本书为高等学校电子信息、材料类、物理类相关专业教材，以贯彻全国教育大会和全省教育大会精神为指导，立足深化高等教育教学改革、提高高等教育教学质量和人才培养水平、推动一流本科课程建设的实际需要，是一本适用于线上线下混合式教学的半导体物理基础简明教材。全书共6章，首先介绍课程的混合式教学设计方案，明确教学目标、教学内容、教学过程与学习评价的基本思路；随后系统讲解半导体中的电子状态、杂质和缺陷、载流子浓度、载流子输运以及非平衡载流子等核心知识。各章内容由浅入深，注重基本概念、基本原理和基本分析方法之间的衔接，力求以简明清晰的方式帮助学生理解半导体材料的微观结构、载流子运动规律及其主要物理特性。本书将专业知识学习与混合式教学组织有机结合，既可为教师开展课堂教学、线上学习和教学评价提供参考，也有助于学生构建较为完整的半导体物理基础知识体系，为后续学习半导体器件、微电子技术及相关专业课程奠定基础。

杜凯，男，工学博士，系主任、副教授。1998.09—2002.06，山东聊城大学物理学院物理专业学习；2002.07—2007.06，吉林大学超硬材料国家重点实验室凝聚态物理专业学习； 2007.07—2008.06，山东大学晶体材料国家重点实验室博士后工作站工作；2008.07—2009.11，河南科技大学物理工程学院应用物理系工作；2009.12—2010.02，河南科技大学物理工程学院应用物理系副主任；2010.03—2010.06，河南科技大学物理工程学院应用物理系主任；2010.07—2020.06，河南科技大学物理工程学院材料物理系主任；2020.06至今，河南科技大学物理工程学院新能源材料与器件系主任。教学经历：负责人近3年承担《半导体物理》、《专业导论》、《专业课程设计》等多门理论、实践课程。《半导体物理》，专业必修课，32/2.0 2018—2020年，材料物理、新能源材料与器件、应用物理学大三学生，2016—2018级学生170人/次；《专业课程设计》，专业必修课，实践课，4+6周，2018—2020年，材料物理、新能源材料与器件大三、大四学生，2015—2017级学生，99人/次；《专业导论》，学科必修课，16/1.0 2018—2020年材料物理、新能源材料与器件大一学生，2018—2020级学生99人/次。获得的荣誉：主持省科技厅项目1项，省教育厅项目1项，参与国家自然基金4项，参与省级科技进步奖1项，发表学术论文10余篇，授权发明专利1项。承担的科研项目及获奖情况：主讲课程，《半导体物理》、《专业导论》、《专业课程设计》等，主持完成校级教改项目1项，校级在线开放课程《半导体物理》，参与编写教材2部。气敏检测系统的改造升级，大学生研究训练计划项目，校级，2019年；材料物理专业改革创新实践，教育教学改革研究项目，校级结项，2019年。

目 录
第1章 线上线下混合式教学模式 1
1.1 混合式教学的产生背景 1
1.2 混合式教学的基本理念 3
1.3 混合式教学的基本流程 5
1.4 混合式教学的特色与问题 9
第2章 半导体入门知识 14
第1课时 14
2.1 半导体基本概念范畴 15
2.2 半导体发展简史 16
课后思考 20
课后习题 20
综合案例 21
第3章 半导体中的电子状态 22
第2课时 22
3.1 半导体的晶格结构和结合性质 22
3.2 半导体中的电子状态和能带 23
3.2.1 原子的能级到晶体的能带 24
课后思考 26
第3课时 27
3.2.2 晶体能带的量子表述 27
课后思考 31
第4课时 32
3.2.3 导体、半导体、绝缘体能带 32
3.3 半导体中电子的运动 34
3.4 电子的另一种表现形式——空穴 39
第5课时 40
3.5 回旋共振 40
3.6 硅和锗的能带结构 45
综合案例 51
课后习题 51
第4章 半导体中的杂质和缺陷能级 54
第6课时 54
4.1 硅、锗晶体中的杂质能级 55
课后思考 61
第7课时 62
4.2 Ⅲ-Ⅴ族化合物中的杂质能级 62
4.3 缺陷、位错能级 63
综合案例 65
课后习题 65
第5章 半导体中载流子的统计分布 67
第8课时 67
5.1 状态密度（量子态分布） 68
5.2 载流子的统计分布 71
第9课时 77
5.3 本征半导体的载流子浓度 77
第10课时 84
5.4 杂质半导体的载流子浓度 84
第11课时 92
第12课时 98
综合案例 101
课后习题 101
第6章 半导体的导电性 105
第13课时 105
6.1 载流子的漂移运动和迁移率 105
6.2 载流子的散射 108
第14课时 111
6.3 迁移率与杂质浓度、温度的关系 111
6.4 电阻率与杂质浓度、温度的关系 116
综合案例 122
课后习题 122
第7章 非平衡载流子 124
第15课时 124
7.1 非平衡载流子的注入与复合 124
7.2 非平衡载流子寿命和复合理论 127
7.2.1 非平衡载流子寿命 127
7.2.2 准费米能级 128
7.2.3 复合理论 129
第16课时 140
7.3 载流子的扩散运动 140
7.4 载流子的漂移运动（爱因斯坦关系式） 144
综合案例 147
课后习题 147
第8章 pn结 149
第17课时 149
8.1 pn结的形成及其基本结构 150
8.1.1 合金法制备的pn结及其杂质分布 150
8.1.2 扩散法制备的pn结及其杂质分布 151
8.1.3 制备pn结的其他方法 152
8.2 平衡pn结及其能带 153
8.2.1 平衡pn结 153
8.2.2 平衡pn结的能带 154
第18课时 156
8.3 平衡pn结的静电特性 156
8.3.1 平衡pn结的接触电势差 156
8.3.2 平衡pn结的载流子分布 157
第19课时 159
8.4 pn结的电流?电压特性 159
8.4.1 非平衡状态下的pn结 159
第20课时 162
8.4.2 理想pn结模型的电流?电压方程 162
8.4.3 pn结的电流?电压特性较理想方程的偏离 167
第21课时 172
8.5 pn结电容 172
8.5.1 pn结电容及其来源 172
8.5.2 突变结的势垒电容 173
第22课时 181
8.6 pn结击穿 181
8.6.1 雪崩击穿 182
8.6.2 隧道击穿 184
8.6.3 热电击穿 186
8.7 pn结隧道效应 187
课后习题 189
第9章 金属?半导体接触 193
第23课时 193
9.1 金属?半导体接触及其能带 194
9.1.1 金属和半导体的功函数 194
9.1.2 有功函数差的金属与半导体接触 195
9.1.3 表面态对接触势垒的影响 198
第24课时 200
9.2 金属?半导体接触的整流理论 200
9.2.1 扩散理论 201
9.2.2 热电子发射理论 205
9.2.3 镜像力和隧道效应的影响 207
第25课时 210
9.2.4 肖特基二极管 210
9.3 少子的注入和欧姆接触 211
9.3.1 少子的注入 211
9.3.2 欧姆接触 213
课后习题 214
第10章 半导体表面和MIS结构 217
第26课时 217
10.1 表面态 218
10.1.1 理想表面模型 218
10.1.2 实际半导体表面 220
10.2 表面电场效应与MIS结构 220
10.2.1 表面电场的产生及应用 221
10.2.2 理想MIS结构 221
第27课时 223
10.2.3 空间电荷层及表面势 223
10.2.4 空间电荷层的电场、电势和电容 225
第28课时 236
10.3 MIS结构的C-V特性 236
10.3.1 理想MIS结构的C-V特性 236
10.3.2 实际MIS结构的C-V特性 242
第29课时 246
10.4 硅?二氧化硅系统的性质 246
10.4.1 硅?二氧化硅系统中的电荷和能量状态 247
10.4.2 硅?二氧化硅系统的优化方法 252
10.5 表面电导及迁移率 253
10.5.1 表面电导 253
10.5.2 表面载流子的有效迁移率 255
课后习题 256
第11章 半导体异质结构 259
第30课时 259
11.1 异质结的分类及其能带结构 260
11.1.1 异质结的分类 260
11.1.2 理想异质结的能带结构 261
11.1.3 界面态对异质结能带结构的影响 264
第31课时 266
11.2 异质结的特性及其应用 266
11.2.1 pn异质结的J-V特性 266
11.2.2 pn异质结的注入特性 271
11.2.3 异质结的应用 272
第32课时 275
11.3 量子阱和超晶格 275
11.3.1 量子阱 275
11.3.2 超晶格 279
课后习题 283
参考文献 284
致谢 285