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第1章 晶体结构1

1.1 半导体材料的特性1

1.2 晶体结构1

1.2.1 晶体的共性2

1.2.2 晶体的周期性4

1.3 晶列、晶面、倒格子9

1.3.1 基矢、晶胞9

1.3.2 Miller指数9

1.3.3 倒格子12

1.3.4 布里渊区15

1.4 晶体的对称性18

1.4.1 晶体的对称操作19

1.4.2 晶格结构的分类22

1.5 晶体的结合23

1.5.1 晶体的结合力24

1.5.2 金刚石结构和共价结合29

1.5.3 闪锌矿结构和结合性质30

1.5.4 纤锌矿结构和结合性质30

习题31

第2章 量子理论基础34

2.1 经典物理学的困难34

2.1.1 黑体辐射34

2.1.2 光电效应35

2.1.3 原子结构的玻耳（Bohr）理论36

2.2 波函数和薛定谔方程37

2.2.1 薛定谔（Schr？dinger）方程37

2.2.2 波函数的性质39

2.2.3 量子力学基本理论44

2.2.4 定态薛定谔方程50

2.3 定态薛定谔方程的应用52

2.3.1 一维无限势阱模型52

2.3.2 一维有限势阱模型55

2.3.3 一维线性谐振子57

2.3.4 势垒贯穿60

2.4 中心力场问题的薛定谔方程的求解64

2.4.1 动量算符、角动量算符64

2.4.2 电子在库仑场中的运动67

2.5 微扰理论70

2.5.1 非简并微扰理论70

2.5.2 简并定态微扰74

习题78

第3章 能带理论基础81

3.1 周期场中电子的波函数——布洛赫函数81

3.1.1 一维布洛赫定理的证明82

3.1.2 三维布洛赫定理的证明84

3.1.3 简约布里渊区85

3.2 一维分析近似86

3.2.1 克龙尼克-潘纳（Kronig-Penny）模型86

3.2.2 近自由电子模型89

3.2.3 紧束缚近似94

3.2.4 导体、半导体、绝缘体的能带论解释97

3.3 半导体中电子的运动102

3.3.1 半导体中的能带和布里渊区102

3.3.2 电子在能带极值附近的近似E（k）-k关系和有效质量103

3.3.3 半导体中电子的平均速度、加速度104

3.3.4 本征半导体的导电机构、空穴105

3.4 三维扩展模型——硅、锗的能带结构106

3.4.1 半导体能带极值附近的能带结构106

3.4.2 半导体能带极值附近有效质量的确定、回旋共振107

3.4.3 Si、Ge的能带结构107

3.5 Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体的能带结构109

3.5.1 GaAs的能带结构110

3.5.2 GaP晶体的能带结构特点110

3.5.3 GaAs1-xPx的能带结构110

习题111

第4章 半导体中的杂质和缺陷能级113

4.1 半导体中的浅能级杂质113

4.1.1 半导体中的两类杂质113

4.1.2 Ge和Si中的浅能级杂质114

4.1.3 Ⅲ-Ⅴ族半导体（GaAs、GaP等）中的浅能级杂质116

4.1.4 Ⅱ-Ⅵ族半导体（CdTe、ZnS等）中的浅能级杂质116

4.2 浅能级杂质电离能的简单计算117

4.2.1 类氢模型117

4.2.2 类氢模型的合理性118

4.3 半导体中的杂质补偿效应119

4.3.1 杂质的补偿作用119

4.3.2 强补偿半导体的特殊性质120

4.3.3 重掺杂效应120

4.4 半导体中的深能级杂质120

4.4.1 Ge和Si中的深能级杂质120

4.4.2 Ge和Si中的Au能级121

4.4.3 Ⅲ-Ⅴ族半导体中的深能级杂质122

4.4.4 等电子陷阱123

4.5 缺陷、位错能级124

4.5.1 半导体中的点缺陷能级124

4.5.2 半导体中的位错125

习题126

第5章 载流子的统计分布128

5.1 电子的分布函数128

5.1.1 F-D分布函数128

5.1.2 M-B分布函数130

5.2 半导体能带极值附近的能态密度132

5.2.1 k空间的状态密度132

5.2.2 半导体导带底附近和价带顶附近的状态密度135

5.2.3 热平衡载流子浓度（非简并半导体）137

5.3 本征半导体中的载流子浓度141

5.3.1 本征载流子浓度ni和pi141

5.3.2 本征载流子浓度随温度的变化曲线图143

5.3.3 半导体器件的工作温度范围143

5.4 非简并掺杂半导体中的杂质和电荷144

5.4.1 半导体中杂质的电离情况（非简并情况）144

5.4.2 n型非简并半导体中的载流子浓度145

5.4.3 补偿半导体149

5.4.4 利用掺杂半导体的载流子浓度与温度的关系来确定器件工作温区153

5.5 简并半导体154

5.5.1 简并半导体中的载流子浓度154

5.5.2 简并化条件154

5.5.3 简并化效应155

5.6 过剩载流子的注入与复合155

5.6.1 非平衡载流子的产生155

5.6.2 非平衡载流子的特性156

5.6.3 非平衡载流子的寿命157

5.6.4 准费米能级和非平衡载流子浓度158

5.7 非平衡载流子的复合理论159

5.7.1 非平衡载流子复合的机理159

5.7.2 复合的分类160

5.8 陷阱效应161

习题162

第6章 半导体的输运性质164

6.1 载流子迁移率和半导体电导率164

6.1.1 漂移电流和迁移率164

6.1.2 半导体的电导率166

6.2 半导体中载流子的散射166

6.2.1 载流子散射的概念166

6.2.2 半导体中载流子遭受散射的机构167

6.2.3 晶格热振动的规律168

6.3 电阻率与杂质浓度和温度的关系170

6.3.1 电导率、迁移率与平均自由时间的关系170

6.3.2 迁移率与杂质浓度、温度的关系172

6.3.3 半导体电阻率及其与杂质浓度和温度的关系173

6.3.4 四探针法测电阻率173

6.4 半导体的Boltzmann输运方程174

6.4.1 分析载流子输运的分布函数法174

6.4.2 Boltzmann方程175

6.4.3 Boltzmann输运方程的弛豫时间近似176

6.4.4 半导体电导率的统计计算176

6.4.5 球形等能面均匀半导体在弱电场和无温度梯度时的电导率177

6.5 强电场效应179

6.5.1 强电场／窄尺寸效应179

6.5.2 多能谷散射181

6.6 载流子的扩散运动183

6.6.1 载流子的扩散运动183

6.6.2 扩散电流184

6.6.3 爱因斯坦关系式184

6.7 半导体的磁阻效应185

6.7.1 半导体的Hall效应185

6.7.2 半导体的磁阻效应187

6.7.3 半导体的热传导187

6.7.4 半导体的热电效应188

6.7.5 半导体的热磁效应190

习题191

参考文献192