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第1章 半导体物理基础1

1.1 晶体结构1

1.1.1 基元、点阵和晶格2

1.1.2 原胞、基矢、晶向和晶面2

1.1.3 倒格子和倒格子空间6

1.2 能带结构7

1.2.1 能带的形成7

1.2.2 锗、硅和砷化镓的能带结构9

1.2.3 绝缘体、半导体和导体10

1.2.4 本征半导体、半导体中的载流子、空穴11

1.3 半导体中载流子的统计分布11

1.3.1 状态密度11

1.3.2 费米统计律和费米分布12

1.3.3 电子浓度、空穴浓度、玻尔兹曼分布和本征载流子浓度13

1.3.4 杂质半导体中的电子和空穴浓度、费米能级14

1.3.5 平衡态系统的费米能级17

1.4 载流子的漂移运动18

1.4.1 散射与有效质量18

1.4.2 迁移率19

1.4.3 电导率、电阻率、欧姆定律和薄层电阻22

1.5 载流子的扩散运动24

1.5.1 扩散电流密度24

1.5.2 电流密度方程25

1.5.3 杂质浓度梯度及其感生电场25

1.6 非平衡载流子27

1.6.1 载流子的产生与复合、非平衡载流子27

1.6.2 非平衡载流子的复合、非平衡载流子寿命28

1.6.3 间接复合理论29

1.6.4 准费米能级32

1.6.5 连续性方程34

1.7 半导体基本方程36

1.7.1 基本方程36

1.7.2 泊松方程37

习题38

第2章 pn结41

2.1 pn结的形成及其基本特性41

2.2 pn结空间电荷区基本特性的进一步讨论44

2.2.1 平衡pn结的能带结构和载流子分布44

2.2.2 非平衡pn结的能带结构和载流子分布46

2.2.3 pn结的电场和电势分布50

2.3 pn结的直流特性54

2.3.1 非平衡pn结扩散区的载流子分布和扩散电流54

2.3.2 pn结的势垒复合电流和产生电流56

2.3.3 正偏pn结的大注入效应58

2.4 pn结的耗尽层电容60

2.5 pn结的小信号交流特性61

2.5.1 pn结的扩散电容61

2.5.2 pn结的交流参数和等效电路65

2.6 pn结的开关特性65

2.7 pn结的击穿67

2.7.1 击穿机理概述68

2.7.2 雪崩击穿条件69

2.7.3 雪崩击穿电压的计算71

习题74

第3章 双极型晶体管77

3.1 双极型晶体管的基本结构77

3.2 双极型晶体管内载流子的输运过程79

3.3 双极型晶体管的电流放大系数82

3.3.1 均匀基区晶体管电流增益因子的简化推导82

3.3.2 均匀基区晶体管电流增益因子的数学推导84

3.3.3 缓变基区晶体管的电流放大系数89

3.3.4 发射区重掺杂条件下的禁带变窄效应92

3.3.5 大注入效应94

3.4 晶体管的直流特性97

3.4.1 晶体管的电流电压方程97

3.4.2 晶体管的击穿电压102

3.4.3 纵向基区扩展效应107

3.4.4 发射极电流集边效应108

3.4.5 晶体管的安全工作区111

3.5 双极型晶体管的频率特性112

3.5.1 双极型晶体管频率特性概述112

3.5.2 延迟时间的计算113

3.5.3 晶体管电流放大系数的频率特性115

3.5.4 晶体管的高频等效电路和最高振荡频率117

3.6 双极型晶体管的开关特性121

3.6.1 晶体管工作区域的划分及其饱和工作状态121

3.6.2 晶体管的开关过程124

习题128

第4章 场效应晶体管133

4.1 结型场效应晶体管133

4.1.1 结型场效应晶体管的工作原理133

4.1.2 JFET的电流电压方程135

4.1.3 JFET的直流参数和频率参数139

4.1.4 JFET的短沟道效应144

4.2 绝缘栅场效应晶体管145

4.2.1 半导体表面的特性和理想MOS结构145

4.2.2 MOSFET结构及其工作原理154

4.2.3 MOSFET的阈值电压157

4.2.4 MOSFET的电流电压关系163

4.2.5 MOSFET的亚阈区导电168

4.2.6 MOSFET的击穿电压169

4.2.7 MOSFET的高频等效电路和频率特性173

4.2.8 MOSFET的短沟道效应176

4.2.9 MOSFET阈值电压的调整183

4.2.10 MOSFET的缩比理论184

4.2.11 热电子效应和辐射效应186

习题190

第5章 金属-半导体接触和异质结193

5.1 金属-半导体接触193

5.1.1 理想金属-半导体接触193

5.1.2 非理想效应197

5.1.3 金属-半导体接触的电流电压关系200

5.1.4 欧姆接触的实现方法202

5.2 异质结203

5.2.1 异质结半导体材料能带结构的对应关系203

5.2.2 异质结能带图的画法204

5.2.3 异质结的基本特性206

5.2.4 同型异质结210

5.3 应变异质结211

习题217

第6章 半导体光电子器件219

6.1 半导体的光吸收和发射219

6.1.1 光的基本性质219

6.1.2 光在半导体中的吸收220

6.1.3 半导体的光发射224

6.2 太阳能电池225

6.3 光探测器件229

6.4 发光二极管232

6.4.1 发光二极管基础232

6.4.2 能带工程234

6.5 半导体激光器件238

6.5.1 半导体激光器件基础238

6.5.2 量子阱激光器244

6.5.3 垂直腔面发射激光器249

习题252

附录254

附录A 物理常数254

附录B 晶体结构和晶格常数（A）255

附录C 重要半导体的基本性质256

附录D 硅、砷化镓和锗的重要性质257

附录E 二氧化硅和氮化硅的性质258

附录F 硅中的杂质能级259

附录G 砷化镓中的杂质能级260

参考文献261