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电子工业在近代科技中佔有非常重要的地位，电子工业的基础即为电子元件，而电子元件就是从固态物理发展出来的。本书从基本的固态物理出发，介绍电子元件和积体电路的原理和应用，着重在建立固态物理和电子工程的关联，同时也强调从固态物理发展出来的能带理论是可以应用到包括金属、半导体和绝缘体等所有固态材料。

晶体管的奥秘：现代电子学的基石 本书深入探讨了现代电子学赖以建立的物理基础——半导体器件。它并非关注固态材料的宏观特性或集成电路的设计，而是聚焦于构成一切电子设备核心的微观世界及其工作原理。全书以严谨的物理学视角，构建了一个从量子力学基础到实际器件特性的完整知识体系。 第一部分：半导体物理学基础 本部分为理解后续器件工作机制奠定坚实的理论基础。我们从能带理论开始，详细阐述了晶体结构如何影响电子的能级分布，区分了导体、绝缘体与半导体的本质差异。重点分析了有效质量的概念，解释了电子和空穴在晶格中运动时的动力学行为。 随后，深入探讨了载流子的输运现象。不同于经典物理学，本章引入了漂移电流和扩散电流的概念，利用玻尔兹曼输运方程的简化形式，推导了欧姆定律在半导体中的微观起源。我们详细分析了电场和浓度梯度如何驱动载流子运动，并介绍了迁移率这一关键参数的温度和杂质浓度依赖性。 掺杂与平衡态是理解半导体工程的关键。本章详细介绍了施主和受主杂质的引入如何精确调控半导体的导电类型（N型和P型）。通过求解准费米能级在不同掺杂区域的分布，我们构建了热平衡条件下的载流子浓度模型，阐明了本征载流子浓度与温度之间的指数关系。 第二部分：关键电子结构与界面物理 本部分聚焦于半导体中最重要的物理界面——PN结的形成与行为。从宏观的电势势垒概念出发，逐步深入到微观的空间电荷区的形成机制。详细分析了平衡态下的内建电场强度和势垒高度的计算方法，这直接决定了二极管的开启电压。 随后，本书详尽考察了PN结在外部偏压下的动态特性。扩散电流和漂移电流在不同偏置状态下的相对贡献被精确量化。我们推导了著名的理想二极管方程，并讨论了实际器件中由于载流子复合、基区宽度调制等因素导致的偏离理想情况的因素，例如击穿现象的物理机制（雪崩击穿与齐纳击穿）。 金属-半导体接触作为构建欧姆接触或肖特基势垒的基础，占据了重要篇幅。通过分析费米能级的对准，区分了理想的欧姆接触和具有整流特性的肖特基接触，并探讨了如何通过表面处理或栅极工程来优化接触电阻。 第三部分：核心半导体器件的工作原理 本部分将前两部分的物理知识应用于分析具有实际功能的器件。 双极性晶体管（BJT）的分析是本章的重点。我们将其视为两个背靠背的PN结，详细剖析了基区、集电结和发射结在不同工作区（截止、放大、饱和）下的状态。通过对载流子在基区中扩散和复合的精确建模，导出了电流传输系数和共射极电流放大系数 $eta$。最后，讨论了晶体管的频率响应特性及其对寄生电容的敏感性。 场效应晶体管（FET），特别是MOSFET的机制，以其在集成电路中的主导地位被深入解析。本书首先从金属-氧化物-半导体（MOS）结构的电容特性入手，分析了平带、耗尽、反型三种工作状态的形成过程，并精确计算了阈值电压的物理来源。随后，转入沟道导电机制，推导了在线性区和饱和区的输出特性曲线，强调了“平方律”的物理基础。我们还讨论了短沟道效应的早期影响，例如亚阈值导电和沟道长度调制。 第四部分：光电器件与新兴概念 本部分拓展视野，讨论了利用半导体光电效应的器件。 光电导性与光伏效应：详细阐述了光子吸收如何产生电子-空穴对，以及在外加电场或内建电场（如PN结）作用下如何收集这些载流子，构建了光敏电阻和太阳能电池的基本工作模型。 发光二极管（LED）与激光器：聚焦于复合机制，分析了辐射复合和非辐射复合的竞争，解释了LED的发光效率来源。对于激光器，则侧重于粒子数反转和受激辐射的物理条件，而非复杂的腔体光学设计。 全书的叙事逻辑始终围绕载流子浓度、电势分布和能带弯曲这三大核心物理量展开，旨在让读者深刻理解任何半导体器件的行为都源于这些微观物理现象的宏观表现。本书力求严谨而详尽，为有志于深入研究半导体器件物理和未来电子技术发展奠定坚实的理论功底。

作者简介

李雅明

　　1943年生，台湾大学物理系学士，美国马利兰大学固态物理学博士。曾先后任清华大学物理系、材料科学系副教授，美国休斯研究所（Hughes Research Laboratories）计画经理，美国凯斯西方储备大学（Case Western Reserve University）电机与应用物理系正教授，清华大学电机系正教授。在清华大学，曾任电子工程研究所所长，出版社社长，现为清华大学荣誉教授。除科技专业论文外，着有：以海外保钓运动为背景的长篇小说《惑》（中央日报社，1986年）、《固态电子学》（全华科技，1995年）、《半导体的故事》（新新闻，1999年）、《我看基督教：一个知识份子的省思》（桂冠图书公司，2006年）、《科学与宗教：400年来的冲突、挑战和展望》（五南图书公司，2008年，入围「第33届金鼎奖」）、《出埃及：历史还是神话？》（五南图书公司，2010年）、《从半导体看世界》（天下远见，2012年）、《半导体的故事：发展与现况》（暖暖书屋，2013年）、主编《管惟炎口述历史回忆录》（国立清华大学出版社，2004年），以及翻译《IC如何创新》（天下文化，2000年）。

第一章　导　论
1.1　前言
1.2　晶体结构
1.2.1　晶向与晶面
1.2.2　晶格种类
1.3　晶体的结合
1.4　电子的波性

第二章　薛丁格方程式
2.l　导论
2.2　自由电子
2.3　位能井中的电子
2.4　穿隧效应
2.5　在晶体週期性电场中的电子

第三章　晶体的能带理论
3.1　电子能量与波矢的关系
3.2　倒晶格
3.3　布拉格绕射
3.4　维格纳—赛兹胞
3.5　布里渊区
3.6　能带结构
3.7　等能位曲线与表面
3.8　费米—狄拉克分布函数
3.9　能位密度
3.10　金属、绝缘体与半导体
3.11　有效质量

第四章　晶格振动
4.1　一维单原子链
4.2　一维双原子链
4.3　晶格振动的量子化与声子

第五章　金属的电学性质
5.1　导论
5.2　电导的经典理论
5.3　电导的量子理论
5.4　金属与合金的电导现象
5.4.1　金属
5.4.2　合金

第六章　半导体
6.1　本征半导体
6.2　杂质半导体
6.2.1　施主与受主
6.2.2　载子数目与温度的关系
6.2.3　电导率
6.3　载子散射
6.4　能带结构与有效质量
6.5　化合物半导体

第七章　绝缘体
7.1　导论
7.2　离子电导
7.3　介电性质
7.4　非线性介电质
7.5　非晶态材料

第八章　光学性质
8.1　电磁波的传播
8.1.1　折射率
8.1.2　电磁波方程式
8.2　光学性质的原子理论
8.2.1　光波在介电质中的传播
8.2.2　光波在导体中的传播
8.3　光学性质的量子理论
8.3.1　光吸收所引起的能带间电子跃迁
8.3.2　光吸收所引起的能带内电子跃迁
8.3.3　色散关系

第九章　磁学性质
9.1　磁学参数
9.2　抗磁性
9.3　顺磁性
9.3.1　轨矩顺磁性
9.3.2　电子自旋顺磁性
9.4　铁磁性
9.4.1　铁磁性质
9.4.2　分子磁场理论
9.4.3　交换作用
9.5　反铁磁性
9.6　亚铁磁性

第十章　热学性质
10.1　热学参数
10.1.1　热能
10.1.2　热容量
10.1.3　比热
10.1.4　摩尔热容量
10.1.5　热导率
10.2　热容量的经典理论
10.3　热容量的量子理论
10.3.1　爱因斯坦模型
10.3.2　德拜模型
10.3.3　电子热容
10.4　热传导
10.4.1　热传导的经典理论
10.4.2　金属热传导的量子理论
10.4.3　电介质中的热传导
10.5　热膨胀

第十一章　金属的应用
11.1　薄膜的导电性
11.2　非连续金属薄膜的电导率
11.3　欧姆接触
11.4　金属连线
11.4.1　铝金属连线
11.4.2　阶梯披覆
11.5　电致移动
11.6　金属硅化物

第十二章　半导体的应用：p-n 结与双极型电晶体
12.1　金属—半导体接触
12.1.1　萧基势垒
12.1.2　萧基势垒的电流电压特性
12.2　p-n 结
12.2.1　p-n 结原理
12.2.2　p-n 结的电流─电压特性
12.3　双极型电晶体
12.3.1　双极型电晶体原理
12.3.2　双极型电晶体的电流特性
12.3.3　异质结双极型电晶体

第十三章　半导体的应用：场效电晶体与电荷耦合元件
13.1　结型场效电晶体
13.1.1　结型场效电晶体
13.2　金属─半导体场效电晶体
13.2.1　异质结金属─半导体场效电晶体
13.3　金属─氧化物─半导体场效电晶体
13.3.1　金属─氧化物─半导体电容器
13.3.2　金属─氧化物─半导体场效电晶体
13.4　电荷耦合元件
13.4.1　电荷耦合元件原理
13.4.2　传送效率
13.4.3　讯号电荷的输入和侦测
13.4.4　电荷耦合元件的应用

第十四章　半导体的应用：光电元件
14.1　光侦测器
14.1.1　光敏电导
14.1.2　光敏二极体
14.1.3　p-i-n 光敏二极体
14.1.4　雪崩光敏二极体
14.1.5　其他光敏二极体
14.2　发光二极体
14.3　半导体雷射
14.4　太阳电池
14.4.1　晶体p-n 结太阳电池
14.4.2　非晶硅太阳电池

第十五章　绝缘体的应用
15.1　绝缘体薄膜
15.1.1　离子电导
15.1.2　空间电荷限制的电流
15.1.3　穿隧或场发射
15.1.4　萧基发射或热发射
15.1.5　普尔－法兰克效应
15.1.6　热场发射
15.1.7　杂质电导
15.2　陶瓷敏感元件
15.2.1　半导体陶瓷简介
15.2.2　晶粒界的电学特性
15.2.3　海旺模型
15.2.4　气敏元件与湿敏元件
15.3　介电崩溃

第十六章　超导体及其应用
16.1　超导现象
16.2　BCS 理论
16.2.1　磁通量的量子化
16.3　超导穿隧效应
16.3.1　超导能位图
16.3.2　正常态金属与超导体之间的穿隧
16.3.3　超导体与超导体之间的正常电子穿隧
16.3.4　超导体与超导体之间零偏压下的库柏对穿隧电流
16.3.5　超导体与超导体之间在偏压下的库柏对穿隧电流
16.4　超导量子干涉效应
16.5　高温超导
16.5.1　高温超导简介
16.5.2　高温超导的超导特性
16.6　超导的应用

第十七章　薄膜垒积技术
17.1　热蒸发
17.1.1　热蒸发基础
17.1.2　热蒸发装置
17.2　阴极溅镀
17.2.1　阴极溅镀简介
17.2.2　溅射现象
17.3　辉光放电
17.3.1　辉光放电原理
17.3.2　磁场中的辉光放电
17.4　化学气相垒积
17.4.1　化学气相垒积机理
17.4.2　化学气相垒积装置

附录1　元素週期表
附录2　国际制（SI）基本单位及具有专有名称的SI导出单位制
附录3　物理常数表
附录4　十进倍数和分数的词头
附录5　希腊字母
附录6　国际制与高斯制互换
附录7　半导体性质
附录8　锗、硅、砷化镓半导体在300K 的重要特性
参考书目
习题解答
索　引

评分☆☆☆☆☆

老实说，我买《固态电子学》纯粹是因为工作上需要接触一些相关的技术文档，但又对这方面的知识知之甚少。这本书的出现，就像是给我这块“白纸”涂上了一层基础的色彩。一开始我对书中关于晶体管的各种类型，比如BJT和MOSFET，感到非常困惑。它们听起来名字差不多，但功能和结构却好像有很大的区别。阅读过程中，我发现作者很巧妙地将这两类器件的原理分开讲解，从最基本的PN结入手，一步步构建出它们的工作模型。让我感到特别受用的是，书中不仅仅是描述理论，还提供了很多实际的应用场景，比如在放大电路和开关电路中的应用。这让我能将抽象的理论与实际的电子产品联系起来，理解它们是如何工作的。虽然书中有不少篇幅涉及量子力学和物理学的一些基础知识，但作者在这一点上处理得相当到位，并没有深究到让普通读者无法理解的地步，而是以一种“够用就好”的方式呈现，为理解固态电子学原理服务。现在我对“电流”、“电压”、“电阻”这些基本概念有了更深的认识，也开始能隐约理解一些电路图的含义了。

评分☆☆☆☆☆

我一直对科技的发展充满好奇，尤其是那些看不见摸不着却深刻改变我们生活的东西。《固态电子学》这本书，据说就是要揭示我们电子产品背后最核心的秘密。拿到书后，我花了不少时间翻阅。让我惊喜的是，这本书并没有我想象的那么难懂。作者在讲解半导体材料的晶体结构和电子运动规律时，运用了很多生动形象的比喻，比如用“原子排队”来描述晶体结构，用“电子游行”来解释电流的形成。这让我这个对物理理论了解不多的读者，也能大致抓住问题的关键。书中对于不同类型二极管的讲解，特别是它们在整流、稳压等方面的应用，让我对这些小小的元件有了全新的认识。虽然书中的一些公式和推导我可能无法完全领会，但通过作者的解释和图示，我至少能够理解其背后的物理意义和实际作用。我特别期待接下来关于集成电路的部分，因为我一直想知道，那些复杂的功能是如何被集成到一块小小的芯片上的。这本书的深度和广度，让我觉得它不只是一本教科书，更像是一次关于现代科技基石的探索之旅。

评分☆☆☆☆☆

《固态电子学》这本我刚从书局抱回来的书，说是要带我们深入了解半导体的奥秘，尤其是那些构成我们现在电子设备核心的固态元件。老实说，一开始我拿到书的时候，内心是有点忐忑的。毕竟“固态电子学”这几个字听起来就挺硬核的，感觉里面会充斥着一堆让人头昏脑胀的公式和理论。不过，翻开第一页，作者的文笔意外地很平易近人，不像我之前看过的某些专业书籍，一上来就劈头盖脸地甩公式，让人望而生畏。他用了很多生活化的例子来解释一些基础概念，比如用“水龙头”来比喻二极管的单向导电性，用“闸门”来形容晶体管的开关作用，这让我感觉像是请了一位很有耐心的老师在旁边一一讲解，而不是自己对着一本冷冰冰的教科书苦读。尤其是讲到PN结的形成过程，作者不仅给出了清晰的图示，还用了一个很形象的比喻，让我一下子就理解了载流子迁移和复合的原理。虽然我还没有完全深入到书中的每一个细节，但初步的阅读体验让我觉得，这本书也许能够真的帮助我这个对电子学只是一知半解的门外汉，慢慢揭开固态电子学的神秘面纱。我特别期待后面关于MOSFET和BJT的部分，希望这本书能让我彻底搞懂它们到底是怎么工作的。

评分☆☆☆☆☆

最近对一些基础的电子元器件产生了兴趣，想了解它们到底是如何工作的，《固态电子学》这本书正好满足了这个需求。刚开始读的时候，我被书中对于半导体材料的深入分析所吸引，它详细介绍了不同材料的导电机制，以及为什么硅成为了主流。作者并没有直接跳到复杂的器件，而是从原子结构和电子行为开始讲解，循序渐进，让人能够理解这些基础概念。特别是关于“能带理论”的部分，作者用了一些非常形象的类比，让我这个对量子力学不太熟悉的读者也能理解不同材料的导电特性差异。书中的图示也非常清晰，帮助我理解了PN结的形成以及载流子的运动。让我印象深刻的是，书中还介绍了霍尔效应，以及如何利用它来测量磁场，这让我看到了固态电子学在科学测量方面的应用。虽然有一些章节涉及比较深入的物理知识，但作者的叙述方式还是很注重逻辑性和易读性，尽量避免了过于晦涩的语言。我希望通过这本书，能对半导体器件的内部工作原理有一个更清晰的认识，也为我将来学习更复杂的电子电路打下基础。

评分☆☆☆☆☆

我一直对“半导体”这个词充满好奇，感觉它就像是现代科技的魔法石，但又觉得它离我的生活很遥远。这次偶然的机会接触到《固态电子学》，说是要讲清楚这些神奇材料的内在运作。读了大概三分之一，我才发现原来我们每天用的手机、电脑，甚至家里的LED灯，背后都蕴含着这么精妙的固态电子学原理。书里对于各种半导体材料的特性分析，特别是硅和锗的比较，写得非常细致，也解释了为什么硅会成为目前最主流的材料。让我印象深刻的是关于能带理论的讲解，作者用了非常直观的方式，避免了过于抽象的数学推导，而是侧重于理解不同材料在能带结构上的差异如何影响其导电性能。虽然有些地方还是需要反复琢磨，但总体来说，这本书的叙述逻辑性很强，就像是循序渐进地引领读者进入一个复杂的科学世界。让我感到惊喜的是，书中还穿插了一些关于半导体器件发展历史的小故事，这些小插曲让阅读过程不那么枯燥，也更能体会到科学家们探索的精神。我尤其好奇书中关于半导体工艺的部分，虽然现在还没读到，但希望能借此了解这些微小的晶片是如何被制造出来的。