半导体材料和器件的激光辐照效应 陆启生 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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陆启生 著

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出版社： 国防工业出版社

ISBN：9787118101843

商品编码：29476785144

包装：平装-胶订

出版时间：2015-12-01

基本信息

书名：半导体材料和器件的激光辐照效应

定价：98.00元

作者：陆启生

出版社：国防工业出版社

出版日期：2015-12-01

ISBN：9787118101843

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装-胶订

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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本书针对的读者群体是在相应领域里从事科学技术研究的研究生和相关的科研工作者。

目录

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章 半导体材料的基本特性
1.1 半导体内电子能态
1.2 金属、半导体和绝缘体的能带结构
1.3 半导体内载流子的有(等)效质量与迁移率
1.4 半导体材料内电子和声子的统计特性
1.4.1 电子和声子的统计分布函数
1.4.2 费米子的统计特性
1.4.3 玻色子的统计特性
1.5 热容
1.5.1 声子对热容的贡献
1.5.2 半导体中传导电子对热容的贡献
1.5.3 半导体材料的总热容
1.6 热膨胀
1.7 热传递
1.7.1 热传导
1.7.2 热对流
1.7.3 热辐射
1.8 热学参数的尺度效应
1.8.1 热容的尺度效应
1.8.2 热传递的尺度效应
1.9 半导体中离子扩散与晶体熔化
1.9.1 半导体中离子扩散
1.9.2 半导体材料的熔化
参考文献
第2章 激光在半导体材料中的传播
2.1 光在半导体中传播的一般规律
2.2 介质在电磁场中的极化
2.3 光与半导体材料耦合的量子力学叙述
2.4 半导体材料的极化率张量
2.5 半导体材料中极化电磁波的色散关系
2.6 极化激元波在半导体材料中的传播
2.7 光在半导体内等离子体中的传播
2.8 光与半导体内激子的耦合
2.9 半导体内表面极化激元和表面等离子体激元波的传播
参考文献
第3章 激光在半导体材料中的吸收与弛豫
3.1 激光在半导体材料中的线性吸收
3.1.1 电子的线性吸收
3.1.2 半导体材料中等离子体对激光的吸收
3.1.3 激子对激光的吸收
3.1.4 晶格对激光的线性吸收
3.1.5 选择定则
3.2 半导体材料对激光的非线性吸收
3.2.1 多光子过程
3.2.2 受激拉曼散射
3.2.3 受激布里渊散射
3.3 激光施加给半导体的基本作用力
3.3.1 激光场与带电粒子的相互作用力
3.3.2 激光场引起的电致伸缩力
3.3.3 辐射压力
3.3.4 有质动力
3.4 吸收的激光能量在半导体材料内的弛豫
3.4.1 电子与声子相互作用引起的弛豫过程
3.4.2 电子与电子相互作用的弛豫过程
3.4.3 声子与声子相互作用的弛豫过程
3.5 载流子的复合与弛豫
3.5.1 载流子的直接复合与产生
3.5.2 载流子的级联(复合中心)复合
3.5.3 载流子的辐射复合与温度和辐射场的关系
参考文献
第4章 半导体中的载流子输运
4.1 玻耳兹曼方程
4.1.1 玻耳兹曼方程
4.1.2 弛豫时间近似
4.2 能量平衡模型
4.2.1 主要物理量的数学表述
4.2.2 能量平衡模型的数学表述
4.3 漂移一扩散模型
4.4 漂移扩散模型的数值解法
4.4.1 基本方程
4.4.2 边界条件
4.4.3 稳态分析
4.4.4 瞬态计算
参考文献
第5章 单元光电器件的激光辐照效应
5.1 光导型探测器的工作原理
5.1.1 光电导的激发机制
5.1.2 光导型探测器的工作模式
5.2 光伏型探测器工作原理
5.2.1 热平衡状态下的PN结
5.2.2 PN结的电学响应
5.2.3 PN结的光学响应
5.3 光电探测器的光学饱和效应
5.3.1 光导型探测器的光学饱和效应
5.3.2 光伏型探测器的光学饱和效应
5.4 激光辐照光电探测器的温度效应
5.4.1 探测器结构对探测器温度变化的影响
5.4.2 光导型探测器中的温升效应
5.4.3 光伏型探测器中温升对信号的影响
5.5 波段外激光辐照光电探测器的响应机理
5.5.1 光导型探测器对波段外激光的响应机理
5.5.2 光伏型探测器对波段外激光的响应机理
5.6 单元光电探测器的激光损伤机理
5.6.1 连续激光对单元光电探测器的致损机理
参考文献
第6章 激光与阵列光电器件相互作用
6.1 可见光CCD成像器件的工作原理
6.1.1 CCD的单元结构及其功能
6.1.2 典型可见光CCD成像器件
6.1.3 CDS技术及A／D转换简介
6.2 可见光CCD的激光致眩效应与机理
6.2.1 基本激光致眩效应
6.2.2 特殊激光致眩效应
6.3 激光对CCD器件的损伤效应
6.3.1 脉冲激光对CCD损伤的一般过程
6.3.2 脉冲激光对CCD的损伤机理
6.3.3 脉冲激光对CCD材料的损伤
参考文献
第7章 激光对半导体材料的热和力学损伤
7.1 连续激光辐照半导体材料引起的热和力学损伤
7.2 脉冲激光辐照半导体材料引起的热和力学损伤
7.2.1 脉冲激光对硅的热和力学损伤
7.2.2 脉冲激光对砷化镓的热和力学损伤
7.2.3 脉冲激光对碲镉汞的热和力学损伤
7.2.4 脉冲激光对锑化铟的热和力学损伤
7.2.5 脉冲激光对其他半导体材料的热和力学损伤
7.2.6 脉冲激光辐照半导体材料产生的周期状波纹
7.3 激光辐照半导体材料热效应的基本方程
7.3.1 热传导基本方程
7.3.2 激光辐照半导体材料引起的熔化和汽化
7.3.3 非傅里叶热传导简介
7.4 激光辐照半导体材料力学效应的基本方程
7.4.1 热弹性力学基本方程
7.4.2 激光辐照下半导体表面剧烈汽化的力学效应
7.5 超短脉冲激光辐照半导体材料引起的热和力学损伤
7.5.1 超短脉冲激光对硅的热和力学损伤
7.5.2 超短脉冲激光辐照其他半导体材料产生的热和力学损伤
7.5.3 超短脉冲激光辐照半导体材料产生的周期状波纹
7.6 超短脉冲激光损伤半导体材料的理论模型简介
7.6.1 超短脉冲激光对半导体材料的损伤模型
7.6.2 超短脉冲激光辐照下半导体材料的超快动力学响应
参考文献
附录A 非各向同性介质中介电张量与折射率
附录B 特殊函数
附录C 一些积分表达式的计算
附录D 能量平衡模型中主要物理量的推导
附录E 式(4—102)的推导
附录F CCD输出波形参考电压值的推导
附录G 体沟道CCD包含信号电荷状态的一维解析模型
附录H 重频激光引起CCD视频图像中次光斑漂移运动规律
附录I 动态电子快门中主光斑振荡与稳定的条件分析

作者介绍

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文摘

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序言

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《光蚀刻与精密制造：激光在半导体产业中的创新应用》 前言 在日新月异的半导体制造领域， precision and efficiency are paramount. As device dimensions shrink and integration density increases, traditional manufacturing techniques are increasingly challenged to meet the stringent requirements of modern semiconductor fabrication. 激光技术, with its unparalleled precision, controllability, and non-contact nature, has emerged as a transformative force, revolutionizing various aspects of semiconductor manufacturing, from lithography and etching to advanced packaging and defect repair. This book delves into the intricate world of laser-induced processes in semiconductor manufacturing, exploring the fundamental principles, diverse applications, and future trajectories of this critical technology. 第一章：激光技术在半导体制造中的基础理论 本章将深入探讨支撑激光在半导体制造中应用的科学原理。我们将从激光器的基本工作原理出发，介绍不同类型激光器（如紫外激光、飞秒激光、皮秒激光等）的特性及其在半导体加工中的优势。重点将放在激光与材料相互作用的物理机制，包括光吸收、热效应、等离子体形成、烧蚀过程以及非线性光学效应。理解这些基础原理是掌握激光加工精髓的关键，为后续章节的应用介绍奠定坚实的理论基础。我们将详细阐述不同波长、脉冲宽度和能量密度下的激光与半导体材料（如硅、砷化镓、氮化镓等）的相互作用，以及这些相互作用如何转化为可控的材料加工过程。 第二章：激光在微纳加工中的关键作用：光刻与蚀刻 光刻和蚀刻是半导体制造中最核心的两个工艺步骤，激光技术在其中扮演着越来越重要的角色。本章将重点介绍激光在先进光刻技术中的应用，包括激光直写光刻（Direct Laser Writing, DLW）及其在掩模制造、直写图案化中的优势。此外，我们将深入探讨激光诱导蚀刻（Laser-Induced Etching, LIE）的机理和优势，如干法蚀刻、选择性蚀刻以及在三维结构制造中的潜力。我们将分析激光蚀刻相比传统湿法和干法蚀刻的独特之处，例如更精细的图案精度、更小的热影响区以及更高的材料移除效率。特别地，我们将探讨深紫外（DUV）激光和极紫外（EUV）激光在推动光刻技术向更小节点发展的关键作用。 第三章：激光驱动的材料改性与沉积 除了去除材料，激光还能用于精确地改变材料的性质或在其表面沉积薄膜。本章将聚焦于激光诱导的材料改性技术，例如通过激光退火来优化半导体材料的晶体结构和电学性能，以及通过激光诱导结晶来提高非晶硅的导电性。我们还将介绍激光辅助化学气相沉积（Laser-Assisted Chemical Vapor Deposition, LACVD）和激光诱导前驱体分解（Laser-Induced Pyrolysis, LIP）等薄膜沉积技术，它们能够实现高精度、区域选择性的薄膜图案化，在制造高性能器件方面具有重要意义。本章将详细讨论不同激光参数对材料改性和薄膜性能的影响，以及如何通过精确控制激光过程来达到预期的材料特性。 第四章：激光在半导体器件制造中的直接应用 本章将把目光聚焦于激光在实际半导体器件制造过程中的直接应用，展示其如何解决生产中的实际难题。我们将详细阐述激光在芯片切割（Dicing）、晶圆划片（Scribing）以及精密焊接（Bonding）中的应用，强调其非接触式加工的优势，减少机械应力对脆弱晶圆的损伤。此外，激光在器件缺陷修复（如激光诱导的短路修复、断路修复）和探测（如激光诱导瞬态信号分析）方面的应用也将得到深入探讨，这对于提高芯片良率和可靠性至关重要。我们将通过具体的案例分析，展示激光技术如何优化这些关键工艺步骤，提升生产效率和产品质量。 第五章：激光在先进半导体封装中的创新 随着摩尔定律的挑战日益严峻，先进封装技术已成为延续半导体产业发展的重要驱动力。本章将重点介绍激光技术在先进半导体封装中的创新应用，包括激光诱导的共晶焊接（Laser Assisted Bonding, LAB）、激光开槽（Laser Grooving）用于构建三维堆叠结构，以及激光用于精细去除封装材料以实现更小的封装尺寸。我们将探讨激光如何实现高密度、高可靠性的互连，并支持异构集成和系统级封装（SiP）的发展。本章将强调激光在提高封装密度、降低功耗和改善信号完整性方面的独特贡献。 第六章：激光工艺的优化与控制 要充分发挥激光技术的潜力，精密的工艺优化与实时控制至关重要。本章将深入探讨影响激光加工效果的关键参数，包括激光功率、脉冲宽度、重复频率、扫描速度、光斑尺寸等，以及它们与材料特性之间的相互关系。我们将介绍用于监控和反馈控制的先进技术，如实时光学显微成像、光谱分析和力反馈传感器，以确保加工过程的稳定性和精度。本章还将讨论如何利用机器学习和人工智能算法来优化激光工艺参数，实现智能化制造。 第七章：激光在半导体材料与器件研究中的前沿应用 除了在成熟的制造流程中应用，激光技术还在推动着半导体材料与器件的科学研究。本章将介绍激光在材料表征（如瞬态吸收光谱、拉曼光谱）、新型半导体材料的生长与改性（如二维材料、钙钛矿材料）、以及量子器件、光电器件等前沿领域的应用。我们将探讨如何利用超快激光来研究材料的电子动力学和载流子行为，为新材料和新器件的开发提供深刻的洞察。 第八章：挑战、趋势与未来展望 尽管激光技术在半导体制造中取得了显著成就，但仍面临一些挑战，例如成本、设备复杂性以及新材料的适应性。本章将回顾当前面临的主要挑战，并展望未来的发展趋势。我们将探讨新型激光源（如量子级联激光器、分布式反馈激光器）在特定应用中的潜力，以及激光与其他先进制造技术（如增材制造、纳米压印）的融合。最后，我们将对激光技术在未来半导体产业中的角色进行预测，强调其在实现更小、更快、更节能的下一代电子器件中所扮演的关键角色。 结论 激光技术已成为现代半导体制造不可或缺的组成部分，从基础的材料加工到复杂的器件制造和先进封装，其影响无处不在。本书旨在为读者提供一个全面而深入的视角，理解激光技术在半导体产业中的核心作用，并激发对未来创新的思考。随着技术的不断进步，激光必将继续引领半导体制造走向新的高度，为信息技术和社会发展注入更强大的动力。

评分☆☆☆☆☆

我是一名从事半导体材料研究的学生，最近在进行关于激光辅助外延生长的课题，因此这本书的书名恰好击中了我的研究方向。我非常期待书中能详细介绍激光辐照在促进外延生长过程中的作用。例如，激光是否能提高基底的温度，从而降低生长所需的能量？它是否能激活前驱体，加速化学反应？或者，激光的能量是否能帮助克服生长过程中的能垒，获得更高质量的外延层？此外，我很好奇书中是否会讨论激光在定向生长、控制晶体取向、甚至制备多层异质结结构方面的应用。如果能有关于激光诱导的相变、界面重构以及其对外延层形貌和性能影响的论述，那我将受益匪浅。

评分☆☆☆☆☆

这本书的书名唤起了我对半导体激光器本身制造与性能调控的联想。虽然书名侧重于“激光辐照效应”，我希望它能触及到激光技术如何被反过来应用于制造和改善半导体激光器件。比如，激光在半导体材料的掺杂、区域退火、表面处理等方面的应用，是否能直接影响激光器的阈值电流、输出功率、波长稳定性以及寿命？我特别想知道，利用激光是否能实现对激光增益区域的精确控制，或者在量子阱结构中引入特定的应力，以优化激光器的性能。如果书中能探讨激光辐照在解决半导体激光器制造中的一些关键技术难题，例如表面缺陷的去除、界面态的控制，或者实现特定功能区域的刻蚀，那就非常有价值了。

评分☆☆☆☆☆

这本书的书名让我联想到在超快激光技术飞速发展的背景下，半导体材料所经历的瞬态变化。我非常好奇书中是否会涵盖飞秒、皮秒激光等超快脉冲激光在半导体材料中引起的一些非平衡过程。例如，高强度的超快激光是否能激发出等离子体，在材料表面形成微纳结构？它对材料电子和晶格的加热动力学是怎样的？这些超快过程是否会影响材料的电子结构和能带，从而带来一些意想不到的电学或光学性质的改变？我还期待书中能对这些超快现象背后的物理机制进行深入的理论分析，或许会涉及电子-声子耦合、非线性光学效应等复杂概念。如果能有相关的理论模型和模拟结果作为佐证，那就更能帮助我理解这些瞬时而剧烈的变化。

评分☆☆☆☆☆

拿到这本书，我立刻被它在半导体器件制造和改性方面的潜力所吸引。想象一下，通过精确控制激光的参数，我们能够在半导体材料的表面或内部实现一些传统工艺难以达到的精细操作。我特别感兴趣的是书中是否会探讨激光辐照在修复半导体器件缺陷方面的应用。例如，在某些制造过程中，可能会引入一些微小的缺陷，影响器件的电学或光学性能，而激光的局部加热和能量注入，是否能有效地“焊合”或“修复”这些缺陷？另外，我很好奇激光是否能用于改变半导体材料的掺杂分布，或者在材料表面形成特殊的纳米结构，从而赋予器件新的功能，比如提高载流子迁移率、增强光电转换效率、或者实现新型的传感器和探测器。如果书中能提供一些实际案例和实验数据来支持这些观点，那就非常有说服力了。

评分☆☆☆☆☆

这本书的书名吸引了我，关于激光与半导体材料的相互作用，这是一个非常前沿且重要的领域。我一直对激光在材料科学中的应用充满兴趣，尤其是在微电子和光电子领域。我希望这本书能够深入浅出地介绍激光辐照对不同类型半导体材料（如硅、砷化镓、氮化镓等）可能产生的各种效应，包括但不限于晶格损伤、载流子注入、光学性质改变、甚至新的物相形成等。此外，我还期待书中能对这些效应的微观机制进行详细的阐述，例如通过电子显微镜、X射线衍射、光谱分析等手段来表征和理解这些变化。如果书中还能结合具体的器件应用，比如在激光退火、激光抛光、激光蚀刻、激光诱导结晶等方面，介绍激光辐照技术如何优化器件性能，那就更完美了。毕竟，理论研究最终要服务于实际应用，了解这些效应的实际价值能让我更好地理解其重要性。