全面覆盖量子力学基础到MOSFET及界面量子化的经典议题
为非物理、电子、材料专业的工科学生学习半导体物理扫清障碍

本书首先深入探讨了量子力学基础及其在物质、能带理论、半导体和集成电路等领域的应用。从电子的波动性质、不确定性原理到量子隧穿效应，逐步揭示量子世界的奥秘。接着，通过能带理论和半导体能带结构的解析，阐明了半导体材料的电子行为。此外，还详细介绍了掺杂半导体、晶格振动以及载流子输运现象等关键概念。最后，探讨了MOS结构、场效应晶体管以及集成电路的工作原理。本书内容丰富，结构清晰，能够帮助读者深入理解量子力学在半导体技术中的重要作用。
本书适合有一定物理基础的学生和从事半导体相关工作的人员阅读。

目　录
前　言
量子力学基础　?/?　1
1-1　波的表示方式　?/?　2
1-2　相速度与群速度　?/?　4
1-3　电子的物质波性质　?/?　5
1-4　不确定性原理　?/?　7
1-5　薛定谔方程式与波函数　?/?　8
1-6　一维方势阱　?/?　11
1-7　自旋与泡利不相容原理　?/?　16
1-8　三维方势阱　?/?　17
1-9　量子隧穿效应　?/?　19
1-10　定态微扰理论　?/?　23
1-11　含时微扰理论　?/?　25
章末问题　?/?　27
从氢原子到物质　?/?　29
2-1　氢原子　?/?　30
2-2　氢分子　?/?　34
2-3　由s轨道或p轨道组成的物质　?/?　37
章末问题　?/?　49
能带理论　?/?　50
3-1　晶体的周期性和晶体结构　?/?　51
3-2　金属自由电子理论　?/?　55
3-3　布洛赫定理　?/?　62
3-4　一维空格子的电子结构　?/?　67
3-5　一维晶格的带隙　?/?　68
3-6　二维和三维晶格的带隙　?/?　71
3-7　一维强关联近似　?/?　75
3-8　二维强关联近似　?/?　81
章末问题　?/?　85
半导体的能带结构　?/?　86
4-1　强关联近似下的能带结构　?/?　87
4-2　k?p微扰（1）：带边的详细结构　?/?　96
4-3　k?p微扰（2）：基于面心立方结构空格子的计算　?/?　99
4-4　有效质量与运动方程　?/?　105
4-5　?空穴　?/?　111
4-6　本征半导体载流子浓度与温度的关系　?/?　113
章末问题　?/?　118
掺杂半导体　?/?　119
5-1　施主与受主　?/?　120
5-2　浅能级杂质中心的有效质量近似　?/?　124
5-3　被施主杂质束缚的电子的空间分布　?/?　129
5-4　掺杂半导体中载流子浓度与温度的关系　?/?　133
章末问题　?/?　136
晶格振动　?/?　138
6-1　什么是晶格振动　?/?　139
6-2　一维单原子晶格　?/?　140
6-3　一维双原子晶格　?/?　143
6-4　三维晶格振动　?/?　148
6-5　声子　?/?　150
6-6　晶格比热　?/?　154
章末问题　?/?　157
载流子输运现象　?/?　158
7-1　欧姆定律　?/?　159
7-2　霍尔效应　?/?　162
7-3　迁移率的温度相关性　?/?　165
7-4　玻尔兹曼方程　?/?　166
7-5　散射过程的计算　?/?　171
7-6　弛豫时间的计算　?/?　176
章末问题　?/?　181
半导体的光学性质　?/?　182
8-1　物质中的电磁波　?/?　183
8-2　带间跃迁　?/?　184
8-3　受施主束缚电子的光激发　?/?　193
pn结　?/?　199
9-1　pn结的形成方法　?/?　200
9-2　扩散电流　?/?　200
9-3　pn结附近发生的现象　?/?　203
9-4　热平衡状态下的pn结能带图　?/?　207
9-5　连续性方程　?/?　210
9-6　正向电流　?/?　212
9-7　反向电流　?/?　216
9-8　结电容　?/?　218
9-9　pn结中的隧穿效应　?/?　219
章末问题　?/?　222
MOS结构　?/?　223
10-1　MOS结构概述　?/?　224
10-2　积累层、耗尽层和反型层中的电场分布及
势能分布　?/?　225
10-3　Si表面的电子　?/?　233
10-4　理想MOS的电容　?/?　237
10-5　非理想MOS的情况　?/?　239
章末问题　?/?　241
MOS场效应晶体管　?/?　242
11-1　MOS场效应晶体管的结构　?/?　243
11-2　MOS场效应晶体管的工作原理（1）：线性区　?/?　243
11-3　MOS场效应晶体管的工作原理（2）：一般情况下
的电流-电压特?性　?/?　246
11-4　MOS场效应晶体管的工作原理（3）：饱和区　?/?　248
11-5　迁移率　?/?　250
11-6　阈值电压　?/?　253
11-7　亚阈值斜率　?/?　253
11-8　衬底偏压效应　?/?　256
章末问题　?/?　257
集成电路　?/?　258
12-1　CMOS反相器的结构　?/?　259
12-2　CMOS反相器中p沟道型MOSFET的工作原理　?/?　260
12-3　CMOS反相器中p沟道型MOSFET工作原理的
公式推导　?/?　263
12-4　CMOS反相器工作原理的公式推导　?/?　264
12-5　CMOS反相器的开关特性　?/?　266
12-6　等比例缩小　?/?　268
章末问题　?/?　271
界面的量子化　?/?　272
13-1　Si-MOS反型层电子的量子化　?/?　273
13-2　准二维电子系统的电子状态　?/?　274
13-3　Si-MOS反型层的电子状态　?/?　280
13-4　磁场下的二维电子系统和边缘态　?/?　282
13-5　异质结　?/?　287
章末问题　?/?　289
章末问题的答案　?/?　290