半导体物理性能手册 卷 (日)足立贞夫 9787560345130 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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日足立贞夫 著

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• 9787560345130

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出版社： 哈尔滨工业大学出版社

ISBN：9787560345130

商品编码：29379232035

包装：平装

出版时间：2014-04-01

基本信息

书名：半导体物理性能手册 卷

定价：198.00元

作者：(日)足立贞夫

出版社：哈尔滨工业大学出版社

出版日期：2014-04-01

ISBN：9787560345130

字数：

页码：

版次：1

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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《半导体物理性能手册(卷)(英文版)》系Springer手册精选原版系列。《半导体物理性能手册(卷)(英文版)》主要包括Diamond（C）、Silicon（Si）、Germanium（C）、Gray Tin（a—Sn）、Cubic Silicon Carbide（3C—SiC）、Hexagonal Silicon Carbide（2H—，4H—，6H—SiC，etc.）、Rhombohedral Silicon Carbide（15R—，21R—，24R—SiC，etc.）等内容。

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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《半导体材料科学基础与应用》 第一章 半导体材料的晶体结构与电子特性 本章旨在深入探讨构成现代电子信息技术基石的半导体材料。我们将从最基本的层面出发，剖析各类半导体材料的晶体结构，包括其原子排列方式、晶格常数、对称性等关键参数。理解晶体结构是掌握材料宏观性能的起点，因为材料的微观结构直接决定了其宏观的物理和电学性质。 我们会详细介绍不同类型的半导体材料，如元素半导体（硅、锗）和化合物半导体（砷化镓、磷化铟、氮化镓等）。对于每种材料，我们将阐述其独特的晶体结构特点，例如硅的钻石结构，砷化镓的闪锌矿结构。我们将深入分析这些结构如何影响材料的电子能带结构，包括价带、导带以及禁带宽度。禁带宽度是区分导体、绝缘体和半导体的核心指标，我们将解释它如何决定材料的导电能力，以及温度、掺杂等因素对其的影响。 接下来，本章将聚焦于半导体材料的电子特性。我们将详细讲解载流子（电子和空穴）的概念，以及它们在半导体中的产生、运动和复合机制。我们会深入探讨自由载流子的浓度、迁移率以及寿命等关键参数，并分析它们如何受到晶体缺陷、杂质原子以及外场（电场、磁场）的影响。 为了更直观地理解电子特性，我们将引入费米能级和玻尔兹曼统计、费米-狄拉克统计等统计力学概念。费米能级代表了电子在材料中占据能量状态的概率分布，其位置对于理解半导体材料的导电类型（N型或P型）至关重要。我们将详细阐述本征半导体和外延半导体的电子特性差异，并深入分析掺杂对费米能级位置、载流子浓度以及导电类型的影响。 此外，本章还将涵盖半导体材料的导电机制，包括本征导电和杂质导电。我们将解释在外加电场作用下，载流子如何在晶体中定向运动形成电流，并详细推导描述电流密度的欧姆定律及其修正形式。我们还会介绍载流子的扩散和漂移现象，以及它们在PN结等核心半导体器件结构中的重要作用。 最后，本章将概述一些重要的半导体参数，如介电常数、热导率、肖特基势垒高度等，并阐述它们与材料晶体结构和电子特性的内在联系，为后续章节的学习打下坚实的基础。 第二章 半导体材料的制备与生长技术 本章将重点介绍半导体材料从粗糙原料到高质量晶体器件的转化过程中所涉及的各种制备与生长技术。高纯度、高质量的半导体晶体是制造高性能电子器件的前提，因此，掌握先进的材料制备技术至关重要。 我们将首先讨论高纯度半导体原料的提纯方法，如区域熔炼法（Zone Melting）和直拉法（Czochralski Method）。区域熔炼法通过在固体材料中移动一个熔融区域，利用杂质在固液界面溶解度的差异，逐步将杂质从材料中分离出来，从而获得超高纯度的多晶硅。直拉法则是将单晶籽晶浸入熔化的单晶原料中，通过控制温度梯度和提拉速度，生长出具有特定取向的单晶棒。我们将详细分析这两种方法的原理、工艺流程、优缺点以及在不同材料制备中的应用。 接下来，我们将深入探讨单晶生长技术。除了直拉法，我们还将介绍提拉生长法（Floating Zone Method）和坩埚下降法（Bridgman Method）。对于化合物半导体，由于其组分和熔点复杂，需要特殊的生长技术，例如化学气相沉积（CVD）和分子束外延（MBE）。CVD是一种通过化学反应在基底上沉积薄膜的工艺，通过控制反应气体、温度和压力，可以获得高质量的晶体薄膜。MBE则是一种在超高真空环境下，通过精确控制原子束或分子束的流量，在衬底上逐层原子地生长晶体的技术，其主要优点是可以实现原子级别的精确控制，生长出超薄、高质量的异质结和量子结构。 本章还将详细介绍外延生长技术，这是半导体器件制造中的核心环节。我们将重点介绍液相外延（LPE）、气相外延（VPE）和金属有机化学气相沉积（MOCVD）等关键技术。MOCVD因其对生长参数的高度可控性和优异的薄膜质量，在现代化合物半导体制造中占据主导地位。我们将深入解析MOCVD的反应机理、设备结构、工艺参数（如源气流量、基板温度、压力）对薄膜形貌、成分、掺杂以及表面质量的影响。 此外，我们还将讨论晶圆的加工过程，包括切割、抛光和清洗。晶圆是制造半导体器件的基础载体，其平整度和表面质量直接影响后续的光刻、刻蚀等工艺。我们将介绍这些工艺的关键技术要点和质量控制标准。 最后，本章将对半导体材料的生长质量进行评估的常用方法进行概述，如X射线衍射（XRD）、电子显微镜（SEM/TEM）和原子力显微镜（AFM），为理解材料的微观结构和缺陷提供技术支撑。 第三章 半导体器件的物理原理与基本结构 本章将聚焦于半导体材料如何被加工成能够执行特定功能的电子器件，并深入剖析这些器件的核心物理原理和基本结构。本章旨在为读者理解各类半导体器件的工作机制奠定坚实的理论基础。 首先，我们将从最基本的PN结开始。PN结是由P型半导体和N型半导体紧密接触形成的。我们将详细阐述PN结的形成过程，包括载流子扩散、耗尽区形成以及内建电势的产生。我们将深入分析PN结在外加正向偏压和反向偏压下的伏安特性曲线，解释其整流作用的物理机制。本章还将介绍PN结的电容效应，以及其在高速开关和调制电路中的应用。 在此基础上，我们将引入二极管的多种基本类型。这包括整流二极管、稳压二极管（齐纳管）以及发光二极管（LED）和光电二极管（PD）。我们将详细分析它们各自的工作原理，例如齐纳管的反向击穿特性，LED的发光机制（电致发光）及其与禁带宽度的关系，以及光电二极管的光电转换原理。 接着，本章将深入探讨晶体管，这是现代电子器件的核心。我们将首先介绍双极结型晶体管（BJT）。我们将详细讲解BJT的结构（发射区、基区、集电区），工作模式（放大、开关），以及输入输出特性曲线。我们将重点阐述BJT的放大原理，包括基极电流如何控制集电极电流，以及其电流增益（β）的物理意义。 然后，我们将转向场效应晶体管（FET），特别是MOSFET（金属-氧化物-半导体场效应晶体管）。MOSFET是当今集成电路中最主要的器件类型。我们将详细讲解MOSFET的结构（栅极、源极、漏极、沟道），以及其工作原理。我们将区分NMOS和PMOS晶体管，并重点阐述它们是如何通过栅极电压控制沟道电导的。我们将详细分析MOSFET的四种工作区域：截止区、线性区（欧姆区）、饱和区和亚阈值区，以及其对应的I-V特性曲线。 此外，本章还将介绍其他重要的半导体器件，如： 结型场效应晶体管（JFET）：与其MOSFET的原理进行对比和分析。 肖特基二极管：介绍金属-半导体接触的特殊性及其应用。 光电器件：除LED和PD外，还将涉及光敏电阻、太阳能电池等。 功率半导体器件：如IGBT（绝缘栅双极型晶体管）和功率MOSFET，介绍其在大功率应用中的特性。 在讲解每一种器件时，我们都会强调其关键的物理参数，如击穿电压、跨导、阈值电压、开关速度等，并解释这些参数如何受到材料性质和器件结构的影响。本章的最终目标是让读者能够清晰地理解不同半导体器件的内部工作机制，为理解更复杂的集成电路设计和应用打下基础。 第四章 半导体器件的集成与应用 本章将探讨半导体器件如何被集成到复杂的集成电路（IC）中，以及这些集成电路在当今科技领域中的广泛应用。我们将从宏观层面理解半导体技术如何驱动信息时代的进步。 首先，我们将介绍集成电路的基本概念和分类。我们将区分模拟集成电路和数字集成电路，并阐述它们各自的应用领域。我们将讨论单片集成电路（Monolithic IC）和混合集成电路（Hybrid IC）的区别。 接下来，我们将重点介绍数字集成电路的设计与构建。我们将从逻辑门（AND, OR, NOT, NAND, NOR, XOR）的实现出发，展示如何利用晶体管构建基本的逻辑单元。我们将深入探讨组合逻辑电路和时序逻辑电路的设计原理，并介绍常用的逻辑系列，如TTL（晶体管-晶体管逻辑）和CMOS（互补金属氧化物-半导体）逻辑。CMOS技术因其低功耗和高集成度，已成为现代数字集成电路的主流。 在本章中，我们将详细介绍CMOS工艺如何实现各种逻辑功能，以及其在微处理器（MPU）、微控制器（MCU）和存储器（RAM, ROM, Flash Memory）等核心数字芯片中的应用。我们将探讨存储器的工作原理，包括静态随机存取存储器（SRAM）和动态随机存取存储器（DRAM）的存储单元结构和读写机制，以及非易失性存储器（如Flash）的存储原理。 然后，我们将转向模拟集成电路。我们将介绍运算放大器（Op-amp）的基本原理和应用，它们是构建各种模拟信号处理电路（如滤波器、放大器、振荡器）的核心单元。我们将讨论滤波器（低通、高通、带通）的设计，以及模拟-数字转换器（ADC）和数字-模拟转换器（DAC）的工作原理和在信号链中的作用。 本章还将深入探讨半导体集成电路的制造工艺流程，包括光刻、刻蚀、薄膜沉积、离子注入和互连等关键步骤。我们将解释这些工艺如何将数百万甚至数十亿个晶体管和其它元件精确地集成到硅片上。我们将简要介绍先进的制造技术，如多层金属互连、三维堆叠等，以及它们如何支持更高性能和更密集度的集成。 最后，我们将概述半导体集成电路在各个领域的广泛应用，包括： 通信系统：手机、基站、路由器、光通信。 计算机：CPU、GPU、主板芯片组、固态硬盘。 消费电子：电视、相机、音频设备、智能家居。 汽车电子：发动机控制单元（ECU）、安全系统、车载娱乐系统。 医疗设备：影像设备、诊断仪器、植入式医疗器。 工业控制：自动化生产线、机器人、传感器网络。 航空航天：卫星、飞行控制系统。 我们将强调半导体技术在推动这些领域创新和发展中的关键作用，并展望未来半导体技术的发展趋势，如更小的制程、新型半导体材料（如III-V族化合物、二维材料）的应用、异构集成以及量子计算等前沿领域。本章旨在让读者认识到半导体集成电路的强大力量，以及它们在现代社会中所扮演的不可或缺的角色。

评分☆☆☆☆☆

这本书的装帧质量和纸张触感着实让我感到惊喜。在这个数码阅读日益盛行的时代，一本纸质书的质感往往能决定读者是否愿意真正“沉浸”其中。这本书的纸张选择非常考究，既不会因为反光影响阅读体验，又保证了足够的韧性，使得在反复查阅特定章节时不必担心书页的损坏。更让我欣赏的是，它在图表和公式的排版上展现出的匠心。半导体物理的精髓往往隐藏在那些密集的符号和复杂的几何图形中，如果排版稍有不慎，极易造成视觉疲劳甚至理解偏差。然而，这本书似乎在这方面下足了功夫，图文的对照处理得相当流畅自然，公式的对齐和字号的选择都体现出对读者友好度的极致追求。这种对细节的关注，让我觉得作者和出版方不仅仅是知识的搬运工，更是知识体验的塑造者。我期待着在深夜台灯下，用指尖摩挲着这些凝结了智慧的文字和图示，进行一次宁静而深入的思维对话。

评分☆☆☆☆☆

虽然我主要关注的是电子器件层面的应用，但我对基础物理原理的深度也保持着高度警惕。市面上很多手册为了追求广度，往往在关键的理论推导上草草了事，只给出结论，这对于试图理解“为什么是这样”的读者来说是致命的。这本书在内容的选择上，似乎在理论深度和工程实用性之间找到了一个微妙的平衡点。我希望它能够用清晰的逻辑链条，解释从宏观热力学到微观量子力学过渡过程中，那些定义了半导体行为的核心假设和近似。如果能对某些经典模型（比如德拜模型或有效质量概念）的局限性也有所阐述，那就更完美了。毕竟，技术的进步往往发生在对现有模型的挑战和超越之上。我对这种扎实的理论根基抱有很高的期望，相信它能赋予我分析新型材料和非标准工作条件时的底层洞察力。

评分☆☆☆☆☆

从我个人对这类技术手册的阅读习惯来看，一本优秀的参考书必须具备极强的“可溯源性”和“交叉引用”能力。我迫不及待地翻看了几个看似不连贯的章节标题，试图感受它内部的逻辑联系。我的直觉告诉我，这本书似乎构建了一个紧密交织的网络，而不是孤立的知识点集合。例如，某个关于载流子输运的章节，我预感它会清晰地回溯到前面关于晶格振动和散射机制的论述，形成一个完整的物理图像。如果这本书真的做到了这种无缝衔接，那么它就超越了一本单纯的教科书，而更像是一个专业的“知识导航仪”。它能帮助读者在面对某一特定技术难题时，迅速定位到其背后的所有相关物理基础，从而实现由“知其然而知其所以然”的飞跃。这种系统性的思维构建，对于从事前沿研究的工程师而言，是节省宝贵时间、避免“重复发明轮子”的关键所在。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计给我的第一印象是沉稳而专业，那种带着一丝年代感的排版和配色，仿佛能嗅到纸张中散发出的知识的厚重感。虽然我还没来得及深入研读其中的具体内容，但仅仅是翻阅前几页的目录结构，就能感受到编著者在梳理这个庞大体系时的严谨态度。我注意到它似乎将半导体领域的基础理论与实际应用场景进行了精妙的划分，这对于像我这样既想打牢理论基础，又急需解决实际工程问题的读者来说，简直是一份量身定做的路线图。特别是对于那些在晶体结构、能带理论这些核心概念上感到吃力的初学者，我想这本书的讲解方式可能提供了一种清晰的、循序渐进的理解路径，而不是简单地堆砌复杂的数学公式。它给我的感觉是，它不只是记录了知识点，更是用心雕琢了一座通往半导体世界的大门，让推开门的人能够带着敬畏和清晰的认知踏入。这种对知识体系的精心编排，本身就是一种价值的体现，让人对其内文的深度和广度充满了期待，相信它能成为我书架上最常被翻阅的参考书之一。

评分☆☆☆☆☆

这本书的作者署名和出版信息透露出一种强烈的学术传承感。面对如此专业且庞大的主题，作者的背景和积累无疑是质量的有力保证。我推测，这本书不仅仅是某一位学者的个人总结，更可能融入了多年教学实践中对学生常见困惑点的系统性解答。这使得它在语言风格上，可能比纯粹的研究论文更具可读性，更懂得如何“对话”读者。我期待着在阅读过程中，能感受到那种“过来人”的引导，仿佛有一位经验丰富的导师在我身边，用精准且富有耐心的措辞，将那些原本晦涩难懂的概念，转化为清晰可把握的物理图像。这种融合了学术严谨性与教学智慧的叙事方式，是衡量一本工具书是否能长久留在书架上的重要标准，它关乎着这本书能陪伴我度过多少个从迷茫到豁然开朗的瞬间。