BF:半导体器件数值模拟计算方法的理论和应用 袁益让,刘蕴贤 科学出版社 97870305 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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袁益让，刘蕴贤 著

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• 半导体器件
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• 模拟计算

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出版社： 科学出版社

ISBN：9787030519009

商品编码：29372713129

包装：平装

出版时间：2018-03-01

基本信息

书名:半导体器件数值模拟计算方法的理论和应用

定价：198.00元

售价：158.4元

作者:袁益让,刘蕴贤

出版社：科学出版社

出版日期：2018-03-01

ISBN：9787030519009

字数：

版次：31

装帧：平装

开本：

编辑推荐

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内容提要

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半导体器件数值模拟计算方法是现代计算数学和工业与应用数学的重要领域。半导体器件数值模拟是用电子计算机模拟半导体器件内部重要的物理特性，获取有效数据，是设计和研制新型半导体器件结构的有效工具。本书主要内容包括半导体器件数值模拟的有限元方法、有限差分方法，半导体问题的区域分裂和局部加密网格方法，半导体瞬态问题的块中心差分方法等经典理论部分，以及半导体问题的混合元。特征混合元方法、混合元。分数步差分方法、半导体瞬态问题的有限体积元方法、半导体问题的混合有限体积元。分数步差分方法、电阻抗成像的数值模拟方法和半导体问题数值模拟的间断有限元方法等现代数值模拟方法和技术。

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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《半导体器件物理与设计：从基础理论到先进应用》 内容简介 本书旨在深入探讨半导体器件的物理学原理、数学模型以及在现代电子技术中的广泛应用。我们将从半导体材料的基础特性出发，逐步深入到各种关键器件的工作机理、设计考量以及性能优化。本书的目标读者包括高等院校电子工程、微电子学、物理学及相关专业的本科生、研究生，以及在半导体行业从事研发、设计和工程技术的专业人士。 第一篇：半导体物理基础 本篇将为读者构建扎实的半导体物理基础。我们将详细阐述晶体结构、能带理论、载流子输运等核心概念。 晶体结构与键合： 介绍常见半导体材料（如硅、锗、砷化镓）的晶体结构，如金刚石结构，并深入分析原子间的共价键合如何形成。理解晶体结构是理解电子在晶格中的行为的基础。 能带理论： 详细讲解周期势场模型、布里渊区、能带的形成（导带、价带、禁带）、费米能级以及本征半导体的导电性。区分直接带隙和间接带隙材料的特性。 掺杂与载流子： 阐述N型和P型半导体的形成机理，包括施主和受主杂质的能级，以及载流子（电子和空穴）的产生、复合过程。引入质量作用定律和麦克斯韦-玻尔兹曼分布、费米-狄拉克分布在不同温度下的应用。 载流子输运： 重点介绍载流子在电场作用下的漂移运动和浓度梯度驱动的扩散运动。详细分析载流子的迁移率，并讨论其与温度、掺杂浓度、晶格缺陷等因素的关系。引入德拜长度的概念。 PN结理论： 深入分析PN结的形成过程、内建电势、空间电荷区、以及其在平衡、外加正偏压和外加反偏压下的行为。详细推导PN结的电流-电压特性，包括二极管方程的各个组成部分（漂移电流、扩散电流、复合电流、漏电流）。讲解雪崩击穿和齐纳击穿机制。 第二篇：关键半导体器件模型与设计 本篇将聚焦于各种重要的半导体器件，深入解析其工作原理、数学模型以及设计原则。 二极管： PN结二极管： 回顾PN结理论，重点讨论实际PN结二极管的电容效应（结电容和扩散电容），以及其在高频应用中的影响。介绍肖特基二极管的工作原理，并分析其与PN结二极管的性能差异（如更低的导通电压、更快的开关速度）。 特殊二极管： 详细介绍稳压二极管（齐纳管）的稳压机理及应用，光电二极管（光敏二极管、光电导管）的光电转换原理，发光二极管（LED）的发光机理（电致发光）及结构设计，以及激光二极管（LD）的激光产生机制。 双极结型晶体管（BJT）： 工作原理与模型： 详细讲解NPN型和PNP型BJT的结构、载流子在发射区、基区、集电区中的运动过程。推导Ebers-Moll模型和Gummel-Poon模型，精确描述BJT的工作特性，包括共发射极、共集电极、共基极三种放大电路的特性。 性能参数与设计： 分析BJT的电流增益（$eta$）、穿透频率（$f_T$）、输出电阻、输入电阻等关键参数。讨论基区宽度调制效应、二次击穿等限制因素。介绍BJT的偏置电路设计，以及选择合适的BJT型号以满足特定应用需求。 场效应晶体管（FET）： 结型场效应晶体管（JFET）： 讲解JFET的工作原理，包括栅极电压对沟道导电性的控制。介绍其恒流特性，以及与BJT的比较。 金属-氧化物-半导体场效应晶体管（MOSFET）： 深入分析MOSFET的工作原理，包括MOS电容的形成、表面反型层的产生，以及增强型和耗尽型MOSFET的结构与特性。详细推导MOSFET在亚阈值区、线性区和饱和区下的输出特性方程。 MOSFET模型与设计： 介绍各种MOSFET模型，从简单的平方律模型到更精确的Spice模型。重点讨论MOSFET的跨导（$g_m$）、输出电阻、阈值电压（$V_{th}$）等关键参数。分析MOSFET的寄生效应，如短沟道效应、沟道长度调制效应、栅漏电容等。讨论CMOS器件的设计原则，包括开关速度、功耗、集成度等。 功率半导体器件： 功率二极管和功率晶体管： 介绍为承受高电压、大电流而设计的功率二极管（如整流二极管、快速恢复二极管）和功率晶体管（如功率BJT、功率MOSFET）。重点分析其热设计、散热问题、击穿电压、通态压降等特性。 电力电子器件： 详细介绍晶闸管（SCR）、双向晶闸管（TRIAC）、绝缘栅双极型晶体管（IGBT）等电力电子器件的工作原理、触发机制、以及在电力转换、电机控制等领域的应用。讨论其开关特性、导通损耗、关断损耗等。 第三篇：半导体器件的先进应用与新兴技术 本篇将探讨半导体器件在现代电子系统中的广泛应用，并展望未来发展趋势。 集成电路（IC）基础： 基本集成原理： 介绍如何将多个器件集成在同一块半导体芯片上，实现复杂的功能。讲解微细加工技术（如光刻、刻蚀、薄膜沉积）的基本原理。 数字集成电路： 介绍CMOS逻辑门电路的设计与工作原理，时序电路（触发器、寄存器）、组合逻辑电路。讨论集成电路的性能指标，如速度、功耗、噪声容限。 模拟集成电路： 介绍运算放大器（Op-Amp）的设计原理、差分放大器、电流镜等模拟电路基本模块。讨论其在信号放大、滤波、信号调理等方面的应用。 传感器与探测器： 光电传感器： 介绍各种光电传感器的工作原理，如CCD（电荷耦合器件）和CMOS图像传感器在相机、扫描仪中的应用，光电耦合器在电路隔离中的应用。 其他传感器： 探讨基于半导体器件的温度传感器、压力传感器、气体传感器等的原理与应用。 微机电系统（MEMS）： MEMS器件原理： 介绍如何利用半导体制造工艺制造微型的机械结构，与电子电路集成。讲解MEMS加速度计、陀螺仪、微镜、微泵等器件的工作原理。 MEMS应用： 探讨MEMS在消费电子、汽车电子、医疗设备、航空航天等领域的广泛应用。 新兴半导体材料与器件： 宽禁带半导体： 介绍碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）等宽禁带半导体材料的优异特性，如高击穿电压、高电子迁移率、耐高温等。探讨其在功率电子、高频通信、LED照明等领域的应用前景。 纳米半导体： 介绍量子点、纳米线、二维材料（如石墨烯、二维过渡金属硫化物）等纳米尺度半导体材料的独特光学、电学性质，以及其在下一代电子器件、光电器件、生物传感器等方面的研究进展。 量子计算： 简要介绍基于半导体量子点的量子比特概念，以及量子计算的潜在颠覆性影响。 结论 通过对本书内容的学习，读者将能够全面掌握半导体器件的基本原理，深入理解其工作机理和设计方法，并能将这些知识应用于实际工程问题中。本书的编写力求理论严谨、逻辑清晰、图文并茂，旨在为读者提供一个系统、深入的学习平台，助力其在快速发展的半导体技术领域取得成就。

评分☆☆☆☆☆

我必须承认，一开始被这本书的标题吸引，是因为“数值模拟计算”这个词听起来就非常专业，而“半导体器件”是我一直以来都想深入了解的领域。但说实话，我并没有对它抱有多大的期望，因为我担心这本书会像很多其他技术书籍一样，充斥着大量晦涩的数学推导和复杂的代码示例，对于我这样一个刚入门的读者来说，可能会望而却步。然而，这本书的开篇就给了我一个大大的赞。作者非常巧妙地引入了半导体器件的基本概念，用非常直观的比喻和图示，讲解了 PN 结、MOSFET 等核心器件的工作原理，完全没有让人感到任何压力。随后，它逐渐过渡到数值模拟方法，但整个过程都处理得非常平缓，仿佛是在循序渐进地引导读者，而不是强行灌输。我特别欣赏书中对各种模拟算法的解释，没有上来就抛出大量公式，而是先从直观的物理模型入手，再逐步引入数值方法，最后再给出数学化的表达。这种由浅入深、由易到难的逻辑顺序，让我在理解算法时感到非常轻松，甚至一度觉得我在读一本非常有趣的科幻小说，讲述的是微观世界的秘密。

评分☆☆☆☆☆

我必须说，这本书是我最近读过的技术类书籍中，最让我印象深刻的一本。我之前对半导体器件的数值模拟计算一直停留在“知道有这么回事”的层面，对于具体的实现方法和背后的原理，几乎一无所知。但这本书真的让我打开了新世界的大门。它不仅仅是一本介绍计算方法的书，更像是一本讲解“如何思考”的指南。作者在讲解每一个模拟算法时，都会先从物理本质出发，然后引出数值离散化，再到最终的算法实现，整个过程逻辑严谨，层层递进，让人能够深刻理解为什么需要这种方法，以及它到底是如何工作的。我尤其喜欢书中对于边界条件和网格划分的讲解，这些看似不起眼的细节，在实际模拟中却至关重要，这本书把它讲得非常透彻。读完这本书，我感觉自己不仅仅学会了如何使用某些模拟工具，更重要的是，我学会了如何从根本上理解和解决与半导体器件相关的数值计算问题，这是一种质的飞跃。

评分☆☆☆☆☆

这本书简直是一场意外的惊喜！我本来抱着试一试的心态买下它，因为我一直觉得半导体器件的模拟计算实在是太深奥了，总觉得会充满各种晦涩难懂的公式和算法，读起来会非常吃力。但这本书完全颠覆了我的认知。首先，它的语言风格就非常吸引人，作者并没有把枯燥的技术理论写成一本冷冰冰的教科书，而是用一种非常清晰、有条理的方式，将复杂的概念层层剥开，就像剥洋葱一样，让你一点点地理解核心。我尤其喜欢它在讲解原理时，总会穿插一些实际的应用案例，比如某个具体的晶体管模型是如何建立的，在实际设计中又起到了什么作用。这种理论与实践相结合的方式，让我不再觉得模拟计算只是纸上谈兵，而是真正能解决工程问题的方法。而且，书中对于不同模拟方法的优缺点对比分析也非常到位，让我能够根据不同的需求选择最合适的工具。读完后，我感觉自己对半导体器件的理解上升了一个层次，不再只是停留在表面，而是能够深入到其内部的物理过程和计算模型，这对我后续的学习和工作都非常有帮助。

评分☆☆☆☆☆

坦白说，我购买这本书时，并没有抱太大的期望，因为我过去接触过的很多半导体相关的书籍，要么过于理论化，要么过于偏向某一个具体的软件，很难找到一本能够系统地介绍数值模拟计算方法的。但这本书真的给了我一个大大的惊喜。它的结构非常清晰，从基础的器件物理模型，到各种数值方法的原理和算法，再到具体的应用案例，循序渐进，一点点地引领读者进入半导体器件数值模拟的世界。我特别欣赏书中对不同数值方法的对比分析，清晰地指出了它们的优缺点以及适用的场景，这对于我们工程师在实际工作中选择最合适的方法非常有帮助。而且，书中用了很多图示和例子来解释抽象的概念，这大大降低了学习难度，让我能够更直观地理解复杂的原理。总而言之，这是一本非常值得推荐的书，无论你是初学者还是有一定经验的工程师，都能从中获益匪浅。

评分☆☆☆☆☆

作为一个在半导体行业摸爬滚打多年的老兵，我总觉得理论书籍要么过于陈旧，要么过于晦涩，很难找到一本既能跟上时代步伐，又能真正解决实际问题的书。这本书在很大程度上弥补了我的这一遗憾。它在理论深度上做到了恰到好处，既没有回避关键的物理和数学原理，又避免了过度繁琐的推导，而是聚焦于核心的数值计算方法。我最看重的是书中对不同模拟软件和算法的应用场景分析，这对于我日常的工作非常有指导意义。比如，对于某个特定工艺节点下的器件，使用哪种模拟方法效率最高，结果最可靠，书中都有详细的论述和比较。我还发现，书中的很多例子和案例都非常贴近实际工程需求，并非是脱离实际的理论探讨。这让我能够直接将学到的知识运用到工作中，快速解决遇到的瓶颈问题。总的来说，这本书是一本非常实用的参考书，既能帮助新人快速入门，也能让经验丰富的工程师从中获益匪浅。