固體電子學導論（第2版）/高等學校電子信息類專業係列教材 下載 mobi epub pdf 電子書 2024

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編輯推薦

　　隨著半導體材料工藝日趨成熟，新的固態電子器件因材料質量的提高和對材料物理的深入研究而不斷齣現。固態電子器件是現代集成電路的基礎，它還廣泛應用於其他各領域，如光縴通信、固體成像、微波通信等。
　　本書介紹固體電子學的基礎理論，主要涉及固體物理和半導體物理的基礎知識，包括晶體的結構、晶體的結閤、晶格振動、晶體缺陷、能帶理論、半導體中的載流子、PN結、固體錶麵及界麵接觸現象、半導體器件原理、固體的光學性質與光電現象等內容。

內容簡介

　　全書共分8章。1-3章介紹固體物理的基本知識，內容有：晶體結構、晶體結閤、晶體生長、確定晶體結構的方法；晶格振動形成格波的特點、聲子的概念及聲子譜的測量方法；晶體缺陷的主要類型；能帶理論的基礎知識，包括金屬中的自由電子模型，晶體電子的波函數與能帶結構的特點，有效質量、空穴的概念，以及實際晶體能帶結構舉例。4-8章介紹半導體材料與器件特性，內容有：載流子濃度、遷移率、電導率的計算，漂移運動與擴散運動，非平衡載流子，連續性方程；PN結的形成與能帶圖、電流電壓特性、電容、擊穿；固體錶麵態的基本概念，錶麵電場效應，金屬與半導體的接觸，MIS結構的電容—電壓特性；半導體器件的基本原理，包括二極管、雙極型晶體管、場效應晶體管，半導體集成器件和微細加工技術簡介。固體的光學常數及實驗測量，光吸收，光電導，光生伏特效應及太陽電池，半導體發光及發光二極管等。

作者簡介

　　瀋為民，中國計量大學教授，校教學名師，浙江省優秀教師。1982年本科畢業於杭州大學（現閤並到浙江大學）物理係，1989年研究生畢業於南開大學電子係。主要研究方嚮為光電測量、光縴傳感、半導體光電等，先後主持或參加完成杭州市重大科研項目、浙江省自然科學基金項目、浙江省重大科技項目、國傢863項目、973項目等。負責的電子科學與技術專業被列入浙江省重點專業、浙江省特色專業、教育部卓越工程師計劃專業，負責的《光電信息專業實驗》為省精品課程。主持完成浙江省高等教育教學改革項目、教育部教指委第一類課題、浙江省高教學會研究項目等。現為全國高校光學教學研究會副理事長、教育部評估中心（中國工程教育認證協會）專業認證專傢。

目錄

第1章晶體的結構和晶體的結閤
1.1晶體的特徵與晶體結構的周期性
1.1.1晶體的特徵
1.1.2晶體結構的周期性
1.1.3原胞與晶胞
1.1.4實際晶體舉例
1.2晶列與晶麵倒格子
1.2.1晶列
1.2.2晶麵
1.2.3倒格子
1.3晶體結構的對稱性晶係
1.3.1物體的對稱性與對稱操作
＊1.3.2晶體的對稱點群
1.3.3晶係
＊1.3.4準晶體
＊1.4確定晶體結構的方法
1.4.1晶體衍射的一般介紹
1.4.2衍射方程
1.4.3反射公式
1.4.4反射球
1.5晶體的結閤
1.5.1離子性結閤
1.5.2共價結閤
1.5.3金屬性結閤
1.5.4範德華結閤
＊1.6晶體生長簡介
1.6.1自然界的晶體
1.6.2溶液中生長晶體
1.6.3水熱法生長晶體
1.6.4熔體中生長晶體
1.6.5矽、鍺單晶生長
習題1
第2章晶格振動和晶體的缺陷
2.1晶格振動和聲子
2.1.1一維單原子晶格的振動
2.1.2周期性邊界條件
2.1.3晶格振動量子化聲子
＊2.2聲學波與光學波
2.2.1一維雙原子晶格的振動
2.2.2聲學波和光學波的特點
＊2.3格波與彈性波的關係
2.4聲子譜的測量方法
2.5晶體中的缺陷
2.5.1點缺陷
2.5.2綫缺陷
2.5.3麵缺陷
習題2
第3章能帶論基礎
3.1晶體中電子狀態的近似處理方法
3.1.1單電子近似
3.1.2周期性勢場的形成
3.2金屬中的自由電子模型
3.2.1無限深勢阱近似——駐波解
3.2.2周期性邊界條件——行波解
3.2.3能態密度
＊3.2.4費米球
3.3布洛赫定理
3.3.1布洛赫定理的錶述
＊3.3.2布洛赫定理的證明
3.3.3布洛赫函數的意義
3.4剋龍尼剋�纔四贍Ｐ�
3.4.1求解
3.4.2討論
3.4.3能帶結構的特點
＊3.5能帶的計算方法
3.5.1準自由電子近似
＊3.5.2布洛赫函數的例子
3.5.3緊束縛近似
3.6晶體的導電性
3.6.1電子運動的速度和加速度有效質量
3.6.2電子導電和空穴導電
3.6.3導體、半導體和絕緣體的區彆
＊3.7實際晶體的能帶
3.7.1迴鏇共振和有效質量
3.7.2矽和鍺的能帶結構
3.7.3砷化鎵的能帶結構
習題3
第4章半導體中的載流子
4.1本徵半導體與雜質半導體
4.1.1本徵半導體
4.1.2雜質半導體
4.1.3雜質電離能與雜質補償
4.2半導體中的載流子濃度
4.2.1費米分布函數
4.2.2平衡態下的導帶電子濃度和價帶空穴濃度
4.2.3本徵載流子濃度與費米能級
4.2.4雜質充分電離時的載流子濃度
4.2.5雜質未充分電離時的載流子濃度
＊4.3簡並半導體
4.4載流子的漂移運動
4.4.1遷移率
4.4.2電導率
＊4.4.3霍耳(Hall)效應
4.5非平衡載流子及載流子的擴散運動
4.5.1穩態與平衡態
4.5.2壽命
4.5.3擴散運動
4.5.4連續性方程
習題4
第5章PN結
5.1PN結及其能帶圖
5.1.1PN結的製備
5.1.2PN結的內建電場與能帶圖
5.1.3PN結的載流子分布
5.1.4PN結的勢壘形狀
5.2PN結電流電壓特性
5.2.1非平衡PN結的勢壘與電流的定性分析
＊5.2.2非平衡PN結的少子分布
5.2.3理想PN結的電流電壓方程
5.3PN結電容
5.3.1勢壘電容
5.3.2擴散電容
5.3.3勢壘電容的計算
5.3.4擴散電容的計算
5.4PN結擊穿
5.4.1雪崩擊穿
5.4.2隧道擊穿(齊納擊穿)
5.4.3熱電擊穿
習題5
第6章固體錶麵及界麵接觸現象
6.1錶麵態
6.1.1理想錶麵和實際錶麵
6.1.2錶麵態
6.1.3錶麵態密度
6.2錶麵電場效應
6.2.1外電場對半導體錶麵的影響
6.2.2錶麵空間電荷區的電場、麵電荷密度和電容
6.2.3各種錶麵層狀態
6.2.4錶麵電導
6.3金屬與半導體的接觸
6.3.1金屬和半導體的功函數
6.3.2接觸電勢差和接觸勢壘
6.3.3金屬與半導體接觸的整流特性
6.3.4歐姆接觸
6.4MIS結構的電容�駁繆固匭�
6.4.1理想MIS結構電容
6.4.2理想MIS結構的C�睼特性
6.4.3功函數差及絕緣層中電荷對C�睼特性的影響
＊6.5異質結
6.5.1異質結的分類
6.5.2突變異質結的能帶圖
6.5.3異質結的電流電壓特性
6.5.4半導體超晶格
習題6
第7章半導體器件基礎
7.1二極管
7.1.1二極管的基本結構
7.1.2整流二極管
7.1.3齊納二極管
7.1.4變容二極管
7.1.5肖特基二極管
7.2雙極型晶體管
7.2.1BJT的基本結構
7.2.2BJT的電流�駁繆固匭�
7.3場效應晶體管
7.3.1JFET
7.3.2MOSFET
＊7.3.3MESFET
7.4半導體集成器件
7.4.1集成電路的構成
7.4.2微細加工技術
習題7
第8章固體光電基礎
8.1固體的光學常數
8.1.1摺射率與消光係數
＊8.1.2剋拉末�部肆�尼剋(Kramers�睰ronig)關係
＊8.2光學常數的測量
8.3半導體的光吸收
8.3.1本徵吸收
8.3.2直接躍遷和間接躍遷
8.3.3其他吸收過程
8.4半導體的光電導
8.4.1附加電導率
8.4.2定態光電導及其弛豫過程
8.4.3本徵光電導的光譜分布
8.4.4雜質光電導
8.5PN結的光生伏特效應和太陽能電池
8.5.1PN結的光生伏特效應
8.5.2光電池的電流電壓特性
8.5.3太陽能電池及其光電轉換效率
8.6半導體發光
8.6.1輻射躍遷
8.6.2發光效率
8.6.3電緻發光激發機構
8.6.4發光二極管(LED)
＊8.6.5半導體激光器(LD)
習題8
附錄A常用錶
附錄BExcel在教學中的應用
參考文獻

前言/序言

　　20世紀30年代固體電子論的成果和四五十年代鍺、矽材料工藝的進展，為之後固態電子器件的飛速發展奠定瞭基礎。隨著半導體材料工藝日趨成熟，新的固態電子器件因材料質量的提高和對材料物理的深入研究而不斷齣現。固態電子器件體積小，重量輕，功耗小，可靠性高，易集成，可以實現電子係統的微型化，是現代集成電路的基礎。除瞭用於大規模和超大規模集成電路外，固態電子器件還廣泛應用於其他各領域，如光縴通信、固體成像、微波通信、紅外探測、能量轉換等。半導體的電學性能容易受多種因素如摻雜、光照等的控製，易於製成電子功能器件，因此絕大部分的固態電子器件是用半導體製成的。所以，固體物理和半導體物理是固態電子器件的理論基礎，也是本書討論的重點。
　　隨著計算機輔助設計（CAD）的發展，器件與係統的設計更多通過計算機來進行，越來越多的專業軟件投入各種應用領域。這就促使理論與應用的結閤形式發生改變，對於搞應用的人來說，不需要直接從理論公式齣發進行分析和計算，理論學習的作用更多體現在瞭解各種物理現象，建立相應的物理概念，理解運動變化過程，熟悉物理量之間的相互聯係，掌握分析問題的方法等。本教材編寫力求內容精簡、重點突齣、概念清晰、通俗易懂，在不破壞知識體係的邏輯關係前提下，盡量避免煩瑣的數學推導。隻要有高等數學和大學物理的基礎知識，即使沒有學過電動力學、量子力學、熱力學統計物理，也能順利學習本課程。
　　全書共分8章。第1章介紹晶體結構的基本知識，重點是晶體結構的周期性與對稱性，對晶體結閤、晶體生長、確定晶體結構的方法等隻作簡單討論。第2章以一維原子鏈為例討論晶格振動形成格波的特點、聲子的概念及聲子譜的測量方法，介紹瞭晶體缺陷的主要類型。第3章介紹能帶理論的基礎知識，包括金屬中的自由電子模型，晶體電子的波函數與能帶結構的特點，有效質量、空穴的概念，以及實際晶體能帶結構舉例。第4章討論半導體中的載流子及其運動，包括載流子的統計分布、費米能級與載流子濃度的計算、遷移率與電導率、非平衡載流子及連續性方程。第5章介紹PN結，包括PN結形成與能帶圖、PN結電流電壓特性、PN結電容及PN結擊穿。第6章介紹固體錶麵及界麵接觸現象，包括錶麵態的基本概念、錶麵電場效應、金屬與半導體的接觸及MIS結構的電容�駁繆固匭浴５�7章介紹半導體器件的基本原理，包括二極管、雙極型晶體管及場效應晶體管，也簡略介紹半導體集成器件和微細加工技術。第8章介紹固體的光學性質與固體中的光電現象，包括固體的光學常數、Kramers�睰ronig關係、光學常數的實驗測量、半導體的光吸收、半導體的光電導、半導體的光生伏特效應和太陽能電池及半導體發光和發光二極管。
　　每章末都附有習題。由於各專業安排本課程的學時及教學要求不同，書中打*號內容可以不講或簡單講述。
　　本教材主要麵嚮應用型人纔培養，應當引導學生利用電腦和軟件等現代工具解決問題，所以在第2版中增加瞭附錄B Excel在教學中的應用，讓學生能夠通過簡單的工具處理較復雜的問題。例如： 在坐標精確計算的基礎上，根據一定的投影規則畫晶體的三維結構圖，製作對稱操作動畫； 製作包括雙原子聲學波、光學波在內的各種晶格振動動畫； 求解能量本徵值方程，畫齣多種能帶麯綫； 針對多種情況（不同摻雜、不同溫度）精確計算載流子濃度、遷移率、電導率，畫相應麯綫； 計算並畫齣PN結勢壘麯綫、載流子濃度分布麯綫、電流電壓麯綫、勢壘電容和擴散電容麯綫，以及包含PN結的應用設計（如太陽能電池最佳功率點設計等）。這些問題與“復雜工程問題”的多個特徵相似，例如涉及多個方麵、多個因素，不同要求之間存在矛盾與衝突，需要深入的分析、建模、綜閤、創新等。學生不僅學到瞭固體物理與半導體物理的相關知識，而且培養瞭工程教育專業認證倡導的多種能力。
　　本書第1～5章(1.6節除外)由瀋為民負責編寫，第6章和第8章由孫一翎負責編寫，第7章由唐瑩負責編寫，馬鐵英編寫瞭1.6節。全書由瀋為民統稿。
　　由於編者的水平與經驗有限，書中難免存在缺點和錯誤，殷切希望讀者批評指正。
　　作者2016年7月



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