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第1章 晶体结构 1

1.1 半导体材料的特性 1

1.2 晶体结构 1

1.2.1 晶体的共性 2

1.2.2 晶体的周期性 4

1.3 晶列、晶面、倒格子 9

1.3.1 基矢、晶胞 9

1.3.2 Miller指数 9

1.3.3 倒格子 12

1.3.4 布里渊区 15

1.4 晶体的对称性 18

1.4.1 晶体的对称操作 19

1.4.2 晶格结构的分类 22

1.5 晶体的结合 23

1.5.1 晶体的结合力 24

1.5.2 金刚石结构和共价结合 29

1.5.3 闪锌矿结构和结合性质 30

1.5.4 纤锌矿结构和结合性质 30

习题 31

第2章 量子理论基础 34

2.1 经典物理学的困难 34

2.1.1 黑体辐射 34

2.1.2 光电效应 35

2.1.3 原子结构的玻耳（Bohr）理论 36

2.2 波函数和薛定谔方程 37

2.2.1 薛定谔（Schr？dinger）方程 37

2.2.2 波函数的性质 39

2.2.3 量子力学基本理论 44

2.2.4 定态薛定谔方程 50

2.3 定态薛定谔方程的应用 52

2.3.1 一维无限势阱模型 52

2.3.2 一维有限势阱模型 55

2.3.3 一维线性谐振子 57

2.3.4 势垒贯穿 60

2.4 中心力场问题的薛定谔方程的求解 64

2.4.1 动量算符、角动量算符 64

2.4.2 电子在库仑场中的运动 67

2.5 微扰理论 70

2.5.1 非简并微扰理论 70

2.5.2 简并定态微扰 74

习题 78

第3章 能带理论基础 81

3.1 周期场中电子的波函数——布洛赫函数 81

3.1.1 一维布洛赫定理的证明 82

3.1.2 三维布洛赫定理的证明 84

3.1.3 简约布里渊区 85

3.2 一维分析近似 86

3.2.1 克龙尼克-潘纳（Kronig-Penny）模型 86

3.2.2 近自由电子模型 89

3.2.3 紧束缚近似 94

3.2.4 导体、半导体、绝缘体的能带论解释 97

3.3 半导体中电子的运动 102

3.3.1 半导体中的能带和布里渊区 102

3.3.2 电子在能带极值附近的近似E（k）-k关系和有效质量 103

3.3.3 半导体中电子的平均速度、加速度 104

3.3.4 本征半导体的导电机构、空穴 105

3.4 三维扩展模型——硅、锗的能带结构 106

3.4.1 半导体能带极值附近的能带结构 106

3.4.2 半导体能带极值附近有效质量的确定、回旋共振 107

3.4.3 Si、Ge的能带结构 107

3.5 Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体的能带结构 109

3.5.1 GaAs的能带结构 110

3.5.2 GaP晶体的能带结构特点 110

3.5.3 GaAs1-xPx的能带结构 110

习题 111

第4章 半导体中的杂质和缺陷能级 113

4.1 半导体中的浅能级杂质 113

4.1.1 半导体中的两类杂质 113

4.1.2 Ge和Si中的浅能级杂质 114

4.1.3 Ⅲ-Ⅴ族半导体（GaAs、GaP等）中的浅能级杂质 116

4.1.4 Ⅱ-Ⅵ族半导体（CdTe、ZnS等）中的浅能级杂质 116

4.2 浅能级杂质电离能的简单计算 117

4.2.1 类氢模型 117

4.2.2 类氢模型的合理性 118

4.3 半导体中的杂质补偿效应 119

4.3.1 杂质的补偿作用 119

4.3.2 强补偿半导体的特殊性质 120

4.3.3 重掺杂效应 120

4.4 半导体中的深能级杂质 120

4.4.1 Ge和Si中的深能级杂质 120

4.4.2 Ge和Si中的Au能级 121

4.4.3 Ⅲ-Ⅴ族半导体中的深能级杂质 122

4.4.4 等电子陷阱 123

4.5 缺陷、位错能级 124

4.5.1 半导体中的点缺陷能级 124

4.5.2 半导体中的位错 125

习题 126

第5章 载流子的统计分布 128

5.1 电子的分布函数 128

5.1.1 F-D分布函数 128

5.1.2 M-B分布函数 130

5.2 半导体能带极值附近的能态密度 132

5.2.1 k空间的状态密度 132

5.2.2 半导体导带底附近和价带顶附近的状态密度 135

5.2.3 热平衡载流子浓度（非简并半导体） 137

5.3 本征半导体中的载流子浓度 141

5.3.1 本征载流子浓度ni和pi 141

5.3.2 本征载流子浓度随温度的变化曲线图 143

5.3.3 半导体器件的工作温度范围 143

5.4 非简并掺杂半导体中的杂质和电荷 144

5.4.1 半导体中杂质的电离情况（非简并情况） 144

5.4.2 n型非简并半导体中的载流子浓度 145

5.4.3 补偿半导体 149

5.4.4 利用掺杂半导体的载流子浓度与温度的关系来确定器件工作温区 153

5.5 简并半导体 154

5.5.1 简并半导体中的载流子浓度 154

5.5.2 简并化条件 154

5.5.3 简并化效应 155

5.6 过剩载流子的注入与复合 155

5.6.1 非平衡载流子的产生 155

5.6.2 非平衡载流子的特性 156

5.6.3 非平衡载流子的寿命 157

5.6.4 准费米能级和非平衡载流子浓度 158

5.7 非平衡载流子的复合理论 159

5.7.1 非平衡载流子复合的机理 159

5.7.2 复合的分类 160

5.8 陷阱效应 161

习题 162

第6章 半导体的输运性质 164

6.1 载流子迁移率和半导体电导率 164

6.1.1 漂移电流和迁移率 164

6.1.2 半导体的电导率 166

6.2 半导体中载流子的散射 166

6.2.1 载流子散射的概念 166

6.2.2 半导体中载流子遭受散射的机构 167

6.2.3 晶格热振动的规律 168

6.3 电阻率与杂质浓度和温度的关系 170

6.3.1 电导率、迁移率与平均自由时间的关系 170

6.3.2 迁移率与杂质浓度、温度的关系 172

6.3.3 半导体电阻率及其与杂质浓度和温度的关系 173

6.3.4 四探针法测电阻率 173

6.4 半导体的Boltzmann输运方程 174

6.4.1 分析载流子输运的分布函数法 174

6.4.2 Boltzmann方程 175

6.4.3 Boltzmann输运方程的弛豫时间近似 176

6.4.4 半导体电导率的统计计算 176

6.4.5 球形等能面均匀半导体在弱电场和无温度梯度时的电导率 177

6.5 强电场效应 179

6.5.1 强电场／窄尺寸效应 179

6.5.2 多能谷散射 181

6.6 载流子的扩散运动 183

6.6.1 载流子的扩散运动 183

6.6.2 扩散电流 184

6.6.3 爱因斯坦关系式 184

6.7 半导体的磁阻效应 185

6.7.1 半导体的Hall效应 185

6.7.2 半导体的磁阻效应 187

6.7.3 半导体的热传导 187

6.7.4 半导体的热电效应 188

6.7.5 半导体的热磁效应 190

习题 191

参考文献 192