Книга известного английского физика Р. Смита «Полупроводники», впервые изданная в русском переводе в 1962 г., приобрела в СССР широкую известность и долгое время была одним из лучших пособий по физике полупроводников. Сейчас она стала библиографической редкостью. В Англии книга выдержала четыре стереотипных издания. В 1978 г. вышло новое английское издание, которое выгодно отличается от прежнего. Книга подверглась существенной переработке. В ней были учтены современные достижения физики полупроводников.
При подготовке этого издания из книги были исключены две главы, посвященные применению полупроводников и методам измерения их параметров, поскольку по этим вопросам к тому времени уже были выпущены отдельные книги. Существенно сокращены и переработаны главы, в которых описываются свойства различных полупроводников: вместо двух глав этому вопросу в новом издании посвящена одна — гл. 13. В ней приведены самые общие сведения о наиболее изученных полупроводниках, в частности данные о структуре энергетических зон, об эффективных массах носителей заряда и их подвижностях.
Добавлены три новые главы: глава, в которой дан краткий обзор теоретических методов, используемых в зонной теории твердых тел (гл. 11), глава об аморфных полупроводниках (гл. 15) и глава, посвященная обзору новых явлений, открытых и изученных после выхода первого английского издания книги (гл. 14). В последней обсуждаются: явление конденсации экситонов и образования электронно-дырочных капель в полупроводниках, туннельный и лазерный эффекты в р — л-переходах, лазерный эффект, в основе которого лежит рассеяние излучения с переворотом спина электронов в полупроводниках в магнитном поле.
В гл. 12 приведены сведения о влиянии сильных электрических и магнитных полей на процессы переноса носителей заряда и оптические свойства полупроводников.
Глава, посвященная оптическим и высокочастотным явлениям в полупроводниках (гл. 10), подверглась наибольшей переделке.
В нее включены новые сведения о таких явлениях, как двухфотон-пое, экситонное и решеточное поглощение, эффект увлечения носителей заряда фотонами, внутризонная фотопроводимость (рфото-проводимость), эффекты электропоглощения и электроотражения.
Разделы книги, посвященные процессам рассеяния и рекомбинации носителей заряда, в новом издании выделены в самостоятельные главы (соответственно гл. 8 и 9). Это отвечает тому значению, которое имеют процессы рассеяния и рекомбинации в физике полупроводников.
Основная" часть текста книги существенным изменениям не подверглась. Это относится к таким наиболее устоявшимся разделам физики полупроводников, как представления об энергетических зонах и локальных уровнях в полупроводниках (гл. 1—3), статистика электронов и дырок (гл. 4), явления электронного переноса (гл. 5), тепловые явления (гл. 6), диффузия носителей заряда (гл. 7), процессы рассеяния и рекомбинации. Контактные явления рассматриваются в гл. 7. Всего в книге 15 глав. Объем ее несколько увеличен по сравнению с первым английским изданием.
Уровень изложения материала в книге остался прежним. Он довольно близок к уровню изложения физики полупроводников в высших учебных заведениях нашей страны.
Книга снабжена большим числом ссылок на оригинальные работы, что помогает в значительной мере восполнить краткость изложения, в особенности — новых вопросов физики полупроводников. Автор довольно часто дает ссылки на собственную книгу «Волновая механика кристаллических тел» *'. Это облегчило ему изложение материала в книге «Полупроводники». Поскольку, однако, «Волновая механика кристаллических тел» не переведена на русский язык, то следовать этим ссылкам затруднительно. Конечно, можно обратиться к другим руководствам, но обычно детальное изложение тех же вопросов в других книгах оказывается иным.
При переводе и редактировании были исправлены замеченные опечатки и погрешности в формулах и тексте. Там, где это казалось необходимым, сделаны подстрочные примечания. Библиографический список дополнен при переводе работами, имеющими в основном характер учебных пособий или монографий по отдельным разделам физики полупроводников.
Мы надеемся, что перевод второго издания книги Р. Смита на русский язык будет принят с удовлетворением как теми, кто уже изучал физику полупроводников (может быть, по старой книге Р. Смита), так и теми, кто ее изучает сейчас. Она может служить
.------•—•-------
хооошим учебным пособием для студентов высших учебных заведший и аспирантов, специализирующихся по физике и технике полупроводников, а также полезным справочником для научных
РабпГев°од ^еТабоУанного и дополненного издания выполнен М М Бон?-0смоловским (гл. 1-6 и 13-15) и В. А. Курбатовым (гл. 7-12).
Н. А. Ленин
_*
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие редактора перевода . - §
Предисловие 8
Из предисловия автора к первому изданию Н
; .-.!,- .-js.fr V ---. V."'.;-' 4 1> •'•,-,•'-.
1. ПРОСТЕЙШИЕ СВОЙСТВА ПОЛУПРОВОДНИКОВ ,15
.М. Ранние исследования, посвященные полупроводникам 15
1.2. Применение полупроводников / 21
1.3. Элементарная теория полупроводников 24
1.4. Способы управления концентрацией носителей 37 Литература • 39
2. УРОВНИ ЭНЕРГИНГК*И€?АЛЛИЧ€СКИХ ТВЕРДЫХ ТЕЛАХ 40
v '
2.1 Г Волновая механика свободных электронов 40
2.2. Движение в пространстве с периодическим потенциалом 41
2.3. Форма энергетических зон 45 2«4. Положительные дырки 54 2i5- Движение электронов и дырок в кристалле под действием внешних ся-
.. левых полей ' 55
2.6. Схема энергетических уровней ,59
2.7. Влияние нарушений перибднчиостй кристал^мчеёкой решетки на движение э,лектронов и дырок в кристалле - • 62
Литература 63
3. ПРИМЕСИ И НЕСОВЕРШЕНСТВА В КРИСТАЛЛАХ 64
3.1. Типы несовершенств решетки • g4
:3,2. Химическая связь в полупроводниках 71
3.3. Другое определение полупроводников 78
3.4. Примеси замещения в полупроводниках 79
3.5. Экситоны с2 Литература 97
4. РАВНОВЕСНЫЕ КОНЦЕНТРАЦИИ НОСИТЕЛЕЙ ЗАРЯДА 99
4.1. Распределение электронов по энергетическим уровням 99
4,2.-Собственные полупроводники 102
4.3. Примесные полупроводники .по
Литература 121
**то_____________________________иглавление_____________________'_:..'Ш
5. ЯВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОННОГО ПЕРЕНОСА "Щ
5.1. Рассеяние электронов на дефектах в кристалле. Время релаксация И
5.2. Время релаксации, не зависящее от энергии ;|.
5.3. Время релаксации, зависящее от энергии • I
5.4. Электропроводность при .очень низких температурах ••-*' Литература = «
в. ЭЛЕКТРОННЫЕ ТЕПЛОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ ;
6.1. Теплопроводность • ..'.;.
6.2. Термоэлектродвижущая сила -
6.3. Термомагнитные явления •
' 6.4. Термомагнитные явления в условиях сильного вырождения
6.5. Случай сильных магнитных полей
6.6. Относительные величины гальваномагнитных и термомагнитных эффеи тов : ';;•
Литература
7. ДИФФУЗИЯ ЭЛЕКТРОНОВ И ДЫРОК
7.1. Неоднородные полупроводники.
7.2. Соотношение Эйнштейна ; ^,. :
7.3. Отклонения от теплового равновесия - -•. -; .-•"•' .'•'
7.4. Электронно-дырочная рекомбинация
7.5. Диффузия и проводимость в примесных полупроводниках (/ф>р йл: /й>я) •• • -• .• .-"• "• - ч-' - . ..-• ••••.. •, •!-.;•
7.6. Дрейф облака неосновных носителей заряда в электрическом поле
7.7. Полупроводники С- проводимостью, близкой к собственной • 7.8. Сопоставление различных контактных явлений
7.9. р—я-переход ,
7.10. я+—я- и р+—р-переходы / ч
7.11. Поверхностные свойства полупроводников
7.12. Контакты металл—полупроводник ' „ "
7.13. Дрейфовая подвижность электронов и дырок
7.14. Гетеропереходы . -Литература
а РАССЕЯНИЕ ЭЛЕКТРОНОВ и ДЫРОК
8.1. Изменение состояния ' '' ". ,
8.2. Механизмы рассеяния '
8.3. Рассеяние на колебаниях атомов решетки
8.4. .Фононы "
8.5. .Рассеяние на колебаниях решетки
8.6. Рассеяние на оптических колебаниях в полярных кристаллах
8.7. Междолинное рассеяние
8.8. Межэлектронное рассеяние
8.9. Рассеяние на ионизованных примесях
8.10. Рассеяние на нейтральных примесях
8.11. Рассеяние на дислокациях ; ,.
8.12. Вклад различных видов рассеяния в величину подвижности ' Литература • v
9. РЕКОМБИНАЦИЯ ЭЛЕКТРОНОВ И ДЫРОК
9.1, Механизмы рекомбинации .
9.2, Излучательная рекомбинация
9.3, Рекомбинация Оже
9.4. Рекомбинация через ловушки / 307
" Ф.5. Рекомбинация через экситоны ' 314
> 9.6. Рекомбинация на дислокациях , • '315
v -9.7. Рекомбинация через доноры или акцепторы при низких температурах 316
, 9.8. Поверхностная рекомбинация • -•••': 317
&.9. Среднее время жизни в нитевидных образцах и тонких полосках 320
.'Литература /, ' : 324
10. ОПТИЧЕСКИЕ И ВЫСОКОЧАСТОТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ 326
10.1. Оптические характеристики полупроводников 326
10.2. Поглощение свободными носителями заряда , 329
10.3. Плазменный резонанс 337
10.4. Высокочастотные эффекты- в магнитном поле . 338 "J0.5. Собственное пбглбщёние ' ' " 344
10.6. Экситонное поглощение , 363
, 40.7. Примесное поглощение 369
, ,10.8. Решеточное поглощение 373
'10.9. • Фотопроводимость . ^ 377
ШЛО. Диффузионная фото-э.д.с. . , . .:' 392
10.11. Фотоэлектромагнитный эффект ' 392
10.12. Увлечение свободных носителей заряда фотонами 396
10.13. Электропоглощение и электроотражение , '397
10.14. Излучение полупроводников 401 Литература 406
11. ЗОННАЯ СТРУКТУРА И МЕТОД ЭФФЕКТИВНОЙ МАССЫ 411
: .11.1. Концепция эффективной массы . 411
11.2. Функции Блоха и Ванье 412 1.3. Методы расчета зонной структуры '.413
,< 11.4. Вычисления зонной структуры - 417
11.5. Метод эффективной массы .418
- 11.6. Квантование в магнитном поле ^ ..420
... • Литература .. ,> . 421
: х 12. ВЛИЯНИЕ СИЛЬНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ И МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ
НА ЯВЛЕНИЯ ПЕРЕНОСА И ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА 423
•• 12.1. Изменение функции распределения , ,423
' 12.2. Обмен энергией между электронами и решеткой '424
' 12.3. Горячие электроны' 430
12.4. Эффекты междолинного переброса электронов 434
12.5. Квантовая теория движения электронов в сильном магнитном поле 439 .
12.6. Спиновое расщепление уровней 445
12.7. Влияние магнитного поля на межзонные переходы 446 ''•' 12.8. Явления электронного переноса в сильных магнитных полях 450
12.9. ВЫморажввание носителей • 455
! Лнтер*гу1» v ,456
13. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ 458
. 13.1. Материалы, используемые в полупроводниковых приборах и исследованиях 458 13..2. Приготовление полупроводниковых материалов и измерение их
свойств - 459
13.3. -Кремний и германий 461
13.4. другие элементарные полупроводники • 466
13.5. Соединения типа AHI Вv 46»
13.6. Соединения типа A"BVI 412
13.7. Тройные и четверные соединения 475
13.8. Очень узкозонные полупроводники • - 438
13.9. Оксидные полупроводники 4&J
13.10. Тугоплеткне полупроводники 484
13.11. Сверхпроводящие полупроводники 48&
13.12. Магнитные полупроводники 486
13.13. Органические полупроводники -;•-...-. 487
13.14. Полупроводники с низкой подвижностью носителей заряда 488
13.15. Другие полупроводники 489 Литература • , 489
14. НЕКОТОРЫЕ СПЕЦИАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
ФИЗИКИ ПОЛУПРОВОДНИКОВ 482
14.1. Экситонные молекулы , 492
14.2. Конденсация экситонов в электронно-дырочные капли 498,
14.3. Поляроны и поляритоны' :: " ' 496.
14.4. Сильнолегированные полупроводники - ' •'•'" * - 500-
14.5. Эффекты, связанные с высоким давлением 508 - 14.6. Лазерный эффект в полупроводниках " 511
14.7. Рассеяние излучения, обусловленное переворачиванием спина, в ла- ' зеры на этой основе 518
14.8. Комбинационное рассеяние на колебаниях атомов решетки 522 Литература . . 522 -
15. АМОРФНЫЕ ПОЛУПРОВОДНИКИ 525
*
15.1. Новые теоретические представления , . 525
15.2. Электронные состояния -- 527
15.3. Колебания атомов решетки 531
15.4. Аморфные Si и Ge 531
15.5. Другие элементарные аморфные полупроводники 535»
15.6. Некоторые аморфные полупроводниковые соединения 536
15.7. Стеклообразные полупроводники ;.- ; 536
15.8. Заключение ..... -.•';.-. < ,• -^^i^ i : 541
Литература . " • ' ," 542
Литература •> 544
Дополнительный список литературы 547
Цена: 150руб.
