半导体材料与器件表征（第3版）/国外名校最新教材精选 [Semiconductor material and device characterization（third edition）] pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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[美] 迪特尔·K·施罗德 著，徐友龙，任巍，王杰，阙文修，汪敏强 等 译

图书标签:

• 半导体材料
• 半导体器件
• 材料表征
• 器件表征
• 物理学
• 电子工程
• 固体物理
• 测试与测量
• 纳米技术
• 教材

出版社： 西安交通大学出版社

ISBN：9787569302189

版次：1

商品编码：12308447

包装：平装

丛书名： 国外名校最新教材精选

外文名称：Semiconductor material and device characterization（third edition）

开本：16开

出版时间：2017-12-01

用纸：胶

内容简介

　　本书第3版完全囊括了该领域的新发展现状，并包括了新的教学手段，以帮助读者能更好地理解。第3版不仅阐述了所有新的测量技术，而且检验了现有技术的新解释和新应用。
　　本书仍然是专门用于半导体材料与器件测量表征技术的教科书。覆盖范围包括全方位的电气和光学表征方法，包括更专业化的化学和物理技术。熟悉前两个版本的读者会发现一个彻底修订和更新的第3版，包括：
　　反映新数据和信息的更新及订正图表和实例
　　260个新的参考文献有关新的研究和讨论的专题
　　每章结尾增加用来测试读者对内容理解的新习题和复习题
　　读者将在每章中找到完全更新和修订的节。
　　另外还增加了两个新章节：
　　基于电荷和探针的表征方法引入电荷测量和开尔文探针。本章还研究了基于探针的测量，包括扫描电容、扫描开尔文探针、扫描扩散电阻和弹道电子发射显微镜。
　　可靠性和失效分析研究了失效时间和分布函数，讨论了电迁移、热载流子、栅氧化层完整性、负偏压温度不稳定性、应力诱导漏电流和静电放电。
　　该教科书由本领域国际公认的撰写。《半导体材料与器件表征》对研究生以及半导体器件和材料领域的专业人员来说仍然是必不可少的阅读材料。

作者简介

　　迪特尔·K·施罗德，（DIETER K.SCHRODER）博士，美国亚利桑那州立大学电气工程系教授。他是亚利桑那州立大学工学院教学优秀奖和几个其它教学奖获得者。除了《半导体材料与器件表征》这本书外，施罗德博士也是《先进MOS器件》的作者。

目录

译者序
第3版序言

第1章 电阻率
1．1 引言
1．2 两探针与四探针法
1．2．1 修正因子
1．2．2 任意形状样品的电阻率
1．2．3 测量电路
1．2．4 测量误差和注意事项
1．3 晶片图
1．3．1 双注入
1．3．2 调制光反射
1．3．3 载流子光照（CI）
1．3．4 光学密度测定（光密度计）
1．4 电阻压型
1．4．1 微分霍尔效应（DHE）
1．4．2 扩散电阻压型（SRP）
1．5 非接触测试方法
1．5．1 涡旋电流
1．6 导电类型
1．7 优点和缺点
附录1．1 电阻率随掺杂浓度的变化
附录1．2 本征载流子浓度
参考文献
习题
复习题

第2章 载流子与掺杂浓度
2．1 引言
2．2 电容-电压特性（C-V）
2．2．1 微分电容
2．2．2 能带偏移
2．2．3 最大-最小MOS-C电容
2．2．4 积分电容
2．2．5 汞探针接触
2．2．6 电化学C-V测试仪（ECV）
2．3 电容-电压（I-V）
2．3．1 MOSFET衬底电压-栅极电压
2．3．2 MOSFET阈值电压
2．3．3 扩散电阻
2．4 测量误差及注意事项
2．4．1 德拜长度和电压击穿
2．4．2 串联电阻
2．4．3 少数载流子和界面陷阱
2．4．4 二极管边缘电容和杂散电容
2．4．5 过剩漏电流
2．4．6 深能级杂质／陷阱
2．4．7 半绝缘衬底
2．4．8 仪器限制
2．5 霍尔效应
2．6 光学技术
2．6．1 等离子体共振
2．6．2 自由载流子吸收
2．6．3 红外光谱学
2．6．4 光致发光
2．7 二次离子质谱分析法（SIMS）
2．8 卢瑟福背散射（RBS）
2．9 横向分布
2．10 优点和缺点
附录2．1 并联或串联连接
附录2．2 电路转换
参考文献
习题
复习题

第3章 接触电阻和肖特基势垒
第4章 串联电阻，沟道长度与宽度，阈值电压
第5章 缺陷
第6章 栅氧电荷、界面陷阱电荷和栅氧厚度
第7章 载流子寿命
第8章 迁移率
第9章 基于电荷和探针的表征技术
第10章 光学表征
第11章 化学和物理表征
第12章 可靠性和失效分析
附录1 符号表
附录2 术语与缩写
索引

探寻微观世界的奥秘：半导体材料与器件的表征艺术 在飞速发展的现代科技浪潮中，半导体技术无疑是驱动这场变革的核心力量。从我们手中触及的智能手机，到支撑起庞大数据中心的服务器，再到引领未来能源革命的太阳能电池，其背后都凝聚着对半导体材料与器件精细入微的理解与控制。而这一切的基石，便是科学而严谨的“表征”。 “半导体材料与器件表征”并非仅仅是简单的测量与记录，它是一门集物理学、化学、材料学、电子工程学以及先进的探测技术于一体的交叉学科。它致力于揭示半导体材料在原子、分子、晶体结构层面的微观构造，探究其电子、光学、热学等物理特性，并深入了解这些微观属性如何影响宏观的器件性能。通过对半导体材料与器件的精确表征，我们可以洞察其内在的运作机制，诊断潜在的缺陷，优化制备工艺，最终实现性能的突破与创新。 想象一下，一块未经雕琢的硅晶圆，它内部可能隐藏着错综复杂的晶格缺陷、微量的杂质原子，或是微妙的应力分布。这些看似微不足道的“瑕疵”，却可能对最终制成的芯片产生决定性的影响，导致性能下降甚至完全失效。表征技术，就像是科学家手中的显微镜与探测器，能够穿透物质的表象，揭示其最深层次的秘密。从原子级的精准定位，到纳米尺度的形貌观察，再到宏观的电学特性测量，表征技术为我们提供了一个多维度、多尺度的半导体世界全景图。 为何表征如此重要？ 其重要性体现在以下几个方面： 理解与优化材料生长： 半导体材料的质量直接决定了器件的性能。通过表征技术，我们可以实时监测外延生长、薄膜沉积等过程中的晶体质量、表面粗糙度、组分均匀性等关键参数，从而及时调整工艺条件，获得高质量的材料。例如，高分辨透射电子显微镜（HRTEM）能够清晰地显示原子排列，帮助我们理解晶格缺陷的成因。X射线衍射（XRD）则可以精确测定晶体的结构和取向，确保材料的完整性。 探索新材料与新结构： 随着半导体技术的不断进步，新颖的半导体材料和器件结构层出不穷。为了开发和验证这些新技术，高效准确的表征方法是不可或缺的。例如，新型宽禁带半导体材料（如氮化镓、碳化硅）在高温高压和高频器件领域展现出巨大潜力，而理解其电子输运特性、缺陷行为以及界面行为，则需要依赖多种表征手段的协同。 诊断与分析器件故障： 当一个半导体器件出现性能问题或失效时，表征技术是定位和诊断问题的利器。通过对器件进行电学参数测试、形貌分析、化学成分探测等，可以 pinpoint 问题的根源，是材料缺陷、工艺偏差、设计失误还是环境因素造成。例如，扫描电子显微镜（SEM）和能谱仪（EDS）的联用，可以提供器件表面形貌信息以及各元素的分布情况，有助于分析断线、短路等故障。 质量控制与可靠性评估： 任何一个合格的半导体产品都离不开严格的质量控制。表征技术贯穿于从研发到生产的每一个环节，确保材料和器件的性能符合设计要求，并具备预期的可靠性。例如，通过老化试验结合电学特性监测，可以评估器件在长期工作条件下的稳定性。 表征技术的多元化图景 半导体材料与器件的表征是一个极其庞大且不断发展的领域，涵盖了众多技术方法，它们各具特色，又常常相互补充，共同构建起对半导体世界的全方位认识。以下是一些代表性的表征技术类别： 结构与形貌表征： 光学显微镜 (Optical Microscopy)： 最基础的形貌观察手段，适用于宏观缺陷和表面特征的初步检查。 扫描电子显微镜 (Scanning Electron Microscopy, SEM)： 提供高分辨率的样品表面形貌图像，能够观察微纳米尺度的结构细节。结合能谱仪（EDS/EDX）可以进行元素成分分析。 透射电子显微镜 (Transmission Electron Microscopy, TEM)： 能够达到原子级别的分辨率，直接观察晶体结构、位错、晶界等内部缺陷。高分辨透射电子显微镜（HRTEM）更是揭示原子排列的金标准。 原子力显微镜 (Atomic Force Microscopy, AFM)： 能够以纳米甚至亚纳米的精度测量样品表面形貌、高度变化，并可用于探测表面力学、电学等性质。 X射线衍射 (X-ray Diffraction, XRD)： 用于确定材料的晶体结构、晶格参数、择优取向以及相组成。对晶体质量的评估也至关重要。 成分与化学表征： X射线光电子能谱 (X-ray Photoelectron Spectroscopy, XPS)： 能够测量样品表面的元素组成和化学态，对于分析表面氧化、掺杂分布以及化学键合状态非常有用。 俄歇电子能谱 (Auger Electron Spectroscopy, AES)： 也是一种表面成分分析技术，与XPS互为补充，在某些方面具有更高的空间分辨率。 二次离子质谱 (Secondary Ion Mass Spectrometry, SIMS)： 能够提供极低的探测限，用于分析材料的微量元素分布，尤其是垂直方向的深度剖析。 傅里叶变换红外光谱 (Fourier Transform Infrared Spectroscopy, FTIR)： 用于识别材料中的分子振动模式，常用于分析非晶态材料、有机杂质以及某些无机化合物。 电子与光学性质表征： 光致发光 (Photoluminescence, PL)： 通过激发样品产生光，然后测量其发光光谱，可以获得材料的能带结构、缺陷能级以及载流子复合机制的信息。 紫外-可见吸收光谱 (UV-Vis Absorption Spectroscopy)： 测量样品对光的吸收情况，用于确定材料的带隙能量以及光学跃迁特性。 拉曼光谱 (Raman Spectroscopy)： 探测样品在激光照射下的散射光，可以获得材料的晶格振动模式、相变信息以及应力状态。 霍尔效应测量 (Hall Effect Measurement)： 测量材料的载流子浓度、迁移率和导电类型，是了解半导体导电性质的基础。 C-V (Capacitance-Voltage) 测量： 用于探测半导体结的掺杂浓度分布、耗尽层宽度以及表面状态等电容-电压特性。 电学与可靠性表征： I-V (Current-Voltage) 测量： 测量器件的电流-电压关系，用于评估器件的导通特性、漏电流、阈值电压等关键参数。 瞬态电学测量 (Transient Electrical Measurements)： 监测器件在不同激励下的瞬态响应，能够揭示载流子的注入、传输和复合过程。 扫描探针电学技术 (Scanning Probe Electrical Techniques)： 如开尔文探针显微镜 (Kelvin Probe Force Microscopy, KPFM)，可以测量样品表面的功函数分布，与器件的电荷注入和传输直接相关。 器件可靠性测试 (Device Reliability Testing)： 包括恒定应力、动态应力、温度循环等，结合电学参数的监测，评估器件的长期稳定性。 表征技术在实践中的应用 这些表征技术的应用几乎涵盖了半导体产业的各个角落： 集成电路 (IC) 制造： 从晶圆的纯度检测、薄膜的厚度和均匀性控制，到芯片的缺陷扫描、失效分析，表征技术是保证IC生产质量和良率的关键。 光电器件： LED、激光器、光电探测器、太阳能电池等，其性能的提升离不开对材料发光、吸收特性以及界面复合行为的深入理解，这都需要借助于PL、UV-Vis、TEM等手段。 功率器件： GaN、SiC等宽禁带材料在电力电子领域扮演着越来越重要的角色，其高压、高温下的可靠性分析，往往需要结合XRD、TEM、AFM等进行全面的表征。 传感器： 各种类型的半导体传感器，其灵敏度、选择性和响应速度都与材料的表面特性、化学敏感性息息相关，XPS、AES、AFM等在此类器件的研发中发挥着重要作用。 柔性电子与可穿戴设备： 新兴的柔性半导体材料和器件，其形貌、力学性能和电学稳定性，需要AFM、SEM等技术的配合才能得到有效评估。 未来的挑战与展望 随着半导体器件尺寸的不断缩小，以及对材料性能要求的日益提高，半导体材料与器件的表征技术正面临着前所未有的挑战。如何实现更高的时间分辨率、空间分辨率和灵敏度？如何开发更非破坏性的表征方法？如何将多种表征技术进行有效融合，以获得更全面的信息？这些都是当前研究的热点。 同时，人工智能和大数据技术也在为表征领域带来新的机遇。通过机器学习算法对海量的表征数据进行分析，有望加速新材料的发现，优化器件设计，甚至实现智能化的表征过程。 总之，半导体材料与器件表征是一门充满活力与挑战的科学，它不仅是理解微观世界奥秘的钥匙，更是推动半导体技术不断向前发展的强大引擎。对这一领域的深入探索，将持续引领我们走向更加智能、高效、绿色的未来。

评分☆☆☆☆☆

这本书的语言风格和叙述方式让我耳目一新。它并非那种纯粹的教科书式写作，而是更像一位经验丰富的导师在娓娓道来。作者在讲解复杂概念时，常常会用一些生动的比喻和形象的类比，让我能够快速理解。而且，书中并没有回避一些技术细节，而是以一种非常有条理的方式将其呈现出来，比如在讲解某些分析方法的数学推导时，作者会先给出清晰的逻辑框架，再逐步进行展开，让我能够理解其中的脉络。 我也非常欣赏作者对于不同表征技术之间的联系和区别的阐述。很多时候，我们会发现不同的技术似乎都在研究相似的问题，但它们各自的侧重点和优势却各不相同。这本书恰恰能帮助读者理清这些关系，从而在实际的研究中选择最合适的表征手段。此外，书中还涉及了一些前沿的表征技术，这让我能够对半导体领域的发展趋势有一个初步的了解，也为我未来的学习方向提供了参考。

评分☆☆☆☆☆

在我看来，这本书的价值远不止于其内容的专业性。它更在于其提供的一种思考方式和解决问题的框架。在学习过程中，我不仅学会了各种表征技术的具体操作方法，更重要的是，我开始理解了如何从材料和器件的性质出发，去选择合适的表征手段，并如何根据实验结果来分析和解读数据。书中很多章节都以“问题导向”的方式展开，先提出一个实际研究中遇到的问题，然后介绍相关的表征技术如何帮助解决这个问题。 这种学习方式让我觉得非常实用，也更有动力。我感觉自己不再是被动地接受知识，而是主动地去探索和学习。而且，书中对于一些实验误差的分析和讨论，让我意识到科学研究并非一成不变，而是需要严谨的态度和不断优化的过程。虽然我可能还无法完全掌握书中的所有内容，但我相信，这本书将成为我未来在半导体领域学习和研究的宝贵财富。

评分☆☆☆☆☆

这本书真是给我打开了一个新世界的大门！我一直对半导体领域充满好奇，但又觉得它非常高深莫测，直到我翻开了这本《半导体材料与器件表征（第3版）》。虽然我不是专业的科研人员，但书中的内容组织得非常清晰，从基础概念讲起，循序渐进地深入到各种表征技术的原理和应用。最让我印象深刻的是，它不仅仅是枯燥的理论堆砌，而是通过大量的图例和实例，将抽象的概念形象化，比如在介绍晶体缺陷的表征时，那些显微镜下的图像让我直观地感受到了材料内部的“秘密”。 我也特别喜欢书中对不同表征技术优缺点的对比分析。很多时候，我们只知道有某种技术，但不知道它适合什么场景，有什么局限性。这本书就像一位经验丰富的导师，会告诉你什么时候应该选择X射线衍射，什么时候又需要光致发光谱，并且会解释为什么。这对于我这样想要初步了解这个领域，又希望能够抓住重点的读者来说，简直是宝藏。而且，书中还提到了很多前沿的表征技术，虽然我可能暂时还无法完全理解其精髓，但至少让我知道了这个领域在不断发展，有新的工具和方法在涌现，这让我对未来的学习充满了期待。

评分☆☆☆☆☆

我一直在寻找一本能够系统性地梳理半导体材料和器件表征方法的书籍，而《半导体材料与器件表征（第3版）》恰好满足了我的需求。这本书的内容非常全面，几乎涵盖了所有主流的表征技术，从宏观到微观，从电学到光学，从结构到成分，无所不包。我尤其喜欢它在介绍每一种技术时，都附带了大量的图示和表格，这使得原本可能比较枯燥的理论知识变得生动易懂。 而且，这本书的编排逻辑非常清晰，每一章都围绕着一个特定的表征技术展开，详细介绍了其基本原理、实验设备、测量方法以及数据解读。这使得我能够有条不紊地学习，逐步掌握各种表征技术的精髓。更让我惊喜的是，书中还穿插了许多实际应用案例，让我能够将所学的理论知识与实际的科研问题联系起来，从而更好地理解表征技术在解决实际问题中的重要作用。

评分☆☆☆☆☆

这本书的专业性和深度是我之前从未接触过的。我原本以为会是一本比较晦涩难懂的书，但出乎意料的是，它用一种非常系统化的方式，将半导体材料和器件的表征技术一一剖析。我特别欣赏它在介绍每一种技术时，都会先从其物理原理出发，然后详细讲解实验步骤和数据分析方法，最后再给出实际的应用案例。这种层层递进的讲解方式，让我能够逐步建立起对各项技术的认知。 尤其是在设备和测量部分，作者并没有回避实际操作中的细节，比如仪器校准、误差分析等等。这对于真正想要进行实验的人来说，无疑是极其宝贵的经验。虽然我目前只是在学习阶段，但这些细节让我意识到，理论与实践之间存在着许多需要克服的挑战。书中还涉及了许多前沿的表征技术，它们在解决更复杂的科学问题时发挥着关键作用，这让我对半导体领域的研究深度和广度有了更深刻的认识。