功能材料基础

本书根据功能材料领域所需的基本知识而编写，共分8章，前4章主要介绍固体物理相关知识，内容包括晶体的结构与结合、晶格振动、金属自由电子论，以及晶体中电子在磁场中的运动；后4章主要讲述半导体物理相关知识，介绍了能带理论、半导体理论基础、半导体器件及其应用，以及其他功能材料。根据功能材料课程的教学特点，本书对固体物理相关的基础知识和重点内容的讲述尽量做到循序渐进、由浅入深，以帮助读者建立一个完善的功能材料知识体系。考虑到与时俱进，本书在最后结合一些实际案例为读者讲解了功能材料的前沿知识。 本书旨在为材料科学与工程领域的学生、研究人员以及工程师提供一本全面而实用的教材。

高等院校教师

目录 前言 第1章晶体的结构与结合1 11晶体的周期性2 111点阵和基元2 112简单格子（布拉维格子）与复式 格子2 113原胞和基矢3 114维格纳塞茨原胞4 12布拉维格子5 121布拉维格子的定义5 122一维布拉维格子5 123一维复式格子6 124三维情况的原胞6 125三维布拉维晶胞7 13晶向与晶面10 131晶列、晶向与晶向指数10 132晶面、晶面指数与米勒指数11 133六角晶体中晶面族的米勒指数11 14倒格矢与布里渊区12 141倒格矢12 142布里渊区14 15晶体衍射16 16电负性20 161原子的电子分布20 162电离能21 163电子亲和能21 164电负性22 17结合力与结合能22 171结合力的共性22 172结合能23 173结合类型25 18离子晶体的结合（马德隆常数）27 181离子结合的定义和特点27 182离子晶体的结合能28 183马德隆常数的计算31 课后思考题32 第2章晶格振动33 21一维单原子晶格的振动33 211连续媒质中的弹性波33 212晶格振动的近似处理方法35 213一维单原子链的振动38 22一维双原子晶格的振动42 23黄昆方程47 231长光频模的特点47 232黄昆方程48 24简正振动与声子48 241简正振动48 242晶格振动能52 25晶格振动热容理论53 251热容理论53 252爱因斯坦模型55 253德拜模型56 课后思考题59 第3章金属自由电子论60 31经典自由电子论61 311特鲁德模型的研究背景61 312特鲁德对金属结构的描述—— “葡萄干”模型62 313特鲁德模型的基本假设62 314特鲁德模型的特征参量—— 电子数密度63 32电子气密度与费米能级65 321电子气的状态密度65 322费米能级67 33索末菲自由电子气模型69 331单电子的本征态和本征能量69 332电子气的基态和基态能量71 34金属的热容76 341电子的热容76 342金属的热容76 35功函数与接触电势差78 351电子发射78 352接触电势差80 课后思考题81 第4章晶体中电子在磁场中的运动82 41原子的磁性83 411固有磁矩84 412感生磁矩88 42固体的磁性90 421抗磁性与顺磁性90 422铁磁性95 43磁有序与局域磁矩理论98 431磁有序98 432交换作用99 433Heisenberg Hamilton量及其平均 场近似100 434间接交换作用与超交换作用103 44磁共振104 课后思考题109 第5章能带理论110 51能带理论的基本近似与能带形成110 511能带理论的基本近似110 512能带的形成111 52布洛赫定理113 521布洛赫定理的历史回顾113 522布洛赫定理的定义114 523布洛赫定理的证明115 524布洛赫定理的重要推论117 53一维周期势场中电子运动的近自由 电子模型117 531近自由电子模型117 532定态非简并微扰计算能量与波 函数118 533定态简并微扰计算能量与波 函数120 534近自由电子能量的讨论121 535产生能隙的物理释义122 536二维晶体和三维晶体的能带 结构123 54紧束缚近似模型125 541紧束缚近似模型的基本思想125 542紧束缚近似下的波函数和能量本 征值126 543固体能带的E～k关系127 55KronigPenney能带模型130 551一维周期性势场的设定130 552KronigPenney模型的求解130 553KronigPenney模型中的E～k色散 关系132 56布洛赫电子的准经典运动134 561波包与电子速度134 562外力作用下的电子状态与 准动量135 563加速度与有效质量张量136 57三类晶体的能带结构138 571能带填充与导电规则139 572近满带与空穴140 573导体、半导体和绝缘体的能带 结构141 574常见半导体的能带结构142 课后思考题144 第6章半导体理论基础146 61载流子统计分布146 611态密度146 612费米能级和载流子的统计分布148 613玻尔兹曼分布函数149 614载流子浓度150 62掺杂152 621替位杂质与间隙杂质153 622施主杂质与施主能级154 623受主杂质与受主能级155 624杂质能级电离能156 625杂质补偿作用157 63非平衡载流子160 631非平衡载流子的注入与复合160 632复合理论165 64半导体发光性质166 65半导体导电性质170 651欧姆偏移定律170 652多能谷散射与耿氏效应171 课后思考题174 第7章半导体器件及其应用175 71pn结175 711pN结的形成175 712pn结能带结构177 72金属半导体接触178 721功函数178 722接触电势179 723表面势垒181 73MIS结构183 731MIS基本结构183 732MIS结构电容电压特性184 733MIS结构CV特性185 74异质结187 741异质结能带结构187 742发光二极管191 743光生伏特效应192 75应用实例简介194 751传统半导体194 752第三代半导体195 753热点前沿半导体196 课后思考题199 第8章其他功能材料200 81超导体200 811约瑟夫孙效应200 812超导体的应用202 82压电功能材料202 821压电效应202 822压电性与晶体机构205 83光功能材料209 831荧光物质209 832激光器210 833通信用光导纤维210 834电光及声光材料211 84铁氧磁性材料211 841软磁材料211 842硬磁材料212 843旋磁材料213 844矩磁材料213 845压磁材料214 课后思考题214 参考文献215