透明氧化物半导体 9787030416643 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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马洪磊，马瑾 著

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出版社： 科学出版社

ISBN：9787030416643

商品编码：29624768469

包装：圆脊精装

出版时间：2017-02-01

基本信息

书名:透明氧化物半导体

定价：148.00元

售价：111.0元,便宜37.0元,折扣75

作者:马洪磊,马瑾

出版社：科学出版社

出版日期：2017-02-01

ISBN：9787030416643

字数：

页码：

版次：31

装帧：圆脊精装

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

《透明氧化物半导体》可作为大专院校凝聚态物理、微电子学与固体电子学、光电子学、电子材料与元器件、材料物理与化学等相关专业研究生的教材或参考书，也可供从事透明氧化物半导体教学、科研的教师、科学研究人员和工程技术人员参考。

内容提要

《透明氧化物半导体》重点阐述了已经得到广泛应用或具有重要应用前景的8种氧化物半导体的制备技术、晶体结构、形貌、缺陷、电子结构、电学性质、磁学性质、压电性质、光学性质和气敏性质，既包含了作者近30年的研究成果，又反映了外透明氧化物半导体重要研究成果，既包含了早期透明氧化物半导体成熟理论，又反映了当前国际上透明氧化物半导体的*成果，重点突出，内容系统、全面、新颖，具有重要的科学意义和应用价值。

目录

目录 v
vi 透明氧化物半导体

目录

前言

绪论1

章氧化物薄膜的制备技术5

1 1真空蒸发技术6

1 1 1金属和化合物蒸发6

1 1 2蒸发源的加热装置9

1 2MBE技术12

1 3溅射技术14

1 3 1双极直流反应溅射15

1 3 2偏压溅射16

1 3 3射频溅射18

1 3 4磁控溅射19

1 3 5离子束溅射22

1 4离子镀技术23

1 5CVD技术24

1 5 1APCVD和LPCVD技术25

1 5 2PECVD技术26

1 5 3MOCVD技术27

1 6溶液镀膜技术30

1 6 1喷涂高温分解30

1 6 2浸涂技术31

1 6 3化学溶解生长31

1 6 4sol gel技术32

1 7阳极氧化技术33

1 7 1阳极氧化技术33

1 7 2等离子体阳极氧化技术34

参考文献36

第2章氧化物半导体基础41

2 1金属氧化物晶体结构41

2 1 1MO 型金属氧化物的典型晶体结构41

2 1 2MO2型金属氧化物晶体的典型晶体结构42

2 1 3M2O3型金属氧化物的典型晶体结构43

2 2金属氧化物的缺陷44

2 2 1金属氧化物晶体缺陷类型44

2 2 2金属氧化物晶体点缺陷理论基础45

2 3金属氧化物半导体的电学性质50

2 3 1金属氧化物半导体的电子结构51

2 3 2金属氧化物半导体的载流子浓度52

2 3 3金属氧化物半导体载流子输运散射机制54

2 4氧化物半导体的磁学性质57

2 4 1稀磁氧化物半导体的掺杂元素58

2 4 2氧化物半导体的铁磁性起源60

2 5透明氧化物半导体的光学性质62

2 5 1透明氧化物半导体的光学常数62

2 5 2Burstein Moss移动67

2 5 3透明氧化物半导体薄膜的PL特性70

2 6金属氧化物半导体的气敏特性74

参考文献76


目录 vii
vi 透明氧化物半导体
第3章ZnO薄膜81

3 1ZnO薄膜的晶体结构82

3 1 1ZnO的晶体结构82

3 1 2ZnO薄膜的XRD谱84

3 1 3ZnO薄膜的Raman谱86

3 1 4ZnO薄膜的RHEED图案88

3 1 5ZnO薄膜的HRTEM图像90

3 2ZnO的电子结构90

3 3ZnO的本征点缺陷92

3 4ZnO薄膜的电学性质94

3 4 1本征ZnO的弱n型导电94

3 4 2ZnO的掺杂96

3 4 3ZnO薄膜载流子散射机制99

3 5ZnO薄膜的磁学性质和压电性质100

3 5 1ZnO基稀磁半导体100

3 5 2ZnO薄膜的压电性质 102

3 6ZnO薄膜的光学性质103

3 6 1ZnO薄膜的光透射谱103

3 6 2ZnO薄膜的PL特性105

3 6 3ZnO薄膜的激子受激发射特性108

参考文献109

第4章SnO2薄膜114

4 1SnO2薄膜的晶体结构115

4 1 1SnO2的晶体结构115

4 1 2SnO2薄膜的XRD谱116

4 1 3SnO2薄膜的Raman谱120

4 1 4SnO2薄膜的TEM和HRTEM图像123

4 1 5SnO2薄膜的XPS谱125

4 1 6SnO2薄膜的RBS谱127

4 2金红石SnO2的电子结构127

4 3SnO2薄膜的电学性质129

4 3 1金红石SnO2的本征缺陷129

4 3 2金红石SnO2薄膜的掺杂131

4 3 3金红石SnO2薄膜载流子散射机制133

4 3 4铌铁矿SnO2薄膜的电学性质135

4 4SnO2薄膜的磁学性质136

4 5SnO2薄膜的光学特性137

4 5 1SnO2薄膜的光透射谱138

4 5 2SnO2薄膜的PL特性141

4 6金红石SnO2薄膜的气敏特性144

参考文献145

第5章TiO2薄膜151

5 1TiO2薄膜的晶体结构152

5 1 1TiO2的晶体结构152

5.1.2TiO2薄膜的XRD谱153

5 1 3TiO2薄膜的Raman谱157

5 1 4TiO2薄膜的XPS谱159

5 1 5TiO2的RBS谱159

5 2TiO2的电子结构161

5 3TiO2的本征点缺陷164

5 4TiO2薄膜的电学性质168

5 5TiO2薄膜的磁学性质173

5 6TiO2薄膜的光学性质175

5 6 1TiO2薄膜的光透射谱175

5 6 2TiO2薄膜的PL特性177

5 6 3TiO2薄膜的光学常数179

5 7TiO2薄膜的光催化特性181

参考文献183

目录 ix
viii 透明氧化物半导体
第6章In2O3薄膜190

6 1In2O3薄膜的晶体结构190

6 1 1In2O3薄膜的晶体结构190

6 1 2In2O3薄膜的XRD谱192

6 1 3In2O3薄膜的Raman谱195

6 1 4In2O3薄膜的HRTEM图像197

6 1 5In2O3薄膜的XPS谱200

6 1 6In2O3薄膜的RBS谱201

6 2In2O3的电子结构203

6 3In2O3薄膜的电学性质205

6 3 1In2O3的本征点缺陷205

6 3 2In2O3薄膜的电导特性207

6 3 3In2O3薄膜载流子散射机制211

6 4In2O3薄膜的磁学性质212

6 5In2O3薄膜的光学性质213

6 5 1In2O3薄膜的光透射谱214

6 5 2In2O3薄膜的PL特性216

6 5 3In2O3薄膜的光学常数217

6 6In2O3薄膜的气敏特性220

参考文献222

第7章Ga2O3薄膜227

7 1Ga2O3薄膜的晶体结构228

7 1 1Ga2O3的晶体结构228

7 1 2Ga2O3薄膜的XRD谱229

7 1 3β Ga2O3的薄膜HRTEM图像232

7 1 4β Ga2O3薄膜的Raman谱235

7 1 5β Ga2O3的XPS谱237

7 1 6Ga2O3薄膜的RBS谱238

7 2Ga2O3的电子结构239

7 3Ga2O3薄膜的电学性质242

7 3 1Ga2O3的点缺陷242

7 3 2Ga2O3薄膜的电学性质244

7 4Ga2O3薄膜的光学性质246

7 4 1Ga2O3薄膜的光透射谱246

7 4 2Ga2O3薄膜的PL特性249

7 4 3Ga2O3的薄膜CL特性252

7 4 4Ga2O3薄膜的光学常数254

7 5β Ga2O3薄膜的气敏特性256

参考文献258


第8章MgZnO薄膜263

8 1MgZnO薄膜的晶体结构264

8 1 1MgZnO薄膜的晶体结构264

8 1 2MgZnO薄膜的XRD谱265

8 1 3MgZnO薄膜的Raman谱269

8 1 4MgZnO薄膜的AFM图像270

8 1 5MgZnO薄膜的TEM和HRTEM图像271

8 1 6MgZnO的XPS谱273

8 1 7MgZnO薄膜的RBS谱275

8 2MgZnO的电子结构276

8 3MgZnO薄膜的电学和磁学性质280

8 3 1MgZnO薄膜的电学性质280

8 3 2MgZnO薄膜的磁学性质282

8 4MgZnO的光学性质283

8 4 1MgZnO薄膜的光透射谱283

8 4 2MgZnO薄膜的PL特性286

8 4 3MgZnO薄膜的长波光学声子性质290

8 4 4MgZnO薄膜的光学常数292

参考文献296

第9章GaInO和InGaZnO薄膜299

9 1引言299

9 2GaInO薄膜299

9 2 1GaInO薄膜的晶体结构300

9 2 2GaInO薄膜的电学性质307

9 2 3GaInO薄膜的光学性质309

9 3InGaZnO薄膜311

9 3 1InGaZnO薄膜的晶体结构312

9 3 2InGaZnO薄膜的电学性质315

9 3 3InGaZnO薄膜的光学性质325

参考文献326



目录 ix
x 透明氧化物半导体

0章透明氧化物电子学330

10 1引言330

10 2透明氧化物薄场效应膜晶体管332

10 2 1c IGZO TFT333

10 2 2a IGZO TFT335

10 2 3ZnO TFT344

10 3紫外发光二极管和激光二极管349

10 3 1UV LED350

10 3 2UV LD356

10 4透明UV探测器359

参考文献363

索引368

《半导体科学与技术丛书》已出版书目376

彩图377

作者介绍

文摘

序言

晶体管的未来：探索金属氧化物半导体的新篇章 在现代电子工业的宏大叙事中，半导体材料无疑是最耀眼的明星。它们构筑了我们数字世界的基石，从智能手机的芯片到高性能计算机的处理器，无一不依赖于半导体的神奇魔力。而在这场持续的科技革命浪潮中，金属氧化物半导体（Metal Oxide Semiconductors, MOS）以其独特的性能优势和广泛的应用前景，正逐渐成为研究和产业界关注的焦点。这本书，将带领读者深入探索金属氧化物半导体材料的奥秘，揭示其在构建下一代电子器件中的无限潜力。 超越硅的界限：金属氧化物半导体的独特魅力 长期以来，硅（Si）一直统治着半导体领域，其成熟的制备工艺、低廉的成本以及优异的性能使其成为电子工业的“宠儿”。然而，随着器件尺寸的不断缩小和性能要求的日益提高，硅的某些固有局限性也逐渐显现，例如在高温、高压、大功率等极端环境下的稳定性不足，以及在柔性电子、透明显示等新兴领域的应用受限。 正是在这样的背景下，金属氧化物半导体材料以其独特的优势脱颖而出。与硅晶体不同，金属氧化物半导体通常是指由至少一种金属元素和一种氧元素组成的化合物，并且能够展现出半导体特性。这些材料种类繁多，各具特色，例如： 氧化铟锡（Indium Tin Oxide, ITO）：这或许是最为我们熟知的金属氧化物半导体之一。ITO是一种透明且导电的材料，广泛应用于触摸屏、液晶显示器（LCD）、有机发光二极管（OLED）等领域。它的高透光率和良好的导电性使其成为制造透明电极的理想选择。 氧化锌（Zinc Oxide, ZnO）：ZnO是一种具有宽禁带（约3.37 eV）的n型半导体，其优异的光学和压电性能使其在紫外探测器、发光二极管（LED）、压电传感器以及透明电子器件中具有巨大的应用潜力。 二氧化钛（Titanium Dioxide, TiO2）：TiO2是一种广谱的宽禁带半导体，其光催化性能闻名于世。除了在环保和能源领域的应用，TiO2在场效应晶体管（FET）和光电器件中也展现出优异的性能。 氧化铝（Aluminum Oxide, Al2O3）：虽然通常被视为绝缘体，但在特定条件下，Al2O3也可以表现出半导体特性，并作为高介电常数（high-k）栅介质材料，在缩小晶体管尺寸、提高器件性能方面发挥着关键作用。 其他新兴材料：除了上述几种，还有氧化钒（VOx）、氧化镍（NiO）、氧化钴（CoO）等多种金属氧化物，它们在不同领域的研究和应用也在不断深入。 这些材料的共同点在于，它们通常在室温下就能表现出良好的半导体行为，并且许多材料具有优异的透明性，这为开发下一代透明电子器件提供了可能。此外，它们的耐高温、耐腐蚀性能也远超硅基材料，这使得它们在恶劣工作环境下依然能保持稳定可靠的性能。 理论基石：理解金属氧化物半导体的能带结构与输运特性 要深入理解金属氧化物半导体的应用，就必须先掌握其内在的物理机制。本书将从基础的量子力学理论出发，深入剖析金属氧化物半导体的能带结构。我们将探讨不同金属氧化物晶体结构对其能带排列的影响，以及缺陷（如氧空位、金属间隙原子等）如何引入能级，从而影响材料的导电类型和载流子浓度。 能带理论的视角：我们学习电子如何在固体材料中移动，离不开能带理论。对于金属氧化物半导体，理解其导带底、价带顶、费米能级的位置至关重要。这决定了材料是导体、半导体还是绝缘体，以及其本征载流子类型。 缺陷工程的重要性：与硅等传统半导体相比，金属氧化物半导体通常更容易产生各种晶格缺陷。这些缺陷并非总是“坏事”，很多时候，通过精确控制缺陷的种类、密度和分布，我们可以“工程化”地调控材料的导电性能，例如引入氧空位可以显著提高n型材料的载流子浓度，而引入金属间隙原子则可能改变材料的输运机制。 载流子输运机制的多样性：金属氧化物半导体中的载流子输运并不总是遵循简单的费米-狄拉克统计。在某些材料中，例如非晶态的氧化物，载流子可能在局域态之间发生跃迁（多重激活跃迁），其输运特性与晶体材料有显著差异。理解这些输运机制，对于优化器件设计至关重要。 从材料到器件：金属氧化物半导体在电子领域的创新应用 金属氧化物半导体的独特性能，为电子器件的创新带来了前所未有的机遇。本书将重点探讨这些材料在各个新兴电子领域的应用，并详细介绍相关的器件结构和工作原理。 透明氧化物薄膜晶体管（Transparent Oxide Thin-Film Transistors, TOTFTs）：这是金属氧化物半导体最引人注目的应用之一。由于许多金属氧化物（如IGZO，即氧化铟镓锌）具有优异的透明性和载流子迁移率，基于这些材料的薄膜晶体管可以实现全透明的电子电路。这意味着未来的显示器将不再局限于边框，而是可以实现无边框、甚至集成到玻璃本身。TOTFTs是制造柔性显示屏、透明触摸面板、增强现实（AR）和虚拟现实（VR）设备等产品的关键组件。我们将深入分析不同氧化物体系（如IGZO, ZnO, SnO2等）在TOTFTs中的性能特点、器件结构设计、栅介质选择、栅极驱动技术以及其在全透明逻辑电路和图像传感器中的应用。 固态照明与光电器件：ZnO和TiO2等宽禁带氧化物半导体因其良好的紫外发光和光电转换特性，在制造高性能紫外LED、太阳能电池、光电探测器等方面展现出巨大潜力。特别是与传统硅基太阳能电池相比，氧化物半导体太阳能电池在柔性、透明化和低成本制造方面具有优势，有望实现“发电玻璃”等创新应用。 传感器技术：金属氧化物半导体对环境变化（如气体浓度、湿度、温度、光照等）高度敏感的特性，使其成为开发高性能传感器的理想材料。例如，ZnO的压电效应使其适用于制造微型传感器和执行器；TiO2的光催化性能使其能够用于环境污染物检测。我们将探讨不同金属氧化物在气体传感器、湿度传感器、压力传感器等领域的应用案例。 功率电子器件：一些金属氧化物半导体，如氧化镓（Ga2O3），具有极高的击穿电场和优异的耐高温性能，这使其成为下一代高压、大功率电子器件的有力竞争者，有望在新能源汽车、智能电网、航空航天等领域实现突破。 忆阻器与非易失性存储器：近年来，许多金属氧化物材料，如VOx，在构建忆阻器方面表现出色。忆阻器是一种新型的非易失性存储器，具有低功耗、高密度、高速度等优点，有望用于构建新一代的神经网络硬件和存储系统。 挑战与展望：推动金属氧化物半导体走向实用化的未来 尽管金属氧化物半导体展现出令人振奋的前景，但其发展和应用仍面临一些挑战。例如，如何实现大规模、高均匀性的制备，如何提高材料的稳定性，如何设计出更高效的器件结构，以及如何降低制造成本等。 本书将不仅关注材料的理论和应用，还将深入探讨这些挑战，并展望未来的发展方向。 制备工艺的创新：从溶液法、脉冲激光沉积（PLD）、溅射法到原子层沉积（ALD），各种先进的制备技术都在不断被开发和优化，以实现对材料结构、成分和缺陷的精确控制。 器件设计的精进：通过结构优化、界面工程以及多层堆叠等技术，可以进一步提升金属氧化物半导体器件的性能和可靠性。 理论模型的完善：更精确的理论计算和模拟，有助于我们更深入地理解材料的内在机制，指导新材料的发现和器件的设计。 跨学科的融合：金属氧化物半导体领域的发展离不开物理、化学、材料科学、电子工程等多个学科的紧密合作。 结语 金属氧化物半导体材料正站在电子科技革命的新前沿，它们不仅是对现有硅基技术的有力补充，更是开启全新应用可能性的钥匙。本书旨在为研究人员、工程师以及对前沿科技充满好奇的读者提供一个全面而深入的视角，理解金属氧化物半导体的科学原理，掌握其最新研究进展，并共同探索其在塑造未来电子世界中的无限可能。这不仅仅是一本关于材料的书，更是一扇通往未来电子技术的大门。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计给我留下了深刻的第一印象。那是一种非常简洁、现代的风格，以一种深邃的蓝色背景为主，上面印着书名和一串数字。这种设计没有过多的装饰，但却透露出一种专业、严谨的气质，仿佛在暗示着书的内容也同样如此。我本身是材料科学领域的初学者，对“透明氧化物半导体”这个概念感到既好奇又有些畏惧。在阅读前，我脑海中浮现的是各种复杂的化学式和物理模型，但书名本身的“透明”二字，又增添了一丝神秘感，让我联想到它在显示技术、太阳能电池等领域的潜在应用，这让我对书中即将展开的知识充满了期待。封面上那串由数字组成的条形码，更像是通往未知知识领域的钥匙，我迫不及待地想知道它背后蕴藏着怎样的奥秘。整体而言，这本书的封面传递的信息非常精准，既有学术的厚重感，又不失对未来科技应用的展望，成功地激发了我进一步探索的欲望。

评分☆☆☆☆☆

我购买这本书，完全是出于对某种未来材料的好奇心。我一直觉得，科技的发展总是离不开新材料的涌现，而“透明氧化物半导体”听起来就充满了未来感。我记得当初在书店里看到这本书时，它摆放在一个比较显眼的位置，但我当时并没有立刻拿起它，只是记住了这个名字。后来，在网上看到一些关于该领域技术的介绍，才意识到它的重要性。我的期望是，这本书能够让我了解“透明氧化物半导体”究竟是什么，为什么它们如此特殊，以及它们是如何被制造出来的。我希望书中能够包含一些关于其结构、性能和应用方面的介绍，并且最好能够解释一下，为什么它们能够同时具备透明和导电的特性。我并不是一个材料学专业的学生，所以希望这本书能够用相对浅显易懂的语言来讲解，让我这个普通读者也能有所收获，能够大概了解这项技术的前景和意义。

评分☆☆☆☆☆

坦白说，我购买这本书的初衷，更多的是出于一种“跟风”的心态。近年来，关于新材料的报道层出不穷，而“透明氧化物半导体”这个名词时不时地会出现在一些科技新闻的标题中，给我留下了一个模糊的概念。我印象中，它似乎是某种未来科技的关键组成部分，但具体是什么，以及它到底有多重要，我却说不太清楚。这本书的ISBN号，在我看来，更像是一种学术上的标识，象征着它是一部经过严格审视和验证的专业著作。我的期待是，这本书能够以一种相对易于理解的方式，为我这个非专业人士揭示这个领域的核心概念。我希望它能解释清楚，为什么有些氧化物是半导体，为什么它们又是透明的，以及这些特性是如何被整合到实际的器件中的。同时，我也希望书中能够触及一些该领域的发展趋势和面临的挑战，让我能够对未来的科技发展有一个初步的认知。

评分☆☆☆☆☆

我一直对能够“发光”和“导电”同时存在的材料充满兴趣，而“透明氧化物半导体”恰好符合这个描述。我当初选择这本书，很大程度上是出于对这个领域应用的广泛好奇心。想象一下，我们每天都在使用的手机屏幕、电视机，它们的背后都有着这样神奇的材料在工作。这本书的标题本身就足够吸引人，它点出了一个看似矛盾却又实际存在的科技领域，让我对作者是如何解释这种“矛盾”充满了期待。我希望书中能够详细介绍这类材料的基本原理，比如为什么氧化物能够具有半导体特性，又是什么赋予了它们透明的性质。此外，我非常希望能够了解到这些材料在实际产品中的具体应用案例，比如OLED、薄膜太阳能电池、触摸屏等等，以及它们相比于传统材料的优势和劣势。我对书中的理论深度要求并不苛刻，更看重的是它能否为我打开一扇了解前沿科技应用的大门，让我能够初步理解这个领域是如何一步步发展起来的。

评分☆☆☆☆☆

我选择这本书，是因为我在一次偶然的机会下，接触到了一个关于新型显示技术的讲座，其中提到了“透明氧化物半导体”在其中扮演的关键角色。当时，我对此感到非常震撼，因为我从未想过材料本身可以同时具备透明性和半导体特性，这似乎打破了我对传统材料的认知。这本书的封面设计，虽然我记不太清楚具体细节，但给我留下了一种沉静而专业的印象，仿佛是一本承载着深厚学术底蕴的著作。我希望书中能够深入浅出地解释这类材料的物理化学原理，特别是关于其能带结构、电荷传输机制以及光学特性的形成原因。此外，我非常期待能够了解到该领域最新的研究进展和技术突破，以及这些材料在各个领域的实际应用情况，比如在柔性电子、新能源等方面的潜力。我希望通过阅读这本书，能够对“透明氧化物半导体”有一个更全面、更深入的理解。