本書以正確闡述物理概念為主,輔以必要的數(shù)學推導,理論分析有一定深度,但又不是把基本物理概念淹沒在繁瑣的數(shù)學運算中,使讀者通過學習,達到對半導體中的各種基本物理現(xiàn)象有一全面正確的概念,建立起清晰的半導體物理圖像,為后續(xù)課程的學習,研究工作的開展,理解各種半導體器件,集成電路的工作機理打下良好的基礎。
再版前言
本教材第1版于1979年12月由國防工業(yè)出版社出版。以后,被推薦列入原電子工業(yè)部教材辦公室組織編導的19821985年、19861990年、19911995年年度的高等學校工科電子類專業(yè)教材編審出版規(guī)劃,并由《電子材料與固體器件》教材編審委員會《半導體物理與器件》編審組負責編審、推薦出版。此后,再次被推薦為國家級重點教材,并列入電子工業(yè)部的19962000年全國電子信息類專業(yè)教材編審出版規(guī)劃,由微電子技術專業(yè)教學指導委員會負責編審、推薦出版。2006年納入普通高等教育十一五國家級規(guī)劃教材,修訂出版。2012年入圍十二五普通高等教育本科國家級規(guī)劃教材,2014年被教育部評選為普通高等教育精品教材。
按照各次教材規(guī)劃的要求,本教材第2版于1984年5月由上?茖W技術出版社出版,并于1987年12月獲電子工業(yè)部19771985年年度工科電子類專業(yè)優(yōu)秀教材特等獎,1988年1月獲全國高等學校優(yōu)秀教材獎。第3版于1989年5月由國防工業(yè)出版社出版,并于1992年1月獲第二屆機械電子工業(yè)部電子類專業(yè)優(yōu)秀教材特等獎,1992年11月獲第二屆普通高等學校優(yōu)秀教材全國特等獎。第4版于1994年4月由國防工業(yè)出版社出版,第5版于1998年10月由西安交通大學出版社出版。第6版于2003年8月由電子工業(yè)出版社出版,第7版于2008年5月由電子工業(yè)出版后,于2013年3月進行改版修訂,印刷12次,印數(shù)8萬多冊。本次是在2013年改版的基礎,再次修訂。依據(jù)當前教學需求再次改版。
本教材共13章,主要內容為:半導體的晶格結構和電子狀態(tài);雜質和缺陷能級;載流子的統(tǒng)計分布;載流子的散射及電導問題;非平衡載流子的產生、復合及其運動規(guī)律;pn結;金屬和半導體的接觸;半導體表面及MIS結構;半導體異質結構;半導體的光、熱、磁、壓阻等物理現(xiàn)象和非晶態(tài)半導體。各章后都附有習題和參考資料供教師、學生選用。本教材由西安交通大學劉恩科擔任主編。
第7版修訂由劉恩科,朱秉升,羅晉生進行。劉恩科負責第1.1~1.8節(jié)、第4章、第7章、第10.1~10.5節(jié)、
第11章、第12章節(jié)及附錄;朱秉升負責第1.9節(jié)、1.10節(jié)、第2章、
第3章、
第6章、10.6節(jié)、10.7節(jié);羅晉生負責第5、第8、第9、第13章。修訂主要做了以下一些工作:
(1)為了便于讀者閱讀其他有關科技書籍、文獻資料,將波數(shù)矢量的大小定義為 k =2/ λ
,并將與之有關的所有公式做了相應的修改;
(2)電場改用 E 表示,其中黑體 E 表示矢量,非黑體 E 表示標量,與之相應的公式均做了 修改;
(3)常用的一些參數(shù)數(shù)據(jù)盡可能參閱近年來有關的文獻資料并做了一定的更新,附錄是按2004年美國出版由Madelung O.主編《Semiconductors:Data Book,3 rd
edition》整理的;
(4)為便于理解GaN、AlN的能帶,第1章增加了具有六方對稱的纖鋅礦結構的布里
淵區(qū);
(5)第2章增加了GaN、AlN、SiC中的雜質能級;
(6)第3章將載流子占據(jù)雜質能級的概率改用簡并因子 g 表示的普遍公式;
(7)第4章簡要地介紹了少數(shù)載流子遷移率的概念;
(8)第5章增加了硅的少數(shù)載流子壽命與擴散長度一節(jié);
(9)第9章增加了GaN基半導體異質結構,介紹了極化效應及AlGaN/GaN和InGaN/GaN的異質結構及其特性;
(10)將原第9章中的半導體異質結在光電子器件中的應用一節(jié)移到第10章;
(11)由于羅晉生教授一絲不茍的作風,對第6版中不少錯誤進行了訂正,期望經過這次修訂盡可能將書中存在的錯誤降至最少。
使用本教材時,主要以前9章為主,第10章至第13章視各校情況選用。教學中第1章的1.1~1.4節(jié)視學生是否學習過固體物理學中的能帶論酌情處理,第6章pn結,著重在物理過程的分析,輔以必要的數(shù)學推導,至于與生產實際聯(lián)系密切的內容是屬于晶體管原理課程所解決的問題。同時,為了便于教學,依據(jù)近年來教學知識體系及教學學時數(shù)的調整,以及眾多學校使用本教材后反饋的信息,本次改版對全書的知識體系進行了分層。除主修內容外,將各校視需要而選修的內容,以及研究生階段參考的理論證明,加深、拓展的內容分別以*和 ★ 標出,供各學校教學參考。
半導體物理學作為電子科學與技術專業(yè)的骨干課程之一,理論性和系統(tǒng)性均較強。為了幫助學生掌握并深刻理解課程中涉及的概念、理論和方法,以及增強解決實際問題的能力,又為本課程配套編寫了《半導體物理學學習輔導及習題詳解》一書(電子工業(yè)出版社出版)。同時,復旦大學蔣玉龍教授根據(jù)多年的教學體會,為本書開發(fā)了同步教學多媒體課件,需要的讀者可以到華信教育資源網(wǎng)(www.hxedu.com.cn)申請。
本教材由劉恩科編寫第1章的1.1~1.8節(jié),第4、第7和第11、第12章及第10章的室溫激子部分;朱秉升編寫第2、第3、第6章及第1章的1.9節(jié)和1.10節(jié),5.4節(jié)中的俄歇復合,以及第9章的9.1節(jié)、9.6節(jié),第10章的10.6節(jié)、10.7節(jié);羅晉生編寫第8、第13章,第4章4.2節(jié)中的合金散射,第5章的5.9節(jié),第9章的9.2~9.5節(jié);屠善潔編寫第10章的10.1~10.6節(jié);亢潤民編寫第5章的5.1~5.8節(jié)和第7章;附錄由劉恩科、亢潤民整理。
在各次修訂時,主審和《半導體物理與器件》教材編審組全體委員及電子科學與技術專業(yè)教學指導委員會全體委員,以及使用本教材的各院校教師,都為本書提出許多寶貴意見。本次修訂,部分院校的授課教師及電子工業(yè)出版社的陳曉莉編審提供了很寶貴的意見,在此表示誠摯的感謝!
由于編者水平有限,書中難免還存在一些缺點和錯誤,殷切希望廣大讀者批評指正。
編者
2017年6
于西安交通大學