Anion Sensing pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

简体网页||繁体网页

☆☆☆☆☆

出版者:Springer Verlag

作者:Stibor, Ivan (EDT)/ Anslyn, Eric V. (CON)/ Bayly, S. R. (CON)

出品人:

页数:248

译者:

出版时间:

价格:$ 337.87

装帧:HRD

isbn号码:9783540232476

丛书系列:

图书标签:

• Anion Recognition
• Chemical Sensors
• Fluorescent Sensors
• Ion Selective Electrodes
• Supramolecular Chemistry
• Analytical Chemistry
• Environmental Monitoring
• Materials Science
• Chemosensors
• Host-Guest Chemistry

现代电子材料的能带理论与器件设计 作者： 张宏宇、李明杰 出版社： 科学出版社 出版年份： 2023年 页数： 680页 内容简介 本书系统、深入地探讨了现代电子材料，特别是半导体和功能性氧化物材料中的能带理论基础、能带结构计算方法，以及如何将这些理论应用于新型电子器件的设计与优化。全书内容紧密围绕凝聚态物理学的核心概念，结合前沿的实验和计算技术，旨在为材料科学家、电子工程师和高年级本科生、研究生提供一本全面且具有实践指导意义的参考书。 全书共分为四个主要部分，共计十四章。 --- 第一部分：电子材料的量子力学基础 (第1-3章) 本部分首先回顾了描述固体电子行为所需的量子力学基本原理。 第1章：晶格振动与电子的有效质量 本章从晶格动力学出发，介绍了布洛赫定理在周期性势场中的重要性。重点讨论了声子（晶格振动）与电子的相互作用，包括电子-声子散射对材料电学性能（如电阻率和迁移率）的影响。此外，详细推导了电子在晶格周期势场中运动的“有效质量”概念，并阐述了有效质量张量如何反映了能带曲率的各向异性。本章通过实例分析了硅和砷化镓中有效质量的差异及其对晶体管性能的直接影响。 第2章：近自由电子模型与紧束缚近似 本章对比分析了描述电子态的两种主要近似方法。在近自由电子模型部分，重点讲解了周期性势场如何导致布里渊区边缘的能带分离和费米面重构。在紧束缚近似部分，则详细讨论了原子轨道如何通过晶格重叠形成能带，特别是对于d轨道和f轨道的材料（如过渡金属氧化物）中强关联电子效应的初步探讨。本章还引入了费米面结构的概念，并解释了如何利用费米面来预测材料的导电类型。 第3章：密度泛函理论（DFT）简介及其在材料计算中的应用 本章专门介绍计算凝聚态物理学的核心工具——密度泛函理论。详细阐述了交换关联泛函的选择对计算结果精度的影响，特别是LDA、GGA及其后继的meta-GGA泛函的优缺点。计算流程部分涵盖了平面波基组、K点采样策略以及自洽场（SCF）计算的收敛标准。本章的重点在于如何利用DFT精确计算能带结构、态密度（DOS）和晶格常数，并讨论了如何修正DFT对带隙的系统性低估问题。 --- 第二部分：能带结构与材料特性 (第4-7章) 本部分深入分析了不同类型材料的能带结构特征，并将其与宏观物理性质联系起来。 第4章：半导体的能带结构与载流子输运 详细考察了硅、锗、GaAs、GaN等重要半导体的能带结构。区分了直接带隙和间接带隙的物理意义及其对光电器件（如LED和激光器）设计的影响。本章对费米能级在非简并和简并半导体中的位置进行了精确计算，并讨论了如何通过掺杂精确控制费米能级的位置。载流子输运方面，深入分析了漂移、扩散电流的数学描述，以及霍尔效应的测量原理。 第5章：拓扑绝缘体与狄拉克/外尔半金属 本章聚焦于近年来快速发展的拓扑材料。介绍了拓扑不变量（如Z2不变量）的概念，并解释了表面态（或边缘态）如何存在于能带理论的能隙之中。详细讨论了狄拉克锥和外尔点的形成条件、简并度及其在电荷输运中的独特性质。本章通过晶体对称性保护，阐述了这些材料在低能耗电子学中的潜在应用。 第6章：过渡金属氧化物中的电子关联效应 针对d轨道电子的强局域性和电子间的库仑排斥（Hubbard U），本章讨论了莫特绝缘体现象及其与传统能带理论的偏离。重点介绍了Hubbard模型及其平均场近似，以及如何通过引入Hubbard U参数到DFT+U框架中，成功模拟反铁磁性、电荷有序和高低温超导等复杂现象。 第7章：二维材料的能带工程 专题讨论了石墨烯、过渡金属硫化物（TMDs）等二维材料的特殊能带结构。分析了石墨烯的狄拉克锥的线性色散关系，以及通过范德华异质结堆叠对能带进行调控的技术（如扭曲双层石墨烯中的魔角效应）。本章还探讨了二维材料中Rashba效应和自旋轨道耦合对能带结构的影响。 --- 第三部分：光电响应与激发态 (第8-10章) 本部分关注材料对光子和外部电场的响应，这是光电子器件设计的基础。 第8章：光吸收、辐射复合与光学跃迁规则 本章系统阐述了光吸收的微观机制。从半导体的吸收系数出发，推导了光吸收与态密度之间的关系。详细分析了直接跃迁和间接跃迁的概率，并结合具体材料阐释了吸收边（Absorption Edge）的形成。对于光电器件设计，本章还量化了辐射复合（Radiative Recombination）和非辐射复合（Non-Radiative Recombination）的速率方程。 第9章：激子、极化激元与缺陷态 聚焦于激发态的形成。讨论了电子-空穴束缚态——激子（Exciton）的形成能和玻尔半径，及其在有机半导体和量子点中的重要性。进一步探讨了光子与电子激发态耦合形成的准粒子——极化激元，及其在超快光学开关中的潜力。此外，对材料中的本征和外来缺陷如何引入深能级或浅能级，并影响载流子寿命和器件性能进行了深入分析。 第10章：玻尔兹曼输运方程与载流子动力学 本章将输运理论提升到动力学层面。详细介绍了玻尔兹曼输运方程的建立，并通过弛豫时间近似求解该方程，推导出电导率和热导率的精确表达式。本章着重分析了温度、电场强度对载流子迁移率的影响，特别是高电场下的载流子饱和效应。 --- 第四部分：电子器件设计与界面效应 (第11-14章) 最后一部分将理论知识应用于实际器件，关注材料界面和异质结的物理学。 第11章：PN结与异质结的形成 详细分析了平衡态下PN结的内建电场、势垒高度和耗尽区宽度。基于能带图，解释了二极管的伏安特性曲线的物理起源。在异质结方面，引入了Anderson模型和梯度能带模型，用于预测不同材料界面处的载流子势垒和界面态的形成。 第12章：场效应晶体管（FET）中的能带调控 重点讨论了MOSFET的工作原理，特别是栅氧化层与半导体界面的物理化学性质对阈值电压的控制。分析了短沟道效应（SCE）的产生机理，并介绍了FinFET和GAA结构如何通过电场控制来克服这些限制。对于新兴的TFT，探讨了其沟道材料（如a-Si, IGZO）的态密度分布对开关性能的影响。 第13章：光电器件的能带匹配 系统性地讨论了太阳能电池、光电探测器和LED的能带设计要求。强调了带隙工程（Bandgap Engineering）在优化光吸收范围和开路电压中的作用。对于叠层器件，讨论了级联电池中能带的精确对准问题，以最大化电流匹配。 第14章：隧道效应与量子限制效应 本章探讨了宏观尺度下不易观察到的量子效应在纳米器件中的主导作用。详细分析了费米-狄拉克统计在不同温度下的变化，以及量子限制面对纳米结构（如量子阱、量子点）如何改变其有效能带结构和光学性质。本章最后对电子隧道结（如Esaki二极管）中的量子隧穿电流密度进行了推导和讨论。 --- 总结 本书内容覆盖了从基础量子力学到先进电子器件设计所需的理论工具，强调了能带结构对材料宏观电学和光学特性的决定性作用。通过大量的数学推导和面向实际应用的案例分析，读者将能够建立起对现代电子材料科学的深刻理解，并能独立开展新型功能材料的设计与性能预测工作。本书适合作为高等院校材料科学与工程、物理学、电子科学与技术等专业的进阶教材或研究人员的案头工具书。 关键词： 能带理论、密度泛函理论、半导体物理、拓扑材料、有效质量、电子器件设计、晶格动力学、激子。

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆