图形化半导体材料特性手册 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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季振国 著

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• 固体物理
• 材料科学
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出版社： 科学出版社

ISBN：9787030390103

商品编码：29741019800

包装：平装

出版时间：2013-11-01

基本信息

书名：图形化半导体材料特性手册

定价：118.00元

作者：季振国

出版社：科学出版社

出版日期：2013-11-01

ISBN：9787030390103

字数：

页码：

版次：5

装帧：平装

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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电子信息材料是发展极为迅速的一类材料，但是缺少相关的特性手册。已有的类似书籍要不数据量少，要不数据陈旧，满足不了读者的需要。本书收集了大量的已经发表的实验数据，结合作者多年来的实验数据，编写了这部手册。为了便于读者进行数据处理和比较，作者操作性地把收集到的实验数据通过数值化手段转换为数据文件，便于读者进行各种数据处理。手册数据量大，特性齐全，非常适合相关领域的科技工作者和研究生使用。

目录

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作者介绍

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文摘

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序言

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《高能材料科学前沿：从原子到宏观的调控与应用》 内容梗概： 本书深入探讨了高能材料科学的最新进展，重点聚焦于材料从原子尺度到宏观尺度的结构调控，以及由此带来的在能量存储、转换、释放和安全防护等领域的颠覆性应用。我们跨越了传统的材料分类界限，将目光投向那些具有潜在高能量密度、快速反应动力学以及优异稳定性的新型材料体系。全书以理论计算、实验表征和工程应用相结合的视角，构建了一幅理解和驾驭高能材料的完整图景。 第一章：高能材料的微观基础与设计原理 本章旨在为读者构建对高能材料微观结构的深刻认识，并在此基础上阐述其宏观性能的起源。我们将从原子和分子层面入手，剖析能量存储与释放的根本机制。 1.1 原子尺度下的能量势阱与键合特性： 1.1.1 能量密度的起源： 探讨不同化学键（如共价键、离子键、金属键）的结合能与材料能量密度的关系。分析高能量密度材料（如含能化合物、高能密度电池材料）中，能量是如何以化学键能的形式被储存的。 1.1.2 电子结构与反应活性： 深入研究材料的电子云分布、能带结构、费米能级等微观电子特性如何影响其氧化还原电位、催化活性以及爆炸/燃烧反应的触发机制。我们将引入量子化学计算方法，如密度泛函理论（DFT），来预测和解释这些电子结构特征。 1.1.3 分子构效关系： 针对分子类高能材料，详细解析官能团、分子骨架、空间构型等对能量密度、稳定性、感度和爆轰性能的影响。例如，硝基、叠氮基、过氧化物等高能基团的引入及其组合策略。 1.1.4 晶格缺陷与晶界效应： 分析点缺陷（空位、间隙原子、取代原子）、线缺陷（位错）和面缺陷（晶界）在高能材料中的作用。这些缺陷往往是能量释放的活性点，同时也是影响材料稳定性的关键因素。我们将探讨如何通过控制缺陷密度和类型来调控材料的能量释放速率和安全性。 1.1.5 相变与能量存储/释放： 研究材料在不同压力、温度下的相变行为。某些相变过程伴随着显著的能量吸收或释放，这在高能材料的触发机制和能量输出方式中扮演重要角色。 1.2 宏观形貌与微观结构的协同调控： 1.2.1 纳米结构与表面效应： 深入探讨纳米化对高能材料性能的放大效应。纳米颗粒、纳米线、纳米片等形貌如何增加比表面积，提高反应活性，加速能量的传递和释放。例如，纳米化高能炸药的燃速提升，纳米级催化剂的效率增强。 1.2.2 多孔结构与能量传递： 分析多孔材料（如金属有机框架（MOFs）、共价有机框架（COFs）、多孔陶瓷）在高能材料领域的应用。孔隙结构不仅可以储存能量介质（如氢气、锂离子），还能影响能量释放过程中的传热传质，实现可控的能量释放。 1.2.3 晶粒尺寸与晶界工程： 探讨微晶化、超细晶化等手段对材料力学性能、冲击敏感性以及能量释放特性的影响。晶界的密度增加可以有效阻碍位错滑移，提高材料的强度和韧性，同时也会影响能量的传播路径。 1.2.4 复合材料设计与界面效应： 研究不同组分在高能复合材料中的协同作用。界面处的电子转移、应力传递、能量耦合是实现优异性能的关键。例如，高能炸药与聚合物粘结剂的界面，电池正负极材料与电解质的界面。 1.2.5 拓扑结构与网络化设计： 引入拓扑化学和网络科学的概念，设计具有特定拓扑结构的宏观材料，以实现能量在网络中的高效传输和分布。这在热电材料、压电材料等能量转换领域具有重要意义。 1.3 计算模拟与理论预测： 1.3.1 量子化学计算（DFT）： 作为预测材料电子结构、反应能垒、键合强度的有力工具。 1.3.2 分子动力学模拟（MD）： 用于研究原子和分子的集体运动，模拟材料在高温、高压下的行为，预测其力学性能和热稳定性。 1.3.3 介观尺度模拟： 如蒙特卡洛方法、相场模型，用于模拟材料的微观结构演化、多相反应过程。 1.3.4 机器学习与人工智能在材料设计中的应用： 介绍如何利用大数据和机器学习算法，从海量材料数据中发现潜在的高能材料，并加速材料的筛选和优化过程。 第二章：高能材料的制备与表征技术 本章详细介绍制备和表征高性能高能材料的关键技术，强调过程控制对材料性能的决定性影响。 2.1 精准合成与可控生长： 2.1.1 溶剂热/水热合成： 针对无机高能化合物、纳米材料的制备。 2.1.2 微乳液法与模板法： 用于制备形貌可控的纳米结构材料。 2.1.3 气相沉积（CVD/PVD）： 适用于制备薄膜、涂层等功能性高能材料。 2.1.4 固相反应与机械合金化： 针对一些难以通过溶液法制备的高能材料。 2.1.5 3D打印与增材制造： 新兴技术在复杂结构高能器件制造中的应用，实现高度定制化的能量释放装置。 2.1.6 原位合成技术： 在特定反应环境下直接生成目标高能材料。 2.2 能量存储材料的制备： 2.2.1 锂离子电池电极材料： 碳材料、金属氧化物、硅基材料的纳米化、掺杂、表面包覆技术。 2.2.2 固态电解质的制备： 聚合物电解质、氧化物陶瓷电解质、硫化物玻璃陶瓷电解质的合成与成型。 2.2.3 储氢材料的制备： 金属氢化物、吸附材料（如MOFs）的合成与形貌控制。 2.2.4 超级电容器材料： 导电聚合物、碳纳米管、石墨烯的制备与复合。 2.3 能量释放材料的制备： 2.3.1 高能炸药与推进剂： 晶体生长控制、纳米化、包覆技术、混合工艺。 2.3.2 燃烧材料： 氧化剂、燃料组分的优化与复合。 2.3.3 热化学材料： 储热/放热材料（如相变材料）的制备与封装。 2.4 高能材料的表征手段： 2.4.1 结构表征： X射线衍射（XRD）： 晶体结构、晶格常数、晶粒尺寸分析。 透射电子显微镜（TEM）/扫描电子显微镜（SEM）： 形貌、尺寸、微观结构观察。 原子探针断层扫描（APT）： 三维原子尺度化学成分分析。 X射线光电子能谱（XPS）/俄歇电子能谱（AES）： 表面化学态和元素组成分析。 2.4.2 电子与光学性能表征： 紫外-可见吸收/发射光谱： 材料的光学性质。 拉曼光谱/红外光谱（FTIR）： 分子振动、官能团分析。 瞬态吸收光谱： 电子激发态动力学研究。 2.4.3 热力学与动力学性能表征： 差示扫描量热法（DSC）/热重分析（TGA）： 热稳定性、相变温度、分解温度。 加速量热法（ARC）： 材料的自加速分解行为研究。 冲击波/爆轰性能测试： 爆速、爆压、敏感性测试。 燃烧速率测试： 燃烧速度、燃烧产物分析。 2.4.4 电化学性能表征： 循环伏安法（CV）/恒电流充放电（GCD）： 电池、超级电容器的电化学性能评估。 阻抗谱（EIS）： 材料的电荷转移电阻、锂离子扩散系数等。 电化学石英晶体微天平（EQCM）： 实时监测电化学过程中材料的质量变化。 第三章：高能材料在能量存储与转换中的应用 本章重点关注高能材料如何革新能量存储和转换技术，提升效率、延长寿命、降低成本。 3.1 先进二次电池技术： 3.1.1 锂离子电池的下一代材料： 硅负极、富锂锰基、镍钴锰（NCM）三元材料的优化，固态电解质的应用，高电压正极材料的设计。 3.1.2 钠离子电池、钾离子电池等： 探索低成本、高安全性的新型离子电池体系。 3.1.3 锂硫电池、锂空气电池： 针对高能量密度电池体系中的关键挑战（如穿梭效应、电解液分解）提出材料解决方案。 3.1.4 锂金属电池： 探讨如何实现锂金属负极的安全循环，包括界面工程和电解液设计。 3.2 超级电容器与混合储能器件： 3.2.1 高比表面积碳材料： 石墨烯、碳纳米管、多孔碳的制备与优化，实现优异的倍率性能。 3.2.2 金属氧化物/导电聚合物复合材料： 提升赝电容材料的能量密度和循环稳定性。 3.2.3 混合储能器件： 结合电池和超级电容器的优势，实现高能量密度和高功率密度的平衡。 3.3 氢能存储与利用： 3.3.1 高效储氢材料： 金属氢化物、化学吸附材料（如MOFs、COFs）、物理吸附材料（如高比表面积碳）的研究与开发。 3.3.2 氢气生产与催化： 发展高效、低成本的水分解催化剂（如非贵金属催化剂）。 3.3.3 燃料电池催化剂： 优化氧还原反应（ORR）和析氢反应（HER）催化剂的性能与稳定性。 3.4 热能存储与转换材料： 3.4.1 相变材料（PCMs）： 优化有机、无机、复合相变材料的热稳定性、相变焓和导热性，用于建筑节能、太阳能利用。 3.4.2 热电材料： 探索新型热电材料（如碲化物、氧化物、有机热电材料），提高其热电优值（ZT），实现废热发电。 3.4.3 形状记忆合金与聚合物： 在温度变化下实现能量储存与释放。 3.5 光电能量转换材料： 3.5.1 钙钛矿太阳能电池： 提升效率、稳定性和制备工艺。 3.5.2 有机太阳能电池（OSCs）： 设计新型给体/受体材料，实现高效率和良好的柔韧性。 3.5.3 量子点太阳能电池： 利用量子点的光学和电子特性实现高效光电转换。 3.5.4 光催化材料： 用于光解水制氢、光催化分解污染物等。 第四章：高能材料在能量释放、控制与安全防护中的应用 本章聚焦于高能材料在精确能量释放、高效能量转换以及关键安全防护领域的创新应用。 4.1 先进含能材料与起爆技术： 4.1.1 低感度高能炸药： 发展既有高能量密度又不易受机械刺激（如撞击、摩擦）影响的新型含能化合物，如TATB衍生物、CL-20衍生物等。 4.1.2 绿色含能材料： 减少有毒气体排放，研发环境友好的含能材料，如含能低熔点合金。 4.1.3 智能起爆系统： 结合传感器、微控制器和新型起爆药，实现对能量释放时机、速率和方向的精确控制。 4.1.4 推进剂与燃烧技术： 研发高性能、低烟、低燃气的固体推进剂，用于火箭、导弹和火炮。 4.1.5 燃烧与爆炸的建模仿真： 利用先进计算方法模拟复杂燃烧和爆炸过程，优化材料配方和器件设计。 4.2 冲击波与能量吸收材料： 4.2.1 冲击波防护材料： 具有高强度、高韧性和优异能量吸收能力的复合材料、金属泡沫、陶瓷基复合材料。 4.2.2 减震与吸能结构： 设计高效的能量耗散结构，用于车辆碰撞安全、军事装备防护。 4.2.3 弹道材料： 研发能够有效抵御高速弹丸穿透的复合装甲材料。 4.3 传热与热管理材料： 4.3.1 高导热材料： 氮化铝、氮化硼、碳纳米管、石墨烯等，用于电子设备、电机、LED等散热。 4.3.2 相变材料（PCMs）在热管理中的应用： 用于精确控制电子器件、电池组的工作温度。 4.3.3 热障涂层（TBCs）： 提高高温部件（如涡轮叶片）的耐高温性能。 4.4 智能响应材料与自修复材料： 4.4.1 形状记忆聚合物与合金： 在外界刺激（温度、电、光）下改变形状，实现驱动、传感或自修复功能。 4.4.2 响应性水凝胶： 用于药物释放、软体机器人等。 4.4.3 自修复涂层与复合材料： 损伤后能自动修复裂纹，延长材料使用寿命。 4.5 安全检测与防护材料： 4.5.1 高灵敏度化学传感器： 用于检测爆炸物、有毒气体、生物标志物。 4.5.2 生物相容性材料： 用于医学植入物、组织工程，与人体组织相互作用。 4.5.3 防护涂层： 抗菌涂层、抗腐蚀涂层、隐身涂层等。 第五章：高能材料的未来发展趋势与挑战 本章对高能材料科学的未来方向进行展望，并指出当前面临的关键挑战。 5.1 绿色化与可持续性： 5.1.1 环境友好型材料设计： 减少有毒元素和重金属的使用，开发可降解、可回收的高能材料。 5.1.2 能源效率与资源利用： 提高材料的能源转化效率，减少生产过程中的能源消耗和污染物排放。 5.2 集成化与多功能化： 5.2.1 材料的集成应用： 将能量存储、能量转换、能量释放等功能集成到单一材料或器件中。 5.2.2 智能材料体系： 发展能够感知环境变化并做出相应响应的材料。 5.3 智能化设计与先进制造： 5.3.1 人工智能驱动的材料发现： 利用大数据和机器学习加速新材料的研发。 5.3.2 精准可控的制造技术： 发展纳米尺度、原子尺度的精确制造方法。 5.4 安全性与可靠性： 5.4.1 提高材料的稳定性与安全性： 降低意外爆炸和失效的风险。 5.4.2 可靠的性能评估与预测： 建立更准确的材料性能评估体系。 5.5 跨学科交叉与合作： 5.5.1 材料科学与物理、化学、工程学的深度融合： 促进理论与实践的协同发展。 5.5.2 基础研究与应用开发的紧密结合： 推动研究成果的产业化转化。 《高能材料科学前沿：从原子到宏观的调控与应用》旨在为研究者、工程师以及对高能材料领域感兴趣的读者提供一个全面、深入的学习平台。我们期望通过对这些前沿知识的梳理和探讨，能够激发新的研究思路，推动高能材料科学的持续发展，并为人类社会在能源、安全、国防等领域带来更多突破性的解决方案。

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这本《图形化半导体材料特性手册》着实让人眼前一亮，尤其是在我们这个行业里，很多手册都偏向于枯燥的理论推导和密密麻麻的公式，读起来费劲不说，理解起来更是需要花费大量精力。但是这本书，从拿到手的第一感觉就是“直观”。它似乎完全理解了工程师和研发人员的需求，我们需要的不是深奥的物理学证明，而是能在第一时间把材料的性能参数和实际应用场景联系起来的工具。书里的图表设计得非常精妙，色彩搭配和布局都充满了现代感，完全不像传统技术手册那样板着脸孔。例如，在介绍某种新型二维材料的载流子迁移率时，它不是简单地给出一个数字，而是通过一系列对比鲜明的曲线图，直观地展示了温度、掺杂浓度和电场强度变化时，性能是如何波动的。这种“所见即所得”的设计哲学，极大地加快了我的信息获取速度。我记得有一次为了赶一个项目进度，需要快速评估几种不同氧化层厚度对器件阈值电压的影响，翻阅其他资料耗费了半小时才找到需要的图表，而这本书，仅仅用了不到五分钟，清晰的坐标轴和图例就让我心中有数了。这种对用户体验的极致追求，让它不仅仅是一本工具书，更像是一个高效的图形化数据分析平台。如果非要挑剔一点，或许某些罕见或新兴的超高频材料的详细族谱信息可以再丰富一些，但就目前覆盖的主流和次主流材料而言，它的出色已经毋庸置疑了。

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阅读《图形化半导体材料特性手册》的过程，更像是一次沉浸式的互动体验，而不是被动地接受信息。这本书在数据可视化方面的投入是惊人的，它似乎深谙“人类大脑处理图像信息的速度远超文字”的道理。举个例子，对于不同族群半导体（如III-V族和IV族硅基材料）的电子结构差异，它没有用复杂的哈密顿量公式来解释，而是使用了非常巧妙的“能带地形图”，通过颜色的深浅和等高线的疏密，清晰地展示了不同材料在布里渊区内的能量分布差异。这种信息编码方式，极大地降低了初学者的理解门槛，同时又不牺牲专业度。我发现，书中对“应力与应变”对能带结构影响的解读，尤其具有启发性。它通过一套标准化的应力-能带偏移量图集，让我们可以迅速预判在特定晶格失配下器件性能会如何偏移。这比纯粹依赖查表要实用得多。这本书的排版也体现出对细节的执着——页边距的留白、字体字号的选用，都使得长时间阅读也不会产生强烈的视觉疲劳。它成功的关键在于，将复杂的、抽象的材料物理性质，成功地“翻译”成了可操作的、可视化的工程数据。对于希望在快速迭代的半导体领域保持领先地位的研发人员来说，这本书是不可或缺的视觉辅助工具。

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这本书的价值，在于它建立了一套统一的“材料性能语言”。在半导体行业，不同研究组之间，甚至不同公司内部，对同一个材料的描述方式往往存在歧义或侧重点不同。而这本手册通过其独特的图形化标准，极大地缓解了这种沟通障碍。它在介绍不同掺杂剂在硅基或砷化镓中引入的局域势阱时，不仅仅提供了图谱，还附带了一套基于该图谱的“快速诊断流程图”。例如，当你观察到器件出现特定的漏电流特征时，手册会引导你通过几张图的交叉对比，锁定最可能的缺陷类型和浓度范围。这种流程化的信息呈现，使其不仅仅是参考资料，更像是一个内置了专家系统的诊断伙伴。我曾用它来对比过几家供应商提供的同类型氮化物半导体材料的质量差异，通过比对书中提供的“理想界面粗糙度与实际结果的偏差图”，我能快速识别出哪批材料在界面控制上有明显短板。这种基于可视化证据的判断，比单纯相信供应商提供的规格书要可靠得多。这本书的编纂者显然花费了巨大的心血来保证这些图形的一致性和科学严谨性，这使得它在众多资料中脱颖而出，成为一个值得信赖的性能基准平台。

评分☆☆☆☆☆

拿到这本书时，我原本是抱着一种“试试看”的心态，毕竟市面上关于半导体材料的参考书汗牛充栋，真正能称得上“必备”的凤毛麟角。然而，这本书的独特之处在于它对“特性”的解读维度非常全面且深入。它不满足于仅仅列出带隙、介电常数这些基础参数，而是深入挖掘了这些参数在实际制造工艺中的敏感性和鲁棒性。比如，在讨论SOI（硅上绝缘体）结构时，书中花费了大量篇幅去图解应力弛豫对亚阈值摆幅的影响，这种从材料本征特性到工艺窗口的跨越式关联分析，是其他手册中鲜少见到的。我特别欣赏它在热力学稳定性和化学兼容性部分的处理方式。通常这些内容要么被一笔带过，要么就是堆砌大量的热力学平衡图，但这本书用一系列三维的相图和等值线图，清晰地标示了不同沉积温度和气氛下可能出现的界面缺陷区域。这对于我们进行高温退火和钝化工艺优化时，简直是提供了导航地图。它迫使读者不再孤立地看待材料参数，而是将其置于整个半导体器件制造的复杂流程中去理解。说实话，这本书已经超出了“手册”的范畴，更像是一本结合了材料科学和先进工艺集成的高阶参考指南。唯一美中不足的是，对于光电器件中涉及的载流子寿命分布图谱，我希望能够看到更细致的深度剖面分析，但总体而言，其专业深度和广度令人敬佩。

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这本书给我的感觉，就是一位经验老到的资深工程师，把毕生的经验以最精炼、最直观的方式整理了出来。它的结构布局简直是教科书级别的典范。它没有采用按元素周期表或者按晶体结构分类的传统模式，而是采用了基于“功能导向”的分类体系。例如，有一个专门的章节是“高K/金属栅极工艺所需材料的界面特性对比”，这个分类直接命中了当前CMOS技术节点的核心痛点。书中的每一页都像精心设计的仪表盘，你不需要阅读大段文字，只需扫一眼图表和旁边的关键标注，就能立即掌握核心信息。我尤其喜欢它对“缺陷工程”部分的图示化处理。它不仅仅展示了空位和间隙原子的能级位置，还配有晶格缺陷的透视图，甚至模拟了电子在缺陷势阱中的捕获和陷阱过程。这种多尺度、多维度的信息整合能力，极大地提升了阅读效率。我发现，当我需要快速复习或向新加入团队的成员介绍某个材料的“脾气秉性”时，我都会直接翻到这本书对应的图表，这比口头描述效率高出不止一个数量级。这本书的编排思路，无疑是为效率而生的。如果说有什么需要改进，或许在对特定应力（如电迁移或ESD事件）下的材料降级路径分析上，可以增加一些更动态的模拟结果展示，但目前这种静态展示也已属上乘。