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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 7

1.5.1 固体中的缺陷 7

1.5.2 固体中的杂质 8

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 13

2.2.1 波动方程 13

2.2.2 波动方程的物理意义 14

2.2.3 边界条件 15

2.3 薛定谔波动方程的应用实例 15

2.3.1 自由空间中电子 15

2.3.2 无限深势阱 17

2.3.3 阶跃位函数 19

2.3.4 势垒 21

2.4 原子的波动理论 22

2.4.1 单电子原子 22

2.4.2 周期表 24

习题二 25

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 35

3.2 固体的导电性、有效质量和空穴 36

3.2.1 能带和键的模型 36

3.2.2 晶体中电子运动的速度和加速度 37

3.2.3 有效质量和空穴 38

3.2.4 满带和部分填充的能带 39

3.2.5 金属、绝缘体和半导体 40

3.2.6 一维概念的三维扩展 41

3.3 半导体中载流子 43

3.3.1 态密度函数 43

3.3.2 费米分布函数 46

3.3.3 半导体中的载流子 47

3.3.4 半导体的连续性方程 53

3.4 金属中的自由电子 55

3.4.1 电子气的能量状态和费米能量 55

3.4.2 电阻率和温度的关系 56

3.4.3 导电、电阻合金材料 58

3.5 半导体材料 59

3.5.1 Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体 59

3.5.2 Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体 60

3.5.3 非晶态半导体 60

3.5.4 有机半导体 61

3.6 几种固态电子的体效应 62

3.6.1 磁电效应 62

3.6.2 热电效应 63

3.6.3 耿氏(Gunn)效应 64

3.7 固态电子能谱 66

3.7.1 电子、光子、离子同固体相互作用概貌 66

3.7.2 俄歇电子能谱(AES) 67

3.7.3 X 射线光电子能谱(XPS) 67

习题三 68

第四章 半导体器件原理 71

4.1 pn 结特性概述 71

4.1.1 平衡 pn 结 71

4.1.2 整流特性 75

4.1.3 电容特性 79

4.1.4 击穿特性 81

4.2 pn 结二极管 81

4.2.1 变容二极管(varactor) 82

4.2.2 开关二极管 84

4.2.3 隧道二极管 86

4.2.4 雪崩二极管 88

4.3 双极型晶体管 89

4.3.1 晶体管的基本结构和工作原理 89

4.3.2 晶体管的放大作用 91

4.3.3 电流—电压特性 93

4.3.4 击穿电压与穿通电压 95

4.3.5 频率特性 95

4.3.6 开关特性 97

4.3.7 晶体管噪声 98

4.4 金属—半导体接触和肖特基势垒二极管 99

4.4.1 理想肖特基势垒 99

4.4.2 表面态和界面层对接触势垒的影响 100

4.4.3 肖特基势垒的 I-V 特性 101

4.4.4 肖特基势垒二极管 104

4.4.5 欧姆接触 105

4.5 场效应晶体管(FET) 107

4.5.1 JFET 107

4.5.2 MOSFET 109

4.5.3 MESFET 112

4.6 异质结及其器件 113

4.6.1 异质结的材料 113

4.6.2 异质结的能带结构 114

4.6.3 异质结特性 114

4.6.4 异质结的电流输运机构 116

4.6.5 异质结中二维电子气和超晶格 117

4.6.6 HBT 和 MODFET 119

4.7 半导体集成器件和微细加工技术 120

4.7.1 集成电路的构成 121

4.7.2 微细加工技术 123

4.7.3 集成器件发展的主要极限 126

习题四 127

第五章 光电子学和光电子器件 130

5.1 固体的光吸收 130

5.1.1 光吸收系数 130

5.1.2 光吸收过程 132

5.1.3 电子—空穴对产生速率 133

5.2 pn 结光生伏特效应和太阳电池 133

5.2.1 基本原理 133

5.2.2 光电池的 I-V 特性 134

5.2.3 太阳电池的光电转换效率 135

5.2.4 非均匀吸收效应 136

5.2.5 新结构 Si 太阳电池 136

5.2.6 异质结肖特基势垒和 MIS 太阳电池 137

5.2.7 薄膜太阳电池 138

5.3 非增益型半导体光电探测器 139

5.3.1 基本原理 139

5.3.2 主要参数 140

5.3.3 PIN 光电二极管 142

5.3.4 肖特基势垒光电二极管 143

5.3.5 光电导探测器件 144

5.4 增益型和异质结半导体光电探测器 145

5.4.1 雪崩光电二极管(APD) 145

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 148

5.4.3 异质结雪崩光电二极管 149

5.4.4 光晶体管 150

5.5 固体的光发射 151

5.5.1 发光过程中的激发 151

5.5.2 基本跃迁类型 152

5.5.3 发光效率 153

5.5.4 材料 154

5.6 发光二极管(LED) 154

5.6.1 发光效率与量子效率 154

5.6.2 LED 材料 156

5.6.3 LED 的结构和性能 157

5.6.4 LED 的应用 159

5.7 半导体激光器(LD) 159

5.7.1 半导体受激光发射的产生 160

5.7.2 半导体激光器的主要特性 164

5.7.3 异质结激光器 166

5.7.4 分布反馈式(DFB)半导体激光器 169

5.7.5 新型器件 170

习题五 172

第六章 磁电子学 175

6.1 原子磁矩 176

6.1.1 单电子原子的磁矩 176

6.1.2 多电子原子的磁矩 177

6.1.3 洪德(Hund)定则 178

6.2 逆磁性和顺磁性 179

6.2.1 半经典理论 179

6.2.2 稀土族和铁族离子的顺磁性 180

6.2.3 金属的逆磁性和顺磁性 181

6.3 铁磁质 182

6.3.1 铁磁质的宏观特性 182

6.3.2 外斯(Weiss)分子场理论 183

6.3.3 铁磁性的起源 184

6.4 反铁磁质和亚铁磁质 187

6.4.1 反铁磁性的奈尔(Neel)理论 187

6.4.2 亚铁磁性和铁氧体 188

6.5 铁磁体的磁畴理论 189

6.5.1 铁磁体的各种相互作用能 190

6.5.2 磁畴的形成 192

6.5.3 单畴颗粒 192

6.5.4 磁泡畴 193

6.6 动态磁化过程和磁共振 194

6.6.1 磁化的时间效应和复数磁导率 194

6.6.2 旋磁性和铁磁共振 195

6.6.3 动态磁化过程中的损耗 198

6.7 磁性元器件 200

6.7.1 微波器件 200

6.7.2 磁性记忆器件 201

6.7.3 磁记录 203

6.8 磁性材料 204

6.8.1 软磁材料 204

6.8.2 永磁材料 205

6.8.3 矩磁、磁记录和磁头材料 206

6.8.4 旋磁材料 207

6.8.5 非晶磁性材料 207

第七章 超导电子学和纳米技术 208

7.1 超导的基本特性 208

7.1.1 完全导电性 208

7.1.2 完全逆磁性 209

7.1.3 临界磁场 Hc 和临界电流 Ic 209

7.2 二流体模型 211

7.3 伦敦方程 213

7.4 超导 BCS 理论的物理图像 214

7.4.1 库柏电子对 214

7.4.2 能隙 215

7.4.3 超导 BCS 理论的要点 215

7.5 超导结的隧道效应和约瑟夫逊效应 216

7.5.1 超导体单电子隧道效应 216

7.5.2 约瑟夫逊效应 218

7.6 超导电子器件 223

7.6.1 超导器件的优点 223

7.6.2 二端超导器件 223

7.6.3 超导量子干涉器件 224

7.6.4 超导结型晶体管 227

7.6.5 超导场效应晶体管 229

7.7 高 Tc 氧化物超导性和材料 230

7.8 纳米科学技术(Nano-ST)的基本概念 231

7.8.1 纳米材料 232

7.8.2 纳米结构 234

7.8.3 纳米半导体 235

7.8.4 纳米微粒的基本理论 237

7.8.5 纳米功能器件 241

第八章 电介质电子学 247

8.1 电介质极化 247

8.1.1 极化的宏观现象 247

8.1.2 极化的基本形式 249

8.1.3 内电场 250

8.1.4 介电常数与极化率的关系 252

8.2 电介质损耗与色散 253

8.2.1 电介质损耗的参数 253

8.2.2 弛豫损耗及介电谱 255

8.2.3 谐振极化及色散 259

8.3 电介质电导和击穿 261

8.3.1 电介质中的导电现象 261

8.3.2 离子导电 262

8.3.3 电子导电 263

8.3.4 本征击穿 266

8.3.5 热击穿和放电击穿 267

8.4 电介质材料和应用 267

8.4.1 单晶、玻璃和陶瓷电介质材料 267

8.4.2 聚合物电介质材料 269

8.4.3 电介质的应用 272

8.5 压电性 273

8.5.1 压电效应 273

8.5.2 压电方程组和特性参数 274

8.5.3 压电材料及其应用 276

8.6 热电性 278

8.6.1 热电效应 278

8.6.2 热电方程组和特性参数 278

8.6.3 热电材料及其应用 279

8.7 铁电性 281

8.7.1 铁电现象 281

8.7.2 铁电理论 283

8.7.3 铁电材料及其应用 286

8.8 驻电性 288

8.8.1 驻电现象 288

8.8.2 驻电体形成方法 288

8.8.3 驻电体材料及其应用 289

第九章 电介质中的电、光、声效应 291

9.1 光波在电介质中的传播 291

9.1.1 麦克斯韦(Maxwell)方程 291

9.1.2 折射率和双折射 292

9.1.3 单轴晶体和双轴晶体 293

9.1.4 衰减与色散 294

9.2 光导波现象 295

9.2.1 光波导中的内全反射 295

9.2.2 光导波模 296

9.2.3 消逝波 297

9.3 声波在固体中的传播 298

9.3.1 体声波 298

9.3.2 表面声波 302

9.4 电声效应 304

9.4.1 声波在压电半导体中的传播 304

9.4.2 声放大 306

9.5 声光效应 307

9.5.1 声波对光的衍射 307

9.5.2 声光调制和声光偏转 309

9.6 电光效应 311

9.6.1 电光效应 311

9.6.2 电光效应的应用 311

9.7 热光效应 314

9.7.1 折射率随温度的变化 314

9.7.2 二次谐波发生的非临界相位匹配 315

9.8 纤维光学和集成光学 316

9.8.1 光纤通信和光信号处理 316

9.8.2 纤维光学 317

9.8.3 集成光学 320

附表 322

参考书目 325