Electrons and Phonons in Semiconductor Multilayers pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Ridley, B. K.

出品人:

页数:422

译者:

出版时间:2009-5

价格:$ 171.76

装帧:

isbn号码:9780521516273

丛书系列:

图书标签:

• Semiconductor
• Multilayers
• Electrons
• Phonons
• Solid State Physics
• Condensed Matter Physics
• Quantum Mechanics
• Materials Science
• Nanotechnology
• Heterostructures

固体物理的深层探索：界面、缺陷与动态行为 本书聚焦于半导体多层结构中的电子、声子行为及其相互作用，深入剖析了复杂体系下的能带调控、输运机制与界面物理。 本书旨在为固体物理、凝聚态物理、半导体物理及材料科学的研究人员和高年级学生提供一个关于低维半导体结构中基本物理原理与前沿研究动态的全面且深入的综述。我们摒弃对基础概念的冗余阐述，直接切入复杂体系的精髓，重点探讨了在受限几何和晶格失配背景下，电子和声子如何协同作用，共同塑造器件性能。 第一部分：多层结构中的电子态与能带工程 本部分详细阐述了在周期性势场和界面效应影响下，电子的量子化行为及其在垂直和横向方向上的传播特性。 第一章：超晶格与量子阱的电子结构 深入分析了周期性势阱结构（超晶格）和单层量子阱（Quantum Well）中电子的布洛赫态（Bloch States）与局域态（Localized States）。重点讨论了如何通过控制层厚度和材料组分，实现对有效质量、带隙宽度和能带结构（如倒置分布、无间隙半导体特性）的精确调控。内容涵盖了 Kronig-Penney 模型的现代推广，以及基于 tight-binding 方法对电子波函数的精确描述。我们详细分析了俄歇复合（Auger Recombination）和辐射复合在不同量子限制程度下的能带填充机制。 第二章：界面物理与电子态的耦合 界面是多层异质结中最关键的物理区域。本章细致探讨了不同材料界面处的电子态的连续性和突变性。讨论了能带错位（Band Alignment，包括 I 型、II 型和 III 型异质结）对载流子空间分离的影响，以及界面态（Interface States）对电荷俘获和表面散射的贡献。特别关注了应变异质结（Strained Heterostructures）中，由于晶格失配引起的界面势垒调制，及其对电子有效质量的各向异性影响。 第三章：二维电子气（2DEG）的输运与散射 本章集中于高迁移率异质结中二维电子气的形成、能级填充和输运特性。讨论了场效应（Field Effect）调控下，2DEG 密度与费米能级的关系。核心内容包括：界面缺陷散射、杂质散射、以及电子-声子散射在不同温度下的主导地位。我们提供了对量子霍尔效应（Quantum Hall Effect）在非理想多层结构中观测到的修正和退化机制的深入见解，尤其是在存在大量缺陷和位错的情况下。 第二部分：声子动力学与热输运调控 声子在半导体器件中扮演着热量传输和电子散射（声子散射）的双重角色。本部分聚焦于人为引入的周期性结构如何重塑声子谱和热导率。 第四章：周期性结构中的声子散射与布洛赫声子 详细阐述了声子在周期性势场中的量子行为，类比于电子的布洛赫定理，引入了布洛赫声子（Bloch Phonons）的概念。讨论了声子能带结构、声子禁带（Phonon Mini-gaps）的形成机理，以及这些结构对热传导的影响。重点分析了界面反射、声子散射截面随波矢和频率的依赖性。 第五章：界面对热导率的显著影响 本章是关于热输运的核心。分析了界面粗糙度、界面阻抗（Interface Thermal Resistance, ITR）以及不同材料间声子群速度失配如何共同决定整体热阻。我们利用非平衡态格林函数（NEGF）方法，量化了界面在室温及低温下对热流的限制作用。探讨了如何通过超薄层设计，实现“声子玻璃、电子晶体”的性能目标。 第六章：电子与声子的耦合机制 电子与声子的耦合是理解半导体光电器件效率和热管理问题的关键。本章深入探讨了主要的耦合模式：压电耦合（Piezoelectric Coupling）、形变势耦合（Deformation Potential Coupling）以及空间电荷相关的耦合项。详细分析了这些耦合如何影响载流子的弛豫时间、发光效率和自发辐射过程。对于高功率器件，我们提供了电子-声子能量转移率的详细计算模型，以评估热点形成的可能性。 第三部分：高级主题与前沿应用考量 本部分将理论框架应用于实际器件问题，探讨了应力效应和载流子动力学的复杂性。 第七章：应力、应变与能带的动态调控 在多层结构中，由于晶格常数不匹配，内应力（Stresses）和应变（Strains）是不可避免的。本章量化了这些机械形变对电子能带结构（尤其是价带和导带的混合、直接到间接带隙的转变）的影响。讨论了薄膜生长过程中应力松弛机制（如位错形成）对器件性能的长期影响，以及如何利用外加机械应力进行带隙工程（Strain Engineering）。 第八章：非平衡态载流子动力学与弛豫过程 本章关注在强光激发或高电场驱动下的非平衡态行为。分析了载流子注入、热化（Thermalization）、载流子散射、复合以及载流子扩散的速率方程。重点探讨了界面处载流子寿命的差异，以及如何利用时间分辨光谱技术（如飞秒瞬态吸收）来探查超快电子-声子能量交换过程。讨论了空间电荷限制（Space Charge Limited Current, SCLC）模型在分析器件限制载流子输运机制中的应用。 第九章：复杂异质结中的界面效应与缺陷工程 本章对界面缺陷（如空位、间隙原子、环面缺陷）的电子结构和声子散射截面进行了细致的分析。探讨了这些缺陷如何作为有效的非辐射复合中心，以及它们如何影响界面电荷转移的动力学。内容还包括了通过受控掺杂和界面钝化技术来最小化界面态密度（Density of States, DOS）的策略，以及这些策略对光电转换效率的实际影响。 本书强调从第一性原理计算结果出发，与先进实验观测数据相结合，为读者提供一套完整的、可用于解决当前半导体异质结构器件面临的挑战的理论工具和物理直觉。内容严谨、深度足够，适合致力于推动下一代光电子和热电材料发展的专业人士。

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