Electronic Properties of Doped Semiconductors pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Springer

作者:B. I. Shklovskii

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:1984-09

价格:USD 146.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780387129952

丛书系列:

图书标签:

• 半导体
• 掺杂
• 电子性质
• 材料科学
• 凝聚态物理
• 器件物理
• 硅
• 锗
• 化合物半导体
• 传输特性

《半导体掺杂的奥秘：材料科学与器件设计的交汇点》 本书将带领读者深入探索半导体材料科学的核心领域——掺杂技术及其对材料电学性质的深远影响。我们将从原子尺度出发，剖析掺杂过程中杂质原子如何巧妙地嵌入半导体晶格，改变载流子浓度，从而赋予材料非凡的导电特性。本书旨在为材料科学家、电子工程师以及对半导体物理学感兴趣的学生提供一个全面而深入的视角。 第一章：半导体基础与掺杂的必要性 在深入探讨掺杂之前，我们首先会回顾本征半导体的基本概念，包括其独特的电子结构、价带和导带、费米能级以及本征载流子浓度。在此基础上，我们将阐述为何纯净的本征半导体在实际应用中存在局限性，以及掺杂作为一种精确调控半导体电学性能的关键手段的重要性。我们将探讨掺杂的物理原理，例如能级位移、载流子产生机制以及不同掺杂类型（N型和P型）对材料导电性的基本影响。 第二章：掺杂的物理机制与材料调控 本章将深入剖析不同掺杂技术背后的物理机制。我们将详细介绍诸如扩散、离子注入、外延生长和化学气相沉积（CVD）等主流掺杂方法，并分析它们各自的优缺点、适用范围以及对掺杂浓度和分布的控制能力。特别地，我们将重点研究掺杂原子在晶格中的行为，包括位错、空位等缺陷对掺杂效率的影响，以及退火等后处理工艺如何用于激活掺杂剂、减少缺陷并优化材料的电学性能。我们将详细讨论补偿效应、过掺杂以及在极端条件下掺杂行为的变化。 第三章：掺杂对半导体电学特性的影响 掺杂不仅改变载流子浓度，还会对半导体材料的多种电学特性产生至关重要的影响。本章将系统阐述掺杂如何调控材料的导电率、迁移率、霍尔效应、热电效应以及光学性质。我们将深入分析载流子散射机制，例如晶格振动散射、杂质散射和缺陷散射，并探讨掺杂浓度如何影响这些散射过程，进而影响载流子迁移率。我们将详细介绍霍尔效应测量在确定载流子类型、浓度和迁移率中的作用，以及掺杂对材料击穿电压、阈值电压和器件开关速度等参数的影响。 第四章：不同掺杂半导体的特性与应用 本书将聚焦于几种重要的掺杂半导体材料，并详细分析它们的特性及其在现代电子学中的广泛应用。我们将深入研究硅（Si）的掺杂，作为最基础也是最重要的半导体材料，其掺杂技术和掺杂剂选择对于集成电路的制造至关重要。接着，我们将探讨化合物半导体，如砷化镓（GaAs）、磷化铟（InP）、氮化镓（GaN）等，这些材料因其优异的高频、光电和高功率特性，在微波通信、光电子器件和电力电子领域扮演着关键角色。我们将分析不同掺杂剂（如磷、砷、镓、铟、铝、硅、锗、碳、氮等）在这些材料中的掺杂行为、激活机制以及由此产生的独特电学特性，例如GaAs的高迁移率用于射频应用，GaN的高击穿电压和宽禁带用于高功率和高温器件。 第五章：掺杂在半导体器件设计中的作用 掺杂是设计和制造各类半导体器件的基础。本章将探讨掺杂技术如何在各种半导体器件中发挥核心作用，包括二极管、双极晶体管（BJT）、场效应晶体管（FET，包括MOSFET和MESFET）、光电器件（如LED、激光二极管、光电探测器）以及传感器等。我们将详细阐述不同器件的掺杂剖面设计，例如PN结的掺杂浓度梯度、MOSFET的源漏区域和沟道区的掺杂策略、以及异质结器件中不同掺杂材料的组合。我们将分析掺杂如何影响器件的性能参数，如导通电压、截止电压、饱和电流、响应速度、漏电流、噪声以及器件的可靠性。 第六章：先进掺杂技术与未来展望 随着半导体技术的不断发展，对掺杂的精确控制和性能优化提出了更高的要求。本章将介绍一些前沿的掺杂技术，例如量子点掺杂、自掺杂、选择性掺杂以及超晶格结构中的掺杂。我们将探讨浅沟道晶体管（如FinFET、GAAFET）对掺杂工艺提出的挑战，以及如何通过先进的掺杂技术来改善短沟道效应和控制亚阈值摆幅。此外，我们还将展望未来掺杂技术在新型半导体材料（如二维材料、钙钛矿）以及量子计算、自旋电子学等新兴领域中的应用潜力。 通过对本书内容的学习，读者将能够深刻理解掺杂这一基本但强大的工具，如何从根本上塑造半导体材料的电学行为，并为设计和开发下一代高性能电子器件提供坚实的理论基础和实践指导。本书力求通过清晰的讲解、详实的实例和严谨的科学分析，帮助读者掌握半导体掺杂的精髓。

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这本《电子器件设计与制造：从理论到实践》简直是为我这种对半导体器件充满好奇的工程师量身定做的指南。作者在开篇就用一种非常直观的方式，将复杂的物理概念与实际的器件结构巧妙地结合起来。我特别欣赏它在讲解MOSFET工作原理时所展现的深度与广度，不仅仅停留在教科书式的I-V特性曲线分析，而是深入探讨了短沟道效应、漏致势垒降低（DIBL）等前沿问题，并通过大量的仿真数据和实验结果来佐证理论的严谨性。书中对工艺流程的描述也极其详尽，从光刻胶的选择、蚀刻液的配方到薄膜沉积的参数控制，都体现了作者丰富的工程经验。读完这一部分，我感觉自己仿佛走进了高洁净度的晶圆厂房，对当前芯片制造中面临的瓶颈有了更切身的体会。尤其值得称赞的是，它没有回避当前行业的热点和挑战，例如FinFET架构的物理限制和未来GAA（Gate-All-Around）器件的设计难点，提供了不少富有洞察力的技术展望。

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这本书的价值，在我看来，并不仅仅局限于固态电子学的基础知识传授，更在于它提供了一种系统化的“系统级思维”来审视半导体器件。它不只是告诉你晶体管“是什么”，更是引导你去思考它“如何与周围的世界互动”。例如，在讨论功率半导体器件时，作者并未孤立地分析导通电阻，而是将其置于热管理和系统封装的宏观背景下进行评估。书中对散热路径的分析，从芯片内部的热点生成，到封装基板的热阻抗计算，最后到外部散热器的设计，形成了一个完整的热传导链条。这种跨越了材料、器件、封装和系统层面的综合性描述，使得这本书对于从事电源管理、射频前端或汽车电子等需要高度集成和高可靠性的工程师来说，具有极高的参考价值。它教导我们，设计一个优秀的器件，必须是一个多学科协作、全流程优化的过程。

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这本书的结构安排非常具有逻辑性和层次感，它仿佛构建了一个完整的知识阶梯。从最基础的能带理论、载流子输运机制开始，稳步过渡到PN结、肖特基势垒，随后进入到复杂的双极型晶体管和场效应晶体管的深度剖析。我最喜欢的是关于半导体异质结特性的章节。作者没有采用那种枯燥的矩阵推导，而是巧妙地引入了“应变工程”的概念，详细解释了如何利用晶格失配来调控电子结构的优势，例如在量子阱结构中实现载流子局域化。对于那些试图进入微电子领域的研究生而言，这本书不仅是入门的敲门砖，更是一部不可多得的进阶参考书。它清晰地划分了理想模型与实际器件之间的差距，并系统地解释了这些差距是如何产生的，例如由于界面粗糙度和杂质散射导致的迁移率下降等，这种务实的态度非常令人钦佩。

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坦率地说，我最初购买这本书是冲着它在“器件可靠性”方面的论述。在现代集成电路小型化的背景下，电迁移（Electromigration）、热效应和静电放电（ESD）防护成为了决定产品寿命的关键因素。《电子器件设计与制造》在这方面提供的见解远超我的预期。它不仅详细分析了这些失效模式的微观物理机制，比如原子迁移的阿伦尼乌斯方程应用，还提供了大量的“工程规范”和“设计规则检查”（DRC）建议。我特别关注了关于互连线材料的研究，书中对铜互连相对于铝互连的优势与挑战（尤其是阻挡层和扩散阻碍问题）进行了细致的对比，并展示了如何通过优化金属堆栈结构来提升长期可靠性。阅读这些章节时，我能感受到作者在实际工程质量控制领域积累的丰富经验，这种将基础物理与残酷的生产现实紧密结合的写作风格，让人读起来踏实可靠。

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我通常对这种技术手册类的书籍持谨慎态度，因为很多要么过于学术化以至于脱离实际应用，要么过于科普化而流于表面。然而，《电子器件设计与制造》成功地找到了一个绝佳的平衡点。书中关于半导体材料选择和掺杂浓度的优化策略部分，简直是一部实战手册。作者列举了硅、砷化镓、氮化镓等主流和新兴材料的性能对比，并针对不同的应用场景（高频、大功率、光电器件）给出了明确的设计建议和优化路径。我尝试按照书中描述的方法对一个低噪声放大器（LNA）的异质结双极晶体管（HBT）进行重新设计，通过精确控制界面态密度和缓冲层厚度，输出的噪声系数（NF）确实取得了显著改善。这种理论指导下的“手把手”教学模式，极大地加速了我的设计迭代周期，让我对器件参数的敏感性有了更深刻的理解，不再是简单地堆砌文献公式，而是真正理解了“为什么”要这么做。

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