凝聚态物理学丛书·典藏版：半导体物理学 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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李名復 著

图书标签:

• 凝聚态物理学
• 半导体物理学
• 物理学
• 材料科学
• 电子学
• 固体物理
• 典藏版
• 学术著作
• 高等教育
• 理工科

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030023971

版次：1

商品编码：12094425

包装：平装

丛书名： 凝聚态物理学丛书

开本：32开

出版时间：1991-02-01

用纸：胶版纸

页数：376

字数：316000

正文语种：中文

内容简介

　　《凝聚态物理学丛书·典藏版：半导体物理学》介绍近代半导体物理学中比较活跃的几个领域的基本成就和新的发展。
　　《凝聚态物理学丛书·典藏版：半导体物理学》共五章：第1章论述完整晶体的能带理论，其中包括LCAO方法，赝势方法，k·p方法和自旋轨道耦合；第二章论述半导体中的缺陷态，重点介绍深能级的理论和实验；第三章介绍半导体的光学性质，包括光吸收、激子、发光和拉曼散射；第四章论述半导体表面，重点讨论清洁的外表面；第五章简单介绍异质结、量子阱、超晶格及Hall效应。每章末尾均附有参考文献，书末还附有读者必备的基础知识和常用数据等三个附录。
　　《凝聚态物理学丛书·典藏版：半导体物理学》是一部大专院校半导体物理专业研究生和高年级学生的教科书，同时也是凝聚态物理及其他有关领域的科研人员及研究生的参考书。

内页插图

目录

序言

第一章 完整晶体的能带理论
§1．1 预备知识
§1．2 正交化平面波（OPW）和赝势（pseudopotential）方法
§1．3 赝势方法进一步讨论
1．3．1 密度泛函理论
1．3．2 自洽赝势计算和规范保持（norm-conserving）赝势
1．3．3 交换和关联作用局域密度近似（LDA）和准粒子
1．3．4 晶体系统总能量和结构参数
§1．4 紧束缚近似或原子轨道线性组合近似（LCAO）
§1．5 k·p方法及有效质量
§1．6 自旋轨道耦合和由此引起的简并态的分裂
参考文献

第二章 半导体中的缺陷态
§2．1 引言
§2．2 对具有点缺陷的非理想晶体中的电子态的一般讨论
§2．3 浅能级的有效质量近似（EMT）
§2．4 深能级的集团模型（cluster）方法、Koster-Slater格林函数方法和负U中心
§2．5 载流子通过深能级间接复合动力学
§2．6 利用瞬态方法研究缺陷能级
2．6．1 半导体结势垒区（空间电荷区）的瞬变分析
2．6．2 等温条件下的瞬态分析
2．6．3 深能级瞬态谱（DLTS）方法
§2．7 磁共振方法研究深能级（EPR，ENDOR和ODMR）
2．7．1 缺陷电子与磁场的相互作用
2．7．2 超精细作用
2．7．3 电子顺磁共振实验
2．7．4 g张量
2．7．5 双共振（ENDOR）
2．7．6 光测磁共振（ODMR）
§2．8 深能级对载流子的复合机构——多声子无辐射复合
参考文献

第三章 半导体的光学性质
§3．1 固体宏观光学响应函数
3．1．1 光的传播
3．1．2 光的反射
3．1．3 光的透射
3．1．4 Kramers-Kronig色散关系
§3．2 靠近吸收边的本征吸收
3．2．1 直接跃迁吸收边
3．2．2 非直接跃迁吸收边
§3．3 激子（excitons）和激子效应
3．3．1 激子
3．3．2 激子效应对直接跃迁吸收边谱的影响
3．3．3 激子效应对非直接跃迁吸收边谱的影响
S 3．4 高能量跃迁
3．4．1 联合态密度和临界点
3．4．2 反射谱
3．4．3 调制反射谱
§3．5 缺陷态对应的光电离谱
§3．6 自由载流子吸收
3．6．1 带内跃迁
3．6．2 带间跃迁
§3．7 晶格吸收
§3．8 光发射
3．8．1 光场态密度及有关定义
3．8．2 受激吸收和发射，自发发射
3．8．3 各种发光过程（弱的自发辐射）
3．8．4 光吸收和光发射之间的关系，推广的Van Roosbroeck Shockley关系，光放大（强的发射）
§3．9 光的非弹性散射——拉曼散射
3．9．1 有关名词和经典图象
3．9．2 拉曼散射的量子力学图象
3．9．3 共振拉曼散射
3．9．4 受激拉曼散射
3．9．5 极化激元
参考文献

第四章 半导体表面
§4．1 引言
§4．2 表面晶格结构
4．2．1 二维周期性
4．2．2 表面重构
§4．3 表面电子态
4．3．1 一般讨论
4．3．2 自洽赝势方法
4．3．3 LCAO方法
4．3．4 格林函数方法
§4．4 对表面重构的进一步讨论
4．4．1 Si{100}2×1表面
4．4．2 Si{111}2×1表面
4．4．3 Si{111}7×7表面
§4．5 表面的实验研究方法
4．5．1 综述
4．5．2 光电子谱（PS）
4．5．3 低能电子衍射（LEED）
参考文献

第五章 异质结，量子阱，超晶格和量子Hall效应
§5．1 异质结的能带失调
§5．2 量子阱
5．2．1 量子阱中的束缚量子态
5．2．2 量子阱中的能态密度
5．2．3 量子阱中光跃迁对应的光吸收和发射
§5．3 超晶格
5．3．1 一般概念
5．3．2 利用LCAO方法、有效质量方法和赝势方法对超晶格能带结构作进一步讨论
§5．4 量子Hall效应
参考文献

附录A 群论知识备忘录
附录B 光和电子相互作用的量子理论
附录C 半导体物理研究中常用数据和图表
附录的参考文献

后记

前言/序言

　　随着我国半导体研究工作日益深入的发展，我越来越感到十分需要有一部能切实有助于我国研究人员加强理论基础、提高科学水平的半导体物理书籍。为此，大约在十年前，我曾答应科学出版社的编辑，我将努力在半导体研究所讲课的基础上，尝试写出一部适应这种需要的专著。但是，由于我当时担负一定的行政工作，又必须花较多的精力才能把自己的研究工作抓起来，以致已经开始的讲课也停顿了下来，尝试写书的打算自然也就落空了，后来，我有幸看到李名復教授在中国科技大学研究生院的一部分半导体物理讲义，读后，它给我留下深刻的印象，我深感讲义中所写的题材和讲解的风格，都有不同于已出版的几种半导体物理教学用书的特色，更加切合研究工作的需要，我当时曾表示，希望这本讲义能够成书出版。
　　现在我高兴地看到，李名復教授已在他讲课的基础上，经过几年的努力，在繁重的教学和科研工作之余，完成了本书的写作。我认为该书最大的特色是着眼于当代半导体物理研究发展的前沿。书中各章包括了大部分近年来研究最活跃的领域。本书对各个领域中研究工作所依据的主要理论以及采用的研究方法，都作了相当全面、具体的介绍。鉴于半导体研究发展特别迅速的特点，李名後教授还尽力使全书内容能反映各领域的最新进展。
　　由于本书在相当广的面上，涉及许多深入的、专门的问题，所以不可能像一般教科书那样，对所有问题都作详尽的讲解。李名後教授为此特别提供了可以作进一步了解和钻研的文献。
　　我深切希望科学出版社能克服困难，使本书早日出版，我相信，该书的出版必将受到广大半导体研究人员的欢迎，并对我国培养青年科技人才和半导体事业的发展作出重要的贡献。

凝聚态物理学丛书·典藏版：量子霍尔效应与拓扑绝缘体 引言：探索物质世界的奇妙边界 凝聚态物理学是现代物理学中最活跃、最富创造力的前沿领域之一。它致力于理解宏观物质（如固体、液体、等离子体等）所展现出的集体行为和复杂性质，而这些性质往往无法仅凭单个原子或分子的性质来预测。在本卷《凝聚态物理学丛书·典藏版》中，我们聚焦于两个最具革命性的主题：量子霍尔效应和拓扑绝缘体。这两个概念不仅深刻地改变了我们对电子在周期性势场中行为的理解，更开辟了通往未来高性能电子器件和量子计算的全新途径。 本书旨在为研究生、科研人员以及对前沿凝聚态物理有浓厚兴趣的物理爱好者，提供一个全面、深入且严谨的论述。我们将从基础理论出发，层层递进，直至探讨当前研究的最尖端进展。 --- 第一部分：二维电子系统的奇迹——量子霍尔效应的深刻内涵 量子霍尔效应（Quantum Hall Effect, QHE）是凝聚态物理学中最引人注目的现象之一。它出现在极低温和极强磁场条件下，二维电子系统（2DES）的霍尔电导率呈现出精确的量子化平台，其数值仅依赖于基本物理常数。 第一章：基础背景与经典回顾 本章首先回顾了经典的霍尔效应，解释了洛伦兹力在电导率测量中的作用，并阐述了二维电子系统的构建方法，例如利用异质结或石墨烯作为物理平台。随后，我们将引入玻尔兹曼输运理论的局限性，为理解量子效应的出现做铺垫。 第二章：朗道能级与量子化 量子霍尔效应的物理核心在于电子在强磁场下形成的离散能级——朗道能级（Landau Levels, LLs）。本章将详细推导朗道能级的能量和简并度，并解释当费米能级落在能级之间时，系统电阻率为何趋于零，而霍尔电阻率表现出精确的量子化。我们深入分析了量子化常数 $e^2/h$ 的精确含义。 第三章：整数量子霍尔效应（IQHE） 整数量子霍尔效应（IQHE）的发现者是冯·克利青。本章将着重探讨 IQHE 的起源，即填充因子（filling factor）的概念。我们将引入拓扑不变量——陈数（Chern Number）——来解释量子化平台的存在。陈数作为一个拓扑不变量，保证了即使存在局部缺陷和杂质，量子化平台依然稳健不破，这是量子霍尔效应最深刻的物理意义之一。本章还将讨论边缘态的物理图像，即电流仅沿着样品边缘单向传输的现象。 第四章：分数量子霍尔效应（FQHE）的复杂世界 分数量子霍尔效应（FQHE）的出现将物理学的复杂性提升到了一个新的层次。当填充因子取分数（如 $1/3, 2/5$ 等）时，系统表现出更高的量子化平台。FQHE 的本质并非简单的电子填充，而是电子之间强烈的关联效应所致。本章将详细介绍卢辛杰-劳夫林波函数（Laughlin wavefunction），该波函数描述了一种全新的、具有分数电荷的准粒子激发态——分数量子霍尔液体。我们还将探讨涡旋、磁通量量子化以及任意子（Anyons）的统计特性，这些是理解拓扑量子计算的基石。 --- 第二部分：拓扑与对称性的交汇点——拓扑绝缘体导论 拓扑绝缘体（Topological Insulators, TIs）是继 QHE 之后，凝聚态物理领域出现的又一个里程碑。它们是“绝缘体外壳，导体内部”的奇特物质，其导电性由其内在的拓扑性质决定，而非传统的能带结构。 第五章：从固体能带理论到拓扑不变量 本章首先回顾了传统的能带理论，解释了绝缘体与金属的区分标准（带隙和能带填充）。随后，我们引入了拓扑概念，借鉴数学中的拓扑学思想，将拓扑不变量（如布里渊区的布洛赫波函数的拓扑特性）应用于晶体物理。 第六章：时间反演对称性与拓扑平庸性 拓扑绝缘体的存在依赖于特定的对称性。本章重点讨论时间反演对称性（Time-Reversal Symmetry, TRS）在确定物质拓扑状态中的核心作用。我们将介绍Z2不变量，这是区分拓扑平庸绝缘体和拓扑非平庸绝缘体（即拓扑绝缘体）的关键拓扑量子数。 第七章：二维拓扑绝缘体：狄拉克表面态的完美展现 二维拓扑绝缘体（也称为量子自旋霍尔效应，QSHE 物质）是理解拓扑概念的理想平台。本章将深入分析狄拉克表面态（Dirac Surface States）。我们解释了狄拉克锥的形成机制，并阐述了自旋轨道耦合（SOC）如何“翻转”能带结构，从而在拓扑学上保护了表面态。这些表面态具有自旋与动量锁定的特性，使得电子可以无散射地沿着边缘传输，实现零电阻的自旋电流。 第八章：三维拓扑绝缘体与拓扑材料家族 本章将研究三维拓扑绝缘体（3D TIs）。与二维系统不同，3D TI 的拓扑保护发生在整个表面的边界上。我们将详细讨论其特征——受时间反演保护的狄拉克表面态，并解释为何这些表面态无法被局域杂质散射。随后，本卷会介绍拓扑材料的更广泛家族，包括外尔半金属（Weyl Semimetals）和狄拉克半金属，这些材料具有零维（点）的拓扑简并点，代表了拓扑物理学的最新发展方向。 --- 结论：连接基础物理与未来技术 《凝聚态物理学丛书·典藏版：量子霍尔效应与拓扑绝缘体》的最后一章将总结 QHE 和 TIs 的深刻联系，揭示它们共同的拓扑起源。量子霍尔效应是一种在磁场下打破时间反演对称性的拓扑相，而拓扑绝缘体则是在时间反演对称性保护下的拓扑相。 本书的最终目标是激发读者深入思考：如何利用这些由拓扑保护的鲁棒电子态，设计出抗干扰、高效率的新型电子器件，特别是为实现拓扑量子计算奠定坚实的理论基础。本书的严谨性、广度及深度，确保了它成为凝聚态物理研究领域不可或缺的工具书。

评分☆☆☆☆☆

我买这本书的初衷，更多的是出于对“典藏版”三个字的兴趣，想着能入手一本物理学领域的经典著作，放在书架上，也算是一种品味的体现。拿到书后，精美的装帧和沉甸甸的分量，确实符合我对“典藏”的期待。虽然我的物理学功底并不扎实，甚至可以说有些薄弱，但每当我感到生活有些枯燥乏味，或者工作压力过大的时候，我就会随手翻开这本书，沉浸在那些严谨而优美的文字中。 我特别喜欢书中那些对概念的深入剖析，比如对“电子空穴对”的解释，它让我对半导体的导电机制有了更清晰的认识。即便我无法理解每一个公式背后的推导过程，但作者用通俗易懂的语言，将复杂的概念阐释得淋漓尽致。书中的插图和图表，更是帮助我直观地理解那些抽象的物理过程。这本书不仅仅是一本学术著作，更像是一扇通往科学殿堂的窗户，让我得以窥见物质世界的奥秘。

评分☆☆☆☆☆

我被《凝聚态物理学丛书·典藏版：半导体物理学》这个书名所吸引，尤其是“典藏版”这个标签，让我觉得这本书一定蕴含着该领域的经典知识和深刻见解。收到书后，它的装帧和纸质都给我留下了深刻的印象，散发着一种沉甸甸的学术气息。虽然我并非物理学专业出身，也鲜少有时间和精力去钻研那些高深的理论，但这本书记载的知识，却总能在不经意间触动我的思考。 我常常在工作之余，随手翻阅这本书，即便许多公式和定理我并不完全理解，但那些关于材料性质、电子行为以及物理现象的描述，总能让我对周围的世界产生新的认识。书中的一些插图和图表，虽然简洁，却能有效地帮助我理解那些抽象的概念。这本书更像是一本思想的宝库，它让我得以窥见科学家们是如何一步步揭开物质世界的神秘面纱，并从中获得启迪。

评分☆☆☆☆☆

这本《凝聚态物理学丛书·典藏版：半导体物理学》简直是固体物理世界的瑰宝，我当初买它的时候，纯粹是被“典藏版”这三个字吸引，想着能收一本经典著作在家中，也算是一种情怀。拿到手后，翻开扉页，那古朴的纸张质感和精美的装帧就让我爱不释手。虽然我并非物理学专业出身，但平日里对科学的奥秘总是充满了好奇。每次当我感到生活有些平淡，或者工作压力大的时候，我就会打开这本书，即使很多专业术语和公式我并不完全理解，但那种严谨的逻辑、深邃的思考，以及字里行间透露出的作者对科学的敬畏之心，总能让我感到一种精神上的洗礼。 书中那些关于晶格振动、电子能带结构的图解，虽然抽象，但却仿佛打开了一扇通往微观世界的大门。我常常会想象，那些肉眼看不见的原子是如何排列组合，又是如何影响着物质的宏观性质。我特别喜欢其中对材料学发展历史的梳理，它让我了解到，我们今天习以为常的许多电子产品，背后凝聚了多少代科学家的智慧和汗水，经历了多少次的失败与突破。这本书不仅仅是一本教科书，更像是一部科学史诗，讲述着人类如何一步步揭开物质世界的面纱。

评分☆☆☆☆☆

最近我一直在思考，究竟是什么让一些材料导电，而另一些则不导电？这本《凝聚态物理学丛书·典藏版：半导体物理学》中的内容，虽然我还没有完全吃透，但它无疑为我提供了全新的视角。书中的一些章节，详细阐述了电子在晶体中的运动规律，以及能带理论如何解释了不同材料的导电性能差异。我尤其对其中关于“禁带宽度”的概念印象深刻，它就像一道无形的门槛，决定了电子是否能获得足够的能量跃迁到导电带。 我尝试着将书中的理论与我日常生活中接触到的电子设备联系起来。比如，手机屏幕的触控原理，LED灯的发光机制，这些看似神奇的技术，背后都有着深厚的半导体物理学理论支持。虽然我无法进行复杂的计算，但仅仅是理解了这些基本原理，就让我对科技的发展充满了敬畏。这本书就像一个启蒙老师，它没有把所有东西都嚼碎了喂给我，而是提供了一个框架，让我自己去探索、去思考。

评分☆☆☆☆☆

选择这本书，纯粹是因为它属于“凝聚态物理学丛书·典藏版”系列，我一直对这个系列中的著作非常感兴趣，觉得它们代表了该领域内最经典的学术成果。拿到手后，厚重的纸张、考究的排版，以及封面设计所透露出的沉稳大气，都让我觉得物有所值。我个人并非物理学专业人士，平时也没有太多时间深入研究复杂的理论，但这并不妨碍我从这本书中汲取知识的养分。 我常常在夜深人静的时候，独自一人坐在书桌前，翻开这本书，虽然很多内容对我来说略显晦涩，但我依然能感受到作者对科学的严谨态度和深厚的学术造诣。书中那些关于材料特性、能带结构、以及各种物理现象的描述，总能激发我无穷的好奇心。我喜欢去想象，那些微观粒子是如何遵循着一定的规律，构成了我们赖以生存的宏观世界。这本书就像一位循循善诱的导师，引导着我一步步探索科学的奥秘。