非晶形半导体物理学PHYSICS OF AMORPHOUS SEMICONDUCTORS pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Morigaki, Kazuo

出品人:

页数:432

译者:

出版时间:1999-12

价格:428.00元

装帧:

isbn号码:9789810213817

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• 半导体物理
• 非晶半导体
• 材料科学
• 凝聚态物理
• 薄膜技术
• 光电材料
• 电子器件
• 物理学
• 材料物理
• 半导体材料

凝聚态物理前沿探索：晶体材料的结构、性质与应用 导言 在凝聚态物理的宏大图景中，晶体结构一直占据着核心地位。然而，随着材料科学的深入发展，对材料结构与性能关系的理解正面临新的挑战。本书聚焦于晶体半导体材料的物理学原理、结构特征、电子能带理论及其在现代电子器件中的实际应用。本书旨在为物理学、材料科学和电子工程领域的学生与研究人员提供一套全面而深入的理论框架，用以解析完美晶格结构下的量子行为。 --- 第一部分：晶体结构与晶格动力学基础 本部分将系统性地回顾和深化对周期性晶格结构的理解，这是理解晶体材料宏观性质的基石。 第一章：晶体结构基础与对称性 本章从最基本的原子排列规律入手，详细阐述了晶体的周期性、晶胞的概念及其选择方法（原胞、体元胞）。重点讨论了晶体结构中涉及的空间群理论和点群对称性。我们将深入分析布拉维点阵的分类及其在三维空间中的表现。特别关注金刚石结构、闪锌矿结构等重要半导体晶体结构的具体堆积方式、配位数及几何特性。对称性分析不仅是理论推导的工具，更是预测材料光学和电学特性的重要前提。 第二章：晶格振动与声子理论 晶体内部的原子并非静止不动，而是围绕平衡位置进行周期性振动。本章详细探讨晶格振动的经典理论，引入一维和三维周期链模型来推导色散关系（Dispersion Relation）。声子——晶格振动的量子化激发态——是理解晶体热学和光电学性质的关键。我们将解析声子谱的声学支和光学支，并讨论它们的密度分布函数（Phonon Density of States, PDOS）。此外，本章还将涵盖声子散射过程，包括声子-声子相互作用（三声子过程）和声子与电子、空穴的耦合机制，这些机制直接决定了半导体的导热性能和载流子弛豫时间。 第三章：倒易空间与布里渊区 为了描述电子在周期势场中的运动，必须采用倒易空间的概念。本章系统介绍了傅里叶变换在晶体物理中的应用，定义了倒易点阵矢量和倒易空间。布里渊区（Brillouin Zone）作为晶体电子波函数的傅里叶展开的基域，其几何形状（如体心立方、面心立方对应的布里渊区）对于理解电子能带结构至关重要。本章将阐述布洛赫定理（Bloch’s Theorem）的数学形式及其物理意义，证明电子在周期势场中具有准周期性运动，并讨论其本征态的性质。 --- 第二部分：电子能带结构与输运理论 晶体半导体材料的独特性质源于其独特的电子能带结构。本部分将深入剖析电子在晶格周期势场中的量子力学行为。 第四章：电子的能带理论 本章是全书的核心。基于布洛赫定理，我们采用紧束缚法（Tight-Binding Method）和近自由电子模型（Nearly Free Electron Model）来定性与定量地计算电子的能量本征值 $E(mathbf{k})$，即能带结构。重点分析了价带（Valence Band）和导带（Conduction Band）的形成，以及它们之间的能隙（Band Gap）——这是区分导体、半导体和绝缘体的物理判据。本章将详细讨论直接带隙（Direct Gap）和间接带隙（Indirect Gap）的物理意义及其对光电器件性能的决定性影响。此外，还将引入有效质量（Effective Mass）的概念，阐释其与能带曲率的关系。 第五章：能带结构计算与半导体分类 本章深入讨论如何利用第一性原理计算（如密度泛函理论，DFT）来精确预测特定晶体材料（如Si, Ge, GaAs）的能带结构。通过对比不同晶体结构的能带图，解释了为什么某些材料是理想的电子或空穴传输介质。我们将分类讨论III-V族、II-VI族和IV族晶体半导体的能带参数（如能隙大小、有效质量等），并解释这些参数如何影响材料的电学特性和光学吸收阈值。 第六章：晶体中的电荷载流子动力学 理解载流子（电子和空穴）在电场和磁场作用下的输运行为是半导体器件设计的基础。本章从半经典模型出发，推导出晶体中电子在外部场作用下的运动方程，引入了弛豫时间近似（Relaxation Time Approximation）和玻尔兹曼输运方程（Boltzmann Transport Equation）。我们将详细分析载流子的漂移运动，并推导出电阻率、电导率的温度依赖性。同时，深入讨论霍尔效应（Hall Effect）在测量载流子浓度和迁移率中的应用原理，以及热电效应在晶体半导体中的表现。 --- 第三部分：晶体半导体中的输运机制与器件基础 晶体材料的优异性能往往依赖于其低缺陷浓度和高度有序的结构。本部分将关注晶体中散射机制和晶体缺陷对输运的影响，并展望其在基础器件中的应用。 第七章：晶体内的散射机制 载流子的迁移率并非无限高，它受制于各种散射机制。本章分类讨论了主要的载流子散射过程：声子散射（包括声学和光学声子散射）、杂质散射（库仑散射）和载流子-载流子散射。通过计算不同散射机制的弛豫时间，并应用Matthiessen法则，可以得到总的迁移率 $mu$ 随温度变化的完整关系。重点分析低温下（杂质散射主导）和高温下（声子散射主导）迁移率的特征行为，这对于精确评估半导体材料的质量至关重要。 第八章：晶体缺陷与能级结构 尽管我们研究的是完美晶体，但实际材料中不可避免地存在晶格缺陷。本章系统分析点缺陷（空位、间隙原子、取代原子）的形成能和电子结构影响。这些缺陷通常会在能带结构中引入局域能级（Trap Levels或Recombination Centers），这些能级是导致载流子复合和能耗的主要原因。我们将讨论缺陷对电学性能（如陷阱效应、阈值电压波动）和光学性能（如缺陷光致发光）的影响机制。 第九章：晶体半导体在基础器件中的应用 本章将晶体物理学原理与工程应用相结合。我们将以晶体硅（c-Si）为例，探讨PN结的形成及其在二极管和双极性晶体管（BJT）中的工作原理。重点分析P-N结的内建电势、耗尽区宽度及其在不同偏压下的势垒特性。最后，简要介绍场效应晶体管（FET）中，晶体结构对沟道电导调制效率的重要性，强调晶体材料的结构完美性如何转化为优异的器件性能。 --- 结论 本书全面构建了从原子排列对称性到宏观电学响应的完整理论链条，专注于晶体材料在量子力学描述下的行为。对晶体结构、声子动力学、布洛赫电子理论和输运现象的深入剖析，为读者理解和设计基于完美周期结构的高性能电子和光电器件奠定了坚实的理论基础。

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我是一个更偏向于实验应用的工程师，对纯理论的推导往往敬而远之。然而，阅读这本关于非晶半导体的专著后，我对理论与实践结合的理解达到了一个新的高度。书中对导电机制的分类讨论——从带内跳跃到能级隧穿——清晰地指导了我如何根据不同的实验结果来反推材料内部的微观结构。比如，书中对“波兰人跳跃”（Mott variable range hopping）的详细阐述，直接帮我优化了我们实验室中某款低温传感器的工作温度窗口。作者并没有孤立地讲解理论，而是始终将每一个物理概念置于实际器件的背景下讨论其工程意义，这一点我深表赞同。这种务实的态度使得这本书的阅读体验非常“接地气”，它不是让你在象牙塔里空谈，而是告诉你如何利用这些物理原理去解决实际工程难题。对于想把实验室研究成果转化为可靠产品的读者来说，这本书的指导价值是无可替代的。

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这本书的语言风格非常独特，它既有老派物理学家特有的逻辑严密和一丝不苟，又巧妙地融入了现代科学叙事的流畅性。我特别欣赏作者在引入复杂概念时所展现出的耐心。例如，在解释非晶硅的“光致衰减效应”（Staebler-Wronski effect）时，它不仅描述了现象，更深入剖析了导致该效应的结构弛豫机理，引用了多位不同学派的观点进行对比分析，这种兼容并包的态度使得读者能够形成一个全面的认识，而不是被单一的理论所局限。全书的论述逻辑链条极其坚固，从微观结构到宏观电学响应，过渡自然，几乎没有逻辑上的跳跃。对于那些希望在学术界建立自己独立见解的读者来说，这本书提供的不仅是知识，更是一种批判性思考问题的框架。读完后，我感觉自己在看待任何半导体材料时，都会不自觉地运用这种基于“结构决定性能”的非晶态思维模式，这是一种非常宝贵的思维习惯的养成。

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这本书简直是物理学爱好者的福音！我一直对那些在传统晶体结构之外运作的材料抱有强烈的好奇心，而这本书恰好满足了我的求知欲。它深入浅出地剖析了无定形半导体的独特物理性质，从电子输运机制到光吸收特性，每一个章节都充满了真知灼见。作者的叙述方式非常引人入胜，仿佛是在与一位经验丰富的导师对话。特别是关于缺陷态密度（DOS）的讨论，那部分的讲解细致入微，让我对以往模糊不清的概念豁然开朗。书中丰富的图表和实验数据支撑，使得抽象的理论变得具体可感，对于需要进行前沿研究的学生和工程师来说，这本书无疑是不可多得的宝典。我特别欣赏它不仅停留在理论层面，还穿插了实际应用案例，比如薄膜太阳能电池中的应用，这极大地拓宽了我的视野，让我看到了这些“无序”材料蕴含的巨大潜力。读完此书，我对“半导体”的理解已经超越了教科书上的硅晶体范畴，进入了一个更为广阔和迷人的物理世界。

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这本书的深度和广度令人叹为观止，它更像是一部详尽的研究手册而非简单的教材。我注意到作者在讨论电子-声子相互作用时，引入了最新的蒙特卡洛模拟结果，这表明编撰者紧跟学科发展的最前沿。对于那些已经具备扎实固体物理基础的研究人员来说，这本书提供了一个极佳的平台，用以巩固现有知识并探索新的研究方向。其中关于缺陷弛豫机制的章节，我花了整整两天时间才消化完毕，因为它涉及到大量的统计力学和动力学分析，但最终的收获是巨大的——我清晰地理解了薄膜制备工艺参数如何直接影响器件的长期稳定性。全书的排版设计也十分考究，索引系统非常完善，方便查阅特定公式或现象，这在进行实际项目分析时极其便利。总之，这本书是高水平研究人员工具箱中不可或缺的一部分，它提供的视角是其他泛泛而谈的材料学书籍无法比拟的。

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说实话，我一开始拿到这本书时，内心是有些忐忑的，毕竟“非晶形半导体物理学”听起来就不是那么容易啃下来的硬骨头。然而，翻开第一页，我的担忧就烟消云散了。这本书的结构安排堪称教科书级的典范。它没有一开始就抛出复杂的数学公式，而是循序渐进地从基础的原子排列无序性对能带结构的影响讲起。作者高超的组织能力体现在对复杂概念的层层剥笋，每一次深入，都能让你感觉自己又掌握了一把解锁更深层理解的钥匙。我尤其赞赏作者在解释局域化现象时所采用的比喻，那种生动形象的描述，即便是在一个偏理论的领域，也让读者能够轻松地在脑海中构建出清晰的模型。对于那些希望从零开始系统学习这一领域知识的读者来说，这本书的价值无法估量。它不像一些专业书籍那样堆砌晦涩的术语，而是努力在严谨性和可读性之间找到一个完美的平衡点，使得学习过程本身也成为一种享受。

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