图形化半导体材料特性手册 9787030390103 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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季振国 著

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• 半导体材料
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• 9787030390103

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出版社： 科学出版社

ISBN：9787030390103

商品编码：29864996954

包装：平装

出版时间：2013-11-01

图书基本信息
图书名称	图形化半导体材料特性手册	作者	季振国
定价	118.00元	出版社	科学出版社
ISBN	9787030390103	出版日期	2013-11-01
字数		页码
版次	1	装帧	平装
开本	16开	商品重量	0.4Kg

内容简介

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。

作者简介

目录

前言 图表目录 章数据结构说明 第2章金刚石（C） 第3章锗（Ge） 第4章硅（Si） 第5章锗硅合金（Si1—xGex） 第6章碳化硅（SiC） 第7章灰锡（α—Sn） 第8章硫化镉（（2dS） 第9章碲化镉（（2dTe） 0章氧化锌（Zn（）） 1章硫化锌（ZnS） 2章氮化镓（GaN） 3章砷化镓（GaAs） 4章锑化铟（InSb） 5章氮化硼（BN） 6章磷化硼（BP） 7章锑化铝（AISb） 8章锑化镓（GaSb） 9章磷化铟（InP） 第20章磷化镓（GaP） 第21章砷化铟（InAs） 第22章氮化铟（InN） 第23章砷化铝（AlAs） 第24章磷化铝（AlP） 第25章氮化铝（AIN） 第26章铝镓砷（AlxGal—xAs） 第27章二氧化锡（snOg） 第28章二氧化钛（TiO2） 参考文献

编辑推荐

文摘

序言

《微电子器件物理与材料》 第一章 半导体材料基础 本章旨在为读者建立坚实的半导体材料基础知识，深入探讨其核心物理特性。我们将从原子尺度出发，剖析半导体材料的晶体结构，理解不同晶格类型（如金刚石立方、闪锌矿）如何影响电子的运动。重点将放在硅（Si）、锗（Ge）以及砷化镓（GaAs）等代表性半导体材料上，分析它们的键合特性、能带结构，并详细阐述绝缘体、半导体和导体的能带差异。 我们还将深入探讨本征半导体的载流子浓度与温度的关系，理解费米能级在纯净材料中的作用。在此基础上，引入掺杂的概念，详细介绍n型和p型半导体的形成机制，包括施主和受主杂质的作用。我们将分析掺杂浓度对载流子浓度的影响，并讨论少数载流子和多数载流子的概念。 此外，本章还会涉及半导体材料的晶体缺陷，包括点缺陷（空位、间隙原子、取代原子）和线缺陷（位错）。我们将解释这些缺陷如何影响材料的电学和光学性能，以及它们在器件制造中的重要性。对于体缺陷（如晶界、畴界），也会进行初步的介绍。 最后，本章将简要回顾半导体材料的制备方法，例如直拉法（CZ法）、浮区法（FZ法）等，以及晶体生长过程中影响材料质量的关键因素。 第二章 半导体中的载流子输运 在奠定了材料基础之后，本章将聚焦于载流子的输运现象，这是理解半导体器件工作原理的关键。我们将详细阐述两种主要的输运机制：漂移（Drift）和扩散（Diffusion）。 漂移是由于电场作用引起的载流子定向运动。我们将定义迁移率（Mobility）的概念，并深入分析其影响因素，包括材料本身的性质、温度、杂质散射、声学声子散射和光学声子散射等。我们会提供迁移率与电场强度之间的关系，并讨论高电场下的饱和效应。 扩散是由于载流子浓度梯度引起的载流子运动。我们将引入扩散系数（Diffusion Coefficient）的概念，并解释它与迁移率之间的关系（爱因斯坦关系）。我们将推导扩散电流密度公式，并分析在不同边界条件下的扩散过程。 本章还将探讨复合（Recombination）与产生（Generation）现象。我们将区分直接复合（Radiative Recombination）和间接复合（Non-radiative Recombination），并介绍Shockley-Read-Hall（SRH）复合机制，包括陷阱能级的作用。我们还会讨论光生载流子产生以及热载流子产生。 最后，我们将引入连续性方程（Continuity Equation），它描述了在时间和空间上载流子浓度的变化，结合了产生、复合和输运过程。该方程是分析复杂半导体器件中载流子行为的基础。 第三章 pn结的形成与特性 pn结是构建几乎所有半导体器件的基础单元，本章将对其进行详尽的分析。我们将从一维pn结模型出发，描述p型半导体和n型半导体在接触后形成的内建电场、内建电势以及耗尽区。 我们将推导pn结的平衡电势和耗尽区宽度与掺杂浓度、介电常数和内建电势之间的关系。重点分析外加电压对耗尽区宽度的影响，并引入外延结和扩散结的概念。 接着，我们将详细讲解pn结在外加偏压下的伏安特性。首先分析零偏压下的平衡状态，然后详细阐述正向偏压和反向偏压下的电流-电压关系。对于正向偏压，我们将推导出理想pn结的正向电流公式，并解释其指数依赖性。对于反向偏压，我们将分析反向饱和电流的来源，并重点讨论击穿现象，包括雪崩击穿和齐纳击穿的机制。 本章还将探讨pn结的电容特性。我们将分析其势垒电容（Barrier Capacitance）与外加电压的关系，并解释其在高速器件中的重要性。此外，对于掺杂浓度不均匀的pn结，我们还将讨论扩散电容（Diffusion Capacitance）的概念。 第四章 金属-半导体接触 金属-半导体接触是半导体器件中实现电信号注入和输出的关键。本章将系统地分析金属与半导体接触的形成机理及其界面特性。 我们将区分理想肖特基接触（Schottky Contact）和欧姆接触（Ohmic Contact）。对于理想肖特基接触，我们将分析金属功函数和半导体功函数之间的关系如何决定接触的性质，引入肖特基势垒的高度。我们将详细阐述肖特基势垒结的伏安特性，并分析其正向和反向导电机制。 对于欧姆接触，我们将探讨如何通过特定的工艺，如高掺杂区域和退火，来形成低电阻的接触。我们将解释空腔隧穿、热电子发射等欧姆接触导电机制。 本章还将讨论实际金属-半导体接触的复杂性，包括界面态、杂质堆积、互扩散等可能导致实际接触行为偏离理想模型的原因。我们将探讨常用的金属材料以及用于形成欧姆接触和肖特基接触的工艺技术。 第五章 双极型晶体管（BJT） 双极型晶体管（Bipolar Junction Transistor, BJT）是早期电子技术中的核心器件，本章将对其工作原理进行深入剖析。我们将重点介绍NPN型和PNP型BJT的结构，包括发射区、基区和集电区。 我们将详细解释BJT在放大区、饱和区和截止区的工作状态。在放大区，我们将推导出晶体管的电流增益（β）和跨导（gm），并解释基极电流如何控制集电极电流。我们将分析不同偏置条件下的BJT特性曲线。 本章还将深入探讨BJT的载流子输运机制。在发射区注入的载流子如何穿过基区到达集电区，以及基区复合对电流增益的影响。我们将分析不同结构参数（如基区宽度、掺杂浓度）对BJT性能的影响。 我们还将讨论BJT的非理想效应，例如基极电阻、集电极电阻、基极-集电区电容、高电场下的基区展宽效应（Early Effect）以及二次击穿等。 最后，本章将简要介绍BJT的等效电路模型，为电路设计提供便利。 第六章 场效应晶体管（FET） 场效应晶体管（Field-Effect Transistor, FET）是现代集成电路中的主流器件，本章将对其进行全面介绍。我们将首先介绍结型场效应晶体管（JFET）的结构和工作原理，包括其耗尽型和增强型工作模式。 接着，我们将重点分析金属-氧化物-半导体场效应晶体管（MOSFET）。我们将详细阐述MOSFET的结构，包括源极、漏极、栅极和衬底，以及栅介质（如SiO2）。我们将深入分析MOSFET的形成过程，包括栅氧化、掺杂等。 本章将重点讲解MOSFET的电容-电压（C-V）特性，包括表面势、耗尽区电容和氧化层电容。在此基础上，我们将详细推导MOSFET在亚阈值区、线性区（三极管区）和饱和区的漏极电流-栅极电压（ID-VG）特性。我们将定义阈值电压（VT），并解释其与栅氧化层厚度、半导体表面掺杂浓度和氧化层表面状态密度等因素的关系。 我们将分析MOSFET的跨导（gm）和输出电阻（ro），并讨论短沟道效应、沟道长度调制效应、栅漏互电容等非理想效应。 此外，本章还将介绍几种重要的MOSFET变体，如NMOS、PMOS、CMOS（互补金属氧化物半导体）以及SOI（绝缘体上硅）器件。 第七章 光电器件基础 本章将介绍半导体材料在光与电相互作用方面的应用，即光电器件。我们将首先回顾光与物质相互作用的基本原理，包括光子的吸收、激发和复合。 我们将详细介绍半导体光电器件的核心类型：光电二极管（Photodiode）和发光二极管（LED）。对于光电二极管，我们将分析其作为光探测器的基本原理，包括光生载流子在pn结内建电场下的分离和收集，形成光电流。我们将介绍不同类型的光电二极管，如PIN光电二极管和雪崩光电二极管（APD）。 对于发光二极管，我们将解释其发光原理，即载流子在pn结中复合时，将能量以光子的形式释放出来。我们将讨论LED的发光效率、发光颜色与材料禁带宽度以及掺杂类型之间的关系。本章还将介绍LED的结构和性能参数。 此外，我们还将简要介绍其他重要的光电器件，如太阳能电池（Photovoltaic Device）和光电晶体管。 第八章 集成电路制造工艺概述 本章将为读者勾勒出集成电路（IC）制造的宏观流程，使其了解复杂的半导体器件是如何一步步被制造出来的。我们将从硅晶圆的制备开始，介绍硅提纯、单晶生长以及晶圆抛光等过程。 接着，我们将介绍集成电路制造中最关键的工艺步骤： 氧化（Oxidation）： 在高温下，硅与氧气反应形成二氧化硅（SiO2）层，作为栅介质、绝缘层和掩膜层。 光刻（Photolithography）： 利用光化学反应，将电路图形从掩模版转移到光刻胶上，是实现器件微细化的核心技术。 刻蚀（Etching）： 选择性地去除不需要的材料，包括干法刻蚀（等离子刻蚀）和湿法刻蚀。 掺杂（Doping）： 通过离子注入或扩散的方式，在半导体材料中引入杂质，改变其电学性质，形成pn结和晶体管的沟道等。 薄膜沉积（Thin Film Deposition）： 通过物理气相沉积（PVD）或化学气相沉积（CVD）等方法，在衬底上沉积各种功能薄膜，如金属导线、介质层等。 金属化（Metallization）： 沉积金属层以形成器件的电极和互连线。 我们将简要介绍这些工艺的物理过程和设备，并强调它们在集成电路制造中的重要性。本章旨在为读者提供一个初步的了解，为后续更深入的器件物理研究打下基础。

评分☆☆☆☆☆

作为一名资深的半导体器件设计工程师，我习惯了查阅大量的技术文档和数据库来获取材料特性信息。然而，这些信息往往分散且格式不统一，查找和对比效率低下。这本《图形化半导体材料特性手册》则提供了一个全新的解决方案。它以图形化的方式，将繁杂的材料特性数据以一种直观、易于理解的方式呈现出来。我特别喜欢书中关于不同晶体结构对电子能带影响的章节。通过不同原子排列方式的示意图，以及与之对应的能带结构图，能够快速理解为什么某些晶体结构会形成直接带隙，而另一些则形成间接带隙，这对于选择合适的材料用于光电器件至关重要。书中关于表面态、界面态的讲解也十分精彩，通过图形化的展示，让我们能够理解这些缺陷是如何形成以及它们对器件性能的影响。我甚至可以用书中提供的图形化思路，来构思新的器件结构和设计方案。对于我来说，这本书不仅仅是一本手册，更是一本激发创新思维的工具书。它让我能够从更宏观和直观的角度去理解半导体材料的本质，从而在设计中做出更优化的选择。

评分☆☆☆☆☆

对于一个长期从事理论研究的学者而言，有时会觉得过于依赖抽象的数学模型，而忽略了材料的实际物理表现。这本《图形化半导体材料特性手册》恰恰弥补了这一不足。书中对各种半导体材料的制备工艺，如CVD、MBE、外延生长等，都辅以详细的流程图和设备示意图，让我们能够直观地了解这些工艺如何影响最终材料的晶体质量、表面形貌和成分分布。例如，在介绍晶格缺陷时，书中不仅列举了空位、间隙原子、位错等常见的缺陷类型，还通过高分辨率的透射电子显微镜（TEM）图像和分子动力学模拟的图形化展示，让我们能够清晰地“看到”这些缺陷的存在及其对电子结构的影响。我特别欣赏书中关于异质结器件特性的部分。作者通过大量的截面图和能带图，详细阐述了p-n结、MOSFET、BJT等典型器件的内部结构和工作原理。例如，在讲解MOSFET的沟道形成过程时，书中通过多幅连续的图形，清晰地展示了栅电压如何改变半导体表面载流子分布，从而形成导电沟道。这种图形化的讲解方式，极大地提升了理论与实际的联系，也为我的研究提供了新的视角和灵感，帮助我思考如何通过调整材料特性来优化器件性能。

评分☆☆☆☆☆

作为一名在半导体行业摸爬滚打多年的工程师，我一直苦于缺乏一本能够直观、系统地阐述半导体材料特性的书籍。市面上虽然不乏理论深厚的专著，但往往枯燥晦涩，对于一线工程师而言，难以快速掌握核心概念并将其应用于实际问题。而最近偶然翻阅到的这本《图形化半导体材料特性手册》，则像一股清流，彻底改变了我对这类技术书籍的认知。初次拿到它，就被其精美的排版和大量高质量的插图所吸引。这本书没有采用传统的文字堆砌模式，而是将复杂的物理概念、材料结构和器件模型，通过生动形象的图形、图表和示意图一一呈现。例如，在介绍能带结构时，作者并非仅仅给出抽象的能量-波数曲线，而是通过多层级的能量分布图，清晰地展示了导带、价带、费米能级以及它们随温度、掺杂浓度等因素的变化。这种“所见即所得”的呈现方式，极大地降低了理解门槛，即使是对半导体理论了解不深的读者，也能在轻松愉快的阅读过程中，建立起对材料特性的直观认识。更令人称赞的是，本书在图形化表达上煞费苦心，每一个图表都精心设计，力求简洁明了，信息密度高，却又不至于让人眼花缭乱。对于某些关键的物理过程，如载流子输运、pn结形成、光电转换等，作者更是运用了动态的示意图（虽然书中是静态图，但其设计思路仿佛可以引申出动态的演示），将抽象的微观过程可视化，让我们能够“看到”电子和空穴的运动轨迹，理解电场和载流子的相互作用。这种将复杂理论“图形化”的思路，对于那些需要快速学习和掌握半导体材料特性，并在实际工作中加以应用的研究者和工程师来说，无疑是一笔宝贵的财富。它让枯燥的物理学知识变得鲜活起来，激发了我们深入探索的兴趣。

评分☆☆☆☆☆

作为一名老牌的半导体工艺工程师，我在工作中常常需要面对大量的材料特性数据，并且需要根据这些数据来优化工艺流程。这本《图形化半导体材料特性手册》为我提供了一个非常有效的工具。书中关于各种表面处理技术，如清洗、刻蚀、淀粉等，都配有相应的工艺流程图和显微图像，让我们能够直观地了解这些工艺对材料表面形貌和特性的影响。例如，在介绍化学机械抛光（CMP）时，书中用一个简化的模型，展示了抛光液和抛光垫如何协同作用，去除材料表面的凸起部分，实现平坦化。这对于理解CMP的机理和优化工艺参数至关重要。书中还包含了很多关于材料失效分析的图例，例如晶体管的击穿模式、电迁移损伤等，这些都配有相应的故障图像和机理分析图。这对于我进行失效分析和预防非常有帮助。这本书的价值在于，它将抽象的工艺参数和复杂的失效机理，通过图形化的方式变得具体而直观，大大提高了我的工作效率。

评分☆☆☆☆☆

这本书就像一本“看得懂”的半导体材料百科全书，让我这个非专业出身的读者也能够轻松地理解其中的奥秘。我一直对各种半导体器件的内部结构感到好奇，这本书用大量的剖面图，非常清晰地展示了pn结、MOSFET、IGBT等器件的内部层级结构、掺杂区域以及电场分布。例如，在介绍PIN二极管时，书中用一个多层结构图，清楚地展示了P区、I区、N区的厚度和掺杂浓度，以及它们在正向偏压和反向偏压下的载流子分布和电场变化。这让我能够直观地理解这些器件是如何工作的。书中还包含了很多与实际应用相关的图表，例如不同半导体材料在太阳能电池、LED、激光器等器件中的应用示意图，以及它们在不同工作条件下的性能表现。这让我能够将书中所学的理论知识与实际应用联系起来，更好地理解半导体材料在现代科技中的重要作用。这本书的图文并茂，生动形象，让学习过程变得轻松有趣，我非常乐于向其他有兴趣的读者推荐。

评分☆☆☆☆☆

在我看来，一本好的技术书籍，不仅仅在于内容的深度，更在于其呈现方式能否有效地传递信息。这本《图形化半导体材料特性手册》在这方面做得非常出色。它避免了晦涩难懂的专业术语堆砌，而是通过大量的图例和示意图，将复杂的概念变得生动形象。例如，在介绍掺杂对居里温度的影响时，书中用一个简化的模型，展示了杂质原子如何影响铁电畴的排列，从而改变材料的铁电性能。这种图形化的解释，比单纯的数学公式更能让读者产生共鸣。书中关于不同半导体材料在不同温度下的载流子浓度变化图，清晰地展示了本征半导体和掺杂半导体的行为差异，以及温漂效应。这对于设计工作在宽温度范围内的器件至关重要。我也非常欣赏书中对各种半导体材料在光学特性方面的阐述，例如光吸收系数、折射率、反射率等，都配有对应的光谱图和示意图，让我们能够直观地了解不同材料在不同波段的光学响应。这本书的价值在于，它能够帮助读者快速建立起对半导体材料特性的整体认知，而不仅仅是零散的知识点。

评分☆☆☆☆☆

我是一名电子工程专业的本科生，正在准备毕业设计，需要对几种不同类型的半导体材料进行性能比较和选择。这本书的出现，对我来说简直是雪中送炭。它系统地介绍了各种主流半导体材料，如硅、锗、砷化镓、氮化镓等，并用直观的图表对比了它们在禁带宽度、载流子迁移率、击穿电压、热导率等关键参数上的差异。例如，在讨论宽禁带半导体材料（如GaN）的优势时，书中通过一个形象的“能量势垒”图，直观地展示了宽禁带材料能够承受更高的电场，从而实现更高的击穿电压。对于有机半导体材料，书中还配有其分子结构和堆积方式的示意图，以及相关的电荷传输机理的图形化解释。这让我能够清晰地理解为什么这些材料会展现出不同的电学和光学特性。此外，书中还包含了大量的实验数据图表，如I-V特性曲线、C-V特性曲线、PL谱、XRD图谱等，并对这些图谱中的特征峰和曲线变化给出了直观的解释。这对于我进行实验数据的分析和解读非常有帮助。整本书的编排逻辑清晰，信息层层递进，非常适合作为入门和进阶学习的参考。

评分☆☆☆☆☆

我是一名刚入职的大学毕业生，在实验室里接触到一些半导体器件的表征工作，常常会遇到各种数据和参数，但往往对这些参数背后的物理意义理解不够深入。这本《图形化半导体材料特性手册》简直是为我量身定做的！我记得有一次，在处理一批硅衬底的测试数据时，看到了“迁移率”这个参数，手册里用一系列清晰的图示，直观地展示了电子和空穴在不同晶格缺陷、杂质和电场作用下的运动状态，并且用简洁的数学模型和对应的图形化解释，说明了迁移率下降的原因。这比我在教科书上看到的那些冷冰冰的公式要易懂得多。书中关于半导体材料的分类，从元素半导体到化合物半导体，再到有机半导体，每一类都配有详细的结构示意图，展示了其原子排列、化学键合方式，以及由此带来的电子结构差异。我尤其喜欢书中关于掺杂对材料电学性质影响的章节，通过对比图，清楚地展示了不同掺杂剂（如P和B）在硅晶格中的位置，以及它们如何引入多余的电子或空穴，从而改变材料的导电类型和导电率。这种“图文并茂”的学习方式，让我能够触类旁通，理解不同材料之间性能差异的根源。而且，这本书的语言风格也非常亲切，没有使用过多生僻的专业术语，即使是初学者，也能在阅读过程中逐步建立起自己的知识体系。我感觉这本书就像一位经验丰富的导师，用最直观的方式，一步步引导我理解这些复杂的技术细节。

评分☆☆☆☆☆

作为一名物理系的研究生，我一直认为物理学的魅力在于其能够用简洁的数学语言描述复杂的自然现象。然而，有时过于抽象的数学表达会让人失去对物理本质的直观感受。这本《图形化半导体材料特性手册》则恰好弥补了这一点。书中对费米-狄拉克统计、玻尔兹曼分布等基本统计力学概念，都配有直观的图形化解释，让我们能够理解这些分布是如何随能量和温度变化的。对于半导体中的散射机制，如声子散射、杂质散射等，书中也用生动的示意图展示了载流子与晶格振动、杂质原子的相互作用过程。我尤其喜欢书中关于霍尔效应的讲解，通过一个简化的模型，直观地展示了磁场如何影响载流子的运动轨迹，从而产生霍尔电压。这种图形化的解析方式，让我能够将抽象的公式与具体的物理过程联系起来，加深了对霍尔效应的理解。本书的另一个亮点在于，它不仅介绍了材料的静态特性，还对一些动态过程进行了图形化的展示，例如载流子弛豫过程、激子形成过程等。这对于理解半导体器件的动态响应非常有帮助。

评分☆☆☆☆☆

我对半导体材料的理解，一直停留在教科书上的理论层面，缺乏一种直观的认识。这本《图形化半导体材料特性手册》则彻底改变了我的看法。书中用大量的示意图，生动地展示了不同半导体材料的晶体结构，例如金刚石立方结构、闪锌矿结构、纤锌矿结构等。我能清晰地看到原子是如何排列，键合是如何形成的，以及这些结构差异如何影响材料的电子结构和光学性质。例如，在介绍III-V族化合物半导体时，书中用多种颜色和形状的原子球，清晰地展示了GaAs、InP等材料的原子排列方式，以及它们各自的能带结构。对于一些复杂的概念，如莫特-肖特基结、异质结等，书中也通过多层级的截面图和能带图，进行了详细的解释。我特别喜欢书中关于量子点和二维材料的部分，书中用精美的三维渲染图，展示了这些纳米材料的独特结构，以及它们在量子效应和表面效应下的特殊性质。这本书不仅让我学到了知识，更让我对半导体材料产生了浓厚的兴趣，激发了我进一步探索的欲望。