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第一章 固体的晶体结构简介1

1.1 固体类型1

1.2 空间点阵1

1.2.1 晶格、原胞、元胞1

1.2.2 基本的晶体结构2

1.2.3 晶面和密勒指数3

1.3 金刚石结构5

1.4 原子键6

1.5 固体中的缺陷和杂质7

1.5.1 固体中的缺陷7

1.5.2 固体中的杂质8

习题一9

第二章 量子力学导论11

2.1 量子力学原理11

2.1.1 能量子11

2.1.2 波粒二象性12

2.1.3 测不准原理13

2.2 薛定谔波动方程13

2.2.1 波动方程13

2.2.2 波动方程的物理意义14

2.2.3 边界条件15

2.3 薛定谔波动方程的应用实例15

2.3.1 自由空间中电子15

2.3.2 无限深势阱17

2.3.3 阶跃位函数19

2.3.4 势垒21

2.4 原子的波动理论22

2.4.1 单电子原子22

2.4.2 周期表24

习题二25

第三章 固态电子论基础28

3.1 周期势场中的电子和能带论28

3.1.1 能带的形成28

3.1.2 Kronig-Penney 模型(K-P 模型)30

3.1.3 k 空间图33

3.1.4 能带论的其他模型35

3.2 固体的导电性、有效质量和空穴36

3.2.1 能带和键的模型36

3.2.2 晶体中电子运动的速度和加速度37

3.2.3 有效质量和空穴38

3.2.4 满带和部分填充的能带39

3.2.5 金属、绝缘体和半导体40

3.2.6 一维概念的三维扩展41

3.3 半导体中载流子43

3.3.1 态密度函数43

3.3.2 费米分布函数46

3.3.3 半导体中的载流子47

3.3.4 半导体的连续性方程53

3.4 金属中的自由电子55

3.4.1 电子气的能量状态和费米能量55

3.4.2 电阻率和温度的关系56

3.4.3 导电、电阻合金材料58

3.5 半导体材料59

3.5.1 Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体59

3.5.2 Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体60

3.5.3 非晶态半导体60

3.5.4 有机半导体61

3.6 几种固态电子的体效应62

3.6.1 磁电效应62

3.6.2 热电效应63

3.6.3 耿氏(Gunn)效应64

3.7 固态电子能谱66

3.7.1 电子、光子、离子同固体相互作用概貌66

3.7.2 俄歇电子能谱(AES)67

3.7.3 X 射线光电子能谱(XPS)67

习题三68

第四章 半导体器件原理71

4.1 pn 结特性概述71

4.1.1 平衡 pn 结71

4.1.2 整流特性75

4.1.3 电容特性79

4.1.4 击穿特性81

4.2 pn 结二极管81

4.2.1 变容二极管(varactor)82

4.2.2 开关二极管84

4.2.3 隧道二极管86

4.2.4 雪崩二极管88

4.3 双极型晶体管89

4.3.1 晶体管的基本结构和工作原理89

4.3.2 晶体管的放大作用91

4.3.3 电流—电压特性93

4.3.4 击穿电压与穿通电压95

4.3.5 频率特性95

4.3.6 开关特性97

4.3.7 晶体管噪声98

4.4 金属—半导体接触和肖特基势垒二极管99

4.4.1 理想肖特基势垒99

4.4.2 表面态和界面层对接触势垒的影响100

4.4.3 肖特基势垒的 I-V 特性101

4.4.4 肖特基势垒二极管104

4.4.5 欧姆接触105

4.5 场效应晶体管(FET)107

4.5.1 JFET107

4.5.2 MOSFET109

4.5.3 MESFET112

4.6 异质结及其器件113

4.6.1 异质结的材料113

4.6.2 异质结的能带结构114

4.6.3 异质结特性114

4.6.4 异质结的电流输运机构116

4.6.5 异质结中二维电子气和超晶格117

4.6.6 HBT 和 MODFET119

4.7 半导体集成器件和微细加工技术120

4.7.1 集成电路的构成121

4.7.2 微细加工技术123

4.7.3 集成器件发展的主要极限126

习题四127

第五章 光电子学和光电子器件130

5.1 固体的光吸收130

5.1.1 光吸收系数130

5.1.2 光吸收过程132

5.1.3 电子—空穴对产生速率133

5.2 pn 结光生伏特效应和太阳电池133

5.2.1 基本原理133

5.2.2 光电池的 I-V 特性134

5.2.3 太阳电池的光电转换效率135

5.2.4 非均匀吸收效应136

5.2.5 新结构 Si 太阳电池136

5.2.6 异质结肖特基势垒和 MIS 太阳电池137

5.2.7 薄膜太阳电池138

5.3 非增益型半导体光电探测器139

5.3.1 基本原理139

5.3.2 主要参数140

5.3.3 PIN 光电二极管142

5.3.4 肖特基势垒光电二极管143

5.3.5 光电导探测器件144

5.4 增益型和异质结半导体光电探测器145

5.4.1 雪崩光电二极管(APD)145

5.4.2 异质结的窗口效应和光限制作用，异质结光电二极管148

5.4.3 异质结雪崩光电二极管149

5.4.4 光晶体管150

5.5 固体的光发射151

5.5.1 发光过程中的激发151

5.5.2 基本跃迁类型152

5.5.3 发光效率153

5.5.4 材料154

5.6 发光二极管(LED)154

5.6.1 发光效率与量子效率154

5.6.2 LED 材料156

5.6.3 LED 的结构和性能157

5.6.4 LED 的应用159

5.7 半导体激光器(LD)159

5.7.1 半导体受激光发射的产生160

5.7.2 半导体激光器的主要特性164

5.7.3 异质结激光器166

5.7.4 分布反馈式(DFB)半导体激光器169

5.7.5 新型器件170

习题五172

第六章 磁电子学175

6.1 原子磁矩176

6.1.1 单电子原子的磁矩176

6.1.2 多电子原子的磁矩177

6.1.3 洪德(Hund)定则178

6.2 逆磁性和顺磁性179

6.2.1 半经典理论179

6.2.2 稀土族和铁族离子的顺磁性180

6.2.3 金属的逆磁性和顺磁性181

6.3 铁磁质182

6.3.1 铁磁质的宏观特性182

6.3.2 外斯(Weiss)分子场理论183

6.3.3 铁磁性的起源184

6.4 反铁磁质和亚铁磁质187

6.4.1 反铁磁性的奈尔(Neel)理论187

6.4.2 亚铁磁性和铁氧体188

6.5 铁磁体的磁畴理论189

6.5.1 铁磁体的各种相互作用能190

6.5.2 磁畴的形成192

6.5.3 单畴颗粒192

6.5.4 磁泡畴193

6.6 动态磁化过程和磁共振194

6.6.1 磁化的时间效应和复数磁导率194

6.6.2 旋磁性和铁磁共振195

6.6.3 动态磁化过程中的损耗198

6.7 磁性元器件200

6.7.1 微波器件200

6.7.2 磁性记忆器件201

6.7.3 磁记录203

6.8 磁性材料204

6.8.1 软磁材料204

6.8.2 永磁材料205

6.8.3 矩磁、磁记录和磁头材料206

6.8.4 旋磁材料207

6.8.5 非晶磁性材料207

第七章 超导电子学和纳米技术208

7.1 超导的基本特性208

7.1.1 完全导电性208

7.1.2 完全逆磁性209

7.1.3 临界磁场 Hc 和临界电流 Ic209

7.2 二流体模型211

7.3 伦敦方程213

7.4 超导 BCS 理论的物理图像214

7.4.1 库柏电子对214

7.4.2 能隙215

7.4.3 超导 BCS 理论的要点215

7.5 超导结的隧道效应和约瑟夫逊效应216

7.5.1 超导体单电子隧道效应216

7.5.2 约瑟夫逊效应218

7.6 超导电子器件223

7.6.1 超导器件的优点223

7.6.2 二端超导器件223

7.6.3 超导量子干涉器件224

7.6.4 超导结型晶体管227

7.6.5 超导场效应晶体管229

7.7 高 Tc 氧化物超导性和材料230

7.8 纳米科学技术(Nano-ST)的基本概念231

7.8.1 纳米材料232

7.8.2 纳米结构234

7.8.3 纳米半导体235

7.8.4 纳米微粒的基本理论237

7.8.5 纳米功能器件241

第八章 电介质电子学247

8.1 电介质极化247

8.1.1 极化的宏观现象247

8.1.2 极化的基本形式249

8.1.3 内电场250

8.1.4 介电常数与极化率的关系252

8.2 电介质损耗与色散253

8.2.1 电介质损耗的参数253

8.2.2 弛豫损耗及介电谱255

8.2.3 谐振极化及色散259

8.3 电介质电导和击穿261

8.3.1 电介质中的导电现象261

8.3.2 离子导电262

8.3.3 电子导电263

8.3.4 本征击穿266

8.3.5 热击穿和放电击穿267

8.4 电介质材料和应用267

8.4.1 单晶、玻璃和陶瓷电介质材料267

8.4.2 聚合物电介质材料269

8.4.3 电介质的应用272

8.5 压电性273

8.5.1 压电效应273

8.5.2 压电方程组和特性参数274

8.5.3 压电材料及其应用276

8.6 热电性278

8.6.1 热电效应278

8.6.2 热电方程组和特性参数278

8.6.3 热电材料及其应用279

8.7 铁电性281

8.7.1 铁电现象281

8.7.2 铁电理论283

8.7.3 铁电材料及其应用286

8.8 驻电性288

8.8.1 驻电现象288

8.8.2 驻电体形成方法288

8.8.3 驻电体材料及其应用289

第九章 电介质中的电、光、声效应291

9.1 光波在电介质中的传播291

9.1.1 麦克斯韦(Maxwell)方程291

9.1.2 折射率和双折射292

9.1.3 单轴晶体和双轴晶体293

9.1.4 衰减与色散294

9.2 光导波现象295

9.2.1 光波导中的内全反射295

9.2.2 光导波模296

9.2.3 消逝波297

9.3 声波在固体中的传播298

9.3.1 体声波298

9.3.2 表面声波302

9.4 电声效应304

9.4.1 声波在压电半导体中的传播304

9.4.2 声放大306

9.5 声光效应307

9.5.1 声波对光的衍射307

9.5.2 声光调制和声光偏转309

9.6 电光效应311

9.6.1 电光效应311

9.6.2 电光效应的应用311

9.7 热光效应314

9.7.1 折射率随温度的变化314

9.7.2 二次谐波发生的非临界相位匹配315

9.8 纤维光学和集成光学316

9.8.1 光纤通信和光信号处理316

9.8.2 纤维光学317

9.8.3 集成光学320

附表322

参考书目325