Semiconductor Physics And Devices

Semiconductor Physics And Devices pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:McGraw-Hill
作者:Neamen, Donald A.
出品人:
页数:784
译者:
出版时间:2011-1
价格:$ 255.10
装帧:
isbn号码:9780073529585
丛书系列:
图书标签:
  • 半导体
  • 物理
  • 教材
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  • 半导体物理
  • 半导体器件
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  • 微电子学
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具体描述

With its strong pedagogy, superior readability, and thorough examination of the physics of semiconductor material, "Semiconductor Physics and Devices, 4/e" provides a basis for understanding the characteristics, operation, and limitations of semiconductor devices. Neamen's "Semiconductor Physics and Devices" deals with the electrical properties and characteristics of semiconductor materials and devices. The goal of this book is to bring together quantum mechanics, the quantum theory of solids, semiconductor material physics, and semiconductor device physics in a clear and understandable way.

晶体管与集成电路的基石:材料科学与器件物理的深度探索 导言:迈向微观世界的工程学 在当代电子信息技术的宏伟殿堂中,信息处理的效率与可靠性直接依赖于其最核心的构建单元——半导体器件。本书旨在为读者,无论是电子工程专业的学生、材料科学的研究者,还是希望深入理解现代电子设备工作原理的工程师,提供一个全面、严谨且富有洞察力的导论。我们聚焦于半导体材料的内在物理特性,以及如何通过精妙的工艺设计,将这些材料转化为功能强大的电子和光电器件。 本书的核心叙事线索,是围绕着“从原子结构到宏观功能”的转化过程展开的。我们将从最基本的物理原理出发,逐步深入到半导体异质结的能带理论、载流子输运机制,并最终落脚于对现代集成电路(IC)和光电器件的深刻理解。 第一部分:半导体材料的量子力学基础 本部分是构建后续器件物理理解的基石。我们首先需要抛弃经典物理学的局限性,进入量子力学的领域,以准确描述电子在晶体周期势场中的行为。 1. 晶体结构与能带理论的构建: 我们将详细讨论晶体周期性对于电子能级的影响。通过布洛维定理(Bloch’s Theorem),阐明电子如何形成具有特定能量范围的能带结构。重点分析了导带(Conduction Band)和价带(Valence Band)的概念,以及它们之间的禁带宽度(Band Gap)如何决定了材料的导电特性——区分金属、绝缘体与半导体的根本原因。对于硅(Si)、锗(Ge)以及砷化镓(GaAs)等关键半导体材料,我们将对比其直接带隙(Direct Gap)和间接带隙(Indirect Gap)的特性,这直接预示了它们在电子学和光电子学中的应用潜力。 2. 掺杂工程与本征特性: 纯净的本征半导体由于载流子浓度过低,实用价值有限。本章深入探讨掺杂(Doping)——向晶格中引入特定杂质原子(如磷、硼)以控制载流子类型的关键技术。我们将详细解析N型和P型半导体的形成机制,计算在不同温度下费米能级(Fermi Level)的位置,并阐明杂质能级对载流子浓度和迁移率的影响。本征半导体的少子-多子概念,以及载流子寿命(Carrier Lifetime)的物理意义也将被清晰界定。 3. 载流子动力学:漂移与扩散: 电子和空穴在电场作用下产生定向运动,即漂移(Drift)。我们不仅会推导出描述漂移速度的欧姆定律形式,还会深入探讨载流子在浓度梯度下的扩散(Diffusion)现象,这是所有基于PN结器件工作的基础。霍尔效应(Hall Effect)的测量原理将被用来实验性地确定载流子的浓度和迁移率,将理论计算与实验测量紧密结合。 第二部分:核心器件的物理机制 基于第一部分建立的材料和载流子基础,本部分将重点剖析两种最基本的半导体结构:PN结和MOS结构。 4. PN结:信息存储与整流的基础: PN结的形成是半导体工程学的里程碑。我们将通过分析空间电荷区(Space Charge Region, SCR)的建立过程,推导出内建电势(Built-in Potential)的表达式。着重分析PN结在零偏、正向偏置和反向偏置下的伏安特性(I-V Curve)。正向偏置下电流的对数关系,以及反向偏置下雪崩击穿(Avalanche Breakdown)和齐纳击穿(Zener Breakdown)的微观机制,将得到详尽的论述。此外,光生伏特效应在太阳能电池和光电二极管中的应用也将被提及。 5. 场效应晶体管(FET)的原理: 场效应晶体管是现代数字电路的绝对主力。本章将聚焦于MOS结构——金属-氧化物-半导体——的电容特性。通过分析在不同栅极电压下,半导体表面电荷状态(耗尽、积累、反型)的转变,我们精确地定义了MOS电容器的C-V特性。随后,我们将发展出这一原理在增强型和耗尽型MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)工作过程中的应用,推导晶体管的跨导(Transconductance)和输出特性曲线,揭示其作为电压控制电流源的本质。 6. 双极性晶体管(BJT)的运行模式: BJT凭借其高增益特性,在模拟电路设计中仍占据重要地位。本章将分解NPN和PNP晶体管的结构,深入研究电流如何通过发射区、基区和集电区进行注入、扩散和收集的过程。我们将详细探讨Ebers-Moll模型的基础,理解晶体管饱和、截止、共射极放大等工作区域的物理条件,并解释共射极、共基极、共集电极三种基本组态的特性差异。 第三部分:先进器件与集成技术展望 在理解了基本元件的物理学之后,我们转向更复杂的异质结构和制造工艺的挑战。 7. 异质结与超快器件: 随着电子速度需求的提高,单一材料已不能满足要求。本章探讨异质结(Heterojunction),即不同半导体材料界面的特性。重点分析能带错配(Band Offset)如何用于构建异质结双极晶体管(HBT),实现更快的开关速度。此外,量子阱(Quantum Well)结构在激光器和高速调制器件中的独特作用也将被简要介绍,揭示如何通过量子效应来优化器件性能。 8. 半导体制造工艺的物理基础: 现代集成电路的实现,严重依赖于对材料的精确操控。本部分将不再侧重于纯粹的物理学,而是探讨如何将物理原理转化为可重复的工程实践。我们将讨论光刻(Photolithography)中的衍射极限问题,薄膜沉积(如CVD和PVD)的物理化学过程,以及用于精确控制掺杂轮廓的离子注入(Ion Implantation)技术。对晶圆表面缺陷的控制,以及退火(Annealing)过程对晶格恢复的重要性,构成了理解器件可靠性的关键。 结论:连接理论与未来 本书的终极目标是培养读者一种“物理直觉”——能够基于材料的基本属性,预测和设计新的半导体结构。我们相信,对半导体物理学的深刻掌握,是所有未来电子创新,无论是在更高集成度、更低功耗还是更强大光电器件领域,都不可或缺的阶梯。本书提供的理论框架和分析工具,将使读者能够自信地面对下一代半导体技术所带来的挑战。

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目录信息

读后感

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这是一本同时讲物理与器件的书,对于我这样一个物理专业本科生,研究生转行去做器件再合适不过了,不过仔细回想必定是物理知识讲的不够深,器件知识也不够细,但是必要的知识都已经包括在这本书里面,特别是里面的习题设计真是很和我的口味。 总的来说这本书作为物理和器件的过...

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这是一本同时讲物理与器件的书,对于我这样一个物理专业本科生,研究生转行去做器件再合适不过了,不过仔细回想必定是物理知识讲的不够深,器件知识也不够细,但是必要的知识都已经包括在这本书里面,特别是里面的习题设计真是很和我的口味。 总的来说这本书作为物理和器件的过...

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这是一本同时讲物理与器件的书,对于我这样一个物理专业本科生,研究生转行去做器件再合适不过了,不过仔细回想必定是物理知识讲的不够深,器件知识也不够细,但是必要的知识都已经包括在这本书里面,特别是里面的习题设计真是很和我的口味。 总的来说这本书作为物理和器件的过...

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这是一本同时讲物理与器件的书,对于我这样一个物理专业本科生,研究生转行去做器件再合适不过了,不过仔细回想必定是物理知识讲的不够深,器件知识也不够细,但是必要的知识都已经包括在这本书里面,特别是里面的习题设计真是很和我的口味。 总的来说这本书作为物理和器件的过...

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这是一本同时讲物理与器件的书,对于我这样一个物理专业本科生,研究生转行去做器件再合适不过了,不过仔细回想必定是物理知识讲的不够深,器件知识也不够细,但是必要的知识都已经包括在这本书里面,特别是里面的习题设计真是很和我的口味。 总的来说这本书作为物理和器件的过...

用户评价

评分

这本《Semiconductor Physics And Devices》绝对是我近年来读过的最令人印象深刻的技术书籍之一。我一直从事电子工程领域的工作,但此前对半导体物理学的理解仅停留在比较表面化的层面。这本书以一种前所未有的方式,将抽象的物理概念与具体的器件结构紧密结合起来。我特别欣赏作者在解释材料特性时所采用的严谨态度,例如,书中关于硅和砷化镓等常见半导体材料的晶体结构、能带结构以及掺杂效应的详尽描述,让我深刻理解了为何这些材料如此适合制造电子器件。其中关于载流子输运的讨论,包括扩散和漂移机制,以及霍尔效应的应用,都进行了细致入微的分析。我尤其沉迷于书中关于PN结的讲解,作者通过详细的势垒模型和电荷分布分析,揭示了二极管的整流作用以及其在各种电子电路中的重要作用。此外,书中对双极结型晶体管(BJT)和金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的深入剖析,让我对其工作原理、电流-电压特性以及放大作用有了全新的认识。我之前总觉得MOSFET的控制机制有些难以捉摸,但在这本书里,通过对栅氧化层、沟道形成以及表面势的讲解,一切都变得豁然开朗。书中还涉及了许多其他关键器件,如发光二极管(LED)、激光二极管、光电二极管等,并解释了它们如何利用半导体材料的光电特性实现特定的功能。这本书不仅在理论上非常扎实,而且在叙述方式上也极富启发性,让我在学习过程中始终保持着高度的专注和求知欲。它为我提供了宝贵的知识和见解,让我能够更好地理解和设计现代电子系统。

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作为一名对电子工程充满热情的学生,我一直在寻找一本能够系统地介绍半导体物理和器件的权威书籍。《Semiconductor Physics And Devices》绝对达到了我的期望,甚至超出了许多。作者的写作风格既严谨又富有启发性,他能够将复杂的理论概念分解为易于理解的部分,并辅以大量的图示和数学推导,让我在学习过程中能够循序渐进地掌握知识。我特别欣赏书中对量子力学在半导体分析中的应用,例如,通过波函数和能量本征态来描述电子在晶体中的行为,以及如何由此导出能带结构。书中对载流子传输的详细讲解,包括扩散和漂移机制,以及载流子寿命和复合率的讨论,都为理解器件的性能提供了关键的物理依据。我花费了大量时间研究书中关于PN结的章节,从耗尽层模型到载流子注入和收集,再到二极管的各种特性,都做了细致入微的分析。紧接着,本书对BJT和MOSFET的介绍,让我对这些在现代电子技术中至关重要的器件有了全新的认识。我对MOSFET的亚阈值导电性和短沟道效应的分析,尤其让我印象深刻,因为它直接关系到集成电路的功耗和速度。这本书不仅仅是知识的传递,更是一种思维的培养,它让我能够从更深层次上理解半导体器件的设计原理和性能限制,是一本不可多得的学习资源。

评分

我一直对电子产品的微观世界充满好奇,特别是那些在我们日常生活中扮演关键角色的半导体器件。在遇到《Semiconductor Physics And Devices》这本书之前,我对半导体物理学的理解仅停留在比较零散的科普层面。这本书以一种令人惊叹的系统性和深度,将半导体材料的内在物理特性与具体器件的结构和功能完美地结合起来。作者首先深入探讨了半导体材料的晶体结构、能带理论以及载流子的统计分布,这为理解一切后续的器件行为奠定了坚实的理论基础。我尤其欣赏书中关于载流子产生和复合机制的阐述,它解释了光照和热量如何影响半导体的导电性。书中对PN结的分析,包括耗尽层宽度、势垒高度以及载流子在结上的运动,都让我对二极管的整流特性有了更深刻的理解。更让我着迷的是,本书对BJT和MOSFET工作原理的详细剖析。我之前总是对MOSFET的栅极控制电流的方式感到困惑,但通过书中对场效应、阈值电压和沟道形成机制的详尽解释,一切都变得明朗起来。书中还介绍了LED、激光二极管和光电探测器等光电器件,并解释了它们如何利用半导体材料的光电特性实现特定的功能。这本书不仅拓宽了我的知识视野,更重要的是,它教会了我如何从物理原理的角度去分析和理解电子器件。

评分

说实话,我原本以为《Semiconductor Physics And Devices》会是一本枯燥乏味的教科书,充满着晦涩难懂的公式和概念。但事实证明,我的顾虑是多余的。这本书的作者显然是一位非常有经验的教育者,他能够将高度专业化的知识转化为引人入胜的讲解。我从未见过有人能如此清晰地阐述半导体材料的晶体学基础,以及这些微观结构如何影响宏观的电子特性。书中对晶格振动、声子以及它们与电子相互作用的讨论,为我理解载流子的散射过程提供了关键的视角。我尤其惊叹于作者在解释能带理论时所展现出的逻辑性和连贯性。从自由电子模型到晶体中的电子态,再到价带、导带和禁带的概念,整个过程如抽丝剥茧般清晰。对载流子的统计分布,如费米-狄拉克统计的引入,也为理解本征和杂质半导体的导电性奠定了坚实的理论基础。书中对PN结的分析,包括耗尽区、内建电势以及在外加电压下的行为,都做了非常详尽的数学推导和物理解释。这使得我能够真正理解二极管为何能导通或阻断电流。紧接着,书中对BJT和MOSFET的介绍,更是将理论知识与实际器件联系起来。我特别欣赏对MOSFET工作过程中栅极电压、阈值电压和沟道导电性的详细分析,这对于理解现代集成电路的核心单元至关重要。这本书不仅仅是知识的堆砌,更是一种思维的启迪,它让我看到了科学的魅力和工程的智慧。

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在我接触《Semiconductor Physics And Devices》之前,我对半导体器件的理解,更多的是停留在“它们能工作”的层面,而对其内在的物理机制知之甚少。这本书彻底改变了我的认知。作者以一种循序渐进的方式,首先深入探讨了半导体材料的基本性质,包括其独特的电学和光学特性。我非常欣赏书中对量子力学在半导体领域应用的介绍,例如,波粒二象性、电子在周期势场中的运动以及 Bloch 定理等概念,都为理解能带结构提供了必要的理论框架。书中对载流子的产生和复合机制的解释,特别是热激发电离和光生载流子的产生,为理解光电器件的原理打下了基础。我特别专注于书中关于PN结的章节,作者对耗尽层宽度、结电压和结电容的详细推导,使我能够理解二极管的伏安特性和开关特性。接着,本书对BJT和MOSFET的剖析,如BJT的基区调制效应和MOSFET的场效应控制,都让我对这些晶体管的放大和开关功能有了深入的理解。书中对MOSFET的阈值电压、亚阈值斜率和输出特性的分析,尤其令我印象深刻,因为它直接关系到现代CMOS电路的性能。这本书的优点还在于它不仅仅局限于理论,还通过大量的实例和图示,帮助读者将抽象的物理概念与实际的器件结构和应用联系起来,让我感觉自己真的在“玩转”半导体器件。

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我一直对半导体材料在现代科技中的核心作用感到着迷,尤其是它们如何从根本上改变了我们的生活方式。当我第一次拿起《Semiconductor Physics And Devices》这本书时,我并没有抱太大的期望,只是想了解一下这个领域的基础知识。然而,这本书迅速超出了我的所有预期。作者以一种令人难以置信的清晰度和深度,将原本极其复杂的半导体物理学和器件原理剖析得淋漓尽致。我尤其欣赏书中对量子力学原理如何巧妙地应用于解释半导体行为的细致阐述。从能带理论的建立,到电子和空穴载流子的运动机制,再到PN结的形成和肖特基接触的特性,每一个概念都被循序渐进地讲解,并辅以大量的图表和数学推导,使得我能够真正理解背后的物理原理,而不仅仅是死记硬背。书中对于不同类型半导体器件(如BJT、MOSFET、LED、激光器、光电探测器等)的详细分析,更是让我大开眼界。它不仅解释了这些器件的工作原理,还深入探讨了它们的结构、材料选择、性能参数以及实际应用中的优缺点。我特别喜欢书中关于MOSFET工作特性的那一章,作者通过精辟的语言和清晰的插图,解释了栅极电压如何控制沟道中的载流子密度,以及阈值电压、跨导等关键参数的意义。这让我对集成电路设计有了更深层次的理解。总而言之,这本书为我打开了通往半导体世界的大门,让我对这个领域产生了更加浓厚的兴趣,并为我日后更深入的学习打下了坚实的基础。它是一本集理论深度、实践指导和清晰讲解于一体的杰作,绝对是任何对半导体技术感兴趣的人士必不可少的读物。

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作为一名业余爱好者,我一直对电子产品背后的科学原理充满好奇,尤其是半导体技术,它驱动着我们这个时代的创新。当我翻开《Semiconductor Physics And Devices》这本书时,我曾担心自己会因为缺乏专业背景而难以理解。然而,作者的写作风格非常引人入胜,他能够用清晰的语言解释复杂的概念,并且巧妙地穿插着历史背景和实际应用案例,这使得学习过程变得充满乐趣。书中对半导体材料的基本性质,例如禁带宽度、载流子浓度以及它们的温度依赖性,都进行了细致的阐述。我特别欣赏书中对费米能级概念的引入,它为理解半导体的导电性提供了核心的理论工具。书中对PN结的分析,包括耗尽层、势垒和载流子注入,让我能够理解二极管的单向导电性,以及它在整流器和开关电路中的作用。更让我着迷的是对BJT和MOSFET工作原理的讲解。我之前总觉得MOSFET的栅极电压是如何控制沟道中的电流很神奇,但通过书中对电场效应、阈值电压和亚阈值导电性的详细描述,我终于明白了其中的奥秘。书中还介绍了LED、激光二极管等光电器件,以及它们的发光和光电转换原理。这本书让我对半导体器件有了全新的认识,它不仅教会了我“是什么”,更教会了我“为什么”,让我能够从更深层次上理解和欣赏现代电子技术。

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坦白说,我购买《Semiconductor Physics And Devices》时,带着一丝既期待又忐忑的心情。我是一位经验丰富的电子工程师,但我一直觉得自己在半导体物理学的基础知识方面存在一些不足,而这本书似乎恰好能填补这个空白。令我惊喜的是,这本书的深度和广度远远超出了我的想象。作者以一种极其清晰且富有逻辑性的方式,阐述了半导体材料的内在机制。我特别喜欢书中对晶格动力学和声子理论的介绍,它解释了温度对载流子迁移率的影响,以及晶格散射在限制器件性能中的作用。对本征和杂质半导体的分析,特别是各种掺杂剂(如磷、砷、硼)如何改变材料的导电性,都进行了详尽的数学建模和物理解释。我花费了大量时间研读书中关于PN结的章节,从耗尽区模型到扩散电流和漂移电流的平衡,再到二极管的整流原理,作者都提供了令人信服的论证。此外,对BJT的电流增益(β)和早期效应,以及MOSFET的栅控电流和沟道调制效应的深入分析,都极大地加深了我对这些核心器件的理解。书中对MOSFET的电容特性,如栅氧化层电容、耗尽层电容和扩散电容,以及它们如何影响器件的频率响应,都进行了细致的推导。这本书不仅仅是一本知识的宝库,更是一种科学思维的训练,它鼓励我去思考“为什么”,而不仅仅是“怎么做”。

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我一直坚信,要真正理解一个技术领域的本质,就必须深入了解其底层原理。在踏入半导体领域之前,我对此深有体会。当我开始阅读《Semiconductor Physics And Devices》时,我抱着学习固体物理学和器件物理学的目标。这本书以一种令人惊叹的清晰度,将这些抽象的学科概念与实际的电子器件紧密联系起来。作者对晶格振动、声子以及它们如何影响载流子散射的讲解,为我理解材料的导电性能提供了关键的物理基础。我非常喜欢书中对本征和杂质半导体的数学建模,特别是如何通过引入施主和受主能级来描述掺杂效应,并计算载流子浓度。书中对PN结的详尽分析,包括耗尽区的形成、内建电势的计算以及在外加偏压下的电流-电压特性,都让我对二极管的工作原理有了深刻的认识。更让我兴奋的是,本书对BJT和MOSFET的深入剖析。我之前总觉得BJT的电流放大机制有些复杂,但通过书中对载流子注入、基区扩散和集电极收集过程的详细描述,一切都变得豁然开朗。我对MOSFET的理解也得到了极大的提升,尤其是对亚阈值区域的导电机制以及沟道长度调制效应的分析,都为我理解CMOS器件的性能提供了宝贵的知识。这本书不仅是一本技术手册,更是一本启发思维的指南,它让我能够更深入地思考电子器件的设计和优化。

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我一直对微电子学领域充满了浓厚的兴趣,特别是半导体器件是如何被设计和制造出来的。在阅读《Semiconductor Physics And Devices》之前,我阅读了许多相关的科普读物,但总是觉得缺乏系统的理论支撑。《Semiconductor Physics And Devices》这本书无疑填补了我知识体系中的这一空白。作者在书中对半导体材料的晶体结构、电子态密度以及载流子统计分布的阐述,为理解一切后续的器件原理奠定了坚实的基础。我特别赞赏书中对能带理论的详尽讲解,从周期势场中的电子波函数到 Bloch 定理的应用,再到各种半导体材料的能带图,都展现了其严谨的学术态度。书中对PN结的深入分析,包括耗尽层宽度、载流子扩散和漂移,以及二极管的PN结电容,都为理解半导体器件的动态行为提供了关键的见解。让我尤为惊叹的是,书中对BJT和MOSFET的详细介绍。我之前总以为MOSFET只是一个简单的场控开关,但通过阅读这本书,我才理解了栅极电压如何通过改变表面电荷密度来形成导电沟道,以及阈值电压、跨导和输出电阻这些关键参数的物理含义。书中还介绍了各种光电器件,如光电二极管、太阳能电池和LED,并解释了它们如何利用半导体的光电效应。这本书让我不仅掌握了理论知识,更培养了我从物理层面理解器件设计和优化的能力,它是一本真正意义上的“圣经”。

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Gotcha! the 4th edition. I noticed in the preface that Neamen had taught ever in my institute...XDDDD

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摁计算器摁到手断…

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