《固态电子论》涵盖了固体物理基础知识与半导体物理学两部分内容，全书由9章组成：第1、2章阐述了固体物理基础知识，包括晶体结构及其结合、振动、缺陷的相关理论；第3～8章系统阐述了半导体物理学基本理论，包括半导体晶体能带论、平衡载流子的统计分布、电传导特性、非平衡载流子、接触理论及表面与界面理论；第9章阐述了半导体光电效应。各章的引言部分介绍了本章主要内容、重点应掌握知识点，以及学习难点；章后附有习题。在附录中还介绍了为半导体物理学重点理论内容设置的5个实验指导。

《固态电子论》思路清晰，物理概念突出，尽量避免繁杂的数学公式推导，易于读者理解和掌握。而且无须先修固体物理学课程就可以直接使用本教材学习半导体物理学知识。

《固态电子论》是理工科高等院校电子类专业的本科教材，也是“微电子学与固体电子学”学科的考研用书。

《固态电子论》

第1章 晶体结构1

1.1 晶体的宏观特征1

1.2 晶体的微观结构3

1.2.1 空间点阵3

1.2.2 平移矢与晶格4

1.2.3 原胞与晶胞5

1.3 晶格类型与典型结构6

1.3.1 立方晶系6

1.3.2 其他晶格类型8

1.3.3 金刚石结构10

1.3.4 闪锌矿结构11

1.3.5 密堆砌结构11

1.3.6 其他典型结构12

1.4 晶体的对称性13

1.4.1 旋转对称操作14

1.4.2 中心反演15

1.4.3 镜像面15

1.4.4 旋转反演操作15

1.4.5 螺旋与滑移反映操作16

.1.5 晶向与晶面指数17

1.5.1 晶列与晶向17

1.5.2 晶面与晶面指数18

1.5.3 金刚石结构硅的晶向与晶面19

1.6 晶体的倒格子与布里渊区21

1.6.1 倒格子的定义21

1.6.2 倒格子与正格子的关系21

1.6.3 布里渊区的定义23

1.6.4 典型晶格倒格子及布里渊区24

1.7 晶体的x射线衍射26

1.7.1 晶体衍射简介26

1.7.2 晶格衍射极大条件27

1.7.3 厄瓦尔德反射球28

1.7.4 影响衍射的因素30

习题一32

第2章 晶体结合与晶格振动及缺陷33

2.1 晶体内能与性质33

2.1.1 内能函数33

2.1.2 与内能相关的性质35

2.2 晶体结合类型36

2.2.1 离子结合36

2.2.2 共价结合38

2.2.3 金属结合41

2.2.4 范德瓦尔斯结合41

2.2.5 氢键结合42

2.3 一维晶格振动43

2.3.1 单原子链运动方程43

2.3.2 格波的色散关系45

2.3.3 关于格波与波矢的讨论46

2.3.4 波恩-卡曼周期性边界条件47

2.3.5 双原子链的运动方程48

2.3.6 声学波与光学波49

2.4 三维晶格振动与声子51

2.4.1 三维晶格振动讨论51

2.4.2 晶格振动能量与谐振子53

2.4.3 能量量子与声子55

2.5 晶格缺陷56

2.5.1 点缺陷56

2.5.2 线缺陷58

2.5.3 面缺陷60

习题二61

第3章 半导体中的电子状态与杂质63

3.1 半导体中的电子状态和能带63

3.1.1 原子中的电子状态和能级63

3.1.2 晶体中的电子状态64

3.2 周期性势场中的电子状态和能带66

3.2.1 晶体的周期性势场66

3.2.2 薛定谔方程和布洛赫(bloch)定理67

3.2.3 kronig-penney模型67

3.2.4 布里渊区70

3.2.5 导体、半导体和绝缘体的能带结构71

3.3 半导体中电子的运动、有效质量72

3.3.1 半导体中e(k)与k的关系72

3.3.2 半导体中电子的速度(平均速度)73

3.3.3 半导体中电子的加速度74

3.3.4 有效质量的意义75

3.4 本征半导体的导电机构——空穴76

3.4.1 能带中电子的导电作用76

3.4.2 空穴78

3.5 回旋共振79

3.5.1 k空间等能面80

3.5.2 回旋共振的实验原理与方法81

3.6 硅和锗的能带结构84

3.6.1 硅和锗的导带结构84

3.6.2 硅和锗的价带结构86

3.6.3 Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体能带结构88

3.7 半导体中杂质、缺陷及其能级89

3.7.1 硅锗晶体中的杂质能级90

3.7.2 Ⅲ-Ⅴ族化合物中的杂质能级95

3.7.3 晶体缺陷和位错能级97

习题三100

第4章 半导体中的载流子及其导电性102

4.1 状态密度102

4.1.1 k空间的量子态分布103

4.1.2 状态密度103

4.2 费米能级和载流子的统计分布105

4.2.1 费米分布函数105

4.2.2 玻尔兹曼分布函数107

4.2.3 非简并半导体载流子浓度108

4.3 本征半导体111

4.4 非简并杂质半导体113

4.4.1 杂质能级上的电子和空穴113

4.4.2 非简并杂质半导体载流子浓度114

4.5 一般情况下载流子的统计分布120

4.6 简并半导体122

4.6.1 简并半导体的载流子浓度122

4.6.2 重掺杂效应124

习题四125

第5章 半导体的导电性127

5.1 载流子的漂移运动——迁移率127

5.1.1 欧姆定律的微分形式127

5.1.2 载流子的漂移速度和迁移率128

5.1.3 半导体的电导率129

5.2 载流子散射130

5.2.1 载流子的散射概念130

5.2.2 半导体的主要散射机构131

5.3 迁移率与杂质浓度和温度的关系138

5.3.1 平均自由时间和散射概率的关系138

5.3.2 电导率，迁移率与平均自由时间的关系139

5.3.3 迁移率与杂质浓度和温度的关系141

5.4 电阻率与杂质浓度和温度的关系144

5.4.1 电阻率与杂质浓度的关系145

5.4.2 电阻率与温度的关系146

5.5 强电场下的效应与热载流子146

5.5.1 强电场下欧姆定律的偏离146

5.5.2 平均漂移速度与电场强度的关系148

5.6 耿氏效应150

5.6.1 多能谷散射和体内微分负电导151

5.6.2 高场畴区及耿氏振荡153

习题五153

第6章 非平衡载流子及其扩散运动155

6.1 非平衡载流子的注入与复合155

6.2 非平衡载流子的寿命156

6.3 准费米能级158

6.4 复合理论160

6.4.1 直接复合161

6.4.2 间接复合162

6.4.3 表面复合168

6.5 陷阱效应169

6.6 载流子的扩散运动、电流密度方程和爱因斯坦关系式171

6.6.1 平面扩散172

6.6.2 径向扩散175

6.6.3 电流密度方程175

6.6.4 爱因斯坦关系式176

6.7 连续性方程178

6.7.1 连续性方程的建立178

6.7.2 连续性方程的应用180

习题六183

第7章 半导体接触理论186

7.1 pn结及其能带图186

7.1.1 pn结的结构及杂质分布186

7.1.2 空间电荷区188

7.1.3 pn结的能带图188

7.1.4 接触电势差190

7.1.5 pn结中的载流子分布191

7.2 pn结电流-电压特性193

7.2.1 pn结的势垒193

7.2.2 理想电流电压模型及方程195

7.2.3 影响pn结伏安特性曲线的因素197

7.3 pn结电容200

7.3.1 势垒电容与扩散电容200

7.3.2 突变结的势垒电容201

7.3.3 线性缓变结势垒电容204

7.3.4 扩散电容206

7.4 pn结的击穿特性207

7.4.1 雪崩击穿207

7.4.2 隧道击穿210

7.4.3 热电击穿216

7.5 金属-半导体接触与能带图216

7.5.1 金属和半导体的功函数216

7.5.2 接触电势差218

7.5.3 表面态对接触势垒的影响220

7.6 金属和半导体接触的电流-电压特性221

7.6.1 整流特性221

7.6.2 少数载流子的注入效应224

7.6.3 欧姆接触226

习题七226

第8章 半导体表面与界面理论228

8.1 半导体表面特性228

8.1.1 表面态228

8.1.2 表面电场效应230

8.2 mis结构的电容-电压特性237

8.2.1 理想mis结构的c-v特性238

8.2.2 影响mis结构c-v特性的主要因素243

8.3 硅-二氧化硅系统的性质245

8.3.1 二氧化硅层中的可动离子246

8.3.2 二氧化硅层中的固定表面电荷247

8.3.3 硅-二氧化硅层的界面态248

8.3.4 二氧化硅中的陷阱电荷249

8.4 异质结249

8.4.1 异质结的能带图250

8.4.2 异质结的电流机制254

8.4.3 异质结的应用257

习题八258

第9章 半导体光学特性260

9.1 半导体基本光学特性260

9.2 半导体的光吸收260

9.2.1 本征吸收与带间跃迁260

9.2.2 激子吸收264

9.2.3 带内跃迁265

9.2.4 杂质吸收266

9.2.5 晶格振动吸收267

9.3 半导体的光电导268

9.3.1 光电导现象的分类268

9.3.2 本征光电导269

9.3.3 杂质光电导271

9.3.4 其他类型光电导272

9.3.5 光电导灵敏度及对光电导材料的要求272

9.3.6 光电导效应的影响因素274

9.4 半导体的光生伏特效应275

9.4.1 体光生伏特效应275

9.4.2 势垒型光生伏特效应276

9.4.3 光电二极管的伏安特性277

9.4.4 太阳能电池279

9.5 半导体发光280

9.5.1 半导体中的发光过程280

9.5.2 发光效率284

9.5.3 电致发光机构286

9.5.4 光发射器件286

9.6 半导体激光288

9.6.1 自发辐射和受激辐射288

9.6.2 分布反转289

9.6.3 半导体激光器291

习题九295

附录a 实验296

附录b 常用数据表311

参考文献314