半导体物理性能手册 第2卷(下) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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日足立贞夫 著

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出版社： 哈尔滨工业大学出版社

ISBN：9787560345178

商品编码：29729031637

包装：平装

出版时间：2014-04-01

基本信息

书名：半导体物理性能手册 第2卷(下)

定价：248.00元

作者：(日)足立贞夫

出版社：哈尔滨工业大学出版社

出版日期：2014-04-01

ISBN：9787560345178

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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足立贞夫编著的《半导体物理性能手册(第2卷下 )/Springer手册精选原版系列》介绍了各族半导体、化合物半导体的物理性能，包括： Structural Properties结构特性 Thermal Properties热学性质 Elastic Properties弹性性质 Phonons and Lattice Vibronic Properties 声子与晶格振动性质 Collective Effects and Related Properties集体效应及相关性质 Energy-Band Structure：Energy-Band Gaps 能带结构：能带隙 Energy—Band Structure：Electron and Hole Effective Masses能带结构：电子和空穴的有效质量 Electronic Deformation Potential电子形变势 Electron Affinity and Schottky Barrier Height电子亲和能与肖特基势垒高度 Optical Properties光学性质 Elastooptic，Electrooptic， andNonlinearOptical Properties弹光、电光和非线性光学性质 Carrier Transport Properties载流子输运性质 《半导体物理性能手册(第2卷下)/Springer手册精选原版系列》适用对象包括材料、微电子学、电子科学与技术等专业的本科生和研究生，以及从事半导体研究的专业人员。

目录

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Preface
Acknowledgments
Contents of Other Volumes
10 Wurtzite Gallium Nitride (a-GaN)
10.1 Structural Properties
10.1.1 Ionicity
10.1.2 Elemental Isotopic Abundance and Molecular Weight
10.1.3 Crystal Structure and Space Group
10.1.4 Lattice Constant and Its Related Parameters
10.1.5 Structural Phase Transition
10.1.6 Cleavage Plane
10.2 Thermal Properties
10.2.1 Melting Point and Its Related Parameters
10.2.2 Specific Heat
10.2.3 Debye Temperature
10.2.4 Thermal Expansion Coefficient
10.2.5 Thermal Conductivity and Diffusivity
10.3 Elastic Properties
10.3.1 Elastic Constant
10.3.2 Third-Order Elastic Constant
10.3.3 Young's Modulus, Poisson's Ratio, and Similar
10.3.4 Microhardness
10.3.5 Sound Velocity
10.4 Phonons and Lattice Vibronic Properties
10.4.1 Phonon Dispersion Relation
10.4.2 Phonon Frequency
10.4.3 Mode Gruneisen Parameter
10.4.4 Phonon Deformation Potential
10.5 Collective Effects and Related Properties
10.5.1 Piezoelectric Constant
10.5.2 Frohlich Coupling Constant
10.6 Energy-Band Structure: Energy-Band Gaps
10.6.1 Basic Properties
10.6.2 E0-Gap Region
10.6.3 Higher-Lying Direct Gap
10.6.4 Lowest Indirect Gap
10.6.5 Conduction-Valley Energy Separation
10.6.6 Direct-Indirect-Gap Transition Pressure
10.7 Energy-Band Structure: Electron and Hole Effective Masses
10.7.1 Electron Effective Mass: F Valley
10.7.2 Electron Effective Mass: Satellite Valley
10.7.3 Hole Effective Mass
10.8 Electronic Deformation Potential
10.8.1 Intravalley Deformation Potential: F Point
10.8.2 Intravalley Deformation Potential: High-Symmetry Points
10.8.3 Intervalley Deformation Potential
10.9 Electron Affinity and Schottky Barrier Height
10.9.1 Electron Affinity
10.9.2 Schottky Barrier Height
10.10 Optical Properties
10.10.1 Summary of Optical Dispersion Relations
10.10.2 The Reststrahlen Region
10.10.3 At or Near the Fundamental Absorption Edge
10.10.4 The Interband Transition Region
10.10.5 Free-CarrierAbsorption and Related Phenomena
10.11 Elastooptic, Electrooptic, and Nonlinear Optical Properties
10.11.1 Elastooptic Effect
10.11.2 Linear Electrooptic Constant
10.11.3 Quadratic Electrooptic Constant
10.11.4 Franz-Keldysh Effect
10.11.5 Nonlinear Optical Constant
10.12 Carrier Transport Properties
10.12.1 Low-Field Mobility: Electrons
10.12.2 Low-Field Mobility: Holes
10.12.3 High-Field Transport: Electrons
10.12.4 High-Field Transport: Holes
10.12.5 Minority-Carrier Transport: Electrons inp-Type Materials
10.12.6 Minority-Carrier Transport: Holes in n-Type Materials
10.12.7 Impact Ionization Coefficient
11 Cubic Gallium Nitride(b-GaN)
12 Gallium Phosphide(Gap)
13 Gallium Arsenide(GaAs)
14 Gallium Antimonide(GaSb)
15 Indium Nitride(InN)
16 Indium Phosphide(InP)
17 Indium Arsendide(InAs)
18 Indium Antimonide(InSb)

作者介绍

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文摘

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序言

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《半导体物理性能手册 第2卷(下)：材料与器件特性精析》 内容简介 《半导体物理性能手册 第2卷(下)：材料与器件特性精析》并非一本孤立的书籍，而是“半导体物理性能手册”系列中的重要组成部分。本卷承接前几卷的基石，深入剖析了构成现代电子工业核心的各类半导体材料及其在不同器件结构中的具体物理性能表现。本书旨在为半导体材料科学家、器件工程师、研发人员以及相关专业的学生提供一套系统、详实且具有极高参考价值的性能数据与理论分析。 全书结构严谨，逻辑清晰，从基础的半导体材料分类入手，逐步深入到特定材料体系的微观结构、电子能带理论、载流子输运特性，再到这些特性如何在各类半导体器件中得以体现和应用。本书的编写秉持了高度的严谨性和实用性，力求将前沿的科研成果与成熟的工业实践相结合，为读者在理解、设计、优化半导体器件方面提供坚实的理论指导和精准的性能参数。 第一篇：关键半导体材料的深层解析 本篇将聚焦于当前以及未来具有重要发展潜力的几类半导体材料，进行细致入微的分析。 宽禁带半导体材料： 碳化硅 (SiC) 的性能详述： 本部分将详尽介绍不同晶体结构（如 3C, 4H, 6H SiC）的晶体学特性、原子排列及其对电子和声子行为的影响。重点阐述其极高的击穿电场、优异的热导率、化学稳定性和抗辐照能力。通过详细的能带图解，解释其直接和间接带隙的差异，以及在不同掺杂浓度下的载流子迁移率、少数载流子寿命等关键参数。我们将提供不同掺杂（如N型和P型）下的导电类型、载流子浓度与温度的关系曲线，以及在高温环境下其性能的衰减规律。此外，还将深入探讨SiC器件（如肖特基二极管、MOSFETs）中功率损耗、漏电流、阈值电压漂移等性能瓶颈的微观物理机制。 氮化镓 (GaN) 及其合金的特性研究： 本部分重点分析GaN及其与铟(In)、铝(Al)形成的固溶体（如 AlGaN, InGaN）的物理性能。将详细讲解其六方纤锌矿晶体结构，以及其固有的压电效应和自发极化效应如何影响二维电子气（2DEG）的形成和电荷分布，这是实现高电子迁移率晶体管（HEMTs）和发光二极管（LEDs）高性能的关键。书中会提供不同组分（Al组分、In组分）对禁带宽度、介电常数、载流子浓度、迁移率等参数的影响数据，并分析这些参数如何决定器件的开关速度、功率密度和效率。特别地，将深入研究GaN基LEDs中量子效率猝灭的物理机理，以及GaN基HEMTs中栅极漏电、热退化等问题。 氧化物半导体： 针对ZnO, SnO2, In2O3等氧化物半导体，本卷将分析它们的晶体结构、电子能带特性以及在特定应用（如透明导电薄膜、传感器）中的性能优势。我们将讨论它们的载流子生成机制、掺杂稳定性以及在不同生长工艺（如溅射、化学气相沉积）下其性能的差异。 传统半导体材料的性能优化与前沿进展： 硅 (Si) 的极限探索： 尽管是传统材料，但硅在先进工艺节点下的性能依然是研究重点。本部分将深入分析纳米尺度下硅材料的量子尺寸效应、表面粗糙度散射、以及沟道掺杂浓度不均匀性对载流子输运的影响。我们将展示不同掺杂浓度、温度和电场强度下，硅的迁移率、漏电、击穿电压等参数的精确测量与理论计算结果。书中还会包含硅锗（SiGe）合金的性能分析，阐述其因应变效应和带隙工程在高性能晶体管中的应用。 III-V族化合物半导体： GaAs, InP, GaSb等材料作为高速、高频电子器件和光电子器件的重要基石，其性能分析在本卷中占据重要地位。我们将详细介绍它们的晶体结构、电子能带特性（包括价带劈裂、有效质量等）以及在不同掺杂情况下的载流子动力学。针对GaAs基HEMTs，我们将深入剖析其在微波和毫米波频段的性能极限，以及热效应和可靠性问题。对于InP基材料，重点将放在其在光通信领域（如激光器、探测器）的优异性能，以及其与GaAs在材料特性上的差异。 第二篇：半导体器件中的性能体现与分析 本篇将视角转向具体的半导体器件，深入探讨材料特性如何在器件层面转化为实际的性能指标，并分析影响器件性能的关键物理因素。 电子器件性能精析： MOSFETs (金属-氧化物-半导体场效应晶体管)： 沟道输运特性： 详细解析在不同工作偏压（亚阈值区、线性区、饱和区）下，沟道载流子浓度、迁移率以及隧穿效应的动态变化。重点讨论短沟道效应（如 DIBL、阈值电压降低）、漏感应击穿（????）等对器件性能的制约。 栅极性能： 分析栅介质材料（如 SiO2, High-k介质）的介电常数、漏电流、界面态密度对器件的开关速度、功耗和可靠性的影响。介绍金属栅、多晶硅栅在接触电阻、功函数等方面的差异。 体二极管和漏电流： 深入研究体二极管的漏电流机制（如表面漏电、本征漏电）以及它们对静态功耗的影响。 热效应： 分析沟道加热、结温升高如何导致迁移率下降、阈值电压漂移，以及热退化对器件寿命的影响。 BJT (双极结型晶体管)： 详细阐述基极电流、集电极电流、发射极电流之间的关系，分析少数载流子注入效率、复合速率、基区宽度调制效应对电流增益（β）和过渡频率（fT）的影响。 功率器件 (IGBTs, SCRs, Thyristors)： 针对高电压、大电流应用，深入分析器件的击穿电压、导通压降、开关损耗。重点研究不同半导体材料（SiC, GaN）在功率器件中实现的性能飞跃，以及器件结构设计（如 Trench 结构、平面结构）对功率性能的优化。 光电子器件性能解析： LEDs (发光二极管)： 发光效率： 详细分析辐射复合效率、非辐射复合效率、光提取效率的物理机制。深入研究量子阱结构、注入均匀性、表面形貌对发光性能的影响。 色度特性： 解释不同发光材料（如 GaN基、AlGaInP基）如何产生不同颜色的光，以及色温、显色指数等参数的形成。 激光二极管 (LDs)： 深入分析阈值电流、输出功率、光束质量、光谱特性（如波长稳定性、线宽）的形成机制。重点研究量子阱、量子点的设计对阈值电流和效率的影响，以及分布式反馈（DFB）激光器、垂直腔面发射激光器（VCSELs）的结构特点和性能优势。 光探测器 (Photodiodes)： 分析光电流、响应时间、噪声等关键参数。针对 PIN 光电二极管、雪崩光电二极管（APDs）等，深入探讨暗电流、响应度、量子效率的物理来源。 第三篇：材料与器件的可靠性与失效分析 可靠性影响因素： 深入探讨温度、电场、电流密度、辐照、机械应力等环境因素对半导体材料和器件性能的长期影响。 失效机理： 详细分析界面陷阱的产生与积累、电迁移、空洞形成、热应力引起的失效、以及光诱导退化等主要失效机理。 失效分析方法： 介绍电学测试、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X射线衍射（XRD）等常用的失效分析技术。 《半导体物理性能手册 第2卷(下)：材料与器件特性精析》以详实的数据、严谨的理论分析、精美的图表和深入的实例，为读者勾勒出一幅半导体材料与器件性能的宏大图景。本书不仅是知识的汇聚，更是理解和推动半导体技术发展的有力工具。

评分☆☆☆☆☆

说实话，当我拿到这本“半导体物理性能手册 第2卷(下)”时，我内心是抱着一种朝圣般的心情去期待的。我希望它能像一本武林秘籍，揭示那些隐藏在硅基材料体系背后的复杂电子结构和载流子行为的终极奥秘。我尤其关注的是高频器件中的非稳态响应特性，特别是对于GaN基HEMTs在高功率密度工作下的陷阱效应如何通过电场畸变来影响跨导衰减的数学模型。这本书的排版和公式的规范性无可挑剔，页边距、字体选择都体现了出版方对学术严谨性的坚持。然而，在实际阅读过程中，我发现它在处理诸如界面缺陷的能带局域化模型时，更多地引用了上世纪八十年代的经典理论，缺乏将这些理论与现代原子尺度的计算化学或密度泛函理论（DFT）相结合的分析。例如，对于高温烧结导致的晶界扩散问题，书中提供的模型依然是基于宏观的菲克定律，对于微观的原子跳跃机制和能垒高度变化描述得不够精细。我花了大量时间去寻找关于新型氧化物半导体（如SrTiO3）的介电弛豫特性的数据表或曲线拟合方法，但最终只在附录的某一个不起眼的角落里找到了一个非常基础的柯克兰模型（Cole-Cole model）的简单应用案例，这与我需要的复杂非指数衰减函数的拟合需求相去甚远。这本书的价值在于夯实基础，但它没有提供通往“下一代”材料性能预测的桥梁。

评分☆☆☆☆☆

这本书的厚度和内容密度，绝对能让任何想深入理解半导体器件物理的读者感到“充实”。我之所以会购买并仔细研读，主要是因为我对MOSFET结构中短沟道效应引起的源漏间距效应（S/D Spacing Effect）在FinFET架构下的精确建模非常感兴趣。我希望能在这本书中找到一套完善的、能够用于FEOL（前道工艺）设计参数优化的经验公式集。翻开相关章节，确实，作者对经典的肖克利-齐纳二极管模型进行了非常深入的解析，包括了对不同注入效率下的电压降的精确计算。这部分内容对于理解传统器件的工作原理是极其有帮助的。但问题在于，当前的半导体技术早已进入了3D结构和二维材料的时代。我期待的，是关于垂直结构中电荷收集效率如何受限以及如何通过掺杂倾斜（Graded Doping）来优化载流子漂移速度的详细论述。书中关于载流子复合机制的讨论，几乎完全聚焦于直接带隙和间接带隙材料的辐射复合与俄歇复合，对于因晶格失配或界面应力导致的非辐射复合中心（如Shockley-Read-Hall中心）的定量分析深度不够，缺乏针对特定异质结失效模式的案例研究。总的来说，它提供的知识体系非常庞大，但缺乏针对当前主流前沿器件的“靶向性”深度。

评分☆☆☆☆☆

这本厚重的“半导体物理性能手册”系列，我断断续续啃了好几年，终于翻到了这卷的末尾。坦白说，我最期待的是它能提供一些关于新型存储器材料在极端温度下的电荷迁移率的最新数据，毕竟我们实验室正在攻克一个关于亚纳米级沟道的难题。然而，在翻阅了整本书，尤其是这一卷（下）之后，我发现它更像是一部扎实的理论基石的复习录，对于那些追求前沿突破的工程师来说，可能略显滞后。书中对经典的PN结热载流子效应的阐述极其详尽，甚至细致到了早期实验中测量误差的修正方法，这种严谨度令人敬佩，但对于我目前的工作，更多的是在探索量子隧穿效应下的载流子注入机制，这本书对这些前沿领域涉及得非常表面化，基本停留在教材的深度，缺乏深入的数值模拟结果或实验验证的对比分析。我本希望能看到关于二维材料异质结界面态密度演变的更丰富图表和公式推导，比如MXene或过渡金属硫化物在不同掺杂浓度下的费米能级漂移曲线，但这些期望最终落空了。与其说它是一本“性能手册”，不如说它是一本“基础原理的百科全书”，对于入门者无疑是宝贵的财富，但对于像我这样在特定前沿领域摸爬滚打的资深研究者而言，新鲜感和即时可用的高价值信息确实不足。

评分☆☆☆☆☆

从装帧和印刷质量来看，这本书绝对是上乘之作，拿在手上沉甸甸的，让人感觉到它蕴含着巨大的信息量。我购买它的初衷是希望它能为我的热电材料研究提供坚实的理论支撑，特别是关于塞贝克系数（Seebeck Coefficient）与电导率（Conductivity）之间复杂关系的优化设计。我深知，热电材料的性能（ZT值）高度依赖于载流子浓度与散射机制的精妙平衡。我非常期望书中能提供一套关于复杂能带结构（如多谷散射或重费米子效应）下，如何精确计算平均自由程和费米积分的现代解析方法。遗憾的是，这本书在电输运性质这一块，重点似乎仍然放在了对经典的德鲁德模型（Drude Model）的各种修正上，比如加入了弛豫时间近似。虽然这对于理解传统晶体管的导通机制是必要的，但对于我们这类专注于通过能带工程来提升热电效率的研究者来说，书中对材料的“能带结构工程化”探讨不足。例如，如何通过超晶格结构来调控声子散射而保持电子输运性能的详细案例分析，就完全没有找到。它更像是一本为二十世纪末的半导体物理学子准备的教科书，虽然内容全面，但在面对当前跨学科融合、材料结构高度复杂化的趋势时，略显保守和传统。

评分☆☆☆☆☆

我必须承认，我是在同事的极力推荐下购买这本“半导体物理性能手册”的，他们说这是理解半导体器件基础物理的“圣经”之一。我个人更倾向于将它视为一本结构极其完备的参考工具书，而不是一本能带来灵感的阅读材料。我正在尝试开发一套用于评估新型柔性电子设备中半导体薄膜的本征载流子迁移率的非接触式测量方法，这涉及到对光电导测量中光生载流子寿命的精确反演。我希望书中能提供更丰富的关于光电导响应在各向异性材料中的张量形式描述，以及如何在高电场下校正空间电荷积累对测量结果的扭曲。然而，这本书中的光电导章节，其核心内容似乎停留在对基础的光伏效应和光电导增益的线性响应分析上。对于非平衡载流子动力学在皮秒甚至飞秒尺度上的行为，书中只是点到为止，没有深入到如何利用瞬态吸收光谱（TAS）等先进表征技术来反演这些动力学参数的计算流程。此外，关于半导体中的铁电体耦合效应，一个目前在存储器领域非常热门的方向，这本书中几乎没有提及。如果把半导体物理比作一座大山，这本书已经极其详尽地描绘了山脚到山腰的地形图，但对于攀登山顶所需要的那些最新的绳索和攀岩技术，却显得力不从心了。