Halbleiterphysik

ISBN-13: 9783709194966 / Niemiecki / Miękka / 2012 / 647 str.

V. L. Bonc-Bruevic; S. G. Kalasnikov; R. Enderlein

Opis

(Wiss. Redaktion) von zahlreichen Fachwissenschaftlern. Ubersetzt aus dem Russischen unter Leitung von Enderlein, R."

Spis treści

1. Einige Eigenschaften von Halbleitern.- 1.1. Transporterscheinungen in Halbleitern.- 1.2. Die Relaxationszeit.- 1.3. Elementare Theorie galvanomagnetischer Erscheinungen.- 1.4. Gemischte Leitfähigkeit.- 1.5. Einige experimentelle Ergebnisse.- 2. Chemische Bindung in Halbleitern.- 2.1. Kristallgitter.- 2.2. Die Elektronenkonfiguration der Atome.- 2.3. Typen der chemischen Bindung.- 2.4. Der Kristallaufbau einiger Halbleiter.- 2.5. Nichtkristalline Halbleiter.- 2.6. Die verbotene Zone der Energie.- 2.7. Halbleitereigenschaften und chemische Bindung.- 2.8. Halbleiter mit geringer Beweglichkeit.- 2.9. Fremdatome.- 2.10. Leerstellen und Zwischengitteratome.- 2.11. Versetzungen.- 3. Grundlagen der Bändertheorie des Festkörpers I. Das ideale Gitter.- 3.1. Grundannahmen.- 3.2. Die Wellenfunktion des Elektrons im periodischen Feld.- 3.3. Die Brillouin-Zone.- 3.4. Energiebänder.- 3.5. Die Methode der starken Bindung (LCAO-Methode).- 3.6. Dispersionsgesetz und Isoenergieflächen.- 3.7. Metalle und Halbleiter.- 3.8. Die effektive Masse.- 3.9. Die Bandstruktur einiger Halbleiter.- 4. Grundlagen der Bändertheorie des Festkörpers II. Kristalle in äußeren Feldern — Realkristalle.- 4.1. Mittelwerte der Geschwindigkeit und der Beschleunigung eines Elektrons im Kristallgitter.- 4.2. Elektronen und Löcher.- 4.3. Klassische Theorie der Bewegung der Ladungsträger im statischen und homogenen Magnetfeld — Diamagnetische Resonanz.- 4.4. Die Effektivmassenmethode.- 4.5. Das Energiespektrum eines Ladungsträgers im statischen homogenen Magnetfeld (Quantentheorie).- 4.6. Bewegung und Energiespektrum der Ladungsträger im statischen elektrischen Feld.- 4.7. Flache Störstellenniveaus in homöopolaren Kristallen.- 5. Die Statistik der Elektronen und Löcher in Halbleitern.- 5.1. Einführung.- 5.2. Die Verteilung der Quantenzustände in den Bändern.- 5.3. Die Fermi-Verteilung.- 5.4. Die Ladungsträgerkonzentrationen in den Bändern.- 5.5. Nichtentartete Halbleiter.- 5.6. Der Fall starker Entartung.- 5.7. Die Zustandsdichtemasse.- 5.8. Die Zustandsdichte im quantisierenden Magnetfeld.- 5.9. Die Konzentrationen von Elektronen und Löchern in lokalisierten Niveaus. Einfach geladene Zentren.- 5.10. Mehrfach geladene Zentren.- 5.11. Die Gibbssche Verteilung.- 5.12. Spezialfälle.- 5.13. Die Bestimmung der Lage des Fermi-Niveaus.- 5.14. Das Fermi-Niveau im Eigenhalbleiter.- 5.15. Halbleiter mit Störstellen nur eines Typs.- 5.16. Die gegenseitige Kompensation von Donatoren und Akzeptoren.- 5.17. Kompensierte Halbleiter.- 5.18. Die Bestimmung der Energieniveaus von Störstellen.- 6. Kontaktphänomene.- 6.1. Potentialbarrieren.- 6.2. Die Stromdichte und die Einstein-Relation.- 6.3. Gleichgewichtsbedingungen für im Kontakt befindliche Körper.- 6.4. Die thermische Austrittsarbeit.- 6.5. Kontaktpotentiale.- 6.6. Der Verlauf der Elektronenkonzentration und des Potentials in der Raumladungsschicht.- 6.7. Die Abschirmlänge.- 6.8. Die Anreicherungsrandschicht eines Kontaktes für den stromlosen Fall.- 6.9. Die Verarmungsrandschicht eines Kontaktes.- 6.10. Raumladungsbegrenzte Ströme.- 6.11. Gleichrichtung am Metall-Halbleiter-Kontakt.- 6.12. Die Diffusionstheorie.- 6.13. Vergleich mit dem Experiment.- 7. Elektronen und Löcher als Nichtgleichgewichtsladungsträger.- 7.1. Niehtgleichgewichtsladungsträger.- 7.2. Die Lebensdauer von Nichtgleichgewichtsladungsträgern.- 7.3. Kontinuitätsgleichungen.- 7.4. Die Photoleitfähigkeit.- 7.5. Das Quasi-Fermi-Niveau.- 7.6. p-n-Übergänge.- 7.7. Der Nachweis von Nichtgleichgewichtsladungsträgern.- 7.8. Ambipolare Diffusion und ambipolare Ladungsträgerdrift.- 7.9. Diffusions- und Driftlängen.- 7.10. n+-n- und p+-p-Übergänge.- 8. Gleichrichtung und Verstärkung von Wechselströmen mit Hilfe von p-n-Übergängen.- 8.1. Statische Strom-Spannungs-Charakteristik eines p-n-Übergangs.- 8.2. p-n-Übergang bei angelegter Wechselspannung.- 8.3. Tunneleffekte in p-n-Übergängen — Tunneldioden.- 8.4. Der Bipolartransistor.- 8.5. Heteroübergänge.- 9. Rekombinationsstatistik von Elektronen und Löchern.- 9.1. Die verschiedenen Typen von Rekombinationsprozessen.- 9.2. Band-Band-Rekombinationsrate.- 9.3. Lebensdauer für strahlende Rekombination.- 9.4. Rekombination über Störstellen und Defekte.- 9.5. Nichtstationäre Prozesse.- 9.6. Stationäre Zustände.- 9.7. Mehrfach geladene Haftstellen.- 10. Elektronische Oberflächenzustände.- 10.1. Die Entstehung von Oberflächenzuständen.- 10.2. Der Einfluß des Oberflächenpotentials auf die elektrische Leitfähigkeit.- 10.3. Der Feldeffekt.- 10.4. Einige Effekte im Zusammenhang mit Oberflächenzuständen.- 10.5. Die Geschwindigkeit der Oberflächenrekombination.- 10.6. Der Einfluß der Oberflächenrekombination auf die Photoleitfähigkeit.- 10.7. Die Dämpfung der Photoleitfähigkeit in dünnen Platten und eindimensionalen Proben.- 10.8. Die Abhängigkeit der Oberflächenrekombination vom Oberflächenpotential.- 10.9. Der Sättigungsstrom für Dioden.- 11. Photoelektrische Erscheinungen.- 11.1. Die Rolle der Minoritätsladungsträger.- 11.2. Photospannung in homogenen Halbleitern.- 11.3. Der innere Photoeffekt.- 11.4. Der Sperrschichtphotoeffekt.- 11.5. Sperrschichtphotoelemente.- 11.6. Der Grenzflächenphotoeffekt.- 11.7. Der photoelektromagnetische (PEM-) Effekt.- 12. Gitterschwingungen.- 12.1. Kleine Schwingungen.- 12.2. Normalkoordinaten.- 12.3. Die Frequenzen der Normalschwingungen: Akustische und optische Zweige.- 12.4. Der Verschiebungsvektor.- 12.5. Quantenmechanische Betrachtung der Gitterschwingungen.- 12.6. Phononen.- 13. Grundlagen der kinetischen Theorie der Transporterscheinungen.- 13.1. Phänomenologische Beziehungen.- 13.2. Kinetische Koeffizienten und die Verteilungsfunktion.- 13.3. Die Boltzmann-Gleichung.- 13.4. Thermodynamisches Gleichgewicht und das Prinzip des detaillierten Gleichgewichts.- 13.5. Kleine Abweichungen vom Gleichgewicht.- 13.6. Das Stoßintegral bei elastischer Streuung und isotropen Isoenergieflächen und die Impulsrelaxationszeit.- 13.7. Eine elementare stationäre Lösung der Boltzmann-Gleichung für kleine Abweichungen vom Gleichgewichtszustand.- 13.8. Ladungsträger im schwachen elektrischen Wechselfeld.- 13.9. Plasmawellen.- 14. Streuung der Ladungsträger im nichtidealen Kristallgitter.- 14.1. Aufgabenstellung und Störungstheorie.- 14.2. Die Übergangswahrscheinlichkeit. Bedingung für die Anwendbarkeit der Boltzmann-Gleichung.- 14.3. Die Wechselwirkungsenergie zwischen Ladungsträgern und Phononen.- 14.4. Die Ladungsträgerstreuung an Phononen.- 14.5. Die Ladungsträgerstreuung an Störstellen.- 14.6. Beweglichkeit, Hall-Faktor und Thermospannung bei verschiedenen Streumechanismen.- 14.7. Simultanes Wirken mehrerer Streumechanismen.- 15. Akustoelektrische Erscheinungen.- 15.1. Einleitende Bemerkungen.- 15.2. Die Wechselwirkung von elastischen Wellen mit Leitungselektronen.- 15.3. Elastische Wellen in Piezoelektrika.- 15.4. Elastische Wellen in piezoelektrischen Halbleitern.- 15.5. Absorption und Verstärkung von Ultraschallwellen.- 15.6. Der akustoelektrische Effekt.- 15.7. Der Fall ql ? 1.- 15.8. Die Verstärkung thermischer Fluktuationen.- 15.9. Schlußbemerkungen.- 16. Heiße Elektronen.- 16.1. Das Aufheizen des Elektronengases.- 16.2. Symmetrischer und antisymmetrischer Anteil der Verteilungsfunktion.- 16.3. Bilanzgleichungen.- 16.4. Die Elektronentemperatur.- 16.5. Die Rolle der inelastischen Streuung.- 16.6. Die Feldabhängigkeit der Beweglichkeit und der Ladungsträgerkonzentration.- 16.7. Die differentielle Leitfähigkeit.- 16.8. Fluktuations-Instabilitäten.- 16.9. Elektrische Domänen und Stromfäden.- 16.10. Wandernde und statische Domänen.- 17. Probleme bei der Begründung der Bändertheorie und Aufgabenstellungen, die über ihren Rahmen hinausgehen.- 17.1. Drei Fragen zum Bändermodell.- 17.2. Die adiabatische Näherung.- 17.3. Die Näherung kleiner Schwingungen.- 17.4. Die Rolle der Gitterschwingungen und das Polaron.- 17.5. Die Methode des selbstkonsistenten Feldes.- 17.6. Elektronen und Löcher als Elementaranregungen des Vielelektronensystems im Halbleiter.- 17.7. Exzitonen.- 17.8. Flache Störstellenniveaus bei Berücksichtigung der Abschirmung.- 17.9. Rekombinationsmechanismen.- 18. Halbleiteroptik.- 18.1. Absorption und Emission von Licht in Halbleitern — phänomenologische Beziehungen.- 18.2. Absorptionsmechanismen.- 18.3. Absorption und Reflexion von elektromagnetischen Wellen an einem Gas freier Ladungsträger.- 18.4. Absorption und Emission bei optischen Band-Band-Übergängen.- 18.5. Direkte und indirekte Übergänge.- 18.6. Halbleiterlaser.- 18.7. Der Absorptionskoeffizient für direkte Übergänge und die kombinierte Zustandsdichte.- 18.8. Kritische Punkte.- 18.9. Indirekte Übergänge.- 18.10. Elektrooptische Effekte.- 18.11. Modulationsspektroskopie.- 18.12. Magnetooptische Effekte.- 19. Stark dotierte Halbleiter.- 19.1. Störstellenniveau und Störstellenbänder.- 19.2. Besonderheiten stark dotierter Halbleiter.- 19.3. Die Hierarchie der Energien.- 19.4. Die Zustandsdichte.- 19.5. Die Zustandsdichteausläufer.- 19.6. Optische Interbandübergänge in stark dotierten Halbleitern.- 19.7. Nichtkristalline Halbleiter.- Anhang 1. Zum Beweis des Blochschen Theorems.- Anhang 2. Integrale von Bloch-Funktionen.- Anhang 5. Die Rekombination über mehrfach geladene Haftstellen.- Anhang 6. Das Integral der Oberflächenleitfähigkeit.- Anhang 7. Die Diffusion von Nichtgleichgewichtsladungsträgern im Magnetfeld.- Anhang 8. Die Berechnung der Summe in Gl. (12.2.6).- Anhang 9. Ableitung der Orthogonalitätsbeziehungen (12.2.11).- Anhang 10. Der Übergang von der Summation über diskrete Quasiimpulskomponenten zur Integration.- Anhang 11. Der Operator der Wechselwirkungsenergie von Elektronen und akustischen Phononen.- Anhang 12. Das Potential eines geladenen Zentrums bei Berücksichtigung der Abschirmung durch freie Ladungsträger.- Anhang 13. Die Mittelung über die Störstellenkonfigurationen.- Anhang 14. Ein Theorem für Integrale periodischer Funktionen.- Anhang 15. Integrale der Fermi-Funktion bei starker Entartung.- Verzeichnis der am häufigsten verwendeten Symbole.