The Physics of Semiconductors pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Springer Verlag

作者:Grundmann, Marius

出品人:

页数:689

译者:

出版时间:

价格:$ 123.17

装帧:HRD

isbn号码:9783540253709

丛书系列:

图书标签:

德国
专业
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半导体物理
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具体描述

The Physics of Semiconductors provides material for a comprehensive upper-level-undergraduate and graduate course on the subject, guiding readers to the point where they can choose a special topic and begin supervised research. The textbook provides a balance between essential aspects of solid-state and semiconductor physics, on the one hand, and the principles of various semiconductor devices and their applications in electronic and photonic devices, on the other. It highlights many practical aspects of semiconductors such as alloys, strain, heterostructures, nanostructures, that are necessary in modern semiconductor research but typically omitted in textbooks. For the interested reader some additional advanced topics are included, such as Bragg mirrors, resonators, polarized and magnetic semiconductors are included. Also supplied are explicit formulas for many results, to support better understanding. The Physics of Semiconductors requires little or no prior knowledge of solid-state physics and evolved from a highy regarded two-semester course at the University of Leipzig.

固体物理学基础与前沿：从晶体结构到量子效应作者： [此处可填入一位或多位资深物理学家的名字，例如：张伟, 李明, 等] 出版社： [此处可填入一家知名的学术出版社名称，例如：高等教育出版社 / 普林斯顿大学出版社] 出版年份： [此处可填入一个近期年份，例如：2023] --- 内容提要《固体物理学基础与前沿：从晶体结构到量子效应》是一部全面而深入的大学教材及研究参考书，旨在为物理学、材料科学、电子工程等相关领域的学生和研究人员提供坚实的理论基础，并聚焦于当前固体物理学领域最活跃的研究方向和新兴技术。本书结构严谨，逻辑清晰，覆盖了从宏观现象到微观机理的完整知识体系，特别强调了理论框架的建立与实际应用的紧密结合。本书摒弃了对特定半导体器件物理的深入探讨，转而将重点放在了构成所有固体材料的基本物理原理上，特别是晶格振动、能带理论的普遍性、以及电子在周期性势场中的行为。 --- 详细章节概述第一部分：晶体结构与晶格动力学（The Crystalline Foundation）本部分奠定了理解所有晶体固体材料的几何和动态基础。第一章：晶体结构与对称性本章详细介绍了晶体的周期性本质，从点阵、晶胞、布拉维格点出发，系统阐述了七大晶系和十四种布拉维点阵。重点讨论了晶体学中的密勒指数（Miller Indices）表示法及其在描述晶面和晶向上的应用。此外，还深入探讨了宏观对称群与群论在晶体结构分类中的应用，为后续的物理性质预测提供数学工具。本章不涉及任何基于半导体的具体晶体结构（如GaAs或Si的晶格常数细节），而是侧重于普遍的晶体几何原理。第二章：晶格振动与声子本章的核心是描述晶格中原子集体振动的量子化——声子。首先，通过一维链模型（单原子链和双原子链）推导了色散关系，引入了布洛赫定理在晶格振动中的体现。随后，将理论推广到三维晶格，详细分析了光学支和声学支声子的性质，以及声子谱的计算方法。本章深入探讨了声子与晶格热容量的关系（德拜模型和爱因斯坦模型），以及德拜频率对材料宏观热学性质的决定性影响。第三章：晶体中的散射与输运本章将晶格动力学与输运现象联系起来。重点讨论了声子散射的机制，包括声子-声子散射（三声子过程）和非弹性声子散射。这部分内容聚焦于热导率的微观理论，分析了晶格热导率受声子平均自由程的限制。对于电荷输运，本章仅从玻尔兹曼输运方程（Boltzmann Transport Equation）的角度，阐述了电子在周期势场中受散射影响的一般形式，而将具体的载流子迁移率计算留给更专业的教材。 --- 第二部分：电子的能带理论与凝聚态物理（Quantum Mechanics in Solids）本部分是理解固体电子性质的核心，侧重于电子在周期性势场中的量子行为。第四章：电子在周期性势场中的运动本章是全书的理论基石。从薛定谔方程在周期性势场中的应用开始，详尽推导并阐释了布洛赫定理（Bloch’s Theorem）的数学形式及其物理意义。随后，通过克雷尼格-庞特（Kroneig-Penney）模型，直观展示了能带的形成机制——禁带的产生。本章着重于晶格周期性如何将连续的自由电子能谱分割成离散的能带结构。第五章：晶体的能带结构与费米面本章将理论推广至三维晶体，引入倒易空间（Reciprocal Space）的概念，并绘制了布里渊区（Brillouin Zone）。详细讨论了各种晶体结构（如面心立方、体心立方）的布里渊区几何形状及其对电子能带的限制。本章的核心是费米能级的概念，以及费米面在区分导体、绝缘体和半导体时的决定性作用。通过计算特定晶格模型下的能带色散关系，展示了有效质量的概念，但避免了对特定半导体材料的复杂能带计算。第六章：磁性与电子关联本章探讨了电子间的相互作用及其宏观表现。详细分析了顺磁性、抗磁性（朗之万与居里定律）的微观起源。重点研究了固体内电子的内禀磁矩——自旋，并引入了泡利不相容原理。对于铁磁性，本章着重于海森堡（Heisenberg）交换相互作用的微观理论基础，解释了磁畴的形成与宏观磁化现象，而非深入讨论磁性材料的特定应用。 --- 第三部分：超越能带理论的前沿概念（Advanced Topics）本部分涵盖了现代凝聚态物理学中至关重要的概念，它们适用于所有类型的晶体材料。第七章：晶体缺陷与非完美晶体本章关注实际晶体中不可避免的结构不完善性。系统分类了点缺陷（空位、间隙原子、取代杂质）、线缺陷（位错）和面缺陷。重点分析了位错如何导致材料的塑性形变，以及缺陷如何影响材料的电学和光学性质。本章侧重于缺陷的晶体学描述和弹性理论分析，而非缺陷能级在特定半导体中的精确计算。第八章：对称性、拓扑与新物态本章是本书的前沿总结，介绍现代物理学中对拓扑性质的关注。讨论了晶体动量空间中的拓扑不变量（如陈数）。介绍了拓扑绝缘体和拓扑半金属的基本概念，强调了它们在保证边缘态或表面态的保护机制上，依赖于时间反演对称性和晶体对称性。本章旨在建立一个通用的拓扑物理概念框架，不涉及具体的拓扑材料的制备或器件化。第九章：超导电性理论导论本章从宏观的现象学描述（迈斯纳效应、零电阻）出发，引入BCS理论的核心概念。详细解释了库珀对的形成机制——电子与声子的耦合，以及超导能隙的微观起源。本章聚焦于配对对称性和超导态的配对波函数，为理解低温物理现象提供了坚实的理论基础。 --- 本书特色理论完备性：覆盖了从经典晶体学到量子场论基础的固体物理全景。普适性强：所有理论推导均基于普遍的晶体结构和周期性势场，可应用于金属、绝缘体和所有晶体半导体。强调基础：严格遵循从基本假设到复杂模型的推导路径，确保读者对物理图像的深刻理解。前沿视野：通过引入拓扑物理和超导理论，引导读者了解凝聚态物理的研究热点。本书并非针对特定半导体器件（如晶体管、LED或太阳能电池）的物理机制进行深入分析，而是致力于构建所有固体材料——包括晶体半导体——所共有的、不可或缺的底层物理框架。