圖形化半導體材料特性手冊 9787030390103 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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季振國 著

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• 半導體材料
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• 物理學
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• 9787030390103

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齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030390103

商品編碼：29672879040

包裝：平裝

齣版時間：2013-11-01

基本信息

書名:圖形化半導體材料特性手冊

定價：118.00元

售價：80.2元,便宜37.8元,摺扣67

作者:季振國

齣版社：科學齣版社

齣版日期：2013-11-01

ISBN：9787030390103

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版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.4kg

編輯推薦

內容提要

電子信息材料是發展極為迅速的一類材料，但是缺少相關的特性手冊。已有的類似書籍要不數據量少，要不數據陳舊，滿足不瞭讀者的需要。本書收集瞭大量的已經發錶的實驗數據，結閤作者多年來的實驗數據，編寫瞭這部手冊。為瞭便於讀者進行數據處理和比較，作者操作性地把收集到的實驗數據通過數值化手段轉換為數據文件，便於讀者進行各種數據處理。手冊數據量大，特性齊全，非常適閤相關領域的科技工作者和研究生使用。

目錄

前言 圖錶目錄 章數據結構說明 第2章金剛石（C） 第3章鍺（Ge） 第4章矽（Si） 第5章鍺矽閤金（Si1—xGex） 第6章碳化矽（SiC） 第7章灰锡（α—Sn） 第8章硫化鎘（（2dS） 第9章碲化鎘（（2dTe） 0章氧化鋅（Zn（）） 1章硫化鋅（ZnS） 2章氮化鎵（GaN） 3章砷化鎵（GaAs） 4章銻化銦（InSb） 5章氮化硼（BN） 6章磷化硼（BP） 7章銻化鋁（AISb） 8章銻化鎵（GaSb） 9章磷化銦（InP） 第20章磷化鎵（GaP） 第21章砷化銦（InAs） 第22章氮化銦（InN） 第23章砷化鋁（AlAs） 第24章磷化鋁（AlP） 第25章氮化鋁（AIN） 第26章鋁鎵砷（AlxGal—xAs） 第27章二氧化锡（snOg） 第28章二氧化鈦（TiO2） 參考文獻

作者介紹

文摘

序言

《半導體材料及其關鍵性能解析》 第一章 半導體材料基礎 半導體材料是現代電子工業的基石，其獨特的導電特性使得它們在信息技術、能源、通信等眾多領域扮演著至關重要的角色。本章旨在為讀者構建一個紮實的半導體材料基礎知識體係。 1.1 半導體的定義與分類 首先，我們將深入探討半導體的基本定義，即其導電性能介於導體和絕緣體之間，且受外部條件（如溫度、光照、電場、磁場）影響顯著的材料。我們將重點介紹幾種常見的半導體材料，包括元素半導體（如矽、鍺）和化閤物半導體（如砷化鎵、氮化鎵、硫化鎘）。通過對比分析它們的晶體結構、原子組成和基本物理特性，使讀者對不同類型半導體的差異和適用性有初步的認識。 1.2 晶體結構與晶格 半導體材料的宏觀性能與其微觀的晶體結構息息相關。本節將詳細闡述半導體材料中常見的晶體結構，例如金剛石立方結構（Diamond Cubic）和閃鋅礦結構（Zincblende）。我們將解釋晶格的概念、晶嚮和晶麵，並介紹X射綫衍射（XRD）等常用技術如何用於錶徵這些晶體結構。理解晶格缺陷（如空位、間隙原子、位錯）對於掌握半導體材料的性能至關重要，因此本節也將對其進行深入介紹，並初步探討其對載流子行為的影響。 1.3 電子能帶理論 電子能帶理論是理解半導體電學特性的核心。本節將從量子力學的角度齣發，解釋電子在晶體中運動時形成的能量帶，包括價帶、導帶以及它們之間的禁帶（Band Gap）。我們將詳細闡述禁帶寬度（Eg）的概念，並說明禁帶寬度如何決定瞭材料是導體、半導體還是絕緣體。此外，本節還將介紹本徵半導體和雜質半導體的能帶結構差異，為後續章節中載流子特性的討論奠定基礎。 1.4 載流子及其産生機製 在半導體材料中，電荷的傳輸主要由兩種載流子負責：電子和空穴。本節將深入解釋電子和空穴的産生機製，包括熱激發和摻雜。我們將詳細介紹本徵半導體的載流子濃度與其溫度的關係，並重點闡述雜質半導體（n型和p型）中通過摻雜引入的施主能級和受主能級，以及它們如何極大地增加自由載流子的數量。 第二章 半導體材料的關鍵性能參數 掌握瞭半導體材料的基礎知識後，本章將聚焦於描述和量化這些材料性能的關鍵參數，為實際應用中的材料選擇和器件設計提供依據。 2.1 載流子濃度與遷移率 載流子濃度（Carrier Concentration）直接影響半導體的導電能力。本節將介紹如何測量載流子濃度，並探討其與材料的摻雜濃度、溫度等因素的關係。 遷移率（Mobility）是衡量載流子在電場作用下移動速度的指標，它決定瞭器件的響應速度和電導率。我們將詳細解釋電子遷移率（μn）和空穴遷移率（μp）的概念，並分析影響遷移率的主要散射機製，如晶格振動散射（聲子散射）、雜質散射和晶格缺陷散射。理解這些機製有助於解釋為什麼不同半導體材料的遷移率存在顯著差異，以及如何通過工藝手段來優化遷移率。 2.2 導電類型與費米能級 根據載流子類型的不同，半導體材料被分為n型（電子為主要載流子）和p型（空穴為主要載流子）。本節將詳細解釋導電類型的判據，以及如何通過摻雜實現導電類型的控製。 費米能級（Fermi Level, EF）是描述半導體中電子能量分布的關鍵參數。我們將解釋費米能級的物理意義，以及它如何隨著溫度和摻雜濃度的變化而變化。費米能級的位置對於理解PN結的形成、載流子的擴散和漂移等過程至關重要。 2.3 禁帶寬度與光學特性 禁帶寬度（Band Gap, Eg）是半導體最核心的物理參數之一。本節將深入討論禁帶寬度的測量方法，如吸收光譜法和光譜透射法。我們將重點分析禁帶寬度對半導體材料光學性質的影響，包括其吸收光譜的起始波長和透射光譜的截止波長。 此外，本節還將介紹半導體材料的發光特性，如光緻發光（Photoluminescence, PL）和電緻發光（Electroluminescence, EL）。我們將探討不同禁帶寬度和晶體結構的半導體材料如何産生不同波長的光，並初步介紹其在發光二極管（LED）和激光二極管（LD）等器件中的應用。 2.4 載流子壽命與復閤機製 載流子壽命（Carrier Lifetime）是指一個載流子在被産生後，在發生復閤之前所能存在的平均時間。它直接影響半導體器件的性能，尤其是在光電器件和存儲器件中。本節將詳細介紹載流子壽命的測量方法，如瞬態光緻電導法。 復閤機製（Recombination Mechanisms）是導緻載流子消失的主要原因。我們將重點闡述三種主要的復閤機製：輻射復閤（Radiative Recombination）、俄歇復閤（Auger Recombination）和陷阱輔助復閤（Trap-Assisted Recombination）。理解這些復閤機製及其發生的條件，對於優化半導體材料的性能、提高器件效率具有重要意義。 2.5 熱學性能 除瞭電學和光學性能，半導體材料的熱學性能也對其在實際應用中的穩定性和可靠性至關重要。本節將介紹半導體材料的熱導率（Thermal Conductivity）和熱膨脹係數（Coefficient of Thermal Expansion）。我們將分析影響熱導率的因素，如晶體結構、雜質含量和溫度，並討論熱膨脹係數的差異如何導緻器件在溫度變化時産生應力，可能引發器件失效。 第三章 常用半導體材料的性能分析 本章將選取幾種在現代科技中應用最為廣泛的半導體材料，結閤前兩章介紹的理論知識，對其關鍵性能進行詳細的分析和闡述。 3.1 矽（Si） 作為目前應用最廣泛的半導體材料，矽具有優良的性能和成熟的製造工藝。本節將重點分析矽的晶體結構、禁帶寬度、載流子遷移率、載流子壽命等關鍵參數。我們將討論矽在微電子領域的廣泛應用，包括集成電路（IC）、功率器件等，並分析其在高溫和高頻應用中的局限性。 3.2 砷化鎵（GaAs） 砷化鎵是一種重要的化閤物半導體，其載流子遷移率遠高於矽，這使得它在高速電子器件和光電子器件中具有獨特的優勢。本節將詳細介紹GaAs的晶體結構、禁帶寬度（直接帶隙）、載流子遷移率，以及其在射頻（RF）器件、光通信和LED領域的應用。同時，我們也將討論GaAs在製造工藝上的挑戰以及其與矽的成本對比。 3.3 氮化鎵（GaN） 氮化鎵是第三代半導體材料的代錶，其高禁帶寬度、高擊穿電壓和高載流子遷移率使其成為製造高性能功率器件和藍光LED的理想選擇。本節將深入分析GaN的物理特性，包括其直接帶隙、高載流子遷移率、以及在高溫和耐高壓應用中的優勢。我們將詳細介紹GaN在LED照明、電力電子和射頻功率放大器等領域的突破性應用，並探討其麵臨的挑戰，如晶體生長和襯底選擇。 3.4 其他重要半導體材料 除瞭以上重點介紹的材料，本節還將簡要介紹其他具有重要應用價值的半導體材料，例如： 鍺（Ge）: 作為最早被研究的半導體材料，鍺在某些特定領域（如紅外探測器）仍有應用。 磷化銦（InP）: 主要用於光通信領域，特彆是在光縴通信係統中。 碳化矽（SiC）: 類似於GaN，SiC也具有高禁帶寬度和高擊穿電壓，在高溫、高壓和高功率器件領域具有顯著優勢，尤其是在電動汽車和工業電源領域。 我們將對這些材料的典型性能參數進行概述，並指齣它們各自的應用方嚮和技術特點。 第四章 半導體材料的製備與錶徵技術 要獲得高性能的半導體器件，高質量的半導體材料是前提。本章將介紹幾種關鍵的半導體材料製備技術和錶徵方法。 4.1 晶體生長技術 本節將介紹幾種主流的半導體單晶生長技術，包括： 直拉法（Czochralski Method, CZ）: 主要用於矽單晶的生長。 區熔法（Float Zone Method, FZ）: 適用於對純度要求極高的材料，如高純矽。 液相外延（Liquid Phase Epitaxy, LPE）: 一種常用的化閤物半導體薄膜生長技術。 氣相外延（Vapor Phase Epitaxy, VPE） 和 金屬有機化學氣相沉積（Metalorganic Chemical Vapor Deposition, MOCVD）: 是目前最主流的化閤物半導體薄膜外延技術，尤其在GaN和GaAs材料的製備中發揮著關鍵作用。 分子束外延（Molecular Beam Epitaxy, MBE）: 能夠實現原子層級的精確控製，用於製備高質量的超晶格和量子結構。 我們將詳細闡述這些技術的原理、工藝流程、優缺點以及它們在不同材料製備中的適用性。 4.2 薄膜沉積技術 除瞭單晶生長，在半導體器件製造過程中，還需要在襯底上沉積各種功能的薄膜。本節將介紹幾種常用的薄膜沉積技術： 物理氣相沉積（Physical Vapor Deposition, PVD）: 包括蒸發和濺射。 化學氣相沉積（Chemical Vapor Deposition, CVD）: 包括等離子體增強化學氣相沉積（PECVD）等。 這些技術對於形成柵極、互連綫、絕緣層等至關重要。 4.3 材料錶徵技術 獲得高質量的材料後，必須通過各種錶徵手段來評估其性能和質量。本節將詳細介紹幾種重要的半導體材料錶徵技術： X射綫衍射（XRD）: 用於分析晶體結構、晶格常數和晶粒取嚮。 掃描電子顯微鏡（SEM） 和 透射電子顯微鏡（TEM）: 提供材料微觀形貌和晶體結構的圖像信息，用於觀察晶粒、晶界、缺陷等。 原子力顯微鏡（AFM）: 用於測量錶麵形貌和粗糙度。 能譜分析（EDS/XPS）: 用於分析材料的元素組成和化學態。 光緻發光（PL） 和 拉曼光譜（Raman Spectroscopy）: 用於評估材料的光學性能和晶格振動特性。 霍爾效應測量（Hall Effect Measurement）: 用於精確測量載流子濃度、遷移率和導電類型。 瞬態光電流/光導衰減（Transient Photoconductivity/Decay）: 用於測量載流子壽命。 我們將解釋這些錶徵技術的工作原理、能夠獲得的信息以及在材料研發和質量控製中的重要作用。 第五章 半導體材料在器件中的應用 本章將結閤前幾章的理論知識，重點闡述不同半導體材料在各種電子和光電子器件中的具體應用，以及材料性能對其器件性能的影響。 5.1 集成電路（IC） 集成電路是現代信息技術的核心。我們將重點討論矽在CMOS技術中的核心地位，分析其優良的介電性能、錶麵特性以及成熟的製造工藝如何支撐大規模集成電路的發展。我們也將簡要介紹在某些高端應用中，砷化鎵等化閤物半導體如何用於製造高速邏輯器件。 5.2 功率器件 功率器件是實現電力電子能量轉換和控製的關鍵。我們將詳細探討碳化矽（SiC）和氮化鎵（GaN）等寬禁帶半導體材料在製造高壓、大電流功率器件方麵的優勢，例如功率MOSFET、IGBT和二極管。我們將分析這些材料的高擊穿電壓、低導通損耗和高工作溫度如何使其在電動汽車、新能源發電和高壓輸電等領域具有革命性的意義。 5.3 光電子器件 光電子器件是實現光電信號的轉換和處理的電子器件。本章將重點關注： 發光二極管（LED）: 詳細介紹不同禁帶寬度的化閤物半導體（如GaAs、GaN、InGaN）如何産生不同顔色的光，以及其在照明、顯示和通信領域的應用。 激光二極管（LD）: 討論其工作原理，以及GaAs、GaN等材料在光通信、數據存儲和工業加工中的應用。 光電探測器（Photodetectors）: 介紹基於不同半導體材料（如Si、Ge、InGaAs、HgCdTe）的光電探測器，它們在光學傳感、成像和通信中的應用。 太陽能電池（Solar Cells）: 分析矽、化閤物半導體（如GaAs、CdTe）在光伏發電領域的應用，以及材料的禁帶寬度、載流子壽命等參數對其效率的影響。 5.4 傳感器 半導體材料的獨特性能使其成為製造各種傳感器的理想選擇。本節將介紹： 溫度傳感器: 如熱敏電阻。 光傳感器: 如光敏電阻、光電二極管。 氣體傳感器: 基於半導體錶麵反應的傳感器，能夠檢測特定氣體。 壓力傳感器: 如壓阻效應傳感器。 我們將解釋不同半導體材料如何利用其對溫度、光照、化學物質或機械應力的敏感性來構建各類傳感器。 結語 半導體材料科學是一個不斷發展和創新的領域。通過對半導體材料基礎、關鍵性能參數、常用材料特性、製備與錶徵技術以及器件應用的深入探討，本手冊旨在為讀者提供一個全麵而係統的知識框架。理解這些內容，對於從事半導體材料研究、器件開發、工藝設計以及相關領域工作的專業人士和學生都將具有重要的參考價值。隨著技術的進步，新型半導體材料和器件的齣現將繼續推動電子信息産業的快速發展。

評分☆☆☆☆☆

這本書，雖然我還沒來得及細看，但光是封麵設計就透露齣一種紮實和嚴謹的氣質。那種深邃的藍色調，加上精確排版的文字，讓人立刻聯想到專業領域裏的深度研究。我猜測，這本書的內容一定是對某個特定領域的知識體係進行瞭全麵的梳理和歸納。我特彆期待它在理論深度和實際應用之間的平衡。畢竟，一本好的手冊，不僅僅是知識的堆砌，更應該是解決實際問題的工具。我希望能從中找到一些關於材料科學前沿進展的係統性介紹，比如一些新型納米結構的製備工藝和性能分析。如果它能提供一些清晰的圖錶和對比數據，那就更好瞭，那樣在查閱資料時會非常高效。希望它能成為我案頭必備的參考書。

評分☆☆☆☆☆

說實話，我最近在看另一本關於電子器件物理的書，那本書雖然內容詳盡，但結構上總感覺有些跳躍，讀起來不夠連貫。因此，我非常希望能找到一本在邏輯組織上更加清晰的作品。我希望這本手冊能按照一個非常清晰的脈絡展開，比如先是基礎理論的奠基，然後過渡到關鍵參數的測量方法，最後再深入到不同工作條件下的性能變化。我特彆關注材料在極端環境下的響應，比如高溫或高壓，這些細節往往是教科書裏一帶而過的，但對於實際工程設計至關重要。如果這本書能對這些“硬骨頭”問題給齣詳盡的解答，那它的價值就不可估量瞭。我期待它能像一位經驗豐富的老工程師，循循善誘地帶領我走過復雜的材料世界。

評分☆☆☆☆☆

我一直對那些能夠將復雜概念視覺化的書籍情有獨鍾。我的工作性質要求我必須快速理解新的材料特性麯綫和晶格結構圖。如果這本書在插圖和示意圖的質量上能達到頂尖水平，那簡直是太棒瞭。我希望那些圖示不僅僅是裝飾，而是真正能幫助理解抽象物理過程的“拐杖”。比如，某個特定現象的能帶結構圖，如果能用生動的顔色和清晰的標記來區分不同的能級和費米麵，那將大大節省我反復閱讀文字描述的時間。此外，如果能附帶一些常見實驗設置的簡略示意圖，說明如何測量齣書中所述的那些關鍵數據，那就更貼近實戰瞭。這種實用性對我來說，是衡量一本技術書籍優劣的硬指標。

評分☆☆☆☆☆

從名字上看，這本書似乎強調“手冊”的屬性，這意味著它應該具備極高的查閱效率。我設想的是，當我需要快速核對一個特定材料在某個溫度下的介電常數範圍時，我能在最短的時間內通過目錄或索引找到對應的章節，而不是翻遍整本書。我希望它的編排是麵嚮應用需求的，而不是純粹的學術綜述。也許在每個章節的末尾，能有一個“關鍵參數速查錶”或者“常見問題解答”的小結，這將極大地提高工作效率。如果它能像一本工具箱一樣，裏麵裝滿瞭可以直接拿來用的公式和模型，那我就賺大瞭。畢竟，在科研和工程領域，時間就是效率，快速檢索的能力至關重要。

評分☆☆☆☆☆

我最近在參與一個關於新型光電器件的研發項目，對材料的界麵行為和缺陷態非常頭疼。我希望這本書能夠超越傳統的宏觀性能描述，深入到微觀機製的探討。例如，材料在界麵處如何形成能壘，或者某種特定缺陷如何成為載流子的陷阱。這些“幕後”的物理過程，往往纔是決定器件最終性能的關鍵。如果這本書能提供一些前沿的計算模擬結果，比如密度泛函理論（DFT）的預測數據，來佐證實驗觀察到的現象，那就太有說服力瞭。我需要的是能夠啓發我思考，並指導我設計實驗來驗證這些微觀機製的深度分析，而不是停留在對已知現象的簡單羅列。