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第1章　半导体物理基础1

1.1　半导体中的电子状态1

1.1.1　周期性势场1

1.1.2　周期性势场中电子的波函数　布洛赫定理2

1.1.3　周期性边界条件7

1.2　能带9

1.3　有效质量11

1.4　导带电子和价带空穴14

1.4.1　金属、半导体和绝缘体的区别14

1.4.2　空穴16

1.5　硅、锗、砷化镓的能带结构17

1.5.1　等能面17

1.5.2　能带图18

1.6　杂质和缺陷能级20

1.6.1　施主杂质和施主能级　N型半导体20

1.6.2　受主杂质和受主能级　P型半导体21

1.6.3 Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体中的杂质22

1.6.4　深能级22

1.6.5　缺陷能级23

1.7　载流子的统计分布24

1.7.1　状态密度25

1.7.2　费米分布函数与费米能级26

1.7.3　能带中的电子和空穴浓度26

1.7.4　本征半导体28

1.7.5　只有一种杂质的半导体29

1.7.6　杂质补偿半导体31

1.7.7　简并半导体31

1.8　载流子的散射36

1.8.1　格波与声子37

1.8.2　载流子的散射过程39

1.9　电荷输运现象41

1.9.1　漂移运动、迁移率与电导率41

1.9.2　扩散运动和扩散电流43

1.9.3　流密度、电流密度和电流方程43

1.10　非均匀半导体中的自建电场45

1.10.1　半导体中的静电场和势45

1.10.2　爱因斯坦关系46

1.10.3　非均匀半导体和自建电场46

1.11　非平衡载流子48

1.12　准费米能级50

1.12.1　准费米能级的定义51

1.12.2　修正的欧姆定律51

1.13　复合机制52

1.13.1　直接复合52

1.13.2　通过复合中心的复合53

1.14　表面复合和表面复合速度56

1.15　半导体中的基本控制方程58

习题60

参考文献61

第2章　PN结63

2.1　热平衡PN结65

2.1.1　PN结空间电荷区65

2.1.2　电场分布与电势分布66

2.2　加偏压的PN结70

2.2.1　PN结的单向导电性70

2.2.2　少数载流子的注入与输运72

2.3　理想PN结二极管的直流电流-电压特性74

2.4　空间电荷区复合电流和产生电流80

2.4.1　正偏复合电流80

2.4.2　反偏产生电流82

2.5　隧道电流82

2.6　温度对PN结I-V特性的影响85

2.7　耗尽层电容、求杂质分布和变容二极管87

2.7.1　C-V关系87

2.7.2　求杂质分布88

2.7.3　变容二极管89

2.8　PN结二极管的频率特性90

2.9　PN结二极管的开关特性95

2.9.1 电荷存储效应和反向瞬变95

2.9.2　阶跃恢复二极管97

2.10　PN结击穿98

习题103

参考文献105

第3章　双极结型晶体管107

3.1 双极结型晶体管的结构和制造工艺108

3.2　双极结型晶体管的基本工作原理109

3.2.1　放大作用110

3.2.2　电流分量111

3.2.3　直流电流增益111

3.3　理想双极结型晶体管中的电流传输114

3.3.1　载流子分布与电流分量115

3.3.2　正向有源模式116

3.4　埃伯斯-莫尔方程119

3.4.1　埃伯斯-莫尔模型120

3.4.2　工作模式和少子分布121

3.5　缓变基区晶体管123

3.6　基区扩展电阻和电流集聚效应125

3.7　基区宽度调变效应126

3.8　晶体管的频率响应127

3.9　混接π模型等效电路130

3.10　晶体管的开关特性134

3.11　反向电流和击穿电压138

3.12　PNPN结构141

3.13　异质结双极晶体管143

3.13.1　平衡异质结143

3.13.2　加偏压的异质结146

3.13.3　异质结双极晶体管放大的基本理论147

3.14　几类常见的HBT148

习题149

参考文献150

第4章　金属-半导体结153

4.1 肖特基势垒154

4.1.1 肖特基势垒的形成154

4.1.2　加偏压的肖特基势垒155

4.2　界面态对势垒高度的影响157

4.3　镜像力对势垒高度的影响158

4.4 肖特基势垒二极管的结构160

4.5 肖特基势垒二极管的电流-电压特性161

4.6　金属-绝缘体-半导体肖特基二极管164

4.7 肖特基势垒二极管和PN结二极管的比较165

4.8 肖特基势垒二极管的应用166

4.8.1 肖特基势垒检波器或混频器166

4.8.2　肖特基势垒箝位晶体管166

4.9　欧姆接触——非整流的M-S结167

习题169

参考文献169

第5章 结型场效应晶体管和金属-半导体场效应晶体管171

5.1　JFET的基本结构和工作原理171

5.2 理想JFET的I-V特性173

5.3　静态特性176

5.3.1　线性区176

5.3.2　饱和区176

5.3.3　击穿电压177

5.4　小信号参数和等效电路178

5.5　JFET的最高工作频率181

5.6 夹断后的JFET的性能182

5.7　金属-半导体场效应晶体管184

5.8 JFET和MESFET的类型185

5.9　异质结MESFFT和HEMT186

习题188

参考文献188

第6章　金属-氧化物-半导体场效应晶体管191

6.1　理想MOS结构的表面空间电荷区192

6.1.1　半导体表面空间电荷区193

6.1.2　载流子积累、耗尽和反型193

6.1.3　反型和强反型条件195

6.2　理想MOS电容器197

6.3　沟道电导与阈值电压204

6.4　实际MOS的电容-电压特性和阈值电压205

6.4.1　功函数差的影响206

6.4.2　界面陷阱和氧化物电荷的影响207

6.4.3　阈值电压和C-V曲线209

6.5　MOS场效应晶体管212

6.5.1　基本结构和工作原理212

6.5.2　I-V特性213

6.6　等效电路和频率响应217

6.6.1　小信号参数217

6.6.2　频率响应218

6.7　MOS场效应晶体管的类型219

6.8　亚阈值区220

6.9　影响阈值电压的其余因素221

6.10　器件尺寸按比例缩小223

6.10.1　短沟道效应223

6.10.2　器件的小型化225

习题227

参考文献228

第7章　电荷转移器件231

7.1 电荷转移231

7.2　深耗尽状态和表面势阱232

7.3　MOS电容的瞬态特性234

7.4　信号电荷的输运传输效率237

7.5 电极排列和CCD制造工艺239

7.5.1 三相CCD240

7.5.2　二相CCD241

7.6 埋沟CCD242

7.7　信号电荷的注入和检测244

7.7.1　信号电荷的注入244

7.7.2　信号电荷的检测245

7.8　集成斗链器件246

7.9　电荷耦合图像器247

习题248

参考文献248

第8章　半导体太阳电池和光电二极管249

8.1　半导体中光吸收249

8.2　PN结的光生伏打效应251

8.2.1　太阳电池的基本结构251

8.2.2　PN结的光生伏打效应252

8.3　太阳电池的I-V特性253

8.4　太阳电池的效率255

8.5　光产生电流与收集效率256

8.6　影响太阳电池效率的因素258

8.7 肖特基势垒和MIS太阳电池261

8.8　非晶硅（a-Si）太阳电池263

8.8.1　非晶硅PIN结太阳电池263

8.8.2　非晶硅肖特基势垒太阳电池264

8.9　光电二极管的基本结构与工作原理264

8.9.1　PIN光电二极管265

8.9.2　雪崩光电二极管265

8.9.3　金属-半导体光电二极管267

8.9.4　异质结光电二极管267

8.10　光电二极管的特性参数268

8.10.1　量子效率和响应度268

8.10.2　响应速度269

8.10.3　噪声特性270

8.10.4　其他几个概念270

习题272

参考文献273

第9章　发光二极管和半导体激光器275

9.1　辐射复合与非辐射复合275

9.1.1　辐射复合276

9.1.2　非辐射复合281

9.2 LED的基本结构和工作原理283

9.3 LED的特性参数284

9.3.1　I-V特性284

9.3.2　量子效率285

9.3.3　光谱分布289

9.4　可见光LED292

9.4.1 GaP LED293

9.4.2 GaAs1-xPx LED293

9.4.3　GaN LED294

9.5 红外LED295

9.6　异质结LED296

9.7　半导体激光器及其基本结构297

9.8　半导体受激发射的条件298

9.8.1　粒子数反转分布299

9.8.2　光学谐振腔302

9.8.3　振荡的阈值条件302

9.8.4　阈值电流303

9.9　结型半导体激光器的特性304

9.9.1　阈值特性304

9.9.2　转换效率305

9.9.3　光谱分布307

9.10　异质结激光器308

9.10.1　单异质结激光器308

9.10.2　双异质结激光器309

习题310

参考文献310

附录311