半导体物理性能手册：第2卷（下） pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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Sadao Adachi 著

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• 半导体物理
• 半导体器件
• 材料性能
• 电子工程
• 物理学
• 器件物理
• 半导体材料
• 手册
• 参考书
• 工程技术

出版社： 哈尔滨工业大学出版社

ISBN：9787560345178

版次：1

商品编码：11475969

包装：平装

开本：16开

出版时间：2014-04-01

用纸：胶版纸

内容简介

Cubic Gallium Nitride (β-GaN);Gallium Phosphide (GAP);Gallium Arsenide (GaAs);Gallium Antimonide (GaSb);Indium Nitride (INN);Indium Phosphide (InP);Indium Arsenide (InAs);Indium Antimonide (InSb)等。

目录

Preface
Acknowledgments
Contents of Other Volumes
10 Wurtzite Gallium Nitride（a—GaN）
10.1 Structural Properties / 233
10.1.1 Ionicity / 233
10.1.2 Elemental Isotopic Abundance and Molecular Weight / 233
10.1.3 Crystal Structure and Space Group / 234
10.1.4 Lattice Constant and Its Related Parameters / 234
10.1.5 Structural Phase Transition / 235
10.1.6 Cleavage Plane / 235
10.2 Thermal Properties / 236
10.2.1 Melting Point and Its Related Parameters / 236
10.2.2 Specific Heat / 236
10.2.3 Debye Temperature / 237
10.2.4 Thermal Expansion Coefficient / 238
10.2.5 Thermal Conductivity and Diffusivity / 239
10.3 Elastic Properties / 240
10.3.1 Elastic Constant / 240
10.3.2 Third—Order Elastic Constant / 241
10.3.3 Young's Modulus， Poisson's Ratio， and Similar
……
11 Cubic Gallium Nitride （β—GaN）
12 Gallium Phosphide （GAP）
13 Gallium Arsenide （GaAs）
14 Gallium Antimonide （GaSb）
15 Indium Nitride （INN）
16 Indium Phosphide （InP）
17 Indium Arsenide （InAs）
18 Indium Antimonide （InSb）

前言/序言

半导体材料及其应用 本手册旨在为读者提供关于半导体物理性能及其广泛应用的全面概述。半导体作为现代电子产业的基石，其独特的导电特性使其成为构建从微处理器到光电器件等各种复杂电子元件的关键材料。本卷将深入探讨半导体材料的晶体结构、能带理论、载流子输运机制，以及这些基本原理如何转化为实际的器件性能。 第一章：半导体晶体结构与生长 晶体结构是理解半导体材料物理性质的起点。本章将首先介绍半导体中最常见的晶体结构，如金刚石立方结构（硅、锗）和闪锌矿结构（砷化镓、磷化铟）。我们将详细阐述这些结构的原子排列方式、键合特性以及它们对电子能带结构的影响。 晶体学基础： 详细介绍晶格、基元、晶向、晶面等概念，以及如何使用密勒指数来描述晶面和晶向。 常见半导体晶体结构： 金刚石立方结构 (Diamond Cubic): 详细分析Si和Ge的原子排列，解释其八面体和四面体空位，以及与原子半径和键长之间的关系。 闪锌矿结构 (Zinc Blende): 介绍GaAs、GaP、InP等化合物半导体的结构，说明其由两个不同原子组成的子晶格构成，以及阳离子和阴离子位置的规律。 纤锌矿结构 (Wurtzite): 简要介绍ZnO、GaN等半导体采用的结构，对比其与闪锌矿结构的异同，以及其对光学性质的影响。 晶体生长技术： 介绍几种主要的半导体晶体生长方法，包括： 直拉法 (Czochralski Method): 重点介绍硅晶体生长的过程，包括籽晶的引入、熔体的均匀性控制、冷却速率以及如何获得大直径单晶硅棒。 区熔法 (Float Zone Method): 阐述其无需坩埚、适用于高纯度晶体生长的优势，以及其在锗和硅纯化中的应用。 化学气相沉积 (Chemical Vapor Deposition, CVD): 介绍其在薄膜生长中的应用，特别是在化合物半导体和外延层生长方面。 液相外延 (Liquid Phase Epitaxy, LPE): 讨论其在生长多层结构和复杂组分梯度材料中的潜力。 生长缺陷： 讨论在晶体生长过程中可能出现的各种缺陷，如位错、空位、间隙原子、畴界、孪晶等，以及它们对半导体性能的影响。 第二章：半导体能带理论 能带理论是理解半导体导电性的核心。本章将从量子力学的角度出发，解释固体中电子的能量状态如何形成能带，并重点阐述本征半导体和杂质半导体的能带结构。 量子力学基础回顾： 简要介绍薛定谔方程在周期势场中的应用，以及Bloch定理如何解释电子在晶体中的行为。 能带的形成： 自由电子模型与周期势场： 解释原子核外电子的轨道相互作用如何导致能级分裂形成能带。 晶体中的电子能量： 引入能量-波数（E-k）关系图，解释其形状和曲率的物理意义。 导带、价带与禁带： 导带 (Conduction Band): 能量高于费米能级的电子所在能带，电子获得能量后可进入导带成为自由电子。 价带 (Valence Band): 电子主要存在的能量较低的能带，电子被束缚在原子核周围。 禁带宽度 (Band Gap, Eg): 导带底与价带顶之间的能量间隔，这是区分导体、半导体和绝缘体的关键参数。 本征半导体： 电子和空穴的产生： 在高温下，价带中的电子获得足够能量跃迁到导带，留下空穴，形成电子-空穴对。 费米能级 (Fermi Level, Ef): 在本征半导体中，费米能级大致位于禁带的中间位置，代表电子占据概率为1/2的能级。 杂质半导体： 掺杂 (Doping): 引入少量特定杂质原子以改变半导体导电性的过程。 N型半导体： 引入施主杂质（如磷、砷掺杂硅），产生多余的自由电子，电子为多数载流子，空穴为少数载流子。介绍施主能级及其与导带的相对位置。 P型半导体： 引入受主杂质（如硼、铝掺杂硅），产生多余的空穴，空穴为多数载流子，电子为少数载流子。介绍受主能级及其与价带的相对位置。 有效质量 (Effective Mass): 解释在E-k关系图中能带曲率与电子惯性的关系，以及有效质量的概念如何影响载流子的运动。 直接带隙与间接带隙： 区分直接带隙半导体（如GaAs）和间接带隙半导体（如Si, Ge），及其对光学跃迁（光发射与吸收）效率的影响。 第三章：载流子输运现象 载流子（电子和空穴）在电场和温度梯度作用下的运动构成了半导体器件的工作基础。本章将深入探讨载流子的主要输运机制。 载流子的产生与复合： 产生机制： 热激发、光激发、电场激发（雪崩效应）。 复合机制： 辐射复合、俄歇复合、肖特基-里德（SRH）复合（通过缺陷能级进行的复合）。 漂移 (Drift): 电导率 (Conductivity, σ): 描述材料导电能力的重要参数，由载流子浓度和迁移率决定。 迁移率 (Mobility, μ): 载流子在单位电场作用下获得的漂移速度，受晶格散射、杂质散射等影响。 爱因斯坦关系： 解释扩散系数和迁移率之间的联系，该关系对于理解P-N结的扩散电流至关重要。 扩散 (Diffusion): 载流子浓度梯度： 当载流子浓度分布不均匀时，会产生扩散运动。 扩散电流： 由载流子扩散产生的电流。 扩散系数 (Diffusion Coefficient, D): 描述载流子扩散速率的参数。 其他输运现象： 霍尔效应 (Hall Effect): 在磁场和电流作用下，导体或半导体两端产生的电势差，用于测量载流子类型、浓度和迁移率。 热电效应： 塞贝克效应、帕尔帖效应、汤姆逊效应，以及它们在热电材料中的应用。 散射机制： 晶格振动散射 (Phonon Scattering): 电子与晶格振动（声子）相互作用，是高温下主要的散射机制。 杂质散射 (Impurity Scattering): 电子与晶格中的杂质离子相互作用，在高掺杂浓度下占主导地位。 表面和界面散射： 在薄膜和多层结构中，载流子与表面或界面相互作用。 输运模型： 欧姆定律 (Ohm's Law): 在均匀材料和低电场下，电流与电压成正比。 非欧姆输运： 在高电场下，载流子速度饱和、俄歇效应等可能导致非线性I-V特性。 第四章：半导体光学性质 半导体的光学性质与其能带结构密切相关，这使得它们在光电器件领域具有不可替代的地位。本章将介绍半导体的光吸收、光发射以及光电转换等基本光学现象。 光与半导体的相互作用： 光子能量与禁带宽度： 当光子能量大于半导体的禁带宽度时，可以激发电子-空穴对（光吸收）。 吸收系数 (Absorption Coefficient): 描述材料对光的吸收强度，随波长而变化。 直接带隙与间接带隙对吸收的影响： 直接带隙材料在吸收边缘附近吸收效率更高。 光致发光 (Photoluminescence, PL): 激子（Exciton）的形成与辐射复合： 电子-空穴对被库仑力束缚形成的准粒子。 发光效率： 决定了半导体发光器件的亮度。 PL谱分析： 用于表征半导体材料的能级、杂质、缺陷和组分。 电致发光 (Electroluminescence, EL): PN结中的注入与复合： 在PN结施加正向电压时，少数载流子注入到对方区域，并在复合过程中发光。 LED（发光二极管）的工作原理： 基于电致发光原理。 光电导效应 (Photoconductivity): 光照下电导率的变化： 光激发产生电子-空穴对，增加载流子浓度，从而增加电导率。 光电导探测器： 利用此效应检测光信号。 光伏效应 (Photovoltaic Effect): PN结的光生电压： 光吸收产生电子-空穴对，在PN结内建电场作用下分离，形成光生电压。 太阳能电池的工作原理： 基于光伏效应将光能转化为电能。 折射率与反射率： 影响光在半导体材料中的传播和损耗。 非线性光学效应： 在强光照射下，半导体材料表现出的非线性光学响应，如二次谐波产生。 第五章：半导体器件物理基础 本章将连接基础的半导体物理性质与实际的电子器件，介绍半导体器件的基本工作原理，为后续更具体的器件分析打下基础。 PN结的形成与特性： PN结的形成过程： P型和N型半导体接触后，少数载流子扩散引起内建电场和势垒的形成。 平衡状态下的PN结： 扩散电流与漂移电流达到平衡。 外加电压下的PN结： 正向偏置： 势垒降低，电流增大（注入电流）。 反向偏置： 势垒增大，电流极小（漏电流），直到击穿。 PN结的电容效应： 变容二极管的原理。 二极管 (Diode): 整流二极管： 利用PN结的单向导电性。 齐纳二极管 (Zener Diode): 利用齐纳击穿效应实现稳压。 变容二极管 (Varicap Diode): 利用PN结的电容效应。 晶体管 (Transistor): 双极结型晶体管 (Bipolar Junction Transistor, BJT): 结构： NPN或PNP结构。 工作原理： 基极电流控制集电极电流。 电流放大作用： 核心功能。 不同工作区域： 放大区、饱和区、截止区。 场效应晶体管 (Field-Effect Transistor, FET): 结型场效应晶体管 (JFET): 结构： P沟道或N沟道。 工作原理： 栅极电压控制沟道宽度，从而控制漏极电流。 金属-氧化物-半导体场效应晶体管 (MOSFET): 结构： NMOS和PMOS。 工作原理： 栅极电压在绝缘层外形成导电沟道。 增强型与耗尽型： 沟道是否需要栅极电压来形成。 CMOS（互补金属氧化物半导体）技术： 现代集成电路的基础。 光电器件基础： 光电二极管： 光照下产生电流。 光电晶体管： 光信号控制电流。 发光二极管 (LED): 电能转化为光能。 激光二极管： 相干光发射。 太阳能电池： 光能转化为电能。 本卷的编写力求从基础的物理概念出发，逐步深入到半导体材料的性能和器件的工作原理。希望通过详实的论述和清晰的解释，为从事半导体研究、开发和应用的工程师、科学家以及学生提供有价值的参考。

评分☆☆☆☆☆

我是一位对半导体材料在实际应用中的挑战和解决方案很感兴趣的研究人员。在我的工作中，我经常需要面对如何优化材料性能以满足日益严苛的器件需求。因此，我对于《半导体物理性能手册：第2卷（下）》充满了好奇，期待它能为我提供关于如何通过材料设计和工艺优化来提升半导体器件性能的指导。我希望书中能够深入探讨诸如载流子输运机制、界面效应、缺陷工程等关键物理过程，并详细分析它们对器件性能的影响。 此外，我也期待书中能够涵盖不同类型半导体器件（如MOSFETs, bipolar transistors, LEDs, lasers, solar cells等）的物理原理和性能限制，并探讨如何利用半导体材料的物理性能来克服这些限制。例如，在高性能晶体管方面，我希望能了解如何通过掺杂、应变工程或新材料来实现更高的开关速度和更低的功耗。在光电器件方面，我则希望了解如何通过精细调控能带结构和载流子动力学来提高光电转换效率或实现特定的光谱响应。

评分☆☆☆☆☆

我是一名电子工程专业的学生，正在为我的毕业设计寻找可靠的参考资料。我对《半导体物理性能手册：第2卷（下）》的书名颇感兴趣，因为它听起来像是能够提供我研究所需的各种半导体材料的详细物理性能数据和分析。我特别希望能看到关于不同半导体家族，比如硅、砷化镓、氮化镓等，它们的电学、光学和热学性能的详细比较和深入解析。 对于我的毕业设计项目，我可能需要模拟和仿真一些半导体器件的性能，因此，我期望书中能够提供详细的材料参数，包括禁带宽度、迁移率、介电常数、载流子浓度等，以及用于描述这些性能的物理模型和方程。如果书中还能包含一些与器件性能相关的热力学特性，例如热导率、热膨胀系数等，那对于我理解器件在工作过程中的温度效应将非常有帮助。我相信这本书将是我完成毕业设计的重要助手。

评分☆☆☆☆☆

作为一名长期关注半导体产业发展的科技观察者，我一直在留意能够揭示行业前沿技术和未来发展趋势的书籍。《半导体物理性能手册：第2卷（下）》这个书名给我一种权威和前沿的感觉，让我对它充满期待。我设想这本书会深入探讨那些正在塑造未来半导体技术的核心物理原理和材料特性。 我特别感兴趣的是书中可能对下一代半导体材料的介绍，例如宽禁带半导体（如SiC, GaN）在电力电子领域的应用潜力，或者钙钛矿等新型材料在太阳能电池和发光器件中的突破。我希望书中能够详细阐述这些材料的独特物理性能，以及它们为何能够在某些特定领域超越传统的硅基材料。同时，我也期待书中能够对半导体器件的极限性能进行分析，例如在量子效应、高频响应、低功耗等方面，并展望未来可能的研发方向和技术突破。

评分☆☆☆☆☆

我一直在寻找一本能够深入理解半导体物理性能的书籍，偶然间看到了《半导体物理性能手册：第2卷（下）》。虽然我还没有机会亲自翻阅，但从书名就能感受到其内容的深度和广度。我对它充满了期待，想象着书中会详细阐述各种半导体材料在不同环境下的行为特性，比如温度、压力、电磁场等因素对其导电性、光学性质、热力学性质等方方面面的影响。我尤其希望能看到关于新型半导体材料的讨论，例如量子点、二维材料等，了解它们是如何通过独特的物理机制展现出卓越性能的，以及这些性能在未来的电子器件和光电器件中有哪些潜在的应用。 我猜测这本书的结构会非常严谨，或许会从基础的能带理论出发，逐步深入到更复杂的器件物理层面。对于我这样一个对半导体理论有一定了解但还想进一步提升的读者来说，一本能够提供详实数据、权威公式以及深入机理分析的手册是极其宝贵的。我希望书中能够包含大量的图表和实验数据，用直观的方式展示半导体材料的物理性能，帮助我更好地理解抽象的理论概念。而且，如果能涉及一些实际的测量技术和表征方法，那将是锦上添花，能让我将理论知识与实际应用相结合，更好地进行科研工作。

评分☆☆☆☆☆

我是一位业余爱好者，对电子技术和新材料的探索有着浓厚的兴趣。我偶然看到了《半导体物理性能手册：第2卷（下）》这本书，虽然我对其中的一些专业术语可能还不完全理解，但“半导体物理性能”这个词汇本身就让我感到非常神秘和吸引人。我想象着这本书会像一本百科全书，详细地介绍各种各样神奇的半导体材料，它们是如何被发现和制造出来的。 我非常想知道，为什么有些材料能够导电，而有些不能？它们内部的“电子”是怎么工作的？这本书会不会用通俗易懂的方式来解释这些复杂的概念？我希望书中会有很多生动的插图，能够让我直观地看到材料的微观结构，以及它们在受到外界刺激时发生的变化。如果书中还能介绍一些有趣的实验，或者展示一些令人惊叹的半导体应用案例，比如我们每天使用的智能手机、电脑芯片，甚至是未来的无人驾驶汽车，那将是多么令人兴奋的事情！