半导体材料测试与分析 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:科学

作者:杨德仁

出品人:

页数:381

译者:

出版时间:2010-4

价格:78.00元

装帧:

isbn号码:9787030270368

丛书系列:半导体科学与技术丛书

图书标签:

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《材料科学与工程基础》 内容简介： 《材料科学与工程基础》是一本面向材料科学与工程领域初学者和从业者的权威性教材。本书系统地阐述了材料科学与工程的核心概念、基本原理以及关键技术，旨在为读者构建扎实的理论基础，培养敏锐的洞察力，并为进一步深入学习和研究打下坚实的地基。 本书共分为十章，内容涵盖了材料科学与工程的广泛领域，从微观结构到宏观性能，从基础理论到实际应用，力求面面俱到，深入浅出。 第一章：材料科学与工程导论 本章首先界定了材料科学与工程的范畴，阐述了其在现代科技和社会发展中的重要地位。接着，介绍了材料的分类方法，包括金属材料、陶瓷材料、高分子材料、复合材料以及新兴材料等，并简要回顾了材料科学与工程的发展历程和未来趋势。最后，强调了材料性能与结构、加工工艺之间的内在联系，为后续章节的学习奠定宏观认识。 第二章：晶体结构与衍射 本章深入探讨了固体材料的微观结构，重点介绍了晶体结构的基本概念，如晶格、基元、晶面、晶向等。通过直观的图示和详细的推导，读者将掌握各种常见的晶体结构类型，如面心立方（FCC）、体心立方（BCC）、六方密堆积（HCP）等。此外，本章还详细介绍了X射线衍射（XRD）等晶体结构分析技术，解释了衍射图样的形成原理以及如何通过分析衍射数据来确定材料的晶体结构、晶粒尺寸和织构等重要信息。 第三章：缺陷与扩散 材料的性能往往受到微观缺陷的显著影响。本章系统地阐述了点缺陷、线缺陷（位错）和面缺陷（晶界、层错）等各类晶体缺陷的类型、形成机制及其对材料性能的影响。在此基础上，本书详细介绍了固体中的扩散现象，包括菲克定律、激活能理论以及不同扩散机制（间隙扩散、替位扩散）的特点。理解缺陷与扩散的原理，对于解释和控制材料的力学性能、电学性能以及化学稳定性至关重要。 第四章：相图与相变 相图是描述材料在不同温度、压力和成分条件下稳定相的图形表示。本章重点讲解了二元和三元相图的绘制与解读方法，阐述了固溶体、化合物、共晶、共析等基本相变类型。通过对相图的学习，读者能够预测材料在加热和冷却过程中的相组成变化，并为热处理工艺的设计提供理论依据。此外，本章还简要介绍了相变动力学，包括形核和生长过程。 第五章：金属材料 金属材料因其优良的力学性能、导电导热性能等而应用广泛。本章聚焦于金属材料，详细介绍了其基本结构、性能特点以及分类。重点讲解了铁碳合金相图，包括奥氏体、珠光体、贝氏体、马氏体等相的形成与转变过程，并深入分析了不同钢种（碳钢、合金钢、不锈钢）的组织与性能关系。同时，本章也介绍了常见有色金属及其合金（如铝合金、铜合金、钛合金）的性能与应用。 第六章：陶瓷材料 陶瓷材料以其高硬度、耐高温、耐腐蚀、优良的电学和光学性能而备受青睐。本章介绍了陶瓷材料的定义、分类（氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷、复合陶瓷）以及其特殊的微观结构，如晶粒、晶界、气孔等。重点阐述了陶瓷的制备工艺，包括原料制备、成型、烧结等关键环节，并分析了烧结过程对陶瓷显微结构和性能的影响。此外，本章还介绍了陶瓷材料在电子、能源、生物等领域的广泛应用。 第七章：高分子材料 高分子材料以其质轻、易加工、可设计性强等优点，在日常生活中和高科技领域占据着举足轻重的地位。本章系统介绍了高分子的基本概念，包括单体、聚合物、聚合反应等。详细阐述了聚合物的结构（线型、支化、交联）与性能（热塑性、热固性）之间的关系，并介绍了高分子的结晶、玻璃化转变等重要物理现象。本章还涉及高分子材料的加工方法（注塑、挤出、吹塑等）以及常见的工程塑料、橡胶、纤维等。 第八章：复合材料 复合材料是将两种或两种以上性能互补的材料通过一定方式复合而成的新型材料，通常具有优异的综合性能。本章介绍了复合材料的基本组成（基体、增强体）以及其分类（纤维增强复合材料、颗粒增强复合材料、层状复合材料等）。重点讲解了纤维增强聚合物基复合材料（FRP）的力学性能预测、界面行为以及失效机制。同时，也介绍了金属基复合材料（MMC）和陶瓷基复合材料（CMC）的特点和应用。 第九章：材料的力学性能 材料的力学性能是评估其使用价值的关键指标。本章深入探讨了材料的各种力学性能，包括强度、韧性、硬度、疲劳、蠕变等。详细介绍了拉伸试验、压缩试验、弯曲试验、冲击试验等常用的力学性能测试方法。通过分析应力-应变曲线，读者将能够理解材料的弹性、塑性行为，并学会如何评估材料在不同载荷条件下的可靠性。 第十章：材料的电学、磁学与光学性能 本章概述了材料在电学、磁学和光学方面的基本性能。在电学方面，介绍了导体、半导体、绝缘体的区别，并简要探讨了介电性能和导电机制。在磁学方面，阐述了顺磁性、抗磁性、铁磁性等磁现象，并介绍了磁性材料的应用。在光学方面，讨论了材料的透射、反射、吸收特性，以及其在光学器件中的应用。 《材料科学与工程基础》力求理论与实践相结合，每章都配有丰富的图表和实例，便于读者理解和掌握。本书的语言严谨准确，结构清晰合理，是材料科学与工程领域学生、研究人员以及相关行业工程师不可或缺的参考书。通过学习本书，读者将能够系统地认识材料，理解材料的奥秘，并为开发和应用新型材料提供坚实的基础。

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我注意到这本书对于**非硅基**新材料的测试方法覆盖度非常有限，这让它在当前的半导体研究热潮中显得有些“脱节”。现在业界的焦点已不仅仅是CMOS技术中的硅基材料，更在于宽禁带半导体（如SiC和GaN）在电力电子领域的应用，以及III-V族半导体在光电器件中的地位。然而，对于SiC和GaN材料特有的高缺陷密度（如穿晶层错、堆垛层错）如何通过高分辨透射电镜（HRTEM）进行识别和定量分析，书中几乎没有涉及。更不用说，针对GaN HEMT结构中二维电子气（2DEG）的电学特性（如峰值密度和迁移率）的精确测量技术，比如如何通过高低温霍尔测量来分离晶格限制和杂质散射对迁移率的影响，这些都是非常关键的工程问题，但全书寥寥数语带过。对于这些新兴领域，现有的测试方法往往需要特殊的样品制备和数据处理技巧，比如对于高电阻率的SiC衬底，如何选择合适的欧姆接触材料和测试温度以避免接触电阻成为限制因素，这些“窍门”是这本书缺失的。因此，对于从事前沿宽禁带器件研发的工程师和研究人员来说，这本书提供的参考价值非常有限。

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这部新出的《半导体材料测试与分析》可真是让人眼前一亮，但说实话，我对它期望值挺高的，结果拿到手才发现，它更像是一本理论的教科书，而不是我盼望的那种实战宝典。我原以为这本书会深入探讨各种前沿的测试设备的操作细节，比如如何校准高精度四探针测试仪以排除接触电阻的干扰，或者在原子力显微镜（AFM）的扫描隧道模式下如何准确地测量薄膜的表面粗糙度及其对器件性能的影响。我特别想看到一些关于新兴材料，比如钙钛矿或二维材料（如石墨烯、MoS2）的特定缺陷识别方法，以及如何利用拉曼光谱或光致发光（PL）谱来快速判断晶圆的掺杂均匀性和缺陷密度。然而，书里大部分篇幅似乎集中在半导体物理基础和各种测试方法的原理推导上，这对于初学者来说或许是好的起点，但对于我们这些已经工作了一段时间，需要解决实际生产线上复杂问题的人来说，总觉得少了那么“火候”。比如，当涉及到半导体器件的可靠性测试时，我更期待看到关于加速老化测试（HALT/HASS）的统计学模型应用，以及如何通过电迁移（EM）数据预测器件寿命的实际案例分析，而不是停留在理论模型的介绍上。总而言之，它在基础理论方面做得扎实，但实操指导和前沿应用案例的深度略显不足，让我感觉像是在看一篇精彩的学术综述，而非一本能直接拿来解决工程难题的工具书。

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说实话，这本书的排版和图示设计真是一言难尽，简直像是上个世纪的印刷品直接扫描过来的。我打开第一章，就被那些密密麻麻的公式和几乎看不清的示意图给劝退了。举个例子，书中对“霍尔效应”的介绍，插图模糊得根本无法分辨出磁场方向、电流方向和电场方向的相对关系，这对于理解电荷载流子迁移率的计算至关重要。再者，很多关键的测试曲线图，比如C-V曲线或DLTS谱图，分辨率低到连横坐标的刻度都难以辨认，更别提如何从中准确提取陷阱能级或界面态密度了。我一直在寻找关于SEM（扫描电子显微镜）背散射电子（BSE）成像与透射电子显微镜（TEM）暗场成像在材料微观结构分析中互补性的详细论述，希望能有清晰的对比图来展示它们各自的优势和局限，但书中给出的图像质量实在让人难以进行有效对比。这种视觉上的障碍，极大地影响了阅读体验和知识的吸收效率。对于一本以“测试与分析”为主题的书籍来说，高质量的、清晰的实验数据图表本应是核心，但这本书在这方面表现得过于敷衍，让人不禁怀疑作者对实验细节的重视程度。如果能配上高清的、现代的实验图像和更直观的流程图，这本书的价值至少能提升一个档次。

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这本书在内容组织上，显得逻辑跳跃性比较大，像是一个大杂烩，缺乏一条贯穿始终的主线来串联起各个测试技术。比如，它前脚还在详细讨论如何使用椭偏仪（Ellipsometer）来测量超薄氧化层的厚度和光学常数，后脚马上就跳到了半导体器件的功函数测量，两者之间的内在联系，例如氧化层质量如何影响栅极堆栈的电学性能，并没有得到充分的阐述。我期待的是能看到一个完整的“材料表征流程图”，例如，从晶圆的生长（MBE/MOCVD）到薄膜沉积、再到器件制作完成后，每一步应该采用哪些核心的无损和有损测试手段进行监控和验证。这本书似乎没有建立起这种“测试链”的概念，而是将各种技术孤立地罗列出来，使得读者很难构建起一个系统性的分析框架。例如，当发现器件漏电流异常增大时，我们应该先用哪种光电测试手段定位问题，再用哪种元素分析手段（如EDS/XPS）确定污染源，最后用哪种形貌分析手段（如TEM）观察界面损伤，这本书里没有给出这种“诊断路径”的指导。这种缺乏系统性的编排，让这本书更像是几篇独立的技术报告的拼凑，而非一部系统的教材。

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这本书最大的问题在于，它对**数据处理和误差分析**的讨论过于简略和表面化，这对于依赖高精度测量的材料分析工作来说是致命的缺陷。例如，在介绍X射线衍射（XRD）分析晶格常数和残余应力时，作者仅仅展示了如何进行布拉格峰位的简单拟合，却完全没有探讨衍射峰展宽（Peak broadening）背后蕴含的微晶尺寸信息或位错密度信息，也没有提及如何利用谢勒公式（Scherrer equation）或威勒公式（Williamson-Hall plot）进行进一步的定量分析。同样的，在讨论表面分析技术如XPS（X射线光电子能谱）时，书中只是展示了如何确定元素种类和化学态，但对于如何进行精确的峰形分解（Peak fitting），如何校正充电效应引起的峰位漂移，以及如何结合标准谱图排除次级峰的干扰，这些直接影响到结果准确性的关键步骤被一笔带过。一个优秀的测试分析书籍，应当教会读者如何“质疑”自己的数据，如何量化测量结果的不确定性。但这本书似乎默认了所有采集到的数据都是完美的，没有提供任何关于如何识别异常数据点、如何进行有效的统计平均以及如何报告具有置信区间的分析结果的指导，这使得书中的方法论在实际应用中缺乏可靠的支撑。

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对微电子方向很有用

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