微电子物理基础导论 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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曹阳，王振，黄义 著，王巍 编

图书标签:

• 微电子学
• 物理
• 半导体
• 器件
• 电路
• 固体物理
• 电子工程
• 材料科学
• 模拟电路
• 数字电路

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030444639

版次：1

商品编码：11956952

包装：平装

丛书名： 普通高等教育电子科学与技术类特色专业系列规划教材

开本：16开

出版时间：2015-06-01

用纸：胶版纸

页数：239

字数：367000

正文语种：中文

编辑推荐

　　内容精简，紧扣专业学习
　　体系完善，针对性强
　　涵盖微电子学专业所需的物理学知识
　　概念清楚，重点突出，章节安排合理
　　为任课教师免费提供配套的电子课件，方便教学

内容简介

　　《微电子物理基础导论》针对微电子学相关专业在后续的专业课学习过程中对物理学基础知识及数学物理方法的需求。论述了在量子力学要用到数学物理方法中的波动方程，以及热传导方程与调和方程的求解方法；量子力学中简要论述薛定谔方程的应用、氢原子的求解、量子力学中力学量的表示及相互间的关系；在热力学与统计物理中，论述了热力学的基本概念、热力学定律、热平衡的判定、玻尔兹曼统计分布、量子统计分布规律。
　　《微电子物理基础导论》可作为理工科院校的微电子科学与工程、集成电路设计与集成系统、电子科学与技术、电子信息科学与技术等专业的教材，也可供相关专业的研究生、工程技术人员参考。

内页插图

目录

前言
第1篇 数学物理方法
第1章 偏微分方程概述
1．1 引言
1．2 一阶偏微分方程
1．3 二阶偏微分方程
习题
第2章 波动方程
2．1 -维波动方程
2．2 初值问题的达朗贝尔解
2．3 傅里叶变换及其基本性质
2．4 分离变量法
2．5 高维波动方程的柯西问题
习题
第3章 热传导方程
3．1 热传导方程及其定解问题
3．2 混合问题的分离变量法
3．3 柯西问题
*3．4 解的唯一性和稳定性
习题
第4章 调和方程
4．1 调和方程及其定解问题
4．2 格林公式及其应用
4．3 格林函数及其应用
4．4 调和函数的性质
4．5 泊松方程
习题

第2篇 量子力学
第5章 量子力学绪论
5．1 经典物理学的局限性
5．2 光子
5．3 原子结构的玻尔理论
5．4 德布罗意波
习题
第6章 薛定谔方程及应用
6．1 单粒子的波函数
6．2 态叠加原理
6．3 薛定谔方程
6．4 粒子流密度和粒子数守恒定律
6．5 定态薛定谔方程
6．6 一维无限深势阱
6．7 线性谐振子
6．8 一维势垒
习题
第7章 氢原子
7．1 中心势场中的粒子
7．2 氢原子
7．3 能级和本征函数
7．4 量子态的大小和形状
7．5 辐射跃迁
习题
第8章 量子力学中的力学量
8．1 表示力学量的算符
8．2 动量算符和角动量算符
8．3 厄米算符本征函数的正交性
8．4 算符与力学量的关系
8．5 算符的对易关系测不准关系
*8．6 力学量平均值随时间的变化
习题

第3篇 热力学与统计物理
第9章 热力学基本理论和状态量
9．1 系统物相和状态量
9．2 平衡态和温度
9．3 状态方程
9．4 压强功和化学势
9．5 热和比热容
9．6 内能
习题
……
参考文献

前言/序言

　　当今世界科学技术飞速发展，给大学本科教学工作提出了很高的要求。为了贯彻落实《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010～2020年）》，大力提升人才培养水平，全面提高高等教育质量，有必要对课程体系进行科学合理的调整，加强教材建设，构建符合时代发展、充分满足学生专业学习要求的教学体系，为后续的教育教学改革奠定坚实的基础。
　　集成电路类和电子工程类本科专业强调对物理学基础知识的培养，然而在以往的教学实践中发现原有的课程的物理类设置不合理，尤其是一些物理类的基础课程讲解的内容过于繁复，部分内容与后续的专业学习联系不紧密，导致学生学习任务重、学习效果不佳，课程设置已经远不能适应当今社会对此类人才的要求。在此情形下，根据专家建议，本书拟定了新的教材编写大纲，将数学物理方法、量子力学、热力学与统计物理三门课程中的相关内容糅合在一起，对一些与后续专业课学习关联度不大的内容做了适当删减。本书可以作为高等学校集成电路类、电子工程类专业的学科基础导论课程的试用教材。
　　本书分为三篇，共13章。其中，第1篇为数学物理方法部分，包括第1～4章，分别讲解偏微分方程的一般概念、波动方程、热传导方程及调和方程的基本定解问题的适定性、求解的方法及其解的性质。波动方程及分离变量法作为重点内容进行讲解。第2篇为量子力学部分，包括第5～8章，分别讨论量子力学的起源、波函数和薛定谔方程、量子力学中的力学量及应用量子力学理论对氢原子进行的分析。重点理解薛定谔方程及应用，求解氢原子得到的结论。第3篇为热力学与统计物理部分，其中，第9～11章分别讨论热力学基本定律和热平衡判据；第12章、第13章分别讨论玻尔兹曼统计分布及量子统计分布。书中带“*”的内容为选讲内容，这些理论可以为下一步学习固体物理、半导体物理、半导体器件物理等专业知识打下很好的物理基础。
　　本书由王巍教授主编，曹阳博士、王振博士、黄义博士等参与本书的编写工作。研究生董永孟、颜琳淑、梁耀等参与了部分文字录入工作。
　　由于作者水平有限，书中若存在不当之处，热忱欢迎读者不吝赐教，以便本书不断完善。

《半导体器件的量子力学基础》 内容简介： 本书旨在为有志于深入理解现代电子器件工作原理的读者，提供一套严谨且系统的量子力学理论框架。我们将从量子力学的基本概念出发，逐步深入到半导体材料的能带理论、晶体结构与对称性、以及各种重要半导体材料的电子性质。本书力求在概念阐释与数学推导之间取得平衡，使读者不仅能掌握理论工具，更能领略其在半导体物理领域的强大解释力。 第一章 量子力学入门：波粒二象性与薛定谔方程 本章将带领读者回到量子力学的源头，重温那些颠覆经典物理认知的基本概念。我们将从光电效应和康普顿散射等实验现象出发，理解微观粒子为何表现出波动性，并引入波函数的概念，阐释其统计诠释的物理意义。接着，我们将详细介绍薛定谔方程，这是描述量子系统演化的核心方程。通过对一维势阱、谐振子等简单体系的求解，读者将初步领略量子力学在描述微观粒子行为上的精确性。本章的重点将放在理解算符、本征值和本征态等核心概念，为后续章节中理解电子在晶体中的运动奠定基础。我们将强调，量子力学的描述方式与经典力学有着本质的区别，其概率性的预测和不确定性原理是理解微观世界不可或缺的组成部分。 第二章 量子力学在多电子体系中的应用：泡利不相容原理与Hartree-Fock近似 随着我们对单个粒子的理解加深，接下来将把目光投向由大量粒子组成的复杂体系。本章将深入探讨泡利不相容原理，这是理解多电子原子和固体的关键。我们将解释全反对称波函数的概念，以及它如何决定电子在原子轨道中的排布。在此基础上，我们将引入Hartree-Fock近似方法。虽然这是一个近似方法，但它为我们理解多体问题提供了一个重要的理论框架。我们将详细推导Hartree-Fock方程，并讨论其在计算原子和分子电子结构中的应用。通过对Hartree-Fock方法的学习，读者将初步认识到，在处理相互作用的多粒子体系时，平均场近似是一个强大而实用的工具，它允许我们将复杂的相互作用问题转化为一系列单粒子问题。 第三章 晶体结构与布里渊区：周期势中的电子 固体材料的宏观性质往往源于其微观上有序的晶体结构。本章将系统介绍晶体学基本概念，包括晶格、基元、晶胞、晶向和晶面等。我们将学习如何利用倒格子来描述晶体的周期性，并引出布里渊区的概念。布里渊区是倒格子空间中的一个特殊区域，它在描述电子在周期性势场中的运动时扮演着至关重要的角色。我们将重点讨论布洛赫定理，它是理解电子在周期性势场中行为的核心。布洛赫定理表明，在周期性势场中，电子的波函数具有特定的形式，即布洛赫波。本章的精髓在于将量子力学中的波函数概念与晶体的周期性相结合，为理解能带结构奠定基础。 第四章 半导体能带理论：电子的能量与运动 本章是本书的核心内容之一，将详细阐述半导体能带理论。基于前一章的布洛赫定理，我们将分析电子在周期性势场中的能量谱。我们将解释能带、禁带（带隙）和导带、价带等概念的物理意义。通过对不同半导体材料（如硅、锗、砷化镓）的能带结构的讨论，读者将理解它们在导电性上的差异。我们将进一步探讨有效质量的概念，它描述了电子在晶体中受外力作用时的运动行为，这与自由电子的惯性质量有着显著的区别。此外，本章还将介绍费米能级以及其在描述不同温度下电子分布中的作用。理解能带理论是理解半导体器件（如二极管、晶体管）工作原理的基石。 第五章 电子与空穴的动力学：输运现象的量子描述 有了能带理论的铺垫，本章将聚焦于电子和空穴在半导体中的运动以及由此产生的输运现象。我们将深入探讨弛豫时间的概念，它描述了电子在散射过程中能量和动量损失的平均时间。我们将介绍多种散射机制，包括晶格振动散射（声子散射）和杂质散射，并分析它们对载流子迁移率的影响。本章还将引入玻尔兹曼输运方程，这是一个用于描述载流子在电场和磁场作用下，以及散射过程中的宏观输运性质的方程。通过对玻尔兹曼方程的求解，我们将能够推导出欧姆定律以及霍尔效应等重要的输运现象。理解这些动力学过程对于设计和优化半导体器件的性能至关重要。 第六章 杂质半导体与载流子统计 本章将关注掺杂对半导体导电性的影响。我们将详细讨论施主和受主杂质在晶体中的作用，以及它们如何引入额外的自由电子或空穴。我们将深入研究在不同掺杂浓度和温度下，载流子的统计分布规律，包括麦克斯韦-玻尔兹曼统计、费米-狄拉克统计等。我们将重点分析简并半导体和非简并半导体之间的区别，以及它们在载流子浓度计算上的差异。此外，本章还将简要介绍本征半导体和杂质半导体之间的载流子浓度的关系，以及掺杂对费米能级位置的影响。理解杂质半导体及其载流子统计是理解p-n结形成和二极管、晶体管等器件工作机制的基础。 第七章 半导体中的光学过程：吸收、发射与光电转换 半导体材料与光场的相互作用是许多重要应用的基础，例如发光二极管（LED）、光伏电池和光探测器。本章将从量子力学的角度深入分析半导体中的光学过程。我们将解释直接带隙和间接带隙半导体的区别，以及它们在光吸收和发射效率上的差异。我们将讨论光子与电子-空穴对的产生与湮灭过程，并分析光吸收系数和光发射谱的物理意义。本章还将介绍光电导效应和光生伏特效应，并分析它们在光电转换器件中的应用。通过对这些光学过程的深入理解，读者将能够更好地把握半导体光电子器件的设计原理和性能限制。 第八章 量子阱、量子线和量子点：低维半导体结构 随着微纳加工技术的飞速发展，低维半导体结构的出现为电子器件的设计带来了新的可能性。本章将介绍量子阱、量子线和量子点等低维半导体结构。我们将分析这些结构中量子限制效应对电子能谱的影响，解释其能级分立化和量子尺寸效应。我们将讨论这些低维结构在光学和电学性质上与块状半导体的显著差异，以及它们在激光器、LED、场效应晶体管等领域中的潜在应用。本章将为读者提供一个关于如何通过调控材料维度来设计和优化新型半导体器件的视角。 第九章 半导体器件的量子效应：从理论到应用 在本章中，我们将整合前几章所学的知识，探讨在现代半导体器件中体现出的量子效应。我们将以量子隧穿效应为例，解释它在隧道二极管和闪存等器件中的作用。我们将讨论量子干涉效应，以及它在量子计算和量子通信等前沿领域中的重要性。此外，本章还将简要介绍电子的自旋在自旋电子学中的作用，以及非局域输运等新兴的量子输运现象。通过对这些器件层面量子效应的讨论，本书将帮助读者建立从微观粒子行为到宏观器件功能的联系，从而更深刻地理解半导体技术发展的未来方向。 总结： 《半导体器件的量子力学基础》一书，以量子力学为核心，系统地构建了理解半导体材料和器件工作的理论体系。本书内容涵盖从基本量子力学原理到复杂低维结构的量子效应，旨在为读者提供坚实的理论基础，激发对半导体物理领域更深层次的探索。通过本课程的学习，读者将能够理解半导体材料为何具有独特的电学和光学性质，以及这些性质如何被巧妙地应用于现代电子和光电子器件中。本书适合物理、电子工程、材料科学等相关专业的学生和研究人员阅读，也欢迎对半导体科学抱有浓厚兴趣的工程师和技术爱好者。

评分☆☆☆☆☆

这本书为我对半导体器件的理解奠定了坚实的基础。作者在讲解材料的本征和杂质半导体性质时，用了非常翔实的例子，特别是关于自由载流子和少数载流子浓度的数学描述，以及如何通过温度和掺杂来调控这些浓度。我对书中对pn结和pnpn结构（触发管）的分析尤为着迷，作者详细阐述了在外加电压下，空间电荷区、载流子扩散和漂移等复杂过程如何共同作用，最终实现器件的导通和截止。对于MOSFET的讲解，我更是觉得受益匪浅，作者从电容的角度出发，详细解释了栅极电压如何改变半导体表面的电场，进而形成导电沟道。书中还探讨了多种MOSFET的类型，以及它们在数字和模拟电路中的应用。另外，书中对半导体材料的生长工艺（如外延生长、扩散、离子注入）的简要介绍，虽然不是重点，但也让我了解到这些物理原理是如何在实际生产中得以实现的。总而言之，《微电子物理基础导论》这本书就像是一把钥匙，为我打开了通往微电子世界深处的大门，让我能够更清晰地理解那些隐藏在芯片之下的奥秘。

评分☆☆☆☆☆

这是一本非常扎实的参考书，尤其适合想要系统学习微电子学基础知识的读者。从它的内容深度和广度来看，作者显然在这方面有着深厚的研究功底。《微电子物理基础导论》在介绍半导体材料的基本性质时，触及了许多关键的物理模型，比如薛定谔方程在简单势阱问题中的应用，以及如何从中推导出电子的能级结构。书中对于晶体结构和缺陷的讲解也相当到位，深入分析了位错、间隙原子等缺陷如何影响材料的导电性和光学性质。我特别喜欢关于pn结的章节，它详细阐述了少数载流子注入、扩散和复合等过程，以及这些过程如何形成内建电势和外延电场。书中通过对不同偏压下的pn结特性的分析，清晰地解释了正向导通、反向截止以及击穿等现象。此外，关于MOS（金属-氧化物-半导体）器件物理的介绍也给我留下了深刻的印象。书中对栅氧化层、半导体表面、以及电荷积累的机理进行了细致的探讨，并解释了MOS电容和MOSFET的工作原理。虽然这本书的理论性较强，但作者的表述方式尽量做到了清晰明了，配合大量的图表和公式推导，使得复杂的概念易于理解。对于那些希望深入了解芯片内部工作原理的读者来说，这本书无疑是一部宝贵的财富。

评分☆☆☆☆☆

我必须承认，在拿到《微电子物理基础导论》之前，我对微电子领域多少有些敬畏，总觉得里面充斥着难以理解的公式和概念。然而，这本书彻底颠覆了我的看法。作者在写作上表现出了极高的专业素养和教学艺术。他并没有一开始就抛出大量的数学推导，而是先从宏观的、大家更容易理解的物理现象入手，例如为什么某些材料会导电，而另一些则不会。然后，他巧妙地将读者引导进微观的世界，通过原子轨道、电子自旋等基本概念，一步步构建起半导体物理的基石。最令我赞赏的是，书中对于材料特性与器件性能之间关系的阐述。例如，在讲解半导体材料的禁带宽度时，书中不仅给出了其物理意义，还解释了不同禁带宽度材料（如硅、锗、砷化镓）在不同应用领域（如晶体管、LED、激光器）中的优势。这种将基础理论与实际应用紧密结合的写作方式，极大地激发了我学习的兴趣，也让我更清晰地认识到微电子技术的神奇之处。整本书的语言风格严谨而不失生动，逻辑清晰，结构合理，章节之间的过渡自然流畅，读起来感觉非常舒服。即使是一些涉及到量子力学的概念，作者也处理得相当到位，避免了过度理论化，更注重概念的理解。

评分☆☆☆☆☆

这本书简直是为我量身打造的！一直以来，我对半导体材料的内部世界充满好奇，但又觉得入门门槛很高。接触到《微电子物理基础导论》这本书后，我仿佛打开了一扇新世界的大门。作者用非常清晰易懂的语言，循序渐进地讲解了从原子结构、晶体缺陷到能带理论等核心概念。尤其让我印象深刻的是，书中大量穿插了与实际半导体器件制造过程相关的例子，这让我不再是被动地接受抽象的理论，而是能真切地感受到这些物理原理是如何在微小的芯片上发挥作用的。例如，在讲解掺杂时，书中不仅仅解释了施主和受体原子的概念，还非常细致地描述了不同掺杂浓度如何影响载流子密度，以及这种影响如何体现在pn结的特性上。还有关于载流子输运的章节，对于扩散和漂移的讲解，配以图示，让我对电流的产生机制有了全新的认识。我之前接触过一些相关的资料，但总觉得有些零散，不成体系，而这本书则系统地构建了一个完整的知识框架，让我对微电子物理有了更深入、更扎实的理解。阅读过程非常流畅，即使遇到一些复杂的物理模型，书中也通过类比和直观的图解，将它们变得触手可及。这本书的价值远不止于理论知识的传授，它更像是一位经验丰富的导师，带领我在微观世界中进行一次精彩的探索之旅。

评分☆☆☆☆☆

我一直认为，要真正理解一个技术领域，必须从其最基础的物理原理入手。《微电子物理基础导论》恰恰满足了我的这一需求。它不像市面上很多介绍微电子技术的书籍那样，只停留在电路设计或器件应用层面，而是深入挖掘了构成这一切的微观世界。书中关于电子在晶体中的运动，特别是自由电子模型和能带理论的讲解，非常具有启发性。作者用生动的比喻解释了为什么在金属中电子可以自由移动，而在绝缘体中却被束缚，以及半导体介于两者之间的特殊性。我尤其喜欢书中关于“能隙”的概念，它就像一个物理的“门槛”，决定了材料能否导电，以及需要多少能量才能激发电子。对于载流子（电子和空穴）的产生和复合机制的探讨，也让我对半导体材料的动态特性有了更深刻的认识。书中还涉及了许多重要的物理效应，例如霍尔效应，以及它是如何被用来测量载流子浓度和类型的。总的来说，这本书以一种非常系统和严谨的方式，为读者构建了一个完整的微电子物理知识体系。它需要的读者具备一定的物理和数学基础，但一旦掌握，便能对微电子器件的工作原理产生豁然开朗的感觉。