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第1章 晶体的结构和晶体的结合1

1.1 晶体的特征与晶体结构的周期性1

1.1.1 晶体的特征1

1.1.2 晶体结构的周期性3

1.1.3 原胞与晶胞5

1.1.4 实际晶体举例7

1.2 晶列与晶面 倒格子10

1.2.1 晶列10

1.2.2 晶面12

1.2.3 倒格子14

1.3 晶体结构的对称性 晶系16

1.3.1 物体的对称性与对称操作16

1.3.2 晶体的对称点群18

1.3.3 晶系21

1.3.4 准晶体23

1.4 确定晶体结构的方法24

1.4.1 晶体衍射的一般介绍24

1.4.2 衍射方程25

1.4.3 反射公式26

1.4.4 反射球26

1.5 晶体的结合29

1.5.1 离子性结合29

1.5.2 共价结合29

1.5.3 金属性结合30

1.5.4 范德华结合31

1.6 晶体生长简介32

1.6.1 自然界的晶体32

1.6.2 溶液中生长晶体34

1.6.3 水热法生长晶体35

1.6.4 熔体中生长晶体36

1.6.5 硅、锗单晶生长37

习题140

第2章 晶格振动和晶体的缺陷42

2.1 晶格振动和声子42

2.1.1 一维单原子晶格的振动42

2.1.2 周期性边界条件44

2.1.3 晶格振动量子化 声子45

2.2 声学波与光学波46

2.2.1 一维双原子晶格的振动46

2.2.2 声学波和光学波的特点48

2.3 格波与弹性波的关系50

2.4 声子谱的测量方法52

2.5 晶体中的缺陷54

2.5.1 点缺陷54

2.5.2 线缺陷58

2.5.3 面缺陷59

习题261

第3章 能带论基础62

3.1 晶体中电子状态的近似处理方法62

3.1.1 单电子近似62

3.1.2 周期性势场的形成63

3.2 金属中的自由电子模型64

3.2.1 无限深势阱近似——驻波解65

3.2.2 周期性边界条件——行波解66

3.2.3 能态密度67

3.2.4 费米球68

3.3 布洛赫定理69

3.3.1 布洛赫定理的表述69

3.3.2 布洛赫定理的证明70

3.3.3 布洛赫函数的意义71

3.4 克龙尼克-潘纳模型72

3.4.1 求解72

3.4.2 讨论75

3.4.3 能带结构的特点77

3.5 能带的计算方法78

3.5.1 准自由电子近似79

3.5.2 布洛赫函数的例子82

3.5.3 紧束缚近似83

3.6 晶体的导电性83

3.6.1 电子运动的速度和加速度 有效质量83

3.6.2 电子导电和空穴导电85

3.6.3 导体、半导体和绝缘体的区别88

3.7 实际晶体的能带89

3.7.1 回旋共振和有效质量89

3.7.2 硅和锗的能带结构91

3.7.3 砷化镓的能带结构94

习题395

第4章 半导体中的载流子97

4.1 本征半导体与杂质半导体97

4.1.1 本征半导体97

4.1.2 杂质半导体98

4.1.3 杂质电离能与杂质补偿99

4.2 半导体中的载流子浓度100

4.2.1 费米分布函数100

4.2.2 平衡态下的导带电子浓度和价带空穴浓度101

4.2.3 本征载流子浓度与费米能级103

4.2.4 杂质充分电离时的载流子浓度104

4.2.5 杂质未充分电离时的载流子浓度105

4.3 简并半导体107

4.4 载流子的漂移运动110

4.4.1 迁移率110

4.4.2 电导率111

4.4.3 霍耳（Hall）效应113

4.5 非平衡载流子及载流子的扩散运动115

4.5.1 稳态与平衡态115

4.5.2 寿命116

4.5.3 扩散运动117

4.5.4 连续性方程118

习题4120

第5章 PN结123

5.1 PN结及其能带图123

5.1.1 PN结的制备123

5.1.2 PN结的内建电场与能带图124

5.1.3 PN结的载流子分布126

5.1.4 PN结的势垒形状127

5.2 PN结电流电压特性128

5.2.1 非平衡PN结的势垒与电流的定性分析128

5.2.2 非平衡PN结的少子分布130

5.2.3 理想PN结的电流电压方程132

5.3 PN结电容135

5.3.1 势垒电容135

5.3.2 扩散电容136

5.3.3 势垒电容的计算136

5.3.4 扩散电容的计算138

5.4 PN结击穿139

5.4.1 雪崩击穿139

5.4.2 隧道击穿（齐纳击穿）140

5.4.3 热电击穿140

习题5141

第6章 固体表面及界面接触现象142

6.1 表面态142

6.1.1 理想表面和实际表面142

6.1.2 表面态143

6.1.3 表面态密度144

6.2 表面电场效应145

6.2.1 外电场对半导体表面的影响145

6.2.2 表面空间电荷区的电场、面电荷密度和电容146

6.2.3 各种表面层状态149

6.2.4 表面电导152

6.3 金属与半导体的接触153

6.3.1 金属和半导体的功函数153

6.3.2 接触电势差和接触势垒155

6.3.3 金属与半导体接触的整流特性158

6.3.4 欧姆接触159

6.4 MIS结构的电容-电压特性160

6.4.1 理想MIS结构电容160

6.4.2 理想MIS结构的C-V特性161

6.4.3 功函数差及绝缘层中电荷对C-V特性的影响164

6.5 异质结166

6.5.1 异质结的分类166

6.5.2 突变异质结的能带图167

6.5.3 异质结的电流电压特性170

6.5.4 半导体超晶格171

习题6173

第7章 半导体器件基础175

7.1 二极管175

7.1.1 二极管的基本结构175

7.1.2 整流二极管176

7.1.3 齐纳二极管177

7.1.4 变容二极管178

7.1.5 肖特基二极管179

7.2 双极型晶体管180

7.2.1 BJT的基本结构180

7.2.2 BJT的电流-电压特性181

7.3 场效应晶体管186

7.3.1 JFET187

7.3.2 MOSFET188

7.3.3 MESFET191

7.4 半导体集成器件192

7.4.1 集成电路的构成192

7.4.2 微细加工技术194

习题7197

第8章 固体光电基础198

8.1 固体的光学常数198

8.1.1 折射率与消光系数198

8.1.2 克拉末-克龙尼克（Kramers-Kronig）关系199

8.2 光学常数的测量200

8.3 半导体的光吸收203

8.3.1 本征吸收203

8.3.2 直接跃迁和间接跃迁204

8.3.3 其他吸收过程206

8.4 半导体的光电导209

8.4.1 附加电导率209

8.4.2 定态光电导及其弛豫过程210

8.4.3 本征光电导的光谱分布211

8.4.4 杂质光电导212

8.5 PN结的光生伏特效应和太阳能电池212

8.5.1 PN结的光生伏特效应213

8.5.2 光电池的电流电压特性213

8.5.3 太阳能电池及其光电转换效率214

8.6 半导体发光217

8.6.1 辐射跃迁217

8.6.2 发光效率219

8.6.3 电致发光激发机构220

8.6.4 发光二极管（LED）221

8.6.5 半导体激光器（LD）222

习题8224

附录A 常用表226

附录B Excel在教学中的应用228

参考文献237