半导体物理性能手册：第1卷 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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Sadao Adachi 著

图书标签:

• 半导体
• 物理
• 性能
• 手册
• 材料科学
• 电子工程
• 固态物理
• 器件物理
• 半导体器件
• 参考书
• 工程技术

出版社： 哈尔滨工业大学出版社

ISBN：9787560345130

版次：1

商品编码：11475968

包装：平装

丛书名： Springer手册精选原版系列

开本：16开

出版时间：2014-04-01

用纸：胶版纸

目录

Preface
Acknowledgments
Contents of Other Volumes
1 Diamond （C）
1.1 Structural Properties
1.1.1 Ionicity
1.1.2 Elemental Isotopic Abundance and Molecular Weight
1.1.3 Crystal Structure and Space Group
1.1.4 Lattice Constant and Its Related Parameters
1.1.5 Structural Phase Transition
1.1.6 Cleavage Plane
1.2 Thermal Properties
1.2.1 Melting Point and Its Related Parameters
1.2.2 Specific Heat
1.2.3 Debye Temperature
1.2.4 Thermal Expansion Coefficient
1.2.5 Thermal Conductivity and Diffusivity
1.3 Elastic Properties
1.3.1 Elastic Constant
1.3.2 Third—Order Elastic Constant
1.3.3 Young's Modulus， Poisson's Ratio， and Similar
1.3.4 Microhardness
1.3.5 Sound Velocity
1.4 Phonons and Lattice Vibronic Properties
1.4.1 Phonon Dispersion Relation
1.4.2 Phonon Frequency
1.4.3 Mode Gruneisen Parameter
1.4.4 Phonon Deformation Potential
1.5 Collective Effects and Related Properties
1.5.1 Piezoelectric Constant
1.5.2 Frohlich Coupling Constant
1.6 Energy—Band Structure： Energy—Band Gaps
1.6.1 Basic Properties
1.6.2 E0—Gap Region
1.6.3 Higher—Lying Direct Gap
1.6.4 Lowest Indirect Gap
1.6.5 Conduction—Valley Energy Separation
1.6.6 Direct—Indirect—Gap Transition Pressure
1.7 Energy—Band Structure： Electron and Hole Effective Masses
1.7.1 Electron Effective Mass： Γ Valley
1.7.2 Electron Effective Mass： Satellite Valley
1.7.3 Hole Effective Mass
1.8 Electronic Deformation Potential
1.8.1 Intravalley Deformation Potential： Γ Point
1.8.2 Intravalley Deformation Potential： High—Symmetry Points
1.8.3 Intervalley Deformation Potential
1.9 Electron Affinity and Schottky Barrier Height
1.9.1 Electron Affinity
1.9.2 Schottky Barrier Height
1.10 Optical Properties
1.10.1 Summary of Optical Dispersion Relations
1.10.2 The Reststrahlen Region
1.10.3 At or Near the Fundamental Absorption Edge
1.10.4 The Interband Transition Region
1.10.5 Free—Carrier Absorption and Related Phenomena
1.11 Elastooptic， Electrooptic， and Nonlinear Optical Properties
1.11.1 Elastooptic Effect
1.11.2 Linear Electrooptic Constant
1.11.3 Quadratic Electrooptic Constant
1.11.4 Franz—Keldysh Effect
1.11.5 Nonlinear Optical Constant
1.12 Carrier Transport Properties
1.12.1 Low—Field Mobility： Electrons
1.12.2 Low—Field Mobility： Holes
1.12.3 High—Field Transport： Electrons
1.12.4 High—Field Transport： Holes
1.12.5 Minority—Carrier Transport： Electrons in ρ—Type Materials
1.12.6 Minority—Carrier Transport： Holes in n—Type Materials
1.12.7 Impact Ionization Coefficient
2 Silicon （Si）
2.1 Structural Properties
2.1.1 Ionicity
2.1.2 Elemental Isotopic Abundance and Molecular Weight
2.1.3 Crystal Structure and Space Group
2.1.4 Lattice Constant and Its Related Parameters
2.1.5 Structural Phase Transition
2.1.6 Cleavage Plane
2.2 Thermal Properties
2.2.1 Melting Point and Its Related Parameters
2.2.2 Specific Heat
2.2.3 Debye Temperature
2.2.4 Thermal Expansion Coefficient
2.2.5 Thermal Conductivity and Diffusivity
2.3 Elastic Properties
2.3.1 Elastic Constant
2.3.2 Third—Order Elastic Constant
2.3.3 Young's Modulus， Poisson's Ratio， and Similar
2.3.4 Microhardness
2.3.5 Sound Velocity
2.4 Phonons and Lattice Vibronic Properties
2.4.1 Phonon Dispersion Relation
2.4.2 Phonon Frequency
2.4.3 Mode Gruneisen Parameter
2.4.4 Phonon Deformation Potential
2.5 Collective Effects and Related Properties
2.5.1 Piezoelectric Constant
2.5.2 Frohlich Coupling Constant
2.6 Energy—Band Structure： Energy—Band Gaps
2.6.1 Basic Properties
2.6.2 E0—Gap Region
2.6.3 Higher—Lying Direct Gap
2.6.4 Lowest Indirect Gap
2.6.5 Conduction—Valley Energy Separation
2.6.6 Direct—Indirect—Gap Transition Pressure
2.7 Energy—Band Structure： Electron and Hole Effective Masses
2.7.1 Electron Effective Mass： Γ Valley
2.7.2 Electron Effective Mass： Satellite Valley
2.7.3 Hole Effective Mass
2.8 Electronic Deformation Potential
2.8.1 Intravalley Deformation Potential： Γ Point
2.8.2 Intravalley Deformation Potential： High—Symmetry Points
2.8.3 Intervalley Deformation Potential
2.9 Electron Affinity and Schottky Barrier Height
2.9.1 Electron Affinity
2.9.2 Schottky Barrier Height
2.10 Optical Properties
2.10.1 Summary of Optical Dispersion Relations
2.10.2 The Reststrahlen Region
2.10.3 At or Near the Fundamental Absorption Edge
2.10.4 The Interband Transition Region
2.10.5 Free—Carrier Absorption and Related Phenomena
2.11 Elastooptic， Electrooptic， and Nonlinear Optical Properties
2.11.1 Elastooptic Effect
2.11.2 Linear Electrooptic Constant
2.11.3 Quadratic Electrooptic Constant
2.11.4 Franz—Keldysh Effect
2.11.5 Nonlinear Optical Constant
2.12 Carrier Transport Properties
2.12.1 Low—Field Mobility： Electrons
2.12.2 Low—Field Mobility： Holes
2.12.3 High—Field Transport： Electrons
2.12.4 High—Field Transport： Holes
2.12.5 Minority—Carrier Transport： Electrons in p—Type Materials
2.12.6 Minority—Carrier Transport： Holes in n—Type Materials
2.12.7 Impact Ionization Coefficient
3 Germanium （C）
3.1 Structural Properties
3.1.1 Ionicity
3.1.2 Elemental Isotopic Abundance and Molecular Weight
3.1.3 Crystal Structure and Space Group
3.1.4 Lattice Constant and Its Related Parameters
3.1.5 Structural Phase Transition
3.1.6 Cleavage Plane
3.2 Thermal Properties
3.2.1 Melting Point and Its Related Parameters
3.2.2 Specific Heat
3.2.3 Debye Temperature
3.2.4 Thermal Expansion Coefficient
3.2.5 Thermal Conductivity and Diffusivity
3.3 Elastic Properties
3.3，1 Elastic Constant
3.3.2 Third—Order Elastic Constant
3.3.3 Young's Modulus， Poisson's Ratio， and Similar
3.3.4 Microhardness
3.3.5 Sound Velocity
3.4 Phonons and Lattice Vibronic Properties
3.4.1 Phonon Dispersion Relation
3.4.2 Phonon Frequency
3.4.3 Mode Gruneisen Parameter
3.4.4 Phonon Deformation Potential
3.5 Collective Effects and Related Properties
3.5.1 Piezoelectric Constant
3.5.2 Frohlich Coupling Constant
3.6 Energy—Band Structure： Energy—Band Gaps
3.6.1 Basic Properties
3.6.2 Eo—Gap Region
3.6.3 Higher—Lying Direct Gap
3.6.4 Lowest Indirect Gap
3.6.5 Conduction—Valley Energy Separation
3.6.6 Direct—Indirect—Gap Transition Pressure
3.7 Energy—Band Structure： Electron and Hole Effective Masses
3.7.1 Electron Effective Mass： F Valiey
3.7.2 Electron Effective Mass： Satellite Valley
3.7.3 Hole Effective Mass
3.8 Electronic Deformation Potential
3.8.1 Intravalley Deformation Potential： Γ Point
3.8.2 Intravalley Deformation Potential： High—Symmetry Points
3.8.3 Intervalley Deformation Potential
3.9 Electron Affinity and Schottky Barrier Height
3.9.1 Electron Affinity
3.9.2 Schottky Barrier Height
3.10 Optical Properties
3.10.1 Summary of Optical Dispersion Relations
3.10.2 The Reststrahlen Region
3.10.3 At or Near the Fundamental Absorption Edge
3.10.4 The Interband Transition Region
3.10.5 Free—Carrier Absorption and Related Phenomena
3.11 Elastooptic， Electrooptic， and Nonlinear Optical Properties
3.11.1 Elastooptic Effect
3.11.2 Linear Electrooptic Constant
3.11.3 Quadratic Electrooptic Constant
3.11.4 Franz—Keldysh Effect
3.11.5 Nonlinear Optical Constant
3.12 Carrier Transport Properties
3.12.1 Low—Field Mobility： Electrons
3.12.2 Low—Field Mobility： Holes
3.12.3 High—Field Transport： Electrons
3.12.4 High—Field Transport： Holes
3.12.5 Minority—Carrier Transport： Electrons in p—Type Materials
3.12.6 Minority—Carrier Transport： Holes in n—Type Materials
3.12.7 Impact Ionization Coefficient
4 Gray Tin （a—Sn）
4.1 Structural Properties
4.1.1 lonicity
4.1.2 Elemental Isotopic Abundance and Molecular Weight
4.1.3 Crystal Structure and Space Group
4.1.4 Lattice Constant and Its Related Parameters
4.1.5 Structural Phase Transition
4.1.6 Cleavage Plane
4.2 Thermal Properties
4.2.1 Melting Point and Its Related Parameters
4.2.2 Specific Heat
4.2.3 Debye Temperature
4.2.4 Thermal Expansion Coefficient
4.2.5 Thermal Conductivity and Diffusivity
4.3 Elastic Properties
4.3.1 Elastic Constant
4.3.2 Third—Order Elastic Constant
4.3.3 Young's Modulus， Poisson's Ratio， and Similar
4.3.4 Microhardness
4.3.5 Sound Velocity
4.4 Phonons and Lattice Vibronic Properties
4.4.1 Phonon Dispersion Relation
4.4.2 Phonon Frequency
4.4.3 Mode Gruneisen Parameter
4.4.4 Phonon Deformation Potential
4.5 Collective Effects and Related Properties
4.5.1 Piezoelectric Constant
4.5.2 Frohlich Coupling Constant
4.6 Energy—Band Structure： Energy—Band Gaps
4.6.1 Basic Properties
4.6.2 Eo—Gap Region
4.6.3 Higher—Lying Direct Gap
4.6.4 Lowest Indirect Gap
4.6.5 Conduction—Valley Energy Separation
4.6.6 Direct—Indirect—Gap Transition Pressure
4.7 Energy—Band Structure： Electron and Hole Effective Masses
4.7.1 Electron Effective Mass： Γ Valley
4.7.2 Electron Effective Mass： Satellite Valley
4.7.3 Hole Effective Mass
4.8 Electronic Deformation Potential
4.8.1 Intravalley Deformation Potential： Γ Point
4.8.2 Intravalley Deformation Potential： High—Symmetry Points
4.8.3 Intervalley Deformation Potential
4.9 Electron Affinity and Schottky Barrier Height
4.9.1 Electron Affinity
4.9.2 Schottky Barrier Height
4.10 Optical Properties
4.10.1 Summary of Optical Dispersion Relations
4.10.2 The Reststrahlen Region
4.10.3 At or Near the Fundamental Absorption Edge
4.10.4 The Interband Transition Region
4.10.5 Free—Carrier Absorption and Related Phenomena
4.11 Elastooptic， Electrooptic， and Nonlinear Optical Properties
4.11.1 Elastooptic Effect
4.11.2 Linear Electrooptic Constant
4.11.3 Quadratic Electrooptic Constant
4.11.4 Franz—Keldysh Effect
4.11.5 Nonlinear Optical Constant
4.12 Carrier Transport Properties
4.12.1 Low—Field Mobility： Electrons
4.12.2 Low—Field Mobility： Holes
4.12.3 High—Field Transport： Electrons
4.12.4 High—Field Transport： Holes
4.12.5 Minority—Carrier Transport： Electrons in p—Type Materials
4.12.6 Minority—Carrier Transport： Holes in n—Type Materials
4.12.7 Impact Ionization Coefficient
……
5 Cubic Silicon Carbide （3C—SiC）
6 Hexagonal Silicon Carbide （2H—， 4H—， 6H—SiC， etc.）
7 Rhombohedral Silicon Carbide （15R—， 21R—， 24R—SiC， etc.）

前言/序言

半导体物理性能手册：第1卷 内容简介 《半导体物理性能手册：第1卷》并非一本涵盖所有半导体材料的百科全书，也并非一本罗列所有半导体器件应用实例的指导书。相反，它是一部专注于揭示构成半导体世界基石的 基础物理原理 和 核心性能参数 的深度文献。本书旨在为读者提供一个坚实的概念框架，理解为何特定的材料能够展现出导电性的奇妙特性，以及这些特性是如何被精确度量的。它如同一位严谨的向导，带领我们穿越原子层面，深入探究物质的电子结构，理解能带理论的精妙，并在此基础上，系统梳理出与半导体性能息息相关的关键物理量。 本书的叙述逻辑清晰，从最基本的物质构成出发，循序渐进地构建起对半导体行为的认识。首先，它会详细阐述 原子结构与化学键合 在形成半导体材料中的作用。读者将了解到，不同元素如何通过共价键、离子键等相互作用，排列成晶体结构，而这种结构正是后续电子行为的根本场所。本书不会沉溺于对某种特定元素的化学性质的详尽介绍，而是聚焦于化学键合如何影响电子的离域程度，从而初步区分导体、绝缘体和半导体的可能性。 随后，本书将篇幅重点放在 电子的能带理论 上。这是理解半导体物理性能的重中之重。我们会深入探讨晶体周期性势场中电子的能量状态，清晰地解释 价带 和 导带 的概念，以及它们之间的 禁带宽度 (Band Gap)。本书会着重强调禁带宽度作为区分半导体材料的关键指标，并详细介绍不同半导体材料（如硅、锗、砷化镓等）的典型禁带宽度范围及其物理意义。我们还会讨论能带的形状，即 电子有效质量，这直接影响电子在电场作用下的运动速度，从而决定材料的载流子迁移率。此外，对 空穴 概念的引入和解释，也将帮助读者理解半导体中的电荷传输机制。本书不会深入探讨复杂的能带计算方法，而是聚焦于能带理论的物理图像和它如何解释宏观的电学性能。 在建立了对能带理论的深刻理解之后，本书将系统地介绍 半导体的基本电学参数。其中， 载流子浓度 (Carrier Concentration) 是核心。我们将详细阐述本征半导体和掺杂半导体中自由电子和空穴的浓度如何决定导电能力。本书将重点讲解 费米-狄拉克分布函数 在描述费米能级附近电子占据概率中的作用，并以此推导出不同温度下载流子浓度的变化规律。对于掺杂半导体，本书会深入分析 施主能级 和 受主能级 如何向导带和价带提供或接受电子，从而显著提高载流子浓度，这是实现半导体器件功能的基础。 接着，载流子迁移率 (Carrier Mobility) 将被作为另一个关键参数进行详细讨论。我们将解释载流子在晶格中的运动并非自由直线，而是会受到 晶格散射（如声子散射）和 杂质散射 的影响。本书会分析不同温度和杂质浓度下，这些散射机制对迁移率的影响，并解释为何迁移率是衡量半导体材料电学性能优劣的重要指标。我们会对比不同半导体材料在典型条件下的迁移率数值，并简要说明其对器件速度的影响。 本书还会系统地介绍 导电率 (Conductivity) 和 电阻率 (Resistivity)。我们将清晰地推导导电率与载流子浓度和迁移率之间的关系，即 $sigma = q(nmu_n + pmu_p)$，其中 $q$ 是基本电荷，$n$ 和 $p$ 分别是电子和空穴的浓度，$mu_n$ 和 $mu_p$ 分别是电子和空穴的迁移率。本书将通过计算实例，展示如何根据材料的载流子浓度和迁移率来预测其宏观的导电性能。 除了上述基础电学参数，本书还将触及 热电效应 和 光学特性 在半导体中的体现。对于热电效应，我们将介绍 塞贝克效应 (Seebeck Effect)、帕尔贴效应 (Peltier Effect) 和 汤姆逊效应 (Thomson Effect)，并解释它们在半导体中的基本物理机制，以及这些效应如何与材料的能带结构和载流子特性相关联。在光学特性方面，本书会探讨 光吸收 和 光发射 现象，特别是 光生载流子 (Photocarrier) 的产生与复合机制，以及这些与半导体禁带宽度之间的关系。例如，我们会解释为何具有特定禁带宽度的半导体适合用于光电探测器或发光器件。 本书的写作风格严谨而清晰，避免使用过多的工程应用术语，而是专注于物理原理的阐述。公式推导会力求简洁明了，并配以必要的物理图像解释。虽然涉及数学，但本书更侧重于培养读者对物理现象的直观理解，而非复杂的数学计算技巧。本书的读者对象是具有一定物理和数学基础的工程技术人员、研究生以及对半导体物理原理感兴趣的科研人员。它并非一本入门级的科普读物，而是希望成为一本能够帮助读者深入理解半导体性能背后物理机制的专业参考书。 总而言之，《半导体物理性能手册：第1卷》是一部聚焦于半导体材料 内在物理属性 的著作。它系统地梳理了原子结构、化学键合、能带理论，以及由此衍生的载流子浓度、迁移率、导电率等关键性能参数。通过对这些基础物理原理的深入剖析，本书旨在为读者构建起一个坚实的概念基础，为进一步理解复杂的半导体器件和技术打下牢固的理论根基。它不会提供关于具体半导体制造工艺的细节，也不会罗列大量的实验数据或器件设计指南，而是执着于挖掘和阐释半导体“之所以是半导体”的本源物理机制。

评分☆☆☆☆☆

对于我这样一名有一定基础但又想进一步提升理论深度的读者来说，《半导体物理性能手册：第1卷》简直是一个宝藏。它不像某些入门书籍那样浅尝辄止，也没有像某些高级专著那样晦涩难懂。这本书的深度恰到好处，能够满足我不断学习的需求。我非常喜欢书中对“激子”和“自由载流子”的讲解，它不仅提供了详细的数学模型，还结合了实验现象进行解释，让我能够更直观地理解这些微观粒子在半导体中的行为。而且，书中还包含了一些前沿的研究方向和未来趋势的讨论，这让我对这个领域的发展保持了敏锐的洞察力。我尤其对书中关于“量子尺寸效应”的部分印象深刻，它揭示了当材料尺寸缩小到纳米级别时，其物理性能会发生怎样的巨大变化。这让我联想到很多新兴的科技应用，比如纳米电子学和量子计算，感觉这本书就像一座桥梁，连接着现在的理论和未来的无限可能。

评分☆☆☆☆☆

这本书的出现，真像是在我学习半导体物理的道路上投下了一束光。我之前在阅读一些文献时，经常会遇到一些看似通用但实际操作起来却模棱两可的参数定义，让人无所适从。而《半导体物理性能手册：第1卷》在这方面做得非常出色，它对每一个性能参数都进行了清晰、准确的定义，并且提供了详细的测量方法和影响因素分析。我最欣赏它对“迁移率”的讲解，不仅仅是给出一个数值，而是深入剖析了温度、掺杂浓度、晶格缺陷等多种因素如何影响迁移率，以及它在不同类型的半导体中表现出的差异。这种严谨的态度，让我对书中提供的所有数据都充满了信任。而且，手册中的图表和插图也设计得非常精良，直观易懂，大大降低了理解难度。它就像一个经验丰富的向导，带领我一步步深入探索半导体世界的奥秘，让我能够更清晰地认识到不同材料的“个性”和“能力”，并为我未来的研究方向指明了道路。

评分☆☆☆☆☆

说实话，我拿到《半导体物理性能手册：第1卷》的时候，并没有抱太高的期望，想着可能就是一本冰冷的、只提供数据的工具书。然而，它的实际内容完全出乎我的意料，带来了一种全新的阅读体验。这本书的内容编排非常有特色，它不仅仅是简单地罗列各种半导体材料的物理参数，而是将这些参数与实际的应用场景紧密地联系起来。比如，在介绍某种材料的击穿电压时，它会顺带解释这种材料在高温高压环境下工作时的表现，以及可能遇到的挑战。这种“情景式”的学习方法，让我觉得非常实用，也更容易理解这些参数的意义。我特别喜欢其中关于“界面物理”的章节，在电子设备中，不同材料之间的接口往往是性能瓶颈所在，而这本书对这些界面效应进行了深入细致的分析，提供了很多有价值的见解。我之前在工作中就遇到过一些与界面相关的技术难题，现在有了这本书，感觉茅塞顿开，找到了解决问题的思路。它让我意识到，半导体物理远不止是课堂上的理论，更是实际工程中需要面对的真实挑战。

评分☆☆☆☆☆

哇，我最近入手的这本《半导体物理性能手册：第1卷》真是太给力了！老实说，一开始我只是抱着试试看的心态，想着大概就是一本枯燥的参考书，但翻开之后，完全颠覆了我的想象。它不仅仅是一本“手册”，更像是一本精心编织的学术小说，只不过主角是那些微小的、却拥有巨大能量的半导体材料。书中的内容，虽然我还没有完全消化，但那种严谨又不失趣味的叙述方式，一下子就把我拉进了半导体的奇妙世界。举个例子，书中关于能带理论的阐述，我之前在学校里学的时候总觉得晦涩难懂，但在这里，作者用了非常形象的比喻和图示，让我瞬间豁然开朗。仿佛一层层神秘的面纱被揭开，我看到了电子在晶体结构中是如何“跳舞”，又是如何影响材料的导电性的。而且，它并非只是罗列公式和数据，而是深入浅出地解释了这些“性能”是如何产生的，背后的物理机制是什么，这一点对我这个希望知其然也知其所以然的读者来说，简直是太重要了。我尤其喜欢书中对不同半导体材料特性对比的章节，那种条理清晰，逻辑严谨的分析，让我能够快速抓住不同材料的优缺点，以及它们在特定应用场景下的优势。虽然我还没有遇到书中提到的所有具体应用，但通过这本书，我已经对未来科技发展有了更深的理解和期待。

评分☆☆☆☆☆

我必须说，这本《半导体物理性能手册：第1卷》简直就是为我量身定做的。我一直对半导体技术充满好奇，但市面上大多数的书籍要么过于基础，要么就深入到让人望而生畏。这本手册恰好找到了那个完美的平衡点。它没有像一些教科书那样，一开始就抛出一堆复杂的数学公式，而是从最基本的概念讲起，逐步引导读者理解半导体材料的本质。我特别欣赏书中对“掺杂”这一概念的解释，它不是简单地说“掺杂会改变性能”，而是详细地分析了不同掺杂物如何影响载流子浓度，以及这些变化对材料导电性和光学性质的具体影响。读起来感觉就像跟着一位经验丰富的导师在实验室里一步步操作，亲眼见证着材料的“蜕变”。而且，手册中还穿插了一些历史背景和发展故事，这让原本可能枯燥的技术内容变得生动有趣。我了解到很多关键的发现是如何诞生的，以及科学家们是如何克服重重困难才取得突破的。这种人文关怀和科学精神的结合，让我在学习技术知识的同时，也感受到了科技进步的魅力。我已经迫不及待地想继续深入研究下去，看看它还有哪些精彩的内容。