《半导体物理学》第一章主要介绍了半导体的基本概念和电子状态，这是理解半导体材料特性和器件工作原理的基础。本章的核心是能带理论，它采用单电子近似法来研究晶体中的电子状态。
半导体的物理性质与其内部电子的状态和运动规律密切相关。在半导体单晶材料中，电子的行为受到周期性排列的原子核势场以及其它电子平均势场的影响。这种势场被视为具有与晶格相同周期的周期性势场。
能带理论是研究晶体中电子状态的关键工具。在这个理论中，每个电子被看作是在固定不动的原子核和平均电子势场中运动。通过这种方法，晶体的能级被组织成一系列连续的能带，包括价带、导带和禁带。价带包含满载电子的能级，而导带则是空的，可以容纳移动的电子。禁带是能量范围，在这个范围内没有电子状态，决定了半导体的绝缘或导电特性。
在能带理论中，电子的有效质量概念被引入，用来描述电子在周期场中的运动。有效质量不同于自由电子的真实质量，它反映了电子在晶格中受到周期势场作用后的动力学行为。此外，章节还提到了孔穴的概念，它是半导体导电机制的一部分，代表了缺少一个电子的位置，也可以参与电荷的传输。
半导体的导电性主要取决于价带顶和导带底之间的能量差，即禁带宽度。当外界能量（如光照或热激发）足够大时，电子可以从价带跃迁到导带，形成电子-空穴对，从而使得半导体导电。回旋共振是研究这些电子运动的一个实验技术，它可以提供关于半导体材料参数的宝贵信息。
在半导体材料中，硅（Si）和锗（Ge）的能带结构是典型的研究对象。它们都是四价元素，因此具有类似的能带结构，但具体的能带形状和禁带宽度有所不同。化合物半导体如 GaAs 或 SiC，由于它们的组成元素不同，能带结构更加复杂，这使得它们可以展现出独特的电子性质，适应于各种高级应用，如激光器和太阳能电池。
总结来说，半导体物理学第一章深入浅出地介绍了半导体的基本结构和电子状态，以及它们如何决定半导体的导电性。这些基础知识对于理解和设计半导体器件至关重要，是后续深入学习半导体物理和电子工程的基础。
