半導體器件數值模擬計算方法的理論和應用(精) pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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袁益讓劉蘊賢 編

圖書標籤:

• 半導體器件
• 數值模擬
• 計算方法
• 理論
• 應用
• 微電子學
• 器件物理
• 仿真
• 高等教育
• 工程技術

店鋪： 博庫網旗艦店

齣版社： 科學

ISBN：9787030519009

商品編碼：29737250788

開本：16

齣版時間：2018-02-01

基本信息

• 商品名稱：半導體器件數值模擬計算方法的理論和應用(精)
• 作者：袁益讓//劉蘊賢
• 定價：198
• 齣版社：科學
• ISBN號：9787030519009

其他參考信息（以實物為準）

• 齣版時間：2018-02-01
• 印刷時間：2018-02-01
• 版次：1
• 印次：1
• 開本：16開
• 包裝：精裝
• 頁數：494
• 字數：630韆字

內容提要

半導體器件數值模擬計算方法是現代計算數學和 工業與應用數學的重要領域。半導體器件數值模擬是 用電子計算機模擬半導體器件內部重要的物理特性， 獲取有效數據，是設計和研製新型半導體器件結構的 有效工具。袁益讓、劉蘊賢著的《半導體器件數值模 擬計算方法的理論和應用(精)》主要內容包括半導體 器件數值模擬的有限元方法、有限差分方法，半導體 問題的區域分裂和局部加密網格方法，半導體瞬態問 題的塊中心差分方法等經典理論部分，以及半導體問 題的混閤元一特徵混閤元方法、混閤元一分數步差分 方法、半導體瞬態問題的有限體積元方法、半導體問 題的混閤有限體積元一分數步差分方法、電阻抗成像 的數值模擬方法和半導體問題數值模擬的間斷有限元 方法等現代數值模擬方法和技術。
     本書可作為信息與計算數學、數學與應用數學、 計算機軟件、計算流體力學、石油勘探與開發、半導 體器件、環境與保護、水利和土建等專業高年級本科 生的參考書或研究生教材，也可供相關領域的教師、 科研人員和工程技術人員參考。
    

目錄

前言
第1章 半導體器件數值模擬的有限元方法
1.1 半導體器件數值模擬的特徵有限元和混閤元方法
1.1.1 引言
1.1.2 特徵有限元格式
1.1.3 特徵有限元格式的收斂性
1.1.4 特徵混閤元格式及其收斂性
1.2 非矩形域半導體瞬態問題的交替方嚮特徵有限元方法
1.2.1 某些預備工作
1.2.2 交替方嚮修正特徵有限元方法
1.2.3 收斂性分析
1.3 半導體瞬態問題的變網格交替方嚮特徵有限元方法
1.3.1 某些預備工作
1.3.2 特徵修正交替方嚮變網格有限元格式
1.3.3 某些輔助性橢圓投影
1.3.4 收斂性分析
1.4 半導體瞬態問題的交替方嚮多步方法
1.4.1 交替方嚮多步格式
1.4.2 誤差估計
1.4.3 沿特徵綫交替方嚮有限元多步格式及誤差估計
1.5 半導體瞬態問題的配置方法
1.5.1 半離散配置格式
1.5.2 H1模誤差估計
1.5.3 L2模誤差估計
1.5.4 全離散配置格式及L2模誤差估計
參考文獻
第2章 半導體器件數值模擬的有限差分方法
2.1 三維熱傳導型半導體問題的差分方法
2.1.1 問題Ⅰ的特徵差分格式
2.1.2 問題Ⅰ的收斂性分析
2.1.3 問題Ⅱ的特徵差分方法和分析
2.2 三維熱傳導型半導體問題的特徵分數步差分方法
2.2.1 特徵分數步差分格式
2.2.2 收斂性分析
2.3 半導體問題的修正迎風分數步差分方法
2.3.1 迎風分數步差分方法
2.3.2 收斂性分析
2.4 半導體器件探測器模擬計算的數值方法
2.4.1 二階迎風差分格式
2.4.2 收斂性分析
2.4.3 數值模擬結果
參考文獻
第3章 半導體問題的區域分裂和局部加密網格方法
3.1 半導體瞬態問題的特徵有限元區域分裂方法
3.1.1 數學模型和物理背景
3.1.2 某些預備工作
3.1.3 特徵修正有限元區域分裂程序
3.1.4 收斂性分析
3.1.5 數值算例
3.1.6 總結和討論

《半導體器件物理與設計解析》 書籍簡介 《半導體器件物理與設計解析》是一部深入探討半導體器件工作原理、材料特性、器件結構以及現代設計方法學的專業著作。本書旨在為從事半導體材料、器件物理、集成電路設計等領域的科研人員、工程技術人員以及高等院校相關專業的研究生提供一套係統、詳盡的學習和參考資料。本書不涉及本書名為《半導體器件數值模擬計算方法的理論和應用(精)》的內容，而是側重於半導體器件的物理基礎、關鍵參數的理解、不同類型器件的性能分析以及創新器件的設計理念。 第一章：半導體物理基礎迴顧 本章將係統迴顧半導體物理的基本概念，為後續器件分析奠定堅實的基礎。我們將從晶體結構和能帶理論入手，闡述導體、絕緣體和半導體的區彆，以及本徵半導體的載流子濃度和費米能級。接著，重點講解摻雜對半導體導電特性的影響，包括施主和受主雜質的作用，以及不同摻雜濃度下的多數和少數載流子濃度。晶格振動（聲子）及其與載流子的相互作用，如散射機製，將是本章的另一重要組成部分，它直接關係到載流子遷移率。最後，我們會討論載流子的擴散和漂移運動，這是構成電流的基本機製。本章的內容將以清晰的物理圖像和必要的數學推導相結閤的方式呈現，力求使讀者對半導體材料的微觀特性有深刻的理解。 第二章：PN結與雙極型晶體管 本章將聚焦於半導體器件中最基本也是最重要的結構——PN結。我們將詳細分析PN結的形成過程，包括載流子的擴散和復閤，以及由此産生的內建電勢和耗盡層。在此基礎上，我們將深入探討PN結在外加電壓下的伏安特性，包括正嚮導通、反嚮擊穿等現象，並解釋其物理機製。隨後，本書將引入雙極型晶體管（BJT）的結構和工作原理。通過對BJT的三個區域（發射區、基區、集電區）以及P-N-P和N-P-N結構進行分析，我們將闡述BJT的放大作用和開關特性。本章還將討論BJT的電流增益（$eta$）及其影響因素，以及不同偏置條件下的BJT工作模式，為理解更復雜的器件提供基礎。 第三章：場效應晶體管（FET） 本章將重點介紹另一類核心半導體器件——場效應晶體管（FET）。我們將從結型場效應晶體管（JFET）開始，解析其工作原理，包括柵電壓如何通過電場控製溝道導電性。隨後，我們將深入探討金屬-氧化物-半導體場效應晶體管（MOSFET），這是現代集成電路中最主要的器件類型。本章將詳細闡述MOSFET的結構，包括源極、漏極、柵極和襯底，以及絕緣層（通常為二氧化矽）的作用。我們將分析MOSFET在不同柵電壓下的工作模式：截止區、綫性區（或歐姆區）和飽和區，並解釋其電輸運特性。對於NMOS和PMOS晶體管，本書將分彆進行詳細的分析，並探討它們的優缺點。最後，本章將觸及MOSFET的跨導、閾值電壓等關鍵參數，為器件的性能評估和設計提供依據。 第四章：特殊半導體器件 在本章中，我們將超越PN結和MOSFET，探討一些在特定應用領域具有重要地位的特殊半導體器件。我們將首先介紹肖特基二極管，重點分析其金屬-半導體接觸特性，以及與PN結二極管相比在速度和正嚮壓降方麵的優勢。接著，我們將深入研究光電器件，包括光電二極管（用於光探測）、光電晶體管（光電放大）和發光二極管（LED），闡述它們將光信號與電信號相互轉換的原理，並討論不同材料和結構對發光效率和波長的影響。對於太陽能電池，我們將分析其將光能轉化為電能的過程，以及影響其能量轉換效率的關鍵因素。此外，本章還將介紹熱敏電阻（溫度傳感器）和壓敏電阻（電壓保護）等傳感器件，以及晶閘管（用於電力控製）等功率器件。 第五章：CMOS集成電路基礎 本章將聚焦於互補金屬氧化物半導體（CMOS）技術，這是當前數字集成電路設計的主流技術。我們將詳細介紹CMOS反相器的結構和工作原理，闡述其低功耗和高噪聲容限的優勢。在此基礎上，我們將介紹CMOS邏輯門，如NAND門、NOR門等，並分析其基本構建方式。本章還將探討CMOS電路的時序特性，包括傳播延遲和時鍾頻率等關鍵性能指標。我們還會初步介紹CMOS器件的製造工藝流程，使其與器件物理學聯係起來。最後，本章將對CMOS電路的功耗進行分析，包括動態功耗和靜態功耗，為理解CMOS技術的效率優勢提供理論支撐。 第六章：半導體器件的性能分析與優化 本章將探討如何對半導體器件的性能進行深入分析，並提齣優化策略。我們將從器件的寄生效應入手，如寄生電容、寄生電阻等，分析它們對器件速度和功耗的影響。漏電流、閾值電壓漂移、載流子壽命等參數的測量與分析也將是本章的重點。對於MOSFET，我們將詳細討論短溝道效應、亞閾值擺幅等影響其在高密度集成下的性能的關鍵問題。本書還將介紹一些基本的器件性能測試方法和評估標準。最後，本章將初步探討如何通過改進器件結構、優化材料選擇以及工藝參數調整等手段來提升器件的性能，實現更快的速度、更低的功耗和更高的可靠性。 第七章：新型半導體器件概念 隨著半導體技術的不斷發展，新型半導體器件層齣不窮。本章將對一些前沿的、具有發展潛力的新型半導體器件概念進行介紹和展望。我們將觸及量子點、量子阱等納米尺度器件，探討它們在量子計算、高效率發光等領域的應用前景。矽鍺（SiGe）閤金、III-V族化閤物半導體（如GaAs、GaN）等新型材料在高性能器件中的應用也將得到介紹。此外，本章還將展望碳納米管、石墨烯等二維材料在下一代電子器件中的潛力。對非易失性存儲器（如閃存、相變存儲器）的新型工作原理和結構也會進行簡要介紹，以期激發讀者對半導體器件未來發展方嚮的思考。 結論 《半導體器件物理與設計解析》旨在提供一個全麵而深入的半導體器件知識體係，覆蓋瞭從基礎物理到現代設計理念的各個層麵。本書強調對物理機製的透徹理解，以及對器件性能與結構之間關係的清晰認識。通過對經典和新型半導體器件的係統闡述，本書希望能幫助讀者掌握半導體器件的精髓，為他們在半導體科學與技術領域的研究和創新奠定堅實的知識基礎。本書不涉及數值模擬計算方法的具體理論和應用，而是著重於器件的內在物理特性和設計原則。

評分☆☆☆☆☆

這本《半導體器件數值模擬計算方法的理論和應用(精)》給我帶來瞭非常深入且全麵的學習體驗。作為一名長期在電子工程領域摸爬滾打的研究生，我深知理論知識與實際應用之間的鴻溝。這本書的精彩之處恰恰在於它係統地構建瞭一座堅實的橋梁。作者不僅詳盡闡述瞭各種數值方法的數學基礎，比如有限元法、有限差分法在半導體物理問題中的應用，還非常注重計算過程的細節把控。我特彆欣賞書中對邊界條件處理的細緻入微，這在實際模擬中往往是決定結果準確性的關鍵。例如，對於PN結的漂移擴散方程求解，書中不僅給齣瞭基礎框架，還深入剖析瞭不同離散化方案在計算效率和收斂性上的權衡。讀完後，我感覺自己對如何構建一個可靠的、能夠反映真實物理現象的仿真模型有瞭脫胎換骨的理解。尤其是那些涉及到復雜幾何結構和多物理場耦閤的章節，提供瞭非常實用的編程思路和算法選擇指導，極大地提升瞭我解決實際工程難題的能力。對於任何想在器件建模和仿真領域深耕的專業人士來說，這本書絕對是案頭必備的經典參考。

評分☆☆☆☆☆

初讀此書，我最大的感受是作者對於“精”字的把握達到瞭極緻。這並非一本針對入門者的“速成手冊”，更像是一份獻給資深工程師和研究人員的“工具箱”。書中對器件特性的深入挖掘，特彆是對缺陷態、陷阱效應等復雜物理機製的數值化處理，讓我對如何精確預測新型寬禁帶半導體器件的長期可靠性有瞭新的思路。我特彆關注瞭書中關於載流子熱效應模擬的那一章，它詳細論述瞭能量平衡方程的引入和求解，這在處理大功率器件時是不可或缺的一環。作者的錶達方式非常嚴謹，幾乎每一個推導步驟都有其物理或數學上的依據，讓人在跟隨推導時感到非常踏實。雖然閱讀起來需要全神貫注，但每攻剋一個難點，獲得的成就感是巨大的。這本書的價值在於它能幫助你從“會用軟件”提升到“理解軟件原理”的層次，從而真正掌握仿真的主動權。

評分☆☆☆☆☆

這本書的結構安排堪稱教科書級彆的典範，邏輯層層遞進，嚴密而清晰。從最基礎的半導體本徵方程組齣發，逐步過渡到實際器件中的非綫性邊界條件處理，再到如何將這些理論轉化為高效的計算機代碼實現。我尤其贊賞作者在介紹各種數值技巧時，總能穿插一些實際的工程案例作為佐證，這讓抽象的數學公式瞬間變得生動起來。比如，在討論如何處理高場強下載流子飽和效應時，書中提供的模型修正方法，比我之前接觸的任何教材都要精細和完備。對於希望開發自主仿真軟件的團隊來說，這本書提供瞭堅實的理論基石和算法選型指南。它並沒有迴避數值計算中經常遇到的穩定性問題和收斂性難題，而是直麵它們，並提供瞭成熟的解決方案。這種務實而不失理論深度的寫作風格，使得這本書的價值遠遠超齣瞭普通教材的範疇，更像是一本集大成的工程實踐手冊。

評分☆☆☆☆☆

坦白說，這本書的厚度和深度初看時有些讓人望而生畏，但一旦沉浸其中，那種知識的洪流會讓你欲罷不能。它絕對不是那種走馬觀花的科普讀物，而是麵嚮有一定數學和物理基礎的讀者精心打磨的專業教材。我印象最深的是關於載流子輸運模型構建的部分，作者似乎把半導體器件設計中的“藝術”和嚴謹的“科學”完美地結閤瞭起來。書中對量子效應在納米尺度器件中影響的討論尤為精彩，那些復雜的薛定諤方程和泊鬆方程的耦閤求解，被拆解得井井有條。我嘗試用書中介紹的迭代算法去復現一些經典器件的I-V特性麯綫，發現即便是非常小的參數變動，也能在模擬結果中清晰地反映齣來，這體現瞭該書理論模型的精確性。當然，閱讀過程中也需要查閱不少高等數學和偏微分方程的參考資料，但這種“主動學習”的過程，恰恰是加深理解的最好途徑。它不僅僅是教你如何“算”，更是教你如何“思考”模擬的內在邏輯。

評分☆☆☆☆☆

這本書的視角非常宏大，它不僅僅停留在對特定器件的模擬，而是著眼於建立一套普適性的、能夠應對未來器件結構挑戰的數值計算框架。我驚喜地發現，書中對如何處理三維異質結構界麵處應力應變耦閤問題的數值方法進行瞭深入探討，這在當前微納器件集成的大背景下具有極高的現實意義。作者在闡述這些前沿課題時，沒有采用過於晦澀的術語堆砌，而是巧妙地運用清晰的圖示和詳盡的步驟說明，使得復雜的問題得以簡化。我個人認為，對於那些希望在器件物理層麵進行創新，而不是僅僅停留在工藝參數調整的科研工作者而言，這本書提供的理論深度是無與倫比的。它更像是一部承前啓後的著作，為未來更精細、更快速的半導體器件仿真奠定瞭堅實的理論基礎和方法論指導。讀完後，我仿佛拿到瞭進入下一代器件設計前沿的“入場券”。