具体描述
本书全面地论述了半导体物理的基础知识；比较详细地讨论了半导体中载流子的统计分布、半导体的导电性、非平衡载流子、半导体表面及接触界面特性、半导体的光电效应等；综合讨论了半导体的热电、磁电、压阻等物理效应；简要介绍了低维半导体物理前沿学科的一些基本知识。每章后附有练习题。
本书可供半导体器件物理、微电子技术、电子科学与技术、应用物理等工科或以工为主理工结合的专业的本科生作教材；也可供理科相关专业的本科生和研究生及电子类的科技人员参阅。
固体电子学导论：从晶格振动到能带理论 作者：[在此处填写作者姓名] 出版社：[在此处填写出版社名称] 出版年份：[在此处填写出版年份] --- 内容提要： 本书旨在为初学者和希望系统回顾固体物理基本概念的读者提供一个深入浅出、逻辑严谨的入门指南。我们聚焦于固体材料的微观结构、晶体缺陷、以及它们如何影响材料的宏观电学、热学和光学性质。本书将固体物理学的核心内容分解为若干易于理解的模块，循序渐进地引导读者掌握从最基本的晶格结构到复杂的能带理论的构建过程。 核心章节概述： 第一部分：晶体结构与键合 本部分首先引入晶体的概念，区分晶体与非晶体的差异，并详细阐述周期性结构在三维空间中的数学描述。 1. 晶体学基础： 点阵与基矢： 介绍布拉维点阵的七种晶系和十四种布拉维点阵类型。重点讲解如何使用晶格常数、原子位置坐标和晶面指数（米勒指数）来精确描述晶体的几何结构。 倒易点阵（Reciprocal Lattice）： 倒易点阵是理解衍射现象和波函数周期性的关键。本章详细推导了正点阵与倒易点阵之间的关系，并解释了倒易点阵在布里渊区几何分析中的核心作用。 晶体结构实例分析： 深入分析常见的晶体结构，如面心立方（FCC）、体心立方（BCC）、六方密堆积（HCP）以及金刚石结构。通过计算不同晶格下的配位数和原子堆积密度，揭示结构对材料特性的初步影响。 2. 晶体键合： 化学键的类型： 探讨离子键、共价键、金属键和范德华力（包括氢键）在固体形成中的作用机制。 键合能与晶格能： 利用Born-Haber循环计算离子晶体的晶格能，并讨论共价键的饱和性及其对材料硬度的影响。本章将键合的微观本质与材料的宏观弹性、熔点等性质建立联系。 第二部分：晶格振动与热学性质 本部分关注原子在周期性势场中的集体振动——声子，以及声子如何决定固体材料的热学行为。 3. 晶格动力学基础： 一维模型： 使用理想化的单原子链和双原子链模型，推导色散关系（$omega$ 对 $k$ 的依赖关系）。分析声学支（Acoustic Branch）和光学支（Optical Branch）的物理意义及其对材料的影响。 三维晶格振动： 推广到三维体系，解释声子如何作为准粒子描述晶格的集体激发。 4. 声子与热学输运： 晶格热容量： 详细阐述牛顿、爱因斯坦模型和德拜（Debye）模型的物理假设与局限性。特别关注德拜$T^3$定律在低温下的物理图像。 热导率： 从声子散射的角度解释晶格热导率的微观机制。讨论声子-声子（三声子过程）、声子-缺陷和声子-电子的散射对热阻的贡献。 第三部分：晶体缺陷与输运现象 本部分将研究理想周期性结构中的不完美性——晶体缺陷，及其对材料宏观性质的决定性影响。 5. 晶体缺陷的分类与热力学： 点缺陷： 详细分析空位（Vacancy）、间隙原子（Interstitial）和替位原子（Substitutional）。利用热力学平衡方程计算缺陷的热力学形成能与平衡浓度。 线缺陷与面缺陷： 介绍位错（Dislocation）的概念，包括刃型位错和螺型位错，以及它们在塑性变形中的滑移机制。简要讨论晶界（Grain Boundary）对材料性能的影响。 6. 晶体中的输运理论： 玻尔兹曼输运方程： 引入简化的玻尔兹曼方程，用于描述外部场作用下准粒子的平均自由路径和弛豫时间。 电导率与扩散： 在经典近似下推导电导率与迁移率的关系。讨论扩散现象，引入爱因斯坦关系式，连接扩散系数与迁移率。 第四部分：电子的能带结构 这是全书的核心部分，通过引入周期性势场对电子波函数的影响，系统构建能带理论。 7. 电子在周期性势场中的运动： 布洛赫定理（Bloch’s Theorem）： 严格推导布洛赫定理，理解晶体中电子波函数的周期性形式及其重要性。 能带的形成： 基于近似模型（如近自由电子模型），解释为什么在周期性势场中，电子的连续能谱会分裂成允许的能带和禁带。 布里渊区中的能量： 讨论能量对波矢的依赖性 $E(mathbf{k})$，重点分析布里渊区边界处的能量简并和能带结构的关键特征。 8. 费米面与电子的有效质量： 有效质量概念： 导出电子的有效质量 $m^$ 的定义，解释为何在晶体中电子的加速特性与自由电子不同。分析曲率如何反映有效质量的大小。 德鲁德模型在能带理论中的应用： 结合能带结构，修正经典的德鲁德模型，以更准确地描述金属的电学性质。 附录：数学工具与近似方法 附录部分提供必要的数学背景，包括傅里叶级数在描述晶格周期性中的应用，以及处理多体问题时常用的平均场近似方法。 --- 本书特色： 强调物理图像： 理论推导清晰，但始终注重将数学结果转化为直观的物理图像，帮助读者理解“为什么”会产生某种现象。 适中的难度跨度： 本书选择的深度介于过于简化的入门读物和过于专业的进阶教材之间，非常适合作为工程、材料科学及物理学专业本科生第一门固体物理课程的教材。 例题与习题： 每章末尾附有大量具有启发性的计算题和概念性思考题，用于巩固和深化对核心概念的掌握。 本书为构建理解半导体器件物理学所需的基本知识打下坚实基础，是通往更复杂凝聚态物理学研究的必经之径。
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