1 绪论 1
1.1 半导体材料的特征 1
1.1.1 半导体材料的定义 1
1.1.2 半导体材料的基本特性 2
1.2 半导体材料发展简史 2
1.3 半导体材料的分类 4
1.4 半导体中的杂质和缺陷 5
1.4.1 杂质 5
1.4.2 缺陷 6
1.4.3 半导体缺陷工程 6
1.5 半导体材料的性能检测 6
1.6 半导体材料的发展趋势 8
1.6.1 半导体材料的发展趋势 8
1.6.2 半导体材料性能检测技术趋势 9
1.7 半导体材料研究的新进展 10
1.7.1 几种主要半导体材料的发展现状与趋势 10
1.7.2 太阳能电池材料 15
1.7.3 中国半导体材料业的状况分析 17
1.8 半导体材料展望 19
2 半导体材料的物理基础与效应 20
2.1 半导体中的晶体结构 20
2.2 载流子和能带 22
2.2.1 载流子 22
2.2.2 能带结构 23
2.2.3 电子和空穴 26
2.3 杂质和缺陷能级 27
2.3.1 杂质半导体 27
2.3.2 杂质能级 28
2.3.3 深能级 29
2.3.4 缺陷能级 30
2.4 热平衡下的载流子 30
2.4.1 载流子的状态密度和统计分布 31
2.4.2 本征半导体的载流子浓度 34
2.4.3 杂质半导体的载流子浓度和补偿 35
2.5 非平衡少数载流子 36
2.5.1 非平衡载流子的产生、复合和寿命 37
2.5.2 非平衡载流子的扩散 38
2.5.3 非平衡载流子在电场下的漂移和扩散 40
2.6 pn结 41
2.6.1 pn结的制备 42
2.6.2 pn结的能带结构 44
2.6.3 pn结的电流电压特性 45
2.7 金属-半导体接触和MIS结构 47
2.7.1 金属-半导体接触 47
2.7.2 欧姆接触 49
2.7.3 MIS结构 49
2.8 太阳能光电转换原理——光生伏特效应 50
2.8.1 半导体材料的光吸收 50
2.8.2 光生伏特 51
2.9 半导体材料光学效应 53
2.9.1 半导体的光学效应基础 53
2.9.2 半导体的光电导效应和光致发光 61
2.9.3 pn结的光伏效应 70
2.10 半导体热电效应 72
2.10.1 塞贝克效应 72
2.10.2 珀耳帖效应 76
2.10.3 汤姆逊效应 77
2.10.4 塞贝克系数、珀耳帖系数和汤姆逊系数间的关系 78
2.11 半导体材料磁学效应 80
2.11.1 霍尔效应 80
2.11.2 磁阻与压阻效应 84
3 半导体材料的分类与性质 91
3.1 第一～第四代半导体材料 91
3.1.1 第一代半导体材料 91
3.1.2 第二代半导体材料 97
3.1.3 第三代半导体材料 113
3.1.4 第四代半导体材料 120
3.2 半导体功能材料 129
3.2.1 稀磁半导体 129
3.2.2 半导体敏感材料 132
3.2.3 半导体热电材料 143
3.2.4 半导体陶瓷材料及其特点 147
3.2.5 半导体光电子材料 150
4 半导体材料的制备 160
4.1 体单晶生长 160
4.1.1 熔体生长基本原理 160
4.1.2 直拉法 161
4.1.3 改进直拉生长技术 163
4.1.4 悬浮区熔技术 166
4.1.5 垂直梯度凝固和垂直布里奇曼技术 167
4.1.6 水平布里奇曼技术 168
4.1.7 化合物半导体单晶熔体生长技术的比较 168
4.1.8 气相输运生长技术 169
4.2 外延生长 169
4.2.1 LPE技术 169
4.2.2 VPE技术 170
4.2.3 MBE技术 172
4.2.4 化学束外延技术 174
4.2.5 其他外延技术 174
4.3 非晶半导体薄膜制备 175
4.3.1 制备方法概述 175
4.3.2 非晶硅薄膜制备 175
4.3.3 非晶硅晶化制备多晶硅薄膜 179
4.4 带硅材料制备技术 182
4.5 片状晶生长 184
4.5.1 D-Web技术 184
4.5.2 SR技术 184
4.5.3 EFG技术 185
5 半导体材料检测与测试 186
5.1 半导体材料检测 186
5.2 半导体材料测试 189
5.2.1 电导率测试 189
5.2.2 扩展电阻法 194
5.2.3 少数载流子寿命测试的基本原理和技术 197
5.2.4 少数载流子扩散长度测试 205
5.2.5 霍尔效应测试 207
5.2.6 紫外-可见光分光光度测试原理 209
5.2.7 I-V和C-V测试 210
6 半导体材料设计 225
6.1 材料设计概念 225
6.1.1 材料设计的含义 225
6.1.2 材料设计的范围和层次 225
6.1.3 现代材料设计的几个环节 226
6.1.4 材料设计的发展趋势及反思 227
6.2 材料设计的途径 228
6.2.1 材料知识库和数据库技术 228
6.2.2 材料设计专家系统 228
6.2.3 材料设计中的计算机模型 229
7 半导体材料的应用 230
7.1 半导体材料的磁学应用 230
7.2 半导体材料的光催化应用 232
7.3 半导体材料在太阳能电池上的应用 235
7.3.1 太阳能电池发展历程 236
7.3.2 太阳电池材料作为清洁能源材料的重要性 237
7.3.3 太阳电池材料 238
7.3.4 发展趋势和展望 241
7.4 半导体材料在传感器上的应用 241
7.4.1 氧化硅宽禁带氧化物半导体 241
7.4.2 GaN宽带隙半导体材料应用 243
7.4.3 SiC第三代半导体材料应用 245
参考文献 246