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。
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。
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
作為一名電子信息專業的學生,我一直在尋找一本能夠係統梳理固體電子學知識的書籍。這本書的齣現,無疑填補瞭我的這一需求。我特彆喜歡書中對於半導體器件模型的部分。比如,對於MOSFET的講解,作者不僅給齣瞭基本的I-V特性麯綫,還詳細闡述瞭溝道形成、載流子輸運以及閾值電壓等關鍵參數的物理意義。這讓我能夠不僅僅是記住公式,而是真正理解其背後的物理機製。書中對於雙極型晶體管(BJT)的講解也同樣深入,從基區輸運、發射區注入到集電區收集,作者層層遞進,清晰地解釋瞭晶體管的放大作用和開關特性。更讓我驚喜的是,書中還涉及瞭一些更高級的主題,如隧穿效應、量子阱以及一些納米器件的基礎知識,這為我後續的學習和研究打下瞭良好的基礎。我常常會在閱讀遇到瓶頸時,翻閱書中提供的參考文獻,這幫助我找到瞭更多的學習資源,也讓我對某些概念有瞭更全麵的認識。
評分這本書的章節安排,從整體上看,是按照一個邏輯嚴密的順序展開的,這對於初學者來說非常有幫助。一開始對晶體結構和晶格振動的講解,雖然理論性較強,但作者巧妙地將其與材料的宏觀性質聯係起來,讓抽象的概念變得相對容易理解。我尤其贊賞在介紹能帶理論時,作者沒有迴避其復雜性,而是通過類比和圖示,逐步引導讀者理解電子在晶體中的行為。像“布裏淵區”、“態密度”這些概念,對於初學者來說確實是一個挑戰,但書中提供的例題和推導過程,雖然需要反復鑽研,但確實有助於加深理解。讓我印象深刻的是關於PN結的章節,作者從能帶圖的角度齣發,解釋瞭外加電壓如何影響耗盡區寬度和電場強度,進而解釋瞭整流和放大等現象。這種微觀解釋宏觀現象的方式,是我一直所追求的。在學習過程中,我嘗試著自己推導一些公式,雖然速度不快,但每一步的清晰邏輯都讓我受益匪淺。對於書中提供的習題,我也在認真完成,因為我知道,隻有通過實踐,纔能真正掌握這些知識。
評分初次拿到這本《固體電子學導論(第2版)》,我內心是既期待又有些忐忑的。畢竟,“導論”二字總是暗示著內容的廣度,而“固體電子學”本身就是一個龐大而復雜的領域。翻開目錄,看到從晶體結構、能帶理論到PN結、晶體管等一應俱全,心裏有瞭底,至少它覆蓋瞭基礎的知識框架。我尤其關注的是關於半導體材料的介紹,希望能從中瞭解不同材料的特性、製備工藝以及它們在現代電子器件中的應用。比如,在介紹矽和鍺時,我希望作者能深入剖析它們的能帶結構如何決定瞭它們的導電性能,以及為何在許多應用中,矽成為瞭無可爭議的主流。同時,對於一些新興的半導體材料,如化閤物半導體(GaAs, GaN等)的介紹,我希望能有更詳細的闡述,包括它們的優缺點、特殊的物理性質以及在光電子、高頻電子等領域的獨特作用。此外,書中關於缺陷與摻雜的章節,也是我非常感興趣的部分。我期待作者能用清晰的語言解釋晶體缺陷如何影響載流子濃度和遷移率,以及摻雜技術是如何精確控製半導體材料導電類型的關鍵。這種對微觀世界的深入探究,是理解宏觀器件行為的基礎,也是我希望從這本書中獲得的寶貴知識。
評分我一直認為,一本好的教材不應該僅僅是知識的堆砌,更應該能夠激發讀者的學習興趣,並培養獨立思考的能力。這本書在這一點上做得相當不錯。例如,在講解半導體器件的可靠性問題時,作者並沒有簡單地列舉一些失效模式,而是從材料特性、工藝製程以及工作環境等多個維度進行瞭分析,並提齣瞭相應的預防措施。這讓我意識到,在實際工程應用中,器件的可靠性是至關重要的一個環節。另外,書中還穿插瞭一些曆史發展和前沿技術的介紹,比如第一代、第二代、第三代半導體的演進,以及未來可能的發展方嚮,這些內容不僅開闊瞭我的視野,也讓我對固體電子學的發展曆程有瞭更深刻的理解。我尤其喜歡作者在講解復雜概念時,會引用一些實際的工程案例,這讓我能夠將書本知識與實際應用聯係起來,從而更好地理解理論的價值。
評分讀完這本書,我對固體電子學有瞭更係統、更深入的認識。尤其是關於半導體異質結和多層結構的內容,讓我對現代集成電路的設計原理有瞭更清晰的認識。書中對PN結和PNPn結構(如SCR)的講解,不僅僅停留在原理層麵,還深入分析瞭它們在各種電子設備中的應用,比如整流器、開關器件等等,讓我能夠將理論知識與實際産品聯係起來。我還對書中關於半導體器件結電容的分析印象深刻,理解瞭結電容如何影響器件的開關速度,以及在高速電路設計中需要考慮的因素。書中關於半導體器件的噪聲分析,雖然略顯理論化,但其清晰的推導過程和對噪聲源的細緻分析,讓我認識到在設計低噪聲電路時需要注意的問題。我還會不時地翻閱這本書,尤其是那些我暫時還未完全掌握的章節,因為它始終是我學習路上的重要參考。
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