圖形化半導體材料特性手冊 季振國 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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季振國 著

圖書標籤:

• 半導體材料
• 圖形化
• 材料特性
• 季振國
• 電子工程
• 材料科學
• 參考手冊
• 工程技術
• 物理學
• 半導體

店鋪： 久點圖書專營店

齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030390103

商品編碼：29659520035

包裝：平裝

齣版時間：2013-11-01

基本信息

書名：圖形化半導體材料特性手冊

定價：118.00元

作者：季振國

齣版社：科學齣版社

齣版日期：2013-11-01

ISBN：9787030390103

字數：

頁碼：

版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.4kg

編輯推薦

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內容提要

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電子信息材料是發展極為迅速的一類材料，但是缺少相關的特性手冊。已有的類似書籍要不數據量少，要不數據陳舊，滿足不瞭讀者的需要。本書收集瞭大量的已經發錶的實驗數據，結閤作者多年來的實驗數據，編寫瞭這部手冊。為瞭便於讀者進行數據處理和比較，作者操作性地把收集到的實驗數據通過數值化手段轉換為數據文件，便於讀者進行各種數據處理。手冊數據量大，特性齊全，非常適閤相關領域的科技工作者和研究生使用。

目錄

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前言 圖錶目錄 章數據結構說明 第2章金剛石（C） 第3章鍺（Ge） 第4章矽（Si） 第5章鍺矽閤金（Si1—xGex） 第6章碳化矽（SiC） 第7章灰锡（α—Sn） 第8章硫化鎘（（2dS） 第9章碲化鎘（（2dTe） 0章氧化鋅（Zn（）） 1章硫化鋅（ZnS） 2章氮化鎵（GaN） 3章砷化鎵（GaAs） 4章銻化銦（InSb） 5章氮化硼（BN） 6章磷化硼（BP） 7章銻化鋁（AISb） 8章銻化鎵（GaSb） 9章磷化銦（InP） 第20章磷化鎵（GaP） 第21章砷化銦（InAs） 第22章氮化銦（InN） 第23章砷化鋁（AlAs） 第24章磷化鋁（AlP） 第25章氮化鋁（AIN） 第26章鋁鎵砷（AlxGal—xAs） 第27章二氧化锡（snOg） 第28章二氧化鈦（TiO2） 參考文獻

作者介紹

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文摘

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序言

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《半導體材料科學基礎與應用》 內容概要 本書旨在係統性地介紹半導體材料的科學基礎及其在現代電子學中的廣泛應用。本書內容涵蓋半導體材料的晶體結構、能帶理論、載流子輸運機製、以及各種重要的半導體材料（如矽、鍺、砷化鎵、氮化鎵等）的物理化學特性。此外，本書還將深入探討半導體材料的製備工藝、摻雜技術、以及它們在各種器件中的應用，例如晶體管、二極管、光電器件、傳感器等。本書理論與實踐相結閤，旨在為讀者提供紮實的半導體材料知識，並引導他們理解這些知識如何在實際應用中發揮作用。 第一章 半導體材料概述 本章將首先對半導體材料進行一個全麵的介紹，明確其在物質分類中的地位，以及區彆於導體和絕緣體的關鍵特徵——導電性介於兩者之間，並且這種導電性可以通過外部條件（如溫度、光照、電場、磁場）或內部摻雜得到顯著調控。我們將追溯半導體材料的發展曆程，從早期的鍺到如今廣泛應用的矽，再到新興的寬禁帶半導體和二維材料，展現其技術演進的脈絡。 1.1 半導體材料的定義與分類 介紹本徵半導體和外延半導體的概念。 討論根據能帶理論對半導體材料的分類：直接帶隙半導體和間接帶隙半導體，以及它們在光電器件中的差異。 簡單提及單晶、多晶和非晶半導體材料的結構特點。 1.2 重要的半導體材料及其特性 矽（Si）: 詳細介紹矽作為現代微電子産業基石的地位，其豐富的儲量、良好的熱學和化學穩定性、以及成熟的工藝技術。討論矽的晶體結構（金剛石結構）及其對電子行為的影響。 鍺（Ge）: 介紹鍺作為早期半導體材料的曆史地位，以及其作為高遷移率材料在特定高端應用中的潛力。 化閤物半導體: 砷化鎵（GaAs）: 闡述GaAs在高頻、高速電子器件中的優勢，如高電子遷移率，以及其在光電子器件中的應用（發光二極管、激光器）。 氮化鎵（GaN）: 重點介紹GaN及其閤金（如InGaN, AlGaN）在功率電子、高頻射頻器件和LED照明領域的革命性貢獻，探討其寬禁帶特性帶來的高溫、高壓、高頻工作能力。 磷化銦（InP）: 介紹InP在光通信領域的關鍵作用，如高速光電器件和光縴通信係統。 寬禁帶半導體: 討論SiC, GaN等寬禁帶半導體材料的獨特優勢，如耐高壓、耐高溫、抗輻射能力，以及其在新能源、電力電子等領域的重要應用前景。 二維半導體材料: 簡要介紹石墨烯（雖非嚴格意義上的半導體，但具有獨特的電子特性）、二硫化鉬（MoS2）等二維材料的興起，以及它們在下一代微電子和光電子器件中的研究進展。 第二章 半導體材料的晶體結構與能帶理論 本章將深入探討半導體材料的微觀結構，並引入能帶理論，這是理解半導體材料電學和光學特性的核心框架。 2.1 晶體結構 晶格與基元: 講解晶格的概念、晶胞、晶嚮和晶麵。 典型半導體晶體結構: 詳細解析金剛石結構（如Si, Ge）和閃鋅礦結構（如GaAs, InP）的原子排列方式，理解其對稱性和對電子行為的影響。 晶界與缺陷: 討論晶界、位錯、空位、填隙原子等晶體缺陷對半導體材料性能的影響，包括對載流子散射、復閤和擴散的改變。 2.2 能帶理論 電子在周期勢場中的運動: 從量子力學角度齣發，解釋電子在晶格周期勢場中形成的能帶結構。 能帶圖: 繪製並解釋各種材料（金屬、絕緣體、半導體）的能帶圖，明確價帶、導帶和禁帶的概念。 禁帶寬度的意義: 討論禁帶寬度的物理意義，它決定瞭材料的導電性和光學特性。 直接與間接帶隙: 詳細區分直接帶隙和間接帶隙半導體，以及它們在光子吸收和發射效率上的根本差異，為後續的光電器件章節奠定基礎。 有效質量: 引入電子和空穴在晶體中的有效質量概念，以及它如何影響載流子的運動速度和遷移率。 費米能級: 解釋費米能級及其在描述本徵半導體和摻雜半導體中的位置變化，它代錶瞭在絕對零度時電子填充能級的能量界限。 第三章 載流子輸運機製 本章將聚焦於載流子（電子和空穴）如何在半導體材料中運動，以及影響其運動的各種因素。 3.1 載流子濃度 本徵載流子濃度: 定義並推導本徵半導體中電子和空穴濃度的關係。 摻雜與外延半導體: 闡述摻雜（N型與P型）如何改變載流子濃度，並引入多數載流子和少數載流子的概念。 載流子統計: 簡要介紹麥剋斯韋-玻爾茲曼統計、費米-狄拉剋統計，以及它們在不同載流子濃度下的適用性。 3.2 載流子漂移 電場作用下的漂移: 解釋外加電場如何引起載流子定嚮移動，形成電流。 遷移率: 定義電子和空穴遷移率，並分析其影響因素，包括晶格散射（聲子散射）、雜質散射、缺陷散射等。 導電率: 闡述導電率與載流子濃度和遷移率的關係。 3.3 載流子擴散 濃度梯度驅動的擴散: 解釋當載流子濃度不均勻時，會發生擴散現象。 擴散係數: 定義擴散係數，並分析其與遷移率的關係（愛因斯坦關係）。 擴散長度: 引入擴散長度的概念，它代錶瞭載流子在復閤前可以擴散的平均距離。 3.4 復閤機製 輻射復閤: 解釋電子-空穴對通過發射光子而復閤的過程，在直接帶隙半導體中效率較高。 非輻射復閤: 介紹俄歇復閤和陷阱輔助復閤（肖特基復閤）等非輻射復閤機製，它們通過聲子或缺陷釋放能量，在間接帶隙半導體中占主導地位。 3.5 霍爾效應 基本原理: 詳細介紹霍爾效應的實驗原理，即在磁場和電流作用下，載流子受洛倫茲力作用在導體兩側産生電勢差。 測量應用: 闡述如何利用霍爾效應測量半導體材料的載流子類型（N型或P型）、載流子濃度和遷移率。 第四章 半導體材料的製備與工藝 本章將介紹製備高質量半導體材料及其器件的各種關鍵技術和工藝流程。 4.1 晶體生長 區熔法: 介紹區熔法在製備高純度單晶矽方麵的應用。 直拉法（CZ法）: 詳細講解直拉法，這是目前大規模製備矽單晶的主流工藝，包括坩堝、熔體、晶種、拉速、鏇轉等關鍵參數。 Czochralski法（CZ）: 進一步細化CZ法的工藝過程和影響因素，例如氧含量、碳含量控製。 液相外延（LPE）: 介紹LPE法在製備化閤物半導體薄膜方麵的應用，尤其是在早期。 氣相外延（VPE）/化學氣相沉積（CVD）: 詳細闡述CVD技術，包括MOCVD（金屬有機化學氣相沉積）和HVPE（鹵化物氣相外延），它們在製備高質量化閤物半導體外延層（如GaAs, GaN）中的核心地位。 分子束外延（MBE）: 介紹MBE技術的原子層精度生長能力，以及它在研究新型材料和製備超晶格結構方麵的優勢。 4.2 摻雜技術 擴散: 介紹高溫擴散法，通過加熱將雜質原子擴散到半導體晶體中。 離子注入: 詳細講解離子注入技術，通過加速的雜質離子轟擊基底，實現精確的摻雜濃度和分布控製，這是現代集成電路製造的核心技術。 固相擴散: 簡要介紹固相擴散技術。 退火工藝: 闡述退火在激活摻雜原子、修復晶格損傷以及優化界麵特性方麵的作用。 4.3 薄膜沉積與圖形化 物理氣相沉積（PVD）: 如濺射、蒸發，用於金屬和絕緣體薄膜的沉積。 化學氣相沉積（CVD）: 再次強調CVD在多晶矽、氮化物、氧化物等薄膜製備中的廣泛應用。 光刻技術: 介紹光刻作為集成電路製造的關鍵圖形化技術，包括光刻膠、曝光、顯影等過程。 刻蝕技術: 講解乾法刻蝕（等離子刻蝕）和濕法刻蝕，用於去除不需要的材料，形成器件結構。 4.4 錶麵處理與器件集成 氧化與氮化: 介紹二氧化矽（SiO2）和氮化矽（Si3N4）等絕緣薄膜的製備及其在器件中的作用。 金屬化: 介紹電極和互連綫的製備過程。 鈍化: 解釋鈍化工藝對提高器件性能和可靠性的重要性。 第五章 半導體器件及其材料選擇 本章將結閤前幾章的理論基礎，探討不同類型半導體器件的原理，以及根據器件需求選擇閤適的半導體材料。 5.1 二極管 PN結二極管: 詳細介紹PN結的形成、單嚮導電性、以及其在整流、開關等應用中的原理。 肖特基二極管: 介紹金屬-半導體結二極管，其低正嚮壓降和高開關速度的特點，以及適用於高頻應用。 發光二極管（LED）: 闡述LED的發光原理，強調直接帶隙半導體（如GaAs, GaN）的重要性，以及不同材料體係實現的顔色。 光電二極管/太陽能電池: 介紹光電轉換原理，光生載流子的産生、分離和收集，以及材料選擇對效率的影響。 5.2 晶體管 雙極結型晶體管（BJT）: 介紹BJT的PNP或NPN結構，電流放大作用，以及其在高頻和功率放大中的應用。 場效應晶體管（FET）: 結型場效應晶體管（JFET）: 介紹JFET的工作原理，利用柵極電場控製溝道導電性。 金屬-氧化物-半導體場效應晶體管（MOSFET）: 重點介紹MOSFET，作為現代集成電路中最核心的器件。詳細講解其結構（MOS電容、通道形成）、工作模式（增強型、耗盡型）以及在數字和模擬電路中的廣泛應用。強調矽基MOSFET的成熟度和低成本。 低功耗晶體管: 介紹GaN HEMT（高電子遷移率晶體管）等寬禁帶半導體晶體管在功率電子領域的優勢，如高擊穿電壓、低導通電阻，適用於新能源汽車、高效電源等。 5.3 集成電路 集成電路（IC）的基本概念: 介紹將多個晶體管、電阻、電容等元器件集成在同一半導體襯底上的技術。 數字集成電路: 如微處理器、存儲器等，強調MOSFET在其中的主導地位。 模擬集成電路: 如運算放大器、濾波器等，材料選擇需要兼顧性能和功耗。 5.4 特殊半導體器件 光電器件: 光探測器: 如CCD、CMOS圖像傳感器。 光耦閤器: 實現電信號的光隔離。 功率半導體器件: IGBT（絕緣柵雙極晶體管）: 結閤瞭MOSFET的柵極驅動和BJT的功率傳輸能力，廣泛應用於中高功率領域。 SiC和GaN功率器件: 再次強調其在降低損耗、提高效率、小型化方麵的革命性作用。 傳感器: 如霍爾傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器等，利用半導體材料的敏感特性。 第六章 半導體材料的可靠性與發展趨勢 本章將討論半導體材料在實際應用中的可靠性問題，並展望未來的發展方嚮。 6.1 半導體材料的可靠性 失效機理: 介紹常見的器件失效模式，如熱擊穿、電遷移、應力老化、界麵陷阱、光緻退化等。 可靠性測試: 闡述加速壽命試驗、環境試驗等方法。 材料選擇與工藝優化: 如何通過選擇閤適的材料和優化工藝參數來提高器件的可靠性。 6.2 半導體材料的發展趨勢 超越摩爾定律: 探討如何通過新材料、新結構、新工藝實現器件性能的持續提升，例如三維堆疊、 FinFET、GAAFET等。 新興半導體材料: 量子點半導體: 在光電子和量子計算領域的潛力。 有機半導體: 在柔性電子、顯示器領域的應用。 鈣鈦礦半導體: 在光伏和LED領域的快速發展。 先進封裝技術: 介紹3D封裝、異構集成等技術，以應對器件尺寸縮小帶來的挑戰。 智能化與可持續發展: 探討半導體材料在人工智能、物聯網、綠色能源等領域的驅動作用，以及環境友好型材料和工藝的研發。 通過以上章節的係統闡述，本書將為讀者構建起一個完整、深入的半導體材料科學知識體係，使其能夠理解這些材料的內在規律，並將其應用於創新性的器件設計和技術開發之中。

評分☆☆☆☆☆

對於這樣一本專業性極強的書籍，其實際應用價值遠高於其理論深度。我希望它能提供更多“故障排除”和“參數優化”的實用案例分析。比如，當某個MOSFET的閾值電壓齣現漂移時，這本書能否提供一個係統性的排查清單，將可能的原因（包括材料本身和工藝誘導的）一一列齣，並指齣在材料特性層麵應該如何快速驗證？如果書中能加入一些實際的工藝流程圖，並高亮顯示齣材料參數在這個流程中的敏感點，那就太實用瞭。畢竟，我們買手冊不是為瞭做基礎研究，而是為瞭在麵對復雜工程問題時，能有一個可靠的、結構化的參考工具來指導我們的決策過程。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計倒是很吸引人，那種深邃的藍色調配上清晰的綫條勾勒齣的微觀結構圖，讓人立刻感受到它蘊含的專業深度。我本來是希望能找到一本能將半導體材料的那些晦澀難懂的物理概念，用更加直觀、易於理解的方式呈現齣來的工具書。畢竟，在實際工作中，很多時候我們需要的是快速定位和解決問題的能力，而不是沉浸在無盡的理論推導中。所以，我期待這本書能像一本精美的“圖譜”，每一個章節都能對應一個清晰的材料特性圖示，配上簡潔明瞭的參數解讀。如果這本書能做到這一點，哪怕是作為一個快速參考手冊，它也會在我的書架上占據一個非常重要的位置，畢竟，時間成本在科研和工程領域是多麼寶貴啊。我希望它不是那種純粹的教科書堆砌，而是真正為工程師和初級研究人員量身打造的“即插即用”型的指南。

評分☆☆☆☆☆

從一個資深材料工程師的角度來看，我更關心這本書在“先進材料”和“新型器件”方麵的覆蓋麵是否足夠前沿。當前半導體行業的發展速度快得驚人，新的二維材料、寬禁帶半導體（如SiC和GaN）的應用正變得越來越普遍。一本真正有價值的手冊，不能隻停留在矽基材料的經典知識上。我特彆希望能看到關於界麵工程、摻雜非理想性對載流子遷移率影響的深度剖析。如果這本書能提供一些關於特定工藝窗口下，材料缺陷密度與最終産品良率之間的量化關係，那將是無價之寶。否則，它就隻是一個舊知識的整理本，對於推動當前的技術迭代作用不大。

評分☆☆☆☆☆

拿到書的時候，我首先關注的是它的排版和索引係統。對於一本“手冊”來說，查找效率是決定其價值的關鍵因素。我希望這本書的目錄結構能夠邏輯清晰，層層遞進，最好能有一個非常詳盡的交叉引用係統，比如，當我查閱某種特定晶格缺陷對器件性能影響時，能迅速跳轉到相關的電學特性章節。坦白地說，我對那種內容過於分散、需要反復翻閱纔能找到關鍵信息的書籍感到非常頭疼。如果這本書在設計之初就充分考慮瞭用戶的使用習慣，比如在關鍵公式旁標注其適用條件和限製，或者用醒目的顔色區分實驗數據和理論預測，那就太棒瞭。這種細緻入微的設計，往往體現瞭編著者對於實際操作環境的深刻理解，而不是僅僅停留在學術象牙塔裏。

評分☆☆☆☆☆

我閱讀電子技術類書籍的習慣是，會重點關注圖錶的數據準確性和來源可靠性。對於特性手冊而言，圖錶就是核心語言。我非常看重那些被引用的實驗數據是否來自公認權威的期刊或權威機構的實驗結果。如果書中的麯綫擬閤過於理想化，或者關鍵參數（如禁帶寬度、有效質量）的數值與我常用的一些行業標準數據存在較大齣入，那麼這本書的可信度就會大打摺扣。我希望能看到圖注清晰地標明測量條件，比如溫度、電場強度，甚至是晶嚮。如果作者能在關鍵圖例旁邊簡要說明數據背後的物理機製，那更是錦上添花，能幫助我更好地將圖譜知識轉化到實際的物理圖像構建中去。