Semiconductor Modeling pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Springer Verlag

作者:Leventhal, Roy G./ Green, Lynne, Ph.D./ Carpenter, Darren J.

出品人:

页数:792

译者:

出版时间:2006-10

价格:$ 202.27

装帧:HRD

isbn号码:9780387241593

丛书系列:

图书标签:

• 半导体
• 器件建模
• 电路仿真
• 物理模型
• 材料科学
• 电子工程
• 固体物理
• SPICE
• MOSFET
• 集成电路

深入探索：量子力学、固体物理与纳米器件的前沿疆域 一部关于物质本征性质、结构演变及其在微观尺度下功能实现的权威著作 本书并非聚焦于半导体器件的特定建模技术或电路层面的仿真应用，而是将读者带回到物理学与材料科学的最底层逻辑，深入剖析构成所有现代电子学基石的那些普适性原理。我们旨在提供一个严谨、全面且富有洞察力的视角，阐述物质在原子和亚原子尺度上的行为规律，以及这些规律如何支配宏观世界的电学、光学和热学特性。 第一部分：量子力学的基石与周期性系统的构建 本卷首先奠定理论基础，详细梳理了非相对论性量子力学在晶体环境下的应用。我们将从薛定谔方程的建立出发，探讨其在周期性势场（布洛合定理）下的精确解法。 晶体结构与能带理论的严谨推导： 详细剖析了布拉维点阵、倒易点阵的概念，并利用傅里叶级数对周期性势能进行展开。重点讨论了紧束缚近似（Tight-Binding Approximation, TBA）和近自由电子近似（Nearly Free Electron Approximation, NFEA）的适用范围、数学框架及其在计算电子能带结构中的优势与局限。特别关注了俄歇（Kohn-Sham）密度泛函理论（DFT）在处理多电子系统复杂相互作用时的核心思想，包括各种泛函（LDA, GGA）的选择对计算结果，特别是对能带隙大小的敏感性分析。 费米面、有效质量与态密度： 深入解析了费米能级的物理意义，以及如何利用费米面来区分金属、半导体和绝缘体。对“有效质量”的概念进行了细致的讨论，阐明了它如何作为能带曲率的度量，而非经典惯性质量的简单替代。同时，详尽推导了态密度（Density of States, DOS）的计算方法，解释了DOS在理解材料热力学性质和输运机制中的关键作用。 第二部分：固体物理的拓扑与动量空间分析 在理解了能带结构的基础上，本书转向对晶体动量（k-space）的深度探索，并引入了现代物理学中至关重要的拓扑概念。 半导体特性与间隙的起源： 区分了直接带隙和间带隙半导体的光学性质差异。详细阐述了电子-空穴激子（Excitons）的形成、束缚能及其在低温下的行为。引入了光吸收和发射光谱的理论框架，解释了光致发光（PL）和吸收边（Absorption Edge）的精确测量方法及其物理内涵。 晶格振动与声子动力学： 固体物理的核心另一半——原子振动，被提升到同等重要的地位。本书全面覆盖了晶格动力学，推导了色散关系（Dispersion Relations）的求解过程，并区分了声学支和光学支。重点分析了声子在热导率（Phonon Scattering）和电子-声子耦合中的作用，这是理解材料高温性能和输运耗散的关键。 拓扑绝缘体与量子霍尔效应的物理原理： 这一部分超越了传统的能带理论，探讨了拓扑不变量在材料分类中的地位。详细解析了扎能指（Zahner Index）的概念及其在区分拓扑平庸态和拓扑非平庸态上的作用。虽然不涉及具体的半导体器件，但深入阐述了这些拓扑现象背后的规范场理论基础，为未来基于拓扑保护的电子学奠定了理论基础。 第三部分：界面、缺陷与非平衡态输运的物理学 微观世界的复杂性主要体现在非理想状态——界面、表面和晶格缺陷中。本部分着重探讨这些结构性不连续面对电子行为的影响。 晶格缺陷的电子结构： 系统性地分类了点缺陷（空位、间隙原子、取代原子）和线缺陷（位错）。利用局域哈密顿量和格林函数方法，精确计算了这些缺陷引入的局域能级（Trap States）在禁带中的位置和俘获截面。分析了缺陷浓度如何决定材料的本征载流子浓度和弛豫时间。 异质结界面物理： 详细探讨了两种不同材料在界面处的电子态匹配问题。讨论了肖特基势垒（Schottky Barrier）的形成机制，包括费米能级钉扎（Fermi Level Pinning）现象的理论模型。特别分析了界面态的密度（Interface State Density, $D_{it}$）如何影响界面电荷的分布和电荷转移过程，这是理解任何集成结构物理行为的基础。 输运理论的普适性框架： 摒弃了对具体半导体载流子迁移率的简化模型，本书采用更基础的玻尔兹曼输运方程（Boltzmann Transport Equation, BTE）作为分析框架。通过引入弛豫时间近似（RTA），推导了电导率、热导率与电子-声子、电子-杂质散射率之间的关系。随后，进一步讨论了路径积分和非平衡格林函数方法在处理强耦合和非平衡输运问题中的潜力。 总结与展望 本书是一部为物理学研究生、材料科学家和基础理论研究人员准备的深度参考书。它拒绝停留在半导体设备工程的应用层面，而是致力于提供一套坚实的、从量子到晶格尺度的理论工具箱，用于理解和预测任何周期性或非周期性固体的内在物理特性。通过掌握这些基础物理原理，读者将能够更深入地理解任何新型电子、光电子或热电材料的潜力与限制。

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