半导体材料与器件表征技术

半导体材料与器件表征技术 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:
作者:施罗德
出品人:
页数:542
译者:大连理工大学半导体研究室
出版时间:2008-6
价格:99.80元
装帧:
isbn号码:9787561141380
丛书系列:
图书标签:
  • 半导体材料与器件表征技术
  • 半导体
  • 功率器件
  • 半导体材料
  • 半导体器件
  • 表征技术
  • 材料科学
  • 电子工程
  • 物理学
  • 测试测量
  • 失效分析
  • 微电子学
  • 纳米技术
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具体描述

《半导体材料与器件表征技术》详细介绍了现代半导体工业中半导体材料和器件的表征技术,基本上覆盖了所有的电学与光学测试方法,以及非常专业的与半导体材料相关的物理和化学测试方法。作者不但论述了测量中的相关物理问题及半导体材料与器件的参数的物理起源和物理意义,还将自己和他人的经验凝结其中,并给出了具体测量手段,同时指出不同手段的局限性和测量注意事项。

本版经修订及扩展,增加了许多逐渐成熟起来的表征技术,如从探测硅晶圆中金属杂质的扫描探针到用于无接触式电阻测量的微波反射技术。本版特色如下:

增加了可靠性和探针显微技术方面的全新内容;增加了大量例题和章后习题;修订了500幅图例;更新了超过1200条参考文献;采用了更合适的单位制,而不是严格的MKS单位制。

《半导体材料与器件表征技术》可作为硕士、博士研究生的教材,也可供高校教师、半导体工业研究人员参考使用。

深入探究经典物理的基石:一部关于电磁场与等离子体动力学的权威著作 图书名称:电磁场与等离子体动力学原理 作者:[虚构作者名] 出版社:[虚构出版社名] 出版年份:[虚构年份] ISBN:[虚构ISBN] --- 导言:现代物理学的两大支柱交汇点 本书旨在为物理学、工程学,特别是空间物理学和聚变能研究领域的学者、研究生和高级工程师提供一本全面、深入且严谨的教材与参考手册。它聚焦于电磁场理论的完整数学框架,并将其与物质在极端电离状态下——即等离子体——的动力学行为紧密结合。本书的叙事逻辑,从麦克斯韦方程组的经典推导出发,逐步过渡到更复杂的流体力学和统计物理描述,最终涵盖了描述高能密度等离子体行为所需的先进工具。 我们深知,当代物理学的许多前沿领域,如天体物理中的星际介质、地球物理中的磁层、以及聚变反应堆中的磁约束等离子体,都无法脱离对电磁场与物质相互作用的精确理解。因此,本书的结构设计旨在强调理论的连贯性与应用的普适性。 第一部分:经典电磁场理论的严谨构建 本部分奠定了全书的理论基础,严格遵循从基本定律到复杂场论的逻辑层次。 第一章:静电学与静磁学的复习与深化 本章从库仑定律和毕奥-萨伐尔定律出发,详细阐述了泊松方程和拉普拉斯方程在不同边界条件下的解析解法。重点内容包括: 电势与磁矢势的概念引入: 阐述了标量势和矢量势在描述非均匀电磁场中的优越性。 边值问题的求解技术: 深入探讨了分离变量法、格林函数法(尤其是在无限空间和特定几何构型中的应用)在求解静电学和静磁学问题中的具体步骤与技巧。 多极矩展开: 对远场近似下的电荷与电流分布的描述进行了详尽的数学处理。 第二章:麦克斯韦方程组的完备性与张量形式 本章超越了中学或本科阶段的矢量形式,引入了更具推广性的数学工具。 微分形式与积分形式的等价性: 严格证明了法拉第电磁感应定律、安培-麦克斯韦定律等在不同参考系下的形式不变性。 电磁场的本构关系: 详细分析了介质(线性、各向异性、非均匀)中电位移矢量 $mathbf{D}$ 和磁场强度 $mathbf{H}$ 的物理意义及其数学表示。 洛伦兹协变性与四维张量: 首次引入电磁场强度张量 $F^{mu u}$,将电场 $mathbf{E}$ 和磁场 $mathbf{B}$ 统一在闵可夫斯基时空框架内,为相对论效应的引入做好了铺垫。 第三章:电磁波的传播与辐射 本章是连接场论与波动物理的关键。 波动方程的推导与平面波解: 从齐次麦克斯韦方程组推导出自由空间中的电磁波方程,并详细分析了平面波的传播特性(波矢、相速、群速)。 坡印廷矢量与能量流: 严格定义了坡印廷矢量 $mathbf{S}$,并基于其推导了能量守恒定律(坡印廷定理)在电磁场系统中的意义。 电磁辐射理论: 重点讨论了偶极辐射(包括振荡电偶极子和磁偶极子)的功率谱和角分布,并介绍了基于李纳公式的近场到远场的渐近分析方法。 第二部分:等离子体物理学基础:从连续介质到微观动力学 第二部分是本书的核心,它将电磁场理论应用于高度电离的气体——等离子体。我们采用了从宏观到微观的递进式讲解,确保读者对等离子体的多尺度特性有深刻认识。 第四章:等离子体的基本特性与单粒子运动 本章定义了“等离子体”的概念,并引入了描述其宏观行为的基本参数。 等离子体判据: 详细讨论了德拜屏蔽长度 ($lambda_D$)、等离子体频率 ($omega_{pe}$) 和碰撞频率 ($ u$),确立了区分等离子体与普通气体的物理标准。 带电粒子在静磁场中的回旋运动(回旋加速): 深入分析了拉莫尔半径和回旋频率,这是理解磁约束物理(如托卡马克)的基础。 漂移运动理论(Drift Motion): 这是本章的重点。通过微扰方法,系统推导了电场梯度漂移、磁场梯度漂移、曲率漂移和 $mathbf{E} imes mathbf{B}$ 漂移,并讨论了这些漂移如何导致粒子环流和磁矩的守恒。 第五章:等离子体的宏观描述:流体模型 本章采用流体近似(忽略了粒子间的微观碰撞和速度分布函数),使用连续介质动力学来描述等离子体的整体行为。 等离子体连续性方程与动量方程: 从质量守恒和牛顿第二定律出发,推导出描述等离子体质量、速度和压力的演化方程。 理想磁流体动力学(MHD): 这是描述大规模、低频等离子体现象(如太阳耀斑、磁层磁重联)的关键工具。本章详细推导了MHD方程组,包括欧姆定律的修改(霍尔效应的忽略)和磁通量守恒定律(“磁场冻结”现象的物理基础)。 MHD 稳定性分析: 对基本的磁约束配置(如平板模型)进行了线性稳定性分析,介绍了瑞利-泰勒不稳定性、阿尔芬不稳定性和扭曲模式,揭示了磁场结构自发瓦解的物理机制。 第六章:等离子体中的波动与传播 等离子体表现出极其丰富的波动模式,这是其区别于普通流体的显著特征。 电磁波在磁化等离子体中的传播: 引入了描述等离子体介电性质的张量——冷等离子体电导率张量(或称为介电函数张量)。通过求解由该张量导出的色散关系(Dispersion Relation),系统分析了横电磁波(TEM)、横磁波(TM)和横等离子体波的传播特性。 等离子体振荡: 详细分析了电子等离子体振荡(电子声波)的频率,以及离子声波的性质,讨论了这些波在等离子体诊断中的应用。 阿尔芬波: 作为磁流体中特有的横向剪切波,本书分析了其在空间等离子体中的传播特性,以及其能量耗散机制。 第三部分:高级主题:微观动力学与非平衡态 为了更精确地描述高精度实验和复杂空间环境,本书的最后一部分深入探讨了基于统计物理的描述方法。 第七章:玻尔兹曼方程与分布函数 本章将等离子体的描述提升到统计力学的层次,处理速度空间中的动力学。 玻尔兹曼方程的建立与平均场近似: 推导了描述粒子分布函数 $f(mathbf{r}, mathbf{v}, t)$ 的演化方程,并讨论了碰撞项的复杂性(BBGKY 层次的引入)。 福克-普朗克方程(Fokker-Planck Equation): 针对弱相互作用的等离子体(如库仑碰撞),详细推导出描述粒子步进随机运动的简化方程,并讨论了其在求解输运系数中的作用。 第八章:等离子体中的输运现象与热力学 本章关注能量、粒子和动量如何在等离子体中扩散和传递。 输运系数的计算: 基于Chapman-Enskog理论的简化框架,讨论了热导率、电阻率和扩散系数的微观来源。重点阐述了由于磁场的存在,输运系数的各向异性。 等离子体热力学与非绝热过程: 分析了等离子体在磁场中的绝热不变量(如磁矩 $mu$ 和不变量 $J$),这些不变量是磁约束聚变和空间磁重联理论中的核心概念。 总结:面向未来的综合视角 本书通过严谨的数学推导和清晰的物理图像,构建了一个从麦克斯韦方程到复杂等离子体波动的完整理论体系。它要求读者具备扎实的电磁学和高等数学基础,目标是培养下一代空间物理学家和聚变工程师,使他们能够驾驭复杂电磁环境中物质行为的挑战性问题。本书内容完全聚焦于电磁场本身及其在电离介质中的表现,未涉及半导体材料的晶体结构、能带理论、薄膜沉积技术、电子显微镜、光谱分析或原子力显微镜等任何与固态物理和材料表征技术相关的具体方法或应用。

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读后感

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用户评价

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作为一名对科技发展充满兴趣的普通爱好者,我选择阅读《半导体材料与器件表征技术》这本书,并非为了掌握实际操作技能,而是希望能够更深入地理解我们赖以生存的电子世界是如何构建的。我们每天都在使用各种电子设备,但对其内部的微观世界却知之甚少。半导体材料的纯度、晶体缺陷、能带结构,以及器件的尺寸、电荷传输特性、界面质量等等,这些都直接影响着设备的性能、功耗甚至寿命。而“表征技术”正是揭示这些微观秘密的钥匙。我希望这本书能用通俗易懂的语言,解释那些听起来十分高深的表征技术。例如,当提到“扫描隧道显微镜”(STM)时,我希望书中能描绘出它如何“看到”单个原子的景象,以及其中蕴含的量子力学原理。当我读到“拉曼光谱”时,我希望了解它如何通过光的散射来识别材料的分子结构和化学键。更重要的是,我希望这本书能将这些技术与其在实际器件中的应用联系起来,例如,如何通过表征技术来诊断手机芯片发热的原因,或者如何通过优化材料的晶格结构来提高太阳能电池的效率。我并不需要掌握所有技术的操作细节,但了解它们的作用、能提供哪些信息,以及这些信息对最终产品的意义,对我来说就已经足够了。这本书的价值在于它能够为我打开一个全新的视野,让我对那些无形的电子信号和信息背后,那些精密的材料和器件结构有更深刻的认识,从而更好地欣赏和理解现代科技的魅力。

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作为一名对材料科学充满热情的初学者,《半导体材料与器件表征技术》这本书为我打开了通往微观世界的一扇大门。我一直对构成我们生活中各种电子产品的材料感到好奇,比如它们是如何被制造出来的,又是什么让它们能够导电或绝缘。这本书提供的“表征技术”,在我看来,就是能够“看见”和“测量”这些材料微观特性的神奇工具。我希望书中能够用生动形象的比喻,解释一些看似复杂的表征技术。比如,当介绍“透射电子显微镜”(TEM)时,我希望能理解它是如何通过电子束穿透样品来观察其晶格结构和晶界清晰图像的。当提及“原子力显微镜”(AFM)时,我希望能明白它如何利用微小的探针“触摸”样品表面,从而绘制出纳米级的表面形貌。我更看重的是,这本书能够将这些技术与其在半导体材料(如硅、锗、砷化镓)的生长、掺杂、缺陷控制等方面的应用联系起来。例如,如何通过表征技术来判断掺杂是否均匀,缺陷是否会影响器件的性能。这本书对我而言,不仅是一本技术手册,更是一个探索材料奥秘的启蒙读物,它能够激发我对科学研究的兴趣,并引导我朝着更深入的学习方向前进。

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这本书的价值,我认为不仅仅在于它所涵盖的技术本身,更在于它能够为不同背景的读者提供一个统一的、深入的理解框架。我是一名在相关领域工作的工程师,但我的工作更多地集中在应用层面,对于材料和器件的底层表征技术,虽然有所接触,但系统性的知识相对缺乏。很多时候,我们遇到的问题,追根溯根往往会涉及到材料的晶体结构、表面形貌、电学特性等,而这些都需要通过专业的表征技术来获得第一手资料。过去,我可能需要查阅大量的论文、技术报告,甚至是咨询专家,才能对某个特定的表征技术有初步的认识。而《半导体材料与器件表征技术》的出现,就像是为我搭建了一个知识的桥梁,它将分散的、零碎的知识点系统地组织起来,形成了一个完整的知识体系。我希望书中能够详细介绍各种表征技术的原理、优缺点、适用范围,并且能够结合具体的半导体材料和器件案例,说明如何选择最适合的表征方法,以及如何从复杂的表征数据中提取有用的信息。例如,在分析某个新设计的金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)时,可能需要用到X射线光电子能谱(XPS)来分析栅介质的成分和化学状态,用原子力显微镜(AFM)来研究沟道的表面形貌,用四探针法来测量材料的电导率等等。这本书如果能将这些技术有机地结合起来,并给出具体的分析流程和解读指南,那将是极大的帮助。我非常期待书中能够对不同表征技术的互补性进行探讨,例如如何通过多种技术的结合来获得更全面、更准确的分析结果。这种系统性的讲解,将极大地提升我解决实际工程问题的能力,并有助于我在这个快速发展的行业中保持竞争力。

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我是一名即将进入半导体行业的学生,对于《半导体材料与器件表征技术》这本书,我充满了期待和一丝焦虑。我知道,要在这个领域有所建树,扎实的理论基础和熟练的实验技能都是必不可少的,而表征技术无疑是连接两者之间的重要环节。在我的课程学习中,虽然接触过一些基础的物理和化学分析方法,但对于半导体领域特有的、更精密的表征技术,我了解得还不够系统。我希望这本书能够为我提供一个清晰的学习路径,从基础的原理讲起,逐步深入到各种先进的表征技术。例如,关于晶体结构分析,除了X射线衍射(XRD),是否还有其他更先进的方法?关于材料的表面性质,除了原子力和扫描电子显微镜,还有哪些技术能够提供更详细的信息?我尤其希望书中能够包含大量的图示和实例,帮助我直观地理解各种表征技术的成像原理和数据特点。同时,我也希望书中能够介绍一些实际的实验操作流程和数据处理方法,为我将来进入实验室进行相关实验做好准备。我知道,在实际科研中,很多问题都无法通过单一的表征技术来解决,因此,我希望这本书能够强调不同表征技术之间的互补性和协同性,教导我如何根据具体的分析需求,选择最优的表征组合。这本书将是我进入半导体领域的第一本重要参考书,我希望它能为我打下坚实的基础,让我能够自信地迎接未来的学习和研究挑战。

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我是一名对光学领域有浓厚兴趣的读者,虽然我的主攻方向并非半导体,但对光与物质相互作用的原理一直非常着迷。《半导体材料与器件表征技术》这本书,其中涉及的光学表征技术,如光致发光(PL)、椭圆偏振光谱(Ellipsometry)等,对我来说具有相当大的吸引力。我希望这本书能深入浅出地介绍这些光学表征技术是如何揭示半导体材料的能带结构、缺陷态以及载流子动力学特性的。例如,光致发光光谱是如何通过分析发射光的波长和强度来判断材料的纯度、发光效率以及是否存在发光缺陷的?椭圆偏振光谱又是如何利用光的偏振状态变化来测量薄膜的厚度、折射率和消光系数的?我希望书中不仅能解释这些技术的物理原理,还能展示它们在理解光电器件(如LED、激光器、光伏器件)工作机制中的关键作用。我非常期待书中能够包含一些关于如何通过光学表征技术来优化这些器件性能的案例,例如,如何通过调节材料的组分来改变LED的发光颜色,或者如何通过优化光伏器件的界面来提高其能量转换效率。这种跨领域的知识融合,将极大地拓展我的研究思路,并为我探索光与半导体材料之间的更多可能性提供启示。我希望这本书能成为我理解光与电子世界的又一本重要参考。

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从我过去参与过的几个半导体项目来看,材料的可靠性和器件的稳定性始终是关键的挑战。《半导体材料与器件表征技术》这本书,在我看来,正是解决这些挑战的“幕后英雄”。很多时候,我们团队会发现一些产品出现性能衰减或者早期失效的问题,究其原因,往往与材料本身的缺陷、制备过程中的微观变化,或者器件工作过程中的应力集中有关。而这些问题的诊断,离不开精确的表征手段。我希望这本书能够提供一套系统的分析框架,指导我们如何通过各种表征技术来识别和量化这些潜在的风险因素。例如,在评估一种新型高温半导体材料的可靠性时,可能需要利用热重分析(TGA)和差示扫描量热法(DSC)来研究其热稳定性,利用原子力显微镜(AFM)来监测材料在高温下的形貌变化,甚至可能需要利用X射线衍射(XRD)来分析材料在应力作用下的晶格畸变。这本书如果能提供关于如何根据材料特性和器件应用场景,来选择合适的表征技术,并指导如何分析表征结果来预测材料或器件的长期可靠性,那将极大地提升我们产品的质量和竞争力。我期待书中能够包含一些关于失效分析的案例研究,展示如何利用表征技术来溯源问题,并提出改进方案。这种实践性的指导,对于我们这些在工程一线工作的人来说,具有非常重要的参考价值。

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我对《半导体材料与器件表征技术》这本书的期望,在于它能够提供关于如何通过表征手段来理解和优化半导体器件的“物理过程”。我所关注的重点,不仅仅是材料本身的性质,更是这些材料如何在器件内部协同工作,实现特定的功能。例如,在研究一个高性能的功率器件时,我们需要了解载流子是如何在不同材料层之间注入和传输的,电场是如何在PN结处集聚的,以及沟道中的电荷是如何被控制的。这些过程的实现,很大程度上依赖于材料的界面质量、掺杂分布以及材料的电学特性。我希望书中能够详细阐述各种表征技术,如深层能谱分析(DLTS)、电流-电压(I-V)特性测量、电容-电压(C-V)特性测量等,是如何用来探测和量化这些关键的物理过程的。例如,DLTS如何帮助我们识别和量化器件中的陷阱态,这些陷阱态会影响载流子的复合速率和器件的开关速度。I-V和C-V特性测量又是如何揭示器件的结特性、阈值电压以及漏电流等重要参数的。这本书如果能提供关于如何根据器件的工作原理,来选择最有效的表征方法,并指导如何从表征数据中反演出器件内部的物理机制,那将极大地提升我对半导体器件设计的理解深度,并为我进行更前沿的研究提供理论指导。

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初拿到《半导体材料与器件表征技术》这本书,我最先被其封面设计所吸引。简约而不失专业感,色彩的搭配也很沉稳,透露出一种严谨治学的气息。翻开扉页,我便被这厚重的知识所震撼。从我个人对半导体行业的零星了解来看,了解材料和器件的“表征技术”是深入理解其工作原理、优化性能、甚至发现新现象的关键。这本书无疑是通往这个领域的必经之路。我本身并非半导体领域的科班出身,更多的是出于对未来科技发展的好奇心,尤其是那些支撑起我们日常生活的电子产品,背后究竟蕴藏着怎样的奥秘。读过一些科普读物,知道半导体产业是高科技的基石,而材料和器件是这个基石中的基石。那么,如何才能“表征”它们呢?这就像是给事物“画像”,通过各种手段去揭示它们的本质、特性、以及可能存在的问题。这本书的出现,对我来说就像是获得了一本“秘籍”,能够让我从更深层次去理解半导体技术,而不仅仅停留在“智能手机”、“电脑”这些具象的产品层面。我期待着书中能够详细地阐述各种表征技术,例如扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)等等,并深入讲解它们在半导体材料(如硅、砷化镓、氮化镓等)以及各种器件(如晶体管、二极管、传感器等)分析中的具体应用。更重要的是,我希望这本书能够教会我如何解读这些表征技术所提供的数据,以及如何根据这些数据来优化材料的制备工艺和器件的设计。这种知识的掌握,对我来说不仅仅是理论上的提升,更是对未来职业发展的一种潜在投资。我对于书中可能包含的实验案例、数据分析方法以及实际操作建议充满了期待,相信通过这本书的学习,我能够打开一扇新的认知之门,更深刻地理解半导体世界。

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对于我这样的科研工作者来说,《半导体材料与器件表征技术》这本书的价值是显而易见的。我们从事的是前沿的科学研究,需要不断地探索新的材料、新的器件结构,以及新的工作原理。在这个过程中,精确的表征技术是我们获取可靠实验数据、验证理论猜想、并最终推动科技进步的基石。我曾经花费了大量的时间和精力去学习各种表征仪器的工作原理和操作技巧,但往往是通过试错和摸索,效率不高,而且容易陷入一些认识上的误区。这本书如果能够系统地介绍各种表征技术,包括它们的理论基础、仪器结构、关键参数的设定、数据采集的注意事项,以及数据分析的常用方法和可能遇到的问题,那将极大地节省我们的时间和精力,提高科研的效率和质量。我尤其关心书中是否会涉及一些先进的表征技术,例如原位表征技术(in-situ characterization),即在材料生长、器件工作过程中进行实时表征,这对于理解动态过程至关重要。另外,对于一些新兴的半导体材料,例如钙钛矿、二维材料(如石墨烯、过渡金属硫化物)等,它们独特的结构和性质对表征技术提出了新的挑战,我非常希望能在这本书中找到关于这些材料的表征方法和经验。此外,书中如果能对不同表征技术的局限性进行清晰的说明,并提供一些规避这些局限性的策略,那将非常有价值。我希望这本书能够成为我们实验室案头必备的工具书,能够帮助我们在研究的道路上少走弯路,更快地取得突破性的进展。

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我是一名在电子制造行业工作的技术人员,虽然我不需要直接操作那些复杂的表征仪器,但了解它们的工作原理和能提供的信息,对于我理解生产过程中的关键质量控制点非常重要。《半导体材料与器件表征技术》这本书,对我来说,就像一本“生产指南”,它帮助我理解“为什么”要进行这些检测,以及这些检测结果意味着什么。我希望书中能用比较通俗的语言,介绍一些常用的表面分析技术,例如 Auger 电子能谱(AES)和 X 射线光电子能谱(XPS),它们是如何分析材料表面的元素组成和化学状态的?这些信息对于控制薄膜沉积的均匀性、评估金属接触的质量非常关键。我也希望书中能够解释一些用于测量材料电学特性的方法,比如霍尔效应测量,它如何揭示半导体材料的载流子类型、浓度和迁移率?这些参数直接影响着器件的性能。此外,书中如果能包含一些关于良率提升的案例,说明如何通过表征技术来发现和解决生产过程中的问题,从而提高产品的良品率,那对我来说将是无价的。我希望这本书能够帮助我更好地理解和执行质量检测标准,更有效地与工程师沟通,共同解决生产中遇到的技术难题,最终为提升整个制造环节的效率和产品质量做出贡献。

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