W ciągu ostatnich pięćdziesięciu lat, od czasu skonstruowania pierwszego tranzystora, wykonanego z germanu, półprzewodniki stały się niezmiernie ważne. Wkrótce najbardziej znaczącym technicznie materiałem półprzewodnikowym stał się krzem. Rozwój technologii informatycznych był ściśle związany z miniaturyzacją urządzeń elektronicznych wykorzystujących krzem. W ostatnich piętnastu latach dodatkowe zastosowania półprzewodników, jak np. detektory światła, baterie słoneczne, diody emitujące światło i lasery półprzewodnikowe, coraz bardziej zyskiwały coraz większe znaczenie. Należy wspomnieć, że znaczącym odkryciem optoelektroniki półprzewodnikowej jest zbudowany w Polsce prototyp niebieskiego lasera. W odróżnieniu od urządzeń elektronicznych opartych na krzemie, urządzenia optoelektroniczne, wykorzystują półprzewodniki z prostą przerwą energetyczną takich jak GaAs, ZnSe, GaN.
Niniejszy podręcznik przedstawia wiedzę z fizyki półprzewodników i struktur półprzewodni- kowych, na poziomie odpowiednim dla studentów starszych lat wydziałów fizyki, elektroniki i inżynierii materiałowej. Może też być pomocny dla doktorantów wymienionych kierunków, jak również pracowników naukowych zajmujących się fizyką półprzewodników i przyrządami półprzewodnikowymi.
W materiale podręcznika zawarto wykład z teorii struktury pasmowej półprzewodników, defektów (punktowych) półprzewodnika, zjawisk transportu i zjawisk optycznych w półprzewodnikach objętościowych oraz obszerne omówienie tych samych zagadnień w odniesieniu do struktur niskowymiarowych. Właśnie zagadnienia dotyczące struktur niskowymiarowych półprzewodników zdominowały aktualnie fizykę i elektronikę ciała stałego. Ostatni rozdział zawiera omówienie struktury energetycznej i inne własności powierzchni półprzewodników.

Spis Treści:

WSTĘP

I. STRUKTURA PASMOWA PÓŁPRZEWODNIKÓW

1. Przegląd półprzewodników

2. Periodyczna struktura kryształów

3. Kwantowo-mechaniczny opis ciała stałego

4. Gęstość stanów (elektronowych) w pasmie

5. Model sieci pustej

6. Model prawie swobodnych elektronów

7. Metoda pseudopotencjału

8. Metoda k p (kp) obliczania struktury pasmowej

9. Struktura pasmowa z uwzględnieniem oddziaływań spin-orbita
9.1. Równanie Schrodingera z uwzględnieniem oddziaływania spin-orbita
9.2. Struktura pasmowa pasm walencyjnych w modelu kp
9.3. Hamiltonian Luttingera:

10. Model Kane' a
10.1. Trójpoziomowy model Kane'a

11. Struktura pasmowa najbardziej znanych półprzewodników
11.1. Półprzewodniki o strukturze krystalicznej diamentu
11.2. Półprzewodniki o strukturze krystalicznej blendy cynkowej

12. Wiązania chemiczne a struktura pasmowa półprzewodnikow. Obliczenia struktur pasmowych metodą LCAO

12.1. Metodologia rozwiązywania równania Schrodingera
12.2. Stany elektronowe _w krysztale jednowymiarowym
12.3. Przykład struktury przestrzennej chlorek cezu
12.4. Struktura pasmowa prostych tetraedrycznych kryształów

II. DEFEKTY W PÓŁPRZEWODNIKACH

13. Płytkie (wodorodpodobnene) domieszki
13.1. Równanie masy efektywnej
13.2. Płytkie (wodoropodobne) domieszki w półprzewodnikach
13.3. Płytkie domieszki w krzemie i germanie
13.4. Wodoropodobne akceptory
13.5. Wpływ silnego domieszkowania na energie płytkich poziomów domieszkowych

14. Głębokie poziomy (centra)
14.1. Wprowadzenie do teorii głębokich poziomów w półprzewodnikach
14.2. Wakans idealny
14.3. Domieszka (atom) podstawieniowa
14.4. Relaksacja sieci wokół głębokiego defektu

III. ZJAWISKA TRANSPORTU

15. Koncentracja elektronów i dziur w półprzewodnikach
15.1. Statystyka elektronów i dziur
15.2. Koncentracja swobodnych nośnikow ładunku
15.3. Koncentracja nośników w półprzewodniku samoistnym i domieszkowanym

16. Równanie kinetyczne Boltzmana:

17. Czas relaksacji dla procesów rozpraszania
17.1. Rozpraszanie na zjonizowanych domieszkach
17.2. Rozpraszanie na fononach akustycznych i optycznych

18. Zastosowanie równania kinetycznego Boltzmana (RKB) do opisu zjawisk transportu w półprzewodnikach
18.1. Rozwiązanie RKB dla nośników w polu elektrycznym
18.2. Zjawiska galwonomagnetyczne w półprzewodnikach
18.3. Siła termoelektryczna półprzewodników

19. Zjawiska transportu w silnych polach elektrycznych
19.1. Ujemny opór różniczkowy w n- GaAs

IV. ZJAWISKA OPTYCZNE W PÓŁPRZEWODNIKACH:

20. Wprowadzenie do elektrodymamyki makroskopowej;

21. Model oscylatorów tłumionych

22. Mikroskopowa teoria funkcji dielektrycznej
22.1. Przejścia międzypasmowe
22.2. Łączna gęstość stanów i osobliwości van Hove'a
22.3. Krawędź absorpcji podstawowej
22.4. Przejścia skośne
22.5. Przejścia dla energii fotonów większej od wartości przerwy energetycznej

23. Zjawiska optyczne związane ze swobodnymi nośnikami

23.1. Absorpcja na swobodnych nośnikach
23.2. Krawędź plazmowa
23.3. Przejścia między podpasmami pasma walencyjnego lub pasma przewodnictwa

24. Ekscytony
24.1. Ekscytony WannieraMotta
24.2. Przejścia optyczne do stanów ekscytonowych

25. Procesy absorpcji związane z defektami kryształu

26. Przejścia promieniste

27. Oddziaływanie fali elektromagnetycznej z drganiami sieci krystalicznej
27.1. Procesy jednofononowe
27.2. Absorpcja wielofononowa
27.3. Nieelastyczne rozpraszanie światła

28. Własności magnetooptyczne półprzewodników

V. STRUKTURA ENERGETYCZNA I WŁAŚCIWOŚCI FIZYCZNE STRUKTUR NISKOWYMIAROWYCH

29. Prostokątna studnia kwantowa
29.1. Pasmo przewodnictwa
29.2. Pasmo walencyjne

30. Struktury pseudomorficzne

31. Selektywnie domieszkowane heterozłącza półprzewodnikowe

32. Supersieci półprzewodnikowe

33. Inne układy dwuwymiarowe

34. Układy jedno- i zerowymiarowe
34.1. Druty kwantowe
34.2. Kropki kwantowe

35. Rozkład gęstości stanów i statystyka nośników

36. Stany domieszkowe i ekscytony
36.1. Płytkie stany domieszkowe
36.2. Zjawisko ekranowania
36.3. Ekscytony
36.4. Efekt zapełnienia przestrzeni fazowej

37. Przewodnictwo elektryczne struktur dwuwymiarowych
37.1. Czas relaksacji
37.2. Rozprasznie na zjonizowanych domieszkach
37.3. Rozprasznie na nierównościach powierzchni
37.4. Inne mechanizmy rozpraszania
37.5. Rozpraszanie między podpasmami
37.6. Ruchliwość nośników w strukturach dwuwymiarowych
37.7. Transport balistyczny

38. Transport wertykalny
38.1. Struktury tunelowe
38.2. Stany rezonansowe
38.3. Oscylacje Blocha w supersieciach

39. Własności optyczne struktur dwuwymiarowych
39.1. Współczynnik absorpcji
39.2. Przejścia wewnątrzpasmowe
39.3. Przejścia międzypasmowe
39.4. Przejścia ekscytonowe
39.5. Luminescencja
39.6. Przejścia optyczne w polu elektrycznym

40. Układy dwuwymiarowe w silnych polach magnetycznych
40.1. Energie elektronów i rozkład gęstości stanów
40.2. Zjawiska oscylacyjne
40.3. Kwantowy efekt Halla

VI. STRUKTURA ENERGETYCZNA I WŁASNOŚCI POWIERZCHNI PÓŁPRZEWODNIKÓW

41. Struktura geometryczna powierzchni

42. Struktura wybranych powierzchni
42.1. Powierzchnia krzemu Si (001)
42.2. Powierzchnia arsenku galu GaAs (001)
42.3. Powierzchnia arsenku galu GaAs (110)
43. Zespolona struktura pasmowa

44. Zakrzywienie pasm przy powierzchni półprzewodnika

44.1. Model Schottky'ego
44.2. Przypadek ogólny
44.3. Zapełnienie stanów powierzchniowych i zagięcie pasm w stanie równowagi termodynamicznej

LITERATURA