Fundamentals of Solid State Electronics

Fundamentals of Solid State Electronics pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:World Scientific Pub Co Inc
作者:Sah, C.T.
出品人:
页数:1000
译者:
出版时间:1991-10
价格:$ 162.00
装帧:HRD
isbn号码:9789810206376
丛书系列:
图书标签:
  • 固态电子学
  • 电子学
  • 半导体
  • 材料科学
  • 物理学
  • 电子器件
  • 电路
  • 物理
  • 工程
  • 高等教育
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具体描述

This textbook on the fundamental aspects of solid state electronics presents basic and state-of-the-art topics on materials physics, device physics, and basic circuit building blocks not covered by existing textbooks on the subject. Each topic is introduced with a historical background and motivations of device invention and circuit evolution. Fundamental physics is discussed with minimum need of algebra and advanced mathematics. Another special feature is a systematic classification of fundamental mechanisms not found even in advanced texts. It bridges the gap between solid state device physics covered here with what students have learnt in their first two years of study. Used very successfully in a one-semester introductory core course for electrical and other engineering, materials science and physics junior students, the second part of each chapter is also used in an advanced undergraduate course on solid state devices. The inclusion of previously unavailable analyses of the basic transistor digital circuit building blocks and cells makes this a useful reference for engineers to look up fundamental concepts and data, design formulae, and latest devices such as the GeSi heterostructure bipolar transistors.

好的,以下是一份关于不包含《Fundamentals of Solid State Electronics》内容的,关于另一本特定主题图书的详细简介。 --- 晶体材料科学:结构、特性与前沿应用 书名: 晶体材料科学:结构、特性与前沿应用 (Crystal Materials Science: Structure, Properties, and Frontier Applications) 作者: [此处可填充虚构的资深学者姓名,例如:Dr. Eleanor Vance & Prof. Kenji Tanaka] 出版社: [此处可填充虚构的专业出版社名称,例如:Global Materials Press] 出版年份: 2024 --- 导言:材料世界的基石 自人类文明伊始,我们对物质的理解与利用便围绕着材料展开。在所有材料范畴中,晶体材料因其高度有序的内部结构,表现出远超非晶态物质的独特物理、化学和机械性能。本书《晶体材料科学:结构、特性与前沿应用》旨在提供一个全面且深入的视角,聚焦于晶体结构的基本原理、由此衍生的宏观特性,以及这些特性在当代高科技领域中的实际部署。 本书的编写旨在服务于材料工程、物理学、化学以及相关交叉学科的高年级本科生和研究生,同时也为从事材料研发和工艺控制的工程师提供一本权威的参考手册。它避开了传统电子学教材中对半导体器件物理的侧重,而是将重点置于晶体本身的形而上学——即原子排列如何决定材料的宏观行为,以及我们如何通过控制这一结构来实现特定的工程目标。 第一部分:晶体结构的基础理论 (The Foundations of Crystalline Structure) 本部分奠定了理解所有晶体现象的理论基础。我们首先从最基础的点阵理论入手,详细阐述了布拉维点阵、晶胞的选择与定义,以及米勒指数在描述晶面和晶向中的不可替代性。 核心内容包括: 对称性分析: 深入探讨了晶体结构中的旋转轴、反射面和反演中心等操作,并系统性地讲解了 32 个晶体点群和 230 个空间群的分类体系。理解对称性是预测材料光学和压电特性的关键前提。 衍射物理学(X射线、电子束与中子束): 详细阐述了布拉格定律的物理意义,以及傅里叶变换在解析衍射图样中的应用。不同于侧重于晶格常数测量的侧面介绍,本书强调如何利用衍射来识别晶体缺陷、确定晶畴大小和应力状态。 非理想晶体结构: 晶体并非完美无瑕。本章详细剖析了点缺陷(如空位、间隙原子、取代原子)、线缺陷(位错的类型及其对塑性的影响)以及面缺陷(晶界、孪晶界)的热力学与动力学行为。我们将重点讨论如何通过热处理和应变工程来调控这些缺陷的浓度和分布。 第二部分:结构与特性的耦合 (Coupling Structure to Macroscopic Properties) 材料的价值在于其功能。第二部分将前一部分建立的结构知识,直接与材料的四大核心功能属性(力学、热学、电学与光学)联系起来。 力学性能的几何依赖性: 我们探讨了各向异性在力学中的体现,例如杨氏模量、剪切模量和泊松比在不同晶向上的差异。重点分析了滑移系统在决定金属和陶瓷塑性变形中的决定性作用,以及孪生如何成为晶体在特定应力状态下的重要变形机制。此外,对断裂韧性的讨论,尤其关注裂纹尖端场的应力强度因子,以及晶界对裂纹扩展路径的偏转作用。 热电与输运现象: 本章将热学与电学特性交织在一起。深入研究晶格振动(声子)的量子理论,解释比热容、热导率和热膨胀系数的微观机制。随后,讨论热电材料(如碲化锗合金)中,如何通过调控晶格缺陷和电子能带结构来最大化塞贝克系数和电导率,实现高效的热能转换。 光学性质的张量描述: 对于透明或半透明晶体,其光学响应是高度依赖于晶体结构的。本书系统介绍了双折射现象的张量分析,解释了晶体内部光波的快慢轴如何受晶体结构对称性的约束。此外,还涵盖了光致发光(PL)和吸收光谱在表征晶格振动模式和电子能级缺陷方面的应用。 第三部分:先进晶体材料的合成与生长 (Synthesis and Growth of Advanced Crystalline Materials) 优质的晶体是尖端技术的基础。本部分将理论模型应用于实际的材料制备工艺,强调过程控制与最终性能的关联。 单晶生长技术: 详细介绍了切克劳斯基法(Czochralski Method)和布里奇曼法(Bridgman Method)在生长高纯度硅、蓝宝石及特定半导体化合物单晶中的应用。讨论了熔体对流、界面稳定性、坩埚材料选择和气氛控制对缺陷引入的敏感性。 薄膜沉积与外延生长: 在微电子和光电器件领域,高质量的晶体薄膜至关重要。本书详细解析了分子束外延(MBE)和化学气相沉积(CVD)的过程动力学,特别是如何通过精确控制生长速率和原子层沉积,实现超薄异质结构和应变超晶格的构筑。 非平衡态材料制备: 拓宽视野至非常规方法,如快速凝固技术和水热合成法,探讨这些方法如何用于制备在平衡相图下难以获得的亚稳态晶体结构,及其在储能和催化领域的新潜力。 第四部分:晶体科学的前沿应用与挑战 (Frontier Applications and Emerging Challenges) 本书的最后一部分展望了晶体科学在解决当代重大工程问题中的角色,重点放在结构决定特性的前沿案例。 能源存储与转化: 聚焦于固态电解质的离子传导机制。详细分析了高熵氧化物和特定结构的石榴石型晶体中,局域晶格畸变如何促进锂离子或钠离子的快速跳跃,这是下一代固态电池发展的核心瓶颈。 拓扑材料与奇异输运: 深入探讨了拓扑绝缘体和拓扑半金属的能带结构。重点阐述了狄拉克锥和能带反转的物理本质,以及表面态/边缘态的无损电子输运特性,这完全由晶体的时间反演对称性所保护。 高性能结构陶瓷与复合材料: 探讨了陶瓷材料中晶界工程的应用,特别是如何通过在晶界处引入第二相或施加应力场来抑制晶界滑移和扩散,从而显著提高高温下的蠕变抗性和断裂韧性,例如在航空发动机涡轮叶片中的应用。 结论:展望未来 《晶体材料科学》不仅是一本关于“是什么”的书,更是一本关于“如何实现”的书。它强调了从原子尺度的周期性秩序到宏观尺度功能表现之间不可分割的逻辑链条。掌握晶体结构与性质之间的深层联系,是推动下一代材料创新的根本驱动力。本书通过严格的理论推导和丰富的工程实例,为读者构建了一个坚实的知识框架,以应对未来材料设计中的复杂挑战。

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读后感

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这本书的封面设计相当朴实,用色沉稳,一眼看上去就给人一种学术、严谨的感觉。当我翻开第一页,首先映入眼帘的是清晰的目录结构,清晰地勾勒出了半导体物理基础到器件应用的完整脉络。作者在引言部分用一种近乎于叙事的方式,娓娓道来了固体电子学这门学科的宏大背景及其在现代科技中的不可替代性,这种处理方式对于初学者来说非常友好,没有一上来就抛出复杂的数学公式,而是先建立起对整个领域的感性认知。随后进入晶体结构与能带理论的部分,讲解细致入微,即便是相对抽象的布洛赫定理和有效质量概念,也能通过精妙的类比和图示被有效地传达。我尤其欣赏它对二维材料电子特性的简要介绍,这表明编者紧跟了学科前沿的发展。全书的排版节奏掌握得很好,知识点之间的过渡自然流畅,让人在阅读时不会感到思维上的断裂,仿佛跟随一位经验丰富的导师,一步步深入到固体材料的微观世界。虽然是基础读物,但其内容的深度和广度足以让那些渴望扎实基础的工程师和研究人员感到满足。

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我发现这本书在理论深度上做到了一个非常精妙的平衡。它没有像一些纯理论物理的著作那样,一开始就将读者置于勒让德变换和格林函数的海洋中,而是从最基本的晶格振动、德鲁德模型和洛伦兹模型入手,稳步提升到薛定谔方程的应用。这种循序渐进的构建方式,使得读者在接触到诸如载流子输运、霍尔效应这些需要深刻物理洞察力的部分时,已经拥有了坚实的数学和物理基础作为支撑。它并没有回避复杂的推导过程,但会确保每一步推导都有明确的物理意义锚定。比如在讨论掺杂对费米能级的影响时,作者会穿插讨论不同温度下的载流子浓度变化曲线,将统计力学的结果直接联系到半导体器件的实际性能上。这种对“物理意义优先”的坚持,使得本书不仅仅是一本工具书,更像是一部深入探讨物质世界内在规律的学术专著。

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阅读体验上,这本书最大的优点在于其详尽且富有洞察力的图示系统。在处理半导体异质结或复杂能带结构时,很多教科书往往用过于简化的二维示意图来搪塞过去,但这本书不同。它提供的插图往往是多角度、多层次的,并且清晰地标注了关键物理量的变化趋势和边界条件。特别是在讲解MOSFET的工作原理时,通过一系列描绘载流子在沟道中迁移和势垒高度变化的时序图,使得“夹断”和“饱和”这几个常常令人困惑的概念变得异常直观。作者似乎非常理解学生在学习过程中容易在哪里卡壳,并在那些关键的转折点上,投入了更多的视觉资源进行解释。这种对视觉辅助的重视,极大地降低了理解复杂物理模型的门槛。如果你是通过阅读文字来学习物理概念感到吃力,这本书的图文结合方式会让你如鱼得水,仿佛那些原本飘忽不定的概念都有了实在的“形状”。

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这本书的习题部分绝对是其一大亮点,它绝非那种为了凑数而设置的简单计算题。每一章末尾的练习都经过精心设计,旨在检验读者对核心概念的理解深度,而非仅仅是公式的套用能力。例如,在讨论PN结的稳态和动态特性时,随后的习题会要求读者结合实际电路模型去分析漂移电流和扩散电流的相对贡献,这需要读者进行综合性的、跨章节的思考。有些挑战性的问题甚至需要读者自己推导出一些辅助性的关系式,这对于培养独立解决问题的能力至关重要。更重要的是,作者在部分习题的后面对解题思路提供了一些建设性的提示,这些提示不是直接给出答案,而是像灯塔一样指引方向,避免读者在复杂的数学推导中迷失。我个人花了很多时间在最后的几道拓展题上,它们常常涉及一些实际工程中的妥协与优化,这使得理论知识立刻拥有了鲜活的生命力,不再是书本上的孤立符号。

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从工程应用的视角来看,这本书的覆盖面确实相当广博,体现了固体电子学的交叉学科性质。它不仅仅停留在器件的物理特性分析,还花了不少篇幅讨论了器件的制造工艺对最终性能的影响。例如,在描述欧姆接触和肖特基接触的形成时,书中没有简单地套用理想模型,而是结合了实际的薄膜沉积过程和界面态的影响,解释了为什么实际器件的I-V曲线会偏离理论预测。此外,书中对双极性晶体管(BJT)和场效应晶体管(FET)的结构、工作机制以及它们在集成电路中的基本逻辑门应用进行了扎实的介绍,这种对宏观应用层面的关注,对于那些希望将理论知识迅速转化为实际设计能力的读者来说,是极其宝贵的。它成功地架起了从量子力学到实际芯片设计之间的桥梁,让人在使用这些器件时,能清晰地预见到其背后的物理限制和优化方向。

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