《電子信息與電氣學科規(guī)劃教材·電子科學與技術專業(yè)：固態(tài)電子論》涵蓋了固體物理基礎知識與半導體物理學兩部分內(nèi)容，全書由9章組成：第1、2章闡述了固體物理基礎知識，包括晶體結構及其結合、振動、缺陷的相關理論；第3～8章系統(tǒng)闡述了半導體物理學基本理論，包括半導體晶體能帶論、平衡載流子的統(tǒng)計分布、電傳導特性、非平衡載流子、接觸理論及表面與界面理論；第9章闡述了半導體光電效應。各章的引言部分介紹了本章主要內(nèi)容、重點應掌握知識點，以及學習難點；章后附有習題。在附錄中還介紹了為半導體物理學重點理論內(nèi)容設置的5個實驗指導。
《電子信息與電氣學科規(guī)劃教材·電子科學與技術專業(yè)：固態(tài)電子論》思路清晰，物理概念突出，盡量避免繁雜的數(shù)學公式推導，易于讀者理解和掌握。而且無須先修固體物理學課程就可以直接使用本教材學習半導體物理學知識。
“半導體物理學”是微電子及其相關專業(yè)的專業(yè)基礎課程，支持微電子器件原理、集成電路設計等后續(xù)課程的教學。學習半導體物理學之前，必須具備相關的固體物理學基礎知識�？紤]到學生基礎課學時數(shù)的精簡，以及保證半導體物理學知識的系統(tǒng)性與完整性，哈爾濱工業(yè)大學結合十余年的教學實踐經(jīng)驗，將原本各自獨立開設的“固體物理學基礎”與“半導體物理學”有機地融合為一門課程，為本校微電子及相關專業(yè)的本科生開設，課程定名為“固態(tài)電子論”。同時將課堂教學與實踐教學相結合，還開設了“固態(tài)電子論實驗”。本書正是在編者多年講授的“固態(tài)電子論”課程教案的基礎上編寫的一本適合理工科高等院校電子類專業(yè)使用的教材。學生可以在完成“大學物理”學習的基礎上，直接使用本教材學習“半導體物理學”課程。授課參考學時數(shù)為72學時，實驗學時數(shù)為20學時。
本書的核心內(nèi)容是介紹半導體晶體內(nèi)電子的運動規(guī)律。全書主要由9章組成。第1、2章介紹固體物理基礎知識：第1章主要闡述理想晶體的微觀幾何結構及相關理論；第2章闡述實際原子構成的晶體，及其結合、振動及缺陷方面的相關理論。在這兩章中突出介紹了半導體硅、砷化鎵的結構特征、結合類型，及其晶格振動與晶體缺陷的特點。第3～9章介紹半導體物理學知識。第3章主要講述能帶理論及半導體中電子的運動規(guī)律，介紹硅、鍺和砷化鎵半導體的能帶結構及各種雜質(zhì)能級和缺陷在半導體中的作用；第4章闡述半導體中電子的分布狀態(tài)，分析半導體的載流子分布規(guī)律；第5章介紹半導體中載流子漂移運動的規(guī)律和載流子散射，講述遷移率、電阻率與雜質(zhì)濃度及溫度的關系；第6章介紹非平衡載流子的注入與復合、壽命和準費米能級，闡述復合理論及載流子的擴散和漂移運動規(guī)律；第7章闡述pn結和金屬半導體接觸及其能帶圖，介紹半導體接觸的各種應用；第8章介紹半導體的表面態(tài)和表面場效應，闡述MIS結構的電容－電壓特性及其相關性質(zhì)；第9章闡述半導體的光吸收、光電導和光生伏特效應，介紹半導體發(fā)光和半導體激光。此外，在本書最后的附錄中，介紹了為“半導體物理學”重點理論內(nèi)容設置的實驗指導。分別為：①少子壽命測量；②pn結直流電學特性；③半導體電阻率及其溫度特性；④MOS結構高頻C-V特性；⑤pn結光電效應及其頻譜特性。
全書結構與內(nèi)容體系新穎，重點突出了物理概念，盡量避免繁雜的數(shù)學公式推導。在每章引言中介紹本章主要內(nèi)容、重點、難點；各章后配有復習題。試圖做到思路清晰，易于讀者理解和掌握。本書除了作為本科生教材之外，也適合作為微電子學與固體電子學領域及相關專業(yè)人員學習半導體物理知識的參考書，而且本書還是哈爾濱工業(yè)大學“微電子學與固體電子學”學科研究生入學考試的重點參考教材。
本書主編劉曉為教授，自1987年至今一直從事“固態(tài)電子論”的本科教學工作，是哈爾濱工業(yè)大學微電子學與固體電子學學科負責人，系主任，國家集成電路培養(yǎng)基地主任。第1、2章和所附實驗部分由王蔚執(zhí)筆；第3～6章由張宇峰執(zhí)筆；第7、8章由呂炳均執(zhí)筆；第9章由付強執(zhí)筆。
在本書編撰過程中劉振茂教授對全書進行了初審。另外，初稿編寫中苑振宇、胡青云、孟昊等同學幫助收集資料并撰寫了部分內(nèi)容。在本書即將出版之際僅對上述各位，以及為本書出版給予支持與幫助的人士表示由衷感謝！
由于編者水平有限，在書中難免出現(xiàn)各種問題，懇請讀者予以指正。
編者
2012年12月于哈爾濱工業(yè)大學
第1章 晶體結構
1.1 晶體的宏觀特征
1.2 晶體的微觀結構
1.2.1 空間點陣
1.2.2 平移矢與晶格
1.2.3 原胞與晶胞
1.3 晶格類型與典型結構
1.3.1 立方晶系
1.3.2 其他晶格類型
1.3.3 金剛石結構
1.3.4 閃鋅礦結構
1.3.5 密堆砌結構
1.3.6 其他典型結構
1.4 晶體的對稱性
1.4.1 旋轉對稱操作
1.4.2 中心反演
1.4.3 鏡像面
1.4.4 旋轉反演操作
1.4.5 螺旋與滑移反映操作
1.5 晶向與晶面指數(shù)
1.5.1 晶列與晶向
1.5.2 晶面與晶面指數(shù)
1.5.3 金剛石結構硅的晶向與晶面
1.6 晶體的倒格子與布里淵區(qū)
1.6.1 倒格子的定義
1.6.2 倒格子與正格子的關系
1.6.3 布里淵區(qū)的定義
1.6.4 典型晶格倒格子及布里淵區(qū)
1.7 晶體的X射線衍射
1.7.1 晶體衍射簡介
1.7.2 晶格衍射極大條件
1.7.3 厄瓦爾德反射球
1.7.4 影響衍射的因素
習題一
第2章 晶體結合與晶格振動及缺陷
2.1 晶體內(nèi)能與性質(zhì)
2.1.1 內(nèi)能函數(shù)
2.1.2 與內(nèi)能相關的性質(zhì)
2.2 晶體結合類型
2.2.1 離子結合
2.2.2 共價結合
2.2.3 金屬結合
2.2.4 范德瓦爾斯結合
2.2.5 氫鍵結合
2.3 一維晶格振動
2.3.1 單原子鏈運動方程
2.3.2 格波的色散關系
2.3.3 關于格波與波矢的討論
2.3.4 波恩-卡曼周期性邊界條件
2.3.5 雙原子鏈的運動方程
2.3.6 聲學波與光學波
2.4 三維晶格振動與聲子
2.4.1 三維晶格振動討論
2.4.2 晶格振動能量與諧振子
2.4.3 能量量子與聲子
2.5 晶格缺陷
2.5.1 點缺陷
2.5.2 線缺陷
2.5.3 面缺陷
習題二
第3章 半導體中的電子狀態(tài)與雜質(zhì)
3.1 半導體中的電子狀態(tài)和能帶
3.1.1 原子中的電子狀態(tài)和能級
3.1.2 晶體中的電子狀態(tài)
3.2 周期性勢場中的電子狀態(tài)和能帶
3.2.1 晶體的周期性勢場
3.2.2 薛定諤方程和布洛赫（Bloch）定理
3.2.3 Kronig-Penney模型
3.2.4 布里淵區(qū)
3.2.5 導體、半導體和絕緣體的能帶結構
3.3 半導體中電子的運動、有效質(zhì)量
3.3.1 半導體中E（k）與k的關系
3.3.2 半導體中電子的速度（平均速度）
3.3.3 半導體中電子的加速度
3.3.4 有效質(zhì)量的意義
3.4 本征半導體的導電機構——空穴
3.4.1 能帶中電子的導電作用
3.4.2 空穴
3.5 回旋共振
3.5.1 k空間等能面
3.5.2 回旋共振的實驗原理與方法
3.6 硅和鍺的能帶結構
3.6.1 硅和鍺的導帶結構
3.6.2 硅和鍺的價帶結構
3.6.3 Ⅲ-Ⅴ族化合物半導體能帶結構
3.7 半導體中雜質(zhì)、缺陷及其能級
3.7.1 硅鍺晶體中的雜質(zhì)能級
3.7.2 Ⅲ-Ⅴ族化合物中的雜質(zhì)能級
3.7.3 晶體缺陷和位錯能級
習題三
第4章 半導體中的載流子及其導電性
4.1 狀態(tài)密度
4.1.1 k空間的量子態(tài)分布
4.1.2 狀態(tài)密度
4.2 費米能級和載流子的統(tǒng)計分布
4.2.1 費米分布函數(shù)
4.2.2 玻爾茲曼分布函數(shù)
4.2.3 非簡并半導體載流子濃度
4.3 本征半導體
4.4 非簡并雜質(zhì)半導體
4.4.1 雜質(zhì)能級上的電子和空穴
4.4.2 非簡并雜質(zhì)半導體載流子濃度
4.5 一般情況下載流子的統(tǒng)計分布
4.6 簡并半導體
4.6.1 簡并半導體的載流子濃度
4.6.2 重摻雜效應
習題四
第5章 半導體的導電性
5.1 載流子的漂移運動——遷移率
5.1.1 歐姆定律的微分形式
5.1.2 載流子的漂移速度和遷移率
5.1.3 半導體的電導率
5.2 載流子散射
5.2.1 載流子的散射概念
5.2.2 半導體的主要散射機構
5.3 遷移率與雜質(zhì)濃度和溫度的關系
5.3.1 平均自由時間和散射概率的關系
5.3.2 電導率，遷移率與平均自由時間的關系
5.3.3 遷移率與雜質(zhì)濃度和溫度的關系
5.4 電阻率與雜質(zhì)濃度和溫度的關系
5.4.1 電阻率與雜質(zhì)濃度的關系
5.4.2 電阻率與溫度的關系
5.5 強電場下的效應與熱載流子
5.5.1 強電場下歐姆定律的偏離
5.5.2 平均漂移速度與電場強度的關系
5.6 耿氏效應
5.6.1 多能谷散射和體內(nèi)微分負電導
5.6.2 高場疇區(qū)及耿氏振蕩
習題五
第6章 非平衡載流子及其擴散運動
6.1 非平衡載流子的注入與復合
6.2 非平衡載流子的壽命
6.3 準費米能級
6.4 復合理論
6.4.1 直接復合
6.4.2 間接復合
6.4.3 表面復合
6.5 陷阱效應
6.6 載流子的擴散運動、電流密度方程和愛因斯坦關系式
6.6.1 平面擴散
6.6.2 徑向擴散
6.6.3 電流密度方程
6.6.4 愛因斯坦關系式
6.7 連續(xù)性方程
6.7.1 連續(xù)性方程的建立
6.7.2 連續(xù)性方程的應用
習題六
第7章 半導體接觸理論
7.1 pn結及其能帶圖
7.1.1 pn結的結構及雜質(zhì)分布
7.1.2 空間電荷區(qū)
7.1.3 pn結的能帶圖
7.1.4 接觸電勢差
7.1.5 pn結中的載流子分布
7.2 pn結電流-電壓特性
7.2.1 pn結的勢壘
7.2.2 理想電流電壓模型及方程
7.2.3 影響pn結伏安特性曲線的因素
7.3 pn結電容
7.3.1 勢壘電容與擴散電容
7.3.2 突變結的勢壘電容
7.3.3 線性緩變結勢壘電容
7.3.4 擴散電容
7.4 pn結的擊穿特性
7.4.1 雪崩擊穿
7.4.2 隧道擊穿
7.4.3 熱電擊穿
7.5 金屬-半導體接觸與能帶圖
7.5.1 金屬和半導體的功函數(shù)
7.5.2 接觸電勢差
7.5.3 表面態(tài)對接觸勢壘的影響
7.6 金屬和半導體接觸的電流-電壓特性
7.6.1 整流特性
7.6.2 少數(shù)載流子的注入效應
7.6.3 歐姆接觸
習題七
第8章 半導體表面與界面理論
8.1 半導體表面特性
8.1.1 表面態(tài)
8.1.2 表面電場效應
8.2 MIS結構的電容-電壓特性
8.2.1 理想MIS結構的C-V特性
8.2.2 影響MIS結構C-V特性的主要因素
8.3 硅-二氧化硅系統(tǒng)的性質(zhì)
8.3.1 二氧化硅層中的可動離子
8.3.2 二氧化硅層中的固定表面電荷
8.3.3 硅-二氧化硅層的界面態(tài)
8.3.4 二氧化硅中的陷阱電荷
8.4 異質(zhì)結
8.4.1 異質(zhì)結的能帶圖
8.4.2 異質(zhì)結的電流機制
8.4.3 異質(zhì)結的應用
習題八
第9章 半導體光學特性
9.1 半導體基本光學特性
9.2 半導體的光吸收
9.2.1 本征吸收與帶間躍遷
9.2.2 激子吸收
9.2.3 帶內(nèi)躍遷
9.2.4 雜質(zhì)吸收
9.2.5 晶格振動吸收
9.3 半導體的光電導
9.3.1 光電導現(xiàn)象的分類
9.3.2 本征光電導
9.3.3 雜質(zhì)光電導
9.3.4 其他類型光電導
9.3.5 光電導靈敏度及對光電導材料的要求
9.3.6 光電導效應的影響因素
9.4 半導體的光生伏特效應
9.4.1 體光生伏特效應
9.4.2 勢壘型光生伏特效應
9.4.3 光電二極管的伏安特性
9.4.4 太陽能電池
9.5 半導體發(fā)光
9.5.1 半導體中的發(fā)光過程
9.5.2 發(fā)光效率
9.5.3 電致發(fā)光機構
9.5.4 光發(fā)射器件
……
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