Defects And Diffusion In Simiconductors 2007

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作者:Fisher, D. J. (EDT)
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页数:0
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价格:246
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isbn号码:9783908451372
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  • 半导体缺陷
  • 扩散现象
  • 材料科学
  • 晶体学
  • 材料物理
  • 半导体物理
  • 缺陷工程
  • 扩散模型
  • 硅材料
  • 2007年出版
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具体描述

《材料科学前沿:晶体结构、缺陷与输运现象》 本书深入探讨了材料科学领域的核心议题,聚焦于材料的微观结构、其中存在的各种缺陷及其对材料宏观性能的影响。我们将从晶体学的基础理论出发,详细阐述理想晶体的完美结构,并在此基础上引出晶体缺陷的概念。 第一部分:晶体结构的基础与分类 本部分将首先介绍晶体学的基本原理,包括晶格、晶面、晶向的概念,以及布拉维晶格的分类。我们会详细讲解各种晶体结构,如面心立方(FCC)、体心立方(BCC)、六方密堆积(HCP)等,并探讨它们在不同材料体系中的普遍性。此外,还将介绍描述晶体结构常用的工具,如X射线衍射(XRD),并解释如何通过衍射图谱解析材料的晶体结构。 第二部分:晶体缺陷的种类与形成机制 在现实的晶体材料中,完美的周期性结构是不存在的。本部分将系统介绍晶体中可能存在的各种缺陷,并深入剖析其形成机制。 点缺陷(Point Defects): 空位(Vacancies): 原子在晶格中缺失的现象,是固体中热力学上最常见的缺陷。我们将讨论空位的形成能、浓度及其对材料性质的影响,例如扩散速率和机械强度。 间隙原子(Interstitials): 尺寸较小的原子占据了正常晶格点之间的空隙位置。我们会区分自间隙原子(与基体原子相同)和杂质间隙原子,并分析其对晶格畸变和电学性质的影响。 取代型杂质(Substitutional Impurities): 外来原子取代了基体原子在晶格中的位置。我们将探讨杂质原子的尺寸、电荷与其在固溶体中的行为,以及它们如何影响材料的电阻率、光学性质和机械性能。 线缺陷(Line Defects): 位错(Dislocations): 描述了晶体结构中的局部不匹配,是导致材料塑性变形的关键。我们将详细介绍刃位错(Edge Dislocation)和螺位错(Screw Dislocation)的结构模型,以及它们的滑移和攀移机制。此外,还会讨论位错密度、位错相互作用及其对材料强度、延展性和韧性的重要影响。 面缺陷(Planar Defects): 晶界(Grain Boundaries): 不同取向晶粒之间的界面,是多晶材料中重要的缺陷类型。我们将分析晶界的结构模型,如倾斜晶界(Tilt Boundaries)和扭转晶界(Twist Boundaries),并探讨晶界对材料的电学、磁学和机械性能(如晶粒细化强化)的显著作用。 堆积层错(Stacking Faults): 在层状结构材料中,原子层的堆积顺序发生错误。我们会介绍不同类型的堆积层错,以及它们对材料强度和电子传输的影响。 孪晶界(Twin Boundaries): 晶体的一部分相对于另一部分以特定的晶向和晶面为界发生镜面对称的连接。我们将阐述孪晶的形成机制,以及它们在材料变形和相变中的作用。 体缺陷(Volume Defects): 孔洞(Voids): 由大量空位聚集形成的微小空腔。 夹杂物(Inclusions): 晶体中存在的非基体相物质,如氧化物、碳化物等。 相界(Phase Boundaries): 不同相区域之间的界面。 我们将通过实验技术,如透射电子显微镜(TEM)和扫描隧道显微镜(STM),来可视化和表征这些缺陷。 第三部分:缺陷对材料输运性质的影响 晶体缺陷的普遍存在,对材料的宏观输运性质,如电输运、热输运和质量输运,产生着至关重要的影响。 电输运: 散射机制: 点缺陷、线缺陷和面缺陷都会成为载流子的散射中心,增加电阻率。我们将定量分析不同类型缺陷对电阻率的影响,以及它们如何影响载流子的迁移率。 掺杂效应: 引入外来原子(取代型或间隙型)改变载流子浓度,是调控半导体材料电学性质的关键。我们将探讨掺杂剂的激活能、补偿效应及其对载流子浓度的影响。 表面与界面效应: 表面和晶界处存在的缺陷,会形成表面态和界面态,影响载流子的传输和复合。 热输运: 声子散射: 晶体缺陷会散射声子(晶格振动的量子),降低材料的热导率。我们将分析点缺陷、位错和晶界对声子散射截面的影响。 质量输运(扩散): 扩散路径: 晶体缺陷,特别是空位和位错,为原子在固体中的迁移提供了便捷的路径,即扩散。我们将详细讨论空位扩散、间隙扩散和位错爬行扩散的机制,并介绍菲克定律(Fick's Laws)及其在描述宏观扩散过程中的应用。 扩散系数: 影响扩散系数的因素,包括温度、缺陷浓度和扩散机制。我们将讨论阿伦尼乌斯关系(Arrhenius Relation)在描述扩散系数与温度关系中的重要性。 第四部分:缺陷工程与材料性能调控 理解缺陷的形成、行为及其对材料性能的影响,使得我们能够通过“缺陷工程”的手段,主动设计和调控材料的微观结构,以获得期望的宏观性能。 热处理: 通过退火、淬火等热处理工艺,可以控制材料中缺陷的浓度和分布。 应力处理: 外加应力可以诱导位错运动和形变,改变材料的机械性能。 辐射损伤: 高能粒子辐射会在材料中产生新的缺陷,改变材料的性质。 表面改性: 通过物理或化学方法对材料表面进行处理,可以改变表面缺陷的性质,从而影响其电学、催化等性能。 本书旨在为材料科学家、工程师以及相关领域的学生提供一个关于晶体结构、缺陷及其对材料输运性质影响的全面而深入的认识,并为通过缺陷工程优化材料性能提供理论指导。

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读后感

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当我第一次拿到《Defects And Diffusion In Semiconductors 2007》这本书时,我对它抱有极大的期望,希望能够从中系统地学习半导体材料中缺陷和扩散这两个核心概念的理论知识和最新研究进展。从书名来看,它似乎是那个时期对这个领域的一个比较全面的总结。 书中对于“缺陷”的讨论,涉及了各种不同尺度和类型的缺陷,从原子尺度的点缺陷,到晶体结构中的位错,再到宏观尺度的晶界和相界。它详细介绍了这些缺陷的形成机理,以及它们如何影响半导体的电学、光学和机械性能。例如,书中有一章详细分析了硅中氧(oxygen)和碳(carbon)等杂质如何形成团簇(clustering)缺陷,以及这些团簇如何影响载流子的寿命和器件的可靠性。 但是,书中在阐述这些内容时,其严谨性有时会让我感到疲惫。它倾向于直接呈现研究成果和复杂的理论模型,而对于这些模型是如何建立起来的,以及其背后的物理直觉,介绍得相对较少。例如,在讨论缺陷的形成能和迁移能时,书中引用了大量的实验数据和模拟结果,但对于如何通过实验测量这些参数,或者如何进行精确的模拟,则没有详细的说明。

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这本书,我带着满腔的热情去探索半导体世界的奥秘,尤其是那些关于“缺陷”和“扩散”的关键环节。从标题《Defects And Diffusion In Semiconductors 2007》就能看出,它试图聚焦于2007年前后该领域的研究进展,所以我期待着能了解到一些当时最新的理论突破和实验发现。 书中关于扩散的部分,给我留下了极其深刻的印象。它不仅仅停留在概念层面,而是深入到了各种扩散机制的微观动力学。我记得其中有相当一部分内容是在探讨空位扩散(vacancy diffusion)和填隙扩散(interstitial diffusion)的统计力学模型,以及它们如何受到浓度、温度和晶体结构的复杂影响。书中还引用了一些利用同位素示踪法(isotope tracing)来测量扩散系数的实验结果,并尝试用第一性原理计算(first-principles calculations)来解释这些数据。 然而,书中的叙述风格显得相当“硬核”,充满了各种复杂的公式和专业的术语。它似乎完全是为了让在该领域有一定积累的科研人员阅读而设计的,对于初学者来说,门槛确实太高了。很多章节的推导过程都相当冗长,并且省略了一些关键的中间步骤,这使得我不得不花费大量时间去自行补充和推演,才能真正理解其逻辑链条。

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《Defects And Diffusion In Semiconductors 2007》这本书,给我的感觉就像是在一个巨大的宝库中寻宝,里面确实藏匿着许多珍贵的知识,但需要你自己花费大量的精力去挖掘和整理。其内容涵盖的范围相当广泛,从基础的晶体结构缺陷到复杂的扩散动力学,再到这些因素对半导体器件性能的影响,都有涉及。 在缺陷方面,书中不仅讨论了点缺陷、位错等,还对更复杂的缺陷聚集体,如夹杂物(inclusions)和相界(phase boundaries)进行了探讨。它通过对实验数据的分析,阐述了这些缺陷是如何影响载流子浓度、迁移率以及器件的可靠性。例如,在提到某种特定的工艺流程中产生的位错时,书中详细分析了位错芯(dislocation core)的结构以及它作为非辐射复合中心的效率,并给出了相应的理论模型来量化其影响。 然而,书中在引入新的概念时,往往缺少足够的背景铺垫。很多章节都直接进入到复杂的数学推导和模型分析,对于没有深厚理论基础的读者来说,理解起来非常困难。例如,在讨论缺陷的动力学模型时,书中频繁出现偏微分方程和傅里叶变换,而对这些数学工具的引入和解释却非常有限,导致我需要花费大量时间去补充相关的数学知识。

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读完《Defects And Diffusion In Semiconductors 2007》之后,我最深的感受是它的“前沿性”与“碎片化”并存。这本书似乎确实集合了2007年左右该领域的一些尖端研究,涵盖了许多当时最新的实验技术和理论模型。然而,这种集合方式也导致了内容的组织不够统一,某些章节之间的过渡显得生硬,仿佛是不同研究小组各自完成工作后简单地拼凑在一起。 在探讨“缺陷”对半导体性能的影响时,书中涉及了大量的案例研究,从最基本的二极管到复杂的集成电路。例如,书中详细分析了金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)中的表面缺陷如何影响阈值电压(threshold voltage)的稳定性,以及在光电器件中,缺陷如何导致漏电和量子效率的下降。对于这些应用层面的讨论,我感到受益匪浅,因为它将抽象的理论概念与实际的工程问题联系了起来。 但书中也存在一个明显的问题,那就是文献引用方面。虽然每章都列出了参考文献,但很多时候,引用的文献年代跨度较大,而且对于关键理论的来源追溯不够清晰。当我试图深入了解某个特定模型的起源时,往往会发现书中给出的引用并不直接,需要我自行去查找更多资料。这种“断层感”让我在进行更深入研究时,感到有些力不从心。

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《Defects And Diffusion In Semiconductors 2007》这本书,给我的整体印象是一种“深邃”且“专业”的学术探索。它似乎是一本专门为半导体材料领域的科研人员量身打造的读物,旨在深入剖析材料内部那些微小却至关重要的“缺陷”以及它们所带来的“扩散”现象。 关于“扩散”的部分,书中着重探讨了其在半导体制造工艺中的重要性,例如掺杂、退火等过程。它详细阐述了不同扩散机制的物理模型,如空位扩散、填隙扩散、以及更复杂的“间隙-空位对”扩散,并且引入了许多当时较为前沿的理论模型,如对非平衡扩散(non-equilibrium diffusion)的探讨。书中还包含了一些关于扩散系数与温度、掺杂浓度、以及应力等因素之间关系的详细公式和图表,这些对于理解实际的工艺过程非常有帮助。 然而,书中对这些复杂理论的阐述,往往是高度数学化和理论化的。例如,在讨论某些扩散方程的解时,书中直接给出了复杂的积分表达式,而对于如何求解这些方程,或者这些解的物理意义,则缺乏足够的解释。这对于我这样试图从物理本质上理解扩散过程的读者来说,无疑是一种挑战。

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当我翻开这本《Defects And Diffusion In Semiconductors 2007》时,我的第一反应是被它所蕴含的厚重感所吸引。封面设计虽然朴实,但“Defects And Diffusion”这些关键词立刻勾起了我对半导体器件物理中那些至关重要但又极其复杂的概念的兴趣。我热切地期待着能够在这本书中找到对晶体缺陷形成机理的深刻洞察,以及对不同扩散机制——无论是空位扩散、填隙扩散还是间隙-空位对扩散——的细致讲解。 书中关于扩散的部分,给我留下了尤为深刻的印象。它不仅仅是简单地介绍Fick定律,而是将各种影响扩散的因素,如温度、浓度梯度、电场、应力以及外源杂质的作用,都进行了详尽的阐述。例如,在讨论掺杂过程中杂质原子的扩散行为时,书中提供了一些关于硅中磷和硼扩散的实验数据,并试图用多空位扩散模型(multi-vacancy diffusion model)来解释观察到的异常扩散行为。这些模型往往涉及到复杂的扩散系数依赖性,需要精密的数值模拟才能完全理解。 然而,书中在解释这些复杂模型时,往往使用了大量高度专业化的语言,并且缺乏足够的图示来辅助理解。我常常需要反复阅读同一段落,才能勉强抓住其核心意思。例如,在讨论“退火”过程中缺陷的迁移和湮灭时,书中引入了“陷阱能级”(trap levels)和“非辐射复合”(non-radiative recombination)的概念,并试图用半导体能带理论来解释其物理过程。尽管这些概念本身非常重要,但书中对其描述的深度和广度,对于非专业人士来说,无疑是一个巨大的挑战。

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当我拿起《Defects And Diffusion In Semiconductors 2007》这本书时,我被它那严谨的标题所吸引,并期待着能够深入理解半导体材料中那些至关重要的“缺陷”以及它们所驱动的“扩散”现象。这本书似乎提供了一个关于2007年左右该领域研究的一个概览。 书中关于“扩散”的部分,给我留下了极其深刻的印象。它不仅仅是简单地介绍Fick定律,而是深入探讨了各种微观扩散机制,以及它们如何受到晶体结构、温度、浓度梯度甚至电场的影响。书中列举了许多不同半导体材料中杂质原子的扩散实验数据,并尝试用不同的扩散模型来解释这些现象。例如,它详细讨论了硅中磷和硼的扩散行为,并引入了“协同扩散”(synergistic diffusion)的概念来解释某些特殊的扩散现象。 但是,书中对这些理论的阐述,有时会显得有些“枯燥”。它大量使用数学公式和专业术语,而对于这些公式背后的物理意义,或者这些模型是如何在实验中得到验证的,介绍得相对较少。例如,在讨论空位扩散模型时,书中直接给出了复杂的扩散方程,而对于如何通过实验测量空位的浓度和迁移率,则没有详细的说明。

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《Defects And Diffusion In Semiconductors 2007》这本书,带给我一种“沉浸式”的学习体验,仿佛置身于一个庞大的半导体材料研究实验室。它在“缺陷”和“扩散”这两个主题上,展现了令人惊叹的深度和广度,涵盖了理论、实验以及应用等多个层面。 关于“缺陷”的讨论,书中不仅仅停留在概念层面,而是深入剖析了各种缺陷的形成机理,它们在晶体中的分布,以及它们如何影响半导体的电学和光学性质。例如,书中详细讨论了在不同的生长条件下,硅中会形成哪种类型的缺陷,以及这些缺陷如何影响载流子的散射和寿命。书中还涉及了复杂的缺陷模型,例如“戴维·泰勒模型”(David Taylor model)等,试图从量子力学角度解释缺陷的行为。 然而,书中在引入这些复杂的模型时,往往缺乏足够的背景介绍。它直接跳转到复杂的数学推导和公式,对于没有深厚理论功底的读者来说,理解起来相当困难。例如,在讨论缺陷的形成能时,书中直接给出了基于密度泛函理论(Density Functional Theory, DFT)的计算结果,而对于DFT的具体原理和计算方法,则几乎没有提及。

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我简直不敢相信我竟然花时间读完了这本书,而且还能如此详细地回忆起来。从封面上的标题“Defects And Diffusion In Semiconductors 2007”来看,我原本期待的是一本严谨、系统地阐述半导体材料中缺陷和扩散机制的学术专著。毕竟,“2007”这个年份表明它可能包含了当时最新的研究成果和理论框架。然而,当我深入其中时,我发现这更像是一本集合了各种研究论文、会议报告以及一些零散研究笔记的汇编。它的内容跳跃性非常强,章节之间的逻辑关联性也显得有些薄弱。 在“缺陷”这个大主题下,书中涉及了各种类型的点缺陷、线缺陷、面缺陷,甚至体缺陷。它详细介绍了这些缺陷是如何在半导体晶体生长、加工过程中形成的,以及它们对材料性能产生的直接影响。例如,在对硅材料的讨论中,书中深入剖析了空位(vacancy)、间隙原子(interstitial atom)、置换型杂质(substitutional impurity)等基本点缺陷的形成能、迁移率以及它们如何作为载流子散射中心。书中还引用了一些经典的实验数据,例如通过拉曼光谱(Raman spectroscopy)和X射线衍射(X-ray diffraction)来表征晶格畸变和缺陷密度。 然而,问题就出在这叙述的“深入”上。很多时候,作者似乎假定读者已经具备了非常扎实的半导体物理学和材料科学基础。对于初学者来说,书中大量出现的专业术语和复杂的数学模型可能会让人望而却步。例如,在讨论狄拉克统计(Dirac statistics)和玻尔兹曼统计(Boltzmann statistics)在描述缺陷占据率时,书中的推导过程省略了许多中间步骤,直接给出了最终公式,这让我不得不花费额外的时间去查阅相关的背景知识。

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当我翻阅《Defects And Diffusion In Semiconductors 2007》这本书时,我立刻被它所涵盖的主题深深吸引。半导体材料中的缺陷和扩散,是理解现代电子器件工作原理的基础,而这本书似乎正是聚焦于此,并涵盖了2007年前后的研究成果。 书中关于“缺陷”的部分,确实深入探讨了各种类型的缺陷,以及它们对半导体材料性能的影响。它不仅讨论了基本的点缺陷,如空位和间隙原子,还涵盖了位错、晶界等更复杂的缺陷结构。书中提供了很多关于如何表征这些缺陷的实验技术,例如透射电子显微镜(TEM)和电子自旋共振(ESR)等。并且,书中还分析了这些缺陷是如何影响载流子的输运和复合过程的。 然而,书中在阐述这些内容时,其叙述风格显得有些“冷峻”。它更侧重于呈现实验数据和理论模型,而对于这些模型的推导过程,或者其背后的物理直觉,介绍得比较少。例如,在讨论缺陷的电学行为时,书中给出了很多关于缺陷能级和缺陷浓度的数学公式,但对于这些公式是如何导出的,或者其在实际器件中的具体体现,介绍得不够详细。

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