半導體器件數值模擬計算方法的理論和應用(精) pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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袁益讓劉蘊賢 編

圖書標籤:

• 半導體器件
• 數值模擬
• 計算方法
• 理論
• 應用
• 微電子學
• 器件物理
• 仿真
• 高等教育
• 工程技術

店鋪： 火把圖書專營店

齣版社： 科學

ISBN：9787030519009

商品編碼：29737248482

開本：16

齣版時間：2018-02-01

基本信息

• 商品名稱：半導體器件數值模擬計算方法的理論和應用(精)
• 作者：袁益讓//劉蘊賢
• 定價：198
• 齣版社：科學
• ISBN號：9787030519009

其他參考信息（以實物為準）

• 齣版時間：2018-02-01
• 印刷時間：2018-02-01
• 版次：1
• 印次：1
• 開本：16開
• 包裝：精裝
• 頁數：494
• 字數：630韆字

內容提要

半導體器件數值模擬計算方法是現代計算數學和 工業與應用數學的重要領域。半導體器件數值模擬是 用電子計算機模擬半導體器件內部重要的物理特性， 獲取有效數據，是設計和研製新型半導體器件結構的 有效工具。袁益讓、劉蘊賢著的《半導體器件數值模 擬計算方法的理論和應用(精)》主要內容包括半導體 器件數值模擬的有限元方法、有限差分方法，半導體 問題的區域分裂和局部加密網格方法，半導體瞬態問 題的塊中心差分方法等經典理論部分，以及半導體問 題的混閤元一特徵混閤元方法、混閤元一分數步差分 方法、半導體瞬態問題的有限體積元方法、半導體問 題的混閤有限體積元一分數步差分方法、電阻抗成像 的數值模擬方法和半導體問題數值模擬的間斷有限元 方法等現代數值模擬方法和技術。
     本書可作為信息與計算數學、數學與應用數學、 計算機軟件、計算流體力學、石油勘探與開發、半導 體器件、環境與保護、水利和土建等專業高年級本科 生的參考書或研究生教材，也可供相關領域的教師、 科研人員和工程技術人員參考。
    

目錄

前言
第1章 半導體器件數值模擬的有限元方法
1.1 半導體器件數值模擬的特徵有限元和混閤元方法
1.1.1 引言
1.1.2 特徵有限元格式
1.1.3 特徵有限元格式的收斂性
1.1.4 特徵混閤元格式及其收斂性
1.2 非矩形域半導體瞬態問題的交替方嚮特徵有限元方法
1.2.1 某些預備工作
1.2.2 交替方嚮修正特徵有限元方法
1.2.3 收斂性分析
1.3 半導體瞬態問題的變網格交替方嚮特徵有限元方法
1.3.1 某些預備工作
1.3.2 特徵修正交替方嚮變網格有限元格式
1.3.3 某些輔助性橢圓投影
1.3.4 收斂性分析
1.4 半導體瞬態問題的交替方嚮多步方法
1.4.1 交替方嚮多步格式
1.4.2 誤差估計
1.4.3 沿特徵綫交替方嚮有限元多步格式及誤差估計
1.5 半導體瞬態問題的配置方法
1.5.1 半離散配置格式
1.5.2 H1模誤差估計
1.5.3 L2模誤差估計
1.5.4 全離散配置格式及L2模誤差估計
參考文獻
第2章 半導體器件數值模擬的有限差分方法
2.1 三維熱傳導型半導體問題的差分方法
2.1.1 問題Ⅰ的特徵差分格式
2.1.2 問題Ⅰ的收斂性分析
2.1.3 問題Ⅱ的特徵差分方法和分析
2.2 三維熱傳導型半導體問題的特徵分數步差分方法
2.2.1 特徵分數步差分格式
2.2.2 收斂性分析
2.3 半導體問題的修正迎風分數步差分方法
2.3.1 迎風分數步差分方法
2.3.2 收斂性分析
2.4 半導體器件探測器模擬計算的數值方法
2.4.1 二階迎風差分格式
2.4.2 收斂性分析
2.4.3 數值模擬結果
參考文獻
第3章 半導體問題的區域分裂和局部加密網格方法
3.1 半導體瞬態問題的特徵有限元區域分裂方法
3.1.1 數學模型和物理背景
3.1.2 某些預備工作
3.1.3 特徵修正有限元區域分裂程序
3.1.4 收斂性分析
3.1.5 數值算例
3.1.6 總結和討論

《量子力學與固體材料：從微觀世界到宏觀性能的深入探索》 一、 引言：理解物質的基石 本書旨在為讀者呈現一個全麵且深入的視角，探索物質最基本的構成要素——原子和電子，以及它們如何通過量子力學的規律，構建齣我們所熟知的宏觀世界。我們將從量子力學的基本原理齣發，逐步過渡到它們在理解和預測固體材料性質中的核心作用。本書並非專注於某一特定應用領域，而是緻力於構建一個紮實的理論基礎，讓讀者能夠理解各種材料性質的根源，並為進一步深入研究或實際應用打下堅實基礎。我們相信，理解瞭微觀世界的運行法則，纔能真正掌握如何操縱和設計宏觀世界的物質。 二、 量子力學的基石：微觀世界的語言 本書的第一部分將係統闡述量子力學的基本概念和數學框架，為理解固體材料的性質提供必要的工具。 波粒二象性與不確定性原理： 我們將從經典物理的局限性齣發，引入量子力學的核心概念——波粒二象性。通過分析雙縫乾涉實驗等經典案例，揭示粒子在微觀尺度下錶現齣的波動特性。隨後，我們將深入探討海森堡不確定性原理，闡明在量子世界中，我們無法同時精確測量粒子的位置和動量，這一原理對理解電子的運動和分布至關重要。 薛定諤方程：量子世界的運動方程： 薛定諤方程是量子力學的核心方程，它描述瞭微觀粒子（如電子）隨時間演化的規律。本書將詳細介紹薛定諤方程的數學形式，包括時間無關薛定諤方程和含時薛定諤方程。我們將重點講解如何通過求解薛定諤方程來獲得粒子的波函數，並解釋波函數在量子力學中的物理意義——其模的平方代錶瞭粒子在某一位置齣現的概率密度。 量子態與算符： 量子態是描述一個量子係統狀態的數學錶示，通常用狄拉剋符號（ket/bra）錶示。我們將介紹量子態的疊加原理，理解多個量子態可以組閤形成新的量子態。同時，我們將引入算符的概念，講解算符如何作用於量子態以測量物理量（如能量、動量、位置）。我們將詳細討論本徵值和本徵態的概念，理解它們與測量結果的對應關係。 角動量與自鏇： 角動量是描述物體繞軸鏇轉的物理量，在量子世界中，角動量也具有量子化的特性。我們將介紹軌道角動量和自鏇角動量，特彆強調電子的內稟屬性——自鏇，以及自鏇在原子和材料中的重要作用。我們將討論 Pauli 不相容原理，即在同一原子中，兩個電子不能擁有完全相同的四個量子數（主量子數、角量子數、磁量子數和自鏇量子數），這一原理是理解原子結構和化學鍵形成的基礎。 微擾理論與近似方法： 在許多實際問題中，精確求解薛定諤方程是睏難的。因此，我們將介紹微擾理論，它允許我們在已知精確解的簡單係統基礎上，處理相對復雜的真實係統。我們將講解時間無關微擾理論和時間依賴微擾理論，以及它們在計算原子和分子能量、躍遷概率等方麵的應用。此外，還會觸及其他常用的近似方法，如變分法等，以拓寬解決實際問題的能力。 三、 固體材料的電子結構：量子的宏觀體現 量子力學原理在固體材料中得到瞭淋灕盡緻的體現，構成瞭理解材料宏觀性質的微觀基礎。本部分將深入探討如何運用量子力學來描述固體材料中的電子行為。 周期勢中的電子：Bloch 定理： 固體材料最顯著的特點是其原子在空間中周期性排列，形成晶格。我們將詳細推導 Bloch 定理，揭示在這種周期性勢場中，電子的波函數具有特殊的 Bloch 形式，即可以錶示為平麵波與一個具有晶格周期性的函數的乘積。Bloch 定理是理解固體材料能帶結構的關鍵。 能帶理論：區分導體、半導體與絕緣體： Bloch 定理直接導齣瞭能帶理論。我們將詳細闡述能帶的形成過程，理解電子在固體中隻能占據離散的能量範圍（能帶），以及能帶之間的禁帶。通過分析價帶和導帶的填充情況，我們將清晰地解釋導體、半導體和絕緣體之間的根本區彆。我們將介紹能帶圖中一些重要的特徵，如能帶的寬度、形狀以及最低導帶底和最高價帶頂的位置，這些都直接關聯著材料的導電性。 電子態密度與費米能級： 電子態密度（DOS）描述瞭單位能量間隔內可供電子占據的量子態數量。我們將講解如何計算電子態密度，並分析其在不同材料和不同能量區域的分布特徵。費米能級是區分被電子占據和未被電子占據的狀態的能量界限（在零溫下），我們將解釋費米能級的意義，以及它如何影響材料的導電性、熱電性等性質。 晶體缺陷與能帶的影響： 實際材料中往往存在晶體缺陷，如空位、間隙原子、替位原子等。我們將探討這些缺陷如何影響材料的能帶結構，例如引入局域態、改變費米能級的位置，從而顯著改變材料的電學和光學性質。這將為理解摻雜對半導體性能的影響提供理論基礎。 自鏇軌道耦閤與磁性材料： 除瞭電荷，電子的自鏇也對材料性質産生深遠影響。我們將介紹自鏇軌道耦閤效應，即電子的軌道運動和自鏇磁矩之間的相互作用，並探討它在磁性材料（如鐵磁性、反鐵磁性）中的作用，以及如何影響材料的磁各嚮異度等。 四、 固體材料的動力學性質：響應與演化 除瞭靜態的電子結構，材料如何響應外部刺激也是至關重要的。本部分將聚焦於固體材料的動力學性質，以及這些性質的量子力學起源。 聲子：晶格振動的量子化： 晶格振動是固體材料中原子在平衡位置附近的集體振蕩。我們將介紹聲子這一概念，它是晶格振動的量子化激發。我們將講解聲子的色散關係，理解不同波長的聲子如何傳播，以及它們對材料熱學性質（如比熱、熱導率）和電學性質（如電子-聲子散射）的影響。 電子-聲子相互作用： 電子與聲子之間的相互作用是理解許多材料現象的關鍵，例如超導電性、電阻的溫度依賴性等。我們將詳細探討電子-聲子相互作用的機製，並分析其對電子輸運性質的影響。 光學性質：光與物質的相互作用： 材料的光學性質，如吸收、透射、反射和發光，都與電子在光場作用下的躍遷密切相關。我們將介紹光子與電子的相互作用，講解如何利用能帶結構和電子躍遷來解釋材料的吸收光譜和發射光譜。我們將討論直接帶隙和間接帶隙材料在光學應用中的區彆。 錶麵與界麵效應： 實際材料往往是有限尺寸的，其錶麵和界麵處的原子環境與體相不同，因此錶現齣獨特的性質。我們將探討錶麵電子結構、錶麵態以及界麵處的電荷轉移和電子行為，這些對於納米材料和異質結器件的設計至關重要。 五、 總結與展望：理論指導實踐 本書的最後部分將對所學內容進行總結，並展望量子力學理論在材料科學和工程領域的未來發展方嚮。 理論模型與實驗驗證的橋梁： 本書強調瞭理論計算和實驗測量之間的緊密聯係。我們將迴顧量子力學理論如何為理解和預測材料性質提供強有力的工具，以及實驗如何驗證這些理論預測，並引導新的理論探索。 新材料設計與發現的驅動力： 深入理解材料的微觀本質，是實現新材料設計與發現的關鍵。我們將討論如何利用量子力學原理，有目的地設計具有特定性能的材料，例如高性能催化劑、高效光電器件材料、新型磁性材料等。 未來發展方嚮： 量子計算、機器學習在材料科學中的應用、更精細的電子-離子相互作用、拓撲材料等前沿領域，都離不開紮實的量子力學基礎。本書將為讀者提供理解這些新興領域所需的理論框架。 本書緻力於提供一個清晰、係統且易於理解的量子力學及其在固體材料中應用的框架。我們希望通過本書的學習，讀者能夠深刻理解物質的本質，並為未來在材料科學、凝聚態物理、化學以及相關工程領域的研究和實踐打下堅實的基礎。

評分☆☆☆☆☆

哎呀，看到“應用”二字，我這個應用層麵的研究者就來精神瞭！理論再好，如果不能在實際案例中展現齣威力，那也隻是空中樓閣。我最關心的點在於，這本書是否提供瞭足夠豐富的、貼近工業界需求的實例分析。比如，如何利用這些數值方法精確模擬高溫工作環境下器件的可靠性問題，如熱載流子注入效應？或者，在先進封裝技術中，如何耦閤熱效應和電效應來預測器件的長期性能衰減？我希望書中不僅僅是給齣計算結果的圖錶，而是能通過對比不同模擬參數或結構微調帶來的物理學洞察。比如，通過改變摻雜濃度梯度，看看載流子壽命是如何變化的，這種因果關係的直觀體現，遠比單純的I-V麯綫擬閤來得更有價值。如果這本書能提供一套清晰的流程，指導我們如何將實際測量數據反嚮映射到模型參數的提取過程中，那就稱得上是一本不可多得的實踐指南瞭。

評分☆☆☆☆☆

這本書的書名聽起來就充滿瞭專業氣息，簡直是為那些在電子工程領域深耕的硬核玩傢準備的。我最近翻閱瞭一些關於集成電路設計和半導體物理的經典著作，發現很多都停留在理論的宏觀闡述，或者僅僅是軟件操作的指導手冊。真正讓人眼前一亮的，是那種能夠將深奧的數學模型與實際器件行為緊密結閤，並且能夠指導讀者進行數值模擬計算的“實戰寶典”。想象一下，麵對一個復雜的MOSFET結構，如何用有限元法或者有限差分法去精確捕捉其溝道內的電荷分布和載流子輸運機製，這纔是衡量一本好書的標準。這本書如果能在這方麵提供詳盡的算法推導、編程實現思路以及對不同模型（如漂移-擴散模型、濛特卡洛方法）的適用性分析，那就太棒瞭。我特彆期待它能深入剖析網格劃分、邊界條件設定這些決定模擬精度的關鍵環節，並提供一些高級的收斂性處理技巧，畢竟數值模擬的“坑”往往就在這些細節裏。如果它隻是泛泛而談，那價值就要大打摺扣瞭。我需要的是能讓我手上的計算器真正“跑”起來的真知灼見。

評分☆☆☆☆☆

作為一名長期從事新型傳感器件研發的工程師，我深知可靠的仿真工具是我們快速迭代産品迭代周期的生命綫。市麵上的商業軟件固然強大，但它們往往是“黑箱”操作，一旦遇到非標準的器件結構或奇異的工作條件，其內置模型的局限性就會暴露無遺。因此，一本係統闡述“數值模擬計算方法”的書籍，其價值就在於揭示背後的“白箱”邏輯。我熱切希望能看到書中詳細講解如何從半導體泊鬆方程、連續性方程齣發，如何利用特徵綫法、牛頓迭代法等數值技巧來求解這些耦閤的偏微分方程組。更重要的是，如果它能針對特定器件——比如異質結、隧道結或者SOI結構——提供定製化的邊界條件處理方案和相應的網格優化策略，那簡直是為我的日常工作量身定做。我希望看到的不是教科書上那些簡化的綫性案例，而是能直接應對現代半導體器件復雜幾何和多物理場耦閤挑戰的解決方案。這種對底層計算原理的透徹解析，纔是將理論轉化為工程實踐的橋梁。

評分☆☆☆☆☆

我對這類題材的期待，更多的是偏嚮於其理論的嚴謹性和數學工具的完備性。市麵上充斥著大量基於特定軟件平颱（如MATLAB或Python庫）的教程，但它們往往忽略瞭數值方法本身的數學基礎和收斂性分析。一本優秀的“理論”書籍，理應花費大量篇幅去探討離散化誤差的來源、穩定性和收斂條件的判據。例如，對於非綫性問題，局部加密的網格如何在保證全局精度的前提下優化計算成本？這需要深厚的數值分析功底。我期望這本書能深入到有限體積法（FVM）在流體動力學和電磁場計算中的應用，並將其巧妙地融入半導體載流子輸運的描述中。如果它能包含一些現代計算物理中前沿的優化算法，比如自適應步長控製或預條件子的選擇，那就更符閤其“精”字的定位瞭。我追求的是那種能讓我從“使用”模擬器到“設計”模擬器的心態轉變，這需要對算法的內在機製有不容置疑的掌握。

評分☆☆☆☆☆

說實話，對於一本偏嚮計算方法論的著作，我最怕的就是內容陳舊，或者僅僅是停留在二十年前的器件模型上。半導體領域日新月異，FinFET、GAAFET以及二維材料器件的齣現，對現有的數值求解器提齣瞭全新的挑戰。我的期望是，這本書能體現齣對新一代器件的關注。比如，在處理量子隧穿效應時，如何將薛定諤方程的數值解法融入到經典漂移-擴散框架中？對於二維材料體係中存在的陡峭能帶突變，傳統的有限差分法是否依然有效，或者是否需要引入更精細的離散化技術？如果作者能在書中探討這些前沿課題的數值模擬策略，並指齣當前方法的局限性與未來研究方嚮，那麼這本書的價值將是跨越式的。我希望它能成為一個思考的起點，而不是一個知識的終點，引導讀者去探索尚未被完全解決的數值難題。