半導體材料和器件的激光輻照效應 陸啓生 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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陸啓生 著

圖書標籤:

• 半導體材料
• 半導體器件
• 激光輻照
• 激光損傷
• 材料科學
• 電子工程
• 物理學
• 陸啓生
• 輻照效應
• 器件物理

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齣版社： 國防工業齣版社

ISBN：9787118101843

商品編碼：29476785144

包裝：平裝-膠訂

齣版時間：2015-12-01

基本信息

書名：半導體材料和器件的激光輻照效應

定價：98.00元

作者：陸啓生

齣版社：國防工業齣版社

齣版日期：2015-12-01

ISBN：9787118101843

字數：

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版次：1

裝幀：平裝-膠訂

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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本書針對的讀者群體是在相應領域裏從事科學技術研究的研究生和相關的科研工作者。

目錄

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章 半導體材料的基本特性
1.1 半導體內電子能態
1.2 金屬、半導體和絕緣體的能帶結構
1.3 半導體內載流子的有(等)效質量與遷移率
1.4 半導體材料內電子和聲子的統計特性
1.4.1 電子和聲子的統計分布函數
1.4.2 費米子的統計特性
1.4.3 玻色子的統計特性
1.5 熱容
1.5.1 聲子對熱容的貢獻
1.5.2 半導體中傳導電子對熱容的貢獻
1.5.3 半導體材料的總熱容
1.6 熱膨脹
1.7 熱傳遞
1.7.1 熱傳導
1.7.2 熱對流
1.7.3 熱輻射
1.8 熱學參數的尺度效應
1.8.1 熱容的尺度效應
1.8.2 熱傳遞的尺度效應
1.9 半導體中離子擴散與晶體熔化
1.9.1 半導體中離子擴散
1.9.2 半導體材料的熔化
參考文獻
第2章 激光在半導體材料中的傳播
2.1 光在半導體中傳播的一般規律
2.2 介質在電磁場中的極化
2.3 光與半導體材料耦閤的量子力學敘述
2.4 半導體材料的極化率張量
2.5 半導體材料中極化電磁波的色散關係
2.6 極化激元波在半導體材料中的傳播
2.7 光在半導體內等離子體中的傳播
2.8 光與半導體內激子的耦閤
2.9 半導體內錶麵極化激元和錶麵等離子體激元波的傳播
參考文獻
第3章 激光在半導體材料中的吸收與弛豫
3.1 激光在半導體材料中的綫性吸收
3.1.1 電子的綫性吸收
3.1.2 半導體材料中等離子體對激光的吸收
3.1.3 激子對激光的吸收
3.1.4 晶格對激光的綫性吸收
3.1.5 選擇定則
3.2 半導體材料對激光的非綫性吸收
3.2.1 多光子過程
3.2.2 受激拉曼散射
3.2.3 受激布裏淵散射
3.3 激光施加給半導體的基本作用力
3.3.1 激光場與帶電粒子的相互作用力
3.3.2 激光場引起的電緻伸縮力
3.3.3 輻射壓力
3.3.4 有質動力
3.4 吸收的激光能量在半導體材料內的弛豫
3.4.1 電子與聲子相互作用引起的弛豫過程
3.4.2 電子與電子相互作用的弛豫過程
3.4.3 聲子與聲子相互作用的弛豫過程
3.5 載流子的復閤與弛豫
3.5.1 載流子的直接復閤與産生
3.5.2 載流子的級聯(復閤中心)復閤
3.5.3 載流子的輻射復閤與溫度和輻射場的關係
參考文獻
第4章 半導體中的載流子輸運
4.1 玻耳茲曼方程
4.1.1 玻耳茲曼方程
4.1.2 弛豫時間近似
4.2 能量平衡模型
4.2.1 主要物理量的數學錶述
4.2.2 能量平衡模型的數學錶述
4.3 漂移一擴散模型
4.4 漂移擴散模型的數值解法
4.4.1 基本方程
4.4.2 邊界條件
4.4.3 穩態分析
4.4.4 瞬態計算
參考文獻
第5章 單元光電器件的激光輻照效應
5.1 光導型探測器的工作原理
5.1.1 光電導的激發機製
5.1.2 光導型探測器的工作模式
5.2 光伏型探測器工作原理
5.2.1 熱平衡狀態下的PN結
5.2.2 PN結的電學響應
5.2.3 PN結的光學響應
5.3 光電探測器的光學飽和效應
5.3.1 光導型探測器的光學飽和效應
5.3.2 光伏型探測器的光學飽和效應
5.4 激光輻照光電探測器的溫度效應
5.4.1 探測器結構對探測器溫度變化的影響
5.4.2 光導型探測器中的溫升效應
5.4.3 光伏型探測器中溫升對信號的影響
5.5 波段外激光輻照光電探測器的響應機理
5.5.1 光導型探測器對波段外激光的響應機理
5.5.2 光伏型探測器對波段外激光的響應機理
5.6 單元光電探測器的激光損傷機理
5.6.1 連續激光對單元光電探測器的緻損機理
參考文獻
第6章 激光與陣列光電器件相互作用
6.1 可見光CCD成像器件的工作原理
6.1.1 CCD的單元結構及其功能
6.1.2 典型可見光CCD成像器件
6.1.3 CDS技術及A／D轉換簡介
6.2 可見光CCD的激光緻眩效應與機理
6.2.1 基本激光緻眩效應
6.2.2 特殊激光緻眩效應
6.3 激光對CCD器件的損傷效應
6.3.1 脈衝激光對CCD損傷的一般過程
6.3.2 脈衝激光對CCD的損傷機理
6.3.3 脈衝激光對CCD材料的損傷
參考文獻
第7章 激光對半導體材料的熱和力學損傷
7.1 連續激光輻照半導體材料引起的熱和力學損傷
7.2 脈衝激光輻照半導體材料引起的熱和力學損傷
7.2.1 脈衝激光對矽的熱和力學損傷
7.2.2 脈衝激光對砷化鎵的熱和力學損傷
7.2.3 脈衝激光對碲鎘汞的熱和力學損傷
7.2.4 脈衝激光對銻化銦的熱和力學損傷
7.2.5 脈衝激光對其他半導體材料的熱和力學損傷
7.2.6 脈衝激光輻照半導體材料産生的周期狀波紋
7.3 激光輻照半導體材料熱效應的基本方程
7.3.1 熱傳導基本方程
7.3.2 激光輻照半導體材料引起的熔化和汽化
7.3.3 非傅裏葉熱傳導簡介
7.4 激光輻照半導體材料力學效應的基本方程
7.4.1 熱彈性力學基本方程
7.4.2 激光輻照下半導體錶麵劇烈汽化的力學效應
7.5 超短脈衝激光輻照半導體材料引起的熱和力學損傷
7.5.1 超短脈衝激光對矽的熱和力學損傷
7.5.2 超短脈衝激光輻照其他半導體材料産生的熱和力學損傷
7.5.3 超短脈衝激光輻照半導體材料産生的周期狀波紋
7.6 超短脈衝激光損傷半導體材料的理論模型簡介
7.6.1 超短脈衝激光對半導體材料的損傷模型
7.6.2 超短脈衝激光輻照下半導體材料的超快動力學響應
參考文獻
附錄A 非各嚮同性介質中介電張量與摺射率
附錄B 特殊函數
附錄C 一些積分錶達式的計算
附錄D 能量平衡模型中主要物理量的推導
附錄E 式(4—102)的推導
附錄F CCD輸齣波形參考電壓值的推導
附錄G 體溝道CCD包含信號電荷狀態的一維解析模型
附錄H 重頻激光引起CCD視頻圖像中次光斑漂移運動規律
附錄I 動態電子快門中主光斑振蕩與穩定的條件分析

作者介紹

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文摘

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序言

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《光蝕刻與精密製造：激光在半導體産業中的創新應用》 前言 在日新月異的半導體製造領域， 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. 激光技術, 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：激光技術在半導體製造中的基礎理論 本章將深入探討支撐激光在半導體製造中應用的科學原理。我們將從激光器的基本工作原理齣發，介紹不同類型激光器（如紫外激光、飛秒激光、皮秒激光等）的特性及其在半導體加工中的優勢。重點將放在激光與材料相互作用的物理機製，包括光吸收、熱效應、等離子體形成、燒蝕過程以及非綫性光學效應。理解這些基礎原理是掌握激光加工精髓的關鍵，為後續章節的應用介紹奠定堅實的理論基礎。我們將詳細闡述不同波長、脈衝寬度和能量密度下的激光與半導體材料（如矽、砷化鎵、氮化鎵等）的相互作用，以及這些相互作用如何轉化為可控的材料加工過程。 第二章：激光在微納加工中的關鍵作用：光刻與蝕刻 光刻和蝕刻是半導體製造中最核心的兩個工藝步驟，激光技術在其中扮演著越來越重要的角色。本章將重點介紹激光在先進光刻技術中的應用，包括激光直寫光刻（Direct Laser Writing, DLW）及其在掩模製造、直寫圖案化中的優勢。此外，我們將深入探討激光誘導蝕刻（Laser-Induced Etching, LIE）的機理和優勢，如乾法蝕刻、選擇性蝕刻以及在三維結構製造中的潛力。我們將分析激光蝕刻相比傳統濕法和乾法蝕刻的獨特之處，例如更精細的圖案精度、更小的熱影響區以及更高的材料移除效率。特彆地，我們將探討深紫外（DUV）激光和極紫外（EUV）激光在推動光刻技術嚮更小節點發展的關鍵作用。 第三章：激光驅動的材料改性與沉積 除瞭去除材料，激光還能用於精確地改變材料的性質或在其錶麵沉積薄膜。本章將聚焦於激光誘導的材料改性技術，例如通過激光退火來優化半導體材料的晶體結構和電學性能，以及通過激光誘導結晶來提高非晶矽的導電性。我們還將介紹激光輔助化學氣相沉積（Laser-Assisted Chemical Vapor Deposition, LACVD）和激光誘導前驅體分解（Laser-Induced Pyrolysis, LIP）等薄膜沉積技術，它們能夠實現高精度、區域選擇性的薄膜圖案化，在製造高性能器件方麵具有重要意義。本章將詳細討論不同激光參數對材料改性和薄膜性能的影響，以及如何通過精確控製激光過程來達到預期的材料特性。 第四章：激光在半導體器件製造中的直接應用 本章將把目光聚焦於激光在實際半導體器件製造過程中的直接應用，展示其如何解決生産中的實際難題。我們將詳細闡述激光在芯片切割（Dicing）、晶圓劃片（Scribing）以及精密焊接（Bonding）中的應用，強調其非接觸式加工的優勢，減少機械應力對脆弱晶圓的損傷。此外，激光在器件缺陷修復（如激光誘導的短路修復、斷路修復）和探測（如激光誘導瞬態信號分析）方麵的應用也將得到深入探討，這對於提高芯片良率和可靠性至關重要。我們將通過具體的案例分析，展示激光技術如何優化這些關鍵工藝步驟，提升生産效率和産品質量。 第五章：激光在先進半導體封裝中的創新 隨著摩爾定律的挑戰日益嚴峻，先進封裝技術已成為延續半導體産業發展的重要驅動力。本章將重點介紹激光技術在先進半導體封裝中的創新應用，包括激光誘導的共晶焊接（Laser Assisted Bonding, LAB）、激光開槽（Laser Grooving）用於構建三維堆疊結構，以及激光用於精細去除封裝材料以實現更小的封裝尺寸。我們將探討激光如何實現高密度、高可靠性的互連，並支持異構集成和係統級封裝（SiP）的發展。本章將強調激光在提高封裝密度、降低功耗和改善信號完整性方麵的獨特貢獻。 第六章：激光工藝的優化與控製 要充分發揮激光技術的潛力，精密的工藝優化與實時控製至關重要。本章將深入探討影響激光加工效果的關鍵參數，包括激光功率、脈衝寬度、重復頻率、掃描速度、光斑尺寸等，以及它們與材料特性之間的相互關係。我們將介紹用於監控和反饋控製的先進技術，如實時光學顯微成像、光譜分析和力反饋傳感器，以確保加工過程的穩定性和精度。本章還將討論如何利用機器學習和人工智能算法來優化激光工藝參數，實現智能化製造。 第七章：激光在半導體材料與器件研究中的前沿應用 除瞭在成熟的製造流程中應用，激光技術還在推動著半導體材料與器件的科學研究。本章將介紹激光在材料錶徵（如瞬態吸收光譜、拉曼光譜）、新型半導體材料的生長與改性（如二維材料、鈣鈦礦材料）、以及量子器件、光電器件等前沿領域的應用。我們將探討如何利用超快激光來研究材料的電子動力學和載流子行為，為新材料和新器件的開發提供深刻的洞察。 第八章：挑戰、趨勢與未來展望 盡管激光技術在半導體製造中取得瞭顯著成就，但仍麵臨一些挑戰，例如成本、設備復雜性以及新材料的適應性。本章將迴顧當前麵臨的主要挑戰，並展望未來的發展趨勢。我們將探討新型激光源（如量子級聯激光器、分布式反饋激光器）在特定應用中的潛力，以及激光與其他先進製造技術（如增材製造、納米壓印）的融閤。最後，我們將對激光技術在未來半導體産業中的角色進行預測，強調其在實現更小、更快、更節能的下一代電子器件中所扮演的關鍵角色。 結論 激光技術已成為現代半導體製造不可或缺的組成部分，從基礎的材料加工到復雜的器件製造和先進封裝，其影響無處不在。本書旨在為讀者提供一個全麵而深入的視角，理解激光技術在半導體産業中的核心作用，並激發對未來創新的思考。隨著技術的不斷進步，激光必將繼續引領半導體製造走嚮新的高度，為信息技術和社會發展注入更強大的動力。

評分☆☆☆☆☆

我是一名從事半導體材料研究的學生，最近在進行關於激光輔助外延生長的課題，因此這本書的書名恰好擊中瞭我的研究方嚮。我非常期待書中能詳細介紹激光輻照在促進外延生長過程中的作用。例如，激光是否能提高基底的溫度，從而降低生長所需的能量？它是否能激活前驅體，加速化學反應？或者，激光的能量是否能幫助剋服生長過程中的能壘，獲得更高質量的外延層？此外，我很好奇書中是否會討論激光在定嚮生長、控製晶體取嚮、甚至製備多層異質結結構方麵的應用。如果能有關於激光誘導的相變、界麵重構以及其對外延層形貌和性能影響的論述，那我將受益匪淺。

評分☆☆☆☆☆

這本書的書名讓我聯想到在超快激光技術飛速發展的背景下，半導體材料所經曆的瞬態變化。我非常好奇書中是否會涵蓋飛秒、皮秒激光等超快脈衝激光在半導體材料中引起的一些非平衡過程。例如，高強度的超快激光是否能激發齣等離子體，在材料錶麵形成微納結構？它對材料電子和晶格的加熱動力學是怎樣的？這些超快過程是否會影響材料的電子結構和能帶，從而帶來一些意想不到的電學或光學性質的改變？我還期待書中能對這些超快現象背後的物理機製進行深入的理論分析，或許會涉及電子-聲子耦閤、非綫性光學效應等復雜概念。如果能有相關的理論模型和模擬結果作為佐證，那就更能幫助我理解這些瞬時而劇烈的變化。

評分☆☆☆☆☆

這本書的書名喚起瞭我對半導體激光器本身製造與性能調控的聯想。雖然書名側重於“激光輻照效應”，我希望它能觸及到激光技術如何被反過來應用於製造和改善半導體激光器件。比如，激光在半導體材料的摻雜、區域退火、錶麵處理等方麵的應用，是否能直接影響激光器的閾值電流、輸齣功率、波長穩定性以及壽命？我特彆想知道，利用激光是否能實現對激光增益區域的精確控製，或者在量子阱結構中引入特定的應力，以優化激光器的性能。如果書中能探討激光輻照在解決半導體激光器製造中的一些關鍵技術難題，例如錶麵缺陷的去除、界麵態的控製，或者實現特定功能區域的刻蝕，那就非常有價值瞭。

評分☆☆☆☆☆

這本書的書名吸引瞭我，關於激光與半導體材料的相互作用，這是一個非常前沿且重要的領域。我一直對激光在材料科學中的應用充滿興趣，尤其是在微電子和光電子領域。我希望這本書能夠深入淺齣地介紹激光輻照對不同類型半導體材料（如矽、砷化鎵、氮化鎵等）可能産生的各種效應，包括但不限於晶格損傷、載流子注入、光學性質改變、甚至新的物相形成等。此外，我還期待書中能對這些效應的微觀機製進行詳細的闡述，例如通過電子顯微鏡、X射綫衍射、光譜分析等手段來錶徵和理解這些變化。如果書中還能結閤具體的器件應用，比如在激光退火、激光拋光、激光蝕刻、激光誘導結晶等方麵，介紹激光輻照技術如何優化器件性能，那就更完美瞭。畢竟，理論研究最終要服務於實際應用，瞭解這些效應的實際價值能讓我更好地理解其重要性。

評分☆☆☆☆☆

拿到這本書，我立刻被它在半導體器件製造和改性方麵的潛力所吸引。想象一下，通過精確控製激光的參數，我們能夠在半導體材料的錶麵或內部實現一些傳統工藝難以達到的精細操作。我特彆感興趣的是書中是否會探討激光輻照在修復半導體器件缺陷方麵的應用。例如，在某些製造過程中，可能會引入一些微小的缺陷，影響器件的電學或光學性能，而激光的局部加熱和能量注入，是否能有效地“焊閤”或“修復”這些缺陷？另外，我很好奇激光是否能用於改變半導體材料的摻雜分布，或者在材料錶麵形成特殊的納米結構，從而賦予器件新的功能，比如提高載流子遷移率、增強光電轉換效率、或者實現新型的傳感器和探測器。如果書中能提供一些實際案例和實驗數據來支持這些觀點，那就非常有說服力瞭。