透明氧化物半導體 9787030416643 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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馬洪磊，馬瑾 著

圖書標籤:

• 透明氧化物半導體
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• 材料科學
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• 半導體物理
• 器件物理
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齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030416643

商品編碼：29624768469

包裝：圓脊精裝

齣版時間：2017-02-01

基本信息

書名:透明氧化物半導體

定價：148.00元

售價：111.0元,便宜37.0元,摺扣75

作者:馬洪磊,馬瑾

齣版社：科學齣版社

齣版日期：2017-02-01

ISBN：9787030416643

字數：

頁碼：

版次：31

裝幀：圓脊精裝

開本：16開

商品重量：0.4kg

編輯推薦

《透明氧化物半導體》可作為大專院校凝聚態物理、微電子學與固體電子學、光電子學、電子材料與元器件、材料物理與化學等相關專業研究生的教材或參考書，也可供從事透明氧化物半導體教學、科研的教師、科學研究人員和工程技術人員參考。

內容提要

《透明氧化物半導體》重點闡述瞭已經得到廣泛應用或具有重要應用前景的8種氧化物半導體的製備技術、晶體結構、形貌、缺陷、電子結構、電學性質、磁學性質、壓電性質、光學性質和氣敏性質，既包含瞭作者近30年的研究成果，又反映瞭外透明氧化物半導體重要研究成果，既包含瞭早期透明氧化物半導體成熟理論，又反映瞭當前國際上透明氧化物半導體的*成果，重點突齣，內容係統、全麵、新穎，具有重要的科學意義和應用價值。

目錄

目錄 v
vi 透明氧化物半導體

目錄

前言

緒論1

章氧化物薄膜的製備技術5

1 1真空蒸發技術6

1 1 1金屬和化閤物蒸發6

1 1 2蒸發源的加熱裝置9

1 2MBE技術12

1 3濺射技術14

1 3 1雙極直流反應濺射15

1 3 2偏壓濺射16

1 3 3射頻濺射18

1 3 4磁控濺射19

1 3 5離子束濺射22

1 4離子鍍技術23

1 5CVD技術24

1 5 1APCVD和LPCVD技術25

1 5 2PECVD技術26

1 5 3MOCVD技術27

1 6溶液鍍膜技術30

1 6 1噴塗高溫分解30

1 6 2浸塗技術31

1 6 3化學溶解生長31

1 6 4sol gel技術32

1 7陽極氧化技術33

1 7 1陽極氧化技術33

1 7 2等離子體陽極氧化技術34

參考文獻36

第2章氧化物半導體基礎41

2 1金屬氧化物晶體結構41

2 1 1MO 型金屬氧化物的典型晶體結構41

2 1 2MO2型金屬氧化物晶體的典型晶體結構42

2 1 3M2O3型金屬氧化物的典型晶體結構43

2 2金屬氧化物的缺陷44

2 2 1金屬氧化物晶體缺陷類型44

2 2 2金屬氧化物晶體點缺陷理論基礎45

2 3金屬氧化物半導體的電學性質50

2 3 1金屬氧化物半導體的電子結構51

2 3 2金屬氧化物半導體的載流子濃度52

2 3 3金屬氧化物半導體載流子輸運散射機製54

2 4氧化物半導體的磁學性質57

2 4 1稀磁氧化物半導體的摻雜元素58

2 4 2氧化物半導體的鐵磁性起源60

2 5透明氧化物半導體的光學性質62

2 5 1透明氧化物半導體的光學常數62

2 5 2Burstein Moss移動67

2 5 3透明氧化物半導體薄膜的PL特性70

2 6金屬氧化物半導體的氣敏特性74

參考文獻76


目錄 vii
vi 透明氧化物半導體
第3章ZnO薄膜81

3 1ZnO薄膜的晶體結構82

3 1 1ZnO的晶體結構82

3 1 2ZnO薄膜的XRD譜84

3 1 3ZnO薄膜的Raman譜86

3 1 4ZnO薄膜的RHEED圖案88

3 1 5ZnO薄膜的HRTEM圖像90

3 2ZnO的電子結構90

3 3ZnO的本徵點缺陷92

3 4ZnO薄膜的電學性質94

3 4 1本徵ZnO的弱n型導電94

3 4 2ZnO的摻雜96

3 4 3ZnO薄膜載流子散射機製99

3 5ZnO薄膜的磁學性質和壓電性質100

3 5 1ZnO基稀磁半導體100

3 5 2ZnO薄膜的壓電性質 102

3 6ZnO薄膜的光學性質103

3 6 1ZnO薄膜的光透射譜103

3 6 2ZnO薄膜的PL特性105

3 6 3ZnO薄膜的激子受激發射特性108

參考文獻109

第4章SnO2薄膜114

4 1SnO2薄膜的晶體結構115

4 1 1SnO2的晶體結構115

4 1 2SnO2薄膜的XRD譜116

4 1 3SnO2薄膜的Raman譜120

4 1 4SnO2薄膜的TEM和HRTEM圖像123

4 1 5SnO2薄膜的XPS譜125

4 1 6SnO2薄膜的RBS譜127

4 2金紅石SnO2的電子結構127

4 3SnO2薄膜的電學性質129

4 3 1金紅石SnO2的本徵缺陷129

4 3 2金紅石SnO2薄膜的摻雜131

4 3 3金紅石SnO2薄膜載流子散射機製133

4 3 4鈮鐵礦SnO2薄膜的電學性質135

4 4SnO2薄膜的磁學性質136

4 5SnO2薄膜的光學特性137

4 5 1SnO2薄膜的光透射譜138

4 5 2SnO2薄膜的PL特性141

4 6金紅石SnO2薄膜的氣敏特性144

參考文獻145

第5章TiO2薄膜151

5 1TiO2薄膜的晶體結構152

5 1 1TiO2的晶體結構152

5.1.2TiO2薄膜的XRD譜153

5 1 3TiO2薄膜的Raman譜157

5 1 4TiO2薄膜的XPS譜159

5 1 5TiO2的RBS譜159

5 2TiO2的電子結構161

5 3TiO2的本徵點缺陷164

5 4TiO2薄膜的電學性質168

5 5TiO2薄膜的磁學性質173

5 6TiO2薄膜的光學性質175

5 6 1TiO2薄膜的光透射譜175

5 6 2TiO2薄膜的PL特性177

5 6 3TiO2薄膜的光學常數179

5 7TiO2薄膜的光催化特性181

參考文獻183

目錄 ix
viii 透明氧化物半導體
第6章In2O3薄膜190

6 1In2O3薄膜的晶體結構190

6 1 1In2O3薄膜的晶體結構190

6 1 2In2O3薄膜的XRD譜192

6 1 3In2O3薄膜的Raman譜195

6 1 4In2O3薄膜的HRTEM圖像197

6 1 5In2O3薄膜的XPS譜200

6 1 6In2O3薄膜的RBS譜201

6 2In2O3的電子結構203

6 3In2O3薄膜的電學性質205

6 3 1In2O3的本徵點缺陷205

6 3 2In2O3薄膜的電導特性207

6 3 3In2O3薄膜載流子散射機製211

6 4In2O3薄膜的磁學性質212

6 5In2O3薄膜的光學性質213

6 5 1In2O3薄膜的光透射譜214

6 5 2In2O3薄膜的PL特性216

6 5 3In2O3薄膜的光學常數217

6 6In2O3薄膜的氣敏特性220

參考文獻222

第7章Ga2O3薄膜227

7 1Ga2O3薄膜的晶體結構228

7 1 1Ga2O3的晶體結構228

7 1 2Ga2O3薄膜的XRD譜229

7 1 3β Ga2O3的薄膜HRTEM圖像232

7 1 4β Ga2O3薄膜的Raman譜235

7 1 5β Ga2O3的XPS譜237

7 1 6Ga2O3薄膜的RBS譜238

7 2Ga2O3的電子結構239

7 3Ga2O3薄膜的電學性質242

7 3 1Ga2O3的點缺陷242

7 3 2Ga2O3薄膜的電學性質244

7 4Ga2O3薄膜的光學性質246

7 4 1Ga2O3薄膜的光透射譜246

7 4 2Ga2O3薄膜的PL特性249

7 4 3Ga2O3的薄膜CL特性252

7 4 4Ga2O3薄膜的光學常數254

7 5β Ga2O3薄膜的氣敏特性256

參考文獻258


第8章MgZnO薄膜263

8 1MgZnO薄膜的晶體結構264

8 1 1MgZnO薄膜的晶體結構264

8 1 2MgZnO薄膜的XRD譜265

8 1 3MgZnO薄膜的Raman譜269

8 1 4MgZnO薄膜的AFM圖像270

8 1 5MgZnO薄膜的TEM和HRTEM圖像271

8 1 6MgZnO的XPS譜273

8 1 7MgZnO薄膜的RBS譜275

8 2MgZnO的電子結構276

8 3MgZnO薄膜的電學和磁學性質280

8 3 1MgZnO薄膜的電學性質280

8 3 2MgZnO薄膜的磁學性質282

8 4MgZnO的光學性質283

8 4 1MgZnO薄膜的光透射譜283

8 4 2MgZnO薄膜的PL特性286

8 4 3MgZnO薄膜的長波光學聲子性質290

8 4 4MgZnO薄膜的光學常數292

參考文獻296

第9章GaInO和InGaZnO薄膜299

9 1引言299

9 2GaInO薄膜299

9 2 1GaInO薄膜的晶體結構300

9 2 2GaInO薄膜的電學性質307

9 2 3GaInO薄膜的光學性質309

9 3InGaZnO薄膜311

9 3 1InGaZnO薄膜的晶體結構312

9 3 2InGaZnO薄膜的電學性質315

9 3 3InGaZnO薄膜的光學性質325

參考文獻326



目錄 ix
x 透明氧化物半導體

0章透明氧化物電子學330

10 1引言330

10 2透明氧化物薄場效應膜晶體管332

10 2 1c IGZO TFT333

10 2 2a IGZO TFT335

10 2 3ZnO TFT344

10 3紫外發光二極管和激光二極管349

10 3 1UV LED350

10 3 2UV LD356

10 4透明UV探測器359

參考文獻363

索引368

《半導體科學與技術叢書》已齣版書目376

彩圖377

作者介紹

文摘

序言

晶體管的未來：探索金屬氧化物半導體的新篇章 在現代電子工業的宏大敘事中，半導體材料無疑是最耀眼的明星。它們構築瞭我們數字世界的基石，從智能手機的芯片到高性能計算機的處理器，無一不依賴於半導體的神奇魔力。而在這場持續的科技革命浪潮中，金屬氧化物半導體（Metal Oxide Semiconductors, MOS）以其獨特的性能優勢和廣泛的應用前景，正逐漸成為研究和産業界關注的焦點。這本書，將帶領讀者深入探索金屬氧化物半導體材料的奧秘，揭示其在構建下一代電子器件中的無限潛力。 超越矽的界限：金屬氧化物半導體的獨特魅力 長期以來，矽（Si）一直統治著半導體領域，其成熟的製備工藝、低廉的成本以及優異的性能使其成為電子工業的“寵兒”。然而，隨著器件尺寸的不斷縮小和性能要求的日益提高，矽的某些固有局限性也逐漸顯現，例如在高溫、高壓、大功率等極端環境下的穩定性不足，以及在柔性電子、透明顯示等新興領域的應用受限。 正是在這樣的背景下，金屬氧化物半導體材料以其獨特的優勢脫穎而齣。與矽晶體不同，金屬氧化物半導體通常是指由至少一種金屬元素和一種氧元素組成的化閤物，並且能夠展現齣半導體特性。這些材料種類繁多，各具特色，例如： 氧化銦锡（Indium Tin Oxide, ITO）：這或許是最為我們熟知的金屬氧化物半導體之一。ITO是一種透明且導電的材料，廣泛應用於觸摸屏、液晶顯示器（LCD）、有機發光二極管（OLED）等領域。它的高透光率和良好的導電性使其成為製造透明電極的理想選擇。 氧化鋅（Zinc Oxide, ZnO）：ZnO是一種具有寬禁帶（約3.37 eV）的n型半導體，其優異的光學和壓電性能使其在紫外探測器、發光二極管（LED）、壓電傳感器以及透明電子器件中具有巨大的應用潛力。 二氧化鈦（Titanium Dioxide, TiO2）：TiO2是一種廣譜的寬禁帶半導體，其光催化性能聞名於世。除瞭在環保和能源領域的應用，TiO2在場效應晶體管（FET）和光電器件中也展現齣優異的性能。 氧化鋁（Aluminum Oxide, Al2O3）：雖然通常被視為絕緣體，但在特定條件下，Al2O3也可以錶現齣半導體特性，並作為高介電常數（high-k）柵介質材料，在縮小晶體管尺寸、提高器件性能方麵發揮著關鍵作用。 其他新興材料：除瞭上述幾種，還有氧化釩（VOx）、氧化鎳（NiO）、氧化鈷（CoO）等多種金屬氧化物，它們在不同領域的研究和應用也在不斷深入。 這些材料的共同點在於，它們通常在室溫下就能錶現齣良好的半導體行為，並且許多材料具有優異的透明性，這為開發下一代透明電子器件提供瞭可能。此外，它們的耐高溫、耐腐蝕性能也遠超矽基材料，這使得它們在惡劣工作環境下依然能保持穩定可靠的性能。 理論基石：理解金屬氧化物半導體的能帶結構與輸運特性 要深入理解金屬氧化物半導體的應用，就必須先掌握其內在的物理機製。本書將從基礎的量子力學理論齣發，深入剖析金屬氧化物半導體的能帶結構。我們將探討不同金屬氧化物晶體結構對其能帶排列的影響，以及缺陷（如氧空位、金屬間隙原子等）如何引入能級，從而影響材料的導電類型和載流子濃度。 能帶理論的視角：我們學習電子如何在固體材料中移動，離不開能帶理論。對於金屬氧化物半導體，理解其導帶底、價帶頂、費米能級的位置至關重要。這決定瞭材料是導體、半導體還是絕緣體，以及其本徵載流子類型。 缺陷工程的重要性：與矽等傳統半導體相比，金屬氧化物半導體通常更容易産生各種晶格缺陷。這些缺陷並非總是“壞事”，很多時候，通過精確控製缺陷的種類、密度和分布，我們可以“工程化”地調控材料的導電性能，例如引入氧空位可以顯著提高n型材料的載流子濃度，而引入金屬間隙原子則可能改變材料的輸運機製。 載流子輸運機製的多樣性：金屬氧化物半導體中的載流子輸運並不總是遵循簡單的費米-狄拉剋統計。在某些材料中，例如非晶態的氧化物，載流子可能在局域態之間發生躍遷（多重激活躍遷），其輸運特性與晶體材料有顯著差異。理解這些輸運機製，對於優化器件設計至關重要。 從材料到器件：金屬氧化物半導體在電子領域的創新應用 金屬氧化物半導體的獨特性能，為電子器件的創新帶來瞭前所未有的機遇。本書將重點探討這些材料在各個新興電子領域的應用，並詳細介紹相關的器件結構和工作原理。 透明氧化物薄膜晶體管（Transparent Oxide Thin-Film Transistors, TOTFTs）：這是金屬氧化物半導體最引人注目的應用之一。由於許多金屬氧化物（如IGZO，即氧化銦鎵鋅）具有優異的透明性和載流子遷移率，基於這些材料的薄膜晶體管可以實現全透明的電子電路。這意味著未來的顯示器將不再局限於邊框，而是可以實現無邊框、甚至集成到玻璃本身。TOTFTs是製造柔性顯示屏、透明觸摸麵闆、增強現實（AR）和虛擬現實（VR）設備等産品的關鍵組件。我們將深入分析不同氧化物體係（如IGZO, ZnO, SnO2等）在TOTFTs中的性能特點、器件結構設計、柵介質選擇、柵極驅動技術以及其在全透明邏輯電路和圖像傳感器中的應用。 固態照明與光電器件：ZnO和TiO2等寬禁帶氧化物半導體因其良好的紫外發光和光電轉換特性，在製造高性能紫外LED、太陽能電池、光電探測器等方麵展現齣巨大潛力。特彆是與傳統矽基太陽能電池相比，氧化物半導體太陽能電池在柔性、透明化和低成本製造方麵具有優勢，有望實現“發電玻璃”等創新應用。 傳感器技術：金屬氧化物半導體對環境變化（如氣體濃度、濕度、溫度、光照等）高度敏感的特性，使其成為開發高性能傳感器的理想材料。例如，ZnO的壓電效應使其適用於製造微型傳感器和執行器；TiO2的光催化性能使其能夠用於環境汙染物檢測。我們將探討不同金屬氧化物在氣體傳感器、濕度傳感器、壓力傳感器等領域的應用案例。 功率電子器件：一些金屬氧化物半導體，如氧化鎵（Ga2O3），具有極高的擊穿電場和優異的耐高溫性能，這使其成為下一代高壓、大功率電子器件的有力競爭者，有望在新能源汽車、智能電網、航空航天等領域實現突破。 憶阻器與非易失性存儲器：近年來，許多金屬氧化物材料，如VOx，在構建憶阻器方麵錶現齣色。憶阻器是一種新型的非易失性存儲器，具有低功耗、高密度、高速度等優點，有望用於構建新一代的神經網絡硬件和存儲係統。 挑戰與展望：推動金屬氧化物半導體走嚮實用化的未來 盡管金屬氧化物半導體展現齣令人振奮的前景，但其發展和應用仍麵臨一些挑戰。例如，如何實現大規模、高均勻性的製備，如何提高材料的穩定性，如何設計齣更高效的器件結構，以及如何降低製造成本等。 本書將不僅關注材料的理論和應用，還將深入探討這些挑戰，並展望未來的發展方嚮。 製備工藝的創新：從溶液法、脈衝激光沉積（PLD）、濺射法到原子層沉積（ALD），各種先進的製備技術都在不斷被開發和優化，以實現對材料結構、成分和缺陷的精確控製。 器件設計的精進：通過結構優化、界麵工程以及多層堆疊等技術，可以進一步提升金屬氧化物半導體器件的性能和可靠性。 理論模型的完善：更精確的理論計算和模擬，有助於我們更深入地理解材料的內在機製，指導新材料的發現和器件的設計。 跨學科的融閤：金屬氧化物半導體領域的發展離不開物理、化學、材料科學、電子工程等多個學科的緊密閤作。 結語 金屬氧化物半導體材料正站在電子科技革命的新前沿，它們不僅是對現有矽基技術的有力補充，更是開啓全新應用可能性的鑰匙。本書旨在為研究人員、工程師以及對前沿科技充滿好奇的讀者提供一個全麵而深入的視角，理解金屬氧化物半導體的科學原理，掌握其最新研究進展，並共同探索其在塑造未來電子世界中的無限可能。這不僅僅是一本關於材料的書，更是一扇通往未來電子技術的大門。

評分☆☆☆☆☆

我選擇這本書，是因為我在一次偶然的機會下，接觸到瞭一個關於新型顯示技術的講座，其中提到瞭“透明氧化物半導體”在其中扮演的關鍵角色。當時，我對此感到非常震撼，因為我從未想過材料本身可以同時具備透明性和半導體特性，這似乎打破瞭我對傳統材料的認知。這本書的封麵設計，雖然我記不太清楚具體細節，但給我留下瞭一種沉靜而專業的印象，仿佛是一本承載著深厚學術底蘊的著作。我希望書中能夠深入淺齣地解釋這類材料的物理化學原理，特彆是關於其能帶結構、電荷傳輸機製以及光學特性的形成原因。此外，我非常期待能夠瞭解到該領域最新的研究進展和技術突破，以及這些材料在各個領域的實際應用情況，比如在柔性電子、新能源等方麵的潛力。我希望通過閱讀這本書，能夠對“透明氧化物半導體”有一個更全麵、更深入的理解。

評分☆☆☆☆☆

我一直對能夠“發光”和“導電”同時存在的材料充滿興趣，而“透明氧化物半導體”恰好符閤這個描述。我當初選擇這本書，很大程度上是齣於對這個領域應用的廣泛好奇心。想象一下，我們每天都在使用的手機屏幕、電視機，它們的背後都有著這樣神奇的材料在工作。這本書的標題本身就足夠吸引人，它點齣瞭一個看似矛盾卻又實際存在的科技領域，讓我對作者是如何解釋這種“矛盾”充滿瞭期待。我希望書中能夠詳細介紹這類材料的基本原理，比如為什麼氧化物能夠具有半導體特性，又是什麼賦予瞭它們透明的性質。此外，我非常希望能夠瞭解到這些材料在實際産品中的具體應用案例，比如OLED、薄膜太陽能電池、觸摸屏等等，以及它們相比於傳統材料的優勢和劣勢。我對書中的理論深度要求並不苛刻，更看重的是它能否為我打開一扇瞭解前沿科技應用的大門，讓我能夠初步理解這個領域是如何一步步發展起來的。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計給我留下瞭深刻的第一印象。那是一種非常簡潔、現代的風格，以一種深邃的藍色背景為主，上麵印著書名和一串數字。這種設計沒有過多的裝飾，但卻透露齣一種專業、嚴謹的氣質，仿佛在暗示著書的內容也同樣如此。我本身是材料科學領域的初學者，對“透明氧化物半導體”這個概念感到既好奇又有些畏懼。在閱讀前，我腦海中浮現的是各種復雜的化學式和物理模型，但書名本身的“透明”二字，又增添瞭一絲神秘感，讓我聯想到它在顯示技術、太陽能電池等領域的潛在應用，這讓我對書中即將展開的知識充滿瞭期待。封麵上那串由數字組成的條形碼，更像是通往未知知識領域的鑰匙，我迫不及待地想知道它背後蘊藏著怎樣的奧秘。整體而言，這本書的封麵傳遞的信息非常精準，既有學術的厚重感，又不失對未來科技應用的展望，成功地激發瞭我進一步探索的欲望。

評分☆☆☆☆☆

坦白說，我購買這本書的初衷，更多的是齣於一種“跟風”的心態。近年來，關於新材料的報道層齣不窮，而“透明氧化物半導體”這個名詞時不時地會齣現在一些科技新聞的標題中，給我留下瞭一個模糊的概念。我印象中，它似乎是某種未來科技的關鍵組成部分，但具體是什麼，以及它到底有多重要，我卻說不太清楚。這本書的ISBN號，在我看來，更像是一種學術上的標識，象徵著它是一部經過嚴格審視和驗證的專業著作。我的期待是，這本書能夠以一種相對易於理解的方式，為我這個非專業人士揭示這個領域的核心概念。我希望它能解釋清楚，為什麼有些氧化物是半導體，為什麼它們又是透明的，以及這些特性是如何被整閤到實際的器件中的。同時，我也希望書中能夠觸及一些該領域的發展趨勢和麵臨的挑戰，讓我能夠對未來的科技發展有一個初步的認知。

評分☆☆☆☆☆

我購買這本書，完全是齣於對某種未來材料的好奇心。我一直覺得，科技的發展總是離不開新材料的湧現，而“透明氧化物半導體”聽起來就充滿瞭未來感。我記得當初在書店裏看到這本書時，它擺放在一個比較顯眼的位置，但我當時並沒有立刻拿起它，隻是記住瞭這個名字。後來，在網上看到一些關於該領域技術的介紹，纔意識到它的重要性。我的期望是，這本書能夠讓我瞭解“透明氧化物半導體”究竟是什麼，為什麼它們如此特殊，以及它們是如何被製造齣來的。我希望書中能夠包含一些關於其結構、性能和應用方麵的介紹，並且最好能夠解釋一下，為什麼它們能夠同時具備透明和導電的特性。我並不是一個材料學專業的學生，所以希望這本書能夠用相對淺顯易懂的語言來講解，讓我這個普通讀者也能有所收獲，能夠大概瞭解這項技術的前景和意義。