彈性半導體結構的機械變形-電場-熱場-載流子分布等物理場的耦合分析十分復雜�！稄椥园雽w的多場耦合理論與應用》基于連續介質力學、連續介質熱力學及靜電學的基本原理，建立了半導體的連續介質物理模型。以該模型為基礎，采用材料力學及板殼力學的建模方法系統地研究了典型彈性半導體結構中的多場耦合問題，包括一維和二維壓電半導體結構（撓*電半導體結構）在靜態加載、失穩、振動時的變形及載流子分布等。作為該理論模型的應用，研究了壓電半導體材料的變形傳感及機械力對電子電路中電流的調控。
目錄
序
前言
第1章 緒論 1
1.1 電介質的機電耦合理論 1
1.1.1 壓電效應 1
1.1.2 應變梯度效應與撓*電效應 4
1.1.3 熱彈性與熱釋電效應 6
1.2 半導體的機電耦合理論 8
1.2.1 半導體中的漂移–擴散電流 8
1.2.2 半導體中的壓電效應 9
1.2.3 半導體中的撓*電效應 10
1.2.4 半導體中的熱電效應 11
1.3 電介質與半導體的非線性電彈性模型 12
1.3.1 電介質的非線性電彈性模型 12
1.3.2 半導體的非線性電彈性模型 15
1.4 彈性板與彈性桿的多場耦合結構理論 16
1.4.1 彈性板的多場耦合結構理論 16
1.4.2 彈性桿的多場耦合結構理論 21
1.5 彈性半導體的傳感原理 22
1.6 本書主要內容 23
參考文獻 25
第2章 彈性半導體的連續介質理論 31
2.1 半導體連續介質運動的描述 31
2.2 空間描述的守恒律與熱力學 32
2.2.1 質量守恒方程 32
2.2.2 電荷守恒方程 33
2.2.3 靜電學方程 33
2.2.4 動量與動量矩定理 33
2.2.5 熱力學**定律 34
2.2.6 熱力學第二定律 35
2.2.7 耗散不等式 35
2.3 物質描述的守恒律與熱力學 36
2.3.1 變量的物質形式 36
2.3.2 場方程的物質形式 37
2.4 熱力學推論與本構方程 38
2.4.1 熱力學限制條件 38
2.4.2 彈性半導體的吉布斯關系和熱傳導方程 39
2.4.3 本構方程 40
2.4.4 菲克定律 41
2.4.5 漂移–擴散電流、傅里葉熱傳導及熱電效應 41
2.5 邊值問題的總結與線性化 43
2.5.1 邊值問題總結 43
2.5.2 線性化 45
參考文獻 47
第3章 壓電半導體的結構理論 48
3.1 壓電半導體的三維理論 48
3.2 壓電半導體的一維結構理論 49
3.3 壓電半導體纖維的扭轉理論 52
3.3.1 壓電半導體桿中的波動分析 55
3.3.2 壓電半導體桿的靜態扭轉分析 56
3.4 壓電半導體的二維結構理論 58
3.5 二維方程的應用 60
3.5.1 壓電半導體板的拉伸方程 60
3.5.2 壓電半導體板的彎*與厚度剪切方程 62
3.5.3 壓電半導體板的厚度伸縮方程 64
3.6 壓電半導體板的穩定性分析 66
3.6.1 前屈*問題分析 66
3.6.2 含有剪切變形的穩定性分析 67
3.6.3 圓形板的穩定性分析 72
3.7 壓電半導體板的厚度伸縮分析 75
3.7.1 靜力學問題的應力函數方法 76
3.7.2 均勻變形產生的電荷積累 77
3.7.3 局部勢壘分析 78
3.8 壓電半導體復合結構的彎*與厚度剪切分析 81
3.8.1 復合結構板的一階剪切方程 82
3.8.2 鋯鈦酸鉛–硅復合結構 85
3.8.3 矩形復合結構板在彎*變形時的載流子分布 87
3.9 本章小結 90
參考文獻 90
第4章 撓*電半導體的結構理論 91
4.1 撓*電半導體的三維理論 91
4.2 撓*電半導體的一維結構理論 92
4.3 撓*電半導體一維方程的應用 95
4.3.1 撓*電半導體桿的拉伸方程 96
4.3.2 撓*電半導體梁的彎*方程 97
4.3.3 撓*電半導體桿的扭轉方程 99
4.4 撓*電半導體桿的扭轉與翹*分析 102
4.4.1 扭轉波與翹*波 102
4.4.2 靜態扭轉與翹* 104
4.5 撓*電半導體梁的穩定性分析 107
4.5.1 可滑動邊界分析 107
4.5.2 簡支邊界分析 111
4.5.3 其他邊界分析 112
4.6 撓*電半導體的二維結構理論 113
4.7 撓*電半導體板的彎*分析 120
4.7.1 純彎*分析 122
4.7.2 局部勢壘分析 124
4.8 撓*電半導體板的穩定性分析 125
4.9 本章小結 128
參考文獻 128
第5章 半導體行為的溫度調控 130
5.1 考慮熱應力與熱釋電效應的半導體三維理論 130
5.2 平面應力問題中局部升溫產生的勢壘分析 131
5.3 熱壓電半導體板的拉伸與彎*理論 135
5.3.1 熱壓電半導體板的一階方程 135
5.3.2 氧化鋅板的拉伸方程 138
5.3.3 氧化鋅板的彎*與剪切方程 143
5.4 熱撓*電半導體桿的拉伸與彎*分析 145
5.4.1 撓*電半導體桿的拉伸與彎*方程 145
5.4.2 橫向溫度變化引起的彎*變形 149
5.4.3 軸向溫度變化引起的拉伸變形 152
5.5 本章小結 155
參考文獻 156
第6章 半導體復合結構行為的磁調控 157
6.1 含有壓磁效應的框架 157
6.2 壓磁–半導體復合板的彎*分析 158
6.2.1 復合板彎*的二維方程 159
6.2.2 均勻磁場分析 163
6.2.3 非均勻磁場分析 164
6.2.4 時諧磁場分析 167
6.3 壓磁–半導體復合桿的二階拉伸分析 167
6.3.1 復合桿翹*的一維方程 168
6.3.2 全域磁場分析 172
6.3.3 局部磁場分析 174
6.4 本章小結 175
參考文獻 175
第7章 傳感與電子電路的機械調控 176
7.1 溫度傳感 176
7.2 扭矩對壓電半導體桿中電流的調控 179
7.3 復合結構中的電流調控 180
7.4 本章小結 184
參考文獻 184
第8章 結論與展望 185
8.1 結論 185
8.2 展望 186
附錄 188
附錄 A 彈性半導體的熱力學**定律 188
附錄 B 本構矩陣與材料常數 191
B.1 本構矩陣 191
B.2 材料常數 193
參考文獻 196
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