III-V Nitride Semiconductors pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Taylor & Francis

作者:Edward T. Yu

出品人:

页数:714

译者:

出版时间:2002-09

价格:USD 335.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9781560329749

丛书系列:

图书标签:

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• III-V semiconductors
• Nitride semiconductors
• Materials science
• Semiconductor physics
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《半导体物理学基础与前沿进展》 （一部聚焦于经典半导体理论、新兴材料科学及器件应用的综合性专著） 内容梗概 本书旨在为材料科学家、电子工程师以及从事凝聚态物理研究的学者提供一个全面、深入且前沿的半导体物理学知识体系。全书围绕半导体材料的基本性质、关键物理机制、先进器件的原理与制造工艺展开，力求在理论深度与工程应用之间取得完美的平衡。本书不涉及特定的化合物半导体家族（如III-V族氮化物或硅基材料）的特有晶体结构或特定能带工程，而是着重于普适性的半导体物理原理及其在更广泛材料体系中的应用。 第一部分：半导体物理学基础 第一章：晶体结构与能带理论 本章首先回顾了固体物理学的基本概念，重点阐述了晶体周期性、布拉格衍射以及倒易空间的概念。核心内容在于理解半导体能带结构的形成机理：从紧束缚模型到近自由电子模型，详细推导了布洛赫定理及其在描述电子在周期势场中运动中的核心地位。我们深入讨论了有效质量的概念，解析了其在描述电子和空穴运动中的物理意义，以及它如何受晶体对称性和能带曲率的影响。此外，本章详尽分析了价带顶和导带底的有效态密度（DOS）计算方法，特别是针对非简并和简并半导体在不同温度下的分布函数。 第二章：载流子输运机制 本章是理解半导体器件工作特性的基石。我们系统地分析了载流子的基本输运现象，包括漂移和扩散。对漂移过程，重点讲解了载流子在电场作用下的运动规律，详细推导了晶格散射（声子散射）和杂质散射（库仑散射）的散射率，并基于玻尔兹曼输运方程（BTE）推导了欧姆定律在微观层面的适用条件。在扩散方面，本章详细阐述了菲克定律在半导体中的应用，特别是对载流子扩散长度和寿命的分析。此外，引入了磁场下的霍尔效应，并探讨了如何利用该效应精确测量载流子浓度和迁移率。本章还涉及了高场效应下的载流子速度饱和现象及其对器件性能的限制。 第三章：半导体中的统计力学与掺杂 本章专注于半导体中载流子的统计分布规律。详细讨论了费米-狄拉克分布函数，并将其应用于理解本征半导体的载流子浓度随温度的变化。重点分析了外因——杂质掺杂对能级结构的影响，包括施主和受主能级的引入、电离过程及其对费米能级位置的精确调控。本章提供了计算不同掺杂浓度下电子、空穴浓度和电阻率的数学模型，并探讨了中性原理在建立电荷平衡方程中的应用。对于退耦现象（Freeze-out）和超高掺杂下的简并效应，也进行了深入的理论探讨。 第四章：半导体异质结与界面物理 异质结是现代半导体器件的核心。本章从热力学和能带结构的角度，详细分析了不同材料界面上能带的弯曲、势垒的形成和载流子的跨越机制。基于肖特基-莫特规则和界面势能匹配，推导了理想异质结的能带图。关键内容包括界面态的形成、对电荷分布的影响以及由此引起的内建电场。我们讨论了异质结构中载流子的选择性注入和限制效应，并简要引入了量子阱结构对电子态密度及输运特性的革命性影响。 第二部分：关键半导体器件原理 第五章：PN结与整流器件 本章深入解析了PN结的物理结构和工作机理。从空穴和电子的扩散/漂移过程出发，建立了PN结的理想电流-电压（I-V）特性模型，详细讨论了零偏、正向偏置和反向偏置下的电流组成（扩散电流、漂移电流、反向饱和电流）。本章还包含了对PN结击穿现象（雪崩击穿和齐纳击穿）的物理机理分析及其对器件耐压能力的限制。 第六章：场效应晶体管（FET）基础 本章聚焦于基于MOS结构的基本场效应晶体管原理。详细介绍了理想MOS电容器的C-V特性曲线，并深入解释了耗尽层、反型层和强反型区的形成过程。随后，将MOS电容器的理论扩展到MOSFET结构，详细推导了亚阈区、线性区和饱和区的跨导特性，着重分析了栅压对沟道导电性的控制机制。本章还讨论了短沟道效应的物理起源，如DIBL（漏致势垒降低）及其对器件性能退化的影响。 第七章：双极性晶体管（BJT） 本章阐述了双极性结型晶体管的工作原理。通过分析NPN或PNP结构中基区的载流子注入、传输和收集过程，推导了晶体管的Ebers-Moll模型基础。重点分析了电流增益（$eta$）的限制因素，包括基区宽度调制、复合损失等。同时，探讨了双极性器件的开关特性和高频响应的物理限制。 第三部分：先进半导体材料与新兴技术 第八章：宽禁带半导体的物理特性 本章专门探讨了具有较大带隙的半导体材料的共性物理特征。分析了宽禁带材料相对于传统材料在载流子饱和速度、击穿电场强度和热导率方面的优势。重点讨论了如何利用这些材料特性来设计高功率、高频率的电子器件，包括如何处理界面处的缺陷密度和应对高本征载流子浓度带来的挑战。 第九章：半导体光电器件基础 本章研究了半导体与光的相互作用。详细分析了光吸收、光激发载流子的产生、电场作用下的光生载流子分离过程。基于这些机制，系统介绍了PN结光电二极管（PD）和光伏电池（太阳能电池）的基本工作原理，推导了其外部量子效率和光电转换效率的关键参数。此外，简要讨论了光致发光的基本物理过程。 第十章：半导体制造中的关键工艺 本章从材料科学和工程学的角度，概述了现代半导体制造流程中的核心技术。详细介绍晶圆的制备（外延生长、区熔法等）、薄膜沉积技术（如ALD, CVD）、掺杂技术（离子注入与退火）、光刻过程中的物理限制（衍射效应）以及干法刻蚀中的反应物理机制。本章强调了工艺参数与最终器件电学性能之间的定量关联性。 总结与展望 本书的重点在于提供一个坚实的、跨越多个材料体系的半导体物理学框架。读者在掌握这些基础原理后，将能够独立分析和设计任何基于晶体或非晶半导体材料的电子与光电器件，并能有效地理解和解决新型半导体技术发展中遇到的物理挑战。全书的论述风格严谨、推导详尽，旨在成为高等院校研究生教材及专业研究人员案头的必备参考书。

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