半导体锗材料与器件 [Germanium-based Technologies From Materials to Devices] pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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[比] 克莱，[比] 西蒙 著，屠海令 等 译

图书标签:

• 半导体
• 锗材料
• 锗器件
• 材料科学
• 电子工程
• 半导体物理
• 器件物理
• 集成电路
• 薄膜技术
• 纳米技术

出版社： 冶金工业出版社

ISBN：9787502451752

版次：1

商品编码：10623213

包装：平装

外文名称：Germanium-based Technologies From Materials to Devices

开本：16开

出版时间：2010-04-01

用纸：胶版纸

页数：392

字数：467000

正文语

编辑推荐

《半导体锗材料与器件》作者Cor Claeys博士和Eddy Simoen博士是世界知名的半导体材料和器件专家，均任职于国际著名的微电子研究机构IMEC，他们在书中系统总结了锗材料与工艺技术的最新进展和锗器件及其在光电子学、探测器与太阳能电池等领域的研究成果。
全书涵盖了锗晶体生长、缺陷控制、杂质影响、加工工艺、锗器件及器件模拟，以及锗在红外与其他领域的应用等内容，并展望了未来锗材料和器件的发展前景。其内容广泛，数据详实，可作为高等院校、科研院所和相关单位中从事半导体器件与材料物理学习和研究人员的参考用书。

内容简介

《半导体锗材料与器件》是全面深入探讨这一技术领域的首部著作，其内容涵盖了半导体锗技术研究的最新进展，阐述了锗材料科学、器件物理和加工工艺的基本原理。作者系来自科学界及工业界从事该领域前沿研究的国际知名专家。
《半导体锗材料与器件》还介绍了锗在光电子学、探测器以及太阳能电池领域的工业应用。它对从事半导体器件与材料物理研究的科技人员、高等院校材料专业的师生以及工业和研究领域的工程师们而言，是一部必不可少的参考书，无论是专家还是初学者都将从《半导体锗材料与器件》中受益。锗是研发晶体管技术的基础性半导体材料，近年来，由于其在微纳电子学领域的潜在优势，半导体锗材料又重新受到人们的关注。

内页插图

目录

0 导论
0.1 引言
0.2 历史沿革和重大事件
0.3 锗用作新型超大规模集成电路（ULSI）衬底：机遇与挑战
0.4 本书梗概
参考文献

1 锗材料
1.1 引言
1.2 体锗片的制备
1.2.1 锗原材料：供应及生产流程
1.2.2 锗晶体生长
1.2.3 锗片制造
1.3 GOI衬底
1.3.1 背面研磨SOI
1.3.2 以薄层转移技术制备GOI衬底
1.4 结论
参考文献

2 锗中长入缺陷
2.1 引言
2.2 锗中本征点缺陷
2.2.1 本征点缺陷特性的模拟
2.2.2 有关空位特性的实验数据
2.2.3 Voronkov模型对锗的应用
2.3 非本征点缺陷
2.3.1 掺杂剂
2.3.2 中性点缺陷
2.3.3 碳
2.3.4 氢
2.3.5 氧
2.3.6 氮
2.3.7 硅
2.4 直拉生长过程中位错的形成
2.4.1 热模拟
2.4.2 机械应力的发生
2.4.3 锗的力学性质
2.4.4 拉晶过程中的位错成核和增殖
2.4.5 锗中位错的电学影响
2.5 点缺陷团
2.5.1 空位团的实验观察
2.5.2 空位团形成的模型和模拟
2.6 结论
参考文献

3 锗中掺杂剂的扩散和溶解度
3.1 引言
3.2 半导体中的扩散
3.2.1 扩散机制
3.2.2 自扩散
3.3 锗中的本征点缺陷
3.3.1 淬火
3.3.2 辐照
3.4 在锗和硅中的自扩散和Ⅳ族原子扩散
3.4.1 放射性示踪实验
3.4.2 锗中同位素作用和Ⅳ族元素的扩散
3.4.3 掺杂和压力的影响
3.4.4 锗在硅中的扩散
3.5 锗中杂质的溶解度
3.6 锗中Ⅲ、Ⅴ族掺杂剂的扩散
3.6.1 Ⅲ族受主的扩散
3.6.2 V族施主的扩散
3.6.3 锗中掺杂电场对掺杂扩散的作用
3.6.4 小结
3.7 结论
参考文献

4 锗中氧
4.1 引言
4.2 间隙氧
4.2.1 氧浓度的测量
4.2.2 扩散率和溶解度
4.2.3 振动谱结构和缺陷模型
4.3 TDs和氧二聚物
4.3.1 TDs的电子态
4.3.2 TDs的振动谱
4.3.3 氧二聚物的振动谱
4.4 氧沉淀的红外吸收
4.5 空位.氧缺陷
4.6 结论
参考文献

5 锗中金属
5.1 引言
5.2 锗中的铜杂质
5.2.1 分配系数Kd
5.2.2 锗中铜原子结构
5.2.3 游离铜的扩散机理
5.2.4 掺杂浓度对铜扩散和溶解度的影响
5.2.5 锗中铜扩散Kick-0ut机理
5.2.6 锗中铜的沉淀
5.2.7 替位铜的能级和俘获截面
5.2.8 间隙铜原子与Cu-Cui原子对的能级
5.2.9 铜对锗中载流子寿命的影响
5.3 锗中的银、金和铂
5.3.1 分凝系数、溶解度和扩散系数
5.3.2 能级和俘获截面
5.3.3 对载流子寿命的影响
5.4 锗中的镍
5.4.1 镍在锗中的溶解度和扩散率
5.4.2 镍在锗中的能级和俘获截面
5.4.3 对载流子寿命的影响
5.5 锗中的过渡金属
5.5.1 铁
5.5.2 钴
5.5.3 锰
5.5.4 其他金属
5.6 锗中金属性能的化学趋势
5.6.1 电学性能
5.6.2 锗中金属的光学性质
5.6.3 影响锗中载流子寿命的因素
5.7 结论
参考文献

6 锗中缺陷从头计算的建模
6.1 引言
6.2 量子力学方法
6.3 Kohn-Sham能级和占据能级
6.4 形成能、振动模和能级
6.5 锗中的缺陷模拟
6.6 锗中的缺陷
6.6.1 锗中的空位和双空位
6.6.2 自间隙
6.6.3 氮缺陷
6.6.4 锗中的碳
6.6.5 锗中的氧
6.6.6 热施主
6.6.7 锗中的氢
6.7 缺陷的电学能级
……
7 锗中辐射缺陷及行为
8 锗器件的电学性能
9 器 件模拟
10 纳米尺度锗MOS栅介质和MOS结
11 先进的锗MOS器件
12 锗的其他应用
13 发展趋势与展望
附录

精彩书摘

本章讨论锗中辐照和粒子损伤、产生的缺陷以及缺陷损伤的退火消除以避免其对材料和器件性能的影响，重点放在能够沉积足够能量并影响锗晶体晶格点阵移位的辐照上。在这种最简单的情况下，锗原子连续从替位位置迁移到间隙位置，从而留下空位。换句话说产生一个弗仑克尔对。空位和间隙原子在室温下都有足够的动能在晶格中移动以及和其他的相发生反应，从而导致缺陷和缺陷复合体的产生。高能电子、Y射线和任一原子的中子和高能离子都可能发生这种迁移和反应。特别是后者的机制与半导体技术相关，非常重要，因为它是离子注入技术制造器件的基础。
本章的结构是这样的：首先是半导体中辐照损伤和注入的一般性问题，紧接着转向介绍与锗有关的具体内容。在第一部分（7.2 节）中，对形成弗仑克尔对缺陷的射线和电子辐照与产生原子簇缺陷的仅粒子、中子和离子注入辐照进行了对比。
第二部分（7.3 节）回顾并分类讲述了锗中的缺陷及缺陷间的反应，在本节的部分讨论中进行了si与siGe的对比。
最后一部分（7.4 节）讨论了辐照损伤对锗材料和锗器件的影响，再次关注了产生原子移位的损伤的影响，同时考虑了器件的电离辐照，进行这种辐照时器件吸收能量，产生电离现象，从而生成一个空穴.电子对，而不是替位原子。
在后一种情况，我们需要区分瞬间离子化与时间较长的离子化效果的不同。瞬间离子化时，空穴和电子会迁移，一旦在器件的有源区发生瞬间离子化，器件就可能产生错误信号或噪声。而在绝缘体中，如M0s器件上的氧化物门，产生的电子和空穴不能像半导体中的那样自由迁移，出现这种情况的区域，性能上可能发生永久性的改变。

前言/序言

　　众所周知，半导体硅材料是推动人类社会进入信息化时代的关键材料。然而，在晶体管和集成电路发展的初期阶段，锗是至关重要的半导体材料。正如本书封面显示的那样，世界上第一只点接触三极管的诞生采用的就是锗衬底材料。20世纪60年代，随着硅技术的不断发展，锗作为微电子工业主要材料的地位逐步被替代。近来，锗及锗基半导体材料在微纳电子器件发展中又重新得到了半导体工业界的重视。
　　本书作者Cor Claeys博士和Eddy Simoen博士是世界知名的半导体材料和器件专家，均任职于国际著名的微电子研究机构IME，他们在书中系统总结了锗材料与工艺技术的最新进展和锗器件及其在光电子学、探测器与太阳能电池等领域的研究成果。我和Cor Claeys博士多次在国际会议上交流，他十分支持本书的翻译工作，并欣然在书的扉页上题词；在征得出版机构同意后，特邀邓志杰、朱悟新、米绪军、余怀之、黎建明、张峰赕、肖清华等人一起将该书译成中文，以飨读者。
　　全书涵盖了锗晶体生长、缺陷控制、杂质影响、加工工艺、锗器件及器件模拟，以及锗在红外与其他领域的应用等内容，并展望了未来锗材料和器件的发展前景。其内容广泛，数据详实，可作为高等院校、科研院所和相关单位中从事半导体器件与材料物理学习和研究人员的参考用书。
　　在翻译出版本书的过程中，得到了冶金工业出版社和：Elseviel出版社的大力合作；北京有色金属研究总院黄倬同志、肖芳同志参加了部分组织工作，在此一并表示衷心感谢！

《量子纠缠的奥秘：从理论基石到前沿应用》 内容梗概： 本书旨在深入浅出地探讨量子纠缠这一迷人且至关重要的量子力学现象。我们将从其理论的起源和发展脉络出发，逐步剖析其核心概念、数学描述以及与经典物理学的根本性差异。随后，我们将详细阐述量子纠缠在各个前沿科学技术领域中的独特作用与革命性潜力，包括但不限于量子计算、量子通信、量子传感以及基础物理学研究等方面。本书的目标读者群体广泛，包括对量子力学怀有浓厚兴趣的本科生、研究生，以及希望了解量子纠缠最新进展的科研人员、工程师和科普爱好者。 第一章：量子纠缠的理论基石 1.1 量子力学简史与叠加态的引入： 从黑体辐射、光电效应的解释引入量子概念，介绍普朗克和爱因斯坦的贡献。 详细阐述波粒二象性，并以此引出量子态的描述——波函数。 深入解释量子叠加态的概念：一个量子系统可以同时处于多个可能状态的组合之中。通过薛定谔的猫思想实验，形象地说明叠加态的非经典特性。 讨论叠加态的测量问题：测量行为如何导致波函数坍缩，系统选择一个确定的状态。 1.2 量子纠缠的诞生：EPR佯谬与贝尔不等式： 详细介绍爱因斯坦、波多尔斯基和罗森（EPR）在1935年提出的EPR佯谬，他们试图通过“隐变量”理论来解释量子力学的不完备性，并引入了“定域实在论”的思想。 清晰解释EPR佯谬的核心论证：如果量子力学是完备的，那么对一个粒子进行测量，会瞬时地影响到与其纠缠的另一个粒子，无论它们相距多远，这似乎违反了定域性原理。 引出贝尔不等式：约翰·斯图尔特·贝尔在1964年提出的贝尔定理，为检验量子力学的非定域性提供了实验上的途径。详细阐述贝尔不等式的数学形式及其推导过程。 解释贝尔定理的含义：如果量子力学是正确的，那么在某些实验条件下，测量结果会违反贝尔不等式，这将直接否定定域隐变量理论。 1.3 量子纠缠的数学描述：密度矩阵与张量积： 介绍量子态的表示方法：狄拉克符号（bra-ket notation）及其在描述单粒子和多粒子系统中的应用。 详细阐述张量积（Tensor Product）在描述多粒子系统中的作用。说明如何通过两个子系统的态向量的张量积来构建复合系统的态向量。 引入密度矩阵（Density Matrix）：解释其在描述混合态（Mixed State）中的重要性，并对比纯态（Pure State）与混合态的区别。 给出判断一个多粒子系统是否纠缠的数学判据：通过对密度矩阵进行部分迹（Partial Trace）操作，并分析其特征值来判断是否存在纠缠。重点介绍PPT（Peres-Horodecki criterion）判据等。 举例说明如何用密度矩阵和张量积来表示和分析常见的纠缠态，如贝尔态（Bell states）。 第二章：量子纠缠的实验验证与表征 2.1 纠缠的产生机制： 2.1.1 光学方法： 详细介绍通过非线性光学过程产生纠缠光子的技术，如参量下转换（Spontaneous Parametric Down-Conversion, SPDC）和参量荧光（Spontaneous Parametric Up-Conversion, SPUC）。阐述其基本原理、实验装置以及产生纠缠态的类型（如偏振纠缠、能量时间纠缠等）。 2.1.2 原子、离子和超导量子比特： 介绍利用囚禁离子、中性原子以及超导电路中的约瑟夫森结等物理系统产生和操控纠缠态的方法。描述相关的实验技术，例如激光冷却、射频脉冲操控、微波驱动等。 2.1.3 其他平台： 简要提及量子点、金刚石NV色心等其他正在研究中的纠缠产生平台。 2.2 纠缠的测量与表征： 2.2.1 贝尔实验： 详细回顾阿斯佩克特（Alain Aspect）等人的开创性实验，他们首次在宏观尺度上验证了贝尔不等式的违反，为量子纠缠的非定域性提供了确凿证据。介绍实验的挑战和解决方案，例如如何确保探测器的效率和符合性。 2.2.2 量子态层析（Quantum State Tomography）： 详细解释量子态层析技术，说明如何通过进行一系列投影测量来重构系统的密度矩阵，从而全面了解纠缠态的性质。 2.2.3 纠缠度量（Measures of Entanglement）： 介绍用于量化纠缠程度的各种指标，例如纠缠熵（Entanglement Entropy）、纠缠保真度（Entanglement Fidelity）、纠缠数量（Entanglement Amount）等。解释不同度量方式的适用场景和优缺点。 2.3 实验中的挑战与进展： 讨论在实验中实现高保真度纠缠态的难度，包括退相干（Decoherence）的影响、量子比特的操控精度、探测器的效率等。 介绍近些年纠缠实验在纠缠粒子数、纠缠距离、纠缠持续时间等方面取得的突破性进展，例如多粒子纠缠的制备、长距离量子通信中的纠缠分发等。 第三章：量子纠缠的前沿应用 3.1 量子计算： 3.1.1 量子比特与量子门： 介绍量子计算的基本单元——量子比特（qubit），及其与经典比特的区别。详细阐述量子门（Quantum Gate）的概念，以及如何利用酉变换（Unitary Transformation）来操控量子比特的状态。 3.1.2 量子算法： 深入分析利用量子纠缠实现某些经典算法无法比拟的优势的量子算法。重点讲解Shor算法（用于因子分解）和Grover算法（用于无序数据库搜索），解释它们在算法设计中如何巧妙地利用量子叠加和量子纠缠的特性。 3.1.3 容错量子计算： 探讨量子计算面临的最大挑战之一——错误纠正。介绍量子纠错码（Quantum Error Correction Codes）的基本原理，以及如何通过编码和解码来保护量子信息免受退相干的影响。 3.1.4 量子计算架构： 简要介绍目前主流的量子计算硬件实现路线，包括超导量子比特、囚禁离子、光量子计算、拓扑量子计算等，分析它们各自的优缺点和发展前景。 3.2 量子通信： 3.2.1 量子密钥分发（Quantum Key Distribution, QKD）： 详细介绍基于量子纠缠的QKD协议，例如E91协议。解释如何利用量子纠缠的性质来生成共享的、不可窃听的密钥，以及其安全性原理——任何窃听行为都会破坏量子纠缠，从而被通信双方发现。 3.2.2 量子隐形传态（Quantum Teleportation）： 详细阐述量子隐形传态的原理。解释如何利用一对预先共享的纠缠粒子，以及经典的通信信道，将一个未知量子态从一个地点传输到另一个地点，而无需物理上的信息传递。强调量子隐形传态并非物质的传输，而是量子态的复制（基于No-Cloning Theorem，量子态不可复制）。 3.2.3 量子网络： 展望构建大规模量子网络的可能性，包括量子中继器（Quantum Repeater）的设计和实现，以及如何在分布式量子系统中利用纠缠进行信息交换和资源共享。 3.3 量子传感与计量： 3.3.1 提高测量精度： 解释量子纠缠如何突破经典测量的海森堡极限（Heisenberg Limit），实现更高的测量精度。例如，利用纠缠态作为量子探针，可以更精确地测量磁场、电场、引力场等物理量。 3.3.2 量子成像： 介绍基于纠缠光子的量子成像技术，例如“鬼成像”（Ghost Imaging）和“安全成像”（Quantum Imaging for Security）。说明如何利用纠缠光子的关联性来克服传统成像的限制，例如在低光照或复杂环境下成像。 3.3.3 量子时钟与导航： 探讨利用纠缠原子钟来提高时间测量的精度，以及其在基础物理学研究和下一代导航系统中的潜在应用。 3.4 基础物理学研究： 3.4.1 探索量子引力： 讨论量子纠缠在探索量子引力理论，以及理解黑洞信息佯谬等宇宙学问题中的作用。 3.4.2 模拟复杂量子系统： 介绍量子模拟（Quantum Simulation）的概念，利用可控的量子系统来模拟其他更复杂、难以直接研究的量子系统，例如凝聚态物理中的多体问题。 3.4.3 检验量子力学基本原理： 强调量子纠缠作为量子力学最非经典的特征之一，其持续的实验研究也在不断地深化我们对量子世界基本规律的理解。 第四章：展望与挑战 4.1 量子技术集成： 探讨如何将不同的量子技术（计算、通信、传感）有效地集成起来，构建一个统一的量子信息基础设施。 4.2 量子软件与算法开发： 讨论量子编程语言、开发工具以及新的量子算法的研究方向。 4.3 宏观量子现象的研究： 探索在宏观尺度上实现和观测量子纠缠的可能性，以及这可能带来的新的科学发现。 4.4 面临的理论与工程挑战： 总结当前量子纠缠领域在理论建模、实验实现、工程放大、成本控制等方面存在的关键挑战，并提出可能的解决方案和未来的研究方向。 4.5 量子技术的社会与伦理影响： 简要探讨量子技术发展可能带来的社会变革、经济影响以及相关的伦理和安全问题。 本书力求为读者构建一个从理论基础到实际应用，从经典视角到未来展望的全面认知框架，激发对量子世界更深层次的探索和思考。

评分☆☆☆☆☆

我是一名资深的电子产品爱好者，虽然不是专业人士，但对科技的发展和产品背后的技术原理总是充满好奇。“半导体锗材料与器件”这个名字听起来就非常硬核，我猜测这本书的内容可能涉及一些高深的物理和工程知识。我希望这本书能够用一种相对易于理解的方式，让我明白为什么锗在曾经的电子工业中扮演了如此重要的角色，以及后来又是如何被硅所取代，但现在又在某些领域重新焕发活力的。书中或许会介绍一些历史性的故事，比如锗晶体管的发明，以及它如何开启了半导体时代。同时，我也好奇书中会讲述锗材料在现代一些特定领域的应用，比如在红外探测器、高效太阳能电池，甚至是在某些高端的射频器件中。我希望通过这本书，能够了解到半导体材料发展的一个缩影，理解技术演进的规律，以及不同材料在特定历史时期和应用场景下所展现出的独特价值。这本书，对我来说，更像是一次科技历史的溯源之旅，让我能从更宏观的视角去理解“半导体”这个概念的演变和发展。

评分☆☆☆☆☆

我是一个电子工程专业的本科生，最近刚接触到半导体器件这部分课程，觉得内容非常吸引人。“半导体锗材料与器件”这本教材（或者参考书）对我来说，就像是一把解锁复杂知识的钥匙。我希望它能像一位循循善诱的老师，用清晰的逻辑和生动的比喻，来解释锗这种材料的基本概念，比如它与硅在电子特性上的异同，以及为什么在某些特定的应用场景下，锗会比硅更具优势。我期待书中能有大量的插图和实物照片，展示不同类型的锗晶体管和集成电路，让我能够直观地理解它们的外形和内部结构。更重要的是，我希望书中能详细解析这些器件的工作原理，包括载流子的运动、电流的控制等等，并且能够提供一些基础的计算公式和设计方法，让我能够尝试着去分析和设计简单的锗基电路。通过阅读这本书，我希望能对半导体器件有一个系统、全面的认识，为我未来的学习打下坚实的基础，也为我理解更复杂的现代电子产品提供一个清晰的视角。

评分☆☆☆☆☆

我是在一个偶然的机会看到了这本书的封面，那简约而富有力量的设计一下子吸引了我。我猜这本书的作者一定是一位在该领域深耕多年的专家，他（她）用自己毕生的知识和经验，将“半导体锗材料与器件”这个专业而庞大的主题，凝聚成了一部引人入胜的作品。我期待书中能够详细介绍锗材料的物理特性，比如它的导电性、能带结构、热导率等等，并且能够用清晰的图表和数据来辅助说明。更重要的是，我希望书中能够深入探讨不同生长技术（如CVD、MBE等）对锗材料质量的影响，以及各种掺杂技术如何调控其电学性能。对于器件部分，我热切希望书中能详细讲解基于锗材料制造的各类晶体管（如MOSFET、BJT），以及光电器件（如光电二极管、光电探测器）的工作原理和性能优势。这本书，在我看来，应该是一本集理论深度与实践指导于一体的宝典，它不仅能为我提供扎实的理论基础，还能让我对实际的半导体器件设计和制造过程有一个全面的认识，从而激发我在这个领域进一步学习和探索的兴趣。

评分☆☆☆☆☆

我是一名对前沿科技充满热情的研究生，一直以来对高性能半导体材料和下一代电子器件抱有浓厚的兴趣。“半导体锗材料与器件”这个书名，正好击中了我的兴趣点。我预想这本书的写作风格会偏向学术化，内容详实且严谨，适合有一定专业基础的读者。我希望书中能够提供最新的研究进展和技术动态，比如在当前摩尔定律逐渐触及物理极限的背景下，锗材料在超越硅基技术方面可能扮演的角色，例如其更高的载流子迁移率在高速器件方面的优势。我尤其期待书中能对异质集成（heterogeneous integration）和三维堆叠（3D stacking）等先进的器件制造技术进行深入的阐述，以及锗在其中如何发挥关键作用。同时，我也希望书中能涉及到一些更具前瞻性的内容，例如量子点、纳米线等纳米尺度的锗材料在新型电子器件和量子计算领域的潜在应用。这本书，对我而言，不仅是一次知识的补充，更可能是一次灵感的启迪，帮助我找到新的研究方向，并为我未来的学术研究奠定坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

这本书的名字听起来就充满了科技感和深度，我对它充满了好奇，想象着它会是一本深入浅出的科普读物，带领我走进半导体锗材料的神秘世界。我期待它能用通俗易懂的语言，为我揭示锗这种元素为何如此重要，以及它在现代科技中扮演着怎样的角色。书中会不会描绘出锗从原始矿石经过复杂的提炼、纯化过程，最终变成高纯度半导体材料的艰辛旅程？我脑海中浮现出各种显微镜下的晶体结构图，以及科学家们在实验室里孜孜不倦探索的画面。同时，我也好奇书中会如何介绍锗在电子器件中的具体应用，比如它如何构成晶体管，又如何影响着芯片的性能和功耗。我想象着书中可能会穿插一些生动的故事，讲述锗材料发展过程中的关键性突破，以及那些为之奉献的杰出科学家。读完这本书，我希望自己能对“半导体”这个词有了更具象的理解，不再只是一个抽象的科技概念，而是能够感受到它背后蕴藏的智慧和力量。这本书就像一扇窗，透过它，我希望能窥见科技的脉络，理解我们生活中的许多便利是如何诞生的。