Fundamentals of Carrier Transport

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出版者:
作者:Lundstrom, Mark
出品人:
页数:440
译者:
出版时间:2009-7
价格:$ 68.93
装帧:
isbn号码:9780521637244
丛书系列:
图书标签:
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具体描述

Fundamentals of Carrier Transport is an accessible introduction to the behaviour of charged carriers in semiconductors and semiconductor devices. It is written specifically for engineers and students without an extensive background in quantum mechanics and solid-state physics. This second edition contains many new and updated sections, including a completely new chapter on transport in ultrasmall devices. The author begins by covering a range of essential physical principles. He then goes on to cover both low- and high-field transport, scattering, transport in devices, and transport in mesoscopic systems. The use of Monte Carlo simulation methods is explained in detail. Many homework exercises are provided and there are a variety of worked examples. The book will be of great interest to graduate students of electrical engineering and applied physics. It will also be invaluable to practising engineers working on semiconductor device research and development.

物质深处的奥秘:探索能量的流淌与信息的传递 本书并非探讨载流子在半导体器件中的运动原理,而是将视角投向更广阔的物理世界,深入剖析物质内部能量流动与信息传递的普遍规律。我们将一同揭开那些塑造我们日常体验的根本性机制,从宏观的能量转换到微观的信号传播,勾勒出一幅关于物质动态性的宏大图景。 第一部分:能量的奔流——从热力到光能的转换 我们的旅程始于能量最原始、最普遍的表现形式:热。我们将超越简单的温度测量,深入理解热能的微观根源——粒子振动与动能的交换。从气体分子的随机碰撞,到固体晶格的集体振荡,我们将探索热力学定律在微观层面的体现,理解热量如何传递,以及熵如何指示着系统走向无序。 随后,我们将目光转向更为精妙的能量形式:电磁辐射。本书将详细阐述光的本质,从经典波动理论到量子光子概念,理解光是如何产生、传播并与物质相互作用的。我们将探讨不同波段电磁波的特性,如红外线携带的热量,可见光传递的色彩信息,以及紫外线和X射线在医疗与科研中的应用。 更重要的是,我们将深入研究能量的转换过程。从太阳能电池如何捕获光子并将之转化为电能,到热电材料如何利用温差发电,再到生物体内的光合作用如何将光能转化为化学能,本书将揭示能量在不同形式之间的神奇转化,以及这些转化过程的效率与限制。我们将探讨能量转换效率的物理极限,并展望未来在提高能源利用效率方面的可能突破。 第二部分:信息的脉络——信号的编码、传输与解码 在理解了能量的流动之后,我们将转向信息如何在物质世界中传递。信息并非抽象的概念,而是通过物理载体在时空中传播的有序模式。本书将首先探讨信号的编码艺术。无论是声音的声波振动,还是电信号的电压变化,亦或是光学信息的强度与相位,都需要被转化为能够被记录和传输的编码形式。我们将研究不同编码方式的优劣,以及它们如何影响信息的密度和鲁棒性。 接着,我们将深入分析信息的传输渠道。声音在空气中的传播,电信号在导线中的流动,以及光信号在光纤中的引导,每一种传输方式都有其独特的物理机制和传播损耗。我们将解析这些机制背后的原理,例如声波的衍射与干涉,电信号的电阻、电容和电感效应,以及光波在介质中的折射、反射与全内反射。我们将探讨信号在传输过程中可能遇到的干扰与失真,以及如何通过滤波、均衡等技术来改善信号质量。 最后,我们将聚焦于信息的解码过程。接收到的原始信号需要被准确地还原成有意义的信息。无论是人耳对声音的解析,还是电子设备对电信号的识别,亦或是光电探测器对光的感应,都涉及到复杂的解码环节。本书将介绍不同解码技术的原理,以及它们在语音识别、图像处理和数据恢复等领域的应用。我们将讨论信道容量的理论极限,以及如何设计高效的编码与解码方案来最大限度地利用传输介约。 第三部分:物质的交织——宏观现象背后的微观动力 在掌握了能量流动与信息传递的基本原理后,我们将把目光投向它们在宏观世界中的具体体现。我们将考察各种物质材料的宏观行为,并尝试从微观的能量与信息角度去解释它们。 例如,我们将探讨固体材料的力学性能。为何有些材料坚韧而有些脆弱?这背后涉及到晶格结构、原子键合以及能量在形变过程中的传递与耗散。我们将理解断裂是如何发生的,以及应力如何集中在材料的缺陷处,从而引发宏观的失效。 我们还将审视流体动力学。为何水会流动,风为何会产生?我们将从分子的动量交换与能量传递的角度来理解粘滞力、湍流和表面张力等现象。我们将探索流体如何携带能量和信息,例如声波在空气中的传播,以及血液在血管中的流动。 最后,本书还将触及材料的电学与磁学特性。为何有些材料导电,有些绝缘?磁场是如何产生的,又如何影响物质?我们将从电子的运动、原子磁矩的取向以及磁畴的形成等微观机制来解释这些宏观现象。我们将了解材料的磁导率、介电常数等参数的物理意义,以及它们在电磁器件中的作用。 结语:洞察万物的动态之美 通过对能量流动与信息传递的深入探讨,本书旨在为读者提供一个理解物质世界动态性的全新视角。它并非一本专注于某个特定领域的教科书,而是试图构建一座桥梁,连接起物理学中看似独立的各个分支,揭示它们背后统一的规律。通过对微观粒子运动的洞察,我们可以更好地理解宏观世界的复杂现象,并为未来的科学技术发展提供理论基础。这本书将带领你踏上一场求知之旅,去感受物质深处的涌动,去理解信息的奔腾,去发现万物皆有其内在的动态之美。

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读后感

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用户评价

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这本书的语言风格极其严谨,同时又带着一种古典的学术韵味,读起来让人心生敬畏。我必须承认,初读时对其内容的深度感到一丝压力,因为它探讨的更多是半导体物理学的“第一性原理”,而非应用层面的公式堆砌。它详尽地剖析了半导体中载流子的产生机制,比如光生载流子在不同波长激发下的能级跃迁效率,以及热激发产生的概率分布函数。书中对有效质量概念的引入和阐述尤为精妙,作者没有将有效质量作为一个既定的参数抛出,而是通过对电子在周期势场中运动的微扰理论分析,推导出了其物理意义,并解释了为什么在不同的晶带中,有效质量会表现出张量特性。这种对基础概念的深挖,要求读者必须投入极大的注意力,但回报也是巨大的——一旦理解了这些核心概念,后续任何关于载流子行为的讨论都会变得水到渠成。这本书更像是一本内功心法秘籍,它着重于锤炼读者的物理直觉和分析能力,而不是简单地传授解决特定问题的工具。

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这本书的学术深度和广度令人叹服,它仿佛是一部跨越了半个世纪半导体物理学思想演变史的缩影。它对费米能级概念的讲解,简直是教科书级别的典范——不仅解释了它在不同温度和掺杂浓度下的漂移,更阐述了其作为热力学势在系统平衡态中的核心地位。书中对半导体中的散射机制,如声子散射和杂质散射的相对贡献,进行了细致的定性和半定量的比较分析,帮助读者建立起对载流子速度限制因素的直观认识。然而,这本书的叙事风格较为内敛,它很少使用过于花哨的语言或大量的实时市场案例来吸引眼球,而是完全依赖于物理原理本身的严密性和美感。这要求读者必须具备一定的数学基础和对物理概念的抽象思维能力。总而言之,这本书为我们理解半导体世界运行的底层逻辑提供了不可或缺的理论支撑,它教授的不是快速获胜的技巧,而是经久不衰的智慧,是真正沉下心来做研究的必备读物。

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这本书的封面设计着实令人眼前一亮,那种深沉的蓝色调搭配着简洁的白色字体,给人一种既专业又充满探索欲的感觉。我原本以为这会是一本枯燥的技术手册,但翻开扉页后,我发现自己完全被作者的叙述方式吸引住了。书中的内容并没有直接探讨载流子的输运机制,而是将重点放在了半导体物理学的基础概念上,例如晶格振动、能带结构理论的演化过程,以及电子在不同势场下的行为模式。作者花了大量的篇幅来回顾和梳理量子力学在固体物理中的应用,从薛定谔方程的求解到布洛赫定理的深刻阐释,每一个推导过程都力求清晰详尽,仿佛一位耐心的导师在循循善诱。特别是关于周期性势场下电子波函数的构建部分,作者没有直接给出复杂的数学表达式,而是通过大量的类比和直观的图像来辅助理解,这对于初学者来说无疑是一大福音。整本书的行文节奏把握得相当到位,不会让人感到喘不过气,每一章的结尾都会设置一些启发性的思考题,促使读者主动去联系前文知识,这极大地提升了阅读的参与感和深度。我个人非常欣赏这种由浅入深、层层递进的教学理念,它成功地构建了一个坚实的理论基础,为后续更深入的学习铺平了道路。

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我对这本书的结构布局感到非常惊叹,它似乎更像是一部精妙的艺术品,而非传统的教科书。它并没有直接跳入载流子迁移率或复合过程的复杂计算,而是将大量的篇幅用于探讨材料科学中的宏观现象与微观机制之间的桥梁搭建。例如,书中对不同晶体缺陷——空位、间隙原子、位错——如何影响材料的宏观电学特性进行了极为细腻的描述。作者没有满足于简单的现象罗列,而是深入分析了这些缺陷如何改变局部能带的结构,进而影响载流子的散射机制。特别有趣的是,书中有一章专门讨论了温度对半导体导电性的非线性影响,作者巧妙地结合了统计力学中的玻尔兹曼分布,清晰地展示了本征激发和杂质电离是如何在不同温度区间主导导电过程的。这种跨学科的融合处理,使得原本抽象的物理概念变得生动而富有生命力。阅读过程中,我能清晰地感受到作者对材料物理学整体图景的深刻洞察力,他似乎总能在我开始疑惑“为什么会这样”的时候,恰到好处地引入新的视角或历史背景,让整个知识体系更加丰满和立体。

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我最近在寻找一本能够系统梳理半导体器件工作机理前置知识的书籍,而这本《Fundamentals of Carrier Transport》恰好提供了这样坚实的地基。尽管书名暗示了对载流子输运的直接讨论,但实际上,它的重点完全聚焦在了“是什么”和“为什么”上,而非“怎么算”。书中对于半导体中电场和磁场相互作用下,载流子运动轨迹的几何描述非常到位,引入了霍尔效应的经典解释,并扩展到了更复杂的范德华尔斯异质结中的界面效应的初步探讨。我特别喜欢作者在处理少数载流子概念时所采用的对比手法,通过明确区分多数载流子和少数载流子的浓度依赖关系,清晰地勾勒出了半导体PN结在平衡态和非平衡态下的基本电荷分布特征。这本书的章节组织逻辑性极强,环环相扣,从晶体结构到能带理论,再到统计分布,每一步的逻辑推进都如同建筑师精心设计的蓝图,确保了知识的内在连贯性。对于想真正理解半导体技术核心原理的工程师来说,这种“溯源而上”的讲解方式,远比直接学习应用公式更有价值。

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mark, worth reading carefully

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Recommended by my professor. An "entrance"-level book for researchers in the field of transport. 2018-2-25

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