半導體材料和器件的激光輻照效應 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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陸啓生 著

圖書標籤:

• 半導體材料
• 激光輻照
• 器件效應
• 材料科學
• 電子工程
• 物理學
• 半導體物理
• 激光技術
• 輻照損傷
• 器件可靠性

店鋪： 墨林閣圖書專營店

齣版社： 國防工業齣版社

ISBN：9787118101843

商品編碼：29434104593

包裝：平裝-膠訂

齣版時間：2015-12-01

基本信息

書名：半導體材料和器件的激光輻照效應

定價：98.00元

作者：陸啓生

齣版社：國防工業齣版社

齣版日期：2015-12-01

ISBN：9787118101843

字數：

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版次：1

裝幀：平裝-膠訂

開本：16開

商品重量：0.4kg

編輯推薦

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內容提要

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本書針對的讀者群體是在相應領域裏從事科學技術研究的研究生和相關的科研工作者。

目錄

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章 半導體材料的基本特性
1.1 半導體內電子能態
1.2 金屬、半導體和絕緣體的能帶結構
1.3 半導體內載流子的有(等)效質量與遷移率
1.4 半導體材料內電子和聲子的統計特性
1.4.1 電子和聲子的統計分布函數
1.4.2 費米子的統計特性
1.4.3 玻色子的統計特性
1.5 熱容
1.5.1 聲子對熱容的貢獻
1.5.2 半導體中傳導電子對熱容的貢獻
1.5.3 半導體材料的總熱容
1.6 熱膨脹
1.7 熱傳遞
1.7.1 熱傳導
1.7.2 熱對流
1.7.3 熱輻射
1.8 熱學參數的尺度效應
1.8.1 熱容的尺度效應
1.8.2 熱傳遞的尺度效應
1.9 半導體中離子擴散與晶體熔化
1.9.1 半導體中離子擴散
1.9.2 半導體材料的熔化
參考文獻
第2章 激光在半導體材料中的傳播
2.1 光在半導體中傳播的一般規律
2.2 介質在電磁場中的極化
2.3 光與半導體材料耦閤的量子力學敘述
2.4 半導體材料的極化率張量
2.5 半導體材料中極化電磁波的色散關係
2.6 極化激元波在半導體材料中的傳播
2.7 光在半導體內等離子體中的傳播
2.8 光與半導體內激子的耦閤
2.9 半導體內錶麵極化激元和錶麵等離子體激元波的傳播
參考文獻
第3章 激光在半導體材料中的吸收與弛豫
3.1 激光在半導體材料中的綫性吸收
3.1.1 電子的綫性吸收
3.1.2 半導體材料中等離子體對激光的吸收
3.1.3 激子對激光的吸收
3.1.4 晶格對激光的綫性吸收
3.1.5 選擇定則
3.2 半導體材料對激光的非綫性吸收
3.2.1 多光子過程
3.2.2 受激拉曼散射
3.2.3 受激布裏淵散射
3.3 激光施加給半導體的基本作用力
3.3.1 激光場與帶電粒子的相互作用力
3.3.2 激光場引起的電緻伸縮力
3.3.3 輻射壓力
3.3.4 有質動力
3.4 吸收的激光能量在半導體材料內的弛豫
3.4.1 電子與聲子相互作用引起的弛豫過程
3.4.2 電子與電子相互作用的弛豫過程
3.4.3 聲子與聲子相互作用的弛豫過程
3.5 載流子的復閤與弛豫
3.5.1 載流子的直接復閤與産生
3.5.2 載流子的級聯(復閤中心)復閤
3.5.3 載流子的輻射復閤與溫度和輻射場的關係
參考文獻
第4章 半導體中的載流子輸運
4.1 玻耳茲曼方程
4.1.1 玻耳茲曼方程
4.1.2 弛豫時間近似
4.2 能量平衡模型
4.2.1 主要物理量的數學錶述
4.2.2 能量平衡模型的數學錶述
4.3 漂移一擴散模型
4.4 漂移擴散模型的數值解法
4.4.1 基本方程
4.4.2 邊界條件
4.4.3 穩態分析
4.4.4 瞬態計算
參考文獻
第5章 單元光電器件的激光輻照效應
5.1 光導型探測器的工作原理
5.1.1 光電導的激發機製
5.1.2 光導型探測器的工作模式
5.2 光伏型探測器工作原理
5.2.1 熱平衡狀態下的PN結
5.2.2 PN結的電學響應
5.2.3 PN結的光學響應
5.3 光電探測器的光學飽和效應
5.3.1 光導型探測器的光學飽和效應
5.3.2 光伏型探測器的光學飽和效應
5.4 激光輻照光電探測器的溫度效應
5.4.1 探測器結構對探測器溫度變化的影響
5.4.2 光導型探測器中的溫升效應
5.4.3 光伏型探測器中溫升對信號的影響
5.5 波段外激光輻照光電探測器的響應機理
5.5.1 光導型探測器對波段外激光的響應機理
5.5.2 光伏型探測器對波段外激光的響應機理
5.6 單元光電探測器的激光損傷機理
5.6.1 連續激光對單元光電探測器的緻損機理
參考文獻
第6章 激光與陣列光電器件相互作用
6.1 可見光CCD成像器件的工作原理
6.1.1 CCD的單元結構及其功能
6.1.2 典型可見光CCD成像器件
6.1.3 CDS技術及A／D轉換簡介
6.2 可見光CCD的激光緻眩效應與機理
6.2.1 基本激光緻眩效應
6.2.2 特殊激光緻眩效應
6.3 激光對CCD器件的損傷效應
6.3.1 脈衝激光對CCD損傷的一般過程
6.3.2 脈衝激光對CCD的損傷機理
6.3.3 脈衝激光對CCD材料的損傷
參考文獻
第7章 激光對半導體材料的熱和力學損傷
7.1 連續激光輻照半導體材料引起的熱和力學損傷
7.2 脈衝激光輻照半導體材料引起的熱和力學損傷
7.2.1 脈衝激光對矽的熱和力學損傷
7.2.2 脈衝激光對砷化鎵的熱和力學損傷
7.2.3 脈衝激光對碲鎘汞的熱和力學損傷
7.2.4 脈衝激光對銻化銦的熱和力學損傷
7.2.5 脈衝激光對其他半導體材料的熱和力學損傷
7.2.6 脈衝激光輻照半導體材料産生的周期狀波紋
7.3 激光輻照半導體材料熱效應的基本方程
7.3.1 熱傳導基本方程
7.3.2 激光輻照半導體材料引起的熔化和汽化
7.3.3 非傅裏葉熱傳導簡介
7.4 激光輻照半導體材料力學效應的基本方程
7.4.1 熱彈性力學基本方程
7.4.2 激光輻照下半導體錶麵劇烈汽化的力學效應
7.5 超短脈衝激光輻照半導體材料引起的熱和力學損傷
7.5.1 超短脈衝激光對矽的熱和力學損傷
7.5.2 超短脈衝激光輻照其他半導體材料産生的熱和力學損傷
7.5.3 超短脈衝激光輻照半導體材料産生的周期狀波紋
7.6 超短脈衝激光損傷半導體材料的理論模型簡介
7.6.1 超短脈衝激光對半導體材料的損傷模型
7.6.2 超短脈衝激光輻照下半導體材料的超快動力學響應
參考文獻
附錄A 非各嚮同性介質中介電張量與摺射率
附錄B 特殊函數
附錄C 一些積分錶達式的計算
附錄D 能量平衡模型中主要物理量的推導
附錄E 式(4—102)的推導
附錄F CCD輸齣波形參考電壓值的推導
附錄G 體溝道CCD包含信號電荷狀態的一維解析模型
附錄H 重頻激光引起CCD視頻圖像中次光斑漂移運動規律
附錄I 動態電子快門中主光斑振蕩與穩定的條件分析

作者介紹

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文摘

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序言

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《光之刻印：材料科學與電子器件的激光交互》 一、 引言：光與物質的深刻對話 自古以來，人類便對光與物質之間的相互作用充滿瞭好奇與探索。從孩童手中放大鏡點燃枯葉的奇妙，到近代工業中激光切割與焊接的精準高效，光，作為一種基本而強大的能量形式，其作用已滲透到我們生活的方方麵麵。尤其是在日新月異的電子信息時代，構成現代文明基石的半導體材料與器件，其性能的提升、加工的精細化以及新功能的實現，都越來越依賴於對光與物質相互作用機製的深刻理解與巧妙運用。 本書《光之刻印：材料科學與電子器件的激光交互》便是在此背景下應運而生。它並非僅僅羅列已知的技術應用，而是緻力於深入剖析光，特彆是激光，與各類先進材料，特彆是半導體材料，之間發生的物理、化學及相互作用的內在機理。通過對微觀層麵的理解，我們得以洞察宏觀現象的根源，從而在材料設計、器件製造、性能優化以及前沿科學研究等多個維度，為讀者提供一套係統而深入的理論框架與實踐指導。本書旨在打破傳統材料科學與器件工程的界限，將激光這一強大的“刻刀”與“探針”置於核心位置，揭示其如何重塑物質形態，賦予電子器件全新的生命力。 二、 激光的特性及其與材料作用的耦閤 激光，以其高度的單色性、方嚮性、相乾性和能量密度，成為瞭一種獨特的物質加工與探測工具。本書的第一部分，將從基礎理論齣發，係統闡述激光的生成原理、關鍵參數（如波長、功率、脈衝寬度、重復頻率等）及其可調控性。在此基礎上，我們將詳細探討這些參數如何直接影響激光與物質相互作用的模式。 光吸收與能帶理論： 激光能量如何被材料吸收，是後續一切效應的基礎。我們將結閤半導體材料的能帶結構，深入分析不同波長激光的吸收特性，解釋自由載流子吸收、缺陷吸收、激子吸收等關鍵機製。理解吸收過程，是預測和控製激光作用效果的第一步。 非綫性光學效應： 當激光能量密度極高時，材料會錶現齣非綫性光學響應，如二次諧波産生、自聚焦、光學擊穿等。本書將探討這些非綫性效應在激光加工中的重要性，以及它們如何被用來實現特殊的材料改性或結構構建。 熱效應： 激光能量吸收後，會轉化為熱能，導緻材料溫度升高。我們將詳細分析激光誘導的瞬態加熱、熱傳導、熱膨脹以及相變（如熔化、蒸發、淬滅）等過程。理解熱效應，是精確控製材料加工尺寸和形貌的關鍵。 電子激勵與載流子動力學： 激光能夠激發材料內部的電子躍遷，産生自由電子和空穴。本書將深入研究激光引發的載流子産生、復閤、輸運以及它們對材料電學和光學性質的影響。這對於理解激光對半導體器件性能的影響至關重要。 等離子體形成與演化： 在高能量激光輻照下，材料錶麵可能形成等離子體。本書將分析等離子體的産生機製、其與激光的相互作用以及等離子體對材料錶麵的刻蝕、濺射和沉積效應。 三、 激光在半導體材料改性與製備中的應用 激光作為一種高度精確的加工工具，在半導體材料的製備與改性方麵展現齣無與倫比的優勢。本書的第二部分，將聚焦於激光在這一領域的具體應用，並深入解析其背後的作用機理。 激光退火與晶體生長： 激光退火是修復材料缺陷、提高載流子遷移率、實現摻雜激活的有效手段。本書將詳細介紹不同類型激光（如準分子激光、飛秒激光）在退火過程中的特點，以及它們如何實現對材料微觀結構的精確調控，例如用於多晶矽薄膜的激光重結晶，以提升其在柔性電子中的性能。同時，也將探討激光輔助的晶體生長技術，如激光熔融生長，及其在高品質半導體單晶製備中的潛力。 激光摻雜與激活： 傳統的摻雜技術往往伴隨著高溫工藝，容易引起材料損傷。激光摻雜能夠實現局部、精確的摻雜，並有效激活摻雜元素，提高器件性能。本書將分析激光摻雜過程中摻雜離子的擴散、激活機理，以及如何通過控製激光參數實現復雜摻雜廓形的構築。 激光誘導錶麵改性： 激光能夠通過刻蝕、熔覆、燒蝕等方式，實現半導體材料錶麵的形貌、粗糙度、成分和相結構的調控。本書將探討激光微細加工技術，如激光直寫、激光燒蝕，如何用於製備微納結構、功能化錶麵，以及它們在傳感器、光電器件等領域的應用。例如，利用飛秒激光在矽錶麵構建超疏水或超親水結構。 激光誘導薄膜沉積（LID）： LID技術利用激光能量誘導前驅體分解或蒸發，實現特定材料薄膜的沉積。本書將分析LID過程中的化學反應、等離子體動力學以及薄膜的生長機理，並探討其在製備高質量氧化物、氮化物等半導體薄膜中的應用。 激光製造功能材料： 激光不僅能夠改性現有材料，還能通過精確的能量輸入，直接“打印”齣具有特定功能的新型材料。本書將介紹激光3D打印在構建復雜半導體器件結構、製備異質結材料等方麵的最新進展，以及激光如何誘導材料形成納米結構或特殊相，從而實現新穎的光電特性。 四、 激光輻照對半導體器件性能的影響與調控 半導體器件是現代電子信息技術的核心。激光輻照不僅可以用於器件的製造，更會對器件的性能産生深遠的影響。本書的第三部分，將深入探討激光輻照與半導體器件之間的復雜關係，以及如何利用這種關係來優化器件性能或開發新型器件。 激光對載流子行為的影響： 激光輻照會直接改變器件內部的載流子濃度、分布和遷移率。我們將分析激光激發的瞬態載流子對器件響應速度、擊穿電壓、漏電流等方麵的影響。例如，在光探測器中，激光産生的載流子直接決定瞭其光電轉換效率。 激光誘導缺陷與性能退化： 不當的激光輻照可能導緻材料內部産生新的缺陷，例如點缺陷、位錯、界麵態等，這些缺陷會成為載流子陷阱或復閤中心，從而導緻器件性能的退化，如閾值電壓漂移、跨導下降、穩定性變差等。本書將詳細分析不同類型激光輻照引起的缺陷類型、形成機理以及其對器件可靠性的影響。 激光修復與性能提升： 另一方麵，精確控製的激光輻照也可以用於修復器件中的損傷，或優化器件的性能。例如，利用激光對柵介質進行退火，可以降低界麵態密度，提高器件的可靠性。本書將介紹激光在器件修復、性能調控方麵的具體案例。 激光作為測試與錶徵工具： 激光還可以作為一種強大的非接觸式測試與錶徵工具，用於探測器件內部的載流子動力學、缺陷分布、電勢分布等。本書將介紹光電導衰減（PLQY）、瞬態光電導（TPV）、掃描激光顯微鏡（SLM）等基於激光的錶徵技術，以及它們如何幫助我們理解器件的工作機製和失效機理。 激光在新型半導體器件開發中的作用： 隨著半導體技術嚮著更高集成度、更低功耗、更多功能方嚮發展，激光在其中扮演著越來越重要的角色。本書將探討激光在製造納米綫、量子點、二維材料等新型半導體材料器件中的應用，以及如何利用激光實現器件的精確構築、特性優化，從而推動光計算、光通信、柔性電子等前沿技術的發展。 五、 未來展望：激光與材料科學的融閤之路 本書的最後一章，將聚焦於激光與材料科學、電子器件領域交叉融閤的未來發展趨勢。 超快激光的極緻應用： 飛秒、阿秒激光的齣現，使得我們能夠以前所未有的時間尺度觀察和控製物質的動態過程。本書將探討超快激光在研究電子動力學、原子動力學、相變動力學等基礎科學問題中的巨大潛力，以及它們在超快信息處理、新原理器件開發中的應用前景。 智能材料與激光響應： 隨著智能材料的不斷湧現，激光作為一種精確的能量輸入方式，將能夠觸發材料發生可逆或不可逆的響應，從而實現可控的形變、顔色變化、電學性質改變等。本書將探討激光與形狀記憶閤金、光緻變色材料、壓電材料等智能材料的結閤，以及它們在自修復、可重構器件中的應用。 理論模擬與實驗協同： 現代科學研究越來越依賴於理論模擬與實驗的緊密結閤。本書將強調計算模擬在預測激光與材料相互作用、指導實驗設計方麵的重要性，並探討如何通過機器學習等人工智能技術，加速對激光輻照效應的理解和優化。 可持續發展與綠色製造： 激光加工具有高精度、低能耗、少廢棄物的優點，符閤綠色製造的要求。本書將展望激光技術在推動半導體産業可持續發展中的作用，以及如何通過激光技術實現更環保、更高效的材料製備與器件製造。 六、 結語 《光之刻印：材料科學與電子器件的激光交互》旨在為讀者提供一個全麵、深入且富有啓發性的視角，去理解光，特彆是激光，如何與構成我們數字世界的基石——半導體材料與器件——發生深刻的相互作用。我們希望通過本書，能夠激發更多科研人員和工程師的創新思維，推動相關領域的研究和技術進步，共同探索光賦予物質的無限可能，為構建更美好的未來貢獻力量。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計就吸引瞭我，簡約而又不失專業感，深邃的藍色背景搭配著銀白色的書名，仿佛預示著這本書將帶領讀者進入一個微觀而又充滿活力的世界。作為一名對半導體技術有著濃厚興趣的在校學生，我一直渴望能有這樣一本能夠係統梳理激光與半導體材料相互作用的著作。我期望它能從最基礎的原理講起，比如激光的基本特性、光與物質的相互作用機製，然後逐步深入到不同類型的半導體材料，如矽、砷化鎵等，在激光輻照下會發生怎樣的物理和化學變化。我想瞭解激光能量是如何被吸收、如何引發電子躍遷、如何産生熱效應、甚至如何改變材料的晶格結構。更進一步，我也期待書中能詳細闡述這些效應在半導體器件製造中的實際應用，例如激光退火、激光刻蝕、激光焊接等等，以及這些工藝是如何影響器件的性能和可靠性的。如果書中還能包含一些前沿的研究進展，例如新型半導體材料的激光處理技術，或者在量子計算、光通信等新興領域中的激光應用，那就更完美瞭。這本書的吸引力在於它連接瞭基礎物理原理與尖端工程應用，為我打開瞭一扇理解半導體器件精密製造背後科學原理的大門。

評分☆☆☆☆☆

我對這本書的興趣源於其題目所蘊含的科學探索精神。作為一名跨學科研究的學者，我深知材料科學與工程、物理學、光學以及信息科學之間的緊密聯係。激光與半導體材料的相互作用，恰恰是這些學科交匯的核心區域之一。我希望這本書能夠提供一個具有深度的理論框架，係統地闡述激光輻照對半導體材料宏觀和微觀特性的影響。這包括但不限於激子動力學、自由載流子動力學、非綫性光學效應、錶麵等離激元共振以及激光引起的相變動力學等。我特彆關注書中是否能對不同半導體材料（如III-V族、II-VI族、氧化物半導體、有機半導體等）在激光作用下的獨特響應機製進行比較分析。此外，對於激光誘導的材料改性在提升半導體器件性能方麵的作用，例如提高發光效率、降低漏電流、增強載流子輸運能力等方麵，是否能有詳實的論述和實驗證據支持？我期望這本書能夠為我提供豐富的研究素材和理論指導，幫助我在相關領域做齣更具創新性的貢獻，並推動該領域的基礎理論和應用研究嚮前發展。

評分☆☆☆☆☆

我是一名在半導體行業一綫工作的工程師，日常工作涉及新工藝的開發和生産問題的解決。在工作中，我們經常會遇到一些與激光加工相關的技術挑戰，比如如何精確控製激光參數以實現最佳的加工效果，如何避免因激光輻照引起的材料損傷或性能下降。因此，一本能夠深入剖析激光輻照在半導體材料和器件領域影響的專業書籍，對我來說具有非常高的實用價值。我特彆希望能在這本書中找到關於各種半導體材料（包括但不限於矽基、化閤物半導體，甚至一些寬禁帶半導體如氮化鎵、碳化矽）在不同波長、功率、脈衝寬度激光作用下的詳細反應機理。比如，不同激光參數組閤下，材料可能齣現的吸收、散射、透射、反射等現象，以及由此産生的熱擴散、應力分布、甚至相變等過程。此外，我更關心這些微觀效應如何轉化為宏觀的器件性能變化，比如電阻率、載流子濃度、遷移率、擊穿電壓、漏電流等等。如果書中能提供一些量化的模型和仿真方法，幫助我們預測激光加工參數對器件性能的影響，或者指導我們如何優化工藝以規避潛在的風險，那就太有幫助瞭。這本書的齣現，無疑能為我這樣的從業者提供寶貴的參考和理論支持。

評分☆☆☆☆☆

作為一個對納米技術和光子學交叉領域充滿好奇的科研愛好者，我一直關注著激光技術在微納製造領域的應用前景。半導體材料，作為構建現代電子和光電子器件的核心，其與激光的互動無疑是這個交叉領域中一個至關重要的環節。我非常期待這本書能夠提供一個全麵而深入的視角，不僅介紹激光輻照對半導體材料的基本物理化學影響，例如光緻載流子産生、錶麵改性、摻雜、缺陷形成等，更希望它能詳細探討這些效應在製備高性能、復雜結構的半導體器件中的具體應用。我想瞭解激光如何被用於精確地圖案化材料，如何實現無掩模的光刻，如何在納米尺度上構建齣具有特定光學或電學特性的結構。書中是否會涉及例如飛秒激光在超快過程中的應用，以及它如何在材料內部産生獨特的亞穩態結構或相乾現象？另外，對於一些新型的半導體材料，比如二維材料（石墨烯、過渡金屬硫化物等）在激光作用下的光電特性變化，是否也有深入的探討？這本書的潛在價值在於它能夠啓發新的研究思路，推動半導體微納製造技術的邊界。

評分☆☆☆☆☆

我是一位退休多年的老工程師，曾經在電子元件廠工作瞭幾十年，親曆瞭半導體技術從萌芽到蓬勃發展的整個過程。迴首往事，激光技術在半導體製造領域的應用，特彆是近年來飛速的發展，讓我感到非常驚嘆。雖然我已經離開瞭工作崗位，但對這個行業的關注從未停止。我希望這本書能夠像一位老朋友一樣，用一種清晰易懂、又不失嚴謹的語言，迴顧和梳理激光在半導體材料和器件領域的發展曆程，以及其帶來的重要變革。從早期的激光退火、激光切割，到如今更為精密的激光直寫、激光誘導化學氣相沉積等工藝，我想瞭解這些技術的演進是如何一步步推動半導體器件嚮著更小、更快、更強大的方嚮發展的。書中是否能包含一些經典的案例研究，講述某個重要的半導體器件是如何通過激光技術實現突破的？同時，我也很好奇，隨著激光技術的不斷進步，未來半導體製造又會呈現齣怎樣新的可能性？這本書是否能為我這樣的讀者提供一個觀察行業發展脈絡的窗口，讓我能夠跟上時代的步伐。