图形化半导体材料特性手册 季振国 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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季振国 著

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出版社： 科学出版社

ISBN：9787030390103

商品编码：29659520035

包装：平装

出版时间：2013-11-01

基本信息

书名：图形化半导体材料特性手册

定价：118.00元

作者：季振国

出版社：科学出版社

出版日期：2013-11-01

ISBN：9787030390103

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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内容提要

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电子信息材料是发展极为迅速的一类材料，但是缺少相关的特性手册。已有的类似书籍要不数据量少，要不数据陈旧，满足不了读者的需要。本书收集了大量的已经发表的实验数据，结合作者多年来的实验数据，编写了这部手册。为了便于读者进行数据处理和比较，作者操作性地把收集到的实验数据通过数值化手段转换为数据文件，便于读者进行各种数据处理。手册数据量大，特性齐全，非常适合相关领域的科技工作者和研究生使用。

目录

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前言 图表目录 章数据结构说明 第2章金刚石（C） 第3章锗（Ge） 第4章硅（Si） 第5章锗硅合金（Si1—xGex） 第6章碳化硅（SiC） 第7章灰锡（α—Sn） 第8章硫化镉（（2dS） 第9章碲化镉（（2dTe） 0章氧化锌（Zn（）） 1章硫化锌（ZnS） 2章氮化镓（GaN） 3章砷化镓（GaAs） 4章锑化铟（InSb） 5章氮化硼（BN） 6章磷化硼（BP） 7章锑化铝（AISb） 8章锑化镓（GaSb） 9章磷化铟（InP） 第20章磷化镓（GaP） 第21章砷化铟（InAs） 第22章氮化铟（InN） 第23章砷化铝（AlAs） 第24章磷化铝（AlP） 第25章氮化铝（AIN） 第26章铝镓砷（AlxGal—xAs） 第27章二氧化锡（snOg） 第28章二氧化钛（TiO2） 参考文献

作者介绍

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文摘

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序言

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《半导体材料科学基础与应用》 内容概要 本书旨在系统性地介绍半导体材料的科学基础及其在现代电子学中的广泛应用。本书内容涵盖半导体材料的晶体结构、能带理论、载流子输运机制、以及各种重要的半导体材料（如硅、锗、砷化镓、氮化镓等）的物理化学特性。此外，本书还将深入探讨半导体材料的制备工艺、掺杂技术、以及它们在各种器件中的应用，例如晶体管、二极管、光电器件、传感器等。本书理论与实践相结合，旨在为读者提供扎实的半导体材料知识，并引导他们理解这些知识如何在实际应用中发挥作用。 第一章 半导体材料概述 本章将首先对半导体材料进行一个全面的介绍，明确其在物质分类中的地位，以及区别于导体和绝缘体的关键特征——导电性介于两者之间，并且这种导电性可以通过外部条件（如温度、光照、电场、磁场）或内部掺杂得到显著调控。我们将追溯半导体材料的发展历程，从早期的锗到如今广泛应用的硅，再到新兴的宽禁带半导体和二维材料，展现其技术演进的脉络。 1.1 半导体材料的定义与分类 介绍本征半导体和外延半导体的概念。 讨论根据能带理论对半导体材料的分类：直接带隙半导体和间接带隙半导体，以及它们在光电器件中的差异。 简单提及单晶、多晶和非晶半导体材料的结构特点。 1.2 重要的半导体材料及其特性 硅（Si）: 详细介绍硅作为现代微电子产业基石的地位，其丰富的储量、良好的热学和化学稳定性、以及成熟的工艺技术。讨论硅的晶体结构（金刚石结构）及其对电子行为的影响。 锗（Ge）: 介绍锗作为早期半导体材料的历史地位，以及其作为高迁移率材料在特定高端应用中的潜力。 化合物半导体: 砷化镓（GaAs）: 阐述GaAs在高频、高速电子器件中的优势，如高电子迁移率，以及其在光电子器件中的应用（发光二极管、激光器）。 氮化镓（GaN）: 重点介绍GaN及其合金（如InGaN, AlGaN）在功率电子、高频射频器件和LED照明领域的革命性贡献，探讨其宽禁带特性带来的高温、高压、高频工作能力。 磷化铟（InP）: 介绍InP在光通信领域的关键作用，如高速光电器件和光纤通信系统。 宽禁带半导体: 讨论SiC, GaN等宽禁带半导体材料的独特优势，如耐高压、耐高温、抗辐射能力，以及其在新能源、电力电子等领域的重要应用前景。 二维半导体材料: 简要介绍石墨烯（虽非严格意义上的半导体，但具有独特的电子特性）、二硫化钼（MoS2）等二维材料的兴起，以及它们在下一代微电子和光电子器件中的研究进展。 第二章 半导体材料的晶体结构与能带理论 本章将深入探讨半导体材料的微观结构，并引入能带理论，这是理解半导体材料电学和光学特性的核心框架。 2.1 晶体结构 晶格与基元: 讲解晶格的概念、晶胞、晶向和晶面。 典型半导体晶体结构: 详细解析金刚石结构（如Si, Ge）和闪锌矿结构（如GaAs, InP）的原子排列方式，理解其对称性和对电子行为的影响。 晶界与缺陷: 讨论晶界、位错、空位、填隙原子等晶体缺陷对半导体材料性能的影响，包括对载流子散射、复合和扩散的改变。 2.2 能带理论 电子在周期势场中的运动: 从量子力学角度出发，解释电子在晶格周期势场中形成的能带结构。 能带图: 绘制并解释各种材料（金属、绝缘体、半导体）的能带图，明确价带、导带和禁带的概念。 禁带宽度的意义: 讨论禁带宽度的物理意义，它决定了材料的导电性和光学特性。 直接与间接带隙: 详细区分直接带隙和间接带隙半导体，以及它们在光子吸收和发射效率上的根本差异，为后续的光电器件章节奠定基础。 有效质量: 引入电子和空穴在晶体中的有效质量概念，以及它如何影响载流子的运动速度和迁移率。 费米能级: 解释费米能级及其在描述本征半导体和掺杂半导体中的位置变化，它代表了在绝对零度时电子填充能级的能量界限。 第三章 载流子输运机制 本章将聚焦于载流子（电子和空穴）如何在半导体材料中运动，以及影响其运动的各种因素。 3.1 载流子浓度 本征载流子浓度: 定义并推导本征半导体中电子和空穴浓度的关系。 掺杂与外延半导体: 阐述掺杂（N型与P型）如何改变载流子浓度，并引入多数载流子和少数载流子的概念。 载流子统计: 简要介绍麦克斯韦-玻尔兹曼统计、费米-狄拉克统计，以及它们在不同载流子浓度下的适用性。 3.2 载流子漂移 电场作用下的漂移: 解释外加电场如何引起载流子定向移动，形成电流。 迁移率: 定义电子和空穴迁移率，并分析其影响因素，包括晶格散射（声子散射）、杂质散射、缺陷散射等。 导电率: 阐述导电率与载流子浓度和迁移率的关系。 3.3 载流子扩散 浓度梯度驱动的扩散: 解释当载流子浓度不均匀时，会发生扩散现象。 扩散系数: 定义扩散系数，并分析其与迁移率的关系（爱因斯坦关系）。 扩散长度: 引入扩散长度的概念，它代表了载流子在复合前可以扩散的平均距离。 3.4 复合机制 辐射复合: 解释电子-空穴对通过发射光子而复合的过程，在直接带隙半导体中效率较高。 非辐射复合: 介绍俄歇复合和陷阱辅助复合（肖特基复合）等非辐射复合机制，它们通过声子或缺陷释放能量，在间接带隙半导体中占主导地位。 3.5 霍尔效应 基本原理: 详细介绍霍尔效应的实验原理，即在磁场和电流作用下，载流子受洛伦兹力作用在导体两侧产生电势差。 测量应用: 阐述如何利用霍尔效应测量半导体材料的载流子类型（N型或P型）、载流子浓度和迁移率。 第四章 半导体材料的制备与工艺 本章将介绍制备高质量半导体材料及其器件的各种关键技术和工艺流程。 4.1 晶体生长 区熔法: 介绍区熔法在制备高纯度单晶硅方面的应用。 直拉法（CZ法）: 详细讲解直拉法，这是目前大规模制备硅单晶的主流工艺，包括坩埚、熔体、晶种、拉速、旋转等关键参数。 Czochralski法（CZ）: 进一步细化CZ法的工艺过程和影响因素，例如氧含量、碳含量控制。 液相外延（LPE）: 介绍LPE法在制备化合物半导体薄膜方面的应用，尤其是在早期。 气相外延（VPE）/化学气相沉积（CVD）: 详细阐述CVD技术，包括MOCVD（金属有机化学气相沉积）和HVPE（卤化物气相外延），它们在制备高质量化合物半导体外延层（如GaAs, GaN）中的核心地位。 分子束外延（MBE）: 介绍MBE技术的原子层精度生长能力，以及它在研究新型材料和制备超晶格结构方面的优势。 4.2 掺杂技术 扩散: 介绍高温扩散法，通过加热将杂质原子扩散到半导体晶体中。 离子注入: 详细讲解离子注入技术，通过加速的杂质离子轰击基底，实现精确的掺杂浓度和分布控制，这是现代集成电路制造的核心技术。 固相扩散: 简要介绍固相扩散技术。 退火工艺: 阐述退火在激活掺杂原子、修复晶格损伤以及优化界面特性方面的作用。 4.3 薄膜沉积与图形化 物理气相沉积（PVD）: 如溅射、蒸发，用于金属和绝缘体薄膜的沉积。 化学气相沉积（CVD）: 再次强调CVD在多晶硅、氮化物、氧化物等薄膜制备中的广泛应用。 光刻技术: 介绍光刻作为集成电路制造的关键图形化技术，包括光刻胶、曝光、显影等过程。 刻蚀技术: 讲解干法刻蚀（等离子刻蚀）和湿法刻蚀，用于去除不需要的材料，形成器件结构。 4.4 表面处理与器件集成 氧化与氮化: 介绍二氧化硅（SiO2）和氮化硅（Si3N4）等绝缘薄膜的制备及其在器件中的作用。 金属化: 介绍电极和互连线的制备过程。 钝化: 解释钝化工艺对提高器件性能和可靠性的重要性。 第五章 半导体器件及其材料选择 本章将结合前几章的理论基础，探讨不同类型半导体器件的原理，以及根据器件需求选择合适的半导体材料。 5.1 二极管 PN结二极管: 详细介绍PN结的形成、单向导电性、以及其在整流、开关等应用中的原理。 肖特基二极管: 介绍金属-半导体结二极管，其低正向压降和高开关速度的特点，以及适用于高频应用。 发光二极管（LED）: 阐述LED的发光原理，强调直接带隙半导体（如GaAs, GaN）的重要性，以及不同材料体系实现的颜色。 光电二极管/太阳能电池: 介绍光电转换原理，光生载流子的产生、分离和收集，以及材料选择对效率的影响。 5.2 晶体管 双极结型晶体管（BJT）: 介绍BJT的PNP或NPN结构，电流放大作用，以及其在高频和功率放大中的应用。 场效应晶体管（FET）: 结型场效应晶体管（JFET）: 介绍JFET的工作原理，利用栅极电场控制沟道导电性。 金属-氧化物-半导体场效应晶体管（MOSFET）: 重点介绍MOSFET，作为现代集成电路中最核心的器件。详细讲解其结构（MOS电容、通道形成）、工作模式（增强型、耗尽型）以及在数字和模拟电路中的广泛应用。强调硅基MOSFET的成熟度和低成本。 低功耗晶体管: 介绍GaN HEMT（高电子迁移率晶体管）等宽禁带半导体晶体管在功率电子领域的优势，如高击穿电压、低导通电阻，适用于新能源汽车、高效电源等。 5.3 集成电路 集成电路（IC）的基本概念: 介绍将多个晶体管、电阻、电容等元器件集成在同一半导体衬底上的技术。 数字集成电路: 如微处理器、存储器等，强调MOSFET在其中的主导地位。 模拟集成电路: 如运算放大器、滤波器等，材料选择需要兼顾性能和功耗。 5.4 特殊半导体器件 光电器件: 光探测器: 如CCD、CMOS图像传感器。 光耦合器: 实现电信号的光隔离。 功率半导体器件: IGBT（绝缘栅双极晶体管）: 结合了MOSFET的栅极驱动和BJT的功率传输能力，广泛应用于中高功率领域。 SiC和GaN功率器件: 再次强调其在降低损耗、提高效率、小型化方面的革命性作用。 传感器: 如霍尔传感器、温度传感器、压力传感器等，利用半导体材料的敏感特性。 第六章 半导体材料的可靠性与发展趋势 本章将讨论半导体材料在实际应用中的可靠性问题，并展望未来的发展方向。 6.1 半导体材料的可靠性 失效机理: 介绍常见的器件失效模式，如热击穿、电迁移、应力老化、界面陷阱、光致退化等。 可靠性测试: 阐述加速寿命试验、环境试验等方法。 材料选择与工艺优化: 如何通过选择合适的材料和优化工艺参数来提高器件的可靠性。 6.2 半导体材料的发展趋势 超越摩尔定律: 探讨如何通过新材料、新结构、新工艺实现器件性能的持续提升，例如三维堆叠、 FinFET、GAAFET等。 新兴半导体材料: 量子点半导体: 在光电子和量子计算领域的潜力。 有机半导体: 在柔性电子、显示器领域的应用。 钙钛矿半导体: 在光伏和LED领域的快速发展。 先进封装技术: 介绍3D封装、异构集成等技术，以应对器件尺寸缩小带来的挑战。 智能化与可持续发展: 探讨半导体材料在人工智能、物联网、绿色能源等领域的驱动作用，以及环境友好型材料和工艺的研发。 通过以上章节的系统阐述，本书将为读者构建起一个完整、深入的半导体材料科学知识体系，使其能够理解这些材料的内在规律，并将其应用于创新性的器件设计和技术开发之中。

评分☆☆☆☆☆

拿到书的时候，我首先关注的是它的排版和索引系统。对于一本“手册”来说，查找效率是决定其价值的关键因素。我希望这本书的目录结构能够逻辑清晰，层层递进，最好能有一个非常详尽的交叉引用系统，比如，当我查阅某种特定晶格缺陷对器件性能影响时，能迅速跳转到相关的电学特性章节。坦白地说，我对那种内容过于分散、需要反复翻阅才能找到关键信息的书籍感到非常头疼。如果这本书在设计之初就充分考虑了用户的使用习惯，比如在关键公式旁标注其适用条件和限制，或者用醒目的颜色区分实验数据和理论预测，那就太棒了。这种细致入微的设计，往往体现了编著者对于实际操作环境的深刻理解，而不是仅仅停留在学术象牙塔里。

评分☆☆☆☆☆

对于这样一本专业性极强的书籍，其实际应用价值远高于其理论深度。我希望它能提供更多“故障排除”和“参数优化”的实用案例分析。比如，当某个MOSFET的阈值电压出现漂移时，这本书能否提供一个系统性的排查清单，将可能的原因（包括材料本身和工艺诱导的）一一列出，并指出在材料特性层面应该如何快速验证？如果书中能加入一些实际的工艺流程图，并高亮显示出材料参数在这个流程中的敏感点，那就太实用了。毕竟，我们买手册不是为了做基础研究，而是为了在面对复杂工程问题时，能有一个可靠的、结构化的参考工具来指导我们的决策过程。

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我阅读电子技术类书籍的习惯是，会重点关注图表的数据准确性和来源可靠性。对于特性手册而言，图表就是核心语言。我非常看重那些被引用的实验数据是否来自公认权威的期刊或权威机构的实验结果。如果书中的曲线拟合过于理想化，或者关键参数（如禁带宽度、有效质量）的数值与我常用的一些行业标准数据存在较大出入，那么这本书的可信度就会大打折扣。我希望能看到图注清晰地标明测量条件，比如温度、电场强度，甚至是晶向。如果作者能在关键图例旁边简要说明数据背后的物理机制，那更是锦上添花，能帮助我更好地将图谱知识转化到实际的物理图像构建中去。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计倒是很吸引人，那种深邃的蓝色调配上清晰的线条勾勒出的微观结构图，让人立刻感受到它蕴含的专业深度。我本来是希望能找到一本能将半导体材料的那些晦涩难懂的物理概念，用更加直观、易于理解的方式呈现出来的工具书。毕竟，在实际工作中，很多时候我们需要的是快速定位和解决问题的能力，而不是沉浸在无尽的理论推导中。所以，我期待这本书能像一本精美的“图谱”，每一个章节都能对应一个清晰的材料特性图示，配上简洁明了的参数解读。如果这本书能做到这一点，哪怕是作为一个快速参考手册，它也会在我的书架上占据一个非常重要的位置，毕竟，时间成本在科研和工程领域是多么宝贵啊。我希望它不是那种纯粹的教科书堆砌，而是真正为工程师和初级研究人员量身打造的“即插即用”型的指南。

评分☆☆☆☆☆

从一个资深材料工程师的角度来看，我更关心这本书在“先进材料”和“新型器件”方面的覆盖面是否足够前沿。当前半导体行业的发展速度快得惊人，新的二维材料、宽禁带半导体（如SiC和GaN）的应用正变得越来越普遍。一本真正有价值的手册，不能只停留在硅基材料的经典知识上。我特别希望能看到关于界面工程、掺杂非理想性对载流子迁移率影响的深度剖析。如果这本书能提供一些关于特定工艺窗口下，材料缺陷密度与最终产品良率之间的量化关系，那将是无价之宝。否则，它就只是一个旧知识的整理本，对于推动当前的技术迭代作用不大。