本书是微电子技术领域的半导体物理教程，分为四篇，11章。主要内容为半导体的晶体结构与价键模型、半导体的电子结构：载流子的定性描述；热平衡载流子的定量描述和非平衡载流子的定量描述、三维半导体中载流子的低场电输运；PN结、异质结、金属-半导体的接触、半导体表面效应和金属-绝缘体-半导体结构以及半导体的光吸收、光发射及光电效应。教辅《半导体物理知识要点、习题和题解》既与本书章节知识体系配套又自成体系。

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刘诺，女，博士，教授。1991年6月获四川大学硕士学位。1991-今：任教于电子科技大学。2015-现在 电子科技大学，任教授 2015-2016 加拿大McGill大学，任访问学者 2015.4 香港大学，任访问学者 2001-2015 电子科技大学，任副教授 2009-2010 美国IOWA STATE 大学，任访问学者 1993-2000 电子科技大学，任讲师 1991-1992 电子科技大学，任助教集成电路科学与工程1.2020首批国家级一流本科课程 “半导体物理”（刘诺，钟志亲，罗小蓉，蒋书文，白飞明） 2.2018国家精品在线开放课程“半导体物理”（刘诺，钟志亲，罗小蓉，蒋书文，白飞明） 3.2018年高等教育国家级教学成果奖二等奖（张怀武、陈星弼、于奇、张波、何为、陶伯万、林媛、刘诺、宁宁、陈万军，潘锦） 4.第六届全国多媒体课件大赛三等奖（刘诺等） 5.四川省教学成果一等奖（张怀武、陈星弼、于奇、张波、何为、陶伯万、林媛、刘诺、宁宁、陈万军）（2018年）任IOP的J. Phys.审稿人

目录
丛书序言
前言
常用符号
第一篇 半导体基础概要
第1章 半导体的晶体结构与价键模型 3
1.1 材料和固体的分类 3
1.1.1 固体分类 3
1.1.2 空间点阵 6
1.2 米勒指数 11
1.2.1 晶面的米勒指数 12
1.2.2 晶向的米勒指数 12
1.3 半导体分类 13
1.4 原子价键 14
1.4.1 共价键 15
1.4.2 离子键 18
1.4.3 金属键 18
1.4.4 范德瓦耳斯键 19
1.5 几种重要的三维晶体结构的定性描述 19
1.5.1 金刚石型结构 19
1.5.2 部分化合物半导体结构 20
1.6 半导体中的缺陷和杂质 26
1.6.1 半导体中的缺陷 26
1.6.2 半导体中的杂质 27
1.7 思维导图 28
重要术语一览 28
思考题 30
习题 30
测试题 30
第2章 半导体的电子结构 31
2.1 量子力学初步概要 31
2.1.1 光电效应、能量量子化与波粒二象性 32
2.1.2 测不准原理 33
2.1.3 氢原子的玻尔模型与量子化能级 33
2.1.4 薛定谔方程 33
2.1.5 波函数的物理意义 35
2.1.6 薛定谔方程应用举例 35
2.2 晶体能带的定性模型 44
2.3 金属、半导体和绝缘体 46
2.3.1 满带电子不导电 46
2.3.2 金属、半导体和绝缘体的能带 46
2.4 半导体的带隙类型与禁带宽度 49
2.4.1 带隙类型 49
2.4.2 禁带宽度 51
2.4.3 禁带宽度的温度系数特征 54
2.4.4 重掺杂禁带变窄效应 55
2.4.5 部分化合物的禁带宽度特点 56
2.5 部分半导体的E？k能带结构 56
2.5.1 Si、Ge的E？k能带结构 57
2.5.2 部分Ⅲ？Ⅴ族化合物半导体的E？k能带结构 58
2.6 有效质量 63
2.6.1 有效质量的定义 63
2.6.2 有效质量的意义 65
2.7 能带工程简介 66
2.7.1 异质结及其带阶 67
2.7.2 超晶格与量子限制结构 67
2.7.3 能带工程应用举例 68
2.8 思维导图 70
重要术语一览 70
思考题 71
习题 71
测试题 72
第二篇 半导体中的载流子
第3章 载流子的定性描述 75
3.1 热平衡态与非平衡态 77
3.2 杂质、缺陷及其能级 77
3.2.1 浅能级杂质 78
3.2.2 深能级杂质 80
3.2.3 等电子杂质 81
3.2.4 缺陷能级 81
3.3 载流子的产生 82
3.3.1 本征半导体与本征激发 82
3.3.2 杂质半导体与浅能级杂质 84
3.4 载流子的复合、俘获与深能级杂质 89
3.4.1 直接复合 89
3.4.2 间接复合 90
3.4.3 载流子的俘获 91
3.4.4 激子复合 92
3.4.5 俄歇复合 94
3.4.6 施主？受主对之间的复合 94
3.5 思维导图 95
重要术语一览 95
思考题 96
习题 96
测试题 96
第4章 热平衡载流子的定量描述 97
4.1 载流子的统计分布 97
4.1.1 状态密度、态密度有效质量和电导有效质量 98
4.1.2 分布函数 100
4.1.3 导带电子浓度的公式与价带空穴浓度的公式 102
4.1.4 质量作用定律 104
4.1.5 简并半导体与非简并半导体 106
4.2 本征半导体的载流子 107
4.2.1 本征半导体的载流子浓度 107
4.2.2 本征半导体的费米能级 109
4.3 非简并杂质半导体的载流子 111
4.3.1 杂质能级上的电子和空穴 111
4.3.2 电中性方程 112
4.3.3 n型半导体的载流子浓度 113
4.3.4 费米能级 121
4.4 思维导图 125
重要术语一览 125
思考题 125
习题 125
测试题 126
第5章 非平衡载流子的定量描述 127
5.1 非平衡载流子的注入与复合 127
5.1.1 非平衡载流子与非平衡态下的载流子 127
5.1.2 准费米能级 129
5.2 非平衡载流子的寿命 133
5.3 复合理论 135
5.3.1 直接复合 135
5.3.2 间接复合 137
5.3.3 表面复合 141
5.3.4 俘获截面 142
5.3.5 载流子的抽取 142
5.4 陷阱效应 143
5.5 思维导图 145
重要术语一览 146
思考题 146
习题 146
测试题 147
第三篇 半导体中载流子的电输运
第6章 三维半导体中载流子的低场电输运 151
6.1 漂移运动与漂移电流 151
6.1.1 漂移运动、散射与热运动 151
6.1.2 漂移电流密度 153
6.1.3 迁移率、散射及其与温度和杂质浓度的关系 153
6.1.4 半导体中的电导率及其与温度和杂质浓度的关系 161
6.1.5 强电场效应 165
6.2 扩散运动与扩散电流 169
6.2.1 稳态扩散方程与稳态扩散分布 169
6.2.2 扩散电流 171
6.3 电流密度方程与爱因斯坦关系 171
6.3.1 电流密度方程 171
6.3.2 爱因斯坦关系 172
6.4 连续性方程 174
6.5 思维导图 176
重要术语一览 176
思考题 177
习题 178
测试题 179
第四篇 半导体的界面和半导体的光电效应
第7章 PN结 183
7.1 理想PN结 183
7.2 热平衡条件下的PN结 185
7.2.1 热平衡条件下PN结的能带图 185
7.2.2 内建电势 186
7.2.3 耗尽近似与中性近似 186
7.2.4 内建电场和耗尽区宽度 187
7.2.5 载流子分布 189
7.3 PN结的电流？电压特性 190
7.3.1 外加偏压下PN结的能带图 190
7.3.2 理想PN结电流？电压特性——肖克莱方程 194
7.3.3 非理想情况对电流？电压特性的影响 198
7.4 PN结的击穿特性 203
7.4.1 雪崩击穿 203
7.4.2 齐纳击穿 205
7.4.3 热击穿 205
7.5 PN结的电容特性 206
7.5.1 势垒电容 206
7.5.2 扩散电容 207
7.5.3 交流小信号等效电路 209
7.6 思维导图 210
重要术语一览 211
思考题 211
习题 211
测试题 212
第8章 异质结 213
8.1 异质结的类型 213
8.2 异质结热平衡状态 215
8.3 异质结的电流？电压特性 221
8.4 异质结的独特光电性质 227
8.4.1 太阳能电池 227
8.4.2 发光二极管 228
8.4.3 二维电子气 229
8.4.4 单载流子型器件 230
8.4.5 二维范德瓦耳斯异质结器件 231
8.5 思维导图 232
重要术语一览 232
思考题 233
习题 233
测试题 233
第9章 金属？半导体的接触 235
9.1 金属？半导体接触的能带图 235
9.1.1 功函数和接触电势差 235
9.1.2 阻挡层和反阻挡层的形成 237
9.1.3 金属？半导体肖特基接触 239
9.1.4 表面态对能带的影响 240
9.2 肖特基势垒的整流特性 242
9.3 肖特基势垒的电流输运 243
9.3.1 热电子发射理论 244
9.3.2 扩散理论 247
9.3.3 镜像力和隧道效应的影响 249
9.4 势垒电容 251
9.5 肖特基二极管的应用 252
9.6 金属？半导体欧姆接触 253
9.7 思维导图 256
重要术语一览 256
思考题 256
习题 257
测试题 258
第10章 半导体表面效应和MIS结构 260
10.1 理想MIS结构的能带图以及电荷分布 260
10.2 空间电荷区 265
10.2.1 半导体表面电荷面密度随表面势的变化 267
10.2.2 半导体表面层的电场Es 270
10.2.3 半导体表面层的电容Cs 270
10.2.4 耗尽层宽度 271
10.2.5 深耗尽状态 271
10.3 理想MIS结构的电容？电压特性及影响因素 272
10.3.1 理想MIS结构的电容？电压特性 272
10.3.2 理想MIS结构电容？电压特性的影响因素 280
10.4 非理想MIS结构的电容？电压特性 281
10.4.1 金属？半导体功函数差对MIS结构电容？电压特性的影响 282
10.4.2 绝缘层电荷对MIS结构电容？电压特性的影响 283
10.4.3 界面态对MIS结构电容？电压特性的影响 291
10.5 场效应和表面电导 292
10.6 MOS电容器的发展状况 293
10.7 思维导图 294
重要术语一览 294
思考题 295
习题 295
测试题 297
第11章 半导体的光吸收、光发射及光电效应 301
11.1 半导体与光的相互作用 301
11.2 直接带隙与间接带隙跃迁 304
11.3 半导体的光吸收 305
11.3.1 本征吸收 305
11.3.2 非本征吸收 306
11.4 半导体的光发射 309
11.4.1 辐射复合 309
11.4.2 半导体量子阱中的激子辐射复合 312
11.4.3 非辐射复合 314
11.4.4 发光效率 314
11.5 半导体的光电效应 315
11.5.1 光电导效应 316
11.5.2 光生伏特效应 319
11.6 思维导图 320
重要术语一览 320
思考题 321
习题 321
测试题 321
参考文献 322
附录 327