半导体器件物理与工艺（第三版）

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isbn号码:9787567205543

具体描述

本书分三大部分：第一部分“半导体物理”主要描述半导体的基本特性和它的传导过程，尤其着重在硅和砷化镓两种最重要的半导体材料上。第二部分“半导体器件”讨论所有主要半导体器件的物理过程和特性。由对大部分半导体器件而言最关键的p-n结开始，接下来讨论双极型和场效应器件，最后讨论微波、量子效应、热电子和光电子器件。第三部分“半导体工艺”介绍从晶体生长到掺杂等工艺技术。

作者简介

作者：（美国）施敏 译者：王明湘 赵鹤鸣

施敏，获斯坦福大学电气工程专业博士学位，1963—1989年在贝尔实验室工作，1990年起在台湾新竹交通大学（NCTU）电子工程系任教，施教博士现在为NCTU的讲座教授和斯坦福大学的顾问教授，并担任多所院校及研完机构的客座教授，他对半导体器件有着基础性和先驱性的贡献，特别重要的是他合作发明了非挥发存储器，如闪存和EEPROM。施敏博士已经作为作者和合作作者发表学术论文200余篇、专著12部，他的《半导体器件物理》（Wiley出版）一书是同时代工程令应用科学出版物中被引用最多的著作（由ISI统计，引用超过15000条）。施敏博士获得过多项奖励，为IEEE的终身会士、台湾中央研究院院士和美国国家工程院院士。

目录信息

第0章 引言
0.1 半导体器件
0.2 半导体工艺技术
总结
参考文献
第1部分 半导体物理
第1章 能带和热平衡载流子浓度
1.1 半导体材料
1.2 基本晶体结构
1.3 共价键
1.4 能带
1.5 本征载流子浓度
1.6 施主与受主
总结
参考文献
习题
第2章 载流子输运现象
2.1 载流子漂移
2.2 载流子扩散
2.3 产生与复合过程
2.4 连续性方程
2.5 热离化发射过程
2.6 隧穿过程
2.7 空间电荷效应
2.8 强电场效应
总结
参考文献
习题
第2部分 半导体器件
第3章 p—n结
3.1 热平衡状态
3.2 耗尽区
3.3 耗尽电容
3.4 电流—电压特性
3.5 电荷存储与瞬态响应
3.6 结击穿
3.7 异质结
总结
参考文献
习题
第4章 双极型晶体管及相关器件
4.1 晶体管的工作原理
4.2 双极型晶体管的静态特性
4.3 双极型晶体管的频率响应与开关特性
4.4 非理想效应
4.5 异质结双极型晶体管
4.6 可控硅器件及相关功率器件
总结
参考文献
习题
第5章 MOS电容器及MOSFET
5.1 理想的MOS电容器
5.2 SiO2—Si MOS电容器
5.3 Mos电容器中的载流子输运
5.4 电荷耦合器件
5.5 MOSFET基本原理
总结
参考文献
习题
第6章 先进的MOSFET及相关器件
6.1 MOSFET按比例缩小
6.2 CMOS与BiCMOS
6.3 绝缘层上MOSFET（SOI器件）
6.4 MOs存储器结构
6.5 功率MOSFET
总结
参考文献
习题
第7章 MESFET及相关器件
7.1 金属—半导体接触
7.2 金半场效应晶体管（MESFET）
7.3 调制掺杂场效应晶体管（MODFET）
总结
参考文献
习题
第8章 微波二极管、量子效应和热电子器件
8.1 微波频段
8.2 隧道二极管
8.3 碰撞离化雪崩渡越时间二极管
8.4 转移电子器件
8.5 量子效应器件
8.6 热电子器件
总结
参考文献
习题
第9章 发光二极管和激光器
9.1 辐射跃迁和光吸收
9.2 发光二极管
9.3 发光二极管种类
9.4 半导体激光器
总结
参考文献
习题
第10章 光电探测器和太阳能电池
10.1 光电探测器
10.2 太阳能电池
10.3 硅及化合物半导体太阳能电池
10.4 第三代太阳能电池
10.5 聚光
总结
参考文献
习题
第3部分 半导体工艺
第11章 晶体生长和外延
11.1 融体中单晶硅的生长
11.2 硅的悬浮区熔工艺
11.3 砷化镓晶体的生长技术
11.4 材料特性表征
11.5 外延生长技术
11.6 外延层的结构和缺陷
总结
参考文献
习题
第12章 薄膜淀积
12.1 热氧化
12.2 化学气相淀积介质
12.3 化学气相淀积多晶硅
12.4 原子层淀积
12.5 金属化
总结
参考文献
习题
第13章 光刻与刻蚀
13.1 光学光刻
13.2 下一代光刻技术
13.3 湿法化学腐蚀
13.4 干法刻蚀
总结
参考文献
习题
第14章 杂质掺杂
14.1 基本扩散工艺
14.2 非本征扩散
14.3 扩散相关过程
14.4 注入离子的分布
14.5 注入损伤与退火
14.6 注入相关工艺
总结
参考文献
习题
第15章 集成器件
15.1 无源元件
15.2 双极型晶体管技术
15.3 MOSFET技术
15.4 MESFET技术
15.5 纳电子学的挑战
总结
参考文献
习题
附录
附录A 符号列表
附录B 国际单位制（SI Units）
附录C 单位前缀
附录D 希腊字符表
附录E 物理常数
附录F 重要元素及二元化合物半导体材料的特性（300K时）
附录G 硅和砷化镓的特性（300K时）
附录H 半导体中态密度的推导
附录I 间接复合的复合率推导
附录J 对称共振隧穿二极管透射系数的计算
附录K 气体的基本动力学理论
附录L 各章部分习题的参考答案
索引
· · · · · · (收起)

用户评价

我是一位对半导体物理的理论深度有较高要求的博士后研究员。我希望这本书能够提供关于半导体材料中载流子输运机制、散射效应以及能量弛豫过程的详尽理论分析。我特别关注书中对玻尔兹曼输运方程、蒙特卡洛模拟等方法的介绍，以及如何利用这些方法来理解和预测器件的电学特性。同时，我也对半导体器件中的热学效应，如焦耳热、Seebeck效应、Peltier效应等，以及它们如何影响器件的可靠性和性能有着浓厚的兴趣，希望书中能够对此有深入的探讨。我希望能够了解费米-狄拉克统计、马克斯韦尔-玻尔兹曼统计在半导体物理中的应用，以及它们如何解释不同温度下载流子的分布。此外，书中对半导体异质结的形成机理、能带对齐以及界面散射效应的分析，也能为我研究新型异质结器件提供重要的理论指导。我期待这本书能够成为我深入理解半导体器件物理本质的有力工具。

这本书的封面设计就透露着一种扎实、严谨的学术气息，淡雅的色彩搭配厚重的字体，仿佛在诉说着半导体器件领域深邃的知识海洋。拿到手中的分量也很足，这让我对内容的充实程度充满了期待。我一直对电子科技领域抱有浓厚的兴趣，尤其是那些能够驱动我们现代生活的底层技术。半导体作为现代电子信息产业的基石，其物理原理和制造工艺的深度理解，对我而言至关重要。我希望这本书能够像一位经验丰富的引路人，带领我一步步解开半导体器件的奥秘，从最基本的PN结到复杂的集成电路，都能有清晰的脉络和深刻的见解。我特别关注书中对材料特性、能带理论以及各种物理效应的阐述，例如霍尔效应、隧道效应等等，这些理论知识是理解器件行为的基石。同时，我对半导体制造工艺的介绍也充满了好奇，从硅片生长、光刻、刻蚀到掺杂，每一个环节都凝聚着人类智慧的结晶，我希望书中能提供详尽的流程描述和关键工艺参数的解释，让我能够对整个制造过程有一个宏观的认识，甚至对其中的挑战和技术瓶颈有所了解。我是一名初学者，对于一些过于晦涩难懂的术语可能会感到困惑，因此，我期望书中能够辅以大量的图示和实例，帮助我更好地理解抽象的理论概念，例如器件的截面图、能带图、以及工艺流程示意图，这些 visual aids 对于知识的吸收和记忆是不可或缺的。

我是一位对模拟电路设计充满热情的工程师，在工作中经常会遇到各种复杂且要求精密的模拟器件，比如双极结型晶体管（BJT）和金属-氧化物-半导体场效应晶体管（MOSFET）的各种变体。这些器件的性能直接影响到电路的增益、带宽、噪声以及功耗等关键指标。因此，我迫切需要一本能够深入剖析这些器件物理原理和制造工艺的书籍，以指导我更有效地进行电路设计和优化。我特别希望这本书能够详细阐述不同晶体管类型（如NPN、PNP、NMOS、PMOS）的工作原理，包括载流子传输机制、跨导、输出电阻以及结电容等重要参数的物理来源。同时，我对器件的结特性，例如PN结的正反偏特性、雪崩击穿和齐纳击穿的物理机制也有着浓厚的兴趣，希望书中能对此有深入的解释。在工艺方面，我希望能够了解到不同工艺技术（如CMOS、Bipolar、BiCMOS）的特点、优缺点以及它们如何影响器件的性能和应用领域。例如，CMOS工艺在低功耗方面的优势，以及Bipolar工艺在速度和线性度方面的特点，这些信息对我选择合适的工艺技术来满足特定的电路设计需求至关重要。此外，书中对寄生效应的讨论也引起了我的关注，例如漏源电容、栅漏电容等，这些寄生参数往往是限制电路性能的重要因素，理解它们的物理成因并学习如何减小它们的影响，对于提升我的设计水平具有重要的意义。

我是一名对电子工程领域充满好奇心的大学生，我希望通过学习这本书，能够全面地了解半导体器件的物理基础和制造工艺。我对于一些基础概念，例如能带理论、空穴和电子的运动、PN结的形成和导通机理等，感到既好奇又有些困惑，我希望这本书能够用清晰易懂的语言和丰富的图示来解释这些概念。同时，我也对不同类型的半导体器件，例如二极管、三极管、场效应管等，它们的工作原理、特性曲线以及应用场景感到非常感兴趣。我希望书中能够详细介绍这些器件的结构、工作原理以及它们在各种电子设备中的作用。在工艺方面，我也希望能够了解半导体制造的基本流程，例如从沙子到芯片的整个过程，包括硅的提纯、晶圆的生长、光刻、刻蚀、掺杂等关键步骤。了解这些工艺流程，能够让我对现代电子技术的强大制造能力有一个更直观的认识。我非常期待这本书能够成为我学习半导体知识的入门指南，为我打下坚实的专业基础，激发我未来在电子工程领域进一步探索的兴趣。

我是一位热衷于探索前沿科技的研究生，我的研究方向涉及到新型半导体材料和器件的设计与开发。我希望这本书能够为我提供坚实的理论基础，并介绍当前半导体器件研究领域的热点和发展趋势。我特别关注书中关于量子力学在半导体器件中的应用，例如量子阱、量子点等微纳结构的设计原理和性能优势。同时，我也对新型栅极结构、高迁移率沟道材料以及三维堆叠器件等前沿技术充满了兴趣，希望书中能够提供关于这些技术的最新研究进展和潜在应用前景的分析。此外，书中对器件仿真和建模方法的介绍，也能够为我的研究提供重要的指导。我希望能够学习到如何利用TCAD等工具对半导体器件进行仿真和优化，从而加速新器件的研发进程。对作者在书中分享的案例研究和实验数据，我也充满期待，这些真实世界的例子能够帮助我更好地理解理论知识，并将学到的知识应用于实际研究中。我渴望能够在这本书的指引下，深入理解半导体器件的本质，并为未来的科技创新贡献自己的力量。

我是一位对半导体材料科学非常感兴趣的博士生，我希望这本书能够提供对半导体材料特性、晶体结构以及它们如何影响器件性能的深入分析。我特别关注书中关于材料生长技术，例如外延生长（MBE、MOCVD）以及表面处理技术在制备高质量半导体材料方面的作用。同时，我也对半导体材料的掺杂机理、扩散过程以及缺陷控制在器件性能中的重要性有着浓厚的兴趣，希望书中能够对此有详细的阐述。我希望能够了解不同半导体材料（如硅、锗、砷化镓、氮化镓）的能带结构、载流子迁移率、热导率等物理参数，以及这些参数如何影响器件的工作特性。此外，书中对半导体材料的表征技术，例如X射线衍射（XRD）、透射电子显微镜（TEM）、原子力显微镜（AFM）等，也能为我的实验研究提供重要的参考。我对书中关于新型半导体材料的探索，如量子点、二维材料等，以及它们在下一代电子和光电子器件中的应用潜力也充满期待。

我是一位对半导体器件历史演进和未来发展趋势充满好奇的学习者。我希望这本书能够清晰地勾勒出半导体器件从早期锗晶体管到现代集成电路的演变历程，并深入分析驱动这些变革的关键技术突破和科学发现。我特别关注书中对摩尔定律的解读，以及当前半导体行业在遵循或突破摩尔定律方面所面临的挑战和机遇。同时，我也对未来可能出现的颠覆性半导体技术，如量子计算、神经形态计算以及生物电子学等，其潜在的物理原理和应用前景有着浓厚的兴趣，希望书中能够提供一些前瞻性的思考和展望。我希望能够了解不同历史时期重要的半导体器件类型（如真空管、PN结二极管、BJT、MOSFET）是如何被发明和发展起来的，以及它们各自在电子技术发展中所扮演的角色。此外，书中对半导体行业发展中的一些标志性事件和重要人物的介绍，也能让我对这个领域有一个更全面的认识。我期待通过这本书，不仅能学习到扎实的半导体知识，更能感受到科技进步带来的巨大力量和无限可能。

我是一位对微电子技术在人工智能和物联网领域应用的工程师。随着人工智能和物联网设备的飞速发展，对高性能、低功耗的半导体器件的需求也日益增长。我希望这本书能够深入阐述如何通过优化半导体器件的物理结构和制造工艺，来满足这些新兴应用的需求。我特别关注书中对先进半导体材料（如III-V族半导体、二维材料）及其在高性能晶体管、传感器和忆阻器等器件中的应用。同时，我也对新型存储器技术，如相变存储器（PCM）、电阻式随机存取存储器（RRAM）等在提高数据存储密度和降低能耗方面的潜力充满兴趣。我希望书中能够提供这些器件的工作原理、制造挑战以及它们在人工智能和物联网应用中的具体案例分析。此外，对异质集成和三维封装技术在突破传统器件性能瓶颈方面的讨论，也引起了我的极大关注。了解这些前沿技术，将有助于我设计和开发更高效、更智能的电子产品。

作为一名在半导体制造领域工作多年的技术人员，我对这本书的实用性和信息的前沿性非常关注。我日常的工作涉及晶圆制造的多个环节，从前端的工艺开发到后端的器件测试，都需要扎实的理论基础和对最新工艺技术的了解。我希望这本书能够提供关于当前主流半导体制造技术，如FinFET、GAAFET等先进器件结构的详细介绍，并分析这些新型结构在提升性能、降低功耗以及应对摩尔定律挑战方面的优势。同时，我对光刻技术，尤其是EUV光刻技术在实现更小尺寸特征方面的作用感到非常好奇，希望书中能够详细介绍其工作原理、挑战以及发展前景。在材料方面，我也希望了解关于硅基材料以外的新型半导体材料，如III-V族化合物半导体（砷化镓、氮化镓）以及二维材料（石墨烯、过渡金属硫化物）在高性能器件中的应用潜力。此外，我对器件可靠性方面的内容也十分重视，包括各种失效机制（如热载流子效应、氧化层击穿）的物理原理以及如何通过工艺优化和设计来提高器件的可靠性。书中对工艺集成和器件模型构建的阐述，也能够帮助我更好地理解各个工艺步骤之间的相互影响，以及如何建立准确的器件模型来进行仿真和优化。

我是一名对半导体器件的可靠性与失效分析有着深入研究的工程师。我希望这本书能够提供关于半导体器件在长期工作过程中可能遇到的各种失效机制的详细介绍，并探讨如何通过优化设计和工艺来提高器件的可靠性。我特别关注书中对热载流子效应（HCE）、氧化层击穿（BTI）、电迁移（EM）等关键失效机制的物理原理、影响因素以及失效预测模型的阐述。同时，我也对半导体器件的封装技术、互连技术以及它们对器件可靠性的影响有着浓厚的兴趣，希望书中能够对此有深入的探讨。我希望能够了解到加速寿命试验（ALT）等可靠性测试方法，以及如何通过这些测试来评估和预测器件的寿命。此外，书中对失效物理分析（IPA）和故障定位的介绍，也能为我解决实际生产中遇到的器件失效问题提供重要的指导。我对书中关于绿色制造和可持续发展在半导体工艺中的应用也充满期待。