Quasi-hydrodynamic semiconductor equationsQuasi水力半导体等式 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Birkhauser

作者:Jungel, Ansgar; Jungel, A.; Jngel, Ansgar

出品人:

页数:290

译者:

出版时间:2001-3

价格:1591.00元

装帧:

isbn号码:9783764363499

丛书系列:

图书标签:

• 半导体
• 物理
• Quasi-hydrodynamic
• 材料科学
• 电子器件
• 数值模拟
• 输运现象
• 固体物理
• 微电子学
• 建模

《流体力学在半导体物理中的应用》 本书深入探讨了流体力学原理在理解和建模半导体器件中的核心作用。我们聚焦于将宏观的流体动力学概念，如连续介质理论、纳维-斯托克斯方程的简化形式，以及诸如磁流体动力学（MHD）等衍生理论，巧妙地应用于描述半导体材料中载流子的行为。 本书的写作旨在为物理、电子工程和材料科学领域的读者提供一个严谨而全面的框架，用以理解微观粒子（电子和空穴）如何在电场、磁场以及自身相互作用下，呈现出宏观的“流动”特性。我们将从基础的物理模型出发，逐步引入流体力学的语言和数学工具，以期揭示半导体器件工作原理背后更深层次的动力学机制。 第一部分：半导体物理基础与流体动力学类比 我们将首先回顾半导体物理的基础概念，包括能带理论、载流子生成与复合、以及掺杂对载流子浓度的影响。在此基础上，我们引入将半导体载流子群体视为一种“电子流体”的类比。这种类比并非简单的形似，而是基于其群体行为的相似性。例如，载流子浓度的梯度可以类比为流体的密度梯度，电场驱动载流子运动可以类比为流体在外力作用下的流动，而载流子之间的散射则可以类比为流体内部的粘性耗散。 我们将详细阐述如何从微观的玻尔兹曼方程出发，通过适当的矩展开方法（如布尔辛内斯克或梅森-史密斯近似），推导出宏观的连续方程和动量方程，这与流体力学中的连续性方程和纳维-斯托克斯方程在形式上有着惊人的相似之处。我们将深入分析这些方程在半导体语境下的物理意义，例如“电子压力”的引入，以及其对载流子分布的影响。 第二部分：模型构建与简化 本书的核心内容之一在于构建适用于半导体器件分析的流体力学模型。我们将重点关注如何根据半导体器件的尺度、工作条件以及关键物理过程，对通用的流体力学方程进行必要的简化。这包括： 惯性项的忽略： 在许多稳态或准稳态的半导体器件中，载流子的惯性效应可能相对较小，我们可以根据具体情况对其进行近似处理。 粘性项的处理： 载流子间的散射过程是电荷输运的重要机制，我们将其类比为流体的粘性。本书将探讨不同的散射模型，如声子散射、杂质散射、以及载流子-载流子散射，以及它们如何影响电子流体的“粘度”。 压力项的引入与修正： 电子压力项在描述载流子密度梯度驱动的扩散过程以及高浓度区域的能量分布方面扮演着关键角色。我们将详细介绍泊松方程与载流子输运方程的耦合，以实现对电子压力的精确描述。 扩散与漂移的统一描述： 流体力学中的扩散项与半导体中的扩散电流项以及动量方程中的压力梯度项都与载流子密度的空间变化有关，本书将展示如何通过流体力学的框架来统一描述这两种现象。 第三部分：先进模型与应用 在掌握了基础的流体力学模型后，我们将进一步探讨更先进的模型和它们在特定半导体器件中的应用。 磁流体动力学（MHD）的应用： 对于在强磁场环境下工作的半导体器件，例如霍尔效应器件或磁传感器，磁流体动力学将提供一个强有力的分析工具。我们将介绍如何将洛伦兹力项纳入流体动力学方程，并分析其对载流子行为的影响，如产生霍尔电压和梯度磁场效应。 非平衡载流子输运： 对于工作在非平衡状态下的半导体器件，例如在高注入或强电场作用下，载流子分布可能偏离平衡态。本书将探讨如何利用流体力学模型来描述这些非平衡现象，例如电子-空穴等离子体在复合过程中的演化。 量子流体力学： 随着半导体器件尺寸向纳米尺度推进，量子效应变得不可忽视。本书将初步介绍量子流体力学的概念，例如德布罗意波导中的量子势以及德布罗意波导方程，以及它们如何为描述纳米尺度下载流子的量子行为提供新的视角。 第四部分：数值模拟与实验验证 理论模型的建立离不开有效的数值模拟方法和实验验证。本书将简要介绍常用的数值求解技术，例如有限差分法、有限体积法等，以及如何在商业或开源的模拟软件中实现这些流体力学模型。同时，我们将结合已有的实验数据和测量结果，说明流体力学模型如何有效地解释和预测半导体器件的性能。 本书的价值： 通过将流体力学这一成熟的物理理论引入半导体物理的研究，本书旨在为读者提供一种全新的、更具洞察力的视角来理解半导体器件的复杂行为。这种方法不仅能够加深对现有器件物理的理解，更能为下一代高性能、微型化半导体器件的设计和优化提供新的理论指导。本书适合作为高等院校物理学、电子工程学、微电子学、材料科学等相关专业的教材或参考书，同时也能为从事半导体研发的工程师和研究人员提供有益的启示。

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坦白说，我最初被这本书吸引，是因为它在处理非平衡态系统时的那种独特的视角。市面上很多教材在介绍半导体时，往往过度侧重于平衡态下的能带理论和简单的pn结分析，但这本书显然走得更远。它似乎着重探讨了在强电场、高注入密度等极端条件下，系统如何偏离传统的漂移-扩散模型，以及需要引入哪些更精细的动力学描述。我尤其关注了其中关于‘热载流子效应’那部分的论述，作者似乎提供了一套非常详尽的数值模拟方法和相应的解析近似，这对于我们进行器件性能优化工作至关重要。阅读过程中，我感觉自己好像在跟随一位经验丰富的大师进行一对一的研讨，他不仅告诉你‘是什么’，更重要的是告诉你‘为什么会这样’，以及‘在何种限制条件下这种描述依然有效’。虽然有些推导部分需要读者具备扎实的微积分和线性代数基础，但作者在关键转折点总会给出精辟的物理图像总结，确保读者不会在纯粹的数学推导中迷失方向，这份对读者的体贴，实在难能可贵。

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这本书的装帧设计真是让人眼前一亮，封面那深邃的蓝色调，配上古朴典雅的字体，透露出一种专业且富有历史感的氛围。我一拿到手，就忍不住在书店里翻阅起来，里面的插图和图表清晰明了，那些复杂的数学模型被巧妙地可视化了，这对一个非物理专业背景的读者来说，简直是福音。虽然我对这个领域的理解还停留在比较初级的阶段，但光是看那些严谨的逻辑推导和精妙的论证结构，就足以感受到作者深厚的学术功底。特别是关于材料性质和输运现象之间的相互作用，作者似乎用了一种非常直观的方式去构建桥梁，让人在阅读过程中，即使遇到晦涩的公式，也能通过旁边的文字解释找到切入点。我特别欣赏作者在章节安排上的匠心，知识点层层递进，从基础概念的梳理到前沿问题的探讨，过渡得非常自然流畅，使得整个阅读体验非常连贯，没有那种生硬的跳跃感。这本书无疑是为那些希望深入理解半导体物理核心机制的严肃学习者准备的，它提供的不仅仅是知识，更是一种严谨的治学态度和深入思考问题的思维框架。

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我发现这本书在探讨半导体器件的‘瞬态响应’部分，展现出了极高的前瞻性。它并没有满足于稳态下的描述，而是深入剖析了系统在时间尺度上的动态演化规律。特别是对于超快光电效应的建模，作者似乎引入了时间分辨的谱学数据分析方法，提供了一套将实验观测与理论预测有效结合的框架。这种跨学科的融合是当前半导体领域研究的热点，这本书能如此早地将其系统化整合，足见作者对未来研究方向的敏锐洞察力。我感觉这本书的价值在于，它不仅仅是一本教科书，更像是一份详尽的研究路线图，它清晰地指出了现有理论的局限性，并暗示了未来可能的研究突破口。对于渴望站在学术前沿的研究人员而言，这本书提供的启发性远超其字面上的知识传授，它激发的是一种探索未知、挑战既有模型的科学精神。

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这本书的学术气质非常浓厚，它不像某些科普读物那样追求表面的华丽和易懂，而是毫不妥协地深入到问题的核心。对于我这种需要频繁查阅专业文献的科研人员来说，它更像是一本结构清晰的“参考宝典”。我注意到作者在引用和脚注部分的处理非常规范和详尽，几乎每一个关键结论都能追溯到其最初的理论来源或实验验证，这极大地增强了书本内容的权威性和可信度。我曾经花了一个下午去核对其中关于‘量子限制效应’的讨论，发现作者对不同维度（二维、一维）体系的处理逻辑都做了细致的区分和对比，这种严谨性在同类书籍中是少见的。唯一略感挑战的是，某些高阶的偏微分方程组的求解章节，需要读者有相当的耐心和毅力去跟进每一步的数学操作，但一旦成功理解，那种豁然开朗的感觉是其他任何阅读体验都无法替代的。它迫使你不仅要‘知道’公式，更要‘掌握’公式背后的物理意义。

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这本书的排版和印刷质量绝对是业界顶级水准。纸张的质感非常好，拿在手上沉甸甸的，而且内文中的公式符号和希腊字母清晰锐利，即便是长时间阅读也不会让人感到视觉疲劳。这一点对于我们长时间面对复杂公式的读者来说，是衡量一本专业书籍价值的重要标准。此外，我非常欣赏作者在讲解复杂概念时所采用的类比和实例。例如，在解释载流子散射机制时，作者似乎引入了一个非常贴近日常生活的类比模型，这个巧妙的比喻瞬间拉近了抽象物理概念与读者之间的距离，让那些原本僵硬的理论变得鲜活起来。这种将深奥理论‘人性化’的处理手法，使得这本书不仅是研究生和博士生的必备参考，对于有一定基础，希望系统性梳理知识体系的工程师来说，也是极佳的自学材料。它的阅读体验，是从始至终都保持着一种高品质的学术享受。

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