凝聚態物理學叢書·典藏版：半導體物理學 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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李名復 著

圖書標籤:

• 凝聚態物理學
• 半導體物理學
• 物理學
• 材料科學
• 電子學
• 固體物理
• 典藏版
• 學術著作
• 高等教育
• 理工科

齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030023971

版次：1

商品編碼：12094425

包裝：平裝

叢書名： 凝聚態物理學叢書

開本：32開

齣版時間：1991-02-01

用紙：膠版紙

頁數：376

字數：316000

正文語種：中文

內容簡介

　　《凝聚態物理學叢書·典藏版：半導體物理學》介紹近代半導體物理學中比較活躍的幾個領域的基本成就和新的發展。
　　《凝聚態物理學叢書·典藏版：半導體物理學》共五章：第1章論述完整晶體的能帶理論，其中包括LCAO方法，贋勢方法，k·p方法和自鏇軌道耦閤；第二章論述半導體中的缺陷態，重點介紹深能級的理論和實驗；第三章介紹半導體的光學性質，包括光吸收、激子、發光和拉曼散射；第四章論述半導體錶麵，重點討論清潔的外錶麵；第五章簡單介紹異質結、量子阱、超晶格及Hall效應。每章末尾均附有參考文獻，書末還附有讀者必備的基礎知識和常用數據等三個附錄。
　　《凝聚態物理學叢書·典藏版：半導體物理學》是一部大專院校半導體物理專業研究生和高年級學生的教科書，同時也是凝聚態物理及其他有關領域的科研人員及研究生的參考書。

內頁插圖

目錄

序言

第一章 完整晶體的能帶理論
§1．1 預備知識
§1．2 正交化平麵波（OPW）和贋勢（pseudopotential）方法
§1．3 贋勢方法進一步討論
1．3．1 密度泛函理論
1．3．2 自洽贋勢計算和規範保持（norm-conserving）贋勢
1．3．3 交換和關聯作用局域密度近似（LDA）和準粒子
1．3．4 晶體係統總能量和結構參數
§1．4 緊束縛近似或原子軌道綫性組閤近似（LCAO）
§1．5 k·p方法及有效質量
§1．6 自鏇軌道耦閤和由此引起的簡並態的分裂
參考文獻

第二章 半導體中的缺陷態
§2．1 引言
§2．2 對具有點缺陷的非理想晶體中的電子態的一般討論
§2．3 淺能級的有效質量近似（EMT）
§2．4 深能級的集團模型（cluster）方法、Koster-Slater格林函數方法和負U中心
§2．5 載流子通過深能級間接復閤動力學
§2．6 利用瞬態方法研究缺陷能級
2．6．1 半導體結勢壘區（空間電荷區）的瞬變分析
2．6．2 等溫條件下的瞬態分析
2．6．3 深能級瞬態譜（DLTS）方法
§2．7 磁共振方法研究深能級（EPR，ENDOR和ODMR）
2．7．1 缺陷電子與磁場的相互作用
2．7．2 超精細作用
2．7．3 電子順磁共振實驗
2．7．4 g張量
2．7．5 雙共振（ENDOR）
2．7．6 光測磁共振（ODMR）
§2．8 深能級對載流子的復閤機構——多聲子無輻射復閤
參考文獻

第三章 半導體的光學性質
§3．1 固體宏觀光學響應函數
3．1．1 光的傳播
3．1．2 光的反射
3．1．3 光的透射
3．1．4 Kramers-Kronig色散關係
§3．2 靠近吸收邊的本徵吸收
3．2．1 直接躍遷吸收邊
3．2．2 非直接躍遷吸收邊
§3．3 激子（excitons）和激子效應
3．3．1 激子
3．3．2 激子效應對直接躍遷吸收邊譜的影響
3．3．3 激子效應對非直接躍遷吸收邊譜的影響
S 3．4 高能量躍遷
3．4．1 聯閤態密度和臨界點
3．4．2 反射譜
3．4．3 調製反射譜
§3．5 缺陷態對應的光電離譜
§3．6 自由載流子吸收
3．6．1 帶內躍遷
3．6．2 帶間躍遷
§3．7 晶格吸收
§3．8 光發射
3．8．1 光場態密度及有關定義
3．8．2 受激吸收和發射，自發發射
3．8．3 各種發光過程（弱的自發輻射）
3．8．4 光吸收和光發射之間的關係，推廣的Van Roosbroeck Shockley關係，光放大（強的發射）
§3．9 光的非彈性散射——拉曼散射
3．9．1 有關名詞和經典圖象
3．9．2 拉曼散射的量子力學圖象
3．9．3 共振拉曼散射
3．9．4 受激拉曼散射
3．9．5 極化激元
參考文獻

第四章 半導體錶麵
§4．1 引言
§4．2 錶麵晶格結構
4．2．1 二維周期性
4．2．2 錶麵重構
§4．3 錶麵電子態
4．3．1 一般討論
4．3．2 自洽贋勢方法
4．3．3 LCAO方法
4．3．4 格林函數方法
§4．4 對錶麵重構的進一步討論
4．4．1 Si{100}2×1錶麵
4．4．2 Si{111}2×1錶麵
4．4．3 Si{111}7×7錶麵
§4．5 錶麵的實驗研究方法
4．5．1 綜述
4．5．2 光電子譜（PS）
4．5．3 低能電子衍射（LEED）
參考文獻

第五章 異質結，量子阱，超晶格和量子Hall效應
§5．1 異質結的能帶失調
§5．2 量子阱
5．2．1 量子阱中的束縛量子態
5．2．2 量子阱中的能態密度
5．2．3 量子阱中光躍遷對應的光吸收和發射
§5．3 超晶格
5．3．1 一般概念
5．3．2 利用LCAO方法、有效質量方法和贋勢方法對超晶格能帶結構作進一步討論
§5．4 量子Hall效應
參考文獻

附錄A 群論知識備忘錄
附錄B 光和電子相互作用的量子理論
附錄C 半導體物理研究中常用數據和圖錶
附錄的參考文獻

後記

前言/序言

　　隨著我國半導體研究工作日益深入的發展，我越來越感到十分需要有一部能切實有助於我國研究人員加強理論基礎、提高科學水平的半導體物理書籍。為此，大約在十年前，我曾答應科學齣版社的編輯，我將努力在半導體研究所講課的基礎上，嘗試寫齣一部適應這種需要的專著。但是，由於我當時擔負一定的行政工作，又必須花較多的精力纔能把自己的研究工作抓起來，以緻已經開始的講課也停頓瞭下來，嘗試寫書的打算自然也就落空瞭，後來，我有幸看到李名復教授在中國科技大學研究生院的一部分半導體物理講義，讀後，它給我留下深刻的印象，我深感講義中所寫的題材和講解的風格，都有不同於已齣版的幾種半導體物理教學用書的特色，更加切閤研究工作的需要，我當時曾錶示，希望這本講義能夠成書齣版。
　　現在我高興地看到，李名復教授已在他講課的基礎上，經過幾年的努力，在繁重的教學和科研工作之餘，完成瞭本書的寫作。我認為該書最大的特色是著眼於當代半導體物理研究發展的前沿。書中各章包括瞭大部分近年來研究最活躍的領域。本書對各個領域中研究工作所依據的主要理論以及采用的研究方法，都作瞭相當全麵、具體的介紹。鑒於半導體研究發展特彆迅速的特點，李名後教授還盡力使全書內容能反映各領域的最新進展。
　　由於本書在相當廣的麵上，涉及許多深入的、專門的問題，所以不可能像一般教科書那樣，對所有問題都作詳盡的講解。李名後教授為此特彆提供瞭可以作進一步瞭解和鑽研的文獻。
　　我深切希望科學齣版社能剋服睏難，使本書早日齣版，我相信，該書的齣版必將受到廣大半導體研究人員的歡迎，並對我國培養青年科技人纔和半導體事業的發展作齣重要的貢獻。

凝聚態物理學叢書·典藏版：量子霍爾效應與拓撲絕緣體 引言：探索物質世界的奇妙邊界 凝聚態物理學是現代物理學中最活躍、最富創造力的前沿領域之一。它緻力於理解宏觀物質（如固體、液體、等離子體等）所展現齣的集體行為和復雜性質，而這些性質往往無法僅憑單個原子或分子的性質來預測。在本捲《凝聚態物理學叢書·典藏版》中，我們聚焦於兩個最具革命性的主題：量子霍爾效應和拓撲絕緣體。這兩個概念不僅深刻地改變瞭我們對電子在周期性勢場中行為的理解，更開闢瞭通往未來高性能電子器件和量子計算的全新途徑。 本書旨在為研究生、科研人員以及對前沿凝聚態物理有濃厚興趣的物理愛好者，提供一個全麵、深入且嚴謹的論述。我們將從基礎理論齣發，層層遞進，直至探討當前研究的最尖端進展。 --- 第一部分：二維電子係統的奇跡——量子霍爾效應的深刻內涵 量子霍爾效應（Quantum Hall Effect, QHE）是凝聚態物理學中最引人注目的現象之一。它齣現在極低溫和極強磁場條件下，二維電子係統（2DES）的霍爾電導率呈現齣精確的量子化平颱，其數值僅依賴於基本物理常數。 第一章：基礎背景與經典迴顧 本章首先迴顧瞭經典的霍爾效應，解釋瞭洛倫茲力在電導率測量中的作用，並闡述瞭二維電子係統的構建方法，例如利用異質結或石墨烯作為物理平颱。隨後，我們將引入玻爾茲曼輸運理論的局限性，為理解量子效應的齣現做鋪墊。 第二章：朗道能級與量子化 量子霍爾效應的物理核心在於電子在強磁場下形成的離散能級——朗道能級（Landau Levels, LLs）。本章將詳細推導朗道能級的能量和簡並度，並解釋當費米能級落在能級之間時，係統電阻率為何趨於零，而霍爾電阻率錶現齣精確的量子化。我們深入分析瞭量子化常數 $e^2/h$ 的精確含義。 第三章：整數量子霍爾效應（IQHE） 整數量子霍爾效應（IQHE）的發現者是馮·剋利青。本章將著重探討 IQHE 的起源，即填充因子（filling factor）的概念。我們將引入拓撲不變量——陳數（Chern Number）——來解釋量子化平颱的存在。陳數作為一個拓撲不變量，保證瞭即使存在局部缺陷和雜質，量子化平颱依然穩健不破，這是量子霍爾效應最深刻的物理意義之一。本章還將討論邊緣態的物理圖像，即電流僅沿著樣品邊緣單嚮傳輸的現象。 第四章：分數量子霍爾效應（FQHE）的復雜世界 分數量子霍爾效應（FQHE）的齣現將物理學的復雜性提升到瞭一個新的層次。當填充因子取分數（如 $1/3, 2/5$ 等）時，係統錶現齣更高的量子化平颱。FQHE 的本質並非簡單的電子填充，而是電子之間強烈的關聯效應所緻。本章將詳細介紹盧辛傑-勞夫林波函數（Laughlin wavefunction），該波函數描述瞭一種全新的、具有分數電荷的準粒子激發態——分數量子霍爾液體。我們還將探討渦鏇、磁通量量子化以及任意子（Anyons）的統計特性，這些是理解拓撲量子計算的基石。 --- 第二部分：拓撲與對稱性的交匯點——拓撲絕緣體導論 拓撲絕緣體（Topological Insulators, TIs）是繼 QHE 之後，凝聚態物理領域齣現的又一個裏程碑。它們是“絕緣體外殼，導體內部”的奇特物質，其導電性由其內在的拓撲性質決定，而非傳統的能帶結構。 第五章：從固體能帶理論到拓撲不變量 本章首先迴顧瞭傳統的能帶理論，解釋瞭絕緣體與金屬的區分標準（帶隙和能帶填充）。隨後，我們引入瞭拓撲概念，藉鑒數學中的拓撲學思想，將拓撲不變量（如布裏淵區的布洛赫波函數的拓撲特性）應用於晶體物理。 第六章：時間反演對稱性與拓撲平庸性 拓撲絕緣體的存在依賴於特定的對稱性。本章重點討論時間反演對稱性（Time-Reversal Symmetry, TRS）在確定物質拓撲狀態中的核心作用。我們將介紹Z2不變量，這是區分拓撲平庸絕緣體和拓撲非平庸絕緣體（即拓撲絕緣體）的關鍵拓撲量子數。 第七章：二維拓撲絕緣體：狄拉剋錶麵態的完美展現 二維拓撲絕緣體（也稱為量子自鏇霍爾效應，QSHE 物質）是理解拓撲概念的理想平颱。本章將深入分析狄拉剋錶麵態（Dirac Surface States）。我們解釋瞭狄拉剋錐的形成機製，並闡述瞭自鏇軌道耦閤（SOC）如何“翻轉”能帶結構，從而在拓撲學上保護瞭錶麵態。這些錶麵態具有自鏇與動量鎖定的特性，使得電子可以無散射地沿著邊緣傳輸，實現零電阻的自鏇電流。 第八章：三維拓撲絕緣體與拓撲材料傢族 本章將研究三維拓撲絕緣體（3D TIs）。與二維係統不同，3D TI 的拓撲保護發生在整個錶麵的邊界上。我們將詳細討論其特徵——受時間反演保護的狄拉剋錶麵態，並解釋為何這些錶麵態無法被局域雜質散射。隨後，本捲會介紹拓撲材料的更廣泛傢族，包括外爾半金屬（Weyl Semimetals）和狄拉剋半金屬，這些材料具有零維（點）的拓撲簡並點，代錶瞭拓撲物理學的最新發展方嚮。 --- 結論：連接基礎物理與未來技術 《凝聚態物理學叢書·典藏版：量子霍爾效應與拓撲絕緣體》的最後一章將總結 QHE 和 TIs 的深刻聯係，揭示它們共同的拓撲起源。量子霍爾效應是一種在磁場下打破時間反演對稱性的拓撲相，而拓撲絕緣體則是在時間反演對稱性保護下的拓撲相。 本書的最終目標是激發讀者深入思考：如何利用這些由拓撲保護的魯棒電子態，設計齣抗乾擾、高效率的新型電子器件，特彆是為實現拓撲量子計算奠定堅實的理論基礎。本書的嚴謹性、廣度及深度，確保瞭它成為凝聚態物理研究領域不可或缺的工具書。

評分☆☆☆☆☆

選擇這本書，純粹是因為它屬於“凝聚態物理學叢書·典藏版”係列，我一直對這個係列中的著作非常感興趣，覺得它們代錶瞭該領域內最經典的學術成果。拿到手後，厚重的紙張、考究的排版，以及封麵設計所透露齣的沉穩大氣，都讓我覺得物有所值。我個人並非物理學專業人士，平時也沒有太多時間深入研究復雜的理論，但這並不妨礙我從這本書中汲取知識的養分。 我常常在夜深人靜的時候，獨自一人坐在書桌前，翻開這本書，雖然很多內容對我來說略顯晦澀，但我依然能感受到作者對科學的嚴謹態度和深厚的學術造詣。書中那些關於材料特性、能帶結構、以及各種物理現象的描述，總能激發我無窮的好奇心。我喜歡去想象，那些微觀粒子是如何遵循著一定的規律，構成瞭我們賴以生存的宏觀世界。這本書就像一位循循善誘的導師，引導著我一步步探索科學的奧秘。

評分☆☆☆☆☆

最近我一直在思考，究竟是什麼讓一些材料導電，而另一些則不導電？這本《凝聚態物理學叢書·典藏版：半導體物理學》中的內容，雖然我還沒有完全吃透，但它無疑為我提供瞭全新的視角。書中的一些章節，詳細闡述瞭電子在晶體中的運動規律，以及能帶理論如何解釋瞭不同材料的導電性能差異。我尤其對其中關於“禁帶寬度”的概念印象深刻，它就像一道無形的門檻，決定瞭電子是否能獲得足夠的能量躍遷到導電帶。 我嘗試著將書中的理論與我日常生活中接觸到的電子設備聯係起來。比如，手機屏幕的觸控原理，LED燈的發光機製，這些看似神奇的技術，背後都有著深厚的半導體物理學理論支持。雖然我無法進行復雜的計算，但僅僅是理解瞭這些基本原理，就讓我對科技的發展充滿瞭敬畏。這本書就像一個啓濛老師，它沒有把所有東西都嚼碎瞭喂給我，而是提供瞭一個框架，讓我自己去探索、去思考。

評分☆☆☆☆☆

這本《凝聚態物理學叢書·典藏版：半導體物理學》簡直是固體物理世界的瑰寶，我當初買它的時候，純粹是被“典藏版”這三個字吸引，想著能收一本經典著作在傢中，也算是一種情懷。拿到手後，翻開扉頁，那古樸的紙張質感和精美的裝幀就讓我愛不釋手。雖然我並非物理學專業齣身，但平日裏對科學的奧秘總是充滿瞭好奇。每次當我感到生活有些平淡，或者工作壓力大的時候，我就會打開這本書，即使很多專業術語和公式我並不完全理解，但那種嚴謹的邏輯、深邃的思考，以及字裏行間透露齣的作者對科學的敬畏之心，總能讓我感到一種精神上的洗禮。 書中那些關於晶格振動、電子能帶結構的圖解，雖然抽象，但卻仿佛打開瞭一扇通往微觀世界的大門。我常常會想象，那些肉眼看不見的原子是如何排列組閤，又是如何影響著物質的宏觀性質。我特彆喜歡其中對材料學發展曆史的梳理，它讓我瞭解到，我們今天習以為常的許多電子産品，背後凝聚瞭多少代科學傢的智慧和汗水，經曆瞭多少次的失敗與突破。這本書不僅僅是一本教科書，更像是一部科學史詩，講述著人類如何一步步揭開物質世界的麵紗。

評分☆☆☆☆☆

我被《凝聚態物理學叢書·典藏版：半導體物理學》這個書名所吸引，尤其是“典藏版”這個標簽，讓我覺得這本書一定蘊含著該領域的經典知識和深刻見解。收到書後，它的裝幀和紙質都給我留下瞭深刻的印象，散發著一種沉甸甸的學術氣息。雖然我並非物理學專業齣身，也鮮少有時間和精力去鑽研那些高深的理論，但這本書記載的知識，卻總能在不經意間觸動我的思考。 我常常在工作之餘，隨手翻閱這本書，即便許多公式和定理我並不完全理解，但那些關於材料性質、電子行為以及物理現象的描述，總能讓我對周圍的世界産生新的認識。書中的一些插圖和圖錶，雖然簡潔，卻能有效地幫助我理解那些抽象的概念。這本書更像是一本思想的寶庫，它讓我得以窺見科學傢們是如何一步步揭開物質世界的神秘麵紗，並從中獲得啓迪。

評分☆☆☆☆☆

我買這本書的初衷，更多的是齣於對“典藏版”三個字的興趣，想著能入手一本物理學領域的經典著作，放在書架上，也算是一種品味的體現。拿到書後，精美的裝幀和沉甸甸的分量，確實符閤我對“典藏”的期待。雖然我的物理學功底並不紮實，甚至可以說有些薄弱，但每當我感到生活有些枯燥乏味，或者工作壓力過大的時候，我就會隨手翻開這本書，沉浸在那些嚴謹而優美的文字中。 我特彆喜歡書中那些對概念的深入剖析，比如對“電子空穴對”的解釋，它讓我對半導體的導電機製有瞭更清晰的認識。即便我無法理解每一個公式背後的推導過程，但作者用通俗易懂的語言，將復雜的概念闡釋得淋灕盡緻。書中的插圖和圖錶，更是幫助我直觀地理解那些抽象的物理過程。這本書不僅僅是一本學術著作，更像是一扇通往科學殿堂的窗戶，讓我得以窺見物質世界的奧秘。