《半导体物理》讲义.doc

半 导 体 物 理 讲 义 (第 五 稿) 胡 礼 中 编 大连理工大学物理与光电工程学院电子科学与技术研究所 2011年2月引言本课程是为我校电子科学与技术专业开设的一门必修专业基础课，也是其他相关专业的重要选修课，主要介绍半导体的一些基本物理概念、现象、物理过程及其规律，为学习诸如半导体材料、半导体器件等后续课程打下基础。本课程共分八章。第一和第二章扼要复习一下固体物理已详细介绍过的有关晶体结构和晶格振动及缺陷的基本知识，这些内容是学习后续内容前必需掌握的。第三章到第八章，讲述半导体物理的主要内容。包括：半导体中的电子状态，电子与空穴的统计分布，电导和霍尔效应，非平衡载流子，半导体的接触现象和半导体表面。应该说，能带理论是半导体物理学的基础，因此在第三章中先通过简单的模型和讨论将能带理论的主要结论告诉同学们。包括更复杂的数学推导与计算的严格能带理论，我们将安排在研究生的半导体理论课程中讲授。半导体物理涉及的物理概念和基本原理较多，为了加深对它们的理解，在各章里均给同学们留有习题或思考题，这些题目有的还是基本内容的补充。也有少量难度较大的题目，这样的问题有利于拓宽同学们的知识面和训练同学们的独立思考能力。这里还想说明一点，近年来，半导体学科发展迅速，涉及的内容极其丰富，这门48学时的课程是远远不能容纳的。我只希望能通过本课程的学习，把大家引进门，使同学们对半导体科学和技术发生兴趣，以便今后进一步深入学习、研究和应用。第五稿修正了第四稿中仍然存在的一些错误和不妥之处。参考书1 黄昆，谢希德 半导体物理学，科学出版社，1958年2 黄昆，韩汝琦 半导体物理基础，科学出版社，1979年3 刘文明 半导体物理学，吉林人民出版社，1982年4 刘恩科等 半导体物理学，国防工业出版社（14版）5 孟宪章，康昌鹤 半导体物理学，吉林大学出版社，1993年6 中岛坚志郎 半导体工程学，科学出版社，2001年7 叶良修 半导体物理学，高等教育出版社，1987年8 方俊鑫，陆栋 固体物理学，上海科学技术出版社，1993年9 曾谨言 量子力学，科学出版社，2000年 作业本：活页形式目录第一章 晶体结构 41-1 晶体内部结构的周期性 41-2 晶体的对称性 51-3 倒格子与周期性函数的付立叶展开 61-4 常见半导体的晶体结构 7第二章 晶格振动和晶格缺陷 92-1 一维均匀线的振动 92-2 一维单原子链的振动 102-3 一维双原子链的振动 122-4 玻恩-卡门边界条件（周期性边界条件） 142-5 声子 162-6 晶体中的缺陷和杂质 16第三章 半导体中的电子状态 183-1 电子的运动状态和能带 183-2 价带、导带和禁带 213-3 （自由）载流子 223-4 杂质能级与杂质补偿效应 22第四章 半导体中载流子的统计分布 254-1 状态密度 254-2 费米分布函数和费米能级 274-3 导带电子密度和价带空穴密度 294-4 本征半导体 304-5 杂质半导体 314-5-1 杂质能级的占据几率 314-5-2 只含一种杂质的半导体 324-5-3 存在杂质补偿的半导体 374-6 简并半导体 40第五章 半导体中的电导现象和霍耳效应 425-1 载流子的散射 425-2 电导现象 445-3 霍耳效应 46第六章 非平衡载流子 516-1 非平衡载流子的产生和复合 516-2 连续性方程 536-3 非本征半导体中非平衡少子的扩散和漂移 586-4 近本征半导体中非平衡载流子的扩散和漂移 636-5 载流子复合 64第七章 半导体的接触现象 677-1 外电场中的半导体 677-2 金属半导体接触 707-3 金属半导体接触的整流现象 727-4 半导体pn结 747-5 pn结的整流现象 777-6 理想pn结理论（窄pn结理论） 777-7 pn结击穿 807-8 异质结 817-9 欧姆接触 83第八章 半导体表面 848-1 表面态与