Wide Bandgap Semiconductors pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Springer

作者:Sandhu, Adarsh 编

出品人:

页数:486

译者:

出版时间:2007-03-22

价格:USD 199.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9783540472346

丛书系列:

图书标签:

• 半导体
• Wide Bandgap Semiconductors
• GaN
• SiC
• Power Electronics
• Materials Science
• Semiconductor Physics
• Device Fabrication
• High-Frequency Electronics
• Thermal Management
• Renewable Energy

晶体材料的结构与性能 内容提要： 本书深入探讨了现代电子与光电子器件所依赖的核心晶体材料的微观结构、宏观性能及其在实际应用中的挑战与机遇。全书涵盖了从基础的晶体生长理论到先进的材料表征技术，重点分析了半导体、绝缘体及特定功能晶体材料（如高温超导体、压电晶体）的物理化学性质。内容旨在为材料科学家、工程师以及对固态物理有浓厚兴趣的研究人员提供一个全面、深入且兼具实践指导意义的参考框架。 --- 第一部分：晶体结构基础与生长动力学 第一章：晶体学的几何基础 本章从最基础的原子排列规律入手，详细阐述了晶格的概念、布拉维点阵的分类及其在三维空间中的表示方法。重点解析了常见晶体结构（如立方晶系、六方晶系）的原子堆积效率、密堆积与层错的形成机制。引入了倒易点阵的概念，并解释其在描述晶体衍射现象中的核心作用。此外，探讨了晶体缺陷的类型学分类，包括点缺陷（空位、间隙原子、取代原子）、线缺陷（位错）和面缺陷（晶界、孪晶界），并分析了这些缺陷如何显著影响材料的机械强度和电子迁移率。 第二章：晶体生长热力学与动力学 本章聚焦于如何从溶液、熔体或气相中精确控制地获得高质量单晶。首先回顾了晶体生长的热力学驱动力，包括吉布斯自由能的变化和相图的解读。随后，深入探讨了多种主要的晶体生长技术。对于熔体生长法，详细分析了柴可拉斯基（Czochralski, CZ）法和布里奇曼（Bridgman）法的流体力学和传热学耦合问题，讨论了如何控制坩埚和晶体拉拔的速度以维持界面稳定性和晶体生长方向性。针对溶液生长法，阐述了过饱和度的精确控制在获得高纯度晶体中的重要性。气相外延技术，如分子束外延（MBE）和化学气相沉积（CVD），的表面反应动力学和原子层级沉积控制机制也得到详尽的讨论。 第三章：缺陷工程与掺杂机制 本章深入研究了晶体生长过程中不可避免的或有意引入的杂质原子如何改变材料的本征特性。讲解了费米能级的移动、载流子浓度的调控，以及不同类型杂质（施主和受主）的激活能。特别关注了在高迁移率材料中，如何通过精确控制浅能级掺杂与深能级陷阱态的平衡，来优化器件性能。对于非主族半导体，探讨了本征缺陷（如晶格空位或间隙原子）如何自补偿和影响导电类型，这对于理解材料的稳定性和长期可靠性至关重要。 --- 第二部分：功能晶体材料的电子结构与输运性质 第四章：能带理论的深化理解 本章为理解晶体材料的电学和光学性质奠定理论基础。从薛定谔方程在周期性势场中的布洛赫定理出发，系统推导了电子的能带结构、布里渊区和简并点的概念。重点分析了直接带隙和间接带隙材料在光吸收和光发射过程中的本质区别。此外，引入了有效质量的概念，解释了晶格振动（声子）与电子的相互作用如何影响电子的散射率和晶体的热导能力。 第五章：电学输运现象与弛豫时间 本章详细阐述了在电场、磁场作用下晶体材料中电荷载流子的输运机制。深入分析了欧姆定律在微观层面的表现，重点讨论了各种散射机制对载流子迁移率的限制，包括声子散射、杂质散射和载流子-载流子散射。探讨了霍尔效应的测量技术及其在确定载流子类型、浓度和迁移率中的应用。对高磁场下的量子霍尔效应和磁阻效应在特定材料体系中的表现进行了概述。 第六章：光学响应与光电转换 本章关注晶体材料与电磁波的相互作用。讨论了晶体材料的吸收光谱、反射光谱和透射光谱的物理起源。详细阐述了光电导效应和光伏效应的机理，解释了晶体中光生电子-空穴对的产生、分离和收集过程。对非线性光学效应（如倍频、光折变）进行了基础性的介绍，这些效应是理解晶体材料在激光技术和光通信领域应用的关键。 --- 第三部分：先进材料的表征与结构-性能关联 第七章：晶体结构的高级表征技术 本章聚焦于现代材料科学中用于解析晶体结构和缺陷的实验技术。详细介绍了X射线衍射（XRD）在确定晶体相、晶格常数和微观应变方面的应用。电子衍射（Electron Diffraction）在薄膜和纳米结构分析中的优势得以体现。透射电子显微镜（TEM）及其高分辨模式（HRTEM）如何揭示原子尺度的位错、晶界结构和界面化学计量比。同步辐射光源在X射线吸收精细结构（XAFS）中的应用，用于确定局域结构环境。 第八章：表面与界面分析 晶体材料的性能往往受限于其表面和界面状态。本章探讨了用于分析晶体表面化学态和能级结构的工具，如X射线光电子能谱（XPS）和俄歇电子能谱（AES）。界面处的应力、应变和能带对齐是异质结器件性能的关键。通过利用二次离子质谱（SIMS）进行深度剖析，可以精确测量掺杂剂在生长过程中的扩散轮廓和界面处的浓度梯度。 第九章：热学性质与可靠性工程 晶体材料必须在不同温度下稳定工作。本章分析了晶格振动对热容和热导率的影响。讨论了晶体材料的热膨胀系数及其在多层结构器件中引起的机械应力问题。最后，从可靠性工程的角度，探讨了高温工作环境下，晶体材料中缺陷的迁移和重排如何导致器件性能的老化（如阈值电压漂移），以及如何通过材料设计来提高其长期热稳定性。 --- 结语：面向未来晶体材料的研究前沿 本书的最后部分展望了晶体材料研究的未来方向，包括对二维晶体材料（如过渡金属硫族化合物）的深入探索、拓扑绝缘体的奇异输运性质，以及在极端条件（高压、超低温）下晶体结构的演变规律。强调了计算材料学（第一性原理计算）在预测新晶体结构和辅助实验设计中的不可替代的作用。

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这本书，我最近才刚开始翻阅，但仅从它的封面和出版信息来看，我就对它充满了期待。它所涵盖的主题“宽禁带半导体”，在当今的科技界几乎是一个不可或缺的存在。从电动汽车的动力总成到高速通信设备，再到高效的电力电子器件，这种材料的应用领域简直是无处不在，而且还在不断地拓展。我特别关注的是，这本书是否能深入地剖析这些材料的物理特性，比如它们为何能够承受更高的电压和温度，以及其载流子迁移率的优势。我知道，像碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）这样的材料，它们的禁带宽度远大于传统的硅，这直接带来了许多令人垂涎的性能提升，例如更低的开关损耗、更高的功率密度和更小的器件尺寸。我希望这本书能够详尽地解释这些优势背后的微观机理，例如电子在宽禁带材料中的隧穿效应、热学性质如何影响器件的稳定性和寿命，以及如何通过材料掺杂和晶体生长来调控其电学性能。此外，对于制造工艺的挑战，例如外延生长、掺杂技术、以及可靠的金属化和封装，我也非常希望书中能有深入的探讨。毕竟，理论上的优势最终还是要落实到实际的制造和应用中，而这些工艺的成熟度往往是决定一项技术能否大规模普及的关键。我对这本书能够提供最新的研究进展和工业界的实际应用案例抱有很高的期望，希望它不仅仅是理论的堆砌，更能为我提供一些实际的指导和启发，让我能更清晰地理解宽禁带半导体的未来发展趋势，以及它将如何重塑我们的技术格局。

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我一直对材料科学领域的发展趋势非常感兴趣，尤其是那些能够带来突破性性能提升的新型材料。“宽禁带半导体”无疑是近年来最引人瞩目的材料家族之一。我希望这本书能够深入浅出地解释“宽禁带”这一概念背后的物理学原理。是否会详细介绍电子在禁带中的能量分布，以及禁带宽度对材料导电性、击穿电压和热学性质的影响？我尤其期待书中能对碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）这两种主流的宽禁带材料进行详尽的分析。它们在晶体结构、化学稳定性、以及电学和热学特性上究竟有哪些显著的区别？书中是否会提供详细的材料参数表，方便读者进行横向对比？更重要的是，我希望这本书能够详细阐述这些材料在制备过程中的关键技术和挑战。例如，如何获得高质量的单晶衬底？外延生长过程中如何控制晶格缺陷？如何实现高效的掺杂以优化载流子浓度和迁移率？以及如何进行有效的金属化和封装，以确保器件的稳定性和可靠性？对于宽禁带半导体器件的设计和制造，我希望能获得更深入的了解。书中是否会介绍不同类型的宽禁带器件，如MOSFET、IGBT、HEMT等，以及它们的工作原理和性能特点？特别是，在高温、高频、高功率等极端工作环境下，宽禁带半导体器件相比于传统硅基器件的优势体现在哪里？这本书能否提供一些具体的工程实例和应用案例，让我能够更直观地感受到宽禁带半导体技术在现实世界中的价值和潜力？

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老实说，我对“宽禁带半导体”这个领域之前只有一些模糊的了解，觉得它听起来很“高大上”，但具体是怎么回事，我一直没有一个清晰的认识。这次拿起这本书，我希望能彻底弄明白。我最感兴趣的是，这本书是如何介绍这些“宽禁带”的含义的。我知道它指的是材料中电子从价带跃迁到导带所需要的能量，而“宽”意味着这个能量很大。但这个“大”具体有多大？它和硅有什么根本性的区别？书中是否会提供一些具体的数值和图表来直观地展示这种差异？我特别希望看到关于碳化硅和氮化镓的详细介绍，因为我经常听到这两个名字。它们在性能上到底有哪些突出的地方？比如，在同样的工作条件下，它们能比硅做得更好多少？书中是否会涉及到这些材料的晶体结构、生长方法以及主要的性能参数，例如击穿电压、电子迁移率、导热系数等等？我希望它能用一种容易理解的方式来解释这些复杂的概念，最好能有一些类比或者形象的比喻，帮助我这个非专业人士也能快速掌握。而且，对于这些材料在实际应用中的局限性，书中是否也会有所提及？任何技术都不是完美的，了解它的不足之处同样重要。例如，生产成本、加工难度、或者一些特殊的失效模式，这些都是我非常想知道的内容。我希望这本书能够给我一个全面的、多角度的认识，让我能够真正理解为什么宽禁带半导体如此重要，以及它们在未来科技发展中扮演的角色。

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作为一个长期关注电子信息产业发展的人，我一直觉得半导体技术是整个产业的核心驱动力。而“宽禁带半导体”这个概念，我最近才开始深入接触，也逐渐意识到它在下一代电力电子和高频器件领域可能带来的颠覆性变革。我希望这本书能够系统地梳理宽禁带半导体的发展脉络，从最初的概念提出，到材料的探索，再到器件的研发和应用，能否有一个清晰的时间线和关键节点的介绍？例如，哪些重要的理论突破或者实验发现，推动了这一领域的发展？书中是否会介绍一些开创性的研究机构和科学家，他们的贡献是如何被铭记的？我特别希望它能深入探讨不同种类宽禁带材料的比较，比如SiC、GaN、金刚石（Diamond）、氮化铝（AlN）等，它们各自的优势和劣势是什么？在不同的应用场景下，哪种材料更适合？书中是否会提供详细的性能参数对比，例如在特定温度、电压下的功率损耗、效率、以及可靠性表现？我还会关注书中对宽禁带半导体器件的种类和工作原理的介绍。除了常见的MOSFET和IGBT，是否还会有关于肖特基二极管、HEMT（高电子迁移率晶体管）等器件的讲解？对于这些器件在电路中的具体应用，以及它们如何与传统硅基器件进行协同或替代，我希望能有更深入的理解。最后，我对宽禁带半导体在新能源、航空航天、以及5G通信等前沿领域的应用潜力非常感兴趣，希望书中能有这方面的案例分析和未来展望，让我对这项技术的前景有一个更宏观的认知。

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作为一名在电子工程领域工作多年的工程师，我一直在寻找能够帮助我提升技术视野和解决实际问题的书籍。“宽禁带半导体”这个主题，对于我目前的工作内容来说，可以说是非常具有现实意义。我希望这本书能够提供一个全面而深入的视角，来审视宽禁带半导体材料的物理特性及其对器件性能的影响。我非常关心书中是否会详细介绍宽禁带半导体（如SiC和GaN）在击穿电压、功率损耗、以及工作温度等方面的优势，并且希望能有量化的数据和理论推导来支撑这些论述。我希望这本书能够深入探讨这些材料的微观结构和电子行为，例如载流子在强电场下的行为，以及如何通过材料设计和优化来提升器件的效率和可靠性。除了材料本身，我也非常关注宽禁带半导体器件的制造工艺。书中是否会涵盖外延生长、掺杂、光刻、刻蚀、以及金属化等关键工艺步骤？对于不同工艺参数对器件性能的影响，是否会有详细的分析？我尤其希望书中能提供关于宽禁带半导体功率器件（如MOSFET、IGBT、SBD）的设计指南和优化策略。例如，如何设计栅极结构以提高驱动性能？如何优化源漏电极连接以降低导通损耗？如何进行热管理以确保器件在高功率工作下的稳定性？此外，书中对宽禁带半导体在实际应用中的挑战和解决方案是否有所涉及？例如，在极端环境下如何保证器件的长期可靠性？如何降低制造成本并实现规模化生产？我希望这本书能够为我提供实用的技术指导，帮助我更好地理解和应用宽禁带半导体技术，从而在我的工作中取得更大的进步。

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最近听到很多关于“宽禁带半导体”的讨论，感觉这项技术非常有前景，于是就找了这本书来学习。我希望这本书能够用一种非常清晰易懂的方式，来介绍宽禁带半导体到底是什么。我最关心的是，为什么它们被称为“宽禁带”？这个“宽”到底体现在哪里？书中是否会用图示或者具体的数值来解释，比如和我们熟悉的硅相比，它们的禁带宽度有多大的差异？我希望它能深入讲解这种差异带来的具体好处，比如在电压承受能力、工作温度范围、以及功率效率方面，它们能比硅做得好多少？我特别想了解书中对碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）这两种主要材料的介绍。它们各自有哪些独特的优点和缺点？在不同的应用场景下，哪一种材料更合适？书中是否会详细介绍这些材料的生产过程？我知道半导体制造过程非常复杂，我想知道生长高质量的晶体有多难？如何实现精确的掺杂？以及如何制作出稳定的器件？我希望书中能提供一些关于宽禁带半导体器件的知识，比如功率MOSFET、IGBT，以及高电子迁移率晶体管（HEMT）等。它们的工作原理是怎样的？在实际应用中，它们又是如何工作的？我也非常想知道，这项技术在未来的发展方向是什么？在新能源汽车、智能电网、或者5G通信等领域，它又扮演着怎样的角色？这本书能否为我打开一扇了解宽禁带半导体世界的窗户，让我能够全面而深入地认识这项改变游戏规则的技术？

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我一直对半导体领域的新技术和新材料抱有极大的兴趣，尤其是那些能够带来性能飞跃和应用拓展的突破。“宽禁带半导体”这个主题，正好契合了我最近关注的焦点。我希望这本书能够从基础原理出发，深入浅出地解释宽禁带半导体的核心概念。例如，“禁带宽度”这个词到底意味着什么？它如何决定了材料的电学特性？书中是否会详细介绍像碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）这样的宽禁带材料，它们在晶体结构、载流子迁移率、热导率等方面的独特优势？我尤其想了解，这些优势是如何转化为实际的器件性能提升的，比如更低的开关损耗、更高的功率密度、以及在高温环境下的稳定工作能力。对于器件的设计和制造，我也有很多疑问。书中是否会介绍宽禁带半导体功率器件（如MOSFET、IGBT）的典型结构和工作原理？如何通过材料掺杂、栅极结构优化、以及低损耗的金属化来实现高性能？此外，对于宽禁带半导体在制造过程中可能遇到的挑战，例如晶体生长缺陷、沟道表面态、以及可靠的封装技术，书中是否会有详细的讨论和解决方案？我非常期待看到书中能够提供一些具体的应用案例，展示宽禁带半导体如何在电动汽车的充电系统、高效的电源适配器、甚至是高速铁路的牵引系统等领域发挥关键作用。这本书能否帮助我更全面地理解宽禁带半导体技术，以及它对未来能源和电子产业发展的深远影响？

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我一直在寻找一本能够让我全面理解“宽禁带半导体”这一前沿技术发展的书籍，这本书似乎正好满足了我的需求。我希望它能够从最基础的物理原理讲起，清晰地阐释“宽禁带”这一概念的内涵，以及它如何区别于传统的硅基半导体。我希望书中能够详细介绍宽禁带材料（如碳化硅、氮化镓）的能带结构、载流子特性、以及在高温、高电压、高频率等极端条件下的行为表现。我尤其想知道，这些材料的独特属性是如何转化为实际器件性能的优势，例如更低的功耗、更高的功率密度、以及更好的热稳定性。此外，对于宽禁带半导体的制造工艺，我也是非常关注。书中是否会深入探讨晶体生长、掺杂、外延、光刻、刻蚀等关键技术？以及在这些过程中可能遇到的挑战和最新的技术进展？我希望能够了解到如何制造出高性能、高可靠性的宽禁带半导体器件，例如功率MOSFET、IGBT、以及HEMT等。这些器件在实际应用中的优势和应用领域，比如新能源汽车、高效电源、5G通信基站等，我希望能获得更深入的理解。最后，我对这项技术在未来发展方向和潜在应用前景的展望也非常期待。这本书是否能够为我提供一个关于宽禁带半导体技术发展趋势的全面分析，以及它对未来科技和社会发展可能带来的深刻影响？

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作为一名对未来科技发展充满好奇的爱好者，我一直在关注那些能够引领下一轮技术革命的领域。“宽禁带半导体”无疑是其中一个非常重要的方向。我希望这本书能够为我提供一个关于宽禁带半导体的全景式介绍。从基础概念开始，它是否能清晰地解释“宽禁带”的物理意义，以及这种特性如何赋予材料独特的性能优势？例如，为什么这些材料能够承受更高的电压，并在更高的温度下稳定工作？书中是否会深入探讨碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）等主流宽禁带材料的特性，包括它们的能带结构、载流子行为、以及热力学性质？我特别想了解，这些材料的制造工艺有多么复杂和具有挑战性。例如，如何获得高质量的单晶衬底？如何实现精确的掺杂和外延生长？以及如何克服在器件制造和封装过程中可能遇到的技术难题？我希望书中不仅会介绍理论知识，更会提供一些实际的应用案例。例如，宽禁带半导体在电动汽车的动力系统、可再生能源的逆变器、高效的电源管理系统等方面的具体应用，以及它们为这些领域带来的性能提升和成本效益。此外，我对宽禁带半导体在通信、雷达、以及航空航天等高频、高功率应用场景下的潜力也非常感兴趣。这本书是否能为我勾勒出这些领域的应用前景，并预测这项技术未来的发展趋势？

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我一直对能够改变世界的技术发展趋势保持着敏锐的洞察力，而“宽禁带半导体”无疑是当前科技领域中最具潜力的方向之一。我拿起这本书，是希望能够对这一领域有一个系统性的、深入的了解。我非常好奇书中是否会深入剖析宽禁带半导体（例如碳化硅和氮化镓）的物理基础。它们之所以被称为“宽禁带”，其核心区别究竟在哪里？书中是否会详细解释这些材料的能带结构，以及宽禁带宽度如何影响电子的运动和材料的电学特性？我特别期待看到关于这些材料在高温、高压、高频等复杂工作环境下的表现。它们是如何做到比传统硅材料更优越的？书中是否会提供具体的性能对比数据，例如在同等条件下，它们的功率损耗、效率、以及响应速度会有多大的提升？此外，我也非常关注宽禁带半导体在器件制造上的挑战和创新。如何生长出高质量的单晶材料？如何进行精确的掺杂以控制电导率？如何设计和制造出能够充分发挥材料性能的器件结构？书中是否会介绍不同类型的宽禁带半导体器件，比如功率MOSFET、IGBT、以及高电子迁移率晶体管（HEMT）？它们的原理和应用场景是怎样的？我更希望看到书中能够描绘出宽禁带半导体在各个领域的应用蓝图，例如在电动汽车、可再生能源、5G通信、甚至航空航天等领域，它们将如何扮演关键角色？这本书能否为我揭示这一领域的未来发展方向和潜在机遇，让我对这项革命性技术有一个更清晰、更深刻的认识？

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