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第1章 晶体中的电子运动状态 1

1.1 固体的晶格结构 1

1.1.1 半导体材料 1

1.1.2 固体晶格 2

1.1.3 金刚石结构 6

1.1.4 固体的缺陷与杂质 8

1.2 量子力学初步 9

1.2.1 量子力学的基本原理 9

1.2.2 薛定谔方程及其波函数的意义 10

1.2.3 自由电子与束缚态电子 12

1.2.4 单电子原子中电子的状态 17

1.2.5 多电子原子中电子的状态 20

1.3 晶体中电子的运动状态 21

1.3.1 能带的形成 21

1.3.2 一维无限晶体的能带 23

1.3.3 半导体中的载流子 28

1.3.4 三维无限晶体的能带 34

习题 36

第2章 平衡半导体中的载流子浓度 38

2.1 状态密度函数和费米分布函数 38

2.1.1 状态密度函数 38

2.1.2 费米-狄拉克分布函数 40

2.2 平衡载流子浓度 44

2.2.1 平衡半导体中的载流子浓度的公式 46

2.2.2 本征半导体中的载流子浓度 48

2.2.3 载流子浓度的乘积 50

2.2.4 本征费米能级位置 51

2.3 只含一种杂质的杂质半导体中的载流子浓度 51

2.3.1 施主杂质和受主杂质 51

2.3.2 施主杂质能级上的电子和受主杂质能级上的空穴 54

2.3.3 电中性条件 56

2.4 补偿半导体的载流子浓度 60

2.5 费米能级的位置 61

2.6 简并半导体 66

2.6.1 简并半导体的载流子浓度 67

2.6.2 禁带变窄效应 68

习题 68

第3章 载流子的输运 70

3.1 载流子的漂移运动 70

3.2 载流子的散射和迁移率 73

3.2.1 载流子的散射 73

3.2.2 载流子的迁移率随温度和掺杂浓度的变化 74

3.2.3 电阻率 77

3.2.4 饱和速度和强场迁移率 79

3.3 载流子的扩散运动 80

3.4 爱因斯坦关系 82

习题 84

第4章 过剩载流子 85

4.1 载流子的产生和复合 85

4.1.1 产生和复合的概念 85

4.1.2 产生率和复合率 85

4.1.3 载流子的产生源 86

4.1.4 影响载流子复合的因素 86

4.1.5 热平衡状态下载流子的产生和复合 86

4.1.6 非热平衡状态下载流子的复合 87

4.2 过剩载流子的性质 90

4.2.1 载流子的连续性方程 91

4.2.2 与时间有关的扩散方程 91

4.3 双极输运及其输运方程 92

4.3.1 双极输运的概念 93

4.3.2 双极输运方程 93

4.3.3 小注入条件下的双极输运方程 94

4.3.4 双极输运方程应用 95

4.4 准费米能级 97

习题 99

第5章 PN结 100

5.1 PN结的形成及其基本结构 100

5.1.1 合金法及其形成的PN结的杂质分布 100

5.1.2 扩散法及其形成的PN结的杂质分布 101

5.2 平衡PN结及其能带 102

5.2.1 平衡PN结 102

5.2.2 平衡PN结的能带 103

5.3 平衡PN结的参数 104

5.3.1 内建电势差 104

5.3.2 平衡PN结的内建电场强度及电势分布函数 108

5.3.3 空间电荷区宽度 112

5.3.4 空间电荷区的载流子浓度 114

5.4 正偏PN结 115

5.5 反偏PN结 122

5.5.1 反向偏压时的相关公式 123

5.5.2 影响PN结偏离理想电流-电压方程的因素 129

5.6 PN结的电容效应 131

5.6.1 PN结的势垒电容 131

5.6.2 PN结的扩散电容 133

5.7 PN结的击穿 134

5.7.1 雪崩击穿 135

5.7.2 隧道击穿（齐纳击穿） 135

5.7.3 热电击穿 136

5.8 隧道二极管 136

习题 138

第6章 金属半导体接触和异质结 140

6.1 金属半导体接触 140

6.1.1 金属和半导体的功函数 140

6.1.2 理想的金属半导体接触 141

6.1.3 理想金属半导体接触的特性 144

6.1.4 金属半导体接触的电流-电压关系 146

6.1.5 欧姆接触 148

6.2 异质结 149

6.2.1 异质结的分类及其能带图 149

6.2.2 突变反型异质结的内建电势差和空间电荷区宽度 151

6.2.3 突变同型异质结 154

6.3 异质结的电流-电压特性 154

6.3.1 突变反型异质结中的电流输运模型 155

6.3.2 突变同型异质结中的电流输运模型 157

习题 157

第7章 MOS结构及MOSFET器件 158

7.1 理想MOS结构 158

7.1.1 MOS结构的构成 158

7.1.2 热平衡时的MOS结构 158

7.1.3 外加偏压时的MOS结构 159

7.1.4 理想MOS结构的电容-电压特性 164

7.1.5 金属与半导体的功函数差对MOS结构C-U特性曲线的影响 167

7.1.6 氧化层中的电荷对MOS结构C-U特性曲线的影响 168

7.2 MOSFET基础 169

7.2.1 MOSFET的结构和分类 169

7.2.2 MOSFET的工作机理 171

7.2.3 MOSFET的电流-电压关系 173

习题 175

第8章 半导体中的光器件 177

8.1 半导体中的光过程 177

8.1.1 光吸收 177

8.1.2 光发射 179

8.2 光电探测器 181

8.2.1 光电探测概述 181

8.2.2 光电池 187

8.2.3 PIN光电探测器 192

8.2.4 雪崩光电二极管APD 194

8.3 发光二极管 197

8.4 激光二极管 203

8.5 固体图像传感器 211

8.5.1 电荷耦合器件图像传感器（CCD） 212

8.5.2 MOS图像传感器SSPA 217

习题 222

附录 223

参考文献 224