化合物半导体加工中的表征 (美)布伦德尔 等 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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美布伦德尔 等 著

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• 化合物半导体
• 半导体加工
• 材料表征
• 薄膜技术
• 微电子学
• 材料科学
• 半导体材料
• 器件物理
• 表面分析
• 美国

店铺： 典则俊雅图书专营店

出版社： 哈尔滨工业大学出版社

ISBN：9787560342818

商品编码：29853980983

包装：平装

出版时间：2014-01-01

图书基本信息,请以下列介绍为准
书名	化合物半导体加工中的表征
作者	(美)布伦德尔 等
定价	68.00元
ISBN号	9787560342818
出版社	哈尔滨工业大学出版社
出版日期	2014-01-01
版次	1

其他参考信息（以实物为准）
装帧：平装	开本：16开	重量：0.4
版次：1	字数：	页码：

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目录

内容提要

化合物半导体加工中的表征一书是为使用化合物半导体材料与设备的科学与工程师准备的，他们并不是表征专。在研发与GaAs、GaA1As、LnP及HgCdTe基设备的制造中通常使用的材料与工艺提供常见的分析问题实例。这本布伦德尔、埃文斯、麦克盖尔编著的《化合物半导体加工中的表征》讨论了各种表征技术，深入了解每种技术是如何单独或结合使用来解决与材料相关的问题。这本书有助于选择并应用适当的分析技术在材料与设备加工的各个阶段，如：基体处理、外延生长、绝缘膜沉积、接触组、掺杂剂的引入。

编辑推荐

作者介绍

序言

新材料探索：精密制造与前沿应用 本书将引领读者深入探索现代材料科学与工程领域中那些至关重要的“精密制造”概念，以及这些精密制造技术如何驱动着诸多前沿科技的应用与发展。我们将聚焦于那些构成现代社会基石的先进材料，深入剖析其结构、性能与制造工艺之间的复杂关联，重点在于揭示如何通过精准的控制与优化，将基础材料转化为具有突破性功能的高性能器件。 第一章：理解材料的语言——微观结构与宏观性能的桥梁 在材料科学的世界里，微观层面的结构决定了宏观层面的性能。本章将深入浅出地阐述这一核心理念，通过对晶体结构、缺陷、相变以及原子排列等基本概念的详细介绍，帮助读者建立起理解材料行为的框架。我们将探讨不同材料体系（如金属、陶瓷、聚合物、复合材料等）在微观结构上的多样性，以及这些差异如何直接映射到诸如力学强度、热学稳定性、电学导通性、光学透过性等宏观性能指标上。 晶体学基础：从简单的立方体到复杂的六方密堆积，我们将审视原子在三维空间中的有序排列方式，理解晶格、晶面、晶向的概念，以及它们如何影响材料的力学各向异性。 晶界与位错：材料中的“瑕疵”并非总是负面的。晶界作为晶粒之间的界面，其特性对材料的强度和塑性至关重要；而位错（点缺陷、线缺陷、面缺陷）则是在塑性变形过程中起关键作用的“移动”单元。我们将分析它们的存在形式、运动机制以及如何通过热处理或应力作用来调控。 相变与微结构演化：材料的性能并非一成不变，相变是改变材料微观结构和宏观性能的重要途径。我们将讨论固相反应、扩散控制相变等基本原理，以及相变动力学如何影响最终的材料组织。 纳米结构与界面效应：随着尺度向纳米级别推进，材料的表面与界面效应变得尤为突出。本章将介绍纳米晶体、薄膜、纳米复合材料等，并探讨尺寸效应和界面主导的性能变化，为后续的精密制造技术奠定理论基础。 第二章：精密制造的基石——形变、沉积与连接技术 材料的最终形态与内部结构，很大程度上取决于制造过程。本章将聚焦于实现材料精密成型的几大核心技术，涵盖了从宏观塑形到微观沉积的多种手段。这些技术不仅要求对材料特性有深刻理解，更需要对加工参数进行精确控制，以达到预期的结构与性能。 塑性加工与精密成形：挤压、轧制、锻造、拉伸等传统的塑性加工技术，在现代制造中依然扮演着重要角色。我们将探讨如何通过优化工艺参数（温度、应变速率、模具设计）来控制材料的变形行为，实现高精度、高效率的成形。例如，在汽车零部件制造中，精密锻造能够显著提高零件的强度和疲劳寿命。 表面工程与涂层技术：为了提升材料的表面性能，如耐磨损、耐腐蚀、导电性或绝缘性，各种表面工程技术应运而生。本章将介绍物理气相沉积（PVD）、化学气相沉积（CVD）、电镀、阳极氧化等技术，并深入分析它们在材料表面形成功能性涂层的机理与应用。例如，在航空发动机叶片上形成的陶瓷涂层，能够显著提高其耐高温性能。 精密焊接与连接：不同材料的有效连接是实现复杂器件制造的关键。我们将探讨激光焊接、电子束焊接、超声波焊接等高精度连接技术，并分析其在材料熔化、扩散、固化过程中的微观机制，以及如何避免缺陷，保证连接强度与可靠性。 增材制造（3D打印）：作为近年来发展迅猛的颠覆性技术，增材制造能够直接从三维模型构建复杂形状的零件。本章将重点介绍金属3D打印（如激光熔覆、选择性激光熔化）、陶瓷3D打印以及聚合物3D打印等技术，并探讨其在材料选择、工艺优化、后处理等方面的挑战与机遇。 第三章：精确度量与表征——洞察材料内在的真相 “知之愈明，则举之愈精”。要实现材料的精密制造，就必须能够准确地测量和表征材料的结构、成分与性能。本章将详细介绍一系列先进的表征技术，这些技术如同材料科学的“眼睛”，帮助我们洞察材料的微观世界，评估制造过程的效果，并指导工艺的改进。 显微成像技术： 光学显微镜（OM）：作为最基础的显微成像手段，我们将介绍其不同类型（明场、暗场、相差、微分干涉）以及在材料金相分析、缺陷观察中的应用。 扫描电子显微镜（SEM）：凭借其高分辨率和优异的景深，SEM是观察材料表面形貌、微观结构的关键工具。我们将深入探讨其成像原理（二次电子、背散射电子）、能谱分析（EDS）在元素成分分析中的作用。 透射电子显微镜（TEM）：TEM能够穿透薄样品，提供纳米尺度的结构信息，包括晶体结构、位错、相界等。我们将介绍其成像模式（明场、暗场、高分辨像）、衍射分析（SAED）在确定晶体结构中的应用，以及其在材料缺陷研究中的强大能力。 光谱分析技术： X射线衍射（XRD）：XRD是测定材料晶体结构、晶粒尺寸、相组成和取向的最常用技术。我们将解释布拉格定律，分析衍射峰的位置和强度信息，并介绍其在相鉴定、晶格参数测定中的应用。 X射线光电子能谱（XPS）：XPS能够提供材料表面的元素组成和化学态信息，对于理解表面反应、涂层成分至关重要。 能量色散X射线光谱（EDS/EDX）：与SEM结合，EDS提供元素的定性与定量分析，快速了解样品各区域的化学成分。 拉曼光谱（Raman Spectroscopy）：拉曼光谱能够探测分子振动，提供化学键信息，可用于识别材料、评估应力状态、研究相变等。 力学性能测试： 拉伸/压缩试验：测定材料的屈服强度、抗拉强度、延伸率、弹性模量等宏观力学参数。 硬度测试：如洛氏硬度、维氏硬度、布氏硬度，用于评估材料抵抗压痕的能力，间接反映其强度和耐磨性。 显微/纳米压痕：在微观尺度下进行的压痕测试，能够评估局部材料的力学性能，揭示材料的强化机制。 其他重要表征手段： 原子力显微镜（AFM）：AFM以原子力为探测手段，能够实现纳米甚至亚纳米尺度的形貌和表面性质（如摩擦力、磁力）的成像。 差示扫描量热法（DSC）/热重分析（TGA）：用于研究材料的热稳定性、相变温度、吸热/放热过程等。 第四章：精密制造在先进技术中的应用 本章将聚焦于精密制造技术如何赋能一系列前沿科技领域，展现其在实际应用中的巨大价值。我们将通过具体案例，深入剖析精密制造如何解决关键技术难题，推动行业发展。 微电子与半导体产业：芯片制造是精密制造的极致体现。从光刻、刻蚀到薄膜沉积，每一步都要求亚微米甚至纳米级别的精度。我们将探讨先进光刻技术、离子注入、化学机械抛光（CMP）等关键工艺，以及它们如何支撑着集成电路的微型化和性能提升。 航空航天与国防工业：在极端环境下工作的航空航天器和国防装备，对材料的性能提出了极其严苛的要求。精密锻造、高性能合金的精密加工、耐高温涂层的制备等，都是实现这些装备可靠运行的关键。例如，定向凝固技术在涡轮叶片制造中的应用。 新能源技术： 太阳能电池：高效太阳能电池的制造离不开对半导体材料的精确掺杂、界面控制和薄膜沉积。我们将讨论晶体硅、薄膜太阳能电池等技术中的精密制造要求。 锂离子电池：电极材料的制备、隔膜的性能、电池封装等环节，都需要精确的材料控制和加工技术，以确保电池的安全性和能量密度。 生物医学工程： 生物传感器：用于疾病诊断和监测的生物传感器，其灵敏度和特异性很大程度上依赖于微纳尺度下生物分子与材料表面的精确识别和固定。 生物相容性材料与组织工程：植入体、人工器官等需要具有优异生物相容性的材料，其表面处理和微结构设计对降低排异反应、促进组织再生至关重要。 微流控芯片：用于实验室自动化和体外诊断的微流控芯片，其微通道的设计与制造精度直接影响到样本处理的效率和结果的准确性。 高性能光学器件：光学透镜、光学薄膜、光波导等精密光学元件的制造，需要极高的表面光滑度和尺寸精度，以满足光信号的有效传输和控制。 结论：面向未来——持续创新与挑战 本书的最后，我们将对精密制造领域的未来发展趋势进行展望。随着科学技术的不断进步，对材料性能和制造精度的要求将持续提升。我们将探讨智能化制造、绿色制造、新材料设计与制造一体化等新兴方向，并强调跨学科合作在推动精密制造技术革新中的重要作用。从微观世界的精确操控到宏观器件的集成应用，精密制造正以前所未有的力量，塑造着我们的现在与未来。 本书旨在为材料科学、工程技术、以及相关应用领域的科研人员、工程师、学生提供一个全面而深入的参考。通过理解材料的语言，掌握精密制造的手段，并运用先进的表征技术，我们能够不断突破材料性能的极限，创造出更多改变世界的创新性产品与技术。

评分☆☆☆☆☆

这本书在讨论可靠性表征方面，也给予了我不少启发。化合物半导体器件往往工作在苛刻的环境下，例如高温、高功率密度、高场强等，因此，理解其失效机制并进行可靠性评估至关重要。书中在介绍各种加速寿命试验（ALT）时，例如高低温循环、恒定应力试验等，并结合了相应的表征手段，来分析器件在这些试验过程中的变化。比如，在高功率工作一段时间后，GaN基HEMT器件的栅极漏电流可能会增加，阈值电压漂移，这往往与栅氧化层中的陷阱、界面态的变化有关。作者们就详细介绍了如何通过电学参数的监测、表面分析技术的应用，来追踪这些失效过程。这种将加速寿命试验与深入的失效机理分析相结合的思路，对于我们建立更可靠的器件设计和制造流程非常有帮助。

评分☆☆☆☆☆

阅读这本书的过程中，我最大的感受是作者们对于“实践出真知”的深刻体会。他们并非闭门造车，而是将大量的实验经验和工程实践巧妙地融入了理论讲解之中。很多时候，我们在实验室里会遇到各种奇奇怪怪的表征结果，一时难以理解其根源。比如，在测试一个氮化镓（GaN）HEMT器件的饱和漏极电流时，有时候会发现实际值与理论计算值存在较大的偏差，这往往与沟道中的电荷陷阱效应有关。而这本书在讨论电学表征技术时，就非常详尽地解释了如何通过瞬态测量、痕量电流谱（TSC）等方法来识别和量化这些陷阱，并进一步分析它们对器件性能的负面影响。书中给出的案例分析，充满了实际操作的指导意义，读来仿佛身临其境，能够帮助我们更快地定位问题，并找到解决问题的思路。这种接地气的写作风格，让这本书在众多理论书籍中脱颖而出，成为了我们解决实际工程难题的得力助手。

评分☆☆☆☆☆

这本书在结构组织上，也做得相当出色。作者们将繁杂的表征技术，按照不同的物理量或研究对象进行了系统性的梳理。例如，有专门的章节讨论晶体结构与形貌的表征，有专门的章节讨论电学性质的表征，也有专门的章节讨论光学性质的表征。这种清晰的分类，使得读者在遇到具体问题时，能够快速定位到相关的章节，并找到适合的表征方法。而且，各章节之间并非孤立存在，而是相互关联，作者们会适时地引用其他章节的知识，强调不同表征技术之间的协同作用。这种条理清晰、逻辑严谨的组织方式，极大地提高了本书的可读性和实用性，让我在学习过程中能够循序渐进，逐步深入。

评分☆☆☆☆☆

书中关于表面与界面表征的详尽论述，也让我受益匪浅。在化合物半导体器件的制造过程中，表面和界面起着决定性的作用。一个微小的表面缺陷，一个不完美的界面，都可能导致器件性能的大幅下降甚至失效。这本书在介绍一系列表面敏感技术时，例如X射线光电子能谱（XPS）、俄歇电子能谱（AES）等，详细阐述了它们如何能够提供表面元素的组成、化学态以及电子结构信息。对于理解合金的表面偏析、界面氧化、以及不同材料体系的界面能带匹配，这些技术都至关重要。特别是在涉及异质外延生长时，界面处的应力、缺陷、以及化学键合状态，直接影响着后续材料层的生长和器件的性能。书中给出的案例分析，帮助我更深刻地理解了这些技术的实际应用价值。

评分☆☆☆☆☆

总而言之，这本书为我提供了一个全面而深入的视角来理解化合物半导体加工中的表征技术。它不仅详细介绍了各种表征方法的原理和操作，更重要的是，它强调了这些技术在解决实际工程问题中的应用价值，以及不同技术之间的协同作用。这本书的深度和广度，远远超出了我之前接触过的许多同类书籍。我尤其喜欢书中通过大量实例来阐述理论的方法，这使得抽象的物理概念变得更加具体和易于理解。对于任何希望在化合物半导体领域有所建树的研究者和工程师来说，这本书都绝对是不可或缺的工具书。它不仅仅是一本技术手册，更是一本能够激发思考、指引方向的智慧之作，它的存在，无疑会加速我们在这个充满挑战和机遇的领域中的前进步伐。

评分☆☆☆☆☆

对于从事光电子器件研发的同行来说，这本书在光学表征方面的论述简直是一场及时雨。化合物半导体在光通信、光传感等领域扮演着核心角色，而光学性质的精确掌握是器件设计和优化的基础。书中关于光致发光（PL）和电致发光（EL）的详细讲解，让我了解到如何通过这些技术来评估材料的发光效率、发射波长、线宽，以及掺杂对发光特性的影响。更重要的是，作者们还深入探讨了如何利用这些技术来分析器件内部的激子行为、陷阱发光以及非辐射复合过程。例如，在设计InP基的探测器时，我们需要精确了解其吸收光谱和载流子寿命，而PL和EL技术能够提供关键的实验数据。此外，书中关于傅里叶变换红外光谱（FTIR）在分析材料中的杂质和缺陷，以及在测量载流子浓度方面的应用，也提供了非常实用的信息。

评分☆☆☆☆☆

这本书的出现，无疑为我们这些在化合物半导体领域摸爬滚打的研究者和工程师提供了一份宝贵的参考。我尤其欣赏它在“表征”这个核心环节上所投入的细致篇幅。众所周知，化合物半导体材料的复杂性远超传统硅基材料，其能带结构、缺陷态、载流子输运特性等都充满了挑战。而要实现高性能、高可靠性的器件，精确的表征手段就如同导航仪，指引我们走向正确的方向。这本书的作者们，显然对这一点有着深刻的理解。他们并没有仅仅停留在罗列各种表征技术的层面，而是深入探讨了每种技术背后的物理原理，以及在化合物半导体特定应用场景下的优势与局限。例如，在介绍X射线衍射（XRD）时，作者们不仅仅讲解了如何测量晶格常数和取向，更详细地阐述了如何利用高分辨XRD（HRXRD）来分析外延层的应力、位错密度，甚至是在极薄异质结中的界面质量。对于那些经常与III-V族化合物（如GaAs, GaN, InP）打交道的同仁来说，能够理解在不同生长条件下，材料内部存在的微小应力变化是如何影响器件性能的，并能通过HRXRD这一强大工具进行量化分析，这是多么重要的一项技能！

评分☆☆☆☆☆

我特别赞赏作者们在处理复杂材料体系时的严谨态度。化合物半导体，特别是那些多元素合金，其材料性质的复杂性和多样性是出了名的。例如，InGaAsP合金，其组分的变化会带来能带结构、晶格常数等一系列参数的显著改变，这直接影响到光电器件（如激光器、探测器）的工作波长和效率。这本书在讨论针对这类复杂材料的表征方法时，并没有采取“一刀切”的方式，而是针对不同组分比例、不同生长工艺下的材料，给出了具体的表征策略和注意事项。书中对于表面敏感的表征技术，如扫描隧道显微镜（STM）和原子力显微镜（AFM），在处理III-V族化合物表面形貌、台阶结构等方面的应用，也给予了充分的介绍。这些细节的处理，体现了作者们深厚的专业功底和对研究对象的高度尊重，也让这本书的参考价值大大提升。

评分☆☆☆☆☆

这本书在介绍电子显微学技术方面，也达到了相当的高度。无论是透射电子显微镜（TEM）还是扫描电子显微镜（SEM），其在微观层面揭示材料结构、缺陷和界面信息的能力是毋庸置疑的。然而，对于化合物半导体而言，其晶体结构、生长界面、缺陷的种类（如位错、析出物）等，都对器件性能有着至关重要的影响。本书在这一部分，并没有仅仅停留在介绍基本原理，而是深入探讨了如何利用高分辨TEM（HRTEM）来观察外延层和衬底之间的界面质量，如何通过能谱分析（EDS/EELS）来确定局部组分分布，甚至是如何利用扫描透射电子显微镜（STEM）来分析原子尺度的结构。这些高级的应用，对于理解量子阱、超晶格等精密结构的形成机制，以及分析器件失效的原因，都具有不可替代的作用，让我对电子显微镜的应用有了更深的认识。

评分☆☆☆☆☆

这本书的另一个亮点在于它对不同表征技术之间协同作用的强调。在化合物半导体器件的设计和制造过程中，单一的表征技术往往不足以全面地了解材料和器件的真实状态。需要将多种技术结合起来，才能形成一个完整的图谱。书中在讲解光学表征技术时，例如拉曼光谱（Raman spectroscopy）和光致发光（PL）光谱，就非常清晰地阐述了它们如何与电学表征、衍射表征等技术互为补充。比如，通过拉曼光谱可以有效地监测GaN材料的应力状态和晶体质量，而PL光谱则能提供关于带隙能量、缺陷能级以及掺杂浓度的信息。将这些信息与电学测量得到的载流子迁移率、阈值电压等参数相结合，我们就能更全面地理解器件性能的来源，并进行有针对性的优化。这种跨领域、多维度的表征思路，对于培养具有系统性思维的半导体工程师至关重要，也是这本书给我带来的深刻启发。