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本书系统且全面地阐述了半导体物理的基础知识和典型半导体器件的工作原理、工作特性，内容涵盖量子力学、固体物理、半导体物理和半导体器件等。全书共8章，主要内容包括：半导体中的电子运动状态、平衡半导体中的载流子浓度、载流子的输运、过剩载流子、pn结、器件制备基本工艺、金属半导体接触和异质结、双极晶体管。本书语言简明扼要、通俗易懂，具有很强的专业性、技术性和实用性，并配有电子课件PPT、知识点视频、习题参考答案等。本书既可作为高等学校电子科学与技术、微电子技术、光电信息工程等专业本科生的教材，又可作为相关领域工程技术人员的参考书。

目 录

第1章 半导体中的电子运动状态 pan>

1．1 半导体材料 pan>

1．1．1 半导体材料的原子构成 pan>

1．1．2 半导体材料的结构 3

1．1．3 金刚石结构 8

1．1．4 固体的缺陷与杂质 10

1．2 量子力学初步 1pan>

1．2．1 量子力学的基本原理 12

1．2．2 薛定谔方程及其波函数的意义 13

1．2．3 薛定谔方程的应用――自由电子与束缚态电子 15

1．2．4 薛定谔方程的应用――单电子原子中电子的状态

1．2．5 薛定谔方程的应用――多电子原子中电子的状态 23

1．3 晶体中电子的运动状态 25

1．3．1 能带的形成 26

1．3．2 一维无限晶体的能带 29

1．3．3 半导体的价键模型和能带模型 33

1．3．4 半导体的有效质量 36

1．3．5 空穴 38

1．3．6 金属、半导体和绝缘体的能带与导电能差异 4pan>

1．3．维无限晶体的能带 42

44

第2章衡半导体中的载流子浓度 46

2．1 状态密度函数 46

2．2 费米-狄拉克分布函数 49

2．3衡载流子浓度 55

2．3．1衡半导体中载流子浓度的公式 57

2．3．2 本征半导体中的载流子浓度 60

2．3．3 载流子浓度的乘积 63

2．3．4 本征费米能级位置 63

2．4 只含一种杂质的杂质半导体中的载流子浓度 64

2．4．1 施主杂质和受主杂质 64

2．4．2 施主杂质能级上的电子和受主杂质能级上的空穴 69

2．4．3 电中条件 70

2．5 补偿半导体的载流子浓度 76

2．6 费米能级的位置 77

2．7 简并半导体 83

2．7．1 简并半导体的载流子浓度 84

2．7．2 禁带变窄效应 85

86

第3章 载流子的输运 89

3．1 载流子的热运动 89

3．2 载流子的漂移运动 90

3．2．1 漂移电流密度 9pan>

3．2．2 迁移率 93

3．2．3 电导率和电阻率 100

3．3 载流子的扩散运动 104

3．4 爱因关系 106

3．4．1 电场作用下的能带图 106

3．4．2 爱因关系的推导 107

3．5 霍尔效应 109

11pan>

第4章 过剩载流子 113

4．1 载流子的产生和复合 113

4．1．1 决定载流子产生率的因素 114

4．1．2 决定载流子复合率的因素 115

4．1．3 衡状态下载流子的产生和复合 115

4．1．4 外力作用下载流子的产生和复合 116

4．2 准费米能级 118

4．3 过剩载流子的质 1

4．3．1 载流子的连续方程 1

4．3．2 与时间有关的扩散方程 12pan>

4．4 双极输运及其输运方程 122

4．4．1 双极输运的概念 122

4．4．2 双极输运方程 123

4．4．3 小注入条件下的双极输运方程 124

4．4．4 双极输运方程应用 126

13pan>

第5章 pn结 133

5．1 pn结的形成及其基本结构 133

5．1．1 合金法及形成的pn结的杂质分布 133

5．1．2 扩散法及形成的pn结的杂质分布 134

5．2衡pn结及其能带 135

5．2．1衡pn结 136

5．2．2衡pn结的能带 137

5．3衡pn结的参数 139

5．3．1 内建电势差 139

5．3．2衡pn结的内建电场强度及电势分布函数 143

5．3．3 空间电荷区宽度 147

5．3．4 空间电荷区的载流子浓度 150

5．3．5 线缓变结的静电特 15pan>

5．4 pn结二极管的电流-电压特方程 152

5．4．1 静电特结果在外加电压pn结中的推广 153

5．4．2 pn结电流-电压特方程的定推导 156

5．4．3 pn结电流-电压特方程的定量推导 157

5．4．4 对理想pn结电流-电压关系的修正 169

5．5 pn结的小信号模型 173

5．5．1 pn结反偏时的小信号模型 174

5．5．2 pn结正偏时的小信号模型 177

5．6 pn结二极管的瞬态响应 180

5．6．1 关瞬态 180

5．6．2 开瞬态 182

5．7 隧道二极管 183

5．8 pn结在光电器件中的应用 184

5．8．1 光电检测器 185

5．8．2 太阳能电池 189

5．8．3 发光二极管 19pan>

194

第6章 器件制备基本工艺 197

6．1 器件制备基本工艺 197

6．1．1 衬底材料的准备 198

6．1．2 氧化 198

6．1．3 薄膜生长 199

6．1．4 薄膜的图形化 pan>

6．1．5 掺杂 2

6．2 pn结二极管的制备 3

5

第7章 金属半导体接触和异质结 6

7．1 金属半导体接触 6

7．1．1 金属和半导体函数 6

7．1．2 理想的金属半导体接触 7

7．1．3 表面态对金属半导体接触势垒的影响 21pan>

7．1．4 理想金属半导体接触的特 212

7．1．5 金属半导体接触的电流-电压关系 214

7．1．6 镜像力的影响 216

7．1．7 肖特基势垒二极管和pn结二极管的比较 216

7．1．8 欧姆接触 218

7．2 异质结 218

7．2．1 异质结的分类及其能带图 218

7．2．2 突变反型异质结的静电特 222

7．3 异质结的电流-电压特 224

7．3．1 突变反型异质结中的电流输运模型 225

7．3．2 突变同型异质结中的电流输运模型 227

7．3．3 异质结的注入比特 227

228

第8章 双极晶体管 230

8．1 双极晶体管的基本情况 230

8．1．1 双极晶体管的结构 230

8．1．2 双极晶体管的特参数 234

8．2 双极晶体管的电流-电压特 235

8．2．1 理想晶体管模型及其求解 235

8．2．2 理想晶体管输入/输出特曲线 240

8．2．3 非理想晶体管 242

8．2．4 非理想晶体管输入/输出特曲线 245

8．3 晶体管的反向特 247

8．3．1 晶体管的反向电流 247

8．3．2 晶体管的反向击穿电压 249

8．3．3 晶体管的穿通电压 250

8．4 晶体管模型和晶体管频率特 250

8．4．1 Ebers-Moll模型 250

8．4．2 晶体管的频率特 252

256

附录A 本书常用文字符号说明 257

附录B 常用表格 260

参考文献 26pan>

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书籍介绍

本书系统且全面地阐述了半导体物理的基础知识和典型半导体器件的工作原理、工作特性，内容涵盖量子力学、固体物理、半导体物理和半导体器件等。全书共8章，主要内容包括：半导体中的电子运动状态、平衡半导体中的载流子浓度、载流子的输运、过剩载流子、pn结、器件制备基本工艺、金属半导体接触和异质结、双极晶体管。本书语言简明扼要、通俗易懂，具有很强的专业性、技术性和实用性，并配有电子课件PPT、知识点视频、习题参考答案等。本书既可作为高等学校电子科学与技术、微电子技术、光电信息工程等专业本科生的教材，又可作为相关领域工程技术人员的参考书。