X-Ray Scattering from Semiconductors pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Fewster, Paul F.

出品人:

页数:300

译者:

出版时间:2001-2

价格:$ 99.00

装帧:

isbn号码:9781860941597

丛书系列:

图书标签:

• X-射线散射
• 半导体
• 材料科学
• 晶体学
• 结构分析
• 固体物理
• 表面分析
• 纳米材料
• 薄膜
• X射线衍射

固体物理与材料科学前沿：电子结构、输运特性与界面现象的深度探究 本书聚焦于凝聚态物理和材料科学领域中，对半导体、金属、拓扑材料以及复杂氧化物薄膜体系进行微观结构、电子行为和宏观输运性质的系统性研究。本书内容横跨基础理论建模、先进实验技术应用以及前沿材料体系的探索，旨在为研究生、研究人员以及相关领域的工程师提供一个全面、深入的参考框架。 --- 第一部分：半导体与低维体系的能带结构与电子态密度 第一章：晶体对称性、布里渊区与第一性原理计算基础 本章深入探讨了半导体晶体结构的对称性群理论在理解能带结构中的核心作用。从点群对称性到空间群，详细阐述了晶体动量守恒定律的物理意义。随后，本书详细介绍了基于密度泛函理论（DFT）的第一性原理计算方法，包括局域密度近似（LDA）和广义梯度近似（GGA）的适用性与局限性。重点讨论了如何精确计算半导体的能带结构、有效质量张量以及电子态密度（DOS），特别是关注缺陷和掺杂对这些基本特性的修正效应。内容涵盖了如何选择合适的赝势和平滑函数，以及如何通过计算光谱学（如X射线吸收谱的理论模拟）来验证模型。 第二章：电子输运的玻尔兹曼方程与半导体器件物理 本章将理论物理与工程应用相结合，详细阐述了描述载流子输运的核心工具——半经典玻尔兹曼输运方程（BTE）。详细推导了弛豫时间近似（RTA）的适用范围和局限性，并引入了更精确的数值求解方法。重点分析了多种散射机制对载流子迁移率的影响，包括声子散射（弹道输运与非弹道输运的过渡）、杂质散射和载流子-载流子相互作用。章节末尾，本书将这些输运理论应用于实际半导体器件，分析了欧姆接触、肖特基势垒的形成及其对器件性能的制约，并探讨了异质结中的载流子注入与势垒调制。 第三章：二维材料的电子特性与范德华异质结构 随着二维材料（如石墨烯、过渡金属硫化物）的兴起，本章聚焦于零维、一维和二维体系中电子行为的特殊性。讨论了狄拉克锥的出现及其线性色散关系对电子输运的影响。详细阐述了如何利用有效哈密顿量模型（如Kohn-Sham/Slater-Møller形式）来描述层间耦合和堆叠顺序对电子结构的影响。针对范德华异质结，本书探讨了扭转角对Moiré能带的调控效应，以及如何通过“魔角”效应实现新型的超导或拓扑相态的探索，为柔性电子和光电器件设计提供理论基础。 --- 第二部分：先进功能材料中的相互作用与非平衡态 第四章：磁性与自旋电子学：自旋轨道耦合与拓扑绝缘体 本章深入研究了电子的自旋自由度在功能材料中的作用。详细阐述了自旋轨道耦合（SOC）对能带结构和晶体场分裂的深刻影响，这对于理解铁磁半导体和强SOC材料至关重要。重点分析了拓扑绝缘体（TI）的理论构建，包括其时间反演不变性保护的表面态，以及如何利用第一性原理计算来识别和表征拓扑不变量（如$Z_2$拓扑不变量）。本章还讨论了电荷-自旋转换效应，如自旋霍尔效应（SHE）和逆自旋霍尔效应（ISHE），及其在自旋电子器件中的应用潜力。 第五章：强关联电子系统与金属-绝缘体相变 强关联电子系统是凝聚态物理的难点之一。本章探讨了电子间的库仑排斥（Hubbard U项）在过渡金属氧化物中引起的复杂行为。介绍了描述强关联效应的理论方法，如DMFT（动力学平均场理论）及其与DFT的结合。详细分析了金属-绝缘体相变（Mott转变）的机制，区分了荷序、电荷密度波（CDW）和磁性有序对材料电学性质的贡献。通过对特定钙钛矿氧化物的案例分析，展示了晶格畸变、氧空位和电子关联如何协同作用，驱动材料从导电态向绝缘态的转变。 第六章：非平衡态下的载流子动力学与超快光谱学 现代材料研究越来越依赖于对材料在极快时间尺度上的响应。本章侧重于非平衡态下的电子动力学。引入了费米黄金法则（Fermi’s Golden Rule）在计算光激发过程中的应用，并探讨了光致电子的弛豫机制，包括电子-电子、电子-声子耦合以及载流子的俘获过程。重点分析了超快激光脉冲激发下，如何利用瞬态吸收光谱（TA）和时间分辨光电子能谱（TRPES）来实时跟踪载流子的能量和空间演化，为理解太阳能电池和光电探测器的性能极限提供实验和理论工具。 --- 第三部分：界面、缺陷工程与复杂结构表征 第七章：晶体缺陷工程与材料性能调控 缺陷是半导体和功能材料性能的决定性因素。本章系统地梳理了点缺陷（空位、间隙原子、取代原子）的形成能、迁移能和电子能级。详细介绍了如何利用DFT计算来精确预测缺陷在不同费米能级下的电荷态，以及缺陷如何成为载流子的散射中心或复合中心。此外，本章深入探讨了非晶化、位错线和晶界对材料电学和光学特性的影响，并讨论了通过热退火或辐照等技术进行缺陷工程以优化材料性能的方法。 第八章：异质界面与应变工程 功能材料的性能往往在界面处被极大地增强或改变。本章分析了不同材料（如半导体/绝缘体、半导体/金属）界面的结构弛豫、电荷转移和能带失配问题。讨论了界面态的形成机制及其对肖特基势垒高度的影响。重点分析了应变工程——通过晶格失配或外力引入的机械应力如何有效改变晶体的电子结构，例如应变导致的直接带隙到间接带隙的转变，以及应变对载流子有效质量的调控作用，这在应变硅技术中有关键应用。 第九章：先进表征技术的数据解读与关联 本部分将理论模型与现代实验测量结果紧密联系起来。详细讨论了如何从实验数据中提取电子结构和结构信息。重点剖析了高分辨透射电镜（HRTEM）图像中界面结构的解析方法、X射线光电子能谱（XPS）和俄歇电子能谱（AES）中化学态和电子态密度的关联，以及如何利用电化学阻抗谱（EIS）来分离不同载流子传输路径的电阻和电容特性。本书强调了理论计算结果（如局部态密度）如何作为“虚拟实验”，指导和验证复杂实验数据的正确解读。 总结： 本书提供了一个从量子力学原理出发，到宏观功能实现的完整知识链条，为读者深入掌握现代半导体物理和先进材料的微观机理提供了坚实的学术基础。

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这本书的深度显然是面向研究生的，这一点从其对散射理论中微扰论应用的选择上就可以看出。作者毫不避讳地使用了大量的线性代数和量子力学表述，这对于那些希望从事理论计算或新型材料设计的读者来说，是极其宝贵的财富。我发现其中关于德拜模型和电子-声子耦合的章节尤其精彩，它不仅阐述了理论框架，还深入探讨了如何将这些理论应用于计算材料的热导率。最让我感到惊喜的是，作者在某些章节的末尾加入了一些“高级延伸阅读”的建议，这些建议指向了特定的、更加前沿的期刊论文，这极大地帮助我拓宽了研究的视野，让我知道下一步应该去哪里寻找更深层次的知识。这本书的结构组织得如同一个精密的钟表，每一个齿轮（章节）都与其他齿轮紧密咬合，推动着读者对半导体物理的理解不断前进。它很少有那种散文化或抒情的描述，一切都以数据的逻辑和物理的必然性为准绳。

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我对这本书的兴趣源于我目前正在从事的半导体器件优化工作，急需理解材料内部缺陷如何影响载流子迁移率。翻阅目录时，我立刻被“缺陷结构分析与散射截面关联”那一章吸引住了。作者的行文风格极其严谨，像一位经验丰富的老教授在课堂上讲解，每一步逻辑都铺垫得非常充分，几乎没有让人感到“此处应有解释但缺失了”的阅读障碍。尤其让我印象深刻的是，书中对不同温度下散射机制转变的讨论，作者通过引入一系列温度依赖的参数模型，非常直观地展示了声子散射和杂质散射如何相互竞争并主导整体的输运特性。这不仅仅是理论的堆砌，而是充满了解决实际工程问题的智慧。我甚至在书中找到了几组被广泛引用的实验数据对比，这使得我能够将自己实验室的数据与公认的标准进行校准。坦白说，这本书的阅读体验是挑战与满足感并存的。它要求你全神贯注地去追踪每一个符号和假设，但一旦你理解了一个复杂的散射过程，那种豁然开朗的感觉是其他通俗读物无法比拟的。

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这本书的封面设计实在是很引人注目，那种深邃的蓝色调配上简洁的白色字体，立刻让人联想到宇宙深处的星系或者精密仪器内部的复杂结构。初拿到手的时候，我最大的感受是“厚重”——不仅仅是物理上的重量，更是内容深度的暗示。我原本是抱着学习基础物理概念的目的来的，但很快发现它远不止于此。书中对晶体结构和电子态的描述非常细致入微，它没有回避那些繁复的数学推导，反而将它们视为理解现象的必要工具。我特别欣赏作者处理理论与实验数据交叉点的方式，仿佛在搭建一座桥梁，让抽象的物理定律能够被实际的测量结果所印证。例如，在讨论布拉格定律的衍射机制时，作者不仅给出了清晰的几何解释，还立刻引入了实际半导体材料的晶格参数，这种紧密的联系让理论不再是空中楼阁。对于希望深入研究材料科学或者凝聚态物理的学生来说，这本书无疑是一部不可多得的参考资料，它要求读者投入时间和精力，但回报是扎实的知识体系构建。唯一的小遗憾是，某些高级话题的引入略显突然，需要读者具备一定的预备知识才能完全跟上作者的思路，但这也许正是专业书籍的特点，它设定了一个清晰的学习目标群体。

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从一个物理学初学者的角度来看，这本书的排版和图表质量简直是典范。很多教科书在处理三维晶体结构或复杂能量带图时，由于印刷质量或绘图风格的限制，往往显得晦涩难懂。然而，在这本书中，所有的示意图都清晰锐利，层次分明，即便是涉及多重倒易矢量的复杂图形，也能通过巧妙的颜色区分和标注，让人一目了然。我特别喜欢它在介绍傅里叶变换和倒易空间概念时所采用的类比手法，它将高深的数学工具“软着陆”到了读者可以理解的物理图像中。虽然我对“半导体”这个前沿领域还处于摸索阶段，但这本书为我打下了坚实的理论基础，让我明白我们所观测到的宏观电学性能是如何源于原子尺度的微观相互作用。它不是那种读完一遍就能“掌握”的书，更像是一本需要时常翻阅、随时查阅的工具书和参考手册。它的价值在于其内容的全面性和准确性，而不是提供一个快速入门的捷径。

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我购买这本书的主要目的是希望了解半导体异质结界面处的载流子行为，特别是界面态如何影响器件性能。这本书在处理界面散射和能带弯曲方面的论述，展现了作者深厚的专业积累。我尤其欣赏它对势场模型的细致分析，从无限深势阱到更符合实际的周期性边界条件，作者逐步提高了模型的复杂性，同时也清晰地指出了每一步近似带来的物理后果。虽然某些章节的公式推导篇幅较大，占据了相当的篇幅，但这恰恰体现了作者对细节的执着追求，他似乎认为，任何简化都必须以清晰的推导为代价。这本书更像是一部“百科全书”式的专著，它囊括了从晶体对称性到动力学过程的方方面面，知识点密度极高，要求读者必须保持高度的专注力。对于那些已经在该领域有所建树的专家来说，它可能更多地作为一种精确的、权威的知识核对工具而存在。

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suitable for researchers in semiconductor materials/thin films

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