New Research on Semiconductors pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Nova Science Pub Inc

作者:Elliot, Thomas B. (EDT)

出品人:

页数:216

译者:

出版时间:

价格:129

装帧:HRD

isbn号码:9781594549205

丛书系列:

图书标签:

• Semiconductors
• Materials Science
• Electronics
• Physics
• Nanotechnology
• Device Physics
• Solid State Physics
• Electrical Engineering
• New Materials
• Research

跨越硅基的未来：先进半导体材料与器件的探索 一部深度聚焦于下一代半导体技术前沿的权威著作 本书面向对象： 固态物理、材料科学、电子工程、微电子学等领域的科研人员与学者。 致力于开发新型半导体器件、传感器及光电子系统的工程师与设计师。 对量子计算、高频通信（如6G）、能源电子等颠覆性技术感兴趣的高级学生及行业专业人士。 --- 内容概述 在信息技术飞速发展的今天，半导体技术正面临着物理极限的严峻挑战。传统的硅基CMOS技术在缩小至纳米尺度后，功耗、热管理以及量子效应的影响日益显著。为了突破这一瓶颈，全球科研界正以前所未有的力度，将目光投向以第三代、第四代半导体材料为代表的全新体系。 本书《跨越硅基的未来：先进半导体材料与器件的探索》并非对现有成熟技术的简单梳理，而是一部深度聚焦于新兴半导体体系的物理基础、材料制备、界面工程以及功能器件实现的综合性论著。 它系统性地探讨了如何通过材料本身的革新，驱动计算、传感与能源转换效率的范式转变。 本书的独特之处在于其广阔的视野和对前沿课题的深入剖析，涵盖了从原子尺度设计到宏观器件性能优化的全链条研究。我们摒弃了对传统硅基工艺的冗余描述，将重点完全置于超越冯·诺依曼架构、实现更高能效和更强性能的新路径上。 --- 第一部分：颠覆性材料体系的物理基础与合成挑战 本部分深入剖析了驱动下一代半导体创新的核心材料体系的内在物理特性，并探讨了实现高质量、大规模制备所面临的工艺难题。 第一章：宽禁带半导体（WBG）的深度挖掘 第三代半导体以其卓越的电子迁移率、高击穿电场和宽禁带特性，成为功率电子和射频器件的理想选择。 氮化镓（GaN）在射频与电力电子中的性能极限： 重点分析了二维电子气（2DEG）的形成机制、界面钝化技术（如AlN/GaN异质结构）的优化，以及高温工作条件下电荷陷阱对器件寿命的影响。本书特别呈现了非极性/半极性GaN材料的生长技术，旨在解决极性带来的应力积累与表面形貌控制的难题。 碳化硅（SiC）的结构缺陷控制与衬底创新： 详细讨论了SiC晶体结构中的多型体共存问题（如4H-SiC与6H-SiC的转变），以及如何通过先进的化学气相沉积（CVD）工艺，减少位错和微管缺陷，从而提升高压SiC MOSFET的可靠性。 氧化物半导体的新机遇： 聚焦于$eta- ext{Ga}_2 ext{O}_3$，分析其超宽禁带（~4.9 eV）带来的固有优势，特别是其在深紫外探测和高压隔离器中的潜力。讨论了其高电阻率的来源、导电性调控的挑战，以及如何实现掺杂或氧空位诱导的n型导电。 第二章：二维材料：原子级厚度的逻辑与传输 二维材料如石墨烯、二硫化钼（$ ext{MoS}_2$）、二硒化钨（$ ext{WSe}_2$）等，提供了突破二维维度器件极限的可能性。 范德华异质结的设计与堆叠拓扑： 探讨了如何通过精确控制不同二维材料（如$ ext{hBN}$、$ ext{MoS}_2$、石墨烯）的垂直堆叠顺序和晶格取向，构建具有特定能带排列（Type-I, Type-II, Type-III）的异质结，以实现单片集成和新型光电器件。 硒化物和硫化物：从场效应到光电响应： 深入分析了$ ext{MoS}_2$的直接带隙/间接带隙转变与层数的关系，以及如何利用其优异的载流子传输特性设计超薄场效应晶体管（TFET），以克服传统MOSFET的亚阈值摆幅（SS）限制。 石墨烯在高频与传感中的应用局限与突破： 讨论了石墨烯的零带隙特性在逻辑器件中的限制，但重点阐述了其在太赫兹（THz）器件、高灵敏度化学传感器和电磁波吸收材料中的独特优势，以及如何通过表面功能化或量子点嵌入来引入有效带隙。 第三章：钙钛矿材料在光电子领域的革新 钙钛矿半导体以其优异的光吸收系数、可溶液加工性以及可调谐的带隙，正在重塑光伏和光电探测领域。 缺陷钝化与稳定性工程： 详细研究了有机-无机杂化钙钛矿（如$ ext{MAPbI}_3$）中离子迁移、湿度敏感性导致的长期稳定性问题。重点介绍了二维/三维（2D/3D）结构工程和界面功能层（如全无机界面）的设计策略，以有效抑制非辐射复合和环境降解。 高效光伏电池的界面优化： 分析了从电子传输层（ETL）到空穴传输层（HTL）的能级匹配，如何影响载流子的提取效率和器件的开路电压（$V_{oc}$）。探讨了新型无机HTL（如$ ext{NiO}_x$）替代传统有机材料的趋势。 光电探测器与LED： 探讨了钙钛矿在可见光、近红外探测中的响应速度与噪声抑制技术。对于LED应用，聚焦于发光效率的提升，特别是表面缺陷态的抑制对辐射复合率的影响。 --- 第二部分：前沿器件架构与功能集成 本部分将理论材料转化为实际功能器件，探索了如何利用新材料的独特物理性质，构建超越现有技术的计算、传感与能量转换单元。 第四章：下一代功率与射频器件设计 聚焦于如何利用WBG材料实现更高的功率密度和更低的开关损耗。 高频GaN HEMT的鲁棒性设计： 深入分析了热退化（Thermal Degradation）对GaN器件寿命的决定性影响，讨论了封装材料的热阻抗匹配、衬底散热技术以及动态工作条件下的电荷陷阱动态行为模型。 SiC器件的可靠性与器件结构创新： 比较了$ ext{p-n}$结隔离（JBS）和功率MOSFET的击穿机制。探讨了超结（Superjunction）结构在SiC中的应用探索，以及如何通过优化沟道区的载流子注入，提高器件的导通电阻（$R_{on}$）性能。 新型肖特基势垒二极管（SBD）： 针对GaN和SiC SBD，分析了高温工作下金属-半导体界面的稳定性，以及如何通过介质层或缓冲层工程，有效控制反向漏电流（Reverse Leakage Current）。 第五章：量子尺寸效应与低维器件 本章着眼于如何利用材料的量子限制效应，设计具有新颖特性的逻辑和存储器件。 隧道场效应晶体管（TFET）的跨越式发展： 详述了带间隧穿（BTBT）机制在$ ext{MoS}_2$/$ ext{WSe}_2$异质结TFET中的实现，分析了如何通过优化能带弯曲，实现远低于$60 ext{mV/decade}$的亚阈值摆幅，从而降低待机功耗。 二维材料中的铁电性与存储： 探讨了如何引入应变或静电掺杂，在原本无铁电性的二维材料中诱导出可用的铁电响应。这对于开发负电容场效应晶体管（NC-FET）和铁电隧道结（Ferroelectric Tunnel Junctions, FeTJ）至关重要。 拓扑绝缘体与自旋电子学接口： 介绍了拓扑材料（如$ ext{Bi}_2 ext{Se}_3$）的表面态特性。讨论了如何利用其自旋-动量锁定的表面态，设计高效的自旋电子器件，如自旋霍尔效应传感器和磁性随机存取存储器（MRAM）的新型读写机制。 第六章：光电集成与先进传感系统 本章聚焦于如何将新材料的独特光电响应特性转化为高集成度、高灵敏度的应用。 窄带隙半导体与红外探测： 讨论了III-V族量子点（QD）或量子阱（QW）结构在红外焦平面阵列中的应用。重点分析了如何通过精确控制尺寸和材料成分，实现对特定波段（如SWIR或MWIR）的定制化响应，并克服传统InSb或HgCdTe材料的制造成本和集成难题。 集成硅光电子的未来： 虽然本书聚焦新兴材料，但探讨了如何利用硅基平台集成III-V族（如InP或GaAs）的激光器或调制器。核心是异质集成技术，包括键合、外延生长或接触转移技术，以实现高带宽、低噪声的光互连。 高灵敏度化学/生物传感器： 基于二维材料（如石墨烯或$ ext{MoS}_2$）的场效应晶体管，分析了表面缺陷态对吸附分子电学特性的极高敏感度。探讨了实现实时、原位、高选择性生物分子检测所需的表面功能化化学修饰策略。 --- 总结与展望 本书《跨越硅基的未来：先进半导体材料与器件的探索》通过对前沿物理机制的深入理解和对尖端制备工艺的详细剖析，为读者描绘了一幅清晰的、超越当前技术极限的半导体发展蓝图。本书坚持以材料创新驱动器件革新的理念，系统性地梳理了宽禁带、二维和钙钛矿三大前沿领域的核心挑战与突破方向。它不仅是深入研究的参考书，更是激励下一代工程师和科学家探索“后摩尔时代”计算与传感核心技术的思想指南。本书旨在提供一个坚实的理论和实验基础，以期加速这些颠覆性技术从实验室走向工业应用的进程。

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