半导体材料（第三版） pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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杨树人，王宗昌，王兢 著

图书标签:

• 半导体材料
• 材料科学
• 固体物理
• 电子工程
• 半导体物理
• 器件物理
• 微电子学
• 集成电路
• 纳米材料
• 高科技

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030365033

版次：3

商品编码：12112556

包装：平装

丛书名： 普通高等教育电子科学与技术类特色专业系列规划教材

开本：16开

出版时间：2013-02-01

用纸：胶版纸

页数：240

字数：396000

正文语种：中文

编辑推荐

适读人群 ：电子科学与技术、光信息科学与技术、光学、电子学信息类等专业中的非光电子技术专业方向学生
　　★深浅适度，照顾面广，语言简练，概念清楚，理论联系实际。
　　★从主要半导体材料硅入手，全面介绍半导体材料的制备特性。
　　★概括了主要半导体材料的发展状况以及今后的发展方向和可行性。
　　★语言精练，数学要求低，章节紧凑，系统性强。
　　★教材内容与科研工作结合紧密。

内容简介

　　《半导体材料（第三版）》是为大学本科与半导体相关的专业编写的教材，介绍了主要半导体材料硅、砷化镓等制备的基本原理和工艺，以及特性的控制等。全书共13章：第1章为硅和锗的化学制备；第2章为区熔提纯；第3章为晶体生长；第4章为硅、锗晶体中的杂质和缺陷；第5章为硅外延生长；第6章为Ⅲ-v族化合物半导体；第7章为Ⅲ-v族化合物半导体的外延生长；第8章为Ⅲ-V族多元化合物半导体；第9章为Ⅱ，Ⅵ族化合物半导体；第10章为低维结构半导体材料；第II章为氧化物半导体材料；第12章为照明半导体材料；第13章为其他半导体材料。
　　《半导体材料（第三版）》也可以作为从事与半导体相关研究工作的科研人员和相关专业研究生的参考书。

内页插图

目录

第三版前言
前言
绪论

第1章 硅和锗的化学制备
1-1 硅和锗的物理化学性质
1-2 高纯硅的制备
1-3 锗的富集与提纯

第2章 区熔提纯
2-1 分凝现象与分凝系数
2-2 区熔原理
2-3 锗的区熔提纯

第3章 晶体生长
3-1 晶体生长理论基础
3-2 熔体的晶体生长
3-3 硅、锗单晶生长

第4章 硅、锗晶体中的杂质和缺陷
4-1 硅、锗晶体中杂质的性质
4-2 硅、锗晶体的掺杂
4-3 硅、锗单晶的位错
4-4 硅单晶中的微缺陷

第5章 硅外延生长
5-1 外延生长概述
5-2 硅衬底制备
5-3 硅的气相外延生长
5-4 硅外延层电阻率的控制
5-5 硅外延层的缺陷
5-6 硅的异质外延

第6章 Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体
6-1 Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体的特性
6-2 砷化镓单晶的生长方法
6-3 砷化镓单晶中杂质的控制
6-4 砷化镓单晶的完整性
6-5 其他Ⅲ-Ⅴ族化合物的制备

第7章 Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体的外延生长
7-1 气相外延生长（VPE）
7-2 金属有机物气相外延生长（MOVPE）
7-3 液相外延生长（LPE）
7-4 分子束外延生长（MBE）
7-5 化学柬外延生长（CBE）
7-6 其他外延生长技术

第8章 Ⅲ-Ⅴ族多元化合物半导体
8-1 异质结与晶格失配
8-2 GaAlAs外延生长
8-3 InGaN外延生长
8-4 InGaAsP外延生长
8-5 超晶格与量子阱
8-6 应变超晶格
8-7 能带工程

第9章 Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体
9-1 Ⅱ-Ⅵ族化合物单晶材料的制备
9-2 Ⅱ-Ⅵ族化合物的点缺陷与自补偿现象
9-3 Ⅱ-Ⅵ族多元化合物材料
9-4 Ⅱ-Ⅵ族超晶格材料

第10章 低维结构半导体材料
10-1 低维结构半导体材料的基本特性
10-2 低维结构半导体材料的制备
10-3 低维结构半导体材料的现状及未来

第11章 氧化物半导体材料
11-1 氧化物半导体材料的制备
11-2 氧化物半导体材料的电学性质
11-3 氧化物半导体材料的应用

第12章 照明半导体材料
12-1 LED的基本结构
12-2 外延生长GaN衬底材料的选择
12-3 外延生长的发展趋势
12-4 外延片结构改进

第13章 其他半导体材料
13-1 窄带隙半导体
13-2 黄铜矿型半导体
13-3 非晶态半导体材料
13-4 有机半导体材料
参考文献

《半导体材料（第三版）》图书简介 《半导体材料（第三版）》是一部内容详实、体系严谨的半导体材料领域的权威著作，面向对半导体材料科学与工程有深入学习和研究需求的读者。本书在继承前两版经典内容的基础上，全面更新和扩展了最新的研究进展、理论模型和实验技术，力求为读者提供一个关于半导体材料全貌的、前沿的、实用的知识体系。本书的出版，旨在系统梳理半导体材料的基础理论、制备工艺、表征方法以及在各个应用领域的最新发展，为高校师生、科研人员、工程师以及对半导体技术感兴趣的读者提供一本不可或缺的参考书。 第一部分：半导体材料基础理论 本部分将从最基本的物理概念入手，深入阐述半导体材料的核心性质。 晶体结构与键合：详细介绍各种常见的半导体晶体结构，如金刚石型、闪锌矿型、纤锌矿型等，并深入探讨原子间的化学键合类型（离子键、共价键、范德华力等）如何决定材料的宏观性能。我们将分析不同晶面和晶向的特性，以及位错、晶界等晶体缺陷对材料电学、光学性质的影响。 能带理论：这是理解半导体导电机制的关键。本书将系统讲解晶体周期性势场下的电子运动，德布罗意波与布里渊区，以及薛定谔方程在周期性势场下的求解。我们将详细推导并解释能量带的形成，区分价带、导带和禁带，以及它们的宽度如何决定材料是导体、绝缘体还是半导体。对于本征半导体，我们将分析其载流子浓度与温度的关系。 载流子统计与输运：深入分析费米-狄拉克统计在半导体中的应用，推导本征和掺杂半导体的费米能级位置。重点阐述空穴和电子的概念，以及它们的产生、复合机制。随后，将详细讲解载流子的输运现象，包括漂移和扩散，并引入载流子迁移率、电导率、霍尔效应等基本概念。我们将讨论不同散射机制（声子散射、杂质散射、缺陷散射）对迁移率的影响，以及如何通过控制掺杂浓度和材料纯度来优化载流子输运性能。 杂质与掺杂：精确控制半导体材料的导电类型和导电能力是其应用的基础。本书将深入分析不同类型的杂质原子（施主和受主）如何影响半导体材料的导电性，并详细介绍掺杂的工艺方法，如扩散、离子注入等。我们将讨论掺杂浓度对费米能级、载流子浓度以及迁移率的影响，并解释过掺杂、欠掺杂等现象。 pn结理论：pn结是构成几乎所有半导体器件的核心。本书将详细分析pn结的形成过程，包括空穴和电子的扩散与复合，以及内建电势的产生。我们将深入讨论pn结的平衡状态、正向偏置和反向偏置下的电学特性，包括伏安特性曲线、势垒电容、扩散电容等。还将介绍pn结的击穿机制，如雪崩击穿和齐纳击穿。 第二部分：关键半导体材料及其制备 本部分将聚焦几种最重要的半导体材料，并详细介绍它们的制备工艺。 硅（Si）：作为目前最主要的半导体材料，硅的制备工艺是本书的重中之重。我们将详细介绍单晶硅的生长方法，包括柴可拉斯基（CZ）法和区熔法（FZ），分析其优缺点以及对晶体质量的影响。重点讲解高纯多晶硅的制备，如西门子法。还将介绍硅片的外延生长技术，如化学气相沉积（CVD），以获得高质量的表面层。 化合物半导体：随着电子和光电子技术的飞速发展，化合物半导体的重要性日益凸显。我们将重点介绍： GaAs及其固溶体：深入探讨砷化镓（GaAs）的性质，包括其直接带隙、高电子迁移率等优点，以及在微波器件、光电器件中的应用。我们将详细介绍GaAs单晶的生长技术（如布里奇曼法、Czochralski法）。同时，还将介绍AlxGa1-xAs、InxGa1-xAs等固溶体材料的制备及其在激光器、LED、光电探测器等领域的应用。 InP及其相关材料：介绍磷化铟（InP）及其固溶体（如InGaAs、InAlAs）在光通信领域的关键作用，如光纤通信用的激光器、探测器。我们将讨论InP单晶的生长技术及其面临的挑战。 III-V族氮化物（GaN、AlN、InN）：重点介绍氮化镓（GaN）及其固溶体材料，如AlGaN、InGaN。我们将详细阐述其宽带隙特性，在高温、高频、大功率电子器件（如功率放大器、开关器件）以及蓝色/绿色LED、激光器方面的巨大潜力。本书将重点介绍GaN单晶的生长技术，如MOCVD（金属有机化学气相沉积）和HVPE（卤化物气相外延），以及在衬底选择（如蓝宝石、碳化硅、GaN）上的考量。 窄禁带半导体：介绍窄禁带半导体，如TeCdHg（MCT），及其在红外探测器领域的应用。我们将讨论其成分可调性以及制备中的难点。 宽禁带半导体：除了GaN，还将简要介绍碳化硅（SiC）等宽禁带半导体材料，并阐述其在耐高温、耐高压领域的应用潜力。 第三部分：半导体材料的表征技术 准确有效地表征半导体材料的微观结构、化学成分、电学和光学性质是材料研发和器件制造的关键。本书将系统介绍各种先进的表征技术。 晶体结构与表面形貌表征： X射线衍射（XRD）：介绍XRD的基本原理，如何分析晶体结构、晶格常数、取向、晶粒尺寸和微应力。 透射电子显微镜（TEM）和扫描电子显微镜（SEM）：深入阐述TEM和SEM在观察材料微观形貌、晶体缺陷、相界、尺寸分布等方面的作用。 原子力显微镜（AFM）：介绍AFM在表征材料表面形貌、粗糙度、三维结构方面的能力。 化学成分与掺杂浓度分析： 二次离子质谱（SIMS）：详述SIMS在深度剖析和定量分析材料中微量元素（包括杂质和掺杂剂）分布的能力。 俄歇电子谱（AES）和X射线光电子能谱（XPS）：介绍AES和XPS在表面化学成分分析、化学态分析方面的应用。 能量色散X射线光谱（EDX）：讲解EDX在SEM和TEM中进行元素成分定性或半定量分析的原理。 电学性能表征： 霍尔效应测量：详细介绍霍尔效应如何测量载流子浓度、载流子类型、迁移率等关键电学参数，并讨论测量过程中的注意事项。 四探针法和范德堡法：讲解这些方法如何测量材料的电阻率和电导率。 C-V（电容-电压）测量：介绍C-V测量在分析pn结、MOS结构中的掺杂浓度、耗尽区宽度、界面态密度等方面的应用。 瞬态电容谱（TSCAP）和深能级瞬态谱（DLTS）：讲解这些技术在表征半导体材料中的陷阱能级、缺陷浓度等方面的作用。 光学性能表征： 光致发光（PL）：介绍PL谱如何反映半导体材料的带隙、发光中心、缺陷态等信息，以及如何用于材料的质量评估。 吸收光谱：讲解吸收光谱如何测定材料的带隙、吸收系数等光学参数。 拉曼光谱：介绍拉曼光谱在分析材料晶体结构、晶格振动模式、应力、掺杂等方面的应用。 第四部分：半导体材料在器件中的应用与挑战 本部分将联系前述的基础理论和材料特性，探讨半导体材料在现代电子和光电子器件中的具体应用，并展望未来的发展趋势和面临的挑战。 微电子器件：重点介绍硅基CMOS技术的发展历程，讨论新一代器件结构（如FinFET、GAAFET）对材料性能提出的更高要求。同时，将探讨超越CMOS的探索，如三维集成、忆阻器等对新型半导体材料的需求。 光电子器件： 发光二极管（LED）与激光器：详细介绍GaN基LED（蓝光、绿光）和AlGaInP基LED（红光、黄光）的发光机理和材料选择。重点分析InGaN/GaN量子阱结构的发光特性。介绍半导体激光器（如GaAs基、InP基）的工作原理，包括阈值电流、光输出特性等，并探讨材料设计对激光器性能的影响。 光电探测器与太阳能电池：介绍不同带隙的半导体材料在可见光、红外光探测器中的应用。重点阐述半导体太阳能电池的P-N结工作原理，并分析不同材料体系（如硅、化合物半导体、钙钛矿）在提高光电转换效率方面的进展和挑战。 功率器件：探讨SiC和GaN在高压、大功率电子器件（如电力电子变换器、电动汽车充电器）中的优势，分析其宽带隙、高击穿电场、高迁移率等特性如何实现更高效、更紧凑的功率电子系统。 前沿材料与器件： 二维材料：简要介绍石墨烯、过渡金属硫化物（TMDs）等二维材料在电子、光电子、传感器等领域的潜在应用，及其制备和集成中的挑战。 有机半导体：概述有机半导体材料的特性，以及在OLED（有机发光二极管）、OFET（有机薄膜晶体管）、有机太阳能电池等领域的应用前景。 量子点：介绍量子点的光学和电学特性，及其在显示、照明、生物成像、催化等领域的应用。 未来发展方向与挑战：展望半导体材料领域未来的发展趋势，包括新材料的探索、低维材料的集成、量子计算材料、生物电子学材料等。同时，将讨论材料制备成本、环境可持续性、器件可靠性、性能极限等关键挑战。 《半导体材料（第三版）》力求内容全面、深入浅出，既包含扎实的基础理论，又紧跟前沿技术发展。本书的语言风格严谨而不失可读性，力图通过清晰的逻辑结构、详实的公式推导、丰富的图表和实例，帮助读者建立起对半导体材料科学与工程的深刻理解，并为他们在相关领域的学习、研究和创新提供坚实的理论基础和实践指导。

评分☆☆☆☆☆

坦白说，我之前对“半导体材料”这个概念的理解仅停留在课本上那些比较枯燥的物理化学原理。我一直觉得，科学研究最终还是要落脚到应用，我更想知道这些复杂的材料背后，是如何支撑起我们现在所使用的各种高科技产品的。比如，手机里的芯片是如何做到那么小的，而性能却那么强大？电视屏幕之所以色彩斑斓，又和哪些半导体材料息息相关？我希望能在这本书里看到一些具体的应用实例，能够将书本上的理论知识与现实世界的产品联系起来。我希望这本书能用相对易懂的方式，解释不同半导体材料在具体产品中的作用，例如某种材料如何决定了芯片的运行速度，某种材料如何影响了LED灯的亮度或色彩。如果能有一些关于材料选择如何影响产品成本和性能的讨论，那就更好了。我希望这本书能够激发我进一步探索半导体技术在日常生活中的应用。

评分☆☆☆☆☆

我是一名材料科学的研究生，目前的研究方向涉及到化合物半导体。对于我来说，选择一本权威且更新及时的教材至关重要。我希望这本书能够提供对 III-V 族化合物半导体（如 GaAs, InP, GaN）以及 II-VI 族化合物半导体（如 CdTe, HgCdTe）的深入分析。这包括它们的能带结构、载流子输运特性、光电性质，以及不同生长技术（如 MOCVD, MBE）的优缺点和适用范围。我特别关注的是书中对这些材料在光电子器件（如激光器、光探测器、LED）和微波器件（如高频晶体管）方面应用的详细论述。此外，对于晶体缺陷、掺杂机制及其对器件性能的影响，我也希望有更深入的探讨。如果书中还能涉及到一些先进的表征技术，以及如何通过材料设计来优化器件性能，那就非常完美了。毕竟，在研究生阶段，我们需要的不只是理论框架，更需要能够指导我们实验研究的细节和方法。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计就透着一股严谨的气质，深邃的蓝色搭配银色的字体，一看就是学术著作该有的样子。我是一个半导体行业的初学者，之前对这个领域只是有模糊的认知，知道它在现代科技中扮演着至关重要的角色，但具体到材料层面，我感觉自己像是站在一个知识的汪洋前，无从下手。我希望能通过这本书，系统地了解不同半导体材料的特性，比如硅、锗、砷化镓等等，它们各自的优势和劣势是什么？在哪些应用场景下更受欢迎？我想知道这些材料是如何被提炼和加工的，背后的工艺流程是怎样的，这对我理解整个产业链的运作会很有帮助。另外，对于一些新兴的半导体材料，比如氮化镓、碳化硅，它们又有哪些突破性的进展，能否在未来取代现有的材料？这些都是我非常期待从书中找到答案的问题，我希望这本书能像一个引路人，为我打开认识半导体材料的大门，让我能更清晰地看到这个领域的发展脉络和未来的趋势。

评分☆☆☆☆☆

作为一个资深的电子工程师，我一直认为扎实的理论基础是应对快速变化的行业发展的关键。在我职业生涯的早期，我曾接触过一些关于半导体材料的经典教材，但随着技术日新月异，很多内容都显得有些陈旧了。我特别关注的是这本书是否能涵盖最新的材料进展，例如量子点、二维材料（如石墨烯、二硫化钼）在半导体领域的应用前景。这些新材料的出现，无疑为电子器件的小型化、高性能化提供了新的可能。我希望这本书能详细阐述这些新材料的制备方法、晶体结构、电子和光学特性，以及它们在传感器、显示器、存储器等方面的潜在应用。此外，我也希望这本书能深入探讨材料的可靠性问题，包括长期稳定性、环境影响以及在极端条件下的表现，这对于实际工程应用至关重要。能否给出一些具体的案例分析，说明这些新材料如何解决现有材料的瓶颈，并推动下一代电子产品的诞生，这将会非常有价值。

评分☆☆☆☆☆

作为一个对科学发展史有着浓厚兴趣的读者，我常常思考，我们今天的技术成就，是如何一步步走来的。半导体材料的发展历程，无疑是其中浓墨重彩的一笔。我希望这本书能够不仅仅是技术性的讲解，还能适当穿插一些历史的视角，介绍那些对半导体材料发展做出杰出贡献的科学家和他们的重要发现。比如，晶体管的发明是如何改变世界的？硅在半导体领域占据主导地位的原因是什么？在过去，有哪些重要的材料曾被寄予厚望，但最终因为这样或那样的原因未能成为主流？了解这些历史，不仅能让我更好地理解当下的技术格局，也能为我们未来的发展提供一些启示。我希望这本书能够带领我回顾半导体材料从萌芽、发展到繁荣的漫长旅程，让我感受到科学进步的艰辛与辉煌。