半導體物理學簡明教程（第2版） pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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陳治明，雷天民，馬劍平 編

圖書標籤:

• 半導體物理學
• 半導體
• 物理學
• 電子工程
• 材料科學
• 固體物理
• 教程
• 教材
• 高等教育
• 電子器件

出版社： 机械工业出版社

ISBN：9787111516286

版次：2

商品编码：11853518

品牌：机工出版

包装：平装

丛书名： “十二五”普通高等教育本科国家级规划教材

开本：16开

出版时间：2016-01-01

用纸：胶版纸

页数：255

內容簡介

編者根據使用情況和評審意見對原書作瞭適當修改，力圖以簡明扼要的方式全麵、準確介紹半導體物理學的基礎知識及其新進展，內容包括半導體的物質結構和能帶結構、雜質和缺陷、載流子的統計分布及其運動規律、非熱平衡態半導體、pn結、金屬-半導體接觸、異質結、半導體錶麵、以及主要的半導體效應。

目錄

前言
緒論
第1章半導體的物質結構和能帶
結構
1.1半導體的原子結閤與晶體結構
1.1.1元素的電負性與原子的結閤力
1.1.2共價結閤與正四麵體結構
1.1.3主要半導體的晶體結構
1.2半導體的電子狀態和能帶
1.2.1能級與能帶
1.2.2零勢場與周期勢場中的電子
狀態
1.2.3能帶的填充與晶體的導電性及
空穴的概念
1.3半導體中載流子的有效質量
1.3.1能帶極值附近的E(k)函數
1.3.2電子和空穴的有效質量
1.3.3各嚮異性半導體中載流子的有效
質量
1.4半導體中的雜質和缺陷能級
1.4.1雜質的施、受主作用及其能級
1.4.2深能級雜質
1.4.3缺陷的施、受主作用及其能級
1.5典型半導體的能帶結構
1.5.1能帶結構的基本內容及其錶徵
1.5.2主要半導體的能帶結構
1.6半導體能帶工程概要
1.6.1半導體固溶體
1.6.2利用固溶體技術剪裁能帶結構
1.6.3能帶結構的量子尺寸效應
習題
第2章半導體中的載流子及其輸運
性質
2.1載流子的漂移運動與半導體的
電導率
2.1.1歐姆定律的微分形式
2.1.2半導體的電導率
2.2熱平衡狀態下的載流子統計
2.2.1熱平衡狀態下的電子和空穴
2.2.2費米分布函數與費米能級
2.2.3費米分布函數與玻耳茲曼分布
函數
2.2.4非簡並半導體的載流子密度
2.2.5本徵半導體的載流子密度
2.3載流子密度對雜質和溫度的依賴性
2.3.1雜質電離度
2.3.2非簡並半導體載流子密度隨溫度
的變化
2.3.3簡並半導體
2.4載流子遷移率
2.4.1恒定電場下載流子漂移運動的微觀
描述
2.4.2決定載流子遷移率的物理因素
2.4.3有效質量各嚮異性時的載流子
遷移率
2.5載流子散射及其對遷移率的影響
2.5.1散射的物理本質
2.5.2電離雜質散射及其對遷移率的
影響
2.5.3晶格振動散射及其對遷移率的
影響
2.5.4其他散射機構
2.6半導體的電阻率及其與摻雜濃度和
溫度的關係
2.6.1半導體的電阻率
2.6.2電阻率與摻雜濃度的關係
2.6.3電阻率與溫度的關係
2.7強電場中的載流子輸運
2.7.1強電場效應
2.7.2熱電子與速度飽和
2.7.3負微分遷移率
2.7.4耿氏效應及其應用
2.7.5強電場下的速度過衝和準彈道
輸運
2.8半導體的熱導率
2.8.1熱導率的定義
2.8.2半導體中的導熱機構
2.8.3維德曼-弗蘭茨定律
習題
第3章非熱平衡狀態下的半導體
3.1半導體的非熱平衡狀態
3.1.1額外載流子的産生與復閤
3.1.2額外載流子的壽命
3.1.3準費米能級
3.2復閤理論
3.2.1直接輻射復閤
3.2.2通過單一復閤中心的間接復閤
3.2.3錶麵復閤
3.2.4俄歇復閤
3.2.5陷阱效應及其對復閤的影響
3.3額外載流子的運動
3.3.1額外載流子的擴散與擴散方程
3.3.2擴散方程在不同邊界條件下
的解
3.3.3電場中的額外載流子運動
3.3.4愛因斯坦關係
3.4電流連續性方程及其應用
3.4.1電流連續性方程
3.4.2穩態電流連續性方程及其解
3.4.3連續性方程的應用
3.5半導體的光吸收
3.5.1吸收係數及相關光學常數
3.5.2半導體的本徵吸收
3.5.3其他吸收過程
3.6半導體的光電導和光緻發光
3.6.1半導體的光電導
3.6.2半導體的光緻發光
習題
第4章PN結
4.1PN結的形成及其平衡態
4.1.1PN結的形成及其雜質分布
4.1.2熱平衡狀態下的PN結
4.2PN結的伏安特性
4.2.1廣義歐姆定律
4.2.2理想狀態下的PN結伏安特性
方程
4.2.3PN結伏安特性對理想方程的
偏離
4.3PN結電容
4.3.1PN結勢壘區的電場及電勢
分布
4.3.2勢壘電容
4.3.3擴散電容
4.3.4用電容-電壓法測量半導體的雜質
濃度
4.4PN結擊穿
4.4.1雪崩擊穿
4.4.2隧道擊穿
4.4.3熱電擊穿
4.5PN結的光伏效應
4.5.1光生電動勢原理
4.5.2光照PN結的電流-電壓方程
4.5.3光照PN結的特徵參數
4.6PN結發光
4.6.1發光原理
4.6.2半導體激光器原理
習題
第5章金屬-半導體接觸
5.1金屬-半導體接觸及其平衡狀態
5.1.1金屬和半導體的功函數
5.1.2有功函數差的金屬-半導體
接觸
5.1.3錶麵態對接觸電勢差的影響
5.1.4歐姆接觸
5.2金屬-半導體接觸的非平衡狀態
5.2.1不同偏置狀態下的肖特基勢壘
5.2.2正偏肖特基勢壘區中的費米
能級
5.2.3厚勢壘金屬-半導體接觸的伏安
特性
5.2.4薄勢壘金屬-半導體接觸的伏安
特性
5.2.5金屬-半導體接觸的少子注入
問題
5.2.6非平衡態肖特基勢壘接觸的特點
及其應用
習題
第6章異質結和納米結構
6.1異質結的構成及其能帶
6.1.1異質結的構成與類型
6.1.2理想異質結的能帶結構
6.1.3界麵態對異質結能帶結構的
影響
6.2異質結特性及其應用
6.2.1伏安特性
6.2.2注入特性
6.2.3光伏特性
6.2.4異質結的應用
6.3半導體量子阱和超晶格
6.3.1量子阱和超晶格的結構與種類
6.3.2量子阱和超晶格中的電子狀態
6.3.3量子阱效應和超晶格效應
習題
第7章半導體錶麵與MIS結構
7.1半導體錶麵與錶麵態
7.1.1理想晶體錶麵模型及其解
7.1.2實際半導體錶麵
7.1.3Si�睸iO2係統的性質及其優化
處理
7.2錶麵電場效應與MIS結構
7.2.1錶麵電場的産生與應用
7.2.2理想MIS結構及其錶麵電場
效應
7.2.3理想MIS結構的空間電荷層與
錶麵勢
7.3MIS結構的電容-電壓特性

7.3.1理想MIS結構的電容-電壓
特性
7.3.2實際MIS結構的電容-電壓
特性
7.4錶麵電導與錶麵遷移率
7.4.1錶麵電導
7.4.2錶麵散射與錶麵載流子的有效遷
移率
7.4.3影響錶麵遷移率的主要因素
7.4.4錶麵遷移率模型與載流子的錶麵
飽和漂移速度
習題
第8章半導體效應
8.1熱電效應
8.1.1塞貝剋效應
8.1.2珀耳帖效應
8.1.3湯姆遜效應
8.1.4塞貝剋係數、珀耳帖係數和湯姆
遜係數間的關係
8.2霍爾效應
8.2.1霍爾效應原理
8.2.2霍爾遷移率
8.2.3霍爾係數
8.3磁阻與壓阻效應
8.3.1磁阻效應
8.3.2壓阻效應
習題
參考文獻

前言/序言

本書是參照教育部高等學校電子科學與技術專業教學指導分委員會提齣的電子科學與技術專業和微電子學專業人纔培養目標及其對基本課程設置和教學內容的建議，在多年從事半導體物理教學活動的基礎上，匯集多位前輩師長的嘔心之作編寫而成。“半導體物理學”在我國高校獨立設課已有半個多世紀，作為半導體與微電子技術這個新興學科的一門重要基礎理論課程，為學科建設和人纔培養做齣瞭巨大貢獻。就這門課程的教材而言，前有黃昆、謝希德二位大師的開山經典，後有葉良修、劉恩科諸師詮釋經典、傳承薪火的鴻篇巨製，以及施敏、Neamen等海外名師及時反映學界最新成就的煌煌名著，講授此課，自可博采眾長，以最容易讓學生接受的方式去理解和掌握深奧的理論，為學好後續課程打下堅實基礎。
進入新世紀以來，隨著我國教育、教學改革的深化和電子與信息産業的迅猛發展，高級專業人纔的培養更加側重素質教育，知識結構開始嚮多元化方嚮發展，包括半導體物理學在內，一些傳統專業基礎課程的學時不得不大幅度削減，而半導體物理的新知識、新理論卻在不斷湧現，越來越厚的教科書與越來越少的學時形成一種難以化解的衝突。因此，我們不揣冒昧，在多年來講授半導體物理學時以本書參考文獻中所列12本教材或專著作為主要參考文獻而編寫的講義基礎上，加工完善而成這本簡明教程。本書在編寫時除考慮學時外，更多地還考慮到主要授課對象為高等學校工科高年級學生。
本書是在第1版的基礎上修訂而成，基本保持瞭傳統半導體物理學教材的篇章結構，但有所突破。例如，將半導體光學性質及其應用的一些主要內容閤並入講述非熱平衡態半導體的第3章等。這樣做，主要是為瞭適應不同計劃學時的需要。大體上，講完全書至少需要80學時。學時不足50的情況下可隻講前3章或前4章，學時稍有富餘則可依次後延。
本書第4、5、8章由西安電子科技大學雷天民教授編寫；西安理工大學馬劍平教授編寫瞭第3、7章；陳治明教授編寫瞭緒論及第1、2、6章，並負責策劃和全書的統稿。
本書的作者們滿懷敬意嚮參考文獻中所列12本主要參考與引用書籍的作者和齣版社錶示最誠摯的感謝，並嚮為本書選編瞭大部分習題的西安理工大學楊鶯副教授和認真校閱書稿並協助繪製插圖的林生晃、劉文濤錶示感謝。
編者

《半導體物理學簡明教程（第2版）》圖書簡介 前言 在這個日益依賴電子器件的時代，理解半導體物理學的基本原理至關重要。從我們手中的智能手機到龐大的數據中心，從精密的醫療設備到新能源的驅動技術，半導體材料和器件都扮演著不可或缺的角色。它們構成瞭現代電子學的基礎，也深刻地影響著我們生活的方方麵麵。 《半導體物理學簡明教程（第2版）》旨在為廣大讀者，特彆是高等院校本科生、研究生以及相關領域的研究和工程技術人員，提供一個清晰、係統、深入的學習平颱。本教程在原有的基礎上，吸納瞭近年來半導體科學與技術領域的新進展，對內容進行瞭更新與完善，力求以最簡明扼要的方式，揭示半導體物理學的核心概念、重要模型和關鍵理論。我們希望通過本書，幫助讀者建立紮實的理論基礎，培養解決實際問題的能力，並激發對這一迷人學科的進一步探索熱情。 本書特色與內容概述 《半導體物理學簡明教程（第2版）》秉持“化繁為簡，突齣重點，注重應用”的編寫原則，力求將深奧的物理概念以易於理解的語言和直觀的圖示呈現齣來。全書內容循序漸進，邏輯清晰，從基礎的晶體結構和能帶理論入手，逐步深入到載流子的産生與復閤、輸運現象、PN結、以及各種半導體器件的工作原理。 第一部分：半導體基礎 晶體結構與鍵閤（Crystal Structure and Bonding）: 任何半導體材料的特性都與其原子排列方式和原子間的相互作用密切相關。本部分將詳細介紹常見的半導體晶體結構，如金剛石立方結構（Diamond Cubic Structure）和閃鋅礦結構（Zincblende Structure），並闡述共價鍵、離子鍵等鍵閤方式在半導體材料中的體現。理解這些基本結構和鍵閤特徵，是理解後續能帶理論和載流子行為的前提。 能帶理論（Energy Band Theory）: 這是半導體物理學的核心理論之一。我們將從量子力學的角度齣發，解釋電子在周期性晶體勢場中的運動是如何形成能帶的。重點闡述價帶（Valence Band）、導帶（Conduction Band）和帶隙（Band Gap）的概念，以及它們如何決定材料是導體、絕緣體還是半導體。同時，也會介紹有效質量（Effective Mass）等重要概念，它描述瞭電子或空穴在晶格中的運動行為。 本徵半導體（Intrinsic Semiconductors）: 在純淨的半導體材料中，電子和空穴的濃度相等。本部分將講解本徵載流子濃度（Intrinsic Carrier Concentration）的溫度依賴性，以及其與帶隙能量的關係。通過對本徵半導體的分析，為理解雜質半導體打下基礎。 第二部分：雜質與載流子 雜質半導體（Extrinsic Semiconductors）: 現實中的半導體材料幾乎都含有少量雜質原子，這些雜質的引入可以極大地改變半導體的導電性能。本部分將詳細介紹N型半導體（N-type Semiconductor）和P型半導體（P-type Semiconductor）的形成機理。闡述施主（Donor）和受主（Acceptor）雜質的能級位置，以及它們如何分彆提供多餘的電子或空穴作為多數載流子。 載流子濃度（Carrier Concentration）: 理解載流子濃度及其分布規律是分析半導體器件性能的關鍵。我們將推導不同溫度和摻雜濃度下，電子和空穴濃度的錶達式，並引入費米能級（Fermi Level）的概念，它決定瞭電子在不同能級上的占據概率。 載流子産生與復閤（Carrier Generation and Recombination）: 在半導體材料中，載流子並非固定不變，它們會不斷産生和復閤。本部分將介紹不同類型的載流子産生機製，如熱激發（Thermal Excitation）和光激發（Photoexcitation）。更重要的是，將深入探討載流子復閤的幾種主要方式，包括輻射復閤（Radiative Recombination）和非輻射復閤（Non-radiative Recombination），以及它們對材料性能的影響。 第三部分：載流子輸運 載流子輸運現象（Carrier Transport Phenomena）: 載流子的定嚮運動構成瞭電流。本部分將詳細講解兩種主要的載流子輸運機製：漂移（Drift）和擴散（Diffusion）。漂移是載流子在外加電場作用下的定嚮運動，其與遷移率（Mobility）密切相關。擴散是由於載流子濃度梯度引起的隨機運動，其與擴散係數（Diffusion Coefficient）相關。 歐姆定律與遷移率（Ohm's Law and Mobility）: 歐姆定律在半導體材料中的體現，即電流與電壓成正比，其比例係數與材料的電導率（Conductivity）有關。我們將深入分析遷移率的物理意義，並探討影響遷移率的因素，如溫度、雜質散射和晶格振動散射。 擴散方程（Diffusion Equation）: 描述載流子濃度隨時間和空間變化的數學方程。本部分將介紹如何建立和求解一維、穩態以及非穩態的擴散方程，這是分析PN結和器件內部載流子行為的基礎。 連續性方程（Continuity Equation）: 結閤瞭載流子的産生、復閤以及輸運過程，描述瞭載流子濃度在空間和時間上的演變。我們將推導並講解連續性方程，它是分析動態過程和非穩態特性的重要工具。 第四部分：PN結理論 PN結的形成與平衡狀態（PN Junction Formation and Equilibrium）: PN結是幾乎所有半導體器件的核心結構。本部分將詳細講解P型和N型半導體接觸後，載流子會發生擴散，形成一個耗盡區（Depletion Region），並産生一個內建電場（Built-in Electric Field）和內建電勢（Built-in Potential）。在平衡狀態下，漂移和擴散電流相互抵消。 PN結的伏安特性（Current-Voltage Characteristics of PN Junction）: 這是PN結最重要的特性。我們將深入分析PN結在外加正嚮偏壓（Forward Bias）和反嚮偏壓（Reverse Bias）下的電流-電壓關係。重點講解正嚮電流的主要來源（擴散電流），以及反嚮漏電流（Reverse Leakage Current）的來源（漂移電流）。 PN結的電容效應（Capacitance Effects in PN Junction）: PN結在交變電信號作用下會錶現齣電容特性。本部分將介紹結電容（Junction Capacitance）和擴散電容（Diffusion Capacitance）的概念，以及它們在不同偏壓下的變化規律。 第五部分：半導體器件 二極管（Diodes）: 作為最基本的半導體器件，二極管的構成和工作原理是學習其他復雜器件的基礎。本部分將介紹各種類型的二極管，如PN結二極管、齊納二極管（Zener Diode）、肖特基二極管（Schottky Diode）和發光二極管（LED）等，並分析它們各自的特性和應用。 雙極型晶體管（Bipolar Junction Transistors, BJTs）: BJT是重要的放大和開關器件。本部分將詳細講解NPN型和PNP型BJT的結構、工作原理，以及其放大作用的物理機製。分析CE、CB、CC三種接法的特性，並介紹BJT的伏安特性麯綫。 場效應晶體管（Field-Effect Transistors, FETs）: FET是一類重要的電壓控製型器件，在數字集成電路中應用廣泛。本部分將介紹結型場效應晶體管（JFET）和MOS場效應晶體管（MOSFET）的結構和工作原理。重點闡述MOSFET的柵極電壓如何通過改變溝道中的載流子濃度來控製漏極電流，並介紹其三種工作模式：截止區、綫性區和飽和區。 集成電路基礎（Introduction to Integrated Circuits）: 簡要介紹集成電路的基本概念，包括其構成、製造工藝以及在現代電子産品中的重要性。 附錄與參考文獻 本書還包含重要的物理常數錶、常見的半導體材料參數，以及推薦的進一步閱讀文獻，以幫助讀者深入學習和拓展知識。 緻謝 本書的完成離不開眾多同仁和讀者的支持與鼓勵。在此，我們嚮所有為本書付齣辛勤努力的編輯、審稿人以及曾經給予我們指導和啓發的學者們錶示衷心的感謝。 結語 半導體物理學是一門充滿活力和挑戰的學科，它不斷推動著科技的進步。希望《半導體物理學簡明教程（第2版）》能夠成為您踏入半導體世界的一扇窗口，為您開啓一段精彩的求知之旅。我們期待著在未來，看到您運用所學知識，為半導體技術的發展做齣貢獻。

评分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計就給我一種非常紮實的感覺，不是那種花裏鬍哨的，而是沉甸甸的學術感。我當時在書店裏翻瞭翻，排版清晰，圖文並茂，而且很多公式的推導都寫得非常詳細，這對於我這種想深入理解半導體物理底層邏輯的人來說，簡直是福音。我之前也看過一些其他版本的教材，有些講得太過於理論化，離實際應用有點遠，讓我覺得學習起來有些枯燥。而這本《半導體物理學簡明教程（第2版）》似乎在這方麵做得很好，它在理論講解的基礎上，還穿插瞭不少與現代半導體器件和工藝相關的例子，讓我能更直觀地感受到這些理論知識的價值。雖然我還沒有深入學習完，但從初步的瀏覽來看，這本書的知識體係構建得很完整，邏輯性也很強，每一章的內容都像是為下一章打下堅實基礎，循序漸進，不會讓人感到跳躍式學習的睏難。我特彆看重這一點，因為半導體物理本身就是一個非常龐雜的領域，如果知識點之間銜接不好，很容易讓人迷失方嚮。

评分☆☆☆☆☆

作為一個在半導體行業摸爬滾打多年的工程師，我深知理論與實踐相結閤的重要性。有時候，即便是經驗豐富的工程師，也會在麵對一些新的問題時，需要迴顧基礎理論。《半導體物理學簡明教程（第2版）》對我來說，就像一本“常備查閱手冊”。雖然我早已過瞭學習基礎知識的階段，但每次重讀，總能發現一些之前被忽略的細節，或者對某些概念有瞭更深層次的理解。這本書的優點在於，它沒有為瞭追求“簡明”而犧牲掉關鍵的物理細節，反而在“簡明”的基礎上，做得更加深入和透徹。我尤其欣賞它在講解某些器件原理時，會追溯到其最根本的物理機製，這種層層剝離的講解方式，對於理解現代復雜半導體器件的工作原理非常有啓發。而且，這本書的更新迭代做得也很好，第二版相比第一版，肯定在內容上有所補充和完善，這一點對於快速發展的半導體行業來說尤為重要。

评分☆☆☆☆☆

這本書給我的第一印象是它的“簡明”二字做得很到位。我並不是半導體專業科班齣身，之前對這塊的瞭解可以說是一片空白，但又因為工作需要，不得不快速入門。在朋友的推薦下，我選擇瞭這本《半導體物理學簡明教程（第2版）》。事實證明，這個選擇非常明智。作者的寫作風格非常平易近人，語言通俗易懂，避免瞭過多的專業術語堆砌，即使是初學者也能很快理解。它不像某些入門書籍那樣，上來就講一堆晦澀難懂的公式和概念，而是從最基本的半導體概念講起，一點一點地深入。我尤其喜歡書中的一些類比和比喻，它們將抽象的物理現象形象化，讓我更容易將理論與實際聯係起來。而且，它還在很多關鍵概念的講解後，附帶瞭相關的習題，這對於鞏固學習成果非常有幫助。我試著做瞭幾道，感覺題目設計得很巧妙，能夠檢驗我對知識點的掌握程度，也讓我能夠發現自己理解上的盲點。

评分☆☆☆☆☆

這本書給我的感覺，就像是為我量身定製的一位耐心的老師。我之前接觸過一些半導體物理的書，但總感覺要麼太過於抽象，要麼就直接跳到很難理解的部分。這本書的敘述方式非常吸引人，它循序漸進，從最基礎的原子結構和晶體結構講起，逐步引入瞭量子力學的概念，然後再將這些概念應用到半導體的能帶結構上。每一步的過渡都很自然，讓我感覺自己是在一步步地構建對半導體世界的理解，而不是被動地接受一堆信息。我喜歡它在講解每一個新的概念時，都會先給齣一個直觀的物理圖像，然後再進行數學推導。這種“先形象，後理論”的方式，讓我能夠更快地抓住問題的核心。而且，書的整體結構也非常閤理，章節劃分清晰，目錄也做得非常詳細，方便我查找和復習。我還在書中看到瞭一些有趣的思考題，它們不是簡單的計算題，而是需要我運用所學知識去分析和解決問題，這對於培養我的獨立思考能力很有幫助。

评分☆☆☆☆☆

我是一名正在準備考研的學子，半導體物理是我的重點科目之一。在選擇復習資料時，我非常謹慎。《半導體物理學簡明教程（第2版）》是我在眾多教材中挑選齣來的。這本書在學術嚴謹性上做得非常齣色，它不僅涵蓋瞭半導體物理學的核心概念，例如能帶理論、載流子輸運、PN結等，而且在內容的深度和廣度上都恰到好處。對於一些復雜的高級概念，作者也處理得非常得當，能夠讓有一定基礎的讀者理解其精髓，又不至於讓初學者望而卻步。我注意到書中的插圖質量非常高，很多示意圖都非常精確，有助於我們理解復雜的物理過程。另外，我還在書的扉頁看到作者的簡介，感覺他對半導體領域有深入的研究和豐富的教學經驗，這讓我對這本書的專業性和權威性更加信任。我對這本書抱有很高的期望，相信它能為我的考研復習打下堅實的基礎。