碳化硅技术基本原理 生长 表征 器件和应用 碳化硅材料器件工艺器件应用书籍 碳化硅物理特性 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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出版社： 机械工业出版社

ISBN：9787111586807

商品编码：27647512430

商品基本信息

商品名称：      碳化硅技术基本原理——生长、表征、器件和应用

作者：      [日] 木本恒暢（Tsunenobu Kimoto）[美] 詹姆士 A. 库珀（Ja

市场价：      150.00

ISBN号：      9787111586807

版次：      1-1

出版日期：       

页数：      499

字数：      649

出版社：      机械工业出版社

 

  目录

译者序

原书前言

原书作者简介

第１章 导论１ 

１.１ 电子学的进展１ 

１.２ 碳化硅的特性和简史３

１.２.１ 早期历史３ 

１.２.２ ＳｉＣ晶体生长的革新４ 

１.２.３ ＳｉＣ功率器件的前景和展示５ 

１.３ 本书提纲６ 参考文献７ 

第２章 碳化硅的物理性质１０

第３章 碳化硅晶体生长３６

第４章 碳化硅外延生长７０ 

第５章 碳化硅的缺陷及表征技术１１７

第６章 碳化硅器件工艺１７7

第７章 单极型和双极型功率二极管２６２

第８章 单极型功率开关器件２８6

第９章 双极型功率开关器件３３６ 

９.１ 双极结型晶体管（ＢＪＴ） ３３６ 

９.１.１ 内部电流３３７ 

９.１.２ 增益参数３３８ 

９.１.３ 端电流３４０ 

９.１.４ 电流－电压关系３４１ 

９.１.５ 集电区中的大电流效应：饱和和准饱和３４３ 

９.１.６ 基区中的大电流效应：Ｒｉｔｔｎｅｒ效应３４７ 

９.１.７ 集电区的大电流效应：二次击穿和基区扩散效应３５１ 

９.１.８ 共发射极电流增益：温度特性３５３ 

９.１.９ 共发射极电流增益：复合效应３５３ 

９.１.１０ 阻断电压３５５ 

９.２ 绝缘栅双极型晶体管（ＩＧＢＴ） ３５６ 

９.２.１ 电流－电压关系３５７ 

９.２.２ 阻断电压３６７ 

９.２.３ 开关特性３６８ 

９.２.４ 器件参数的温度特性３７３ 

９.３ 晶闸管３７５ 

９.３.１ 正向导通模式３７７ 

９.３.２ 正向阻断模式和触发３８１ 

９.３.３ 开通过程３８６ 

９.３.４ ｄＶ／ｄｔ触发３８８ 

９.３.５ ｄＩ／ｄｔ的限制３８９ 

９.３.６ 关断过程３９０ 

９.３.７ 反向阻断模式３９７ 

参考文献３９７ 

第１０章 功率器件的优化和比较３９８ 

第１１章 碳化硅器件在电力系统中的应用４２５ 

第１２章 专用碳化硅器件及应用４６６ 

附录４９０ 

附录Ａ ４Ｈ－ＳｉＣ中的不完全杂质电离４９０ 

参考文献４９４ 

附录Ｂ 双曲函数的性质４９４ 

附录Ｃ 常见ＳｉＣ多型体主要物理性质４９７ 

Ｃ.１ 性质４９７

Ｃ.２ 主要物理性质的温度和／或掺杂特性４９８ 

参考文献４９９

 

 

   内容简介

    本书是一本有关碳化硅材料、器件工艺、器件和应用方面的书籍，其主题包括碳化硅的物理特性、晶体和外延生长、电学和光学性能的表征、扩展缺陷和点缺陷，器件工艺、功率整流器和开关器件的设计理念，单／双极型器件的物理和特征、击穿现象、高频和高温器件，以及碳化硅器件的系统应用，涵盖了基本概念和新发展现状，并针对每个主题做深入的阐释，包括基本的物理特性、新的理解、尚未解决的问题和未来的挑战。

    

硅基半导体材料与器件：新世纪的挑战与机遇 内容简介 本书聚焦于半导体技术发展的核心——硅基材料及其衍生器件，系统阐述了从材料基础到器件应用的全景图谱。本书旨在为半导体物理、材料科学、电子工程等领域的科研人员、工程师及高年级本科生提供一套全面、深入且具有前瞻性的参考资料。 第一部分：晶体生长与材料基础 本书首先从晶体生长技术入手，详细剖析了高品质单晶硅的制备过程。重点介绍了直拉法（CZ法）和区熔法（FZ法）的原理、操作参数控制及其对晶体缺陷的影响。深入探讨了掺杂机制，包括P型和N型掺杂的原理、扩散过程以及对硅材料电学性能的调控。 材料表征是确保器件性能的基础。本书详尽阐述了多种先进的表征技术： 1. 结构表征： X射线衍射（XRD）用于分析晶体结构和取向；透射电子显微镜（TEM）用于微观结构和界面分析；扫描电子显微镜（SEM）用于表面形貌观察。 2. 电学性能表征： 利用范德堡法（Van der Pauw）测量电阻率和载流子迁移率；深能级瞬态光谱（DLTS）用于缺陷能级和浓度的精确量化。 3. 光学性能表征： 光致发光（PL）光谱分析材料的发光特性和纯度。 此外，书中专门辟章节讨论了硅材料中的关键缺陷工程，包括氧化物/硅界面陷阱态的形成机制、电场诱导的载流子俘获与释放过程，以及如何通过退火工艺优化界面质量以提升MOSFET的性能。 第二部分：平面工艺与集成电路制造 本部分是全书的重点，系统梳理了现代集成电路制造中硅基器件的工艺流程。 1. 薄膜技术： 详细介绍了氧化、沉积和刻蚀技术。 热氧化： 干法和湿法氧化的动力学模型、氧化速率的温度依赖性，以及场氧化（LOCOS）和深场氧化（STI）技术的演变。 薄膜沉积： 化学气相沉积（CVD）和物理气相沉积（PVD）在介质层和金属互连层构建中的应用，重点分析了原子层沉积（ALD）在实现超薄、高均匀性介质膜方面的优势。 刻蚀技术： 湿法刻蚀和干法刻蚀的机理对比，特别是反应离子刻蚀（RIE）的各向异性控制、等离子体参数（如RF功率、气体种类）对刻蚀选择比和侧壁粗糙度的影响。 2. 器件结构与模型： 本书深入分析了CMOS技术的核心——MOSFET。从理想MOS电容出发，推导了亚阈值区、饱和区和线性区的I-V特性模型。随后，重点讨论了先进工艺节点下面临的挑战及应对策略： 短沟道效应： 势垒降低效应（DIBL）、沟道长度调制（CLM）的物理机制及亚微米器件中的缓解措施。 高迁移率技术： 介绍了应变硅（Strained Silicon）的概念，通过在Si/SiGe异质结上的拉伸应力如何提高载流子迁移率，以提升器件开关速度。 栅介质工程： 讨论了高K介电材料（High-k Dielectrics）的引入，以克服传统 $ ext{SiO}_2$ 在缩小栅氧厚度时漏电流急剧增大的问题。 第三部分：先进存储器与功率器件 1. 硅基存储技术： 除了传统的SRAM和DRAM结构，本书对非易失性存储器（NVM）进行了详尽的阐述： 浮栅MOSFET（FGMOS）和隧道氧化层技术： 解释了F-N隧道效应在程序/擦除操作中的作用。 相变存储器（PCM）与电阻式随机存取存储器（RRAM）： 探讨了基于材料相变和电导切换机制的存储单元工作原理、可靠性挑战（如循环寿命和数据保持性）。 2. 硅基功率器件： 功率半导体是电力电子系统的核心。本书侧重于大功率、高耐压硅器件的设计与优化： VDMOSFET与IGBT： 对垂直结构功率MOSFET的导通电阻优化，以及绝缘栅双极晶体管（IGBT）在导通损耗和关断速度之间的折衷进行深入分析。 Trench结构的应用： 讨论了沟槽栅结构如何有效降低导通电阻，提升器件的功率密度。 高压阻断机制： 详细分析了PN结雪崩击穿的物理边界，以及如何设计高阻断电压所需的漂移区厚度和掺杂浓度。 第四部分：制造中的可靠性与良率 现代半导体制造的复杂性要求对器件的长期可靠性进行严格评估。本书涵盖了关键的可靠性测试方法： 时间依赖性介质击穿（TDDB）： 分析了电场和温度对氧化层寿命的加速效应。 热载流子注入（HCI）： 讨论了高电场下载流子注入到栅氧化层中导致的器件性能衰减，特别是对阈值电压和跨导的影响。 电迁移（Electromigration）： 针对金属互连线，阐述了电流密度对金属原子迁移速率的影响机制，以及如何通过合金化（如加入Cu）来提高互连线的可靠性。 结论与展望 本书最后总结了硅基技术在当前摩尔定律瓶颈下面临的物理极限，并展望了下一代硅基集成技术的发展方向，包括异质集成、三维堆叠技术（3D IC）以及新一代极紫外光刻（EUV）对工艺窗口的影响，为读者理解半导体行业未来发展趋势奠定了坚实的理论基础。

评分☆☆☆☆☆

老实说，市面上关于第三代半导体材料的书籍不少，但大多要么过于偏重理论推导而脱离实际生产，要么就是浮于表面，对核心工艺的理解蜻蜓点水。这本书的价值恰恰在于它精准地把握住了“工程实践”与“基础科学”之间的黄金分割点。在我看来，它最精彩的部分在于对“器件制造工艺”的细腻描绘。例如，在刻蚀步骤中，选择何种等离子体源，如何控制反应气体的配比以实现垂直度与均匀性的最佳平衡，书中都有详细的讨论，并且辅以实际的微观形貌对比图。这对于在晶圆厂一线工作的工程师来说，简直是无价之宝。它不是那种读完后只能写一篇综述的“死知识”，而是能够立刻应用到下一轮工艺优化中的“活经验”。尤其是针对特定工艺步骤的“常见问题与解决方案”部分，那种带着多年经验沉淀的“过来人”的忠告，比任何标准操作流程（SOP）都来得实在和有温度。

评分☆☆☆☆☆

这本《碳化硅技术基本原理 生长 表征 器件和应用 碳化硅材料器件工艺器件应用书籍 碳化硅物理特性》的厚度足以让任何严肃的半导体工程师感到兴奋。我花了整整一个周末的时间，才勉强翻完了前几章，它给我的感觉就像是拿到了一份来自“硅的未来”的详细蓝图。作者在材料的晶体结构和缺陷控制方面的论述，简直可以用“庖丁解牛”来形容，每一个细节都被剖析得淋漓尽致。特别是关于衬底生长过程中的热力学和动力学平衡的描述，那种深入骨髓的理解力，让我立刻联想到了那些耗费了无数实验员青春的晶圆缺陷控制难题。书里对不同生长方法（如升华法）的优缺点分析，那种带着实践经验的权衡取舍，远比那些只有理论公式堆砌的教材要实用得多。光是理解如何通过精确控制温度梯度来减少位错密度，就足以让我在接下来的几周内，有足够的素材去优化我们实验室那台老旧的生长炉了。这本书不仅仅是知识的堆砌，它更像是一本“实战手册”，为那些想在SiC领域深挖下去的人，铺设了一条坚实的基础。我尤其欣赏作者在基础物理特性这一部分所展现出的广度与深度，它将宏观的能带结构与微观的化学键合巧妙地结合起来，形成了一个自洽且极具说服力的论述体系。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我的整体印象是“系统性”和“前瞻性”的完美结合。它没有满足于仅仅停留在对现有技术的描述上，而是花了不少篇幅去探讨未来可能的发展方向，比如超宽禁带半导体（如AlGaN）与SiC的对比，以及在极端环境（如深空探测、核辐射环境）下的潜在优势。这种对未来技术趋势的把握，让这本书的价值不仅限于当前，更具备了长期的参考意义。阅读过程中，我一直在思考书中提到的那些前沿概念，比如如何实现更高电压等级的器件设计，以及如何解决大尺寸晶圆制造中的均匀性挑战。作者的论述逻辑严密，论点有力，很少出现那种为了凑字数而引入的空泛性讨论。它更像是一份精心编纂的“行业白皮书”，为任何想在碳化硅领域占据技术制高点的研究人员或工程师，提供了一个坚不可摧的理论基石和实践指南。读完此书，我对SiC技术在全球能源转型中的核心作用有了更深刻、更具建设性的认识。

评分☆☆☆☆☆

初次接触碳化硅技术时，我总觉得它像是一座被浓雾笼罩的迷宫，充满了晦涩难懂的专业术语和看似矛盾的实验现象。然而，这本书的出现，无疑是为我点亮了一盏清晰的指路明灯。它并没有一开始就将读者推向那些令人望而生畏的复杂器件结构图，而是循序渐进地从最基础的物理化学性质讲起。我特别喜欢它对“表征”这一环节的详尽论述，从高分辨率透射电镜（HRTEM）对界面结构的解析，到拉曼光谱对应力场的识别，每一个分析工具的使用背景、局限性以及如何解读其复杂信号，都被阐释得非常到位。这不仅仅是罗列技术，更像是在教导一种“科学思维”。读到关于功率器件的章节时，我感觉自己仿佛站在了设计台前，作者对沟道迁移率限制因素的分析，那种对工艺窗口的敏感性把握，让我对如何设计出高可靠性、低导通电阻的MOSFET有了全新的认识。它成功地架起了从基础物理到工程应用的桥梁，让那些原本看似孤立的知识点，在这个“SiC大家族”中找到了彼此的联系。

评分☆☆☆☆☆

我是一个对材料科学背景要求较高的读者，一直苦于找不到一本能全面涵盖SiC从原子尺度到系统级应用的著作。这本书几乎填补了我的所有空白。它在介绍碳化硅的宽禁带特性时，那种对电子-空穴复合机制的深入探讨，远超出了本科教材的范畴。更令人称道的是，它对“应用”层面的覆盖也极为全面，从高频射频器件（RF Devices）到电动汽车中的主逆变器，作者似乎都在强调，不同的应用场景对材料和器件的性能指标有着截然不同的要求。例如，在谈及高温工作环境下的可靠性时，书中对界面陷阱态密度（Dit）随温度变化的模型预测，以及如何通过钝化层设计来抑制其恶化，展现了极高的专业水准。这本书的排版和图表质量也值得称赞，复杂的晶体结构图和器件剖面图都清晰易懂，这对于理解三维结构至关重要，大大降低了学习的认知负荷。