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第1章 晶体结构与晶体结合1

1.1 晶体结构2

1.1.1 晶格和晶胞2

1.1.2 原胞原基矢量晶格平移矢量4

1.2 晶列与晶面6

1.2.1 晶向指数6

1.2.2 晶面指数7

1.3 倒格子9

1.4 晶体结合10

1.4.1 固体的结合形式和化学键10

1.4.2 离子结合（离子键）11

1.4.3 共价结合（共价键）11

1.4.4 金属结合（金属键）11

1.4.5 范德瓦尔斯结合（范德瓦尔斯键）12

1.5 典型半导体的晶体结构12

1.5.1 金刚石型结构12

1.5.2 闪锌矿型结构14

1.5.3 纤锌矿型结构14

思考题与习题14

第2章 半导体中的电子状态16

2.1 周期性势场16

2.2 布洛赫（Bloch）定理17

2.2.1 单电子近似17

2.2.2 布洛赫定理18

2.2.3 布里渊区19

2.3 周期性边界条件（玻恩·冯-卡曼Born.von-Karman边界条件）21

2.4 能带24

2.4.1 周期性势场中电子的能量谱值24

2.4.2 能带图及其画法26

2.5 外力作用下电子的加速度有效质量28

2.5.1 外力作用下电子运动状态的改变29

2.5.2 有效质量31

2.6 等能面、主轴坐标系35

2.7 金属、半导体和绝缘体的区别36

2.8 导带电子和价带空穴38

2.9 硅、锗、砷化镓的能带结构40

2.9.1 导带能带图40

2.9.2 价带能带图41

2.10 半导体中的杂质和杂质能级43

2.10.1 替位式杂质和间隙式杂质43

2.10.2 施主杂质和施主能级N型半导体44

2.10.3 受主杂质和受主能级P型半导体44

2.10.4 III-V族化合物中的杂质能级45

2.10.5 等电子杂质等电子陷阱46

2.11 类氢模型47

2.12 深能级48

2.13 缺陷能级50

2.14 宽禁带半导体的自补偿效应50

思考题与习题51

第3章 载流子的统计分布53

3.1 能态密度53

3.1.1 导带能态密度53

3.1.2 价带能态密度54

3.2 分布函数55

3.2.1 费米-狄拉克（Fermi-Dirac）分布与费米能级55

3.2.2 玻耳兹曼分布56

3.3 能带中的载流子浓度58

3.3.1 导带电子浓度58

3.3.2 价带空穴浓度59

3.4 本征半导体61

3.5 杂质半导体中的载流子浓度64

3.5.1 杂质能级上的载流子浓度64

3.5.2 N型半导体65

3.5.3 P型半导体66

3.6 杂质补偿半导体68

3.7 简并半导体70

3.7.1 简并半导体杂质能级和能带的变化70

3.7.2 简并半导体的载流子浓度71

思考题与习题72

第4章 电荷输运现象74

4.1 格波与声子74

4.1.1 格波74

4.1.2 声子76

4.2 载流子的散射77

4.2.1 平均自由时间与弛豫时间78

4.2.2 散射机构79

4.3 漂移运动迁移率电导率81

4.3.1 平均漂移速度与迁移率81

4.3.2 漂移电流电导率84

4.4 多能谷情况下的电导现象86

4.5 电流密度和电流89

4.5.1 扩散流密度与扩散电流89

4.5.2 漂移流密度与漂移电流89

4.5.3 电流密度与电流90

4.6 非均匀半导体中的内建电场90

4.6.1 半导体中的静电场和势90

4.6.2 爱因斯坦关系91

4.6.3 非均匀半导体中的内建电场92

4.7 霍尔（Hall）效应94

4.7.1 霍尔系数95

4.7.2 霍尔角96

思考题与习题98

第5章 非平衡载流子100

5.1 非平衡载流子的产生与复合100

5.1.1 非平衡载流子的产生100

5.1.2 非平衡载流子的复合101

5.1.3 非平衡载流子的寿命102

5.2 直接复合104

5.3 通过复合中心的复合106

5.3.1 载流子通过复合中心的产生和复合过程106

5.3.2 净复合率107

5.3.3 小信号寿命公式——肖克利-瑞德公式108

5.3.4 金在硅中的复合作用109

5.4 表面复合和表面复合速度111

5.5 陷阱效应112

5.6 准费米能级113

5.6.1 准费米能级113

5.6.2 修正欧姆定律114

5.7 连续性方程115

5.8 电中性条件介电弛豫时间118

5.9 扩散长度与扩散速度119

5.10 半导体中的基本控制方程122

思考题与习题122

第6章 半导体表面124

6.1 表面态和表面空间电荷区124

6.2 表面电场效应125

6.2.1 表面空间电荷区的形成125

6.2.2 表面势与能带弯曲126

6.3 载流子积累、耗尽和反型127

6.3.1 载流子积累128

6.3.2 载流子耗尽128

6.3.3 载流子反型129

6.4 理想MOS电容133

6.5 实际MOS电容的C-V特性139

6.5.1 功函数差的影响139

6.5.2 界面陷阱和氧化物电荷的影响141

6.5.3 实际MOS的C-V曲线和阈值电压143

思考题与习题144

第7章 PN结146

7.1 热平衡PN结148

7.1.1 PN结空间电荷区148

7.1.2 电场分布与电势分布149

7.2 偏压PN结153

7.2.1 PN结的单向导电性153

7.2.2 少数载流子的注入与输运154

7.3 理想PN结二极管的直流电流-电压（I-V）特性157

7.4 空间电荷区复合电流和产生电流162

7.4.1 正偏复合电流162

7.4.2 反偏产生电流163

7.5 隧道电流164

7.6 PN结电容165

7.6.1 耗尽层电容166

7.6.2 扩散电容167

7.7 PN结击穿170

7.8 异质结172

7.8.1 热平衡异质结172

7.8.2 加偏压的异质结174

思考题与习题175

第8章 金属-半导体接触178

8.1 理想的金属-半导体整流接触肖特基势垒178

8.2 界面态对势垒高度的影响182

8.3 欧姆接触183

8.4 镜像力对势垒高度的影响——肖特基效应184

8.5 理想肖特基势垒二极管的电流-电压特性186

思考题与习题189

第9章 半导体的光学性质191

9.1 半导体的光学常数191

9.2 本征吸收192

9.2.1 直接跃迁193

9.2.2 间接跃迁195

9.3 激子吸收197

9.4 其他光吸收过程198

9.4.1 自由载流子吸收198

9.4.2 杂质吸收199

9.5 PN结的光生伏打效应200

9.6 半导体发光202

9.6.1 直接辐射复合202

9.6.2 间接辐射复合203

9.6.3 浅能级和主带之间的复合204

9.6.4 施主-受主对（D-A对）复合204

9.6.5 通过深能级的复合205

9.6.6 激子复合205

9.6.7 等电子陷阱复合205

9.7 非辐射复合207

9.7.1 多声子跃迁208

9.7.2 俄歇（Auger）过程208

9.7.3 表面复合209

9.8 发光二极管（LED）209

9.9 高效率的半导体发光材料211

思考题与习题211

模拟试卷（一）213

模拟试卷（二）214

模拟试卷（三）216

附录A单位制、单位换算和通用常数224

附录B半导体材料物理性质表225

参考文献230