流子散射的概念94
4.2.2 半導體的主要散射機構［1］ 95
4.3 遷移率與雜質濃度和溫度的關係102
4.3.1 平均自由時間和散射概率的關係102
4.3.2 電導率、遷移率與平均自由時間的關係102
4.3.3 遷移率與雜質和溫度的關係104
4.4 電阻率及其與雜質濃度和溫度的關係108
4.4.1 電阻率和雜質濃度的關係108
4.4.2 電阻率隨溫度的變化110
★4.5 玻耳茲曼方程［11］、電導率的統計理論110
★4.5.1 玻耳茲曼方程111
★4.5.2 弛豫時間近似112
★4.5.3 弱電場近似下玻耳茲曼方程的解113
★4.5.4 球形等能面半導體的電導率114
4.6 強電場下的效應［12］、熱載流子115
4.6.1 歐姆定律的偏離115
★4.6.2 平均漂移速度與電場強度的關係116
★4.7 多能谷散射、耿氏效應120
★4.7.1 多能谷散射、體內負微分電導120
★4.7.2 高場疇區及耿氏振盪122
習題123
參考資料125
第5章 非平衡載流子126
5.1 非平衡載流子的注入與復合126
5.2 非平衡載流子的壽命127
5.3 準費米能級129
5.4 複合理論130
5.4.1 直接複合131
5.4.2 間接複合132
5.4.3 表面複合137
5.4.4 俄歇複合139
5.5 陷阱效應141
5.6 載流子的擴散運動143
5.7 載流子的漂移擴散、愛因斯坦關係式147
5.8 連續性方程式149
5.9 矽的少數載流子壽命與擴散長度153
習題154
參考資料155
第6章 pn結156
6.1 pn結及其能帶圖156
6.1.1 pn結的形成和雜質分佈［1-3］ 156
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