Defects and Diffusion in Semiconducors pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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作者:Fisher, D. J. (EDT)

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页数:0

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价格:1066.00

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isbn号码:9783908451631

丛书系列:

图书标签:

• 半导体
• 缺陷物理
• 扩散现象
• 材料科学
• 晶体缺陷
• 半导体材料
• 材料性质
• 固态物理
• 半导体器件
• 缺陷工程

《微观晶格的奥秘：缺陷与扩散在半导体材料中的作用》 在现代电子科技飞速发展的浪潮中，半导体材料扮演着无可替代的核心角色。从我们日常使用的智能手机、高性能电脑，到尖端的激光雷达、高效的太阳能电池，几乎所有令人惊叹的科技进步都离不开对半导体材料的深入理解和精准调控。然而，即便是最纯净的晶体，其内部也并非完美无瑕，而是充斥着各种“缺陷”。这些缺陷，以及原子在晶格中的“扩散”行为，看似微不足道，却深刻地影响着半导体材料的电学、光学和热学等关键性能。 本书并非聚焦于具体某个半导体材料的特定性质，而是将目光投向了构成这些材料的微观世界，深入探讨“缺陷”和“扩散”这两个 fundamental 的概念，以及它们在所有半导体材料中普遍存在的影响机理。我们将剥离物质的宏观表象，潜入原子尺度，揭示晶格结构如何因外来杂质、空位、填隙原子等缺陷的存在而发生改变，这些改变又如何打破原有的对称性，从而创造出新的电学活性中心，影响载流子的产生、复合与传输。 晶格缺陷的图景：不完美的完美 晶体的完美结构是理想化的模型，在真实的半导体材料中，缺陷是普遍存在的。本书将系统地梳理各类晶格缺陷的分类与形成机制。我们会详细介绍点缺陷，包括空位（vacancy）、填隙原子（interstitial atom）和取代杂质（substitutional impurity）。例如，晶体中缺失一个原子形成的空位，会成为电子和空穴的陷阱；而当某个原子“挤”入本不属于它的位置时，则可能引入新的能级，改变材料的导电性。 除了点缺陷，我们还会深入研究线缺陷，如位错（dislocation）。位错的移动是导致材料塑性变形的重要原因，在半导体器件制造过程中，位错的存在会严重影响载流子的寿命和器件的可靠性。同时，我们也会触及面缺陷，例如晶界（grain boundary）和表面（surface）。这些二维缺陷对材料的电学性能，尤其是多晶半导体材料，有着举足轻重的影响。 本书的重点不在于描述某种特定缺陷的形态，而是通过普适的物理模型，解释这些缺陷是如何在半导体材料中产生的，例如热退火、生长过程中的不平衡、以及高能粒子辐照等。更重要的是，我们将阐述这些缺陷对半导体材料的电子结构、能带结构以及载流子行为产生的 fundamental 影响。例如，浅能级缺陷是如何增加载流子浓度，而深能级缺陷又可能成为严重的复合中心，降低载流子寿命。 原子在舞动：扩散的动力学 半导体材料并非静止的，其中的原子并非被牢牢束缚在晶格节点上。在一定的温度下，原子会获得足够的能量，克服势垒，在晶格中“跳跃”或“迁移”，这就是扩散（diffusion）。本书将以清晰的物理图像，描绘扩散的微观机制。我们会探讨不同扩散机制，如空位机制（vacancy mechanism）和填隙原子机制（interstitial mechanism）。在空位机制下，原子迁移到相邻的空位；而在填隙原子机制下，原子则在晶格的空隙中移动。 本书将重点关注影响扩散速率的关键因素。温度是首要因素，高温意味着原子具有更高的能量，扩散速率自然加快。本书将深入分析温度对扩散系数的影响，通常遵循 Arrhenius 定律。此外，材料本身的结构、原子种类以及存在的其他缺陷，都会对扩散过程产生显著影响。例如，晶格的畸变或应力场，会改变扩散的激活能，从而影响扩散的快慢。 我们将从微观动力学的角度，解析原子扩散在半导体材料中的实际意义。例如，杂质原子的扩散是实现半导体掺杂（doping）的关键过程。通过控制杂质原子的扩散深度和浓度分布，我们可以精确调控半导体材料的导电类型和导电性能，这是制造 PN 结、晶体管等基本半导体器件的基石。此外，原子扩散也与材料的退化、老化过程息息相关，例如，高温下的原子扩散可能导致器件性能衰减。 缺陷与扩散的交织：理解材料性能的钥匙 本书的独特之处在于，它将“缺陷”与“扩散”这两个概念紧密联系起来，揭示它们之间复杂的相互作用。许多时候，缺陷的存在会极大地影响扩散的速率。例如，高浓度的空位会加速杂质原子的扩散。反之，扩散过程也可能产生或消除缺陷。在特定的退火过程中，杂质原子的扩散可能会消耗原有的缺陷，或者在扩散过程中新的缺陷被激活。 我们将通过一系列理论模型和现象分析，展示缺陷与扩散如何共同塑造半导体材料的宏观性能。例如，在半导体激光器中，缺陷和扩散会影响载流子的注入和复合效率，从而影响器件的发光效率和寿命；在太阳能电池中，缺陷和扩散则可能导致光生载流子的复合损失，降低能量转换效率。 本书旨在为读者提供一个普适性的框架，去理解和分析各种半导体材料中，无论是有机半导体、无机半导体，还是新型二维材料，普遍存在的缺陷和扩散现象。我们不会陷入对某种特定材料的参数堆砌，而是致力于揭示 underlying 的物理原理。通过对这些 fundamental 概念的深入剖析，读者将能够更清晰地理解半导体材料的性能起源，并为未来材料的设计、制备和应用提供更深刻的洞察。 本书适合所有对半导体材料基础科学感兴趣的读者，包括材料科学、物理学、电子工程等领域的学生、研究人员和工程师。它将为您的学习和研究提供坚实的理论基础，帮助您在瞬息万变的半导体技术领域中，掌握核心的关键。

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