В книге Ф. Блатта излагается физика кинетических явлений в твердых телах. Основная цель автора — дать единую м замкнутую картину явлений переноса в металлах и полупроводниках. Эта задача им превосходно решена. Книга содержит прекрасное и доступное (но не в ущерб строгости) изложение предмета.
Автор хорошо известен советским читателям своими оригинальными работами. Одна его книга — «Теория подвижности'электронов в твердых телах» — уже переводилась на русский язык (Физматгиз, 1963).
Предлагаемая книга рассчитана на студентов-старшекурсников, специализирующихся в области физики материалов, на дипломников и аспирантов, выбравших своей специальностью твердотельную электронику и физическое материаловедение. Она содержит большое количество фактических данных, которые окажутся полезными исследователям и инженерам, работающим в этих областях.
ПРЕДИСЛОВИЕ ПЕРЕВОДЧИКОВ
Профессор Ф. Блатт — автор предлагаемой вниманию советского читателя книги «Физика электронной проводимости в твердых телах» — не нуждается в рекомендациях—его имя хорошо известно всем, кто интересуется проблемами электропроводности гвердых тел. Одна его книга уже издавалась в Советском Союзе («Теория подвижности электронов в твердых телах», Физматгиз, М., 1963).
В данной книге Ф. Блатт поставил перед собой цель — изложить теорию явлений переноса в металлах и полупроводниках с единой точки зрения. Но ведь эта «единая точка зрения» и называется физикой твердого тела! Следует, кстати, вспомнить, что первые шаги физики твердого тела—это попытка объяснить проводимость металлов (Друде, 1900, Лоренц, 1905). Поэтому настоящую книгу можно рассматривать как учебник физики твердого тела с той характерной особенностью, что здесь большее по сравнению с другими руководствами ударение делается на вопросах переноса. Чтобы убедиться в правильности этого утверждения, достаточно сравнить содержание данной книги с содержанием, скажем, книги Займана «Принципы теории твердого тела» «Мир, 1966). Для выполнения поставленной задачи автору пришлось рассказать о структуре твердых тел, об электронных и фононных спектрах, о динамике электронов в решетке, об оптических и фотоэлектрических свойствах и т. д. Да всего не перечислишь! Исключение составляет только вопрос о коллективных явлениях — сверхпроводимости, ферромагнетизме и сегнетоэлек-тричествс.
Книга написана на очень высоком научном уровне. Хотя она и задумана как учебник, она содержит много информации, полезной специалистам, работающим в этой области.
Книгу отличает большое педагогическое мастерство. Автор не только великолепно учит предмету, но и демонстрирует, каким образом следует подходить к решению встающих перед исследователями задач. С большой выпуклостью представлен наиболее экономный подход к ним. Сначала — самая грубая, но вместе с тем и самая прозрачная модель; затем ее уточнение с учетом разного Рода особенностей. При этом читатель с удивлением убеждается
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие переводчиков .................... 5
Предисловие автора ...................... 9
Глава 1
КЛАССИФИКАЦИЯ ТВЕРДЫХ ТЕЛ..................ц
§ 1. Введение ........................ ц
§ 2. Физические свойства твердых тел............... 11
A. Ионные кристаллы.................... 15
Б. Ковалентные (гомеополярные) кристаллы.......... . 19
B. Металлические кристаллы................. 22
Г. Молекулярные кристаллы................. 23
§ 3. Кристаллическая симметрия......."..........24
Задачи..........................33
Литература........................33
Глава 2 *
КОЛЕБАНИЯ РЕШЕТКИ И РЕШЕТОЧНАЯ ТЕПЛОЕМКОСТЬ .... 35
§ 1. Введение.........................35
§ 2. Одноатомная линейная цепочка................36
§ 3. Двухатомная линейная цепочка................42
§ 4. Колебания решетки в трех измерениях.............45
§ 5. Обратная решетка.....................47
§ 6. Переход к квантовой механике................50
§ 7. Теплоемкость твердых тел..................51
А. Теория Эйнштейна....................53
Б. Теория Дебая.....................56
Задачи........................• 66
Литература........................*>7
Глава 3
РАВНОВЕСНЫЕ СВОЙСТВА СВОБОДНОГО ЭЛЕКТРОННОГО ГАЗА 69
§ 1. Введение.........................69
§ 2. Свободный электронный газ..............• • •
§ 3. Предельный случай, отвечающий сильному вырождению ....••
§ 4. Классический предел................... . 76
§ 5. Электронная теплоемкость.................. 78
§ 6. Электронный спиновый парамагнетизм............. 82
Задачи......................... 88
Литература........................ 89
Глава 4
ЭЛЕКТРОНЫ В ПЕРИОДИЧЕСКОЙ РЕШЕТКЕ............91
§ 1. Введение......................... 91 -
§ 2. Проблема многих тел.................... 92
§ 3. Теорема Блоха...................... 95
§ 4. Одномерный кристалл................... 97
§ 5. Приближение почти свободных электронов........... 103
§ 6. Приближение сильной связи............... • .107
§ 7. Метод ячеек (метод Вигнера — Зейтца)............. 114
§ 8. Скорость и ускорение электронов в твердых телах......... 118
§ 9. Связь между различными физическими свойствами и эффективной массой ........................... 120
Задачи......................... 123
Литература........................ 124
Глава 5
КИНЕТИЧЕСКОЕ УРАВНЕНИЕ....................126
§ 1. Введение......................... 126
§ 2. Уравнение Больцмана................... . 128
§ 3. Решение уравнения Блоха. Приближение времени релаксации .... 132
§ 4. Обоснование приближения времени релаксации в уравнении Блоха . . 139
§ 5. Вариационное решение кинетического уравнения.......... 149
Задачи......................... 154
Литература........................ 154
Глава 6
МЕХАНИЗМЫ РЕЛАКСАЦИИ.....................155
§ 1. Введение.........................155
§ 2. Статические несовершенства кристаллов: классификация и описание 155
A. Плоские несовершенства..................156
Б. Линейные несовершенства.................156
B. Точечные несовершенства.................160
Г. Разупорядочение....................161
§ 3. Колебания решетки..................... 164
§ 4. Рассеяние электронов несовершенствами............ , 165
§ 5. Переходы под влиянием фононов. Металлы.......... . 166
§ 6. Рассеяние на статических несовершенствах. Металлы...... j7o
A. Точечные несовершенства................ j7g
Б. Дислокация. Деформационный потенциал...........J77
B. Плоские несовершенства. Дефекты упаковки..........i7g
§ 7. Рассеяние носителей заряда в полупроводниках..........182
§ 8. Расчет решеточного рассеяния в полупроводниках.........190
А. Акустические моды колебаний...............190
Б. Взаимодействие электронов с оптическими модами колебаний. Полярные кристаллы....................191
§ 9. Примесное рассеяние в полупроводниках......•••..., 194
A. Примесные энергетические уровни..............194
Б. Рассеяние электронов (или дырок) ионизованными примесями ... 198
B. Рассеяние нейтральными примесями.............200
Г. Рассеяние на дислокациях.................200
Литература........................202
Глава 7
ПРОВОДИМОСТЬ И ДРУГИЕ КИНЕТИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ. МЕТАЛЛЫ ?01
§ 1. Введение.........................?04
§ 2. Электропроводность.................... 205
А. Сопротивление, обусловленное рассеянием на решетке......205.
Б. Остаточное сопротивление.................218
§ 3. Теплопроводность.....................225
§ 4. Термоэлектрические эффекты. Увлечение фононами........230
§ 5. Проводимость в магнитном поле............... 240
A. Эффект Холла.....................243
Б. Магнетосопротивление..................246
B. Термомагнитные эффекты.................251
§ 6. Электрические свойства ферромагнитных металлов.........251
§ 7. Электрон-электронное рассеяние. Металлы...........258
§ 8. Размерные эффекты. Тонкие пленки и проволоки.........260
Задачи........................• 266
Литература........................268
Глава 8
ОДНОРОДНЫЕ ПОЛУПРОВОДНИКИ.................270
§ 1. Введение......................... 270
§ 2. Статистика полупроводников.................27*
А. Собственный полупроводник................273
Б. Примесный полупроводник................ 276
§ 3. Подвижность и проводимость................• 2°°
A. Решеточное рассеяние..................
Б. Рассеяние на примесях.................
29&
B. Рассеяние носителей на носителях ............. •
ggg
Г. Температурная зависимость подвижности и проводимости.....*w
§ 4. Пьезосопротивление....................• 308
§ 5. Магнетосопротивление и эффект Холла.............313
А. Идеальный полупроводник...............• 313
Б. Многодолиниые полупроводники..............328
§ 6. Теплопроводность и термоэлектродвижущая сила.........331
А. Теплопроводность....................331
Б. Термоэлектродвижущая сила................333
§ 7.. Приборы, основанные на свойствах однородных полупроводников . . . 337
А. Термистор.......................337
Б. Варистор . ......................338
В Устройства на основе эффекта Холла.............338
Г. Термоэлектрические приборы................ 340
Задачи.........................343
Литература........................344
Глава 9
ВЫПРЯМЛЯЮЩИЕ ПЕРЕХОДЫ И ТРАНЗИСТОРЫ.........347
§ 1. Введение......................... 347
§ 2. Неоднородные полупроводники в условиях равновесия.......348
А. Диффузионные потоки..................348
Б. Механизмы рекомбинации.................349
§ 3. Барьерное выпрямление...................352
A, Контакт полупроводника с металлом ............ 352
Б. Полупроводниковый р — «-переход .............354
B. Туннельные диоды....................358
§ 4. Транзисторы.......................361
А. п — р — /г-транзистор ..................361
Б. п — р — i—п-транзистор.................365
Литература........................365
Глава 10
ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЛУПРОВОДНИКОВ..........366
§ 1. Введение.........................366
§ 2. Поглощение свободными носителями..............366
А. Длинноволновой предел (от <К 1)..............368
Б. Коротковолновой предел (шт 3> 1).............369
§ 3. Фундаментальное поглощение.................372
А. Прямые (вертикальные) переходы..............375
Б. Непрямые (невертикальные) переходы............376
§ 4. Экситонное поглощение...................382
§ 5. Фотоэлектрические эффекты.................384
А. Фотопроводимость . . ....................385
Б. фотовольтаический эффект ................389
В. Фотомагнитный эффект (ФЭМ)...............390
Г. Фотоэлектрический эффект в р — п-переходе..........392
Задачи .........................400
Литература............. . . .........401
Глава 11
СВОЙСТВА ПОЛУПРОВОДНИКОВ И МЕТАЛЛОВ В СИЛЬНЫХ МАГНИТНЫХ ПОЛЯХ..........................403
§ 1. Введение.........................403
§ 2. Эффекты сильных магнитных полей в полупроводниках.......403
А. Циклотронный резонанс.................405
Б. Межзонные магнетооптические (МО) эффекты.........411
§ 3. Эффекты сильного поля в металлах..............417
A. Эффект де Гааза — ван Альфена (ГА)............424
Б. Циклотронный резонанс Азбеля — Канера...........431
B. Поглощение ультразвука.................432
Г. Кинетические свойства.................. 434
Задачи .........................438
Литература........................439
Приложение А
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ЭЛЕМЕНТАРНОЙ КВАНТОВОЙ МЕХАНИКИ ..................................440
§ 1. Основные постулаты и уравнение Шредингера..........440
§ 2. Свободные частицы в ящике и одномерная потенциальная яма .... 444
§ 3. Одномерный гармонический осциллятор.............446
§ 4. Заряженные частицы в однородном магнитном поле........447
§ 5. Стационарная теория возмущений...............448
§ 6. Теория возмущений, зависящих от времени, и вероятности перехода . . 450 Литература........................453
Приложение Б
ЕДИНИЦЫ И СООТНОШЕНИЯ МЕЖДУ НИМИ...........454
Приложение В
ПЕРИОДИЧЕСКАЯ ТАБЛИЦА ЭЛЕМЕНТОВ.............456
Приложение Г
ЗНАЧЕНИЯ НЕКОТОРЫХ ВАЖНЫХ ФИЗИЧЕСКИХ ПОСТОЯННЫХ И ПЕРЕВОДНЫХ КОЭФФИЦИЕНТОВ.................458
Приложение Д
СПИСОК ОБОЗНАЧЕНИЙ.......................460
Цена: 150руб.
