本书以简明的形式介绍了半导体的基本物理现象、物理性质、物理规律和基本理论。内容包括：晶体结构与晶体结合、半导体中的电子状态、载流子的统计分布、电荷输运现象、非平衡载流子、半导体表面、PN结、金属-半导体接触、半导体的光学性质等。

目 录
第1章 晶体结构与晶体结合 （1）
1.1 晶体结构 （2）
1.1.1 晶格和晶胞 （2）
1.1.2 原胞 原基矢量 晶格平移矢量 （4）
1.2 晶列与晶面 （6）
1.2.1 晶向指数 （6）
1.2.2 晶面指数 （7）
1.3 倒格子 （9）
1.4 晶体结合 （10）
1.4.1 固体的结合形式和化学键 （10）
1.4.2 离子结合（离子键） （11）
1.4.3 共价结合（共价键） （11）
1.4.4 金属结合（金属键） （11）
1.4.5 范德瓦尔斯结合（范德瓦尔斯键） （12）
1.5 典型半导体的晶体结构 （12）
1.5.1 金刚石型结构 （12）
1.5.2 闪锌矿型结构 （14）
1.5.3 纤锌矿型结构 （14）
思考题与习题 （14）
第2章 半导体中的电子状态 （16）
2.1 周期性势场 （16）
2.2 布洛赫（Bloch）定理 （17）
2.2.1 单电子近似 （17）
2.2.2 布洛赫定理 （18）
2.2.3 布里渊区 （19）
2.3 周期性边界条件（玻恩冯-卡曼Born.von-Karman边界条件） （21）
2.4 能带 （24）
2.4.1 周期性势场中电子的能量谱值 （24）
2.4.2 能带图及其画法 （26）
2.5 外力作用下电子的加速度 有效质量 （28）
2.5.1 外力作用下电子运动状态的改变 （29）
2.5.2 有效质量 （31）
2.6 等能面、主轴坐标系 （35）
2.7 金属、半导体和绝缘体的区别 （36）
2.8 导带电子和价带空穴 （38）
2.9 硅、锗、砷化镓的能带结构 （40）
2.9.1 导带能带图 （40）
2.9.2 价带能带图 （41）
2.10 半导体中的杂质和杂质能级 （43）
2.10.1 替位式杂质和间隙式杂质 （43）
2.10.2 施主杂质和施主能级 N型半导体 （44）
2.10.3 受主杂质和受主能级 P型半导体 （44）
2.10.4 III-V族化合物中的杂质能级 （45）
2.10.5 等电子杂质 等电子陷阱 （46）
2.11 类氢模型 （47）
2.12 深能级 （48）
2.13 缺陷能级 （50）
2.14 宽禁带半导体的自补偿效应 （50）
思考题与习题 （51）
第3章 载流子的统计分布 （53）
3.1 能态密度 （53）
3.1.1 导带能态密度 （53）
3.1.2 价带能态密度 （54）
3.2 分布函数 （55）
3.2.1 费米-狄拉克(Fermi-Dirac)分布与费米能级 （55）
3.2.2 玻耳兹曼分布 （56）
3.3 能带中的载流子浓度 （58）
3.3.1 导带电子浓度 （58）
3.3.2 价带空穴浓度 （59）
3.4 本征半导体 （61）
3.5 杂质半导体中的载流子浓度 （64）
3.5.1 杂质能级上的载流子浓度 （64）
3.5.2 N型半导体 （65）
3.5.3 P型半导体 （66）
3.6 杂质补偿半导体 （68）
3.7 简并半导体 （70）
3.7.1 简并半导体杂质能级和能带的变化 （70）
3.7.2 简并半导体的载流子浓度 （71）
思考题与习题 （72）
第4章 电荷输运现象 （74）
4.1 格波与声子 （74）
4.1.1 格波 （74）
4.1.2 声子 （76）
4.2 载流子的散射 （77）
4.2.1 平均自由时间与弛豫时间 （78）
4.2.2 散射机构 （79）
4.3 漂移运动 迁移率 电导率 （81）
4.3.1 平均漂移速度与迁移率 （81）
4.3.2 漂移电流 电导率 （84）
4.4 多能谷情况下的电导现象 （86）
4.5 电流密度和电流 （89）
4.5.1 扩散流密度与扩散电流 （89）
4.5.2 漂移流密度与漂移电流 （89）
4.5.3 电流密度与电流 （90）
4.6 非均匀半导体中的内建电场 （90）
4.6.1 半导体中的静电场和势 （90）
4.6.2 爱因斯坦关系 （91）
4.6.3 非均匀半导体中的内建电场 （92）
4.7 霍尔（Hall）效应 （94）
4.7.1 霍尔系数 （95）
4.7.2 霍尔角 （96）
思考题与习题 （98）
第5章 非平衡载流子 （100）
5.1 非平衡载流子的产生与复合 （100）
5.1.1 非平衡载流子的产生 （100）
5.1.2 非平衡载流子的复合 （101）
5.1.3 非平衡载流子的寿命 （102）
5.2 直接复合 （104）
5.3 通过复合中心的复合 （106）
5.3.1 载流子通过复合中心的产生和复合过程 （106）
5.3.2 净复合率 （107）
5.3.3 小信号寿命公式—肖克利-瑞德公式 （108）
5.3.4 金在硅中的复合作用 （109）
5.4 表面复合和表面复合速度 （111）
5.5 陷阱效应 （112）
5.6 准费米能级 （113）
5.6.1 准费米能级 （113）
5.6.2 修正欧姆定律 （114）
5.7 连续性方程 （115）
5.8 电中性条件 介电弛豫时间 （118）
5.9 扩散长度与扩散速度 （119）
5.10 半导体中的基本控制方程 （122）
思考题与习题 （122）
第6章 半导体表面 （124）
6.1 表面态和表面空间电荷区 （124）
6.2 表面电场效应 （125）
6.2.1 表面空间电荷区的形成 （125）
6.2.2 表面势与能带弯曲 （126）
6.3 载流子积累、耗尽和反型 （127）
6.3.1 载流子积累 （128）
6.3.2 载流子耗尽 （128）
6.3.3 载流子反型 （129）
6.4 理想MOS电容 （133）
6.5 实际MOS电容的C-V特性 （139）
6.5.1 功函数差的影响 （139）
6.5.2 界面陷阱和氧化物电荷的影响 （141）
6.5.3 实际MOS的C-V曲线和阈值电压 （143）
思考题与习题 （144）
第7章 PN结 （146）
7.1 热平衡PN结 （148）
7.1.1 PN结空间电荷区 （148）
7.1.2 电场分布与电势分布 （149）
7.2 偏压PN结 （153）
7.2.1 PN结的单向导电性 （153）
7.2.2 少数载流子的注入与输运 （154）
7.3 理想PN结二极管的直流电流-电压（I-V）特性 （157）
7.4 空间电荷区复合电流和产生电流 （162）
7.4.1 正偏复合电流 （162）
7.4.2 反偏产生电流 （163）
7.5 隧道电流 （164）
7.6 PN结电容 （165）
7.6.1 耗尽层电容 （166）
7.6.2 扩散电容 （167）
7.7 PＮ结击穿 （170）
7.8 异质结 （172）
7.8.1 热平衡异质结 （172）
7.8.2 加偏压的异质结 （174）
思考题与习题 （175）
第8章 金属-半导体接触 （178）
8.1 理想的金属-半导体整流接触 肖特基势垒 （178）
8.2 界面态对势垒高度的影响 （182）
8.3 欧姆接触 （183）
8.4 镜像力对势垒高度的影响—肖特基效应 （184）
8.5 理想肖特基势垒二极管的电流-电压特性 （186）
思考题与习题 （189）
第9章 半导体的光学性质 （191）
9.1 半导体的光学常数 （191）
9.2 本征吸收 （192）
9.2.1 直接跃迁 （193）
9.2.2 间接跃迁 （195）
9.3 激子吸收 （197）
9.4 其他光吸收过程 （198）
9.4.1 自由载流子吸收 （198）
9.4.2 杂质吸收 （199）
9.5 PN结的光生伏打效应 （200）
9.6 半导体发光 （202）
9.6.1 直接辐射复合 （202）
9.6.2 间接辐射复合 （203）
9.6.3 浅能级和主带之间的复合 （204）
9.6.4 施主-受主对（D-A对）复合 （204）
9.6.5 通过深能级的复合 （205）
9.6.6 激子复合 （205）
9.6.7 等电子陷阱复合 （205）
9.7 非辐射复合 （207）
9.7.1 多声子跃迁 （208）
9.7.2 俄歇（Auger）过程 （208）
9.7.3 表面复合 （209）
9.8 发光二极管（LED） （209）
9.9 高效率的半导体发光材料 （211）
思考题与习题 （211）
模拟试卷（一） （213）
模拟试卷（二） （214）
模拟试卷（三） （216）
附录A 单位制、单位换算和通用常数 （224）
附录B 半导体材料物理性质表 （225）
参考文献

半导体物理学是研究半导体的物理现象、物理规律、物理性质和理论的科学。高等学校本科生开设半导体物理学课程的目的是为学生后续学习半导体器件、微电子器件和光电子器件等课程准备必备的基础知识。半导体物理学也是从事电子科学与技术相关专业的工程技术人员和研究工作者必备的基础知识。打好或者说提供这两个基础，应该就是大学半导体物理学的课程目标。
本书编者们通过多年来在不同院校讲授本科生和研究生半导体物理学课程的教学实践，以及对一些一、二、三本不同类型的高等院校半导体物理学课程教学情况的了解，深切地感觉到随着高等学校教学改革的不断深入，在本科生半导体物理学教学中，教师和学生越来越迫切地希望有一些能够适应教学和教改实际需要的、教师能够教得明白、学生能够学得懂的简明的半导体物理学教材出现。所谓简明：
第一，教材应该强调和突出对半导体的基本物理现象、基本物理性质、基本物理规律和基本理论（四个基本）的介绍。
第二，在内容选取上，应该求需而不求多，避免包罗万象；面对半导体物理学的教学学时日减（目前绝大部分院校该课程为56～64学时）的实际情况，在尊重传统的半导体物理学教材的知识系统性的同时，本书没有编入那些较为专题性的内容。这些内容对于很多院校的学生来说，将来在实际工作中很少涉及或基本上不涉及。有些内容将由专门的后续课程介绍，没有必要重复。
第三，应该便于教师教和学生学。“便于教师教”，就是便于教师确定“教什么和怎么教”，有助于教师确定全书乃至每一节的教学内容，明确教学重点。“便于学生学”就是便于学生明确“学什么和怎么学”，有助于学生明确每一节的学习内容和学习重点。还要有助于学生自学和检验学习效果。基于这一点考虑，本书每节开头提出了教学要求。教学要求以条目列出了本节的基本内容以及应该掌握的程度[分为了解、理解（熟悉）和掌握三个层次]。教师可以根据教学要求确定讲授的内容和教学重点，学生可以根据教学要求检查自己的学习质量（不同院校，不同专业可灵活确定教学要求的内容）。每节后面给出本节的小结。小结提炼出了本节的知识点，使本节所学内容和重点一目了然。在小结中基本上给出了教学要求中所列举的问题的答案，以便于学生检验学习效果。此外，教材结构应力求严谨、合理，表达应力求准确、正确。
以上几点就是编者编写本教材所遵循的原则和追求的目标，也正是为了贯彻上述指导思想，本书命名为《半导体物理学简明教程》。
本教材中安排了较多的例题。这些例题的目的在于帮助学生对“四个基本”的理解和训练。每章给出的思考题和习题的目的也是如此，不求难度和深度。
本书由吉林大学（电子科技大学中山学院）孟庆巨，电子科技大学中山学院胡云峰、陈卉，深圳大学敬守勇，兰州理工大学张梅玲，南开大学曹亚安编著，全书由孟庆巨教授统编定稿。
参加本书部分编写工作的还有：空军航空大学孟庆辉教授，吉林大学张大明教授、刘海波教授、孙彦峰副教授、陈长鸣博士、吴国光博士和五邑大学李阳副教授等。
由于本书编写时间仓促，许多细节尚需推敲，加之编者水平所限，书中难免有错、漏之处，恳请读者和有关专家不吝指正。
本书编写过程中，吉林大学电子科学与工程学院张宝林教授提出了很好的建议，电子科技大学中山学院副院长刘常坤教授给予了的热情鼓励和支持，电子科技大学中山学院教务处周艳明、池挺钦、沈慧、符宁，电子信息学院副院长杨健君等同志为本书的编写提供了良好的条件，在此一并表示衷心的感谢。
编著者