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出版者:世茂

作者:城戶淳二

出品人:

页数:0

译者:王政友

出版时间:2004年06月14日

价格:NT$ 250

装帧:

isbn号码:9789577766168

丛书系列:

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《半导体器件物理与应用》 内容简介 本书深入探讨了半导体器件的物理基础、关键制造工艺及其在现代电子学中的广泛应用。全书结构严谨，内容翔实，旨在为电子工程、材料科学以及物理学领域的学生、研究人员和行业工程师提供一本全面、深入的参考指南。 第一部分：半导体物理基础 本部分系统地介绍了构成所有现代电子设备核心的半导体材料的内在属性。我们从晶体结构和能带理论入手，详细阐述了本征半导体和掺杂半导体（P型和N型）的载流子输运机制，包括漂移和扩散过程。重点分析了费米能级、内建电场等关键参数如何随温度和掺杂浓度变化。此外，本书还专门辟出一章讨论了重要的半导体材料，如硅（Si）、锗（Ge）以及用于高频和光电器件的化合物半导体（如GaAs、GaN），分析了它们在带隙、载流子迁移率等方面的特性差异，为后续器件分析奠定坚实的理论基础。 第二部分：基本半导体器件原理 本部分是全书的骨架，详细解析了最基础、最核心的半导体器件的工作原理。 PN结： 对PN结的形成过程、势垒电容、扩散电流和空间电荷区进行了详尽的物理建模。着重分析了PN结在不同偏压下的伏安特性曲线，并解释了雪崩击穿和齐纳击穿的微观机制。 二极管（Diodes）： 在PN结的基础上，本书深入探讨了多种实用二极管，包括整流二极管、肖特基势垒二极管（SBD）——分析了其低正向压降和快速开关特性的物理根源，以及齐纳二极管在稳压电路中的应用。 双极型晶体管（BJT）： 详细讲解了NPN和PNP晶体管的结构、工作区（截止、放大、饱和）的物理状态。通过Ebers-Moll模型和混合$pi$模型，深入分析了晶体管的电流放大机制、输入阻抗、输出阻抗和频率响应特性。特别关注了晶体管的开关速度限制因素。 第三部分：场效应晶体管（FETs） 场效应晶体管是现代集成电路的主流器件。本部分聚焦于MOS结构和FET的工作原理。 MOS电容器： 对其C-V特性曲线进行了详尽的剖析，解释了耗尽、反型和积累区如何形成，这是理解MOSFET工作状态的关键。 MOSFET： 深入分析了增强型和结型FET的结构与工作模式（亚阈值、线性区、饱和区）。重点推导了沟道电流公式，并讨论了短沟道效应、热载流子注入等对现代微小化晶体管性能带来的挑战。对功率MOSFET（如VDMOS）的导通电阻和击穿电压进行了专门的讨论。 第四部分：先进器件与应用 本部分将理论知识延伸至更前沿和实用的领域。 集成电路制造基础： 简要介绍了半导体器件制造流程中的关键步骤，包括掺杂（离子注入）、薄膜沉积（CVD/PVD）、光刻技术以及刻蚀工艺对器件性能的影响。 功率半导体器件： 详细阐述了绝缘栅双极型晶体管（IGBT）的结构、工作原理和优势，分析了其在高效电力电子转换中的重要地位。探讨了肖特基势垒整流器在高频电源中的应用。 光电子器件： 覆盖了半导体激光器（LD）和光电探测器（如PIN光电二极管和雪崩光电二极管APD）的基本原理，解释了光与半导体材料相互作用的物理过程，及其在光通信和传感领域的应用。 新兴器件趋势： 简要概述了下一代半导体材料（如SiC和GaN）在高温、高频应用中的潜力，以及新型存储器器件（如MRAM、ReRAM）的基本概念，展望了未来半导体技术的发展方向。 全书配有大量的图示、具体的数学推导和工程实例，旨在帮助读者建立从微观物理现象到宏观器件性能的完整认知链条。通过对这些核心器件的透彻理解，读者将能更好地设计、分析和优化复杂的电子系统。

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这本书在对未来发展趋势的展望部分，展现出一种非常谨慎和保守的态度，仿佛作者对于任何尚未被实验室数据完全证实的“前沿猜想”都抱持着一种怀疑论者的审慎。在讨论下一代材料替代品时，它对每一种潜在候选材料（比如钙钛矿或者某些新型聚合物）的优缺点都进行了详尽的分析，但最终的结论往往导向“仍需长期研究以解决稳定性/寿命问题”。这种严谨固然是科学精神的体现，但对于期待获得一些振奋人心、指明方向性突破的读者来说，可能会感到一丝失落。它更像是在对现有技术做一个非常详尽的“体检报告”，清楚地列出了所有已知的毛病和隐患，却鲜少对“十年后我们能达到什么样的高度”给出大胆而富有启发性的预测。通篇读下来，感觉像是把所有可能的风险点都提前预警了一遍，让人在对现有技术感到踏实的同时，也对未来的爆发点感到有些迷茫和缺乏期待。

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这本书在引用文献和案例分析方面，似乎将重点完全倾斜于某个特定研究小组或某几家特定的国际顶尖实验室。我注意到，在阐述某些关键性能指标的突破时，引用的文献大多集中于近五到七年内由同一批科学家发表的系列论文。虽然这些研究无疑是重要的，但这种高度集中的引用模式，使得全书的视野在一定程度上被“圈子化”了。对于那些希望了解全球范围内不同研究路径和替代性解决方案的读者来说，这本书提供的视角显得有些狭窄和片面。例如，当讨论器件的长期可靠性时，书中几乎没有提及来自亚洲其他领先研究机构，或者欧洲一些专注于特定寿命测试方法的独立工作。这让我产生了一种错觉，仿佛整个领域的发展轨迹都由这几个被高度引用的研究组所主导，而忽略了其他可能同样精彩或具有不同侧重点的研究方向，使得这本书的知识广度和包容性受到了限制。

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我对这本书的排版和图示设计感到非常困惑，它似乎更偏向于一种上世纪八九十年代的学术专著风格。大量的文字堆砌，章节之间的逻辑推进有时显得较为跳跃，需要读者自己去梳理内在的联系。虽然书中确实包含了一些示意图，但这些图往往是黑白分明的流程图或者结构剖面图，缺乏现代出版物中常见的彩色渲染、三维透视图或是对比鲜明的性能曲线图。举个例子，当它描述不同掺杂剂对载流子浓度的影响时，我更期待看到的是一系列不同颜色、清晰标注的半对数坐标图，直观地展示浓度随温度变化的趋势，但实际上，我得到的是一段冗长的文字描述，其中夹杂着几个需要反复对照文本才能理解的数学符号。这使得对复杂物理过程的理解效率大大降低，尤其是在需要快速比较多个实验结果或设计方案时，阅读体验显得相当“古朴”，甚至有些枯燥乏味，让人很难保持持续的阅读热情。

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这本书在介绍半导体材料的制备工艺部分，展现出了一种近乎偏执的细节追求，简直是工艺流程的“圣经”。它没有停留在对光刻、刻蚀、沉积这些宏观步骤的泛泛而谈，而是深入到了每一个关键参数对最终器件性能的微妙影响。比如，在薄膜生长环节，作者花费了整整一个章节来论述不同衬底材料的表面能对异质结界面形貌的控制，甚至细致到不同热处理温度下晶格失配导致的应力松弛机制。我尤其佩服它对工艺窗口的精细化描述，每一个温度、气压、流速的微小波动，都被量化地指出了可能引发的缺陷类型和数量级。然而，这种极致的细致也带来了一个问题：它似乎完全忽略了实际生产环境中的不确定性和成本考量。读完后，我感觉自己仿佛掌握了一套在绝对理想化实验室条件下才能完美复现的“黄金工艺包”，但在面对需要快速迭代、成本敏感的工业化生产时，这些过于理想化的参数设置显得有些不切实际。它更像是一份学术研究的完美报告，而非指导实际量产的工程手册。

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这本关于新材料的书，从头到尾都散发着一种硬核的理工科气息，简直就是为那些对材料科学、特别是电化学和半导体物理有深厚背景的工程师和研究人员量身定做的。我花了很大力气才啃完前几章，因为它对基础理论的探讨深入到了微观层面，各种能带结构、载流子迁移率的公式和推导多到让人头皮发麻。作者似乎对读者已经具备扎实的专业知识抱有极高的期望，丝毫没有降低理解门槛的意思。比如，在讨论器件结构优化时，它会直接引用复杂的费曼图和密度泛函理论的结果，很少用类比或者简化模型来辅助理解。对于初学者来说，这无疑是一道高耸入云的知识壁垒，光是理解那些晦涩的术语和复杂的数学表达就已经耗费了大量的精力。虽然信息的密度和深度毋庸置疑，对于那些想在领域内进行前沿探索的人来说，这可能是一本不可或缺的参考宝典，但对于我这种想快速了解行业概貌的跨界学习者而言，读起来的体验更像是在攀登一座知识的珠穆朗玛峰，每一步都走得异常艰难，需要不断地查阅其他教科书来填补知识空白。

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