微電子物理基礎導論 下載 mobi epub pdf 電子書 2025

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☆☆☆☆☆

曹陽，王振，黃義 著，王巍 編

圖書標籤:

• 微電子學
• 物理
• 半導體
• 器件
• 電路
• 固體物理
• 電子工程
• 材料科學
• 模擬電路
• 數字電路

齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030444639

版次：1

商品編碼：11956952

包裝：平裝

叢書名： 普通高等教育電子科學與技術類特色專業係列規劃教材

開本：16開

齣版時間：2015-06-01

用紙：膠版紙

頁數：239

字數：367000

正文語種：中文

編輯推薦

　　內容精簡，緊扣專業學習
　　體係完善，針對性強
　　涵蓋微電子學專業所需的物理學知識
　　概念清楚，重點突齣，章節安排閤理
　　為任課教師免費提供配套的電子課件，方便教學

內容簡介

　　《微電子物理基礎導論》針對微電子學相關專業在後續的專業課學習過程中對物理學基礎知識及數學物理方法的需求。論述瞭在量子力學要用到數學物理方法中的波動方程，以及熱傳導方程與調和方程的求解方法；量子力學中簡要論述薛定諤方程的應用、氫原子的求解、量子力學中力學量的錶示及相互間的關係；在熱力學與統計物理中，論述瞭熱力學的基本概念、熱力學定律、熱平衡的判定、玻爾茲曼統計分布、量子統計分布規律。
　　《微電子物理基礎導論》可作為理工科院校的微電子科學與工程、集成電路設計與集成係統、電子科學與技術、電子信息科學與技術等專業的教材，也可供相關專業的研究生、工程技術人員參考。

內頁插圖

目錄

前言
第1篇 數學物理方法
第1章 偏微分方程概述
1．1 引言
1．2 一階偏微分方程
1．3 二階偏微分方程
習題
第2章 波動方程
2．1 -維波動方程
2．2 初值問題的達朗貝爾解
2．3 傅裏葉變換及其基本性質
2．4 分離變量法
2．5 高維波動方程的柯西問題
習題
第3章 熱傳導方程
3．1 熱傳導方程及其定解問題
3．2 混閤問題的分離變量法
3．3 柯西問題
*3．4 解的唯一性和穩定性
習題
第4章 調和方程
4．1 調和方程及其定解問題
4．2 格林公式及其應用
4．3 格林函數及其應用
4．4 調和函數的性質
4．5 泊鬆方程
習題

第2篇 量子力學
第5章 量子力學緒論
5．1 經典物理學的局限性
5．2 光子
5．3 原子結構的玻爾理論
5．4 德布羅意波
習題
第6章 薛定諤方程及應用
6．1 單粒子的波函數
6．2 態疊加原理
6．3 薛定諤方程
6．4 粒子流密度和粒子數守恒定律
6．5 定態薛定諤方程
6．6 一維無限深勢阱
6．7 綫性諧振子
6．8 一維勢壘
習題
第7章 氫原子
7．1 中心勢場中的粒子
7．2 氫原子
7．3 能級和本徵函數
7．4 量子態的大小和形狀
7．5 輻射躍遷
習題
第8章 量子力學中的力學量
8．1 錶示力學量的算符
8．2 動量算符和角動量算符
8．3 厄米算符本徵函數的正交性
8．4 算符與力學量的關係
8．5 算符的對易關係測不準關係
*8．6 力學量平均值隨時間的變化
習題

第3篇 熱力學與統計物理
第9章 熱力學基本理論和狀態量
9．1 係統物相和狀態量
9．2 平衡態和溫度
9．3 狀態方程
9．4 壓強功和化學勢
9．5 熱和比熱容
9．6 內能
習題
……
參考文獻

前言/序言

　　當今世界科學技術飛速發展，給大學本科教學工作提齣瞭很高的要求。為瞭貫徹落實《國傢中長期教育改革和發展規劃綱要（2010～2020年）》，大力提升人纔培養水平，全麵提高高等教育質量，有必要對課程體係進行科學閤理的調整，加強教材建設，構建符閤時代發展、充分滿足學生專業學習要求的教學體係，為後續的教育教學改革奠定堅實的基礎。
　　集成電路類和電子工程類本科專業強調對物理學基礎知識的培養，然而在以往的教學實踐中發現原有的課程的物理類設置不閤理，尤其是一些物理類的基礎課程講解的內容過於繁復，部分內容與後續的專業學習聯係不緊密，導緻學生學習任務重、學習效果不佳，課程設置已經遠不能適應當今社會對此類人纔的要求。在此情形下，根據專傢建議，本書擬定瞭新的教材編寫大綱，將數學物理方法、量子力學、熱力學與統計物理三門課程中的相關內容糅閤在一起，對一些與後續專業課學習關聯度不大的內容做瞭適當刪減。本書可以作為高等學校集成電路類、電子工程類專業的學科基礎導論課程的試用教材。
　　本書分為三篇，共13章。其中，第1篇為數學物理方法部分，包括第1～4章，分彆講解偏微分方程的一般概念、波動方程、熱傳導方程及調和方程的基本定解問題的適定性、求解的方法及其解的性質。波動方程及分離變量法作為重點內容進行講解。第2篇為量子力學部分，包括第5～8章，分彆討論量子力學的起源、波函數和薛定諤方程、量子力學中的力學量及應用量子力學理論對氫原子進行的分析。重點理解薛定諤方程及應用，求解氫原子得到的結論。第3篇為熱力學與統計物理部分，其中，第9～11章分彆討論熱力學基本定律和熱平衡判據；第12章、第13章分彆討論玻爾茲曼統計分布及量子統計分布。書中帶“*”的內容為選講內容，這些理論可以為下一步學習固體物理、半導體物理、半導體器件物理等專業知識打下很好的物理基礎。
　　本書由王巍教授主編，曹陽博士、王振博士、黃義博士等參與本書的編寫工作。研究生董永孟、顔琳淑、梁耀等參與瞭部分文字錄入工作。
　　由於作者水平有限，書中若存在不當之處，熱忱歡迎讀者不吝賜教，以便本書不斷完善。

《半導體器件的量子力學基礎》 內容簡介： 本書旨在為有誌於深入理解現代電子器件工作原理的讀者，提供一套嚴謹且係統的量子力學理論框架。我們將從量子力學的基本概念齣發，逐步深入到半導體材料的能帶理論、晶體結構與對稱性、以及各種重要半導體材料的電子性質。本書力求在概念闡釋與數學推導之間取得平衡，使讀者不僅能掌握理論工具，更能領略其在半導體物理領域的強大解釋力。 第一章 量子力學入門：波粒二象性與薛定諤方程 本章將帶領讀者迴到量子力學的源頭，重溫那些顛覆經典物理認知的基本概念。我們將從光電效應和康普頓散射等實驗現象齣發，理解微觀粒子為何錶現齣波動性，並引入波函數的概念，闡釋其統計詮釋的物理意義。接著，我們將詳細介紹薛定諤方程，這是描述量子係統演化的核心方程。通過對一維勢阱、諧振子等簡單體係的求解，讀者將初步領略量子力學在描述微觀粒子行為上的精確性。本章的重點將放在理解算符、本徵值和本徵態等核心概念，為後續章節中理解電子在晶體中的運動奠定基礎。我們將強調，量子力學的描述方式與經典力學有著本質的區彆，其概率性的預測和不確定性原理是理解微觀世界不可或缺的組成部分。 第二章 量子力學在多電子體係中的應用：泡利不相容原理與Hartree-Fock近似 隨著我們對單個粒子的理解加深，接下來將把目光投嚮由大量粒子組成的復雜體係。本章將深入探討泡利不相容原理，這是理解多電子原子和固體的關鍵。我們將解釋全反對稱波函數的概念，以及它如何決定電子在原子軌道中的排布。在此基礎上，我們將引入Hartree-Fock近似方法。雖然這是一個近似方法，但它為我們理解多體問題提供瞭一個重要的理論框架。我們將詳細推導Hartree-Fock方程，並討論其在計算原子和分子電子結構中的應用。通過對Hartree-Fock方法的學習，讀者將初步認識到，在處理相互作用的多粒子體係時，平均場近似是一個強大而實用的工具，它允許我們將復雜的相互作用問題轉化為一係列單粒子問題。 第三章 晶體結構與布裏淵區：周期勢中的電子 固體材料的宏觀性質往往源於其微觀上有序的晶體結構。本章將係統介紹晶體學基本概念，包括晶格、基元、晶胞、晶嚮和晶麵等。我們將學習如何利用倒格子來描述晶體的周期性，並引齣布裏淵區的概念。布裏淵區是倒格子空間中的一個特殊區域，它在描述電子在周期性勢場中的運動時扮演著至關重要的角色。我們將重點討論布洛赫定理，它是理解電子在周期性勢場中行為的核心。布洛赫定理錶明，在周期性勢場中，電子的波函數具有特定的形式，即布洛赫波。本章的精髓在於將量子力學中的波函數概念與晶體的周期性相結閤，為理解能帶結構奠定基礎。 第四章 半導體能帶理論：電子的能量與運動 本章是本書的核心內容之一，將詳細闡述半導體能帶理論。基於前一章的布洛赫定理，我們將分析電子在周期性勢場中的能量譜。我們將解釋能帶、禁帶（帶隙）和導帶、價帶等概念的物理意義。通過對不同半導體材料（如矽、鍺、砷化鎵）的能帶結構的討論，讀者將理解它們在導電性上的差異。我們將進一步探討有效質量的概念，它描述瞭電子在晶體中受外力作用時的運動行為，這與自由電子的慣性質量有著顯著的區彆。此外，本章還將介紹費米能級以及其在描述不同溫度下電子分布中的作用。理解能帶理論是理解半導體器件（如二極管、晶體管）工作原理的基石。 第五章 電子與空穴的動力學：輸運現象的量子描述 有瞭能帶理論的鋪墊，本章將聚焦於電子和空穴在半導體中的運動以及由此産生的輸運現象。我們將深入探討弛豫時間的概念，它描述瞭電子在散射過程中能量和動量損失的平均時間。我們將介紹多種散射機製，包括晶格振動散射（聲子散射）和雜質散射，並分析它們對載流子遷移率的影響。本章還將引入玻爾茲曼輸運方程，這是一個用於描述載流子在電場和磁場作用下，以及散射過程中的宏觀輸運性質的方程。通過對玻爾茲曼方程的求解，我們將能夠推導齣歐姆定律以及霍爾效應等重要的輸運現象。理解這些動力學過程對於設計和優化半導體器件的性能至關重要。 第六章 雜質半導體與載流子統計 本章將關注摻雜對半導體導電性的影響。我們將詳細討論施主和受主雜質在晶體中的作用，以及它們如何引入額外的自由電子或空穴。我們將深入研究在不同摻雜濃度和溫度下，載流子的統計分布規律，包括麥剋斯韋-玻爾茲曼統計、費米-狄拉剋統計等。我們將重點分析簡並半導體和非簡並半導體之間的區彆，以及它們在載流子濃度計算上的差異。此外，本章還將簡要介紹本徵半導體和雜質半導體之間的載流子濃度的關係，以及摻雜對費米能級位置的影響。理解雜質半導體及其載流子統計是理解p-n結形成和二極管、晶體管等器件工作機製的基礎。 第七章 半導體中的光學過程：吸收、發射與光電轉換 半導體材料與光場的相互作用是許多重要應用的基礎，例如發光二極管（LED）、光伏電池和光探測器。本章將從量子力學的角度深入分析半導體中的光學過程。我們將解釋直接帶隙和間接帶隙半導體的區彆，以及它們在光吸收和發射效率上的差異。我們將討論光子與電子-空穴對的産生與湮滅過程，並分析光吸收係數和光發射譜的物理意義。本章還將介紹光電導效應和光生伏特效應，並分析它們在光電轉換器件中的應用。通過對這些光學過程的深入理解，讀者將能夠更好地把握半導體光電子器件的設計原理和性能限製。 第八章 量子阱、量子綫和量子點：低維半導體結構 隨著微納加工技術的飛速發展，低維半導體結構的齣現為電子器件的設計帶來瞭新的可能性。本章將介紹量子阱、量子綫和量子點等低維半導體結構。我們將分析這些結構中量子限製效應對電子能譜的影響，解釋其能級分立化和量子尺寸效應。我們將討論這些低維結構在光學和電學性質上與塊狀半導體的顯著差異，以及它們在激光器、LED、場效應晶體管等領域中的潛在應用。本章將為讀者提供一個關於如何通過調控材料維度來設計和優化新型半導體器件的視角。 第九章 半導體器件的量子效應：從理論到應用 在本章中，我們將整閤前幾章所學的知識，探討在現代半導體器件中體現齣的量子效應。我們將以量子隧穿效應為例，解釋它在隧道二極管和閃存等器件中的作用。我們將討論量子乾涉效應，以及它在量子計算和量子通信等前沿領域中的重要性。此外，本章還將簡要介紹電子的自鏇在自鏇電子學中的作用，以及非局域輸運等新興的量子輸運現象。通過對這些器件層麵量子效應的討論，本書將幫助讀者建立從微觀粒子行為到宏觀器件功能的聯係，從而更深刻地理解半導體技術發展的未來方嚮。 總結： 《半導體器件的量子力學基礎》一書，以量子力學為核心，係統地構建瞭理解半導體材料和器件工作的理論體係。本書內容涵蓋從基本量子力學原理到復雜低維結構的量子效應，旨在為讀者提供堅實的理論基礎，激發對半導體物理領域更深層次的探索。通過本課程的學習，讀者將能夠理解半導體材料為何具有獨特的電學和光學性質，以及這些性質如何被巧妙地應用於現代電子和光電子器件中。本書適閤物理、電子工程、材料科學等相關專業的學生和研究人員閱讀，也歡迎對半導體科學抱有濃厚興趣的工程師和技術愛好者。

評分☆☆☆☆☆

我必須承認，在拿到《微電子物理基礎導論》之前，我對微電子領域多少有些敬畏，總覺得裏麵充斥著難以理解的公式和概念。然而，這本書徹底顛覆瞭我的看法。作者在寫作上錶現齣瞭極高的專業素養和教學藝術。他並沒有一開始就拋齣大量的數學推導，而是先從宏觀的、大傢更容易理解的物理現象入手，例如為什麼某些材料會導電，而另一些則不會。然後，他巧妙地將讀者引導進微觀的世界，通過原子軌道、電子自鏇等基本概念，一步步構建起半導體物理的基石。最令我贊賞的是，書中對於材料特性與器件性能之間關係的闡述。例如，在講解半導體材料的禁帶寬度時，書中不僅給齣瞭其物理意義，還解釋瞭不同禁帶寬度材料（如矽、鍺、砷化鎵）在不同應用領域（如晶體管、LED、激光器）中的優勢。這種將基礎理論與實際應用緊密結閤的寫作方式，極大地激發瞭我學習的興趣，也讓我更清晰地認識到微電子技術的神奇之處。整本書的語言風格嚴謹而不失生動，邏輯清晰，結構閤理，章節之間的過渡自然流暢，讀起來感覺非常舒服。即使是一些涉及到量子力學的概念，作者也處理得相當到位，避免瞭過度理論化，更注重概念的理解。

評分☆☆☆☆☆

這本書簡直是為我量身打造的！一直以來，我對半導體材料的內部世界充滿好奇，但又覺得入門門檻很高。接觸到《微電子物理基礎導論》這本書後，我仿佛打開瞭一扇新世界的大門。作者用非常清晰易懂的語言，循序漸進地講解瞭從原子結構、晶體缺陷到能帶理論等核心概念。尤其讓我印象深刻的是，書中大量穿插瞭與實際半導體器件製造過程相關的例子，這讓我不再是被動地接受抽象的理論，而是能真切地感受到這些物理原理是如何在微小的芯片上發揮作用的。例如，在講解摻雜時，書中不僅僅解釋瞭施主和受體原子的概念，還非常細緻地描述瞭不同摻雜濃度如何影響載流子密度，以及這種影響如何體現在pn結的特性上。還有關於載流子輸運的章節，對於擴散和漂移的講解，配以圖示，讓我對電流的産生機製有瞭全新的認識。我之前接觸過一些相關的資料，但總覺得有些零散，不成體係，而這本書則係統地構建瞭一個完整的知識框架，讓我對微電子物理有瞭更深入、更紮實的理解。閱讀過程非常流暢，即使遇到一些復雜的物理模型，書中也通過類比和直觀的圖解，將它們變得觸手可及。這本書的價值遠不止於理論知識的傳授，它更像是一位經驗豐富的導師，帶領我在微觀世界中進行一次精彩的探索之旅。

評分☆☆☆☆☆

這本書為我對半導體器件的理解奠定瞭堅實的基礎。作者在講解材料的本徵和雜質半導體性質時，用瞭非常翔實的例子，特彆是關於自由載流子和少數載流子濃度的數學描述，以及如何通過溫度和摻雜來調控這些濃度。我對書中對pn結和pnpn結構（觸發管）的分析尤為著迷，作者詳細闡述瞭在外加電壓下，空間電荷區、載流子擴散和漂移等復雜過程如何共同作用，最終實現器件的導通和截止。對於MOSFET的講解，我更是覺得受益匪淺，作者從電容的角度齣發，詳細解釋瞭柵極電壓如何改變半導體錶麵的電場，進而形成導電溝道。書中還探討瞭多種MOSFET的類型，以及它們在數字和模擬電路中的應用。另外，書中對半導體材料的生長工藝（如外延生長、擴散、離子注入）的簡要介紹，雖然不是重點，但也讓我瞭解到這些物理原理是如何在實際生産中得以實現的。總而言之，《微電子物理基礎導論》這本書就像是一把鑰匙，為我打開瞭通往微電子世界深處的大門，讓我能夠更清晰地理解那些隱藏在芯片之下的奧秘。

評分☆☆☆☆☆

這是一本非常紮實的參考書，尤其適閤想要係統學習微電子學基礎知識的讀者。從它的內容深度和廣度來看，作者顯然在這方麵有著深厚的研究功底。《微電子物理基礎導論》在介紹半導體材料的基本性質時，觸及瞭許多關鍵的物理模型，比如薛定諤方程在簡單勢阱問題中的應用，以及如何從中推導齣電子的能級結構。書中對於晶體結構和缺陷的講解也相當到位，深入分析瞭位錯、間隙原子等缺陷如何影響材料的導電性和光學性質。我特彆喜歡關於pn結的章節，它詳細闡述瞭少數載流子注入、擴散和復閤等過程，以及這些過程如何形成內建電勢和外延電場。書中通過對不同偏壓下的pn結特性的分析，清晰地解釋瞭正嚮導通、反嚮截止以及擊穿等現象。此外，關於MOS（金屬-氧化物-半導體）器件物理的介紹也給我留下瞭深刻的印象。書中對柵氧化層、半導體錶麵、以及電荷積纍的機理進行瞭細緻的探討，並解釋瞭MOS電容和MOSFET的工作原理。雖然這本書的理論性較強，但作者的錶述方式盡量做到瞭清晰明瞭，配閤大量的圖錶和公式推導，使得復雜的概念易於理解。對於那些希望深入瞭解芯片內部工作原理的讀者來說，這本書無疑是一部寶貴的財富。

評分☆☆☆☆☆

我一直認為，要真正理解一個技術領域，必須從其最基礎的物理原理入手。《微電子物理基礎導論》恰恰滿足瞭我的這一需求。它不像市麵上很多介紹微電子技術的書籍那樣，隻停留在電路設計或器件應用層麵，而是深入挖掘瞭構成這一切的微觀世界。書中關於電子在晶體中的運動，特彆是自由電子模型和能帶理論的講解，非常具有啓發性。作者用生動的比喻解釋瞭為什麼在金屬中電子可以自由移動，而在絕緣體中卻被束縛，以及半導體介於兩者之間的特殊性。我尤其喜歡書中關於“能隙”的概念，它就像一個物理的“門檻”，決定瞭材料能否導電，以及需要多少能量纔能激發電子。對於載流子（電子和空穴）的産生和復閤機製的探討，也讓我對半導體材料的動態特性有瞭更深刻的認識。書中還涉及瞭許多重要的物理效應，例如霍爾效應，以及它是如何被用來測量載流子濃度和類型的。總的來說，這本書以一種非常係統和嚴謹的方式，為讀者構建瞭一個完整的微電子物理知識體係。它需要的讀者具備一定的物理和數學基礎，但一旦掌握，便能對微電子器件的工作原理産生豁然開朗的感覺。