Fick's law of diffusion pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

简体网页||繁体网页

☆☆☆☆☆

出版者:Alphascript Publishing

作者:Miller, Frederic P.; Vandome, Agnes F.; McBrewster, John

出品人:

页数:82

译者:

出版时间:2009-11-03

价格:USD 50.00

装帧:Paperback

isbn号码:9786130095031

丛书系列:

图书标签:

• 扩散
• 菲克定律
• 传质
• 传热
• 流体动力学
• 化学工程
• 物理化学
• 材料科学
• 生物工程
• 膜分离

《晶体管的量子动力学》 内容梗概 本书深入探讨了半导体晶体管微观尺度下的量子力学行为，重点阐述了载流子在纳米级器件中的输运机制、能量状态以及相互作用。在传统的经典扩散理论框架之外，本书将目光聚焦于半导体材料内部由量子效应主导的微妙物理过程，为理解和设计下一代高性能、低功耗的电子器件提供了坚实的理论基础。 第一章：量子力学基础与半导体载流子 本章首先回顾了量子力学的基本原理，包括波粒二象性、薛定谔方程、量子态和算符等概念，并着重介绍这些概念如何适用于描述微观粒子，特别是半导体中的电子和空穴。我们将探讨电子的波函数在周期性晶格中的行为，引入Bloch定理，解释能带理论的起源，以及价带、导带和禁带的形成。在此基础上，我们将详细介绍载流子的概念，包括其有效质量、德布罗意波长以及在晶格中的能量色散关系。 第二章：纳米尺度下的量子限制效应 随着器件尺寸的不断缩小，量子限制效应变得日益显著，并对晶体管的性能产生决定性影响。本章将系统阐述量子限制效应的物理机制，包括： 量子阱（Quantum Wells）： 当载流子被限制在一个非常薄的沟道中时，其能量会发生量子化。我们将使用无限深势阱和有限深势阱模型来解析量子阱中能量本征态的形成，以及这些能量分离如何影响载流子的输运特性。 量子线（Quantum Wires）： 在更进一步的限制下，当载流子被限制在二维方向上时，其能量将在垂直于导电方向的方向上量子化，形成一维的量子线。本章将分析量子线中的能量子带结构，以及其对导电性的影响。 量子点（Quantum Dots）： 当载流子在所有三个维度上都被限制时，它们的能量会变得离散，形成类似于人造原子的量子点。我们将讨论量子点中独特的电子能谱，以及它们在量子计算和单电子器件中的潜在应用。 本章还将讨论这些量子限制效应如何改变材料的光学和电学性质，例如激子效应的增强、光学跃迁的局域化等。 第三章：量子输运模型与散射机制 在纳米级晶体管中，载流子的输运已不再能简单地用经典扩散来描述。本章将引入描述量子输运的关键模型和概念： Landauer-Büttiker 公式： 该公式是描述纳米结构中电导的量子理论基石。我们将详细推导Landauer公式，并解释其核心概念，如传输系数、量子电导量子 $G_0 = 2e^2/h$ 以及电导与透射率之间的关系。 相干输运与退相干： 我们将区分相干输运和非相干输运。在相干输运过程中，载流子的波函数在输运过程中保持相位一致性，这会带来如负微分电导等奇特的量子现象。相反，退相干效应，例如由杂质、晶格振动（声子）以及器件界面引起的散射，会破坏载流子的相干性，使其行为更接近经典。 散射过程的量子力学描述： 本章将深入分析各种散射机制的量子力学起源。包括： 声子散射（Phonon Scattering）： 载流子与晶格振动（声子）的相互作用，是导致电阻的主要原因之一。我们将从微扰理论的角度分析声子散射过程。 杂质散射（Impurity Scattering）： 掺杂原子引入的电荷势对外加电场中的载流子产生散射作用。 界面散射（Interface Scattering）： 半导体与栅极介质、势垒层等界面的粗糙度和缺陷会引起载流子的散射。 电子-电子散射（Electron-Electron Scattering）： 在高载流子密度下，载流子之间的库仑相互作用也会产生散射效应，尽管在许多晶体管模型中，其影响可能被声子和杂质散射所掩盖，但在某些特定情况下，其重要性不容忽视。 第四章：隧道效应与量子隧穿晶体管 量子隧穿效应是另一项在纳米尺度下至关重要的量子现象，它使得载流子能够“穿过”经典力学不允许其越过的能量势垒。本章将： 解析量子隧穿的物理机制： 利用量子力学的波函数衰减概念，解释载流子穿过势垒的概率。我们将探讨隧穿概率与势垒高度、宽度以及载流子能量之间的关系。 量子隧穿晶体管（Tunneling Field-Effect Transistor, TFET）： 本章将重点介绍基于量子隧穿效应设计的TFET。与传统的MOSFET不同，TFET的导通机制是异面的，即源极到沟道之间的载流子隧穿。我们将分析TFET的工作原理，讨论其相对于MOSFET的优势，例如在亚阈值摆幅（Subthreshold Swing, SS）上的突破性表现，这对于实现超低功耗电子器件至关重要。 隧穿势垒的设计与优化： 讨论如何通过材料选择、器件结构设计来控制和优化隧穿势垒，以实现特定的器件性能。 第五章：量子干涉效应与相干器件 量子干涉是波粒二象性的直接体现，它可能导致诸如负电阻等反直觉的现象。本章将： 量子干涉的产生条件： 阐述载流子波函数在器件内部发生相干叠加的条件，包括相干长度、无碰撞路径等。 Aharonov-Bohm效应及其在纳米器件中的体现： 尽管Aharonov-Bohm效应主要在磁场中观察，但其背后蕴含的矢量势对带电粒子波函数相位的影响，为理解纳米结构中的相干现象提供了重要启示。 相干输运器件的设计： 探讨利用量子干涉效应设计的器件，例如分子电子器件或一些特殊结构的量子点器件，这些器件可能利用干涉来控制电流的开关。 第六章：量子相干性维持与量子退相干的抑制 量子隧穿和干涉等量子效应的实现，很大程度上依赖于载流子相干性的维持。本章将集中讨论影响和抑制量子相干性的因素： 相干长度的物理意义： 解释相干长度是载流子波函数相位保持一致的距离，以及它与温度、材料特性和散射率的关系。 主要退相干机制： 详细分析导致量子退相干的主要物理过程，包括： 声子耦合： 载流子与声子发生能量交换，导致波函数相位失相。 缺陷和杂质： 局域化的散射中心会引起载流子波函数的不连续性，导致退相干。 热涨落（Thermal Fluctuations）： 温度升高会加剧声子激发和杂质的动态变化，从而加速退相干。 抑制退相干的策略： 介绍在器件设计和材料选择中，可以用于延长相干时间、抑制退相干的策略，例如降低工作温度、使用高纯度材料、优化界面质量、采用低维材料等。 第七章：量子输运模拟方法与计算工具 精确地理解和预测纳米尺度下晶体管的量子行为，离不开高效的计算模拟方法。本章将介绍： 量子输运模拟的基本框架： 介绍常用的量子输运模拟方法，如基于Landauer公式的传输计算，以及使用密度矩阵方法或主方程（Master Equation）处理退相干效应。 常见的计算模型： 讨论不同精度的计算模型，包括： 紧束缚模型（Tight-Binding Model）： 一种介于原子轨道和平面波之间的模型，适用于描述复杂材料体系的电子结构和输运。 k·p微扰理论： 一种在布里渊区中心附近描述能带结构的有效方法，适用于分析量子限制效应。 第一性原理计算（Ab initio Methods）： 如密度泛函理论（DFT），能够从原子结构出发，精确计算材料的电子结构和性质，为理解更复杂的散射机制提供基础。 实际的模拟软件介绍： 简要介绍一些在量子输运模拟领域常用的商用或开源软件，以及它们在实际器件设计和分析中的应用。 第八章：面向未来的量子器件展望 本章将结合前述的理论基础，展望基于量子动力学原理设计的未来电子器件。我们将探讨： 超越CMOS的技术： 讨论量子点晶体管、单电子晶体管、拓扑量子计算器件等新型器件的概念和潜在优势。 量子计算与量子信息： 简要介绍量子计算机的基本原理，以及量子比特的实现与操控在纳米尺度下的挑战。 新材料与新结构： 探讨二维材料（如石墨烯、过渡金属硫化物）、三维拓扑绝缘体等新兴材料在构建高性能量子器件中的作用。 技术瓶颈与发展方向： 分析当前在实现和集成量子器件方面面临的主要技术挑战，以及未来研究和发展的可能方向。 本书的目的是为读者构建一个关于半导体晶体管微观量子世界的完整图景，从基本的量子力学原理出发，逐步深入到复杂的量子输运现象，并最终指向下一代电子器件的设计理念。通过对量子效应的深入理解，我们能够突破经典物理学的限制，开启电子器件性能提升的新篇章。

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆