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第1章 半导体的基本性质 1

1.1 半导体特征与晶体结构 1

1.1.1 半导体 1

1.1.2 半导体材料的基本特性 2

1.1.3 半导体的晶体结构 3

1.1.4 化合物半导体的极性 5

1.2 半导体的能带 6

1.2.1 原子的能级和晶体的能带 6

1.2.2 半导体中电子的状态和能带 9

1.3 半导体中电子的运动 10

1.4 典型半导体的能带结构 13

1.4.1 硅和锗的能带结构 13

1.4.2 砷化镓的能带结构 15

1.5 半导体材料简介 16

1.5.1 元素半导体 17

1.5.2 Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体 19

1.5.3 Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体 20

1.5.4 Ⅳ-Ⅵ族化合物半导体 21

1.5.5 Ⅳ-Ⅳ族化合物半导体 22

1.5.6 氧化物半导体 22

1.5.7 多元化合物半导体 23

第2章 半导体中杂质和缺陷能级 24

2.1 硅、锗晶体中的杂质能级 24

2.1.1 间隙式杂质和替位式杂质 24

2.1.2 施主杂质和施主能级 25

2.1.3 受主杂质和受主能级 27

2.1.4 杂质的补偿作用 28

2.1.5 深能级杂质 29

2.2 Ⅲ-Ⅴ族化合物中的杂质能级 30

2.3 缺陷和位错能级 31

2.3.1 缺陷 31

2.3.2 位错 33

2.4 硅单晶中位错、层错的观察 34

2.4.1 位错 34

2.4.2 层错 35

2.4.3 位错和层错的观察 35

第3章 平衡态半导体中载流子的统计分布 37

3.1 费米能级及载流子的统计分布 37

3.1.1 费米分布函数 37

3.1.2 玻耳兹曼分布函数 39

3.1.3 半导体载流子统计分布 40

3.1.4 半导体载流子浓度 43

3.1.5 载流子浓度乘积 46

3.2 本征半导体的载流子浓度 46

3.3 杂质半导体的载流子浓度 48

3.3.1 杂质能级上的量子态 48

3.3.2 载流子浓度 49

3.3.3 多数载流子浓度与少数载流子浓度 53

3.4 费米能级随温度的变化关系 54

3.4.1 杂质半导体载流子浓度与温度的关系 54

3.4.2 杂质半导体费米能级与温度及杂质浓度的关系 55

3.5 简并半导体 56

3.5.1 简并半导体中载流子浓度 56

3.5.2 简并化的条件 57

3.5.3 禁带变窄效应 58

3.6 杂质浓度及其分布的测量 58

第4章 半导体的导电性 63

4.1 载流子的运动 63

4.1.1 欧姆定律 63

4.1.2 漂移运动和迁移率 64

4.1.3 电导率和迁移率 65

4.1.4 载流子散射 66

4.1.5 半导体的主要散射机构 67

4.1.6 其他因素引起的散射 70

4.2 杂质浓度、温度对迁移率和电阻率的影响 72

4.2.1 平均自由时间和散射几率的关系 72

4.2.2 电导率、迁移率与平均自由时间的关系 72

4.2.3 迁移率与杂质浓度和温度的关系 74

4.2.4 电阻率与杂质浓度和温度的关系 76

4.3 玻耳兹曼方程、电导率的统计理论 79

4.3.1 玻耳兹曼方程 79

4.3.2 弛豫时间近似 80

4.3.3 弱电场近似下玻耳兹曼方程的解 81

4.3.4 球形等能面半导体的电导率 82

4.4 强电场下的效应、热载流子 84

4.4.1 欧姆定律与电场强度关系 84

4.4.2 平均漂移速度与电场强度的关系 85

4.5 多能谷散射和耿氏效应 89

4.5.1 多能谷散射、体内负微分电导 89

4.5.2 高场畴区及耿氏振荡 91

4.6 硅的霍耳系数和电导率测量 91

第5章 非平衡载流子运动规律 96

5.1 非平衡载流子的产生与复合 准费米能级 96

5.1.1 非平衡载流子的产生 96

5.1.2 非平衡载流子的复合和寿命 97

5.1.3 准费米能级 98

5.2 非平衡载流子的寿命与复合 100

5.2.1 复合机理 100

5.2.2 直接辐射复合 103

5.2.3 直接俄歇复合 106

5.3 连续性方程 108

5.3.1 载流子的流密度和电流密度 108

5.3.2 爱因斯坦关系 110

5.3.3 连续性方程 111

5.3.4 少数载流子的连续性方程 113

5.4 载流子的扩散与漂移 113

5.4.1 少子的扩散 114

5.4.2 少子的漂移 116

5.4.3 少子的扩散和漂移 116

5.5 光电导衰退测量少数载流子的寿命 118

5.5.1 实验目的 118

5.5.2 实验原理 118

5.5.3 实验方法 119

5.5.4 实验步骤 121

第6章 pn结 123

6.1 pn结形成和能带图 123

6.1.1 pn结平面工艺 123

6.1.2 pn结能带图及载流子分布 127

6.2 pn结电流电压特性 131

6.2.1 加偏压的pn结能带图 131

6.2.2 少数载流子的注入与输运 131

6.2.3 理想pn结的直流电流-电压特牲 133

6.3 pn结电容特性 137

6.3.1 突变结空间电荷区宽度 137

6.3.2 线性缓变结空间电荷区宽度 141

6.3.3 pn结的势垒电容 141

6.3.4 pn结的扩散电容 144

6.4 pn结击穿 145

6.4.1 雪崩击穿 145

6.4.2 热电击穿 145

6.4.3 齐纳击穿（隧道击穿） 146

6.5 pn结势垒电容的测量 146

6.5.1 实验目的 146

6.5.2 实验原理 146

6.5.3 测量方法 149

6.5.4 实验步骤 150

参考文献 151