電子材料與器件原理：上冊(理論篇) (加)卡薩普,汪宏 西安交通大學齣版社 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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[加] 卡薩普，汪宏 著

圖書標籤:

• 電子材料
• 半導體器件
• 材料科學
• 物理學
• 電子工程
• 固體物理
• 器件物理
• 高等教育
• 教材
• 卡薩普

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齣版社： 西安交通大學齣版社

ISBN：9787560531229

商品編碼：11878400326

包裝：平裝

齣版時間：2009-06-01

圖書基本信息
圖書名稱	電子材料與器件原理：上冊(理論篇)	作者	(加)卡薩普,汪宏
定價	40.00元	齣版社	西安交通大學齣版社
ISBN	9787560531229	齣版日期	2009-06-01
字數		頁碼
版次	1	裝幀	平裝
開本	16開	商品重量	0.522Kg

內容簡介

本書全麵而係統地闡述瞭電子材料與器件的基礎理論和各類功能材料與器件的原理和性能。全書分為上、下兩冊：上冊為理論篇，主要闡述電子材料與器件涉及的基礎理論，內容包括材料科學基礎概論、固體中的電導和熱導、量子物理基礎和現代固體理論；下冊為應用篇，主要討論各種功能材料與器件的原理與性能，內容包括半導體、半導體器件、電介質材料與絕緣、磁性與超導性、材料的光學特性等專題。 本書適閤作為高等院校電子科學與工程、電氣科學與工程、材料科學、應用物理、計算機、信息處理、自動控製等相關學科的高年級本科生或研究生的專業課程教材，也可作為相關領域的科學傢、工程師和高校師生的參考用書。

作者簡介

薩法·卡薩普是加拿大薩斯喀徹溫大學電氣工程係教授以及加拿大電子材料與器件首席科學傢。他於1976年、1978年和1983年在倫敦大學帝國理工學院分彆獲得學士、碩士和博士學位。1996年，他因對電氣工程中的材料科學的研究所做齣的貢獻獲得倫敦大學理學（工學）博士學位。他

目錄

譯者序 前言 上冊（理論篇） 第1章 材料科學的基本概念 1.1 原子結構和原子數 1.2 原子質量和摩爾 1.3 固體中的鍵及類型 1.3.1 分子和成鍵基本原理 1.3.2 共價鍵晶體：金剛石 1.3.3 金屬鍵：銅 1.3.4 離子鍵晶體：鹽 1.3.5 弱鍵 1.3.6 混閤鍵 1.4 分子動力學理論 1.4.1 平均動能和溫度 1.4.2 熱膨脹 1.5 分子速率與能量分布 1.6 熱，熱漲落與噪聲 1.7 熱激活過程 1.7.1 阿纍尼烏斯反應速率方程 1.7.2 原子擴散及其擴散係數 1.8 晶體結構 1.8.1 晶體的種類 1.8.2 晶嚮和晶麵 1.8.3 同素異形體和碳單質 1.9 晶體缺陷及其意義 1.9.1 點缺陷：空位和雜質 1.9.2 綫缺陷：刃位錯和螺位錯 1.9.3 麵缺陷：晶界 1.9.4 晶體錶麵和錶麵性質 1.9.5 化學計量、非化學計量和缺陷結構 1.10 單晶的切剋勞斯基生長法 1.11 玻璃和非晶態半導體 1.11.1 玻璃和非晶態固體 1.11.2 單晶矽和非晶矽 1.12 固溶體和二相固體 1.12.1 同構固溶體：同構閤金 1.12.2 相圖：Cu-Ni閤金和其他同構閤金 1.12.3 區熔提純和矽單晶的提純 1.12.4 二元低共熔相圖和Pb-Sn閤金 附加的專題 1.13 布拉維格子 術語解釋 習題 第2章 固體中的電導和熱導 2.1 經典理論：德魯德模型 2.1.1 金屬與電子電導 2.2 溫度與電阻率的關係：理想純金屬 2.3 馬希森定則與諾德海姆定則 2.3.1 馬希森定則與電阻溫度係數（α） 2.3.2 固溶體與諾德海姆定則 2.4 混閤物與多孔物質的電阻率 2.4.1 多相混閤物 2.4.2 兩相閤金（銀鎳閤金）電阻率與電接觸 2.5 霍爾效應與霍爾器件 2.6 熱導 2.6.1 熱導率 2.6.2 熱阻 2.7 非金屬的電導率 2.7.1 半導體 2.7.2 離子晶體與玻璃 附加的專題 2.8 趨膚效應：導體的高頻電阻 2.9 金屬薄膜 2.9.1 金屬薄膜中的電導 2.9.2 薄膜的電阻率 2.10 微電子器件中的互連 2.11 電遷移與布萊剋方程 術語解釋 習題 第3章 量子物理基礎 3.1 光子 3.1.1 光的波動性 3.1.2 光電效應 3.1.3 康普頓散射 3.1.4 黑體輻射 3.2 電子的波動性 3.2.1 德布羅意關係 3.2.2 定態薛定諤方程 3.3 無限深勢阱：束縛電子 3.4 海森伯測不準原理 3.5 隧道現象：量子泄露 3.6 勢能箱：三個量子數 3.7 類氫原子 3.7.1 電子波函數 3.7.2 量子化的電子能量 3.7.3 軌道角動量和空間量子化 3.7.4 電子自鏇和本徵角動量S 3.7.5 電子的磁偶極矩 3.7.6 總角動量 3.8 氦原子和元素周期錶 3.8.1 氦原子和泡利不相容原理 3.8.2 洪特規則 3.9 受激輻射與激光器 3.9.1 受激輻射與光子放大 3.9.2 氦-氖激光器 3.9.3 激光器輸齣光譜 附加的專題 3.10 光縴放大器 術語解釋 習題 第4章 現代固體理論 4.1 氫分子：分子軌道成鍵理論 4.2 固體能帶理論 4.2.1 能帶形成 4.2.2 能帶中電子的性質 4.3 半導體 4.4 電子有效質量 4.5 能帶中的狀態密度 4.6 統計：粒子體係 4.6.1 玻耳茲曼經典統計 4.6.2 費密-狄拉剋統計 4.7 金屬的量子理論 4.7.1 自由電子模型 4.7. 2金屬中的電導 4.8 費密能的意義 4.8.1 金屬-金屬接觸：接觸勢 4.8.2 塞貝剋效應和熱電偶 4.9 熱電子發射和真空管器件 4.9.1 熱電子發射：理查森-杜什曼方程 4.9.2 肖特基效應和場發射 4.10 聲子 4.10.1 簡諧振子和點陣波（格波） 4.10.2 德拜熱容 4.10.3 非金屬的熱傳導 4.10.4 電導率 附加的專題 4.11 金屬的能帶理論：晶體中的電子衍射 4.12 熱膨脹的格林愛森模型 術語解釋 習題

編輯推薦

文摘

序言

探索微觀世界的奧秘：電子材料與器件的前沿理論 在科技飛速發展的今天，電子材料與器件已成為現代工業的基石，驅動著信息技術、通信、能源、醫療等諸多領域的革新。理解這些微觀世界的物質基礎及其運作原理，是深入掌握前沿科技的關鍵。本書旨在係統性地闡述電子材料與器件的底層理論，為讀者構建一個堅實而全麵的知識框架，引領他們領略半導體物理、量子力學在電子器件中的應用，以及各類功能材料的獨特性能。 本書並非簡單羅列各種器件的參數或應用，而是深入剖析其背後支撐的物理學原理。我們從材料本身的微觀結構齣發，探討原子、分子如何排列，晶體結構如何影響電子的傳輸特性，以及這些微觀層麵的性質如何轉化為宏觀的器件功能。 第一部分：半導體物理的基礎理論 半導體是現代電子器件的靈魂。本部分將深入探討半導體材料的能帶理論。我們將從最基礎的原子模型入手，逐步構建齣周期性晶格中的電子能帶結構。這包括瞭價帶、導帶以及它們之間的禁帶。我們將詳細解釋不同半導體材料（如矽、鍺、砷化鎵等）的能帶結構特點，以及這些結構如何決定瞭它們的導電性。 接下來，我們將聚焦於載流子的産生與復閤。在純淨的半導體中，熱激發會産生電子-空穴對，但其導電性有限。真正的應用價值在於摻雜。本書將詳細闡述n型和p型半導體的形成機理，即通過引入施主或受主雜質，如何改變半導體的費米能級，從而大幅提高載流子的濃度，並控製載流子的類型。我們將深入分析平衡狀態下的載流子濃度分布，以及如何利用玻爾茲曼統計或更精確的費米-狄拉剋統計進行描述。 平衡狀態隻是開始，動態過程更是理解器件工作原理的關鍵。我們將詳細講解非平衡載流子的産生機製，例如光激發、電注入等。隨後，我們將深入分析載流子的漂移和擴散運動。漂移是由於電場作用導緻的定嚮運動，而擴散則是由於濃度梯度引起的隨機運動。這兩個基本過程的相互作用，構成瞭半導體中電流的本質。 此外，PN結的形成與特性是所有半導體器件的基礎。我們將詳細闡述PN結的形成過程，包括PN結勢壘的形成、空間電荷區以及內建電場。在此基礎上，我們將深入分析PN結在不同偏置（正偏、反偏、零偏）下的電流-電壓特性。正偏時，勢壘降低，載流子可以越過勢壘，形成正嚮電流；反偏時，勢壘增高，幾乎沒有載流子能夠越過勢壘，形成反嚮漏電流。我們將討論二極管的伏安特性麯綫，以及其在整流、開關等基本應用中的理論依據。 第二部分：核心電子器件的物理原理 在牢固掌握瞭半導體物理的基礎後，本部分將在此基礎上，深入剖析各類核心電子器件的工作原理。 1. 晶體二極管與齊納二極管： 除瞭基礎的PN結二極管，我們還將探討特殊類型的二極管。例如，晶體二極管，通過其獨特的結區設計，實現高頻下的優異性能。齊納二極管則利用瞭反嚮擊穿特性，在穩壓電路中發揮著不可替代的作用。我們將深入解析齊納擊穿和雪崩擊穿的物理機製，以及如何設計製造具有特定齊納電壓的器件。 2. 雙極型晶體管 (BJT)： BJT是電子放大和開關電路的基石。本書將詳細闡述BJT的結構，通常為PNP或NPN結構，以及其三個電極：基極（Base）、發射極（Emitter）和集電極（Collector）。我們將深入分析載流子在BJT中的傳輸過程，包括電子和空穴在不同區域的注入、擴散、復閤以及收集。我們將詳細推導BJT的電流增益（β）和跨導（gm）等關鍵參數，解釋其放大作用的物理根源。同時，我們將分析BJT在不同工作區（截止區、放大區、飽和區）的特性，以及其作為開關器件的原理。 3. 場效應晶體管 (FET)： FET是現代集成電路中應用最廣泛的器件之一，其特點是具有高輸入阻抗。我們將深入介紹MOSFET（金屬-氧化物-半導體場效應晶體管）和JFET（結型場效應晶體管）。 對於MOSFET，我們將詳細解析其結構，包括溝道（Channel）、柵極（Gate）、源極（Source）和漏極（Drain）。重點將放在柵氧化層的介電特性以及柵電壓如何通過電場效應來控製溝道的導電性。我們將討論耗盡型和增強型MOSFET的構建，以及它們在不同偏置下的I-V特性麯綫。電容效應在MOSFET的工作中至關重要，我們將深入分析柵極-溝道電容、柵極-漏極電容等寄生電容，以及它們對器件性能的影響。 對於JFET，我們將解析其PN結的形成以及結電壓如何控製溝道的寬度，進而調節漏極電流。我們將比較MOSFET和JFET在結構、工作原理和性能上的異同，以及它們各自適用的應用場景。 4. 場控器件的其他類型： 除瞭BJT和FET，本書還將簡要介紹其他重要的場控器件，例如IGBT（絕緣柵雙極型晶體管），它結閤瞭BJT的電流承受能力和MOSFET的驅動優點，在電力電子領域應用廣泛。 第三部分：新型電子材料與器件的理論基礎 隨著科技的進步，對電子材料與器件的性能要求日益提高，新型材料的研發和應用成為熱點。本部分將介紹一些前沿領域的理論基礎。 1. 寬禁帶半導體材料： 傳統的矽基半導體在高溫、高壓、高頻等極端工作環境下性能受限。寬禁帶半導體材料，如碳化矽（SiC）、氮化鎵（GaN）等，因其優異的耐高溫、耐高壓、高頻以及抗輻射能力，在電力電子、射頻通信等領域展現齣巨大的潛力。我們將探討這些材料獨特的晶體結構、能帶結構以及載流子輸運特性，並簡要介紹基於這些材料的器件，例如SiC肖特基二極管、GaN HEMT（高電子遷移率晶體管）等。 2. 光電子材料與器件： 光電轉換是現代信息技術不可或缺的一環。我們將探討發光二極管（LED）和激光二極管（LD）的發光機理，包括電子-空穴復閤過程中能量的釋放形式（光子）。我們將討論不同半導體材料的發光顔色與能帶結構的關係，以及如何通過量子阱結構來提高發光效率。同時，我們將介紹光電探測器，如PIN光電二極管和雪崩光電二極管（APD）的工作原理，以及它們如何將光信號轉化為電信號。 3. 納米電子材料與器件： 納米科技的飛速發展為電子器件帶來瞭新的機遇。我們將簡要介紹納米綫、量子點等納米材料的獨特物理性質，以及它們在未來高性能、低功耗電子器件中的潛在應用。納米尺度下，量子效應和錶麵效應變得尤為重要，我們將探討這些因素如何影響納米材料的電子和光學性質。 4. 鐵電、壓電與熱電材料： 這些功能材料具有特殊的電學、機械或熱學耦閤效應，在傳感器、執行器、能量收集等領域具有廣泛的應用。我們將簡要介紹鐵電材料的極化行為、壓電材料的應力-電荷轉換以及熱電材料的塞貝剋效應和帕爾帖效應等基本原理，並展示它們在微納機電係統（MEMS/NEMS）和熱電轉換器件中的應用前景。 本書旨在通過對這些基礎理論的深入闡述，幫助讀者建立起對電子材料與器件的係統性認知。我們希望通過嚴謹的理論推導和清晰的邏輯梳理，讓讀者不僅能夠理解現有器件的工作原理，更能激發他們對未來新型材料和器件的探索熱情。本書適閤高等院校電子工程、微電子學、材料科學等相關專業的學生，以及從事電子材料與器件研發的科研人員和工程師閱讀。通過學習本書，您將能夠更深刻地理解科技進步的底層驅動力，為您的學術研究或職業生涯奠定堅實的基礎。

評分☆☆☆☆☆

翻開這本書，我仿佛置身於一個精密的科學殿堂。它不像一些教科書那樣，僅僅羅列公式和定理，而是更注重概念的引入和邏輯的梳理。在探討諸如MOSFET等關鍵器件時，作者沒有急於給齣復雜的模型參數，而是循序漸進地分析瞭其結構、工作原理以及影響其性能的關鍵因素。我特彆喜歡書中對載流子輸運機製的深入剖析，無論是擴散還是漂移，都通過生動的類比和詳細的圖示，讓抽象的物理過程變得觸手可及。這對於我理解器件的動態特性，例如瞬態響應和頻率特性，提供瞭非常重要的理論支撐。書中對於新材料在電子器件中的應用也進行瞭前瞻性的介紹，這讓我看到瞭電子技術發展的無限可能，也拓寬瞭我的知識視野。雖然某些章節的深度需要反復研讀纔能完全消化，但這恰恰體現瞭本書內容的豐富性和嚴謹性，它鼓勵讀者積極思考，而不是被動接受。

評分☆☆☆☆☆

這部著作的理論深度和廣度令人贊嘆，它無疑是電子材料與器件領域的經典之作。作者在梳理龐雜的知識體係時，展現瞭深厚的學術功底和卓越的教學智慧。從量子力學基礎下的能帶理論，到半導體摻雜的精細調控，再到各種新型半導體材料的特性分析，都闡述得淋灕盡緻。我尤其欣賞書中在講解器件物理特性時，所采用的嚴謹而又不失啓發性的方法。例如，在分析CMOS器件的亞閾值區行為時，作者不僅給齣瞭詳細的公式推導，還對其背後的物理機製進行瞭深刻的解讀，這使得我對器件的功耗和開關速度等關鍵性能參數有瞭更全麵的認識。書中對於可靠性理論的介紹也讓我受益匪淺，它讓我認識到，除瞭器件的功能性，其長期穩定運行的能力同樣是衡量器件優劣的重要標準。總的來說，這本書是一本集理論性、係統性和前瞻性於一體的優秀教材，非常適閤有誌於深入研究電子材料與器件領域的專業人士。

評分☆☆☆☆☆

初次接觸這本書，我便被其獨特的講解風格所吸引。它不像我之前讀過的很多技術書籍那樣，上來就是大段的公式和圖錶，而是更注重從宏觀到微觀，循序漸進地引導讀者進入電子材料與器件的世界。在介紹半導體材料的電學特性時，作者運用瞭大量的類比和實例，將那些枯燥的物理概念變得生動有趣。例如，在解釋空穴的形成和運動時，作者用“社交網絡”的比喻來形象地說明，讓初學者也能輕鬆理解。書中對於各種半導體器件的工作原理也進行瞭詳細的闡述，從最基本的二極管，到復雜的微處理器中的晶體管，都描繪得栩栩如生。我尤其喜歡書中對不同工藝流程的介紹，它讓我看到瞭電子器件是如何從理論走嚮現實的，這讓我對電子製造的復雜性和精妙性有瞭更深的認識。這本書不僅是一本教科書，更像是一本引人入勝的科普讀物，讓我對這個充滿魅力的領域産生瞭濃厚的興趣。

評分☆☆☆☆☆

這本書給我的感覺就像一位經驗豐富的導師，耐心而又細緻地為我指引前進的方嚮。在學習過程中，我時常會遇到一些似懂非懂的概念，但每當我翻閱這本書時，總能在其中找到清晰的解答。作者在講解復雜理論時，往往會先從一個簡化的模型入手，然後逐步引入更多的因素，最終達到對真實世界器件行為的精確描述。這種“由簡入繁”的教學方法，極大地降低瞭學習的難度，讓我能夠更輕鬆地掌握那些抽象的物理原理。我印象特彆深刻的是關於熱擊穿和電遷移等可靠性問題的討論，作者不僅分析瞭這些現象的物理機理，還給齣瞭相應的防護措施，這讓我認識到，在追求高性能的同時，保障器件的長期穩定性也同樣重要。這本書的齣版，無疑為電子材料與器件的研究和教育領域貢獻瞭一份寶貴的財富，它將激勵更多人投身於這個充滿挑戰和機遇的領域。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計簡潔大氣，給人一種嚴謹紮實的學術氛圍。拿到書的第一感覺就是它的分量，厚重的一本書，預示著內容的深度和廣度。目錄一覽，便能感受到編著者在知識體係構建上的用心。從基礎的半導體物理，到復雜的半導體器件特性，再到集成電路的設計理念，脈絡清晰，層層遞進。尤其讓我印象深刻的是，作者在講解每一個概念時，都力求深入淺齣，避免瞭枯燥的數學推導而過多地強調物理直觀理解。例如，在介紹PN結形成機理時，作者不僅給齣瞭能量帶圖的分析，還輔以瞭電場和勢壘的形象化描述，這對於初學者來說無疑是巨大的幫助，能夠快速建立起對PN結行為的初步認知，為後續更深入的學習打下堅實的基礎。書中穿插的若乾實例分析，更是將理論與實際應用緊密結閤，讓我看到瞭那些抽象的理論是如何在現實世界的電子器件中發揮作用的。總而言之，這本書為我打開瞭通往電子世界的大門，讓我對電子材料與器件的奧秘有瞭初步卻深刻的認識。