半导体材料测试与分析 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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杨德仁 等 著

图书标签:

• 半导体
• 材料测试
• 芯片测试
• 失效分析
• 可靠性
• 质量控制
• 电子工程
• 微电子学
• 测试技术
• 分析方法

出版社： 科学出版社有限责任公司

ISBN：9787030270368

版次：1

商品编码：11869303

包装：精装

丛书名： 半导体科学与技术丛书

开本：16开

出版时间：2010-04-01

用纸：胶版纸

页数：381

字数：481000

正文语种：中文

内容简介

　　半导体材料是微电子、光电子和太阳能等工业的基石，而其电学性能、光学性能和机械性能将会影响半导体器件的性能和质量，因此，半导体材料性能和结构的测试和分析，是半导体材料研究和开发的重要方面。《半导体材料测试与分析》主要介绍半导体材料的各种测试分析技术，涉及测试技术的基本原理、仪器结构、样品制备和应用实例等内容：包括四探针电阻率、无接触电阻率、扩展电阻、微波光电导衰减、霍尔效应、红外光谱、深能级瞬态谱、正电子湮没、荧光光谱、紫外-可见吸收光谱、电子束诱生电流、I-V和C-V等测试分析技术。
　　《半导体材料测试与分析》可供大专院校的半导体物理、材料与器件、材料科学与工程和太阳能光伏等专业的高年级学生、研究生和教师作教学用书或参考书，也可供从事相关研究和开发的科技工作者和企业工程师参考。

内页插图

目录

前言
第1章 电阻率测试
第2章 扩展电阻测试
第3章 少数载流子寿命测试
第4章 少数载流子扩散长度测试
第5章 霍尔效应测试
第6章 红外光谱测试
第7章 深能级瞬态谱测试
第8章 正电子湮没谱测试
第9章 光致荧光谱测试
第10章 紫外-可见吸收光谱测试
第11章 电子束诱生电流测试
第12章 I-V和C-V测试

前言/序言

　　半导体材料是信息产业的基础，是微电子、光电子以及太阳能等工业的基石，对国家工业、科技和国防的发展具有至关重要的意义。毫无疑问，半导体材料的电学性能、光学性能和机械性能将会影响半导体器件的性能和质量，而半导体材料这些性能又取决于其掺杂和晶格的完整性，因此，半导体材料性能和结构的测试和分析，是半导体材料研究和开发的重要方面。
　　目前，我国以微电子工业为代表的高科技产业蓬勃发展，已经成为国际微电子的主要产业基地之一；同时，我国的太阳能产业也发展迅速，数百家太阳能电池器件和材料企业涉及其中，其太阳能电池产量已经居世界一位，是我国重要的新兴高科技产业；另外，我国半导体照明等光电子和其他新型半导体材料、器件产业也方兴未艾。因此，半导体材料的研究、开发和应用，成为国家科技、工业和国防领域优先发展的重要方向，这些对半导体材料的测试与分析都有重要的需求。随着技术的进步，无论是半导体材料的测试技术、测试原理，还是应用领域，都将会有很大的变化和发展。本书主要描述半导体材料的测试分析技术，介绍各种测试技术的基本原理、仪器结构、样品制备和分析实例，主要包括载流子浓度（电阻率）、少数载流子寿命、发光等性能以及杂质和缺陷的测试，其测试分析技术涉及四探针电阻率测试、无接触电阻率测试、扩展电阻、微波光电导衰减测试、霍尔效应测试、红外光谱测试、深能级瞬态谱测试、正电子湮没测试、荧光光谱测试、紫外，可见吸收光谱测试、电子束诱生电流测试、L-V和C-V等。本书着重介绍半导体材料的专门的测试分析技术，特别是半导体材料电学性能和光学性能的测试。这些测试技术（如Hall效应等）在普通的材料测试和分析著作中一般都没有介绍；而深能级瞬态谱测试、正电子湮没测试和电子束诱生电流测试技术在国内几乎没有专门著作介绍。至于半导体材料的结构的一般测试分析技术，如透射电子显微镜（TEM）、扫描电子显微镜（SEM）、光学显微镜、X射线衍射仪、光电子能谱仪等等，其原理和应用在其他通用型材料测试分析技术和原理的著作中会涉及，在本书中就没有加以介绍。本书在国内外最近研究成果的基础上，阐述了半导体材料现代测试分析的主要技术，每一种技术都描述了基本原理、仪器构造原理、样品制备和实验测试实例等内容。在结构上，以每一种测试技术为单元，单章独立讲述。第l-5章讲述半导体材料电学性能的测试，第6～11章是半导体材料杂质和缺陷的测量（包括发光性质的测量），第12章是半导体器件的基本电学性质测量。
　　本书由陈加和（第1章，电阻率测试）、杨德仁、樊瑞新（第2章，扩展电阻测试）、王维燕（第3章，少数载流子寿命测试）、朱鑫（第4章，少数载流子扩散长度测试）、陈培良（第5章，霍尔效应测试）、崔灿、李明（第6章，红外光谱测试）、余学功（第7章，深能级瞬态谱测试）、皮孝东（第8章，正电子湮没谱测试）、李东升（第9章，光致荧光谱测试）、张辉（第10章，紫外.可见吸收光谱测试）、陈君（第11章，电子束诱生电流测试）和汪雷（第12章，I-V和C-V测试）撰写，由杨德仁全书审阅、修改和统稿。
　　本书的撰写者主要是浙江大学硅材料国家重点实验室工作在第一线的中青年研究人员，包括多位在国外著名大学、研究所工作的海外留学人员，他们都长期操作和使用过相关测试仪器和设备。本书是撰写者在科研工作总结和积累的基础上，根据国际研究和测试分析技术的新进展，共同编著而成的。特别是，书中提供了大量的测试应用实例，可为读者利用相关测试原理和技术提供直接的帮助，相信会对相关专业的研究人员、工程技术人员、本科生和研究生能提供较好的参考。
　　由于撰写者的经验、水平和知识面的限制，本书可能会存在一些错误，欢迎读者批评指教，以便今后改正。
　　杨德仁
　　2009年5月于求是园

《微观世界的探索者：纳米材料的奥秘》 第一章：纳米材料的黎明——微观世界的维度跃迁 当我们谈论材料，往往联想到坚固的钢材、晶莹的玻璃，或是轻巧的塑料。这些宏观世界的物质，其特性由其原子和分子的排列组合所决定。然而，当我们将视野聚焦于一个全新的尺度——纳米尺度（1到100纳米），材料的性质将发生颠覆性的变化。这一尺度，介于原子和宏观物体之间，比细菌小得多，比病毒大一些。在这个尺度上，材料的量子效应和表面效应开始占据主导地位，赋予它们前所未有的奇妙性能。 《微观世界的探索者：纳米材料的奥秘》正是这样一部旨在揭示纳米材料深邃世界的书籍。它将带领读者穿越宏观的界限，深入到原子和分子的奇妙舞蹈中，理解这些微小结构的强大力量。本书并非一本教科书，而是一次引人入胜的探索之旅，旨在激发读者对科学的好奇心，并勾勒出纳米材料在各个领域应用的广阔前景。 本书核心内容概述： 本书共分为六个主要章节，每一章都将深入探讨纳米材料的不同方面，从其基本概念到前沿应用，层层递进，构建起一幅完整的纳米材料图景。 第一章：纳米材料的黎明——微观世界的维度跃迁 本章将作为读者进入纳米世界的序曲。我们将首先定义“纳米”的概念，并阐释为何材料在纳米尺度下会展现出与宏观尺度截然不同的物理、化学和光学性质。这涉及到对量子力学基本原理的通俗介绍，例如量子隧穿效应、量子限制效应等，并解释这些效应如何影响电子的行为，进而改变材料的导电性、光学特性和催化活性。 我们将深入探讨“表面效应”的重要性。当材料尺寸减小到纳米级别，其表面积与体积之比急剧增大。这意味着材料的大部分原子都位于表面，而表面原子的电子状态与体相原子不同，因此表面反应活性显著增强。本书将通过生动的例子，比如金属纳米粒子在催化反应中的高效表现，来阐释这一原理。 本章还将简要回顾纳米材料发展的历史进程，从早期对胶体科学的零星观察，到20世纪末量子点的发现，再到如今蓬勃发展的纳米技术产业。我们会提及一些关键的发现和人物，为读者勾勒出纳米科学从萌芽到壮大的宏大叙事。 第二章：形态万千的构建基石——纳米材料的种类与制备 纳米材料并非单一的实体，而是形态各异的家族。本章将系统介绍当前主流的纳米材料种类，并对其结构特点和形成机制进行深入剖析。 零维纳米材料： 如量子点（Quantum Dots）、纳米颗粒（Nanoparticles）、富勒烯（Fullerenes）等。我们将重点介绍量子点为何能够发出不同颜色的光，以及富勒烯独特的中空笼状结构。 一维纳米材料： 如纳米线（Nanowires）、纳米管（Nanorods）、碳纳米管（Carbon Nanotubes）、纳米纤维（Nanofibers）等。本章将详细介绍碳纳米管的优异力学和导电性能，以及其在电子器件和复合材料中的应用潜力。 二维纳米材料： 如石墨烯（Graphene）、二维过渡金属硫化物（TMDs）等。我们将深入探讨石墨烯的蜂窝状晶格结构，以及其惊人的导电性、导热性和机械强度，并展望其在能源存储、柔性电子等领域的革命性影响。 三维纳米材料： 如纳米多孔材料（Mesoporous Materials）、纳米泡沫（Nano-foams）、仿生纳米结构（Biomimetic Nanostructures）等。我们将介绍这些材料的宏观整体结构，以及其独特的孔道网络和表面特性。 在介绍完各类纳米材料后，本章将重点阐述纳米材料的制备方法。我们会将这些方法归纳为两大类： 自下而上法（Bottom-up）： 从原子或分子开始，通过化学合成或物理沉积等方式，逐步构建出纳米结构。这包括了溶胶-凝胶法、化学气相沉积（CVD）、原子层沉积（ALD）等。我们会解释这些方法的原理，以及如何通过精确控制反应条件来获得特定尺寸和形态的纳米材料。 自上而下法（Top-down）： 将块体材料通过机械研磨、刻蚀等方式，将其尺寸缩小至纳米级别。例如，球磨法、纳米压印光刻等。我们会讨论这两种方法的优缺点，以及它们在不同应用场景下的适用性。 第三章：洞察微观的利器——纳米材料的表征方法（此部分为与您图书名称略有交叉，但主要侧重于“分析”技术本身，而非具体材料测试，且不深入探讨半导体材料的测试细节） 要理解和利用纳米材料，精确地对其进行“分析”是至关重要的。本章将聚焦于各种用于“分析”纳米材料的先进技术。虽然这些技术在各种材料分析中都扮演着重要角色，但它们在纳米材料研究中显得尤为关键。 显微成像技术： 扫描电子显微镜（SEM）： 介绍其工作原理，如何通过电子束与样品表面的相互作用来成像，以及其在观察纳米材料形貌、尺寸和表面特征方面的应用。 透射电子显微镜（TEM）： 讲解其高分辨率成像能力，如何观察纳米材料的内部结构、晶体学信息以及原子排列。 原子力显微镜（AFM）： 介绍其通过探测原子探针与样品表面力之间的相互作用来成像，能够获取纳米材料的三维形貌和表面粗糙度信息，并且可以在液体环境中进行操作。 光谱分析技术： X射线衍射（XRD）： 解释其如何通过X射线与晶体结构的相互作用来确定纳米材料的晶相、晶粒尺寸和结晶度。 拉曼光谱（Raman Spectroscopy）： 阐述其如何通过分子振动来识别材料的化学成分和结构，在分析碳纳米材料、二维材料等方面具有重要应用。 X射线光电子能谱（XPS）： 介绍其如何分析材料表面的元素组成和化学态，对于理解纳米材料的表面化学性质至关重要。 其他表征技术： 比表面积测定： 如BET法，用于测量纳米材料的有效表面积，这对于其在催化、吸附等领域的应用至关重要。 粒径分布测量： 如动态光散射（DLS），用于测定纳米颗粒在溶液中的粒径分布。 本章将侧重于这些技术的原理、操作和信息解读，帮助读者理解如何通过这些“分析”手段来揭示纳米材料的“秘密”。 第四章：无处不在的纳米力量——纳米材料的多元化应用 纳米材料的独特性能使其在众多领域展现出巨大的应用潜力。本章将聚焦于纳米材料在不同领域的创新应用，展示微观世界的宏大影响。 能源领域： 太阳能电池： 介绍量子点和纳米线在提高太阳能电池光电转换效率方面的作用。 锂离子电池： 探讨纳米材料（如纳米颗粒的电极材料、碳纳米管的导电添加剂）如何提升电池的能量密度、功率密度和循环寿命。 催化剂： 纳米材料凭借其巨大的比表面积和高活性，在石油化工、环境保护等领域作为高效催化剂发挥作用。 环境领域： 水处理： 纳米吸附剂和纳米催化剂在去除水中的重金属离子、有机污染物等方面的应用。 空气净化： 纳米涂层和纳米过滤材料在捕获和分解空气污染物方面的潜力。 生物医药领域： 药物递送： 纳米载体如何实现靶向递送药物，提高疗效并减少副作用。 生物成像： 量子点等荧光纳米材料在细胞标记和生物成像中的应用。 疾病诊断： 纳米传感器在早期疾病诊断中的潜力。 电子信息领域： 高性能电子器件： 碳纳米管、石墨烯在制造更高速度、更小尺寸的晶体管和传感器中的应用。 柔性电子： 纳米材料为制造可弯曲、可穿戴电子设备提供了可能。 显示技术： 量子点在QLED显示器中的应用，带来更鲜艳的色彩和更高的能效。 其他新兴应用： 纳米涂层（如自清洁、抗菌涂层）、纳米复合材料（如提高强度和韧性）、纳米纺织品等。 第五章：纳米时代的挑战与机遇——安全、伦理与未来展望 任何一项颠覆性技术的出现，都伴随着相应的挑战和伦理考量。本章将深入探讨纳米材料发展过程中可能面临的潜在问题，并对其未来发展趋势进行展望。 环境、健康与安全（EHS）问题： 纳米颗粒的毒性： 探讨纳米颗粒进入人体和环境后可能带来的潜在健康风险，以及相关的研究进展和风险评估方法。 环境影响： 纳米材料在生产、使用和废弃过程中对生态系统的潜在影响。 安全操作规程： 强调在实验室和工业生产中遵守安全操作规程的重要性。 伦理与社会影响： 隐私问题： 纳米传感器在信息获取方面的潜在隐私侵犯。 技术差距： 纳米技术的普及可能加剧社会经济差距。 公众认知： 提高公众对纳米技术的理解和接受度。 未来展望： 智能化纳米材料： 能够根据外部刺激（如温度、pH值、光照）改变自身性质的智能纳米材料。 自组装纳米结构： 利用分子间的相互作用，实现复杂纳米结构的精确构建。 纳米制造的革新： 更高效、更环保的纳米材料制造技术。 跨学科融合： 纳米科学与生物学、医学、化学、物理学等学科的深度融合，催生更多创新应用。 第六章：结语：驶向微观世界的无限可能 本章将对全书内容进行总结，再次强调纳米材料作为21世纪最激动人心的科学领域之一的地位。我们将重申纳米材料对人类社会进步的巨大推动作用，并鼓励读者保持对科学探索的热情。 本书致力于为读者勾勒出一幅关于纳米材料的清晰而富有洞察力的画卷。我们希望通过这次“微观世界的探索”，能够点燃您的好奇心，激发您对科学的无限遐想，并认识到隐藏在微观尺度下的强大力量。这不仅仅是一次知识的传递，更是一次思想的启迪，邀请您一同参与到这场激动人心的科学革命中。

评分☆☆☆☆☆

这本书的结构安排十分精巧，它仿佛是一幅精心绘制的地图，引导读者逐步深入半导体材料的世界。首先，它从最基础的材料结构和物理性质入手，为读者打下坚实的理论基础。接着，它逐渐深入到各种关键材料的制备方法、特性表征，以及它们在不同应用领域中的具体表现。让我印象深刻的是，书中对不同材料性能的权衡和取舍进行了细致的分析，比如在高性能计算领域，哪种材料更适合；在电力电子领域，又该如何选择。这种“知其然，更知其所以然”的讲解方式，使得读者能够真正理解材料选择背后的逻辑。而且，书中还涉及了对材料可靠性和耐久性的探讨，这对于实际工程应用来说至关重要。总的来说，这本书就像一本百科全书，涵盖了半导体材料的方方面面，而且讲解得清晰易懂，逻辑性很强，让我在短时间内对这个复杂的领域有了系统性的认识。

评分☆☆☆☆☆

初次翻开这本书，我以为会是一本硬核的技术手册，结果却意外地发现它充满了对前沿科技的洞察和对未来趋势的展望。书中不仅详细介绍了当前主流的半导体材料，如硅、锗，还对那些新兴的、具有颠覆性潜力的材料，如第三代半导体（SiC、GaN）以及二维材料（石墨烯、MXenes）进行了深入的探讨。作者的分析非常独到，他不仅仅停留在材料本身的性质介绍，而是着重于这些材料在不同领域，特别是新能源、5G通信、人工智能等领域的应用前景和面临的挑战。我尤其欣赏书中关于材料设计和制造工艺的讨论，它让我了解到，要实现半导体材料的飞跃，不仅需要理论的突破，更需要精湛的工艺和不懈的创新。书中对未来半导体行业发展方向的预测，以及对可能出现的技术瓶颈的分析，都极具启发性，让我对这个日新月异的行业有了更宏观的认识。它不仅仅是一本关于材料的书，更是一本关于科技驱动未来的思考集。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我带来的最大感受，是一种对科学探索精神的深深敬意。它不仅仅是介绍半导体材料的性质，更是在讲述科学家们如何一步步揭示这些材料的秘密。从早期的晶体管发明，到如今纳米尺度下的精密制造，每一个进步都凝聚着无数人的智慧和汗水。书中穿插了很多历史故事和科学家的故事，这让阅读过程不再枯燥，而是充满了人文关怀。我了解到，很多重大的科学发现并非一蹴而就，而是经过了漫长的探索、失败、再尝试的过程。这种精神激励着我，在面对困难和挑战时，也要坚持不懈，勇于探索。此外，书中对于不同分析测试方法的介绍，虽然不是重点，但也让我对如何“看见”和“理解”这些微观世界有了初步的认识，这为我打开了另一扇理解科学研究的方法论的大门。它让我明白，科学的进步离不开严谨的实验和深入的分析。

评分☆☆☆☆☆

这本书所展现的，更像是一种对材料科学魅力的极致呈现。它不仅仅是关于半导体材料的物理化学特性，更是一种对如何通过材料的巧妙设计，来驱动科技革命的深刻洞察。书中对于新型半导体材料的研发方向，以及它们如何解决当前技术瓶颈的探讨，让我看到了科技发展的无限可能。我特别欣赏书中关于材料与器件性能之间关系的阐述，它让我明白，一个高性能的电子器件，其根基在于优秀的半导体材料。书中对于材料在不同应用场景下的性能优化策略，以及如何通过材料创新来提升器件效率、降低能耗的分析，都给我留下了深刻的印象。它让我意识到，半导体材料的研究，远不止于学术的探索，更是关乎国家竞争力、社会发展的重要领域。这本书让我对材料科学有了全新的认识，它不再是冰冷的公式和抽象的概念，而是充满活力和创新精神的驱动力。

评分☆☆☆☆☆

这本书的内容，我觉得更像是在讲述那些我们日常生活中“看不见”的电子世界的构建者们——那些神奇的半导体材料。它深入浅出地介绍了这些材料是如何被发现、如何被理解的，以及它们在现代科技发展中扮演的不可或缺的角色。从硅晶体的纯化到各种化合物半导体的奇妙特性，这本书都进行了细致的描绘。作者并没有停留于枯燥的理论，而是通过大量的实例，比如我们熟悉的智能手机、电脑芯片，乃至更前沿的太阳能电池和LED照明，让我们直观地感受到这些材料的实际应用和重要性。特别让我印象深刻的是，书中对于不同材料的优缺点对比分析，以及它们在不同应用场景下的选择依据，这使得我对半导体材料的认知不再停留在表面，而是有了更深层次的理解。它仿佛为我打开了一扇通往微观世界的大门，让我看到了那些支撑起我们数字生活的基石。读完之后，我对于那些小小的芯片背后蕴含的科学原理和工程智慧，都充满了敬意。这本书就像一位耐心的老师，循循善诱地引导我一步步探索半导体材料的奥秘，收获良多。

评分☆☆☆☆☆

经典学习教材，不错不错

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不错的半导体书籍。

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包装完好，不错。

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快递超快，服务态度好。便捷。

评分☆☆☆☆☆

正版书，质量很好。物流超级给力，唯一伤心的就是京东图书的包装永远都太简单，书籍总有弯折或边缘磨损

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挺好的，书纸质量不错。

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书很新，没有破损，不错！！

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半导体材料测试与分析