碳化矽技術基本原理 生長 錶徵 器件和應用 碳化矽材料器件工藝器件應用書籍 碳化矽物理特性 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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圖書標籤:

• 碳化矽
• SiC
• 半導體材料
• 功率器件
• 材料科學
• 晶體生長
• 錶徵技術
• 器件物理
• 應用
• 工藝

店鋪： 雲聚算圖書專營店

齣版社： 機械工業齣版社

ISBN：9787111586807

商品編碼：27647512430

商品基本信息

商品名稱：      碳化矽技術基本原理——生長、錶徵、器件和應用

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

市場價：      150.00

ISBN號：      9787111586807

版次：      1-1

齣版日期：       

頁數：      499

字數：      649

齣版社：      機械工業齣版社

 

  目錄

譯者序

原書前言

原書作者簡介

第１章 導論１ 

１.１ 電子學的進展１ 

１.２ 碳化矽的特性和簡史３

１.２.１ 早期曆史３ 

１.２.２ ＳｉＣ晶體生長的革新４ 

１.２.３ ＳｉＣ功率器件的前景和展示５ 

１.３ 本書提綱６ 參考文獻７ 

第２章 碳化矽的物理性質１０

第３章 碳化矽晶體生長３６

第４章 碳化矽外延生長７０ 

第５章 碳化矽的缺陷及錶徵技術１１７

第６章 碳化矽器件工藝１７7

第７章 單極型和雙極型功率二極管２６２

第８章 單極型功率開關器件２８6

第９章 雙極型功率開關器件３３６ 

９.１ 雙極結型晶體管（ＢＪＴ） ３３６ 

９.１.１ 內部電流３３７ 

９.１.２ 增益參數３３８ 

９.１.３ 端電流３４０ 

９.１.４ 電流－電壓關係３４１ 

９.１.５ 集電區中的大電流效應：飽和和準飽和３４３ 

９.１.６ 基區中的大電流效應：Ｒｉｔｔｎｅｒ效應３４７ 

９.１.７ 集電區的大電流效應：二次擊穿和基區擴散效應３５１ 

９.１.８ 共發射極電流增益：溫度特性３５３ 

９.１.９ 共發射極電流增益：復閤效應３５３ 

９.１.１０ 阻斷電壓３５５ 

９.２ 絕緣柵雙極型晶體管（ＩＧＢＴ） ３５６ 

９.２.１ 電流－電壓關係３５７ 

９.２.２ 阻斷電壓３６７ 

９.２.３ 開關特性３６８ 

９.２.４ 器件參數的溫度特性３７３ 

９.３ 晶閘管３７５ 

９.３.１ 正嚮導通模式３７７ 

９.３.２ 正嚮阻斷模式和觸發３８１ 

９.３.３ 開通過程３８６ 

９.３.４ ｄＶ／ｄｔ觸發３８８ 

９.３.５ ｄＩ／ｄｔ的限製３８９ 

９.３.６ 關斷過程３９０ 

９.３.７ 反嚮阻斷模式３９７ 

參考文獻３９７ 

第１０章 功率器件的優化和比較３９８ 

第１１章 碳化矽器件在電力係統中的應用４２５ 

第１２章 專用碳化矽器件及應用４６６ 

附錄４９０ 

附錄Ａ ４Ｈ－ＳｉＣ中的不完全雜質電離４９０ 

參考文獻４９４ 

附錄Ｂ 雙麯函數的性質４９４ 

附錄Ｃ 常見ＳｉＣ多型體主要物理性質４９７ 

Ｃ.１ 性質４９７

Ｃ.２ 主要物理性質的溫度和／或摻雜特性４９８ 

參考文獻４９９

 

 

   內容簡介

    本書是一本有關碳化矽材料、器件工藝、器件和應用方麵的書籍，其主題包括碳化矽的物理特性、晶體和外延生長、電學和光學性能的錶徵、擴展缺陷和點缺陷，器件工藝、功率整流器和開關器件的設計理念，單／雙極型器件的物理和特徵、擊穿現象、高頻和高溫器件，以及碳化矽器件的係統應用，涵蓋瞭基本概念和新發展現狀，並針對每個主題做深入的闡釋，包括基本的物理特性、新的理解、尚未解決的問題和未來的挑戰。

    

矽基半導體材料與器件：新世紀的挑戰與機遇 內容簡介 本書聚焦於半導體技術發展的核心——矽基材料及其衍生器件，係統闡述瞭從材料基礎到器件應用的全景圖譜。本書旨在為半導體物理、材料科學、電子工程等領域的科研人員、工程師及高年級本科生提供一套全麵、深入且具有前瞻性的參考資料。 第一部分：晶體生長與材料基礎 本書首先從晶體生長技術入手，詳細剖析瞭高品質單晶矽的製備過程。重點介紹瞭直拉法（CZ法）和區熔法（FZ法）的原理、操作參數控製及其對晶體缺陷的影響。深入探討瞭摻雜機製，包括P型和N型摻雜的原理、擴散過程以及對矽材料電學性能的調控。 材料錶徵是確保器件性能的基礎。本書詳盡闡述瞭多種先進的錶徵技術： 1. 結構錶徵： X射綫衍射（XRD）用於分析晶體結構和取嚮；透射電子顯微鏡（TEM）用於微觀結構和界麵分析；掃描電子顯微鏡（SEM）用於錶麵形貌觀察。 2. 電學性能錶徵： 利用範德堡法（Van der Pauw）測量電阻率和載流子遷移率；深能級瞬態光譜（DLTS）用於缺陷能級和濃度的精確量化。 3. 光學性能錶徵： 光緻發光（PL）光譜分析材料的發光特性和純度。 此外，書中專門闢章節討論瞭矽材料中的關鍵缺陷工程，包括氧化物/矽界麵陷阱態的形成機製、電場誘導的載流子俘獲與釋放過程，以及如何通過退火工藝優化界麵質量以提升MOSFET的性能。 第二部分：平麵工藝與集成電路製造 本部分是全書的重點，係統梳理瞭現代集成電路製造中矽基器件的工藝流程。 1. 薄膜技術： 詳細介紹瞭氧化、沉積和刻蝕技術。 熱氧化： 乾法和濕法氧化的動力學模型、氧化速率的溫度依賴性，以及場氧化（LOCOS）和深場氧化（STI）技術的演變。 薄膜沉積： 化學氣相沉積（CVD）和物理氣相沉積（PVD）在介質層和金屬互連層構建中的應用，重點分析瞭原子層沉積（ALD）在實現超薄、高均勻性介質膜方麵的優勢。 刻蝕技術： 濕法刻蝕和乾法刻蝕的機理對比，特彆是反應離子刻蝕（RIE）的各嚮異性控製、等離子體參數（如RF功率、氣體種類）對刻蝕選擇比和側壁粗糙度的影響。 2. 器件結構與模型： 本書深入分析瞭CMOS技術的核心——MOSFET。從理想MOS電容齣發，推導瞭亞閾值區、飽和區和綫性區的I-V特性模型。隨後，重點討論瞭先進工藝節點下麵臨的挑戰及應對策略： 短溝道效應： 勢壘降低效應（DIBL）、溝道長度調製（CLM）的物理機製及亞微米器件中的緩解措施。 高遷移率技術： 介紹瞭應變矽（Strained Silicon）的概念，通過在Si/SiGe異質結上的拉伸應力如何提高載流子遷移率，以提升器件開關速度。 柵介質工程： 討論瞭高K介電材料（High-k Dielectrics）的引入，以剋服傳統 $ ext{SiO}_2$ 在縮小柵氧厚度時漏電流急劇增大的問題。 第三部分：先進存儲器與功率器件 1. 矽基存儲技術： 除瞭傳統的SRAM和DRAM結構，本書對非易失性存儲器（NVM）進行瞭詳盡的闡述： 浮柵MOSFET（FGMOS）和隧道氧化層技術： 解釋瞭F-N隧道效應在程序/擦除操作中的作用。 相變存儲器（PCM）與電阻式隨機存取存儲器（RRAM）： 探討瞭基於材料相變和電導切換機製的存儲單元工作原理、可靠性挑戰（如循環壽命和數據保持性）。 2. 矽基功率器件： 功率半導體是電力電子係統的核心。本書側重於大功率、高耐壓矽器件的設計與優化： VDMOSFET與IGBT： 對垂直結構功率MOSFET的導通電阻優化，以及絕緣柵雙極晶體管（IGBT）在導通損耗和關斷速度之間的摺衷進行深入分析。 Trench結構的應用： 討論瞭溝槽柵結構如何有效降低導通電阻，提升器件的功率密度。 高壓阻斷機製： 詳細分析瞭PN結雪崩擊穿的物理邊界，以及如何設計高阻斷電壓所需的漂移區厚度和摻雜濃度。 第四部分：製造中的可靠性與良率 現代半導體製造的復雜性要求對器件的長期可靠性進行嚴格評估。本書涵蓋瞭關鍵的可靠性測試方法： 時間依賴性介質擊穿（TDDB）： 分析瞭電場和溫度對氧化層壽命的加速效應。 熱載流子注入（HCI）： 討論瞭高電場下載流子注入到柵氧化層中導緻的器件性能衰減，特彆是對閾值電壓和跨導的影響。 電遷移（Electromigration）： 針對金屬互連綫，闡述瞭電流密度對金屬原子遷移速率的影響機製，以及如何通過閤金化（如加入Cu）來提高互連綫的可靠性。 結論與展望 本書最後總結瞭矽基技術在當前摩爾定律瓶頸下麵臨的物理極限，並展望瞭下一代矽基集成技術的發展方嚮，包括異質集成、三維堆疊技術（3D IC）以及新一代極紫外光刻（EUV）對工藝窗口的影響，為讀者理解半導體行業未來發展趨勢奠定瞭堅實的理論基礎。

評分☆☆☆☆☆

這本書給我的整體印象是“係統性”和“前瞻性”的完美結閤。它沒有滿足於僅僅停留在對現有技術的描述上，而是花瞭不少篇幅去探討未來可能的發展方嚮，比如超寬禁帶半導體（如AlGaN）與SiC的對比，以及在極端環境（如深空探測、核輻射環境）下的潛在優勢。這種對未來技術趨勢的把握，讓這本書的價值不僅限於當前，更具備瞭長期的參考意義。閱讀過程中，我一直在思考書中提到的那些前沿概念，比如如何實現更高電壓等級的器件設計，以及如何解決大尺寸晶圓製造中的均勻性挑戰。作者的論述邏輯嚴密，論點有力，很少齣現那種為瞭湊字數而引入的空泛性討論。它更像是一份精心編纂的“行業白皮書”，為任何想在碳化矽領域占據技術製高點的研究人員或工程師，提供瞭一個堅不可摧的理論基石和實踐指南。讀完此書，我對SiC技術在全球能源轉型中的核心作用有瞭更深刻、更具建設性的認識。

評分☆☆☆☆☆

這本《碳化矽技術基本原理 生長 錶徵 器件和應用 碳化矽材料器件工藝器件應用書籍 碳化矽物理特性》的厚度足以讓任何嚴肅的半導體工程師感到興奮。我花瞭整整一個周末的時間，纔勉強翻完瞭前幾章，它給我的感覺就像是拿到瞭一份來自“矽的未來”的詳細藍圖。作者在材料的晶體結構和缺陷控製方麵的論述，簡直可以用“庖丁解牛”來形容，每一個細節都被剖析得淋灕盡緻。特彆是關於襯底生長過程中的熱力學和動力學平衡的描述，那種深入骨髓的理解力，讓我立刻聯想到瞭那些耗費瞭無數實驗員青春的晶圓缺陷控製難題。書裏對不同生長方法（如升華法）的優缺點分析，那種帶著實踐經驗的權衡取捨，遠比那些隻有理論公式堆砌的教材要實用得多。光是理解如何通過精確控製溫度梯度來減少位錯密度，就足以讓我在接下來的幾周內，有足夠的素材去優化我們實驗室那颱老舊的生長爐瞭。這本書不僅僅是知識的堆砌，它更像是一本“實戰手冊”，為那些想在SiC領域深挖下去的人，鋪設瞭一條堅實的基礎。我尤其欣賞作者在基礎物理特性這一部分所展現齣的廣度與深度，它將宏觀的能帶結構與微觀的化學鍵閤巧妙地結閤起來，形成瞭一個自洽且極具說服力的論述體係。

評分☆☆☆☆☆

初次接觸碳化矽技術時，我總覺得它像是一座被濃霧籠罩的迷宮，充滿瞭晦澀難懂的專業術語和看似矛盾的實驗現象。然而，這本書的齣現，無疑是為我點亮瞭一盞清晰的指路明燈。它並沒有一開始就將讀者推嚮那些令人望而生畏的復雜器件結構圖，而是循序漸進地從最基礎的物理化學性質講起。我特彆喜歡它對“錶徵”這一環節的詳盡論述，從高分辨率透射電鏡（HRTEM）對界麵結構的解析，到拉曼光譜對應力場的識彆，每一個分析工具的使用背景、局限性以及如何解讀其復雜信號，都被闡釋得非常到位。這不僅僅是羅列技術，更像是在教導一種“科學思維”。讀到關於功率器件的章節時，我感覺自己仿佛站在瞭設計颱前，作者對溝道遷移率限製因素的分析，那種對工藝窗口的敏感性把握，讓我對如何設計齣高可靠性、低導通電阻的MOSFET有瞭全新的認識。它成功地架起瞭從基礎物理到工程應用的橋梁，讓那些原本看似孤立的知識點，在這個“SiC大傢族”中找到瞭彼此的聯係。

評分☆☆☆☆☆

我是一個對材料科學背景要求較高的讀者，一直苦於找不到一本能全麵涵蓋SiC從原子尺度到係統級應用的著作。這本書幾乎填補瞭我的所有空白。它在介紹碳化矽的寬禁帶特性時，那種對電子-空穴復閤機製的深入探討，遠超齣瞭本科教材的範疇。更令人稱道的是，它對“應用”層麵的覆蓋也極為全麵，從高頻射頻器件（RF Devices）到電動汽車中的主逆變器，作者似乎都在強調，不同的應用場景對材料和器件的性能指標有著截然不同的要求。例如，在談及高溫工作環境下的可靠性時，書中對界麵陷阱態密度（Dit）隨溫度變化的模型預測，以及如何通過鈍化層設計來抑製其惡化，展現瞭極高的專業水準。這本書的排版和圖錶質量也值得稱贊，復雜的晶體結構圖和器件剖麵圖都清晰易懂，這對於理解三維結構至關重要，大大降低瞭學習的認知負荷。

評分☆☆☆☆☆

老實說，市麵上關於第三代半導體材料的書籍不少，但大多要麼過於偏重理論推導而脫離實際生産，要麼就是浮於錶麵，對核心工藝的理解蜻蜓點水。這本書的價值恰恰在於它精準地把握住瞭“工程實踐”與“基礎科學”之間的黃金分割點。在我看來，它最精彩的部分在於對“器件製造工藝”的細膩描繪。例如，在刻蝕步驟中，選擇何種等離子體源，如何控製反應氣體的配比以實現垂直度與均勻性的最佳平衡，書中都有詳細的討論，並且輔以實際的微觀形貌對比圖。這對於在晶圓廠一綫工作的工程師來說，簡直是無價之寶。它不是那種讀完後隻能寫一篇綜述的“死知識”，而是能夠立刻應用到下一輪工藝優化中的“活經驗”。尤其是針對特定工藝步驟的“常見問題與解決方案”部分，那種帶著多年經驗沉澱的“過來人”的忠告，比任何標準操作流程（SOP）都來得實在和有溫度。