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第一章 晶体结构和半导体材料的制备 1

1.1 半导体材料 1

1.2 晶体结构 4

1.2.1 周期性结构 5

1.2.2 立方晶系中的几种晶胞 6

1.2.3 晶面、晶向、晶面间距 8

1.2.4 金刚石型结构 12

1.3 半导体晶体材料的制备 13

1.3.1 布里奇曼法 14

1.3.2 直拉法 15

1.3.3 浮区生长法 17

1.4 化合物半导体和半导体薄膜的生长 18

第二章 固体中的电子 24

2.1 孤立原子中电子的状态 24

2.2 能带概述 26

2.2.1 能带的一般概念 26

2.2.2 晶体中电子的共有化运动和能带的形成 28

2.3 能量-波数图 31

2.3.1 自由电子的状态和薛定谔方程 31

2.3.2 晶体中的薛定谔方程及其解的形式 34

2.3.3 克龙尼克-潘纳模型和能量-波数图 35

2.3.4 倒格子和三维晶格的布里渊区 40

2.3.5 周期性边界条件 43

2.4 有效质量 44

2.5 硅、锗、砷化镓的能带构造 46

2.6 k 空间和 k 空间等能面 47

2.6.1 k 空间和等能面 47

2.6.2 硅、锗砷化镓的导带等能面 49

2.7 态密度函数 51

2.8 费米-狄拉克统计 54

2.9 热平衡载流子浓度和本征载流子浓度 57

2.10 杂质与掺杂半导体的载流子浓度 62

2.10.1 施主杂质 62

2.10.2 受主杂质 63

2.10.3 杂质补偿和掺杂半导体的载流子浓度 64

第三章 载流子的输运 68

3.1 载流子的漂移运动 68

3.1.1 迁移率 68

3.1.2 散射 70

3.1.3 晶格散射与电离杂质散射对迁移率的影响 74

3.2 半导体的电导率 78

3.3 半导体电阻率的测量 79

3.4 高场效应 84

3.5 载流子的扩散运动 86

3.5.1 独立粒子图像 86

3.5.2 集合平均描述 86

3.5.3 爱因斯坦关系 88

3.6 载流子的注入 89

3.7 载流子的产生与复合 91

3.7.1 跃迁率与跃迁过程 91

3.7.2 直接复合 93

3.7.3 间接复合 95

3.7.4 扩散长度 98

3.8 连续性方程 99

3.8.1 方程的建立 99

3.8.2 连续性方程求解举例 101

第四章 体效应与均质半导体器件 109

4.1 电阻的温度特性及热敏电阻 109

4.1.1 半导体电阻率的范围 109

4.1.2 表面电阻率 110

4.1.3 载流子浓度、电导率随温度的变化 112

4.1.4 半导体热敏电阻 115

4.2.1 热电效应 116

4.2 热电效应 116

4.2.2 塞贝克效应分析 119

4.2.3 热电效应的实际应用 122

4.3 电磁效应 125

4.3.1 霍耳效应 125

4.3.2 磁阻效应 128

4.4 压阻效应 131

4.4.1 锗在流体静压作用下的压阻效应 131

4.4.2 单向应力作用下的压阻效应 132

4.4.3 半导体的压阻系数 134

4.4.4 压力敏感器件 135

4.5 光电导效应 137

4.5.1 光电导 光电导弛豫及增益 138

4.5.2 光敏电阻 142

第五章 p-n 结 146

5.1 热平衡 p-n 结 146

5.1.1 p-n 结接触电势差 147

5.1.2 平衡 p-n 结的费米能级 148

5.1.3 p-n 结能带图的画法 150

5.2 p-n 结的耗尽层 150

5.3.1 准费米能级 155

5.3 准费米能级和非平衡 p-n 结 155

5.3.2 非平衡 p-n 结 157

5.4 正向偏置时 p-n 结边界上的少数载流子浓度 163

5.5 p-n 结的电流-电压方程 165

5.6 p-n 结的耗尽层电容 171

5.7 p-n 结的扩散电容 173

5.8 p-n 结的击穿 175

5.8.1 隧道击穿 176

5.8.2 雪崩击穿 179

6.1 隧道二极管 185

第六章 微波器件 185

6.2 碰撞雪崩渡越时间二极管 190

6.2.1 器件的结构 191

6.2.2 动态特性 193

6.3 势垒注入渡越时间二极管 197

6.3.1 器件的结构 197

6.3.2 动态特性 199

6.4 转移电子器件 201

6.4.1 转移电子效应 202

6.4.2 转移电子器件 205

6.5 负阻振荡机理 208

7.1 辐射跃迁与光吸收 211

第七章 光子器件 211

7.1.1 辐射跃迁 212

7.1.2 辐射跃迁的种类 214

7.1.3 光吸收 218

7.2 发光二极管 221

7.2.1 可见光发光二极管 221

7.2.2 红外发光二极管 226

7.3 半导体激光器 227

7.3.1 半导体激光器的结构 228

7.3.2 半导体激光器的运行 230

7.4 太阳电池 234

7.4.1 太阳辐射 235

7.4.2 p-n 结太阳电池 237

7.4.3 异质面太阳电池 243

7.4.4 肖特基势垒引 MIS 太阳电池 246

7.4.5 太阳电池的改进及设计制造中的几个问题 249

7.4.6 聚光太阳电池 252

7.5 光探测器 254

7.5.1 光敏二极管 254

7.5.2 雪崩光敏二极管 261

8.1 双极型晶体管概述 264

第八章 双极型晶体管和闸流晶体管 264

8.1.1 放大工作模式 265

8.1.2 电流增益 269

8.2 静态特性 271

8.2.1 理想晶体管的端电流 271

8.2.2 发射效率与基区输运因子 277

8.2.3 四种工作模式 278

8.3 静态特性的修正 280

8.3.1 缓变基区的自建场对载流子输运的影响 280

8.3.2 发射结耗尽层复合的影响 281

8.3.3 基区宽度调变效应 283

8.4 基极电阻 286

8.5 反向电流和击穿电压 288

8.5.1 反向电流 288

8.5.2 击穿电压 290

8.6 频率和开关特性 292

8.6.1 Ebets-Moll 模型 292

8.6.2 频率特性 294

8.6.3 开关特性 300

8.7 闸流晶体管 305

8.7.1 基本特征与工作原理 305

8.7.2 双向闸流晶体管 312

第九章 场效应晶体管 315

9.1 结型场效应晶体管 316

9.1.1 工作原理 316

9.1.2 电流-电压特性 318

9.1.3 漏极电导与跨导 321

9.1.4 小信号等效电路 322

9.1.5 截止频率 325

9.2 MOS 结构 326

9.2.1 理想 MOS 结构 327

9.2.2 理想 MOS 结构的电容-电压特性 334

9.2.3 实际 MOS 结构的电容-电压特性 338

9.2.4 MOS 结构的阈值电压 346

9.3 金属-氧化物-半导体场效应晶体管 347

9.3.1 构造及工作原理 348

9.3.2 电流-电压特性 350

9.3.3 等效电路与频率特性 354

9.3.4 MOSFET 的类型 355

附录Ⅰ 常用物理常数 358

附录Ⅱ 主要半导体的物理性质 359

索引 360