电子材料与器件原理：上册(理论篇) (加)卡萨普,汪宏 西安交通大学出版社 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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[加] 卡萨普，汪宏 著

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出版社： 西安交通大学出版社

ISBN：9787560531229

商品编码：11878400326

包装：平装

出版时间：2009-06-01

图书基本信息
图书名称	电子材料与器件原理：上册(理论篇)	作者	(加)卡萨普,汪宏
定价	40.00元	出版社	西安交通大学出版社
ISBN	9787560531229	出版日期	2009-06-01
字数		页码
版次	1	装帧	平装
开本	16开	商品重量	0.522Kg

内容简介

本书全面而系统地阐述了电子材料与器件的基础理论和各类功能材料与器件的原理和性能。全书分为上、下两册：上册为理论篇，主要阐述电子材料与器件涉及的基础理论，内容包括材料科学基础概论、固体中的电导和热导、量子物理基础和现代固体理论；下册为应用篇，主要讨论各种功能材料与器件的原理与性能，内容包括半导体、半导体器件、电介质材料与绝缘、磁性与超导性、材料的光学特性等专题。 本书适合作为高等院校电子科学与工程、电气科学与工程、材料科学、应用物理、计算机、信息处理、自动控制等相关学科的高年级本科生或研究生的专业课程教材，也可作为相关领域的科学家、工程师和高校师生的参考用书。

作者简介

萨法·卡萨普是加拿大萨斯喀彻温大学电气工程系教授以及加拿大电子材料与器件首席科学家。他于1976年、1978年和1983年在伦敦大学帝国理工学院分别获得学士、硕士和博士学位。1996年，他因对电气工程中的材料科学的研究所做出的贡献获得伦敦大学理学（工学）博士学位。他

目录

译者序 前言 上册（理论篇） 第1章 材料科学的基本概念 1.1 原子结构和原子数 1.2 原子质量和摩尔 1.3 固体中的键及类型 1.3.1 分子和成键基本原理 1.3.2 共价键晶体：金刚石 1.3.3 金属键：铜 1.3.4 离子键晶体：盐 1.3.5 弱键 1.3.6 混合键 1.4 分子动力学理论 1.4.1 平均动能和温度 1.4.2 热膨胀 1.5 分子速率与能量分布 1.6 热，热涨落与噪声 1.7 热激活过程 1.7.1 阿累尼乌斯反应速率方程 1.7.2 原子扩散及其扩散系数 1.8 晶体结构 1.8.1 晶体的种类 1.8.2 晶向和晶面 1.8.3 同素异形体和碳单质 1.9 晶体缺陷及其意义 1.9.1 点缺陷：空位和杂质 1.9.2 线缺陷：刃位错和螺位错 1.9.3 面缺陷：晶界 1.9.4 晶体表面和表面性质 1.9.5 化学计量、非化学计量和缺陷结构 1.10 单晶的切克劳斯基生长法 1.11 玻璃和非晶态半导体 1.11.1 玻璃和非晶态固体 1.11.2 单晶硅和非晶硅 1.12 固溶体和二相固体 1.12.1 同构固溶体：同构合金 1.12.2 相图：Cu-Ni合金和其他同构合金 1.12.3 区熔提纯和硅单晶的提纯 1.12.4 二元低共熔相图和Pb-Sn合金 附加的专题 1.13 布拉维格子 术语解释 习题 第2章 固体中的电导和热导 2.1 经典理论：德鲁德模型 2.1.1 金属与电子电导 2.2 温度与电阻率的关系：理想纯金属 2.3 马希森定则与诺德海姆定则 2.3.1 马希森定则与电阻温度系数（α） 2.3.2 固溶体与诺德海姆定则 2.4 混合物与多孔物质的电阻率 2.4.1 多相混合物 2.4.2 两相合金（银镍合金）电阻率与电接触 2.5 霍尔效应与霍尔器件 2.6 热导 2.6.1 热导率 2.6.2 热阻 2.7 非金属的电导率 2.7.1 半导体 2.7.2 离子晶体与玻璃 附加的专题 2.8 趋肤效应：导体的高频电阻 2.9 金属薄膜 2.9.1 金属薄膜中的电导 2.9.2 薄膜的电阻率 2.10 微电子器件中的互连 2.11 电迁移与布莱克方程 术语解释 习题 第3章 量子物理基础 3.1 光子 3.1.1 光的波动性 3.1.2 光电效应 3.1.3 康普顿散射 3.1.4 黑体辐射 3.2 电子的波动性 3.2.1 德布罗意关系 3.2.2 定态薛定谔方程 3.3 无限深势阱：束缚电子 3.4 海森伯测不准原理 3.5 隧道现象：量子泄露 3.6 势能箱：三个量子数 3.7 类氢原子 3.7.1 电子波函数 3.7.2 量子化的电子能量 3.7.3 轨道角动量和空间量子化 3.7.4 电子自旋和本征角动量S 3.7.5 电子的磁偶极矩 3.7.6 总角动量 3.8 氦原子和元素周期表 3.8.1 氦原子和泡利不相容原理 3.8.2 洪特规则 3.9 受激辐射与激光器 3.9.1 受激辐射与光子放大 3.9.2 氦-氖激光器 3.9.3 激光器输出光谱 附加的专题 3.10 光纤放大器 术语解释 习题 第4章 现代固体理论 4.1 氢分子：分子轨道成键理论 4.2 固体能带理论 4.2.1 能带形成 4.2.2 能带中电子的性质 4.3 半导体 4.4 电子有效质量 4.5 能带中的状态密度 4.6 统计：粒子体系 4.6.1 玻耳兹曼经典统计 4.6.2 费密-狄拉克统计 4.7 金属的量子理论 4.7.1 自由电子模型 4.7. 2金属中的电导 4.8 费密能的意义 4.8.1 金属-金属接触：接触势 4.8.2 塞贝克效应和热电偶 4.9 热电子发射和真空管器件 4.9.1 热电子发射：理查森-杜什曼方程 4.9.2 肖特基效应和场发射 4.10 声子 4.10.1 简谐振子和点阵波（格波） 4.10.2 德拜热容 4.10.3 非金属的热传导 4.10.4 电导率 附加的专题 4.11 金属的能带理论：晶体中的电子衍射 4.12 热膨胀的格林爱森模型 术语解释 习题

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文摘

序言

探索微观世界的奥秘：电子材料与器件的前沿理论 在科技飞速发展的今天，电子材料与器件已成为现代工业的基石，驱动着信息技术、通信、能源、医疗等诸多领域的革新。理解这些微观世界的物质基础及其运作原理，是深入掌握前沿科技的关键。本书旨在系统性地阐述电子材料与器件的底层理论，为读者构建一个坚实而全面的知识框架，引领他们领略半导体物理、量子力学在电子器件中的应用，以及各类功能材料的独特性能。 本书并非简单罗列各种器件的参数或应用，而是深入剖析其背后支撑的物理学原理。我们从材料本身的微观结构出发，探讨原子、分子如何排列，晶体结构如何影响电子的传输特性，以及这些微观层面的性质如何转化为宏观的器件功能。 第一部分：半导体物理的基础理论 半导体是现代电子器件的灵魂。本部分将深入探讨半导体材料的能带理论。我们将从最基础的原子模型入手，逐步构建出周期性晶格中的电子能带结构。这包括了价带、导带以及它们之间的禁带。我们将详细解释不同半导体材料（如硅、锗、砷化镓等）的能带结构特点，以及这些结构如何决定了它们的导电性。 接下来，我们将聚焦于载流子的产生与复合。在纯净的半导体中，热激发会产生电子-空穴对，但其导电性有限。真正的应用价值在于掺杂。本书将详细阐述n型和p型半导体的形成机理，即通过引入施主或受主杂质，如何改变半导体的费米能级，从而大幅提高载流子的浓度，并控制载流子的类型。我们将深入分析平衡状态下的载流子浓度分布，以及如何利用玻尔兹曼统计或更精确的费米-狄拉克统计进行描述。 平衡状态只是开始，动态过程更是理解器件工作原理的关键。我们将详细讲解非平衡载流子的产生机制，例如光激发、电注入等。随后，我们将深入分析载流子的漂移和扩散运动。漂移是由于电场作用导致的定向运动，而扩散则是由于浓度梯度引起的随机运动。这两个基本过程的相互作用，构成了半导体中电流的本质。 此外，PN结的形成与特性是所有半导体器件的基础。我们将详细阐述PN结的形成过程，包括PN结势垒的形成、空间电荷区以及内建电场。在此基础上，我们将深入分析PN结在不同偏置（正偏、反偏、零偏）下的电流-电压特性。正偏时，势垒降低，载流子可以越过势垒，形成正向电流；反偏时，势垒增高，几乎没有载流子能够越过势垒，形成反向漏电流。我们将讨论二极管的伏安特性曲线，以及其在整流、开关等基本应用中的理论依据。 第二部分：核心电子器件的物理原理 在牢固掌握了半导体物理的基础后，本部分将在此基础上，深入剖析各类核心电子器件的工作原理。 1. 晶体二极管与齐纳二极管： 除了基础的PN结二极管，我们还将探讨特殊类型的二极管。例如，晶体二极管，通过其独特的结区设计，实现高频下的优异性能。齐纳二极管则利用了反向击穿特性，在稳压电路中发挥着不可替代的作用。我们将深入解析齐纳击穿和雪崩击穿的物理机制，以及如何设计制造具有特定齐纳电压的器件。 2. 双极型晶体管 (BJT)： BJT是电子放大和开关电路的基石。本书将详细阐述BJT的结构，通常为PNP或NPN结构，以及其三个电极：基极（Base）、发射极（Emitter）和集电极（Collector）。我们将深入分析载流子在BJT中的传输过程，包括电子和空穴在不同区域的注入、扩散、复合以及收集。我们将详细推导BJT的电流增益（β）和跨导（gm）等关键参数，解释其放大作用的物理根源。同时，我们将分析BJT在不同工作区（截止区、放大区、饱和区）的特性，以及其作为开关器件的原理。 3. 场效应晶体管 (FET)： FET是现代集成电路中应用最广泛的器件之一，其特点是具有高输入阻抗。我们将深入介绍MOSFET（金属-氧化物-半导体场效应晶体管）和JFET（结型场效应晶体管）。 对于MOSFET，我们将详细解析其结构，包括沟道（Channel）、栅极（Gate）、源极（Source）和漏极（Drain）。重点将放在栅氧化层的介电特性以及栅电压如何通过电场效应来控制沟道的导电性。我们将讨论耗尽型和增强型MOSFET的构建，以及它们在不同偏置下的I-V特性曲线。电容效应在MOSFET的工作中至关重要，我们将深入分析栅极-沟道电容、栅极-漏极电容等寄生电容，以及它们对器件性能的影响。 对于JFET，我们将解析其PN结的形成以及结电压如何控制沟道的宽度，进而调节漏极电流。我们将比较MOSFET和JFET在结构、工作原理和性能上的异同，以及它们各自适用的应用场景。 4. 场控器件的其他类型： 除了BJT和FET，本书还将简要介绍其他重要的场控器件，例如IGBT（绝缘栅双极型晶体管），它结合了BJT的电流承受能力和MOSFET的驱动优点，在电力电子领域应用广泛。 第三部分：新型电子材料与器件的理论基础 随着科技的进步，对电子材料与器件的性能要求日益提高，新型材料的研发和应用成为热点。本部分将介绍一些前沿领域的理论基础。 1. 宽禁带半导体材料： 传统的硅基半导体在高温、高压、高频等极端工作环境下性能受限。宽禁带半导体材料，如碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）等，因其优异的耐高温、耐高压、高频以及抗辐射能力，在电力电子、射频通信等领域展现出巨大的潜力。我们将探讨这些材料独特的晶体结构、能带结构以及载流子输运特性，并简要介绍基于这些材料的器件，例如SiC肖特基二极管、GaN HEMT（高电子迁移率晶体管）等。 2. 光电子材料与器件： 光电转换是现代信息技术不可或缺的一环。我们将探讨发光二极管（LED）和激光二极管（LD）的发光机理，包括电子-空穴复合过程中能量的释放形式（光子）。我们将讨论不同半导体材料的发光颜色与能带结构的关系，以及如何通过量子阱结构来提高发光效率。同时，我们将介绍光电探测器，如PIN光电二极管和雪崩光电二极管（APD）的工作原理，以及它们如何将光信号转化为电信号。 3. 纳米电子材料与器件： 纳米科技的飞速发展为电子器件带来了新的机遇。我们将简要介绍纳米线、量子点等纳米材料的独特物理性质，以及它们在未来高性能、低功耗电子器件中的潜在应用。纳米尺度下，量子效应和表面效应变得尤为重要，我们将探讨这些因素如何影响纳米材料的电子和光学性质。 4. 铁电、压电与热电材料： 这些功能材料具有特殊的电学、机械或热学耦合效应，在传感器、执行器、能量收集等领域具有广泛的应用。我们将简要介绍铁电材料的极化行为、压电材料的应力-电荷转换以及热电材料的塞贝克效应和帕尔帖效应等基本原理，并展示它们在微纳机电系统（MEMS/NEMS）和热电转换器件中的应用前景。 本书旨在通过对这些基础理论的深入阐述，帮助读者建立起对电子材料与器件的系统性认知。我们希望通过严谨的理论推导和清晰的逻辑梳理，让读者不仅能够理解现有器件的工作原理，更能激发他们对未来新型材料和器件的探索热情。本书适合高等院校电子工程、微电子学、材料科学等相关专业的学生，以及从事电子材料与器件研发的科研人员和工程师阅读。通过学习本书，您将能够更深刻地理解科技进步的底层驱动力，为您的学术研究或职业生涯奠定坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

翻开这本书，我仿佛置身于一个精密的科学殿堂。它不像一些教科书那样，仅仅罗列公式和定理，而是更注重概念的引入和逻辑的梳理。在探讨诸如MOSFET等关键器件时，作者没有急于给出复杂的模型参数，而是循序渐进地分析了其结构、工作原理以及影响其性能的关键因素。我特别喜欢书中对载流子输运机制的深入剖析，无论是扩散还是漂移，都通过生动的类比和详细的图示，让抽象的物理过程变得触手可及。这对于我理解器件的动态特性，例如瞬态响应和频率特性，提供了非常重要的理论支撑。书中对于新材料在电子器件中的应用也进行了前瞻性的介绍，这让我看到了电子技术发展的无限可能，也拓宽了我的知识视野。虽然某些章节的深度需要反复研读才能完全消化，但这恰恰体现了本书内容的丰富性和严谨性，它鼓励读者积极思考，而不是被动接受。

评分☆☆☆☆☆

这部著作的理论深度和广度令人赞叹，它无疑是电子材料与器件领域的经典之作。作者在梳理庞杂的知识体系时，展现了深厚的学术功底和卓越的教学智慧。从量子力学基础下的能带理论，到半导体掺杂的精细调控，再到各种新型半导体材料的特性分析，都阐述得淋漓尽致。我尤其欣赏书中在讲解器件物理特性时，所采用的严谨而又不失启发性的方法。例如，在分析CMOS器件的亚阈值区行为时，作者不仅给出了详细的公式推导，还对其背后的物理机制进行了深刻的解读，这使得我对器件的功耗和开关速度等关键性能参数有了更全面的认识。书中对于可靠性理论的介绍也让我受益匪浅，它让我认识到，除了器件的功能性，其长期稳定运行的能力同样是衡量器件优劣的重要标准。总的来说，这本书是一本集理论性、系统性和前瞻性于一体的优秀教材，非常适合有志于深入研究电子材料与器件领域的专业人士。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我的感觉就像一位经验丰富的导师，耐心而又细致地为我指引前进的方向。在学习过程中，我时常会遇到一些似懂非懂的概念，但每当我翻阅这本书时，总能在其中找到清晰的解答。作者在讲解复杂理论时，往往会先从一个简化的模型入手，然后逐步引入更多的因素，最终达到对真实世界器件行为的精确描述。这种“由简入繁”的教学方法，极大地降低了学习的难度，让我能够更轻松地掌握那些抽象的物理原理。我印象特别深刻的是关于热击穿和电迁移等可靠性问题的讨论，作者不仅分析了这些现象的物理机理，还给出了相应的防护措施，这让我认识到，在追求高性能的同时，保障器件的长期稳定性也同样重要。这本书的出版，无疑为电子材料与器件的研究和教育领域贡献了一份宝贵的财富，它将激励更多人投身于这个充满挑战和机遇的领域。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计简洁大气，给人一种严谨扎实的学术氛围。拿到书的第一感觉就是它的分量，厚重的一本书，预示着内容的深度和广度。目录一览，便能感受到编著者在知识体系构建上的用心。从基础的半导体物理，到复杂的半导体器件特性，再到集成电路的设计理念，脉络清晰，层层递进。尤其让我印象深刻的是，作者在讲解每一个概念时，都力求深入浅出，避免了枯燥的数学推导而过多地强调物理直观理解。例如，在介绍PN结形成机理时，作者不仅给出了能量带图的分析，还辅以了电场和势垒的形象化描述，这对于初学者来说无疑是巨大的帮助，能够快速建立起对PN结行为的初步认知，为后续更深入的学习打下坚实的基础。书中穿插的若干实例分析，更是将理论与实际应用紧密结合，让我看到了那些抽象的理论是如何在现实世界的电子器件中发挥作用的。总而言之，这本书为我打开了通往电子世界的大门，让我对电子材料与器件的奥秘有了初步却深刻的认识。

评分☆☆☆☆☆

初次接触这本书，我便被其独特的讲解风格所吸引。它不像我之前读过的很多技术书籍那样，上来就是大段的公式和图表，而是更注重从宏观到微观，循序渐进地引导读者进入电子材料与器件的世界。在介绍半导体材料的电学特性时，作者运用了大量的类比和实例，将那些枯燥的物理概念变得生动有趣。例如，在解释空穴的形成和运动时，作者用“社交网络”的比喻来形象地说明，让初学者也能轻松理解。书中对于各种半导体器件的工作原理也进行了详细的阐述，从最基本的二极管，到复杂的微处理器中的晶体管，都描绘得栩栩如生。我尤其喜欢书中对不同工艺流程的介绍，它让我看到了电子器件是如何从理论走向现实的，这让我对电子制造的复杂性和精妙性有了更深的认识。这本书不仅是一本教科书，更像是一本引人入胜的科普读物，让我对这个充满魅力的领域产生了浓厚的兴趣。