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1 绪论1

1.1 半导体材料的特征1

1.1.1 半导体材料的定义1

1.1.2 半导体材料的基本特性2

1.2 半导体材料发展简史2

1.3 半导体材料的分类4

1.4 半导体中的杂质和缺陷5

1.4.1 杂质5

1.4.2 缺陷6

1.4.3 半导体缺陷工程6

1.5 半导体材料的性能检测6

1.6 半导体材料的发展趋势8

1.6.1 半导体材料的发展趋势8

1.6.2 半导体材料性能检测技术趋势9

1.7 半导体材料研究的新进展10

1.7.1 几种主要半导体材料的发展现状与趋势10

1.7.2 太阳能电池材料15

1.7.3 中国半导体材料业的状况分析17

1.8 半导体材料展望19

2 半导体材料的物理基础与效应20

2.1 半导体中的晶体结构20

2.2 载流子和能带22

2.2.1 载流子22

2.2.2 能带结构23

2.2.3 电子和空穴26

2.3 杂质和缺陷能级27

2.3.1 杂质半导体27

2.3.2 杂质能级28

2.3.3 深能级29

2.3.4 缺陷能级30

2.4 热平衡下的载流子30

2.4.1 载流子的状态密度和统计分布31

2.4.2 本征半导体的载流子浓度34

2.4.3 杂质半导体的载流子浓度和补偿35

2.5 非平衡少数载流子36

2.5.1 非平衡载流子的产生、复合和寿命37

2.5.2 非平衡载流子的扩散38

2.5.3 非平衡载流子在电场下的漂移和扩散40

2.6 pn结41

2.6.1 pn结的制备42

2.6.2 pn结的能带结构44

2.6.3 pn结的电流电压特性45

2.7 金属-半导体接触和MIS结构47

2.7.1 金属-半导体接触47

2.7.2 欧姆接触49

2.7.3 MIS结构49

2.8 太阳能光电转换原理——光生伏特效应50

2.8.1 半导体材料的光吸收50

2.8.2 光生伏特51

2.9 半导体材料光学效应53

2.9.1 半导体的光学效应基础53

2.9.2 半导体的光电导效应和光致发光61

2.9.3 pn结的光伏效应70

2.10 半导体热电效应72

2.10.1 塞贝克效应72

2.10.2 珀耳帖效应76

2.10.3 汤姆逊效应77

2.10.4 塞贝克系数、珀耳帖系数和汤姆逊系数间的关系78

2.11 半导体材料磁学效应80

2.11.1 霍尔效应80

2.11.2 磁阻与压阻效应84

3 半导体材料的分类与性质91

3.1 第一～第四代半导体材料91

3.1.1 第一代半导体材料91

3.1.2 第二代半导体材料97

3.1.3 第三代半导体材料113

3.1.4 第四代半导体材料120

3.2 半导体功能材料129

3.2.1 稀磁半导体129

3.2.2 半导体敏感材料132

3.2.3 半导体热电材料143

3.2.4 半导体陶瓷材料及其特点147

3.2.5 半导体光电子材料150

4 半导体材料的制备160

4.1 体单晶生长160

4.1.1 熔体生长基本原理160

4.1.2 直拉法161

4.1.3 改进直拉生长技术163

4.1.4 悬浮区熔技术166

4.1.5 垂直梯度凝固和垂直布里奇曼技术167

4.1.6 水平布里奇曼技术168

4.1.7 化合物半导体单晶熔体生长技术的比较168

4.1.8 气相输运生长技术169

4.2 外延生长169

4.2.1 LPE技术169

4.2.2 VPE技术170

4.2.3 MBE技术172

4.2.4 化学束外延技术174

4.2.5 其他外延技术174

4.3 非晶半导体薄膜制备175

4.3.1 制备方法概述175

4.3.2 非晶硅薄膜制备175

4.3.3 非晶硅晶化制备多晶硅薄膜179

4.4 带硅材料制备技术182

4.5 片状晶生长184

4.5.1 D-Web技术184

4.5.2 SR技术184

4.5.3 EFG技术185

5 半导体材料检测与测试186

5.1 半导体材料检测186

5.2 半导体材料测试189

5.2.1 电导率测试189

5.2.2 扩展电阻法194

5.2.3 少数载流子寿命测试的基本原理和技术197

5.2.4 少数载流子扩散长度测试205

5.2.5 霍尔效应测试207

5.2.6 紫外-可见光分光光度测试原理209

5.2.7 I-V和C-V测试210

6 半导体材料设计225

6.1 材料设计概念225

6.1.1 材料设计的含义225

6.1.2 材料设计的范围和层次225

6.1.3 现代材料设计的几个环节226

6.1.4 材料设计的发展趋势及反思227

6.2 材料设计的途径228

6.2.1 材料知识库和数据库技术228

6.2.2 材料设计专家系统228

6.2.3 材料设计中的计算机模型229

7 半导体材料的应用230

7.1 半导体材料的磁学应用230

7.2 半导体材料的光催化应用232

7.3 半导体材料在太阳能电池上的应用235

7.3.1 太阳能电池发展历程236

7.3.2 太阳电池材料作为清洁能源材料的重要性237

7.3.3 太阳电池材料238

7.3.4 发展趋势和展望241

7.4 半导体材料在传感器上的应用241

7.4.1 氧化硅宽禁带氧化物半导体241

7.4.2 GaN宽带隙半导体材料应用243

7.4.3 SiC第三代半导体材料应用245

参考文献246