本書根據(jù)功能材料領(lǐng)域所需的基本知識而編寫，共分8章，前4章主要介紹固體物理相關(guān)知識，內(nèi)容包括晶體的結(jié)構(gòu)與結(jié)合、晶格振動、金屬自由電子論，以及晶體中電子在磁場中的運(yùn)動；后4章主要講述半導(dǎo)體物理相關(guān)知識，介紹了能帶理論、半導(dǎo)體理論基礎(chǔ)、半導(dǎo)體器件及其應(yīng)用，以及其他功能材料。根據(jù)功能材料課程的教學(xué)特點(diǎn)，本書對固體物理相關(guān)的基礎(chǔ)知識和重點(diǎn)內(nèi)容的講述盡量做到循序漸進(jìn)、由淺入深，以幫助讀者建立一個(gè)完善的功能材料知識體系�？紤]到與時(shí)俱進(jìn)，本書在最后結(jié)合一些實(shí)際案例為讀者講解了功能材料的前沿知識。
本書旨在為材料科學(xué)與工程領(lǐng)域的學(xué)生、研究人員以及工程師提供一本全面而實(shí)用的教材。
本書通過對固體物理和半導(dǎo)體物理基礎(chǔ)理論的系統(tǒng)介紹，揭示了豐富多彩的固體形態(tài)（如金屬、絕緣體、半導(dǎo)體等）形成的基本物理規(guī)律，同時(shí)介紹了一些重要的實(shí)驗(yàn)方法，具有較強(qiáng)的理論性。為突出工程教育的特色，本書從應(yīng)用需求出發(fā)，以待解決問題為驅(qū)動，討論了固體中微觀抽象的理論概念，讓讀者了解前人解決問題的思維方式，并能夠在工程實(shí)踐中靈活應(yīng)用功能材料的基礎(chǔ)理論。
功能材料在光、電、磁、熱等方面展現(xiàn)出豐富的物理特性，在新一代信息處理與存儲器件、人工智能器件等領(lǐng)域展示出巨大的應(yīng)用潛力，因此受到廣泛的關(guān)注以及科技工作者的重視。
本書全面介紹了功能材料的基礎(chǔ)理論，并著重探討了這些理論在能源材料與器件中的實(shí)際應(yīng)用。通過前沿研究的介紹，讀者將了解功能材料在能源領(lǐng)域的最新應(yīng)用與前瞻性研究方向。本書可用于材料科學(xué)與工程專業(yè)的學(xué)科基礎(chǔ)課程教學(xué)，是進(jìn)一步學(xué)習(xí)半導(dǎo)體物理器件與應(yīng)用、電介質(zhì)物理、磁性材料等課程的基礎(chǔ)。本書通過對固體物理和半導(dǎo)體物理基礎(chǔ)理論的系統(tǒng)介紹，揭示了豐富多彩的固體形態(tài)（如金屬、絕緣體、半導(dǎo)體等）形成的基本物理規(guī)律，同時(shí)介紹了一些重要的實(shí)驗(yàn)方法，具有較強(qiáng)的理論性。為突出工程教育的特色，本書從應(yīng)用需求出發(fā)，以待解決問題為驅(qū)動，討論了固體中微觀抽象的理論概念，讓讀者了解前人解決問題的思維方式，并能夠在工程實(shí)踐中靈活應(yīng)用功能材料的基礎(chǔ)理論。
本書的第1～4章由王洪強(qiáng)編寫，第5章由王建淦編寫，第6～8章由王紅月編寫。賈寧參與了第1～4章的編寫工作，劉昕浩參與了第5～8章的編寫工作。本書的編寫得到了西北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院和機(jī)械工業(yè)出版社的大力支持與幫助，在此一并致謝。
高等院校教師
目錄
前言
第1章晶體的結(jié)構(gòu)與結(jié)合1
11晶體的周期性2
111點(diǎn)陣和基元2
112簡單格子（布拉維格子）與復(fù)式
格子2
113原胞和基矢3
114維格納塞茨原胞4
12布拉維格子5
121布拉維格子的定義5
122一維布拉維格子5
123一維復(fù)式格子6
124三維情況的原胞6
125三維布拉維晶胞7
13晶向與晶面10
131晶列、晶向與晶向指數(shù)10
132晶面、晶面指數(shù)與米勒指數(shù)11
133六角晶體中晶面族的米勒指數(shù)11
14倒格矢與布里淵區(qū)12
141倒格矢12
142布里淵區(qū)14
15晶體衍射16
16電負(fù)性20
161原子的電子分布20
162電離能21
163電子親和能21
164電負(fù)性22
17結(jié)合力與結(jié)合能22
171結(jié)合力的共性22
172結(jié)合能23
173結(jié)合類型25
18離子晶體的結(jié)合（馬德隆常數(shù)）27
181離子結(jié)合的定義和特點(diǎn)27
182離子晶體的結(jié)合能28
183馬德隆常數(shù)的計(jì)算31
課后思考題32
第2章晶格振動33
21一維單原子晶格的振動33
211連續(xù)媒質(zhì)中的彈性波33
212晶格振動的近似處理方法35
213一維單原子鏈的振動38
22一維雙原子晶格的振動42
23黃昆方程47
231長光頻模的特點(diǎn)47
232黃昆方程48
24簡正振動與聲子48
241簡正振動48
242晶格振動能52
25晶格振動熱容理論53
251熱容理論53
252愛因斯坦模型55
253德拜模型56
課后思考題59
第3章金屬自由電子論60
31經(jīng)典自由電子論61
311特魯?shù)履Ｐ偷难芯勘尘?1
312特魯?shù)聦饘俳Y(jié)構(gòu)的描述——
“葡萄干”模型62
313特魯?shù)履Ｐ偷幕炯僭O(shè)62
314特魯?shù)履Ｐ偷奶卣鲄⒘俊?br>電子數(shù)密度63
32電子氣密度與費(fèi)米能級65
321電子氣的狀態(tài)密度65
322費(fèi)米能級67
33索末菲自由電子氣模型69
331單電子的本征態(tài)和本征能量69
332電子氣的基態(tài)和基態(tài)能量71
34金屬的熱容76
341電子的熱容76
342金屬的熱容76
35功函數(shù)與接觸電勢差78
351電子發(fā)射78
352接觸電勢差80
課后思考題81
第4章晶體中電子在磁場中的運(yùn)動82
41原子的磁性83
411固有磁矩84
412感生磁矩88
42固體的磁性90
421抗磁性與順磁性90
422鐵磁性95
43磁有序與局域磁矩理論98
431磁有序98
432交換作用99
433Heisenberg Hamilton量及其平均
場近似100
434間接交換作用與超交換作用103
44磁共振104
課后思考題109
第5章能帶理論110
51能帶理論的基本近似與能帶形成110
511能帶理論的基本近似110
512能帶的形成111
52布洛赫定理113
521布洛赫定理的歷史回顧113
522布洛赫定理的定義114
523布洛赫定理的證明115
524布洛赫定理的重要推論117
53一維周期勢場中電子運(yùn)動的近自由
電子模型117
531近自由電子模型117
532定態(tài)非簡并微擾計(jì)算能量與波
函數(shù)118
533定態(tài)簡并微擾計(jì)算能量與波
函數(shù)120
534近自由電子能量的討論121
535產(chǎn)生能隙的物理釋義122
536二維晶體和三維晶體的能帶
結(jié)構(gòu)123
54緊束縛近似模型125
541緊束縛近似模型的基本思想125
542緊束縛近似下的波函數(shù)和能量本
征值126
543固體能帶的E～k關(guān)系127
55KronigPenney能帶模型130
551一維周期性勢場的設(shè)定130
552KronigPenney模型的求解130
553KronigPenney模型中的E～k色散
關(guān)系132
56布洛赫電子的準(zhǔn)經(jīng)典運(yùn)動134
561波包與電子速度134
562外力作用下的電子狀態(tài)與
準(zhǔn)動量135
563加速度與有效質(zhì)量張量136
57三類晶體的能帶結(jié)構(gòu)138
571能帶填充與導(dǎo)電規(guī)則139
572近滿帶與空穴140
573導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體的能帶
結(jié)構(gòu)141
574常見半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)142
課后思考題144
第6章半導(dǎo)體理論基礎(chǔ)146
61載流子統(tǒng)計(jì)分布146
611態(tài)密度146
612費(fèi)米能級和載流子的統(tǒng)計(jì)分布148
613玻爾茲曼分布函數(shù)149
614載流子濃度150
62摻雜152
621替位雜質(zhì)與間隙雜質(zhì)153
622施主雜質(zhì)與施主能級154
623受主雜質(zhì)與受主能級155
624雜質(zhì)能級電離能156
625雜質(zhì)補(bǔ)償作用157
63非平衡載流子160
631非平衡載流子的注入與復(fù)合160
632復(fù)合理論165
64半導(dǎo)體發(fā)光性質(zhì)166
65半導(dǎo)體導(dǎo)電性質(zhì)170
651歐姆偏移定律170
652多能谷散射與耿氏效應(yīng)171
課后思考題174
第7章半導(dǎo)體器件及其應(yīng)用175
71pn結(jié)175
711pN結(jié)的形成175
712pn結(jié)能帶結(jié)構(gòu)177
72金屬半導(dǎo)體接觸178
721功函數(shù)178
722接觸電勢179
723表面勢壘181
73MIS結(jié)構(gòu)183
731MIS基本結(jié)構(gòu)183
732MIS結(jié)構(gòu)電容電壓特性184
733MIS結(jié)構(gòu)CV特性185
74異質(zhì)結(jié)187
741異質(zhì)結(jié)能帶結(jié)構(gòu)187
742發(fā)光二極管191
743光生伏特效應(yīng)192
75應(yīng)用實(shí)例簡介194
751傳統(tǒng)半導(dǎo)體194
752第三代半導(dǎo)體195
753熱點(diǎn)前沿半導(dǎo)體196
課后思考題199
第8章其他功能材料200
81超導(dǎo)體200
811約瑟夫?qū)O效應(yīng)200
812超導(dǎo)體的應(yīng)用202
82壓電功能材料202
821壓電效應(yīng)202
822壓電性與晶體機(jī)構(gòu)205
83光功能材料209
831熒光物質(zhì)209
832激光器210
833通信用光導(dǎo)纖維210
834電光及聲光材料211
84鐵氧磁性材料211
841軟磁材料211
842硬磁材料212
843旋磁材料213
844矩磁材料213
845壓磁材料214
課后思考題214
參考文獻(xiàn)215
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