共振隧穿器件及其應用 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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郭維廉著 著

圖書標籤:

• 共振隧穿
• 量子器件
• 納米電子學
• 隧道效應
• 半導體物理
• 材料科學
• 物理學
• 電子學
• 器件物理
• 應用物理

店鋪： 博學精華圖書專營店

齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030237262

商品編碼：29692620381

包裝：平裝

齣版時間：2009-06-01

基本信息

書名:共振隧穿器件及其應用

定價：70.00元

售價：47.6元,便宜22.4元,摺扣68

作者:郭維廉著

齣版社：科學齣版社

齣版日期：2009-06-01

ISBN：9787030237262

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版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.581kg

編輯推薦

內容提要

本書是一本全麵、係統地講述共振隧穿器件及其應用的著作。全書共10章，～3章為共振隧穿二極管的物理基礎、器件模型和模擬以及器件設計、製造與參數測量；第4～6章為各種類型的共振隧穿二極管、晶體管以及共振隧穿型光電器件；第7～9章為共振隧穿器件在模擬電路、數字電路和光電集成中的應用；0章論述瞭共振隧穿器件及其應用的發展趨勢。
本書可作為微電子專業本科生或研究生選修課程的教材或主要參考書，也可供從事新型半導體器件、高頻和高速化閤物半導體器件、納米量子器件及其集成技術領域研究的科研人員參考。

目錄

作者介紹

文摘

序言

《共振隧穿器件及其應用》圖書簡介 前言： 在信息爆炸的時代，對信息處理速度和功能的需求呈指數級增長。半導體技術的進步，尤其是對量子力學現象的深入理解和巧妙利用，為我們打開瞭全新的器件設計思路。本書《共振隧穿器件及其應用》，正是聚焦於這樣一種極具潛力的微觀電子學器件——共振隧穿器件（Resonant Tunneling Device, RTD）。它憑藉其獨特的負微分電導特性，為開發新一代高性能電子器件提供瞭理論基礎和實踐指導。本書旨在係統地介紹共振隧穿器件的物理原理、器件結構、製造工藝、特性錶徵以及在各個領域的創新應用，為相關領域的科研人員、工程師和研究生提供一份詳實而前沿的參考。 第一章：量子隧穿效應基礎 本章將從宏觀的經典物理世界躍升至微觀的量子領域，為理解共振隧穿器件奠定堅實的理論基礎。我們將深入探討量子隧穿效應的本質，解釋粒子在經典力學中被認為是無法逾越的勢壘，但在量子力學中卻能夠以一定的概率穿過的奇妙現象。 1.1 量子力學基本原理迴顧： 波粒二象性：迴顧德布羅意波長概念，理解電子作為波的性質是隧穿效應的根源。 薛定諤方程：介紹時間無關薛定諤方程及其在描述粒子在勢場中運動狀態中的作用。 波函數與概率密度：解釋波函數的物理意義，即波函數模方代錶粒子在空間中齣現的概率密度。 勢壘的概念：定義一維和三維勢壘，以及其高度和寬度對隧穿概率的影響。 1.2 隧穿概率的計算： 有限寬度勢壘的隧穿：詳細推導或介紹計算有限寬度勢壘下粒子隧穿概率的方法，例如WKB近似法（Wentzel-Kramers-Brillouin approximation）。 隧穿概率與勢壘參數的關係：分析勢壘高度、寬度以及粒子能量對隧穿概率的定量影響。 隧道結的形成：闡述在半導體材料中如何通過外延生長等工藝形成具有隧穿特性的薄膜結構。 1.3 量子反射與透射： 界麵反射：解釋當粒子從一種介質進入另一種介質時，由於阻抗失配産生的反射現象。 透射係數：定義透射係數，並分析其與反射係數的關係。 費米黃金定則：簡要介紹其在描述躍遷過程中的應用，為理解隧穿過程的動力學提供思路。 第二章：共振隧穿二極管（RTD）的物理機製 本章將聚焦於共振隧穿二極管（RTD）的核心——共振隧穿現象。我們將深入剖析其工作原理，解釋負微分電導（Negative Differential Conductance, NDC）這一關鍵特性的起源，並介紹不同類型的RTD結構。 2.1 共振隧穿的産生： 量子阱的概念：介紹量子阱的形成，即在兩層勢壘之間形成一個能量較低的區域，能夠束縛粒子。 量子態的形成：解釋在量子阱中形成的離散的量子能級。 能量匹配與共振：當入射電子的能量與量子阱中的某個離散能級精確匹配時，隧穿概率會急劇增加，這就是共振隧穿。 勢阱寬度和勢壘厚度的影響：分析這些結構參數如何影響量子阱能級的位置和寬度，進而影響共振隧穿的特性。 2.2 負微分電導（NDC）的起源： I-V特性麯綫的形成：詳細描述RTD在施加電壓變化時，電流隨電壓變化的軌跡。 峰值電流（Peak Current, Ip）與榖值電流（Valley Current, Iv）：解釋I-V麯綫上關鍵點的物理含義。 負微分電導區的形成：當電壓升高，量子阱的能級與入射電子能量的匹配性減弱，隧穿概率下降，導緻電流減小，從而産生負微分電導。 不同類型的NDC：區分瞭宏觀NDC（如S型和N型）與微觀NDC（如基於共振隧穿的NDC）。 2.3 RTD的典型結構： 雙勢壘（Double Barrier）結構：介紹最基本、最常見的RTD結構，通常由兩層薄的勢壘材料夾一層量子阱材料構成，例如AlGaAs/GaAs/AlGaAs。 多勢壘（Multiple Barrier）結構：介紹由多個勢壘和勢阱串聯組成的結構，可以實現更復雜的I-V特性和功能。 異質結（Heterojunction）與同質結（Homojunction）RTD：討論不同材料組閤對RTD性能的影響。 器件材料的選擇：分析不同半導體材料（如GaAs、InGaAs、GaN等）及其閤金在構建RTD中的優勢和劣勢。 2.4 影響RTD特性的因素： 量子阱寬度與能級：分析其對共振能量和隧穿效率的影響。 勢壘厚度與高度：分析其對隧穿概率和漏電流的影響。 材料的電子有效質量：解釋其對量子態能量的影響。 溫度效應：分析溫度對RTD的I-V特性和共振峰寬的影響。 第三章：共振隧穿器件的製造工藝 本章將詳細介紹製造高性能共振隧穿器件所需的關鍵技術和工藝流程，重點關注分子束外延（MBE）和金屬有機化學氣相沉積（MOCVD）等先進的外延生長技術。 3.1 外延生長技術： 分子束外延（MBE）：詳細介紹MBE的原理、設備組成、生長過程（如元素源、基底、溫度控製、生長速率監控），以及其在製備超薄、高質量異質結結構方麵的優勢。 金屬有機化學氣相沉積（MOCVD）：介紹MOCVD的原理、反應機理、載氣選擇、前驅體、以及其在工業化生産中的應用前景，強調其對材料成分和厚度控製的精確性。 外延層厚度與成分控製：討論如何精確控製生長層的厚度（原子層級彆）和材料成分，以實現預期的量子阱能級和勢壘參數。 3.2 器件製備流程： 晶圓製備與清洗：介紹襯底材料的選擇（如GaAs、Si等）以及其錶麵處理和清洗的重要性。 光刻技術：介紹光刻在定義器件結構、圖案化掩膜等方麵的應用。 乾法刻蝕與濕法腐蝕：討論如何選擇閤適的刻蝕技術來定義器件的側壁、接觸電極等。 金屬化工藝：介紹用於形成歐姆接觸和電極的金屬材料（如AuGeNi、Ti/Pt/Au等）及其蒸鍍、退火工藝。 鈍化與封裝：介紹錶麵鈍化和器件封裝技術，以提高器件的穩定性和可靠性。 3.3 材料選擇與性能優化： III-V族化閤物半導體：重點介紹GaAs、AlGaAs、InGaAs等材料體係及其閤金在RTD中的應用，分析其能帶結構和材料特性。 II-VI族化閤物半導體：簡要提及一些可能的應用。 矽基RTD：介紹矽基RTD的研究進展和挑戰。 錶麵粗糙度與界麵質量：強調界麵質量對共振隧穿特性的關鍵影響，以及如何通過優化生長工藝來降低界麵散射。 第四章：共振隧穿器件的特性錶徵 本章將介紹用於錶徵共振隧穿器件電學和結構特性的主要技術手段，幫助讀者理解如何評估器件的性能和質量。 4.1 電學特性測量： 直流（DC）I-V特性測量：介紹使用參數測試儀（Parameter Analyzer）進行電流-電壓特性的精確測量，以及如何提取峰值電流、榖值電流、峰榖比（Peak-to-Valley Current Ratio, PVCR）、負微分電導等關鍵參數。 交流（AC）特性測量：介紹阻抗分析儀（Impedance Analyzer）用於測量器件的頻率響應、寄生參數等。 溫度依賴性測量：分析溫度變化對I-V特性的影響，以評估器件的穩定性。 4.2 結構與材料錶徵： X射綫衍射（XRD）：用於確定晶體結構、晶麵取嚮和材料組分。 透射電子顯微鏡（TEM）：用於觀察器件的橫截麵微結構，精確測量層厚、界麵質量和晶格缺陷。 原子力顯微鏡（AFM）：用於錶徵器件錶麵的形貌和粗糙度。 拉曼光譜（Raman Spectroscopy）：用於分析材料的晶格振動，判斷材料的相和應力。 4.3 性能評估指標： 峰榖比（PVCR）：是衡量RTD性能的重要指標，代錶瞭負微分電導的程度。 峰值電流密度（Peak Current Density）：與器件的速度和驅動能力相關。 響應速度：由器件的寄生電容和串聯電阻等因素決定。 穩定性與可靠性：評估器件在不同工作條件下的長期穩定性。 第五章：共振隧穿器件的應用 本章將展示共振隧穿器件在眾多前沿技術領域的廣泛應用，重點突齣其利用負微分電導特性實現的高速、高集成度功能。 5.1 高頻電子學應用： 高頻振蕩器：利用RTD的NDC特性構建自激振蕩電路，實現高頻信號的産生，可應用於雷達、通信係統等。 混頻器：RTD的非綫性特性使其成為優良的混頻器元件，可用於信號的頻率轉換。 高速邏輯門：利用RTD的NDC特性設計具有超快速開關特性的邏輯門，可用於開發超高速計算單元。 毫米波與太赫茲器件：RTD在這些頻段具有極低的寄生效應和優異的性能，是開發新型毫米波和太赫茲器件的關鍵。 5.2 存儲器和邏輯器件： 多值邏輯：RTD的非綫性I-V特性允許實現多值邏輯，可顯著提高信息存儲密度和邏輯運算效率。 動態隨機存取存儲器（DRAM）：研究利用RTD的隧道結特性實現新型高密度、低功耗的DRAM。 自鏇電子器件：結閤自鏇輸運的研究，開發基於共振隧穿的自鏇電子器件，有望實現新一代信息存儲和處理技術。 5.3 光電子學應用： 光電探測器：利用共振隧穿效應實現對特定波長光的選擇性探測。 量子級聯激光器（QCL）：雖然QCL通常基於堆疊的多個量子阱，但共振隧穿的概念是其工作原理的重要組成部分。 光調製器：利用外電場控製共振隧穿條件，實現對光信號的調製。 5.4 生物傳感與微係統應用： 高靈敏度傳感器：利用RTD對微弱電信號的放大作用，構建高靈敏度的生物傳感器，用於檢測生物分子。 微機電係統（MEMS）：將RTD集成到MEMS器件中，開發具有更高集成度和更強功能的新型微係統。 第六章：未來發展趨勢與挑戰 本章將展望共振隧穿器件的未來發展方嚮，探討麵臨的技術挑戰，並對下一代器件的可能形態進行推測。 6.1 新材料與新結構： 二維材料（如石墨烯、TMDs）在RTD中的應用：探索新型二維材料在構建高性能RTD方麵的潛力。 拓撲材料與量子點：研究將拓撲材料和量子點集成到RTD結構中，以實現更豐富的量子物理現象和器件功能。 三維集成：探討如何實現RTD的三維堆疊和集成，以提高器件密度和計算能力。 6.2 性能提升與功耗降低： 提高峰榖比與響應速度：通過材料設計和結構優化，進一步提升RTD的關鍵性能參數。 實現低功耗運行：設計低電壓驅動的RTD，以滿足移動設備和大規模集成電路對功耗的要求。 寬溫區運行：開發能夠在更寬溫度範圍內穩定工作的RTD。 6.3 前沿應用探索： 量子計算：探索RTD在構建量子比特和量子門中的潛在作用。 人工智能硬件：開發基於RTD的類腦計算硬件，以實現更高效的人工智能算法。 高性能射頻與太赫茲係統：繼續推動RTD在通信、成像、傳感等領域的應用。 6.4 技術挑戰與展望： 製造工藝的精度與成本：如何實現更低成本、更高良率的RTD批量生産。 器件的穩定性和可靠性：提升器件在實際應用中的長期穩定性和環境適應性。 理論模型的完善：發展更精確的理論模型，以指導器件的設計和優化。 結論： 共振隧穿器件作為一種基於量子力學原理的微觀電子器件，以其獨特的負微分電導特性，在微電子學、光電子學、信息科學等眾多領域展現齣巨大的應用潛力。本書係統地闡述瞭共振隧穿器件的物理基礎、器件結構、製造工藝、特性錶徵及廣泛的應用前景，旨在為讀者提供一個全麵深入的瞭解。隨著半導體技術的不斷發展和對量子現象認識的深化，我們有理由相信，共振隧穿器件將在未來的科技革命中扮演越來越重要的角色。 參考文獻： （此處將列齣本書引用的相關學術文獻、期刊文章、會議論文等，以供讀者深入研究。） 附錄： （此處可包含一些輔助性的內容，如常用材料的物理參數錶、關鍵公式推導的詳細步驟等。）

評分☆☆☆☆☆

閱讀過程中，我發現作者在講解核心概念時，展現齣一種對物理直覺的培養能力，這遠超齣瞭教科書的範疇。比如，在討論波函數的疊加與乾涉效應時，作者並非僅僅使用薛定諤方程的數學形式，而是巧妙地運用瞭類比和視覺化的圖錶，將抽象的量子行為具象化。我特彆欣賞它對實驗技術的介紹，那部分寫得極其詳實，簡直像是一份手把手的實驗室指南。從高分辨率透射電子顯微鏡（HRTEM）圖像的解讀，到掃描隧道顯微鏡（STM）在原子尺度的成像原理，作者都沒有放過。更難能可貴的是，書中對測量誤差的分析也做瞭深入探討，指齣在微納尺度下，環境因素（如溫度漂移、電噪聲）對測量結果的乾擾有多麼劇烈，這種“反麵教材”式的討論，對於指導我設計更可靠的實驗方案至關重要。總而言之，這本書的實踐指導意義非常強，不是紙上談兵。

評分☆☆☆☆☆

這本書的行文氣勢磅礴，仿佛帶領讀者進行瞭一次橫跨理論與工程的史詩級旅程。其中關於器件製造工藝的章節，讀起來讓人熱血沸騰，仿佛置身於無塵室之中。作者對薄膜沉積技術，特彆是原子層沉積（ALD）和分子束外延（MBE）的描述，細緻到連溫度控製和腔室壓力的微小波動都會對最終器件的質量産生決定性影響。我尤其關注瞭其中關於刻蝕技術的比較分析，它清晰地對比瞭濕法刻蝕和乾法刻蝕在選擇性、側壁粗糙度等關鍵參數上的優劣，並給齣瞭在不同材料體係下的最佳實踐建議。這種深入到“如何做”層麵的講解，極大地拓寬瞭我對集成電路製造流程的理解。如果說理論部分是骨架，那麼這些工程實踐的描述就是賦予血肉，讓整個知識體係變得立體而生動。

評分☆☆☆☆☆

這本書的語言風格帶著一種沉穩的學術魅力，閱讀它需要高度的專注力，但迴報是巨大的知識增量。我發現作者在解釋一些復雜的物理現象時，總是能夠找到一個恰到好處的切入點，既不失深度，又能避免掉入過於晦澀的數學泥潭。例如，書中對量子限製效應的闡述，結閤瞭從零維到二維體係的演變過程，非常具有啓發性，幫助我理解為什麼特定維度的材料能夠展現齣突破性的性能。此外，書中對未來發展趨勢的預測，雖然基於現有數據，但分析得相當審慎和客觀，沒有過度誇大其詞。它沒有給齣任何立竿見影的“靈丹妙藥”，而是引導讀者去思考當前技術瓶頸的根本原因，並鼓勵創新性的解決方案。總而言之，這是一部需要反復研讀、纔能真正領會其中深意的力作。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計得非常吸引人，采用瞭深邃的藍色調，配以抽象的光綫和幾何圖形，給人一種既專業又充滿未來感的印象。我原本是抱著學習基礎半導體物理知識的目的翻開它的，沒想到它在開篇就迅速切入瞭前沿領域，讓我眼前一亮。作者在導論部分對於材料科學的概述非常精闢，特彆是對新型二維材料的結構和電子特性分析，簡直像是在進行一次高水平的學術報告。我印象最深的是關於材料缺陷如何影響器件性能的討論，那部分內容邏輯嚴密，引用瞭大量近期的研究成果，甚至涉及到一些我之前在其他教材中未曾見過的復雜晶格模型。這本書的敘述風格非常嚴謹，每一個公式的推導都清晰可見，絕不是那種隻羅列結果而不深究過程的“填鴨式”教學。對於初學者來說，可能需要一定的物理基礎來跟上它的節奏，但對於有一定背景的研究人員，這本書無疑是一本極好的參考資料，特彆是對那些希望將理論知識與實際器件設計結閤起來的讀者，它提供的框架非常具有啓發性。

評分☆☆☆☆☆

這本書的編排結構非常精妙，它沒有固守傳統的綫性敘事模式，而是采用瞭模塊化和交叉引用的方式，使得讀者可以根據自己的興趣點進行深入挖掘。我最喜歡它在討論“器件性能優化”那一塊的論述，它不是簡單地堆砌公式，而是引入瞭一種係統性的設計思維框架。作者提齣瞭一個多維度參數空間搜索的策略，將電學性能、熱學性能和機械性能放在一個統一的優化矩陣中進行權衡。這種跨學科的視角非常新穎，它提醒我不能隻關注電子遷移率，而必須同時考慮器件的熱穩定性以及在長期工作條件下的可靠性問題。書中對可靠性工程的介紹，特彆是對電遷移和擊穿機製的壽命預測模型，非常具有前瞻性，這對於當前追求超小型化和高集成度的半導體行業來說，是亟需解決的關鍵挑戰。