半導體物理性能手冊 捲 (日)足立貞夫 9787560345130 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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日足立貞夫 著

圖書標籤:

• 半導體物理
• 半導體器件
• 材料科學
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• 9787560345130

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齣版社： 哈爾濱工業大學齣版社

ISBN：9787560345130

商品編碼：29379232035

包裝：平裝

齣版時間：2014-04-01

基本信息

書名：半導體物理性能手冊 捲

定價：198.00元

作者：(日)足立貞夫

齣版社：哈爾濱工業大學齣版社

齣版日期：2014-04-01

ISBN：9787560345130

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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《半導體物理性能手冊(捲)(英文版)》係Springer手冊精選原版係列。《半導體物理性能手冊(捲)(英文版)》主要包括Diamond（C）、Silicon（Si）、Germanium（C）、Gray Tin（a—Sn）、Cubic Silicon Carbide（3C—SiC）、Hexagonal Silicon Carbide（2H—，4H—，6H—SiC，etc.）、Rhombohedral Silicon Carbide（15R—，21R—，24R—SiC，etc.）等內容。

目錄

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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》 第一章 半導體材料的晶體結構與電子特性 本章旨在深入探討構成現代電子信息技術基石的半導體材料。我們將從最基本的層麵齣發，剖析各類半導體材料的晶體結構，包括其原子排列方式、晶格常數、對稱性等關鍵參數。理解晶體結構是掌握材料宏觀性能的起點，因為材料的微觀結構直接決定瞭其宏觀的物理和電學性質。 我們會詳細介紹不同類型的半導體材料，如元素半導體（矽、鍺）和化閤物半導體（砷化鎵、磷化銦、氮化鎵等）。對於每種材料，我們將闡述其獨特的晶體結構特點，例如矽的鑽石結構，砷化鎵的閃鋅礦結構。我們將深入分析這些結構如何影響材料的電子能帶結構，包括價帶、導帶以及禁帶寬度。禁帶寬度是區分導體、絕緣體和半導體的核心指標，我們將解釋它如何決定材料的導電能力，以及溫度、摻雜等因素對其的影響。 接下來，本章將聚焦於半導體材料的電子特性。我們將詳細講解載流子（電子和空穴）的概念，以及它們在半導體中的産生、運動和復閤機製。我們會深入探討自由載流子的濃度、遷移率以及壽命等關鍵參數，並分析它們如何受到晶體缺陷、雜質原子以及外場（電場、磁場）的影響。 為瞭更直觀地理解電子特性，我們將引入費米能級和玻爾茲曼統計、費米-狄拉剋統計等統計力學概念。費米能級代錶瞭電子在材料中占據能量狀態的概率分布，其位置對於理解半導體材料的導電類型（N型或P型）至關重要。我們將詳細闡述本徵半導體和外延半導體的電子特性差異，並深入分析摻雜對費米能級位置、載流子濃度以及導電類型的影響。 此外，本章還將涵蓋半導體材料的導電機製，包括本徵導電和雜質導電。我們將解釋在外加電場作用下，載流子如何在晶體中定嚮運動形成電流，並詳細推導描述電流密度的歐姆定律及其修正形式。我們還會介紹載流子的擴散和漂移現象，以及它們在PN結等核心半導體器件結構中的重要作用。 最後，本章將概述一些重要的半導體參數，如介電常數、熱導率、肖特基勢壘高度等，並闡述它們與材料晶體結構和電子特性的內在聯係，為後續章節的學習打下堅實的基礎。 第二章 半導體材料的製備與生長技術 本章將重點介紹半導體材料從粗糙原料到高質量晶體器件的轉化過程中所涉及的各種製備與生長技術。高純度、高質量的半導體晶體是製造高性能電子器件的前提，因此，掌握先進的材料製備技術至關重要。 我們將首先討論高純度半導體原料的提純方法，如區域熔煉法（Zone Melting）和直拉法（Czochralski Method）。區域熔煉法通過在固體材料中移動一個熔融區域，利用雜質在固液界麵溶解度的差異，逐步將雜質從材料中分離齣來，從而獲得超高純度的多晶矽。直拉法則是將單晶籽晶浸入熔化的單晶原料中，通過控製溫度梯度和提拉速度，生長齣具有特定取嚮的單晶棒。我們將詳細分析這兩種方法的原理、工藝流程、優缺點以及在不同材料製備中的應用。 接下來，我們將深入探討單晶生長技術。除瞭直拉法，我們還將介紹提拉生長法（Floating Zone Method）和坩堝下降法（Bridgman Method）。對於化閤物半導體，由於其組分和熔點復雜，需要特殊的生長技術，例如化學氣相沉積（CVD）和分子束外延（MBE）。CVD是一種通過化學反應在基底上沉積薄膜的工藝，通過控製反應氣體、溫度和壓力，可以獲得高質量的晶體薄膜。MBE則是一種在超高真空環境下，通過精確控製原子束或分子束的流量，在襯底上逐層原子地生長晶體的技術，其主要優點是可以實現原子級彆的精確控製，生長齣超薄、高質量的異質結和量子結構。 本章還將詳細介紹外延生長技術，這是半導體器件製造中的核心環節。我們將重點介紹液相外延（LPE）、氣相外延（VPE）和金屬有機化學氣相沉積（MOCVD）等關鍵技術。MOCVD因其對生長參數的高度可控性和優異的薄膜質量，在現代化閤物半導體製造中占據主導地位。我們將深入解析MOCVD的反應機理、設備結構、工藝參數（如源氣流量、基闆溫度、壓力）對薄膜形貌、成分、摻雜以及錶麵質量的影響。 此外，我們還將討論晶圓的加工過程，包括切割、拋光和清洗。晶圓是製造半導體器件的基礎載體，其平整度和錶麵質量直接影響後續的光刻、刻蝕等工藝。我們將介紹這些工藝的關鍵技術要點和質量控製標準。 最後，本章將對半導體材料的生長質量進行評估的常用方法進行概述，如X射綫衍射（XRD）、電子顯微鏡（SEM/TEM）和原子力顯微鏡（AFM），為理解材料的微觀結構和缺陷提供技術支撐。 第三章 半導體器件的物理原理與基本結構 本章將聚焦於半導體材料如何被加工成能夠執行特定功能的電子器件，並深入剖析這些器件的核心物理原理和基本結構。本章旨在為讀者理解各類半導體器件的工作機製奠定堅實的理論基礎。 首先，我們將從最基本的PN結開始。PN結是由P型半導體和N型半導體緊密接觸形成的。我們將詳細闡述PN結的形成過程，包括載流子擴散、耗盡區形成以及內建電勢的産生。我們將深入分析PN結在外加正嚮偏壓和反嚮偏壓下的伏安特性麯綫，解釋其整流作用的物理機製。本章還將介紹PN結的電容效應，以及其在高速開關和調製電路中的應用。 在此基礎上，我們將引入二極管的多種基本類型。這包括整流二極管、穩壓二極管（齊納管）以及發光二極管（LED）和光電二極管（PD）。我們將詳細分析它們各自的工作原理，例如齊納管的反嚮擊穿特性，LED的發光機製（電緻發光）及其與禁帶寬度的關係，以及光電二極管的光電轉換原理。 接著，本章將深入探討晶體管，這是現代電子器件的核心。我們將首先介紹雙極結型晶體管（BJT）。我們將詳細講解BJT的結構（發射區、基區、集電區），工作模式（放大、開關），以及輸入輸齣特性麯綫。我們將重點闡述BJT的放大原理，包括基極電流如何控製集電極電流，以及其電流增益（β）的物理意義。 然後，我們將轉嚮場效應晶體管（FET），特彆是MOSFET（金屬-氧化物-半導體場效應晶體管）。MOSFET是當今集成電路中最主要的器件類型。我們將詳細講解MOSFET的結構（柵極、源極、漏極、溝道），以及其工作原理。我們將區分NMOS和PMOS晶體管，並重點闡述它們是如何通過柵極電壓控製溝道電導的。我們將詳細分析MOSFET的四種工作區域：截止區、綫性區（歐姆區）、飽和區和亞閾值區，以及其對應的I-V特性麯綫。 此外，本章還將介紹其他重要的半導體器件，如： 結型場效應晶體管（JFET）：與其MOSFET的原理進行對比和分析。 肖特基二極管：介紹金屬-半導體接觸的特殊性及其應用。 光電器件：除LED和PD外，還將涉及光敏電阻、太陽能電池等。 功率半導體器件：如IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）和功率MOSFET，介紹其在大功率應用中的特性。 在講解每一種器件時，我們都會強調其關鍵的物理參數，如擊穿電壓、跨導、閾值電壓、開關速度等，並解釋這些參數如何受到材料性質和器件結構的影響。本章的最終目標是讓讀者能夠清晰地理解不同半導體器件的內部工作機製，為理解更復雜的集成電路設計和應用打下基礎。 第四章 半導體器件的集成與應用 本章將探討半導體器件如何被集成到復雜的集成電路（IC）中，以及這些集成電路在當今科技領域中的廣泛應用。我們將從宏觀層麵理解半導體技術如何驅動信息時代的進步。 首先，我們將介紹集成電路的基本概念和分類。我們將區分模擬集成電路和數字集成電路，並闡述它們各自的應用領域。我們將討論單片集成電路（Monolithic IC）和混閤集成電路（Hybrid IC）的區彆。 接下來，我們將重點介紹數字集成電路的設計與構建。我們將從邏輯門（AND, OR, NOT, NAND, NOR, XOR）的實現齣發，展示如何利用晶體管構建基本的邏輯單元。我們將深入探討組閤邏輯電路和時序邏輯電路的設計原理，並介紹常用的邏輯係列，如TTL（晶體管-晶體管邏輯）和CMOS（互補金屬氧化物-半導體）邏輯。CMOS技術因其低功耗和高集成度，已成為現代數字集成電路的主流。 在本章中，我們將詳細介紹CMOS工藝如何實現各種邏輯功能，以及其在微處理器（MPU）、微控製器（MCU）和存儲器（RAM, ROM, Flash Memory）等核心數字芯片中的應用。我們將探討存儲器的工作原理，包括靜態隨機存取存儲器（SRAM）和動態隨機存取存儲器（DRAM）的存儲單元結構和讀寫機製，以及非易失性存儲器（如Flash）的存儲原理。 然後，我們將轉嚮模擬集成電路。我們將介紹運算放大器（Op-amp）的基本原理和應用，它們是構建各種模擬信號處理電路（如濾波器、放大器、振蕩器）的核心單元。我們將討論濾波器（低通、高通、帶通）的設計，以及模擬-數字轉換器（ADC）和數字-模擬轉換器（DAC）的工作原理和在信號鏈中的作用。 本章還將深入探討半導體集成電路的製造工藝流程，包括光刻、刻蝕、薄膜沉積、離子注入和互連等關鍵步驟。我們將解釋這些工藝如何將數百萬甚至數十億個晶體管和其它元件精確地集成到矽片上。我們將簡要介紹先進的製造技術，如多層金屬互連、三維堆疊等，以及它們如何支持更高性能和更密集度的集成。 最後，我們將概述半導體集成電路在各個領域的廣泛應用，包括： 通信係統：手機、基站、路由器、光通信。 計算機：CPU、GPU、主闆芯片組、固態硬盤。 消費電子：電視、相機、音頻設備、智能傢居。 汽車電子：發動機控製單元（ECU）、安全係統、車載娛樂係統。 醫療設備：影像設備、診斷儀器、植入式醫療器。 工業控製：自動化生産綫、機器人、傳感器網絡。 航空航天：衛星、飛行控製係統。 我們將強調半導體技術在推動這些領域創新和發展中的關鍵作用，並展望未來半導體技術的發展趨勢，如更小的製程、新型半導體材料（如III-V族化閤物、二維材料）的應用、異構集成以及量子計算等前沿領域。本章旨在讓讀者認識到半導體集成電路的強大力量，以及它們在現代社會中所扮演的不可或缺的角色。

評分☆☆☆☆☆

這本書的作者署名和齣版信息透露齣一種強烈的學術傳承感。麵對如此專業且龐大的主題，作者的背景和積纍無疑是質量的有力保證。我推測，這本書不僅僅是某一位學者的個人總結，更可能融入瞭多年教學實踐中對學生常見睏惑點的係統性解答。這使得它在語言風格上，可能比純粹的研究論文更具可讀性，更懂得如何“對話”讀者。我期待著在閱讀過程中，能感受到那種“過來人”的引導，仿佛有一位經驗豐富的導師在我身邊，用精準且富有耐心的措辭，將那些原本晦澀難懂的概念，轉化為清晰可把握的物理圖像。這種融閤瞭學術嚴謹性與教學智慧的敘事方式，是衡量一本工具書是否能長久留在書架上的重要標準，它關乎著這本書能陪伴我度過多少個從迷茫到豁然開朗的瞬間。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計給我的第一印象是沉穩而專業，那種帶著一絲年代感的排版和配色，仿佛能嗅到紙張中散發齣的知識的厚重感。雖然我還沒來得及深入研讀其中的具體內容，但僅僅是翻閱前幾頁的目錄結構，就能感受到編著者在梳理這個龐大體係時的嚴謹態度。我注意到它似乎將半導體領域的基礎理論與實際應用場景進行瞭精妙的劃分，這對於像我這樣既想打牢理論基礎，又急需解決實際工程問題的讀者來說，簡直是一份量身定做的路綫圖。特彆是對於那些在晶體結構、能帶理論這些核心概念上感到吃力的初學者，我想這本書的講解方式可能提供瞭一種清晰的、循序漸進的理解路徑，而不是簡單地堆砌復雜的數學公式。它給我的感覺是，它不隻是記錄瞭知識點，更是用心雕琢瞭一座通往半導體世界的大門，讓推開門的人能夠帶著敬畏和清晰的認知踏入。這種對知識體係的精心編排，本身就是一種價值的體現，讓人對其內文的深度和廣度充滿瞭期待，相信它能成為我書架上最常被翻閱的參考書之一。

評分☆☆☆☆☆

雖然我主要關注的是電子器件層麵的應用，但我對基礎物理原理的深度也保持著高度警惕。市麵上很多手冊為瞭追求廣度，往往在關鍵的理論推導上草草瞭事，隻給齣結論，這對於試圖理解“為什麼是這樣”的讀者來說是緻命的。這本書在內容的選擇上，似乎在理論深度和工程實用性之間找到瞭一個微妙的平衡點。我希望它能夠用清晰的邏輯鏈條，解釋從宏觀熱力學到微觀量子力學過渡過程中，那些定義瞭半導體行為的核心假設和近似。如果能對某些經典模型（比如德拜模型或有效質量概念）的局限性也有所闡述，那就更完美瞭。畢竟，技術的進步往往發生在對現有模型的挑戰和超越之上。我對這種紮實的理論根基抱有很高的期望，相信它能賦予我分析新型材料和非標準工作條件時的底層洞察力。

評分☆☆☆☆☆

這本書的裝幀質量和紙張觸感著實讓我感到驚喜。在這個數碼閱讀日益盛行的時代，一本紙質書的質感往往能決定讀者是否願意真正“沉浸”其中。這本書的紙張選擇非常考究，既不會因為反光影響閱讀體驗，又保證瞭足夠的韌性，使得在反復查閱特定章節時不必擔心書頁的損壞。更讓我欣賞的是，它在圖錶和公式的排版上展現齣的匠心。半導體物理的精髓往往隱藏在那些密集的符號和復雜的幾何圖形中，如果排版稍有不慎，極易造成視覺疲勞甚至理解偏差。然而，這本書似乎在這方麵下足瞭功夫，圖文的對照處理得相當流暢自然，公式的對齊和字號的選擇都體現齣對讀者友好度的極緻追求。這種對細節的關注，讓我覺得作者和齣版方不僅僅是知識的搬運工，更是知識體驗的塑造者。我期待著在深夜颱燈下，用指尖摩挲著這些凝結瞭智慧的文字和圖示，進行一次寜靜而深入的思維對話。

評分☆☆☆☆☆

從我個人對這類技術手冊的閱讀習慣來看，一本優秀的參考書必須具備極強的“可溯源性”和“交叉引用”能力。我迫不及待地翻看瞭幾個看似不連貫的章節標題，試圖感受它內部的邏輯聯係。我的直覺告訴我，這本書似乎構建瞭一個緊密交織的網絡，而不是孤立的知識點集閤。例如，某個關於載流子輸運的章節，我預感它會清晰地迴溯到前麵關於晶格振動和散射機製的論述，形成一個完整的物理圖像。如果這本書真的做到瞭這種無縫銜接，那麼它就超越瞭一本單純的教科書，而更像是一個專業的“知識導航儀”。它能幫助讀者在麵對某一特定技術難題時，迅速定位到其背後的所有相關物理基礎，從而實現由“知其然而知其所以然”的飛躍。這種係統性的思維構建，對於從事前沿研究的工程師而言，是節省寶貴時間、避免“重復發明輪子”的關鍵所在。