Physics of Solid State Devices pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Routledge

作者:Beeforth, T. H./ Goldsmid, H. J.

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:

价格:15.5

装帧:HRD

isbn号码:9780850860139

丛书系列:

图书标签:

• 固体物理
• 半导体器件
• 物理学
• 电子学
• 材料科学
• 器件物理
• 量子力学
• 凝聚态物理
• 纳米技术
• 电子材料

物理世界的多维探索：跨学科前沿与应用基础 本书并非专注于半导体物理或固体器件的经典论述，而是将目光投向更广阔的物理学疆域，深入剖析物质在不同尺度、不同极端条件下的奇异行为，并探讨这些基础物理原理如何驱动新兴技术的革新。 本书的结构设计旨在为读者构建一个跨越传统学科壁垒的知识网络，涵盖从宏观动力学到微观量子效应，再到复杂系统演化的多层次理解。 第一部分：非平衡态与复杂系统的涌现 本部分着重于超越热力学平衡的物理现象，探讨系统在外部驱动或内部扰动下如何展现出复杂的、有时是不可预测的行为。 第一章：湍流与流体力学前沿 本章不涉及晶体管的能带结构，而是深入流体力学这一宏大领域。我们将从纳维-斯托克斯方程的数学本质出发，探讨湍流这一复杂系统的经典难题。内容包括：湍流的统计描述、Kolmogorov的惯性子区的理论基础，以及对湍流边界层和混合现象的深入分析。重点关注激光散射技术在测量高雷诺数流场中的应用，以及通过非线性动力学方法（如混沌理论）来理解湍流信号的内在结构。此外，还将介绍先进的计算流体力学（CFD）模型，特别是拉格朗日方法在追踪物质点运动中的优势，以及大涡模拟（LES）在工程应用中的局限与突破。我们将详细分析界面不稳定性，如瑞利-泰勒和开尔文-亥姆霍兹不稳定性，它们在星际介质和惯性约束聚变研究中的重要性。 第二章：非平衡态统计物理与信息论 本章将统计物理的视角从平衡态的吉布斯分布扩展到时间演化的开放系统。我们探讨如何利用信息论工具（如熵增速率、互信息）来量化系统的复杂性和演化方向。重点讨论远离平衡态的相变，例如非平衡临界现象和自组织临界性（SOC）。我们将详细解析久石崎-里德尔（Kardar-Parisi-Zhang, KPZ）方程，该方程描述了界面粗糙化在随机过程中的普适性。此外，本章还将引入马尔可夫随机游走理论，并将其应用于分析生态系统中的物种竞争和资源分配模型，展示物理学原理在生物和经济系统中的映射。 第三部分：极端条件下的物质行为 本部分聚焦于在极端温度、压力或场强下，物质结构和性质发生的根本性转变。 第三章：超高压物理学与地核模拟 本章不讨论半导体结的电学特性，而是转向地球和行星科学的交叉领域。我们将详细介绍金刚石砧技术（DAC）的工作原理及其局限性，如何将物质压缩到数百万个大气压。研究对象包括：氢在极端压力下的金属化转变、水冰的深层相图（如Ice VII, Ice X）及其对系外行星宜居性的影响，以及硅酸盐在地幔压力下的动力学行为。重点分析X射线衍射和同步辐射光源如何用于原位监测高压下的晶体结构变化和电子结构重构。 第四章：强场物理与物质的瞬态激发 本章探讨物质与超强激光脉冲相互作用时产生的非线性光学现象和高能粒子产生。我们将深入探讨高次谐波产生（HHG）的物理机制，包括“再散射模型”和“隧道模型”，以及如何利用HHG源进行阿秒科学研究，捕捉电子在原子和分子轨道上的瞬时运动。此外，本章还将涵盖激光等离子体相互作用，特别是相对论性等离子体中的布里渊散射和拉曼散射，以及其在紧凑型粒子加速器研究中的潜在应用。 第三部分：拓扑结构与量子几何 本部分探讨拓扑概念如何深刻地重塑我们对材料的理解，超越传统的能带理论。 第五章：拓扑绝缘体与表面态的几何起源 本章将深入研究拓扑不变量在分类材料能带结构中的作用，但重点不是器件的构建，而是其内在的几何和拓扑特性。我们将详细阐述Z2不变量的计算方法，以及它如何保证表面态（如狄拉克锥）的存在性，即使在存在时间反演对称性的情况下。讨论将集中在：拓扑绝缘体的合成挑战、表面态的自旋-动量锁定效应，以及如何通过引入磁性或打破时间反演对称性来打开拓扑平带。此外，还将简要介绍拓扑超导体和Majorana费米子的前沿理论猜想。 第六章：几何相与量子霍尔效应的普适性 本章聚焦于横跨经典和量子领域的“几何相”（Aharonov-Bohm效应和贝里相）。我们将详细推导贝里曲率在布洛赫波函数上的定义，并解释它如何直接导致量子霍尔效应中的能带填充和拓扑荷的存在。不同于关注量子器件的制备，本章更侧重于几何相在经典系统中的体现，例如光子晶体中的拓扑边界态和声学超材料中的拓扑保护的表面波，展示几何相位在不同物理系统中作为一种普适概念的威力。 第四部分：先进材料的结构与功能 本部分关注具有独特结构特征的新型功能材料，它们在力学、光学和电子学上表现出奇异的性质。 第七章：二维材料的范德华异质结与界面工程 本章关注原子级厚度的晶体，但侧重点在于其堆叠方式带来的新奇物理。我们将深入探讨莫尔（Moiré）图案的形成机制，以及由层间扭转角导致的超晶格效应（例如，“魔角”石墨烯的关联电子物理）。分析重点在于如何通过精确控制界面电势和范德华相互作用，来调控电子的有效质量和能带结构，而非传统的掺杂或电场调控。讨论其在光电探测和电荷转移机制中的应用潜力。 第八章：超材料与负折射率现象 本章探索通过人工设计的亚波长结构来实现自然材料无法实现的电磁响应。我们将从麦克斯韦方程组出发，推导等效介电常数和磁导率的限制，并详细分析“鱼眼”结构和“开口谐振环”（SRR）的设计原理。重点讨论负折射率的物理意义、完美透镜（Superlens）的理论可行性，以及如何通过调控表面等离激元（SPPs）来绕过衍射极限，实现亚波长成像的原理性突破。 总结 本书汇集了当代物理学研究中最具活力和挑战性的领域，从湍流的混沌到拓扑的稳健性，从行星深处的极端压力到阿秒尺度的电子瞬间。它旨在培养读者一种跨学科的思维模式，理解物理定律在不同尺度和条件下如何展现出惊人的普适性和多样性，为未来更深入和更具创造性的科学探索奠定坚实的基础。

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对我来说，这本书与其说是一本教材，不如说是一部“器件物理的百科全书”。我发现自己经常会跳过特定的章节，转而深入研究那些在其他地方难以找到的特定主题的深入分析。例如，书中对光电器件（如LED和激光二极管）的增益机制和量子效率的讨论，其深度足以作为博士论文的参考基础。作者对非理想效应的关注，例如由于制造工艺引入的缺陷和应力对方程的影响，体现了一种高度的现实关怀，使得理论模型能够更好地映射到真实世界的半导体器件性能上。阅读这本书需要极大的耐心和专注力，因为它要求读者不仅要理解“是什么”，更要深刻理解“为什么会这样”。它不仅仅教授了知识，更像是在训练一种对半导体材料和器件现象的深刻直觉。每当我在设计或故障分析中遇到棘手的物理问题时，翻开这本书，总能找到那个能够启发我、提供关键物理洞见的段落。这是一部真正的经典，它的价值会随着时间的推移和技术的进步而愈发凸显。

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这部《Physics of Solid State Devices》简直是为那些渴望深入理解半导体器件物理的工程师和研究人员量身定制的圣经。我花了整整一个学期的时间来研读它，每一次翻阅都像是在进行一次智力上的冒险。书中对能带理论的阐述极其透彻，远超出了普通本科教材的深度，它没有满足于给出概念，而是将数学推导的每一步都清晰地展现出来，这使得我能真正领悟到材料的能带结构是如何决定其宏观电学特性的。特别是关于PN结和MOSFET的章节，作者的讲解逻辑严密，从量子力学的基本原理出发，层层递进地剖析了载流子输运、空间电荷区形成以及器件工作机制的内在联系。书中对载流子输运过程的描述，特别是漂移和扩散的定量分析，简直是教科书级别的典范。对于我这样需要在设计过程中精确预测器件性能的人来说，书中提供的那些详细的、基于物理模型的方程和参数，是无可替代的工具。这本书的价值不仅仅在于知识的传授，更在于它培养了一种严谨的、从第一性原理出发解决问题的思维方式。读完之后，再去看任何应用层面的器件手册，都会觉得豁然开朗，因为底层的物理机制已经深深植根于脑海之中。

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如果你期待的是一本轻松愉快的科普读物，那么请立刻放下这本书。这部《Physics of Solid State Devices》绝对是为那些已经掌握了半导体基础知识，并准备向专业领域迈进的读者准备的“硬核”参考书。它的深度和广度令人咋舌，它不仅仅关注传统的硅基器件，还对新兴的如异质结双极性晶体管（HBT）以及一些早期概念性器件的物理原理进行了详尽的分析，这极大地拓宽了我的视野，让我明白器件创新的边界在哪里。作者在论述中展现出对理论物理的深厚功底，例如，在讨论热电子发射和隧道效应时，他引入了费米黄金法则和WKB近似等高级工具，这使得他对电流注入机制的描述达到了近乎完美的精确度。我尤其欣赏书中那种“不回避复杂性”的学术态度，很多公式的推导过程冗长而复杂，但正是这些繁琐的步骤，构成了我们理解器件极限性能的物理基础。这本书的索引做得非常细致，尽管内容密度极高，但需要查找特定公式或概念时，依然能够高效定位。

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老实说，这本书的阅读体验充满了挑战，但最终的回报是巨大的。它毫不留情地撕开了那些在入门读物中被过度简化的“黑箱”器件模型，直击半导体物理的核心。我印象最深的是关于双极性晶体管（BJT）的章节，作者没有止步于Ebers-Moll模型，而是深入探讨了高电平注入效应、基区窄化效应等复杂的非理想行为，这些在实际高频、大功率应用中至关重要。书中对载流子在不同电场强度下的速度饱和现象的讨论，配合精确的数学推导，让我对现代半导体制造中实现的高速器件有了更深刻的敬畏。此外，书中对表面效应和界面态的探讨也异常详尽，这对于理解半导体器件的可靠性、阈值电压稳定性以及噪声特性至关重要。我必须承认，初期阅读时，我需要频繁地查阅补充的微积分和线性代数资料，但正是这种“硬啃”的过程，才真正巩固了我的基础。这本书的排版和图示设计非常专业，尽管内容艰深，但图表往往能起到画龙点睛的作用，将抽象的物理概念具象化，避免了纯文本带来的枯燥感。

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这本书的结构布局体现了极高的逻辑性和连贯性，它不是零散知识点的堆砌，而是一部完整的、自洽的物理学叙事。从最基本的晶体结构、晶格振动（声子）开始，逐步过渡到半导体本征/掺杂特性，然后系统地构建起PN结、MOS结构、以及各种晶体管的物理模型。这种自底向上的构建方式，让我在阅读时始终能清晰地知道当前讨论的物理现象是基于哪些更基础的原理得出的。书中对于半导体中的少数载流子行为的分析，特别是寿命和复合机制的探讨，非常深入，远超出了许多同类书籍对这一主题的简单带过。例如，对Shockley-Read-Hall (SRH) 复合机制的详细建模，对于理解半导体器件中的非理想载流子复合和效率下降至关重要。这本书的语言风格偏向于严谨的科学论述，几乎没有冗余的修饰语，每一个句子都承载着明确的物理信息，这对于需要精确理解的读者来说是一种福音，因为它排除了所有歧义。

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