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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出版社： 科学出版社

ISBN：9787030390103

商品编码：29672879040

包装：平装

出版时间：2013-11-01

基本信息

书名:图形化半导体材料特性手册

定价：118.00元

售价：80.2元,便宜37.8元,折扣67

作者:季振国

出版社：科学出版社

出版日期：2013-11-01

ISBN：9787030390103

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版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

内容提要

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。

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

作者介绍

文摘

序言

《半导体材料及其关键性能解析》 第一章 半导体材料基础 半导体材料是现代电子工业的基石，其独特的导电特性使得它们在信息技术、能源、通信等众多领域扮演着至关重要的角色。本章旨在为读者构建一个扎实的半导体材料基础知识体系。 1.1 半导体的定义与分类 首先，我们将深入探讨半导体的基本定义，即其导电性能介于导体和绝缘体之间，且受外部条件（如温度、光照、电场、磁场）影响显著的材料。我们将重点介绍几种常见的半导体材料，包括元素半导体（如硅、锗）和化合物半导体（如砷化镓、氮化镓、硫化镉）。通过对比分析它们的晶体结构、原子组成和基本物理特性，使读者对不同类型半导体的差异和适用性有初步的认识。 1.2 晶体结构与晶格 半导体材料的宏观性能与其微观的晶体结构息息相关。本节将详细阐述半导体材料中常见的晶体结构，例如金刚石立方结构（Diamond Cubic）和闪锌矿结构（Zincblende）。我们将解释晶格的概念、晶向和晶面，并介绍X射线衍射（XRD）等常用技术如何用于表征这些晶体结构。理解晶格缺陷（如空位、间隙原子、位错）对于掌握半导体材料的性能至关重要，因此本节也将对其进行深入介绍，并初步探讨其对载流子行为的影响。 1.3 电子能带理论 电子能带理论是理解半导体电学特性的核心。本节将从量子力学的角度出发，解释电子在晶体中运动时形成的能量带，包括价带、导带以及它们之间的禁带（Band Gap）。我们将详细阐述禁带宽度（Eg）的概念，并说明禁带宽度如何决定了材料是导体、半导体还是绝缘体。此外，本节还将介绍本征半导体和杂质半导体的能带结构差异，为后续章节中载流子特性的讨论奠定基础。 1.4 载流子及其产生机制 在半导体材料中，电荷的传输主要由两种载流子负责：电子和空穴。本节将深入解释电子和空穴的产生机制，包括热激发和掺杂。我们将详细介绍本征半导体的载流子浓度与其温度的关系，并重点阐述杂质半导体（n型和p型）中通过掺杂引入的施主能级和受主能级，以及它们如何极大地增加自由载流子的数量。 第二章 半导体材料的关键性能参数 掌握了半导体材料的基础知识后，本章将聚焦于描述和量化这些材料性能的关键参数，为实际应用中的材料选择和器件设计提供依据。 2.1 载流子浓度与迁移率 载流子浓度（Carrier Concentration）直接影响半导体的导电能力。本节将介绍如何测量载流子浓度，并探讨其与材料的掺杂浓度、温度等因素的关系。 迁移率（Mobility）是衡量载流子在电场作用下移动速度的指标，它决定了器件的响应速度和电导率。我们将详细解释电子迁移率（μn）和空穴迁移率（μp）的概念，并分析影响迁移率的主要散射机制，如晶格振动散射（声子散射）、杂质散射和晶格缺陷散射。理解这些机制有助于解释为什么不同半导体材料的迁移率存在显著差异，以及如何通过工艺手段来优化迁移率。 2.2 导电类型与费米能级 根据载流子类型的不同，半导体材料被分为n型（电子为主要载流子）和p型（空穴为主要载流子）。本节将详细解释导电类型的判据，以及如何通过掺杂实现导电类型的控制。 费米能级（Fermi Level, EF）是描述半导体中电子能量分布的关键参数。我们将解释费米能级的物理意义，以及它如何随着温度和掺杂浓度的变化而变化。费米能级的位置对于理解PN结的形成、载流子的扩散和漂移等过程至关重要。 2.3 禁带宽度与光学特性 禁带宽度（Band Gap, Eg）是半导体最核心的物理参数之一。本节将深入讨论禁带宽度的测量方法，如吸收光谱法和光谱透射法。我们将重点分析禁带宽度对半导体材料光学性质的影响，包括其吸收光谱的起始波长和透射光谱的截止波长。 此外，本节还将介绍半导体材料的发光特性，如光致发光（Photoluminescence, PL）和电致发光（Electroluminescence, EL）。我们将探讨不同禁带宽度和晶体结构的半导体材料如何产生不同波长的光，并初步介绍其在发光二极管（LED）和激光二极管（LD）等器件中的应用。 2.4 载流子寿命与复合机制 载流子寿命（Carrier Lifetime）是指一个载流子在被产生后，在发生复合之前所能存在的平均时间。它直接影响半导体器件的性能，尤其是在光电器件和存储器件中。本节将详细介绍载流子寿命的测量方法，如瞬态光致电导法。 复合机制（Recombination Mechanisms）是导致载流子消失的主要原因。我们将重点阐述三种主要的复合机制：辐射复合（Radiative Recombination）、俄歇复合（Auger Recombination）和陷阱辅助复合（Trap-Assisted Recombination）。理解这些复合机制及其发生的条件，对于优化半导体材料的性能、提高器件效率具有重要意义。 2.5 热学性能 除了电学和光学性能，半导体材料的热学性能也对其在实际应用中的稳定性和可靠性至关重要。本节将介绍半导体材料的热导率（Thermal Conductivity）和热膨胀系数（Coefficient of Thermal Expansion）。我们将分析影响热导率的因素，如晶体结构、杂质含量和温度，并讨论热膨胀系数的差异如何导致器件在温度变化时产生应力，可能引发器件失效。 第三章 常用半导体材料的性能分析 本章将选取几种在现代科技中应用最为广泛的半导体材料，结合前两章介绍的理论知识，对其关键性能进行详细的分析和阐述。 3.1 硅（Si） 作为目前应用最广泛的半导体材料，硅具有优良的性能和成熟的制造工艺。本节将重点分析硅的晶体结构、禁带宽度、载流子迁移率、载流子寿命等关键参数。我们将讨论硅在微电子领域的广泛应用，包括集成电路（IC）、功率器件等，并分析其在高温和高频应用中的局限性。 3.2 砷化镓（GaAs） 砷化镓是一种重要的化合物半导体，其载流子迁移率远高于硅，这使得它在高速电子器件和光电子器件中具有独特的优势。本节将详细介绍GaAs的晶体结构、禁带宽度（直接带隙）、载流子迁移率，以及其在射频（RF）器件、光通信和LED领域的应用。同时，我们也将讨论GaAs在制造工艺上的挑战以及其与硅的成本对比。 3.3 氮化镓（GaN） 氮化镓是第三代半导体材料的代表，其高禁带宽度、高击穿电压和高载流子迁移率使其成为制造高性能功率器件和蓝光LED的理想选择。本节将深入分析GaN的物理特性，包括其直接带隙、高载流子迁移率、以及在高温和耐高压应用中的优势。我们将详细介绍GaN在LED照明、电力电子和射频功率放大器等领域的突破性应用，并探讨其面临的挑战，如晶体生长和衬底选择。 3.4 其他重要半导体材料 除了以上重点介绍的材料，本节还将简要介绍其他具有重要应用价值的半导体材料，例如： 锗（Ge）: 作为最早被研究的半导体材料，锗在某些特定领域（如红外探测器）仍有应用。 磷化铟（InP）: 主要用于光通信领域，特别是在光纤通信系统中。 碳化硅（SiC）: 类似于GaN，SiC也具有高禁带宽度和高击穿电压，在高温、高压和高功率器件领域具有显著优势，尤其是在电动汽车和工业电源领域。 我们将对这些材料的典型性能参数进行概述，并指出它们各自的应用方向和技术特点。 第四章 半导体材料的制备与表征技术 要获得高性能的半导体器件，高质量的半导体材料是前提。本章将介绍几种关键的半导体材料制备技术和表征方法。 4.1 晶体生长技术 本节将介绍几种主流的半导体单晶生长技术，包括： 直拉法（Czochralski Method, CZ）: 主要用于硅单晶的生长。 区熔法（Float Zone Method, FZ）: 适用于对纯度要求极高的材料，如高纯硅。 液相外延（Liquid Phase Epitaxy, LPE）: 一种常用的化合物半导体薄膜生长技术。 气相外延（Vapor Phase Epitaxy, VPE） 和 金属有机化学气相沉积（Metalorganic Chemical Vapor Deposition, MOCVD）: 是目前最主流的化合物半导体薄膜外延技术，尤其在GaN和GaAs材料的制备中发挥着关键作用。 分子束外延（Molecular Beam Epitaxy, MBE）: 能够实现原子层级的精确控制，用于制备高质量的超晶格和量子结构。 我们将详细阐述这些技术的原理、工艺流程、优缺点以及它们在不同材料制备中的适用性。 4.2 薄膜沉积技术 除了单晶生长，在半导体器件制造过程中，还需要在衬底上沉积各种功能的薄膜。本节将介绍几种常用的薄膜沉积技术： 物理气相沉积（Physical Vapor Deposition, PVD）: 包括蒸发和溅射。 化学气相沉积（Chemical Vapor Deposition, CVD）: 包括等离子体增强化学气相沉积（PECVD）等。 这些技术对于形成栅极、互连线、绝缘层等至关重要。 4.3 材料表征技术 获得高质量的材料后，必须通过各种表征手段来评估其性能和质量。本节将详细介绍几种重要的半导体材料表征技术： X射线衍射（XRD）: 用于分析晶体结构、晶格常数和晶粒取向。 扫描电子显微镜（SEM） 和 透射电子显微镜（TEM）: 提供材料微观形貌和晶体结构的图像信息，用于观察晶粒、晶界、缺陷等。 原子力显微镜（AFM）: 用于测量表面形貌和粗糙度。 能谱分析（EDS/XPS）: 用于分析材料的元素组成和化学态。 光致发光（PL） 和 拉曼光谱（Raman Spectroscopy）: 用于评估材料的光学性能和晶格振动特性。 霍尔效应测量（Hall Effect Measurement）: 用于精确测量载流子浓度、迁移率和导电类型。 瞬态光电流/光导衰减（Transient Photoconductivity/Decay）: 用于测量载流子寿命。 我们将解释这些表征技术的工作原理、能够获得的信息以及在材料研发和质量控制中的重要作用。 第五章 半导体材料在器件中的应用 本章将结合前几章的理论知识，重点阐述不同半导体材料在各种电子和光电子器件中的具体应用，以及材料性能对其器件性能的影响。 5.1 集成电路（IC） 集成电路是现代信息技术的核心。我们将重点讨论硅在CMOS技术中的核心地位，分析其优良的介电性能、表面特性以及成熟的制造工艺如何支撑大规模集成电路的发展。我们也将简要介绍在某些高端应用中，砷化镓等化合物半导体如何用于制造高速逻辑器件。 5.2 功率器件 功率器件是实现电力电子能量转换和控制的关键。我们将详细探讨碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）等宽禁带半导体材料在制造高压、大电流功率器件方面的优势，例如功率MOSFET、IGBT和二极管。我们将分析这些材料的高击穿电压、低导通损耗和高工作温度如何使其在电动汽车、新能源发电和高压输电等领域具有革命性的意义。 5.3 光电子器件 光电子器件是实现光电信号的转换和处理的电子器件。本章将重点关注： 发光二极管（LED）: 详细介绍不同禁带宽度的化合物半导体（如GaAs、GaN、InGaN）如何产生不同颜色的光，以及其在照明、显示和通信领域的应用。 激光二极管（LD）: 讨论其工作原理，以及GaAs、GaN等材料在光通信、数据存储和工业加工中的应用。 光电探测器（Photodetectors）: 介绍基于不同半导体材料（如Si、Ge、InGaAs、HgCdTe）的光电探测器，它们在光学传感、成像和通信中的应用。 太阳能电池（Solar Cells）: 分析硅、化合物半导体（如GaAs、CdTe）在光伏发电领域的应用，以及材料的禁带宽度、载流子寿命等参数对其效率的影响。 5.4 传感器 半导体材料的独特性能使其成为制造各种传感器的理想选择。本节将介绍： 温度传感器: 如热敏电阻。 光传感器: 如光敏电阻、光电二极管。 气体传感器: 基于半导体表面反应的传感器，能够检测特定气体。 压力传感器: 如压阻效应传感器。 我们将解释不同半导体材料如何利用其对温度、光照、化学物质或机械应力的敏感性来构建各类传感器。 结语 半导体材料科学是一个不断发展和创新的领域。通过对半导体材料基础、关键性能参数、常用材料特性、制备与表征技术以及器件应用的深入探讨，本手册旨在为读者提供一个全面而系统的知识框架。理解这些内容，对于从事半导体材料研究、器件开发、工艺设计以及相关领域工作的专业人士和学生都将具有重要的参考价值。随着技术的进步，新型半导体材料和器件的出现将继续推动电子信息产业的快速发展。

评分☆☆☆☆☆

我最近在参与一个关于新型光电器件的研发项目，对材料的界面行为和缺陷态非常头疼。我希望这本书能够超越传统的宏观性能描述，深入到微观机制的探讨。例如，材料在界面处如何形成能垒，或者某种特定缺陷如何成为载流子的陷阱。这些“幕后”的物理过程，往往才是决定器件最终性能的关键。如果这本书能提供一些前沿的计算模拟结果，比如密度泛函理论（DFT）的预测数据，来佐证实验观察到的现象，那就太有说服力了。我需要的是能够启发我思考，并指导我设计实验来验证这些微观机制的深度分析，而不是停留在对已知现象的简单罗列。

评分☆☆☆☆☆

说实话，我最近在看另一本关于电子器件物理的书，那本书虽然内容详尽，但结构上总感觉有些跳跃，读起来不够连贯。因此，我非常希望能找到一本在逻辑组织上更加清晰的作品。我希望这本手册能按照一个非常清晰的脉络展开，比如先是基础理论的奠基，然后过渡到关键参数的测量方法，最后再深入到不同工作条件下的性能变化。我特别关注材料在极端环境下的响应，比如高温或高压，这些细节往往是教科书里一带而过的，但对于实际工程设计至关重要。如果这本书能对这些“硬骨头”问题给出详尽的解答，那它的价值就不可估量了。我期待它能像一位经验丰富的老工程师，循循善诱地带领我走过复杂的材料世界。

评分☆☆☆☆☆

这本书，虽然我还没来得及细看，但光是封面设计就透露出一种扎实和严谨的气质。那种深邃的蓝色调，加上精确排版的文字，让人立刻联想到专业领域里的深度研究。我猜测，这本书的内容一定是对某个特定领域的知识体系进行了全面的梳理和归纳。我特别期待它在理论深度和实际应用之间的平衡。毕竟，一本好的手册，不仅仅是知识的堆砌，更应该是解决实际问题的工具。我希望能从中找到一些关于材料科学前沿进展的系统性介绍，比如一些新型纳米结构的制备工艺和性能分析。如果它能提供一些清晰的图表和对比数据，那就更好了，那样在查阅资料时会非常高效。希望它能成为我案头必备的参考书。

评分☆☆☆☆☆

我一直对那些能够将复杂概念视觉化的书籍情有独钟。我的工作性质要求我必须快速理解新的材料特性曲线和晶格结构图。如果这本书在插图和示意图的质量上能达到顶尖水平，那简直是太棒了。我希望那些图示不仅仅是装饰，而是真正能帮助理解抽象物理过程的“拐杖”。比如，某个特定现象的能带结构图，如果能用生动的颜色和清晰的标记来区分不同的能级和费米面，那将大大节省我反复阅读文字描述的时间。此外，如果能附带一些常见实验设置的简略示意图，说明如何测量出书中所述的那些关键数据，那就更贴近实战了。这种实用性对我来说，是衡量一本技术书籍优劣的硬指标。

评分☆☆☆☆☆

从名字上看，这本书似乎强调“手册”的属性，这意味着它应该具备极高的查阅效率。我设想的是，当我需要快速核对一个特定材料在某个温度下的介电常数范围时，我能在最短的时间内通过目录或索引找到对应的章节，而不是翻遍整本书。我希望它的编排是面向应用需求的，而不是纯粹的学术综述。也许在每个章节的末尾，能有一个“关键参数速查表”或者“常见问题解答”的小结，这将极大地提高工作效率。如果它能像一本工具箱一样，里面装满了可以直接拿来用的公式和模型，那我就赚大了。毕竟，在科研和工程领域，时间就是效率，快速检索的能力至关重要。