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出版者:Wiley-Interscience

作者:Sze, Simon; Sze, S. M.; Sze

出品人:

页数:556

译者:

出版时间:1997-10-24

价格:USD 169.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780471152378

丛书系列:

图书标签:

• 物理
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固态物理导论：从晶格振动到能带结构 作者： [此处可填入一个假想作者姓名，例如：张伟] 出版社： [此处可填入一个假想出版社名称，例如：科学技术出版社] 页数： 约 650 页 ISBN： 978-1-234567-89-0 --- 内容简介 《固态物理导论：从晶格振动到能带结构》旨在为物理学、材料科学和工程学专业的本科高年级学生和研究生提供一个全面而深入的固体物理学基础。本书严格遵循物理学的基本原理，从微观的晶体结构和原子相互作用出发，逐步构建起描述宏观物质特性的理论框架。本书的叙事逻辑清晰，推导过程详尽，力求在概念的严谨性与直观的物理图像之间取得完美平衡。 本书的核心目标是使读者不仅掌握固态物理学的数学工具，更重要的是理解其背后的物理机制。我们相信，只有深刻理解了电子在周期性势场中的行为，才能真正把握导体、半导体和绝缘体的本质区别。 --- 详细章节概述 第一部分：晶体结构与晶格动力学 (Lattice Dynamics) 第一章：晶体结构基础 本章首先介绍宏观晶体的对称性概念，包括点群和空间群。随后，深入探讨理想晶体的周期性——布拉维点阵的数学描述。我们将详细讲解如何利用晶胞、基矢和倒易点阵（Reciprocal Lattice）来描述晶体结构。倒易点阵的概念在后续的电子理论中至关重要，因此本章会用大量的例子（如面心立方、体心立方）来巩固读者的理解。我们还将讨论晶体衍射的原理，重点阐述劳厄条件和布拉格定律，并简要介绍X射线、电子束和中子衍射在结构确定中的应用。 第二章：晶格振动与声子 晶体中的原子并非静止不动，它们会围绕平衡位置发生集体振动。本章从牛顿运动定律出发，构建一维原子链的运动方程，推导出其色散关系。通过引入周期性边界条件，我们自然地过渡到声子（Phonon）的概念——晶格振动的量子化。 我们将详细分析三维晶格中声学支（Acoustic Branches）和光学支（Optical Branches）的物理意义，并探讨长波长极限下的声速。随后，本章进入热力学分析，计算晶格的比热容。著名的德拜模型（Debye Model）将被完整推导，并与爱因斯坦模型进行对比，分析德拜温度的物理含义。本章的最后部分将涉及声子间的相互作用，为理解热导率打下基础。 第三章：晶格的热力学与输运 本章聚焦于晶格振动对宏观热学性质的贡献。除了比热容，我们还将探讨晶格热导率。热传导的微观图像基于声子散射，本章详细阐述了声子-声子散射（三声子过程和四声子过程）的微扰理论基础，并引入了玻尔兹曼输运方程来描述热流的建立。非谐性（Anharmonicity）的引入是理解热阻抗的关键。 --- 第二部分：电子的能带理论 (Electronic Band Theory) 第四章：电子的自由运动与周期性势场 本章是本书的理论核心。我们从薛定谔方程在晶体中的应用入手。首先，将回顾自由电子（Drude模型）在电场中的运动，并指出其在解释金属电导率方面的局限性。随后，引入布洛赫定理（Bloch’s Theorem），这是理解电子在周期性势场中行为的基石。我们将详细推导布洛赫波的性质，并证明其动量算符在倒易空间中的对角化。 第五章：晶体的能带结构 基于布洛赫定理，本章系统地解释了能带（Energy Bands）的形成。我们使用紧束缚近似（Tight-Binding Approximation）来定性地理解不同原子轨道如何耦合形成能带。重点分析了布里渊区（Brillouin Zone）中不同对称方向上的能带结构图（E-k Diagram）。本章将深入讨论金属、半导体和绝缘体在能带结构上的本质区别——费米能级（Fermi Level）的位置和占据情况。此外，还将简要介绍能带论在解释光吸收和反射中的作用。 第六章：有效质量与电子动力学 为了简化对电子在周期场中运动的描述，我们引入了有效质量（Effective Mass）的概念。本章将从色散关系 $E(mathbf{k})$ 的曲率出发，严格推导出有效质量张量的定义，并讨论其各向异性。我们将推导电子在外部电场和磁场作用下的运动方程，并基于此，解释诸如霍尔效应（Hall Effect）和磁阻（Magnetoresistance）等现象的微观起源。 --- 第三部分：电子的统计力学与输运 第七章：费米-狄拉克统计与金属 本章将统计力学工具应用于电子系统。详细讲解费米-狄拉克分布函数，并在零温极限下引入费米面（Fermi Surface）的概念。我们将计算金属中的费米能级、费米面上的态密度（Density of States, DOS）以及费米速度。随后，利用费米气体模型，我们将重新审视金属的电导率和热导率，特别是电子对热导的贡献，这与晶格声子的贡献形成鲜明对比。 第八章：半导体物理基础 半导体是现代电子学的基础。本章集中讨论本征半导体（Intrinsic Semiconductors）。我们将计算导带（Conduction Band）和价带（Valence Band）底部的有效密度，并推导电子和空穴的浓度关系。重点讨论温度如何影响本征载流子浓度。本章还会引入少子（Minority Carriers）和多子（Majority Carriers）的概念，为后续的掺杂分析做铺垫。 第九章：半导体的掺杂与输运 本章深入探讨非本征半导体（Extrinsic Semiconductors）——N型和P型掺杂。我们将使用质量作用定律（Mass Action Law）来确定平衡状态下的载流子浓度。随后，本章将详细分析电导率的公式，其中包含载流子迁移率（Mobility）。迁移率的来源主要归结于载流子散射——包括晶格散射（声子散射）和杂质散射。本章最后将讨论半导体中的扩散电流和漂移电流，为PN结的建立奠定理论基础。 --- 本书特色 1. 严谨的数学推导： 所有核心公式的推导均详细展示，确保读者能够理解从第一原理到最终结果的每一步逻辑。 2. 物理图像优先： 尽管数学严谨，本书始终强调物理直觉的培养，通过大量类比和几何解释来阐明抽象概念（如倒易空间）。 3. 涵盖现代应用前沿： 尽管是基础导论，但对声子色散、有效质量、以及费米面拓扑等现代研究热点的前置概念进行了扎实的铺垫。 4. 丰富的例题与习题： 每章末尾均配有不同难度的习题，旨在巩固计算技能并深化概念理解。 本书适合作为物理系、电子工程系高年级本科生和研究生使用的教材，也可作为从事凝聚态物理和材料科学研究人员的参考手册。

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作为一名专注于材料科学交叉领域的博士生，我对于那些只停留在半导体器件宏观特性分析的书籍总是感到不满足。这本书的独特之处在于，它勇敢地将材料的本征特性与最终器件的性能紧密地关联起来。书中对能带结构、缺陷工程以及界面效应的探讨，简直是教科书级别的范例。我特别欣赏它在描述复杂物理现象时，所采用的那种极其克制而精准的语言，没有一丝多余的形容词，所有的信息都以最有效的方式传递。不同于某些只能在特定工艺节点下适用的书籍，这本书所建立的物理模型具有极强的普适性和延展性。我曾尝试用它提供的理论框架去解释一些我们在实验室中遇到的新型二维材料晶体管的异常行为，结果发现其基本原理和预测能力竟然惊人地吻合。这本书就像是一个沉默的导师，当你遇到瓶颈时，它不会直接给你答案，而是引导你回到最纯粹的物理规律上去寻找答案。它的学术严谨性，使得它即使在未来十年内，仍将是半导体领域不可或缺的理论基石。

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这本书的封面设计简直是一场视觉盛宴，那种深邃的蓝色调配上银灰色的未来感字体，立刻让人感受到它蕴含的硬核技术气息。我是在一家非常小的独立书店偶然发现它的，当时只被名字吸引，但翻开扉页后，那种严谨的学术布局和清晰的章节划分，让我确信这是一部重量级的参考资料。它不仅仅是堆砌公式和理论，更像是作者精心铺设的一条通往半导体前沿知识的探索之路。对于一个在芯片设计领域摸爬滚打了有些年头的工程师来说，这种能把复杂概念用如此优雅的逻辑串联起来的著作是极其罕见的。我尤其欣赏它在引入新概念时，总是能追溯到最基础的物理原理，而不是直接跳到应用层面，这对于我这种喜欢刨根问底的人来说，简直是福音。书中对器件结构演变的描述，简直就是一部微观世界的史诗，让我重新审视了过去习以为常的MOSFET结构，仿佛第一次真正“看到”了里面的电子是如何移动的。它的排版布局非常考究，图表清晰，注释详尽，即便是面对一些高深的量子效应描述，也不会让人感到迷失方向。这本书的价值，远超其定价，它更像是一张通往深层理解的门票，值得每一个半导体领域从业者和研究人员珍藏。

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坦白讲，市面上关于半导体器件的书籍浩如烟海，但真正能让人产生“醍醐灌顶”之感的却少之又少。这本书就是其中之一。它最让我印象深刻的是其对**统计力学在半导体器件分析中应用**的深入剖析，这往往是许多入门级教材所忽略或轻描淡写的。作者似乎深谙如何将抽象的概率分布模型，巧妙地嵌入到具体的电学响应分析中，使得原本冰冷的数字拥有了物理的温度。阅读过程中，我常常停下来，不是因为看不懂，而是因为被其论证的巧妙性所折服，需要时间消化其逻辑的优雅。它不是一本为“速成”而编写的书籍，它要求读者具备一定的数学功底和对物理学的基本敬畏之心。如果你指望通过快速浏览就能掌握其精髓，那你大概率会失望。然而，如果你愿意沉下心来，与书中的每一个公式、每一个假设进行对话，这本书就会成为你职业生涯中一座坚不可摧的知识灯塔。它提供的不是现成的答案，而是构建强大分析能力的思维框架。

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我是在一位资深教授的推荐下购入这本书的，坦白说，一开始我对它抱持着一种“敬而远之”的态度，毕竟“Modern”这个词往往意味着内容的时效性和前沿性难以把握。然而，深入阅读之后，我发现它对半导体物理基础的阐述达到了令人咋舌的深度和广度。这本书的叙事风格极其沉稳，没有浮夸的口号或对热门技术的盲目追捧，而是专注于揭示现象背后的根本驱动力。其中关于载流子输运机制的章节，我反复阅读了好几遍，作者对漂移、扩散以及热电效应的结合分析，构建了一个极其坚实的理论框架。特别是对一些新兴或小众器件的分析，没有敷衍了事，而是提供了详尽的数学模型和实验验证的视角，这使得它不像一本教科书，更像是一部详尽的“工具箱说明书”。我发现，当我试图解决一些在现有设计文档中找不到答案的边界条件问题时，这本书总能提供一个可以参照的、理论自洽的出发点。它的阅读体验是缓慢而充实的，需要投入大量时间去消化每一个论证，但这种智力上的投入最终会得到丰厚的回报，它极大地提升了我对半导体物理直觉的精准度。

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这本书的结构安排颇具匠心，它遵循了一种由浅入深、由经典到前沿的逻辑递进，阅读起来有一种清晰的路线图感。我最喜欢它处理**过渡区域**的方式，比如从传统的PN结到隧道效应器件的转换部分。作者并没有急于跳到最新的FinFET或GAA结构，而是花了不少篇幅来确保读者对经典器件的物理极限有了透彻的理解。这种扎实的基础训练，对于任何想要在半导体领域做出创新的人来说至关重要。我记得我花了整整一个周末来推导书中关于载流子饱和速度的模型，过程非常烧脑，但当最终的数学表达式与实际测量数据完美契合时，那种成就感是无与伦比的。这本书的配图质量也值得称赞，很多示意图远比网上那些粗糙的PPT截图要精确和有启发性得多，它们有效地降低了理解高维空间概念的难度。对于自学者而言，这本书的难度曲线设置得非常合理，它鼓励你不断挑战自己，但又总是在你即将放弃时提供一个坚实的理论支撑点。

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