В последние годы нашими издательствами выпущен целый ряд превосходных монографий, в которых нашли отражение сущность различных физических явлений в полупроводниках и методы их теоретического и экспериментального изучения. К числу таких пособий относятся монографии А. И. Ансельма «Введение в теорию полупроводников», С. М. Рывкина «Фотоэлектрические явления в полупроводниках», В. С. Вавилова «Действие излучений на полупроводники», Я. Тауца «Фото- и термоэлектрические явления в полупроводниках», Р. Бьюба «Фотопроводимость твердых тел» и многие другие. В большом числе пособий читатель может найти практически все, что нам известно в области физики полупроводников и их применения. Однако будучи крайне полезной для научных работников и лиц, изучающих определенный вопрос, монографическая литература оказывается мало пригодной для студентов, приступающих к изучению физики полупроводников. Для этого необходимы учебник или учебное пособие, в котором нашел бы отражение наиболее важный материал, считающийся твердо установленным. Создание учебника в настоящее время необходимо и возможно, однако в качестве первого шага реальнее учебное пособие для студентов таких специальностей, как «Полупроводники и диэлектрики», «Полупроводниковые приборы» и некоторых других.
В основу данного учебного пособия была положена программа по физике полупроводников, чем определились отбор и распределение материала книги.
Книга написана как учебное пособие для студентов, это наложило определенный отпечаток на метод изложения материала. В ней практически отсутствует экспериментальный материал, связанный с описанием свойств конкретных полупроводниковых веществ. Это обусловлено тем, что объем информации в настоящее время крайне велик и к тому же он непрерывно возрастает, поэтому сведения, полученные сегодня, завтра могут оказаться устаревшими. Учебник или учебное пособие в отличие от обзоров и монографий должен содержать общие для всех веществ вопросы, одинаково пригодные для объяснения физических явлений в любом веществе. И таким общим вопросом является метод теоретического анализа явлений. Это придает учебному пособию ярко выраженный теоретический характер, который подчеркивается широким использованием метода теоретической физики. Для освоения студентами не только результатов, но и методов теоретического анализа физических явлений
4
в полупроводниках, в книге дается подробный вывод основных соотношений с приведением всех промежуточных преобразований. Это необходимо по двум соображениям. Во-первых, литература по полупроводникам грешит излишне частым употреблением непригодных для учебного пособия выражений типа «очевидно, «как известно», «легко получить» и т. п. Записав такое «очевидное», соотношение, студент не только не знает, как оно получено (это еще полбеды!), но и не представляет вследствие этого границ применимости «очевидного» соотношения, пытаясь впоследствии применить его в случаях, для которых оно непригодно. Недопустимость этого действительно очевидна.
Во-вторых, издание учебного пособия, в котором содержится подробный вывод основных соотношений, позволит лектору опустить их, оставить для самостоятельной проработки студентами, посвятив больше времени изложению последних экспериментальных результатов.
Данное пособие написано на основе лекций по физике полупроводников, которые читались студентам факультета полупроводниковых материалов и приборов Московского института стали и сплавов. Как показал опыт работы, предлагаемый уровень изложения материала успешно усваивается студентами.
Общая подготовка, получаемая студентами в вузах, вполне позволяет им изучать теоретические работы «средней» сложности и проводить теоретический анализ экспериментального материала на более высоком уровне, чем это имеет место в настоящее время.
Более того, в течение нескольких ближайших лет уровень обучения должен быть поднят еще выше. Необходимо будет ознакомить студентов, например, с такими методами теоретического исследования, как метод функции Грина, матрица плотности, метод вторичного квантования, теория групп, которые все шире используют в физике полупроводников и позволяют получать результаты, недоступные при других методах исследования.
Как уже указывалось выше, результаты экспериментальных работ в данном пособии использованы в основном в иллюстративных целях. Это с неизбежностю приводит к тому, что теряется возможность показать расхождение между теорией и экспериментом. Несомненно, в дальнейшем необходимо провести сопоставление теории и эксперимента. Однако в настоящее время важнее научить студентов пользоваться, например, кинетическим уравнением или теорией возму-щеций, показать им сильные стороны существующих методов теоретического анализа, после чего студенты легко и правильно поймут и их слабые стороны.
Автор исходит при этом из того, что физику полупроводников можно и нужно излагать как стройную физическую науку, а не как собрание противоречивых экспериментальных фактов.
При выборе материала автор учитывал тот факт, что физика полупроводников изучается после прохождения студентами теоретической физики, физической кристаллографии и некоторых других
Оглавление
Предисловие ко второму изданию
Стр. 3
Предисловие к первому изданию......................... 4
Глава I. Электронная теория проводимости ................... 7
§ 1. Электронная теория проводимости. Закон Ома.......... 7
§ 2. Функция распределения времен и длин свободного пробега . . 12 § 3. Функция распределения электронов по состояниям. Средние значения физических величин..................... 16
§ 4. Полупроводники. Классификация веществ по величине проводимости................................ 25
§ 5. Модельные представления о проводимости полупроводников.
Понятие дырки ........................... 30
§ 6. Собственная и примесная проводимость.............. 33
Глава II. Основы зонной теории полупроводников . .............. 37
§ 7. Уравнение Шредингера для кристалла.............. 37
§ 8. Адиабатическое приближение.................... 39
§ 9. Одноэлектронное приближение................... 44
§ 10. Периодическое поле решетки кристалла. Оператор трансляции 48
§ 11. Квазиимпульс ............................ 53
§ 12. Эффективная масса электрона................... 58
§ 13. Связь скорости с квазиимпульсом................. 62
§ 14. Оператор ускорения......................... 66
§ 15. Зоны Бриллюэна .......................... 72
§ 16. Нормировка в ящике и дискретность квазиимпульса ...... 76
§ 17. Теория квазисвободного электрона ................ 81
§ 18. Теория квазисвязанного электрона............... . 95
§ 19. Метод эффективной массы. Влияние внешних полей на спектр
энергии кристалла....................... . . . 107
§ 20. Локализованные состояния..................... ИЗ
§ 21. Элементарная теория примесных состояний ........... 118
§ 22. Поверхностные состояния...................... 124
§ 23. Квантование энергии электрона в магнитном поле. Уровни Ландау 127 § 24. Принцип Паули. Понятие металла, полупроводника и диэлектрика .................................. 132
§ 25. Основные характеристики дырки ................. 138
§ 26. Зонная структура некоторых полупроводников......... 143
§ 27. Понятие о квазичастицах ..................... 158
Глава III. Статистика электронов и дырок в полупроводниках....... 1«4
§ 28. Плотность состояний ...................., . • • '°4
§ 29. Концентрация электронов и дырок................ |^~
§ 30. Уравнение электронейтральности ................. J*™
§ 31. Собственный полупроводник.................... 1BJ
582
§ 32. Примесный полупроводник. Примесь одного вида........ 187
§ 33. Полупроводник, содержащий акцепторную и донорную примесь 197
§ 34. Вырожденный полупроводник................... 202
§ 35. Плотность состояний в магнитном поле ............. 206
Глава IV. Кинетические явления в полупроводниках ............ 214
* § 36. Кинетическое уравнение Больцмана ............... 214
§ 37. Время релаксации ......................... 220
§ 38. Плотность электрического тока и плотность потока энергии . . 228
§ 39. Кинетические коэффициенты.................... 232
§ 40. Электропроводность полупроводников .............. 239
§ 41. Гальваномагнитные эффекты.................... 247
§ 42. Эффект Холла в области примесной проводимости....... 256
§ 43. Эффект Холла в веществе с носителями заряда нескольких типов 263
§ 44. Зависимость коэффициента Холла от магнитного поля..... 269
§ 45. Магнитнорезистивный эффект ................... 276
§ 46. Теплопроводность полупроводников ............... 284
§ 47. Термоэлектрические явления ................... 291
§ 48. Термомагнитные явления ...................... 305
§ 49. Общий анализ кинетических явлений .............. 309
§ 50. О кинетических явлениях в полупроводниках с тензорной
эффективной массой ........................ 319
§ 51. Тензорезистивный эффект. Тензочувствительность ....... 322
§ 52. Тензорезистивный эффект. Коэффициенты пьезосопротивления . 329
Глава V. Теория рассеяния носителей заряда ................ 337
§ 53. Эффективное сечение рассеяния.................. 337 -
§ 54. Связь времени релаксации с эффективным сечением ...... 346
§ 55. Понятие о теории квантовых переходов ............. 350
§ 56. Рассеяние на ионах примеси ................... 357
§ 57. Рассеяние на нейтральных атомах примеси........... 364
§ 58. Колебания решетки. Нормальные координаты. Фонолы .... 368
§ 59. Акустические и оптические колебания решетки......... 376
§ 60. Теплоемкость решетки. Статистика фононов........... 387
§61. Рассеяние на.тепловых колебаниях решетки. Метод потенциала
деформации ............................. 396
§ 62. Зависимость подвижности носителей заряда от температуры . . 404 § 63. Зависимость времени релаксации от внешних полей. Нарушения
закона Ома ............................. 414
Глава VI. Рекомбинация носителей заряда.................. 421
§ 64. Уравнение непрерывности. Время жизни............. 421
§ 65. Механизмы рекомбинации. Линейная рекомбинация ...... 431
§ 66. Диффузия и дрейф неравновесных носителей заряда...... 442
§ 67. Поверхностная рекомбинация................... 449
Глава VII. Контактные явления в полупроводниках ............. 454
§ 68. Дебаева длина экранирования................... 454
§ 69. Работа выхода ........................... 465
§ 70. Контактная разность потенциалов. Контакт металл — металл . 469
§ 71. Контакт металл — полупроводник................. 474
§ 72. Неоднородный полупроводник, р-и-переход........... 479
Глава VIII. Оптические и фотоэлектрические явления в полупроводниках 486
§ 73. Спектр поглощения света..................... 486
§ 74. Поглощение света свободными носителями заряда ....... 490
§ 75. Циклотронный резонанс ...................... 499
§ 76. Собственное поглощение света .................. 507
§ 77. Поглощение света решеткой.................... 523
§ 78. Поглощение света электронами в локализованных состояниях . 528
§ 79. Влияние внешних условий на спектр поглощения ....... 534
§ 80. Фоторезистивный эффект...................... 537
§ 81. Эффект Дембера. Фотогальванический эффект.......... 546
§ 82. Фотомагнитноэлектрический эффект ............... 554
§ 83. Эффект Фарадея .......................... 559
§ 84. Спин-орбитальное расщепление энергетических зон....... 568
Основные условные обозначения......................... 575
Цена: 200руб.
