Theory of Electron Transport in Semiconductors pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Springer

作者:Carlo Jacoboni

出品人:

页数:588

译者:

出版时间:2010-9-7

价格:USD 199.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9783642105852

丛书系列:

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• 电子输运
• 半导体
• 半导体物理
• 电子输运
• 固态物理
• 材料科学
• 凝聚态物理
• 器件物理
• 量子力学
• 统计物理
• 传输理论
• 半导体器件

固体物理学：从晶体结构到量子效应的深度探索 本书旨在为固体物理学的初学者和有一定基础的研究人员提供一部全面、深入且富有洞察力的教材。 本书的叙事结构围绕着材料的微观结构如何决定其宏观物理性质这一核心理念展开，内容涵盖了从最基本的晶格振动到复杂的电子结构理论和拓扑材料的最新进展。全书力求在保持严谨的物理学原理阐述的同时，注重对概念的清晰解释和对实际应用的联系。 第一部分：晶体的结构与周期性 (The Crystalline Foundation) 本部分首先奠定了理解所有固体现象的结构基础。我们从晶体学的基本概念入手，详细讨论了点阵、基矢、布拉菲晶格等核心术语。通过引入密堆积结构（如面心立方、体心立方）的几何分析，读者将建立起对宏观材料形态的直观认识。随后，本书深入探讨了晶体结构中缺陷的分类和影响——从点缺陷（空位、间隙原子）到线缺陷（位错）和面缺陷。特别强调了位错理论在理解金属塑性变形中的关键作用。 核心内容转向倒易空间。傅里叶变换在晶体结构分析中的地位被充分论证，重点讲解了布里渊区的构造及其在描述电子和声子周期性边界条件中的不可替代性。我们详细推导了X射线衍射和中子衍射的条件，并展示了如何利用这些实验技术精确确定晶体结构参数。 第二部分：晶格振动与热力学 (Lattice Dynamics and Thermodynamics) 在建立了周期性结构后，本书转向研究原子核的集体振动，即声子。首先采用一维理想晶格模型（单原子链和双原子链）进行详尽的动力学分析，推导出色散关系。随后，将模型推广到三维晶格，全面讨论了声学支和光学支的物理意义，以及声子在不同晶体中的有效质量和群速度。 声子理论的直接应用是晶体的热力学性质。本书详细阐述了德拜模型（Debye Model）的建立过程，计算了晶格比热随温度的变化规律，并将其与早期的杜隆-泊替定律进行了对比分析。更进一步，本书引入了平均场理论的概念，讨论了声子-声子相互作用如何导致热膨胀和热导率的有限值，为后续的输运理论做铺垫。 第三部分：电子的能带理论 (The Band Theory of Electrons) 这是固体物理学的核心部分，全面构建了描述电子在周期势场中运动的理论框架。本书从紧束缚近似（Tight-Binding Approximation）和近自由电子模型（Nearly Free Electron Model）两个对立的角度入手，阐释了电子能带的起源。 详细推导了布洛赫定理（Bloch's Theorem）及其在薛定谔方程中的应用，这是理解电子行为的基石。通过对不同晶格对称性下的有效势能进行分析，我们系统地解释了费米能面的形成，并区分了绝缘体、半导体和导体的能带结构判据。本书强调了晶体动量（Crystal Momentum）的概念及其守恒律，并讨论了电子在外部电场和磁场中运动时的有效质量概念。 为了应对复杂材料，本书深入探讨了半经验方法，如 समूहों程方法（Pseudopotential Method），并提供了关于如何利用密度泛函理论（Density Functional Theory, DFT）计算能带结构的简介，展示了现代计算物理学的应用前景。 第四部分：电子的统计力学与输运 (Statistical Mechanics and Electronic Transport) 本部分将电子的能带结构与统计物理相结合，解释了材料的电学、磁学和光学性质。 首先，详细分析了费米-狄拉克统计在描述导体中电子分布时的重要性，引入了态密度（Density of States, DOS）的概念，并计算了其在三维、二维和低维系统中的依赖关系。 随后，本书进入电输运理论。我们从玻尔兹曼输运方程（Boltzmann Transport Equation, BTE）出发，引入了弛豫时间近似（Relaxation Time Approximation）来求解稳态下的电流密度。重点分析了电导率、霍尔效应的物理机制，并讨论了杂质散射、声子散射在不同温度下的相对贡献。对载流子迁移率的温度依赖性进行了详细的曲线分析。 此外，本书还专门辟出章节讨论了量子输运现象，包括安德森局域化（Anderson Localization）的基本思想，以及在强磁场下电子的朗道能级结构，为理解量子霍尔效应奠定理论基础。 第五部分：磁性与介电响应 (Magnetism and Dielectric Response) 本部分聚焦于材料在外加电磁场下的响应特性。 在电介质方面，系统阐述了宏观电极化的微观起源，讨论了电子极化、离子极化和空间电荷极化。通过德鲁德模型（Drude Model）分析了金属的介电函数，并解释了等离子体振荡。 在磁学方面，本书从朗之万理论开始，逐步过渡到描述抗磁性和顺磁性的微观机制。重点讨论了朗之万顺磁性和居里-外斯定律。更深层次地，本书详细分析了铁磁性的起源，特别是海森堡交换相互作用的唯象描述，并引入了平均场理论来计算居里温度，解释了磁畴结构的形成。 结论与展望 本书最后部分对半导体物理学中的一些前沿领域进行了概述，包括拓扑绝缘体的基本概念及其边缘态的独特性质，以及低维材料（如二维材料的范德华异质结构）中电子行为的特殊性。全书的最终目标是使读者不仅掌握固体物理学的经典理论，还能具备分析和理解现代凝聚态物理实验现象的能力。本书配备了大量的习题和概念性问题，以巩固学习效果。

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这本书为我打开了一扇通往“微观世界”的精密之门。在阅读之前，我可能只是模糊地知道半导体是电子设备的“大脑”，但对其内在的运行机制却知之甚少。这本书以一种系统而深入的方式，为我剖析了电子如何在半导体材料中“旅行”。作者在描述“散射”现象时，将电子在材料中的碰撞比喻为在拥挤的市场中穿行，受到各种阻碍，这让我对“迁移率”这一概念有了更直观的理解。我印象最深刻的是书中关于“漂移-扩散理论”的讲解，它解释了载流子在电场作用下（漂移）和浓度梯度下（扩散）的运动，这两种运动的平衡与否，直接决定了半导体器件的特性。作者并没有回避复杂的数学推导，但他总是通过大量的图示和清晰的逻辑来辅助说明，使得这些抽象的概念变得易于掌握。我发现，自己在阅读过程中，会不断地将书中描述的理论与我接触到的电子设备联系起来，试图去解析它们的内在机制。这本书让我看到，那些我们习以为常的电子产品，都建立在对微观世界深刻理解和巧妙利用之上，让我对科技的进步充满了敬畏和好奇。

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坦白说，当我翻开这本书时，我并没有抱有多大的期望，只是觉得它可能是一本能让我对半导体有基础了解的参考书。然而，它所提供的深度和广度远远超出了我的预期。作者在阐述电子在半导体材料中的传输机制时，并没有止步于表面的现象，而是挖掘到了最本质的物理规律。我尤其喜欢书中对于“散射机制”的详细探讨，它揭示了电子在传输过程中遇到的各种“障碍”——缺陷、杂质、晶格振动等等，这些都如同无形的阻力，限制着电子的自由前行。作者通过精妙的数学模型和生动的类比，将这些抽象的概念具体化，让我仿佛能看到电子在材料中像是在泥泞中跋涉，不断被各种因素阻碍和改变方向。对于“漂移”和“扩散”这两种主要的载流子传输模式，作者给出了极其细致的解释。漂移就像是有一股“推力”在引导电子前进，而扩散则更像是电子在浓度梯度下的随机漫步。这两者之间的平衡和相互作用，对于理解半导体器件的特性至关重要。我发现，这本书不仅仅是关于“电子如何移动”，更是关于“为什么它们这样移动”，以及“如何利用这些移动来构建功能”。作者在书中穿插了许多关于实验测量方法的介绍，比如霍尔效应，这让我明白了科学家们是如何验证这些理论的。这种理论与实验的紧密结合，让我对科学研究的严谨性和创造性有了更深的体会。我曾经对“空穴”这个概念感到困惑，觉得它是一个虚无缥缈的东西，但通过这本书的讲解，我明白了空穴实际上是电子缺失所留下的一种“正电荷载流子”，它的行为和电子一样真实，并且在许多半导体应用中扮演着至关重要的角色。这本书让我对半导体物理学产生了浓厚的兴趣，并激发了我进一步探索相关领域的愿望。

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这本书彻底改变了我对“半导体”这个词的理解。我之前可能以为它就是一个简单的材料类别，但实际上，它是一个充满了复杂物理现象和精妙调控机制的庞大领域。作者在书中对“平衡态”和“非平衡态”的区分，对于理解半导体器件的工作状态至关重要。当半导体处于平衡态时，载流子的产生和复合处于一种动态的平衡，而当施加电压或光照时，这种平衡就会被打破，产生非平衡载流子，从而实现各种功能。书中关于“PN结”的形成和特性的详细阐述，是让我印象最深刻的部分之一。PN结，就是将n型半导体和p型半导体连接在一起形成的界面，而正是这个看似简单的界面，构成了二极管、晶体管等一切半导体器件的基础。作者通过清晰的图示和严谨的逻辑，解释了PN结内部的耗尽层、内建电场以及载流子在外加电压作用下的行为。这让我明白了为什么二极管具有单向导电性，也为理解更复杂的半导体器件打下了坚实的基础。我发现，这本书的魅力在于它能够将宏观的电子器件功能，追溯到微观的电子运动和相互作用。它让我看到，那些看似神奇的科技，其实都是建立在对物理规律的深刻理解和巧妙运用之上。我开始意识到，我们日常生活中使用的每一个电子设备，都凝聚了科学家们对半导体物理的无数探索和智慧。

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这本书彻底颠覆了我对“材料科学”的固有认知。在翻阅之前，我可能认为材料科学只是研究材料的物理和化学性质，而这本书则将我引向了更深层次的电子行为。作者在书中对于“掺杂”过程的精细描述，让我明白了仅仅通过引入极少量的杂质原子，就能够彻底改变半导体的导电性能，这是一个多么神奇的“魔法”。他解释了为什么在半导体中引入五价元素（如磷）会形成n型半导体，因为这些元素多出一个价电子，而引入三价元素（如硼）会形成p型半导体，因为这些元素少一个价电子，形成“空穴”。这种对“量子尺度”的精确操控，是现代电子工业的基石。我尤其欣赏书中关于“表面效应”的讨论，它揭示了半导体材料的表面与体相的性质存在差异，而这种差异对于微电子器件的性能至关重要。作者通过阐述表面态、表面散射等概念，让我看到了科学研究的细致入微。这本书不仅让我学到了关于电子传输的专业知识，更让我领略到了科学研究的严谨、系统和创新精神。我开始能够更清晰地看到，那些我们日常生活中使用的电子产品，是如何巧妙地利用半导体材料的特性，实现信息的高效传递和处理。

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这本书为我打开了一个全新的科学视角。在阅读之前，我可能只知道半导体在电子设备中的重要性，但对其内在的工作原理却知之甚少。这本书就像一位技艺精湛的建筑师，为我展示了半导体内部精密的“结构”和“运作模式”。我尤其欣赏作者对“晶格”概念的引入，它揭示了半导体材料并非原子随机堆积，而是一种高度有序的排列。这种有序的晶格结构，直接影响着电子的运动，并为我们理解“能带”和“载流子”提供了物理基础。书中关于“声子”的讨论，让我明白了温度对半导体性能的影响并非仅仅是简单的“热胀冷缩”，而是涉及到原子振动对电子运动的散射作用。这种“非直接”的相互作用，是理解半导体材料电学和热学性质的关键。我发现，作者在讲解过程中，非常注重理论与实际的联系。他会解释某些理论概念是如何应用于实际的半导体器件制造和设计的，例如晶体管的开关特性，以及太阳能电池的光电转换效率。这种从基础物理到实际应用的层层递进，让我对半导体科学的理解更加立体和深刻。我开始能够更清晰地看到，那些我们赖以生存的电子产品，是如何巧妙地利用半导体材料的特性来实现各种复杂功能的。这本书不仅仅是知识的传递，更是一种思维的启迪，让我对科学的严谨性、创造性和应用性有了更深刻的体会。

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这本书为我提供了一个关于“秩序与混沌”在微观世界中的生动案例。在半导体材料中，电子的运动既遵循着严谨的物理定律，又表现出一定的随机性。作者在阐述“弛豫时间”概念时，将其比喻为电子在两次碰撞之间能够自由移动的平均时间，这形象地解释了电子在材料中的“阻碍”程度。弛豫时间越长，电子的移动就越“顺畅”，导电性也就越好。书中对“霍尔效应”的详细介绍，让我明白了科学家们是如何通过测量载流子在磁场中的偏转来确定其类型、浓度和迁移率的。这不仅是一种精妙的实验技术，更是对基础物理理论的有力验证。我特别喜欢书中对“热电效应”的讨论，它揭示了温度梯度如何引起载流子的定向运动，并产生电压，这为温差发电等应用提供了理论基础。作者并没有将这些理论停留在抽象的层面，而是反复强调了它们在实际半导体器件设计中的重要性，例如晶体管的增益特性、LED的发光原理等。通过这本书，我看到了科学研究的逻辑性和严谨性，也感受到了人类智慧的伟大力量。我开始意识到，那些我们日常生活中习以为常的电子产品，都建立在对微观世界深刻理解和巧妙利用之上。

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这本书给我带来的震撼，不仅仅是知识上的，更是一种视角上的转变。在阅读之前，我对半导体的认识可能还停留在“用在电脑里”这种模糊的概念。而现在，我能理解到，那些隐藏在微处理器、内存芯片、太阳能电池板背后的，是极其精妙的物理原理在支撑。书中对于“导电类型”的划分，比如本征半导体、n型半导体和p型半导体，以及它们是如何通过掺杂实现性能的飞跃，给我留下了深刻的印象。掺杂，这个词听起来简单，但它却是现代半导体技术的核心秘密之一。作者通过深入浅出的方式，解释了如何通过引入少量的杂质原子，就能极大地改变半导体的导电性能，使其能够满足各种复杂的需求。我特别喜欢书中对“费米能级”的讲解，它就像是半导体材料的“能量仪表盘”，指示着电子在不同能量状态下的占据概率。这个概念对于理解各种半导体器件的特性，比如PN结的形成和导通，起着决定性的作用。作者并没有回避复杂的数学推导，但同时又辅以大量的图表和实例，使得这些数学工具变得不再是遥不可及的障碍，而是理解物理现象的有力武器。我发现自己在阅读过程中，会不断地将书中描述的理论与我接触到的电子产品联系起来，试图去解析它们的内在机制。这本书让我对“微观世界”的理解上升到了一个新的高度，也让我更加敬畏那些在实验室里辛勤工作的科学家们。它不仅仅是一本书，更像是一扇窗，让我窥见了信息时代最核心的驱动力。

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这本书带我进入了一个令人着迷的领域，一个我们日常生活中无处不在却又极其复杂的世界——半导体中的电子传输。作为一个对科技充满好奇心的读者，我一直对那些隐藏在硅片之下、驱动着我们现代电子设备运转的奥秘感到好奇。这本书就像一位经验丰富的向导，不仅解释了电子如何像微小的信使一样在半导体材料中穿梭，更深入地剖析了其中的物理原理。我印象最深刻的是作者对于“能带理论”的讲解，它不是枯燥的公式堆砌，而是通过一系列清晰的比喻和直观的图示，让我理解了电子在不同能量状态下的行为。想象一下，能带就像是一座座山峰和山谷，电子只能在特定的“高度”上存在。当有能量（比如光或热）作用时，电子就可以“跃过”山峰，从一个能带跳到另一个能带，这就是许多半导体器件功能的基础。书中对载流子（电子和空穴）的密度、迁移率以及它们与晶格振动（声子）的相互作用的描述，也让我大开眼界。我从来没有想过，材料本身的“抖动”——声子，竟然能如此深刻地影响电子的移动速度和方向。更令人惊叹的是，作者还将这些基础理论与实际的器件应用联系起来，例如解释了二极管和晶体管的工作原理，让我看到了理论如何在实践中熠熠生辉。这本书的语言虽然严谨，但并不晦涩，作者似乎深谙如何将复杂的概念以易于理解的方式呈现给读者，即使是初学者也能从中受益匪浅。我发现自己常常在阅读时忍不住停下来，回味那些解释，或者对着书中的图表陷入沉思，试图在脑海中构建起电子在半导体内部的完整旅程。这本书不仅仅是知识的传授，更是一种思维的启迪，让我对电子世界有了全新的认识。

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这本书对我而言，不仅仅是一本关于电子传输的学术著作，它更像是一次关于“秩序与混乱”的哲学思考。在微观的半导体世界里，电子的运动似乎是一种混乱的随机游走，但正是这种看似混乱的背后，蕴藏着深刻的物理规律和秩序。作者在描述电子如何受到电场的作用而产生定向运动（漂移）时，将这个过程与我们在生活中遇到的摩擦力联系起来，非常形象。电子在材料中移动，并非畅通无阻，而是会不断地与材料的原子发生碰撞，就像我们在拥挤的房间里行走，需要不断地避开人群。这种“散射”过程，正是限制电子速度的关键因素。书中对“迁移率”的详细分析，让我理解到，迁移率越高，电子的移动就越“勤快”，这直接关系到器件的响应速度和效率。我尤其对书中关于“热致载流子产生与复合”的讲解感到着迷。温度升高，材料内部的原子振动会更加剧烈，这会产生更多的电子-空穴对，就像一股新的力量涌入。而当电子和空穴相遇时，它们会“湮灭”，释放出能量，这个过程被称为复合。这种动态的产生与复合平衡，决定了半导体材料在不同温度下的导电特性。作者并没有简单地罗列公式，而是通过对这些物理过程的深入剖析，让我们理解到，半导体材料的性能并非一成不变，而是受到多种因素的动态影响。这本书让我看到了科学的严谨性和趣味性并存，也让我对那些我们习以为常的电子产品，有了更深层次的理解和敬畏。

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这本书就像一本关于“微观世界的导航图”。在翻阅之前，我对于半导体中的电子传输，可能只有一些模糊的概念，比如“导电”和“绝缘”。然而，这本书以极其细致和系统的方式，为我描绘了电子在半导体材料中发生的种种奇妙现象。作者对“载流子浓度”的讲解，让我理解了半导体材料的导电能力与其中电子和空穴的数量直接相关，而这些数量又可以通过掺杂等手段进行精确控制。我印象深刻的是关于“扩散电流”的解释，它描述了载流子在浓度梯度下的自发运动，这就像是在拥挤的房间里，人们会自然而然地向空旷的地方移动。这种扩散现象，在PN结的形成和整流特性中起着至关重要的作用。书中还详细讨论了“漂移电流”，即在电场作用下载流子的定向运动。这两种电流之间的相互作用，共同决定了半导体器件的电学特性。作者并没有回避复杂的数学模型，但他总是用清晰的图示和贴切的比喻来辅助说明，使得这些抽象的概念变得易于理解。我发现，自己在阅读过程中，常常会联想到生活中遇到的各种电子设备，并且试图去理解它们是如何利用这些基础的电子传输原理来工作的。这本书不仅深化了我对半导体物理的认识，也激发了我对科技创新的强烈好奇心。

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