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第一章 固体的晶体结构简介1

1.1　固体类型1

1.2　空间点阵1

1.2.1　晶格、原胞、元胞1

1.2.2　基本的晶体结构2

1.2.3　晶面和密勒指数3

1.3　金刚石结构5

1.4　原子键6

1.5　固体中的缺陷和杂质8

1.5.1　固体中的缺陷8

1.5.2　固体中的杂质9

习题一9

第二章　量子力学导论11

2.1　量子力学原理11

2.1.1　能量子11

2.1.2　波粒二象性12

2.1.3　测不准原理13

2.2　薛定谔波动方程14

2.2.1　波动方程14

2.2.2　波动方程的物理意义15

2.2.3　边界条件15

2.3　薛定谔波动方程的应用实例16

2.3.1　自由空间中电子16

2.3.2　无限深势阱18

2.3.3　阶跃位函数19

2.3.4　势垒22

2.4　原子的波动理论23

2.4.1　单电子原子23

2.4.2　周期表25

习题二26

第三章　固态电子论基础28

3.1　周期势场中的电子和能带论28

3.1.1　能带的形成28

3.1.2　Kronig-Penney模型（K-P模型）30

3.1.3　k空间图33

3.1.4　能带论的其他模型36

3.2　固体的导电性、有效质量和空穴37

3.2.1　能带和键的模型37

3.2.2　晶体中电子运动的速度和加速度38

3.2.3　有效质量和空穴39

3.2.4　满带和部分填充的能带40

3.2.5　金属、绝缘体和半导体41

3.2.6　一维概念的三维扩展42

3.3　半导体中载流子44

3.3.1　态密度函数44

3.3.2　费米分布函数47

3.3.3　半导体中的载流子50

3.3.4　半导体的连续性方程58

3.3.5　半导体的连续性方程61

3.3.6　准费米能级65

3.3.7　非平衡载流子寿命66

3.3.8　表面效应69

3.4　金属中的自由电子71

3.4.1　电子气的能量状态和费米能量72

3.4.2　电阻率和温度的关系72

3.4.3　导电、电阻合金材料75

3.5　半导体材料75

3.5.1　Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体76

3.5.2　Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体77

3.5.3　非晶态半导体77

3.5.4　有机半导体78

3.6　几种固态电子的体效应79

3.6.1　磁电效应79

3.6.2　热电效应80

3.6.3　耿氏（Gunn）效应81

3.7　固态电子能谱83

3.7.1　电子、光子、离子同固体相互作用概貌83

3.7.2　俄歇电子能谱（AES）84

3.7.3　X射线光电子能谱（XPS）84

习题三85

第四章　半导体器件原理88

4.1　pn结特性概述88

4.1.1　平衡pn结88

4.1.2　整流特性92

4.1.3　电容特性98

4.1.4　击穿特性101

4.1.5　结击穿特性105

4.2　pn结二极管107

4.2.1　变容二极管（varactor）107

4.2.2　开关二极管110

4.2.3　隧道二极管112

4.2.4　雪崩二极管114

4.3　双极型晶体管115

4.3.1　晶体管的基本结构和工作原理115

4.3.2　晶体管的放大作用117

4.3.3　电流—电压特性119

4.3.4　击穿电压与穿通电压121

4.3.5　频率特性121

4.3.6　开关特性123

4.3.7　晶体管噪声124

4.4　金属—半导体接触和肖特基势垒二极管125

4.4.1　理想肖特基势垒125

4.4.2　表面态和界面层对接触势垒的影响137

4.5　场效应晶体管（FET）140

4.5.1　JFET140

4.5.2　MOSFET141

4.5.3　MESFET145

4.6　异质结及其器件146

4.6.1　异质结的材料146

4.6.2　异质结的能带结构147

4.6.3　异质结特性150

4.6.4　异质结的电流输运机构152

4.6.5　异质结中二维电子气和超晶格153

4.6.6　HBT和MODFET155

4.7　半导体集成器件和微细加工技术157

4.7.1　集成电路的构成158

4.7.2　微细加工技术160

4.7.3　集成器件发展的主要极限163

习题四164

第五章　光电子学和光电子器件167

5.1　固体的光吸收167

5.1.1　光吸收系数167

5.1.2　光吸收过程169

5.1.3　电子—空穴对产生速率170

5.2　pn结光生伏特效应和太阳电池170

5.2.1　基本原理170

5.2.2　光电池的I-V特性171

5.2.3　太阳电池的光电转换效率172

5.2.4　非均匀吸收效应173

5.2.5　新结构Si太阳电池174

5.2.6　异质结肖特基势垒和MIS太阳电池174

5.2.7　薄膜太阳电池176

5.3　非增益型半导体光电探测器176

5.3.1　基本原理177

5.3.2　主要参数178

5.3.3　PIN光电二极管181

5.3.4　肖特基势垒光电二极管183

5.3.5　光电导探测器件184

5.4　增益型和异质结半导体光电探测器186

5.4.1　雪崩光电二极管（APD）186

5.4.2　异质结的窗口效应和光限制作用，异质结光电二极管189

5.4.3　异质结雪崩光电二极管190

5.4.4　光晶体管191

5.5　固体的光发射192

5.5.1　发光过程中的激发192

5.5.2　基本跃迁类型193

5.5.3　发光效率194

5.5.4　材料194

5.6　发光二极管（LED）195

5.6.1　发光效率与量子效率195

5.6.2　LED材料197

5.6.3　LED的结构和性能198

5.6.4　LED的应用200

5.7　半导体激光器（LD）200

5.7.1　半导体受激光发射的产生201

5.7.2　半导体激光器的主要特性205

5.7.3　异质结激光器207

5.7.4　分布反馈式（DFB）半导体激光器210

5.7.5　新型器件211

习题五214

第六章　磁电子学217

6.1　原子磁矩218

6.1.1　单电子原子的磁矩218

6.1.2　多电子原子的磁矩219

6.1.3　洪德（Hund）定则220

6.2　逆磁性和顺磁性221

6.2.1　半经典理论221

6.2.2　稀土族和铁族离子的顺磁性222

6.2.3　金属的逆磁性和顺磁性223

6.3　铁磁质224

6.3.1　铁磁质的宏观特性224

6.3.2　外斯（Weiss）分子场理论225

6.3.3　铁磁性的起源227

6.4　反铁磁质和亚铁磁质229

6.4.1　反铁磁性的奈尔（Neel）理论229

6.4.2　亚铁磁性和铁氧体230

6.5　铁磁体的磁畴理论232

6.5.1　铁磁体的各种相互作用能232

6.5.2　磁畴的形成234

6.5.3　单畴颗粒235

6.5.4　磁泡畴235

6.6　动态磁化过程和磁共振236

6.6.1　磁化的时间效应和复数磁导率237

6.6.2　旋磁性和铁磁共振238

6.6.3　动态磁化过程中的损耗241

6.7　磁性元器件242

6.7.1　微波器件242

6.7.2　磁性记忆器件243

6.7.3　磁记录246

6.8　磁性材料246

6.8.1　软磁材料247

6.8.2　永磁材料248

6.8.3　矩磁、磁记录和磁头材料248

6.8.4　旋磁材料249

6.8.5　非晶磁性材料250

第七章　超导电子学251

7.1　超导的基本特性251

7.1.1　完全导电性251

7.1.2　完全逆磁性252

7.1.3　临界磁场Hc和临界电流Ic252

7.2　二流体模型254

7.3　伦敦方程256

7.4　超导BCS理论的物理图像257

7.5　超导结的隧道效应和约瑟夫逊效应258

7.5.1　超导体单电子隧道效应258

7.5.2　约瑟夫逊效应260

7.6　超导电子器件265

7.6.1　超导器件的优点265

7.6.2　二端超导器件265

7.6.3　超导量子干涉器件267

7.6.4　超导结型晶体管270

7.6.5　超导场效应晶体管271

7.7　高温氧化物超导性和材料273

7.8　超导的应用274

7.8.1　超导强电强磁应用274

7.8.2　超导弱电弱磁应用275

第八章　电介质电子学276

8.1　电介质极化276

8.1.1　极化的宏观现象276

8.1.2　极化的基本形式278

8.1.3　内电场279

8.1.4　介电常数与极化率的关系281

8.2　电介质损耗与色散282

8.2.1　电介质损耗的参数282

8.2.2　弛豫损耗及介电谱285

8.2.3　谐振极化及色散288

8.3　电介质电导和击穿291

8.3.1　电介质中的导电现象291

8.3.2　离子导电291

8.3.3　电子导电293

8.3.4　本征击穿295

8.3.5　热击穿和放电击穿296

8.4　电介质材料和应用296

8.4.1　单晶、玻璃和陶瓷电介质材料297

8.4.2　聚合物电介质材料298

8.4.3　电介质的应用302

8.5　压电性303

8.5.1　压电效应303

8.5.2　压电方程组和特性参数304

8.5.3　压电材料及其应用305

8.6　热电性308

8.6.1　热电效应308

8.6.2　热电方程组和特性参数308

8.6.3　热电材料及其应用309

8.7　铁电性311

8.7.1　铁电现象311

8.7.2　铁电理论313

8.7.3　铁电材料及其应用316

8.8　驻电性318

8.8.1　驻电现象318

8.8.2　驻电体形成方法318

8.8.3　驻电体材料及其应用319

第九章 电介质中的电、光、声效应321

9.1　光波在电介质中的传播321

9.1.1　麦克斯韦（Maxwell）方程321

9.1.2　折射率和双折射322

9.1.3　单轴晶体和双轴晶体323

9.1.4　衰减与色散324

9.2　光导波现象325

9.2.1　光波导中的内全反射325

9.2.2　光导波模326

9.2.3　消逝波327

9.3　声波在固体中的传播328

9.3.1　体声波328

9.3.2　表面声波332

9.4　电声效应334

9.4.1　声波在压电半导体中的传播334

9.4.2　声放大336

9.5　声光效应337

9.5.1　声波对光的衍射338

9.5.2　声光调制和声光偏转339

9.6　电光效应341

9.6.1　电光效应341

9.6.2　电光效应的应用342

9.7　热光效应344

9.7.1　折射率随温度的变化345

9.7.2　二次谐波发生的非临界相位匹配345

9.8　纤维光学和集成光学346

9.8.1　光纤通信和光信号处理346

9.8.2　纤维光学348

9.8.3　集成光学350

附表353

参考书目356