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出版者:Springer

作者:Sandhu, Adarsh 編

出品人:

頁數:486

译者:

出版時間:2007-03-22

價格:USD 199.00

裝幀:Hardcover

isbn號碼:9783540472346

叢書系列:

圖書標籤:

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

晶體材料的結構與性能 內容提要： 本書深入探討瞭現代電子與光電子器件所依賴的核心晶體材料的微觀結構、宏觀性能及其在實際應用中的挑戰與機遇。全書涵蓋瞭從基礎的晶體生長理論到先進的材料錶徵技術，重點分析瞭半導體、絕緣體及特定功能晶體材料（如高溫超導體、壓電晶體）的物理化學性質。內容旨在為材料科學傢、工程師以及對固態物理有濃厚興趣的研究人員提供一個全麵、深入且兼具實踐指導意義的參考框架。 --- 第一部分：晶體結構基礎與生長動力學 第一章：晶體學的幾何基礎 本章從最基礎的原子排列規律入手，詳細闡述瞭晶格的概念、布拉維點陣的分類及其在三維空間中的錶示方法。重點解析瞭常見晶體結構（如立方晶係、六方晶係）的原子堆積效率、密堆積與層錯的形成機製。引入瞭倒易點陣的概念，並解釋其在描述晶體衍射現象中的核心作用。此外，探討瞭晶體缺陷的類型學分類，包括點缺陷（空位、間隙原子、取代原子）、綫缺陷（位錯）和麵缺陷（晶界、孿晶界），並分析瞭這些缺陷如何顯著影響材料的機械強度和電子遷移率。 第二章：晶體生長熱力學與動力學 本章聚焦於如何從溶液、熔體或氣相中精確控製地獲得高質量單晶。首先迴顧瞭晶體生長的熱力學驅動力，包括吉布斯自由能的變化和相圖的解讀。隨後，深入探討瞭多種主要的晶體生長技術。對於熔體生長法，詳細分析瞭柴可拉斯基（Czochralski, CZ）法和布裏奇曼（Bridgman）法的流體力學和傳熱學耦閤問題，討論瞭如何控製坩堝和晶體拉拔的速度以維持界麵穩定性和晶體生長方嚮性。針對溶液生長法，闡述瞭過飽和度的精確控製在獲得高純度晶體中的重要性。氣相外延技術，如分子束外延（MBE）和化學氣相沉積（CVD），的錶麵反應動力學和原子層級沉積控製機製也得到詳盡的討論。 第三章：缺陷工程與摻雜機製 本章深入研究瞭晶體生長過程中不可避免的或有意引入的雜質原子如何改變材料的本徵特性。講解瞭費米能級的移動、載流子濃度的調控，以及不同類型雜質（施主和受主）的激活能。特彆關注瞭在高遷移率材料中，如何通過精確控製淺能級摻雜與深能級陷阱態的平衡，來優化器件性能。對於非主族半導體，探討瞭本徵缺陷（如晶格空位或間隙原子）如何自補償和影響導電類型，這對於理解材料的穩定性和長期可靠性至關重要。 --- 第二部分：功能晶體材料的電子結構與輸運性質 第四章：能帶理論的深化理解 本章為理解晶體材料的電學和光學性質奠定理論基礎。從薛定諤方程在周期性勢場中的布洛赫定理齣發，係統推導瞭電子的能帶結構、布裏淵區和簡並點的概念。重點分析瞭直接帶隙和間接帶隙材料在光吸收和光發射過程中的本質區彆。此外，引入瞭有效質量的概念，解釋瞭晶格振動（聲子）與電子的相互作用如何影響電子的散射率和晶體的熱導能力。 第五章：電學輸運現象與弛豫時間 本章詳細闡述瞭在電場、磁場作用下晶體材料中電荷載流子的輸運機製。深入分析瞭歐姆定律在微觀層麵的錶現，重點討論瞭各種散射機製對載流子遷移率的限製，包括聲子散射、雜質散射和載流子-載流子散射。探討瞭霍爾效應的測量技術及其在確定載流子類型、濃度和遷移率中的應用。對高磁場下的量子霍爾效應和磁阻效應在特定材料體係中的錶現進行瞭概述。 第六章：光學響應與光電轉換 本章關注晶體材料與電磁波的相互作用。討論瞭晶體材料的吸收光譜、反射光譜和透射光譜的物理起源。詳細闡述瞭光電導效應和光伏效應的機理，解釋瞭晶體中光生電子-空穴對的産生、分離和收集過程。對非綫性光學效應（如倍頻、光摺變）進行瞭基礎性的介紹，這些效應是理解晶體材料在激光技術和光通信領域應用的關鍵。 --- 第三部分：先進材料的錶徵與結構-性能關聯 第七章：晶體結構的高級錶徵技術 本章聚焦於現代材料科學中用於解析晶體結構和缺陷的實驗技術。詳細介紹瞭X射綫衍射（XRD）在確定晶體相、晶格常數和微觀應變方麵的應用。電子衍射（Electron Diffraction）在薄膜和納米結構分析中的優勢得以體現。透射電子顯微鏡（TEM）及其高分辨模式（HRTEM）如何揭示原子尺度的位錯、晶界結構和界麵化學計量比。同步輻射光源在X射綫吸收精細結構（XAFS）中的應用，用於確定局域結構環境。 第八章：錶麵與界麵分析 晶體材料的性能往往受限於其錶麵和界麵狀態。本章探討瞭用於分析晶體錶麵化學態和能級結構的工具，如X射綫光電子能譜（XPS）和俄歇電子能譜（AES）。界麵處的應力、應變和能帶對齊是異質結器件性能的關鍵。通過利用二次離子質譜（SIMS）進行深度剖析，可以精確測量摻雜劑在生長過程中的擴散輪廓和界麵處的濃度梯度。 第九章：熱學性質與可靠性工程 晶體材料必須在不同溫度下穩定工作。本章分析瞭晶格振動對熱容和熱導率的影響。討論瞭晶體材料的熱膨脹係數及其在多層結構器件中引起的機械應力問題。最後，從可靠性工程的角度，探討瞭高溫工作環境下，晶體材料中缺陷的遷移和重排如何導緻器件性能的老化（如閾值電壓漂移），以及如何通過材料設計來提高其長期熱穩定性。 --- 結語：麵嚮未來晶體材料的研究前沿 本書的最後部分展望瞭晶體材料研究的未來方嚮，包括對二維晶體材料（如過渡金屬硫族化閤物）的深入探索、拓撲絕緣體的奇異輸運性質，以及在極端條件（高壓、超低溫）下晶體結構的演變規律。強調瞭計算材料學（第一性原理計算）在預測新晶體結構和輔助實驗設計中的不可替代的作用。

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作為一名在電子工程領域工作多年的工程師，我一直在尋找能夠幫助我提升技術視野和解決實際問題的書籍。“寬禁帶半導體”這個主題，對於我目前的工作內容來說，可以說是非常具有現實意義。我希望這本書能夠提供一個全麵而深入的視角，來審視寬禁帶半導體材料的物理特性及其對器件性能的影響。我非常關心書中是否會詳細介紹寬禁帶半導體（如SiC和GaN）在擊穿電壓、功率損耗、以及工作溫度等方麵的優勢，並且希望能有量化的數據和理論推導來支撐這些論述。我希望這本書能夠深入探討這些材料的微觀結構和電子行為，例如載流子在強電場下的行為，以及如何通過材料設計和優化來提升器件的效率和可靠性。除瞭材料本身，我也非常關注寬禁帶半導體器件的製造工藝。書中是否會涵蓋外延生長、摻雜、光刻、刻蝕、以及金屬化等關鍵工藝步驟？對於不同工藝參數對器件性能的影響，是否會有詳細的分析？我尤其希望書中能提供關於寬禁帶半導體功率器件（如MOSFET、IGBT、SBD）的設計指南和優化策略。例如，如何設計柵極結構以提高驅動性能？如何優化源漏電極連接以降低導通損耗？如何進行熱管理以確保器件在高功率工作下的穩定性？此外，書中對寬禁帶半導體在實際應用中的挑戰和解決方案是否有所涉及？例如，在極端環境下如何保證器件的長期可靠性？如何降低製造成本並實現規模化生産？我希望這本書能夠為我提供實用的技術指導，幫助我更好地理解和應用寬禁帶半導體技術，從而在我的工作中取得更大的進步。

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作為一個長期關注電子信息産業發展的人，我一直覺得半導體技術是整個産業的核心驅動力。而“寬禁帶半導體”這個概念，我最近纔開始深入接觸，也逐漸意識到它在下一代電力電子和高頻器件領域可能帶來的顛覆性變革。我希望這本書能夠係統地梳理寬禁帶半導體的發展脈絡，從最初的概念提齣，到材料的探索，再到器件的研發和應用，能否有一個清晰的時間綫和關鍵節點的介紹？例如，哪些重要的理論突破或者實驗發現，推動瞭這一領域的發展？書中是否會介紹一些開創性的研究機構和科學傢，他們的貢獻是如何被銘記的？我特彆希望它能深入探討不同種類寬禁帶材料的比較，比如SiC、GaN、金剛石（Diamond）、氮化鋁（AlN）等，它們各自的優勢和劣勢是什麼？在不同的應用場景下，哪種材料更適閤？書中是否會提供詳細的性能參數對比，例如在特定溫度、電壓下的功率損耗、效率、以及可靠性錶現？我還會關注書中對寬禁帶半導體器件的種類和工作原理的介紹。除瞭常見的MOSFET和IGBT，是否還會有關於肖特基二極管、HEMT（高電子遷移率晶體管）等器件的講解？對於這些器件在電路中的具體應用，以及它們如何與傳統矽基器件進行協同或替代，我希望能有更深入的理解。最後，我對寬禁帶半導體在新能源、航空航天、以及5G通信等前沿領域的應用潛力非常感興趣，希望書中能有這方麵的案例分析和未來展望，讓我對這項技術的前景有一個更宏觀的認知。

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老實說，我對“寬禁帶半導體”這個領域之前隻有一些模糊的瞭解，覺得它聽起來很“高大上”，但具體是怎麼迴事，我一直沒有一個清晰的認識。這次拿起這本書，我希望能徹底弄明白。我最感興趣的是，這本書是如何介紹這些“寬禁帶”的含義的。我知道它指的是材料中電子從價帶躍遷到導帶所需要的能量，而“寬”意味著這個能量很大。但這個“大”具體有多大？它和矽有什麼根本性的區彆？書中是否會提供一些具體的數值和圖錶來直觀地展示這種差異？我特彆希望看到關於碳化矽和氮化鎵的詳細介紹，因為我經常聽到這兩個名字。它們在性能上到底有哪些突齣的地方？比如，在同樣的工作條件下，它們能比矽做得更好多少？書中是否會涉及到這些材料的晶體結構、生長方法以及主要的性能參數，例如擊穿電壓、電子遷移率、導熱係數等等？我希望它能用一種容易理解的方式來解釋這些復雜的概念，最好能有一些類比或者形象的比喻，幫助我這個非專業人士也能快速掌握。而且，對於這些材料在實際應用中的局限性，書中是否也會有所提及？任何技術都不是完美的，瞭解它的不足之處同樣重要。例如，生産成本、加工難度、或者一些特殊的失效模式，這些都是我非常想知道的內容。我希望這本書能夠給我一個全麵的、多角度的認識，讓我能夠真正理解為什麼寬禁帶半導體如此重要，以及它們在未來科技發展中扮演的角色。

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我一直對材料科學領域的發展趨勢非常感興趣，尤其是那些能夠帶來突破性性能提升的新型材料。“寬禁帶半導體”無疑是近年來最引人矚目的材料傢族之一。我希望這本書能夠深入淺齣地解釋“寬禁帶”這一概念背後的物理學原理。是否會詳細介紹電子在禁帶中的能量分布，以及禁帶寬度對材料導電性、擊穿電壓和熱學性質的影響？我尤其期待書中能對碳化矽（SiC）和氮化鎵（GaN）這兩種主流的寬禁帶材料進行詳盡的分析。它們在晶體結構、化學穩定性、以及電學和熱學特性上究竟有哪些顯著的區彆？書中是否會提供詳細的材料參數錶，方便讀者進行橫嚮對比？更重要的是，我希望這本書能夠詳細闡述這些材料在製備過程中的關鍵技術和挑戰。例如，如何獲得高質量的單晶襯底？外延生長過程中如何控製晶格缺陷？如何實現高效的摻雜以優化載流子濃度和遷移率？以及如何進行有效的金屬化和封裝，以確保器件的穩定性和可靠性？對於寬禁帶半導體器件的設計和製造，我希望能獲得更深入的瞭解。書中是否會介紹不同類型的寬禁帶器件，如MOSFET、IGBT、HEMT等，以及它們的工作原理和性能特點？特彆是，在高溫、高頻、高功率等極端工作環境下，寬禁帶半導體器件相比於傳統矽基器件的優勢體現在哪裏？這本書能否提供一些具體的工程實例和應用案例，讓我能夠更直觀地感受到寬禁帶半導體技術在現實世界中的價值和潛力？

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我一直在尋找一本能夠讓我全麵理解“寬禁帶半導體”這一前沿技術發展的書籍，這本書似乎正好滿足瞭我的需求。我希望它能夠從最基礎的物理原理講起，清晰地闡釋“寬禁帶”這一概念的內涵，以及它如何區彆於傳統的矽基半導體。我希望書中能夠詳細介紹寬禁帶材料（如碳化矽、氮化鎵）的能帶結構、載流子特性、以及在高溫、高電壓、高頻率等極端條件下的行為錶現。我尤其想知道，這些材料的獨特屬性是如何轉化為實際器件性能的優勢，例如更低的功耗、更高的功率密度、以及更好的熱穩定性。此外，對於寬禁帶半導體的製造工藝，我也是非常關注。書中是否會深入探討晶體生長、摻雜、外延、光刻、刻蝕等關鍵技術？以及在這些過程中可能遇到的挑戰和最新的技術進展？我希望能夠瞭解到如何製造齣高性能、高可靠性的寬禁帶半導體器件，例如功率MOSFET、IGBT、以及HEMT等。這些器件在實際應用中的優勢和應用領域，比如新能源汽車、高效電源、5G通信基站等，我希望能獲得更深入的理解。最後，我對這項技術在未來發展方嚮和潛在應用前景的展望也非常期待。這本書是否能夠為我提供一個關於寬禁帶半導體技術發展趨勢的全麵分析，以及它對未來科技和社會發展可能帶來的深刻影響？

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最近聽到很多關於“寬禁帶半導體”的討論，感覺這項技術非常有前景，於是就找瞭這本書來學習。我希望這本書能夠用一種非常清晰易懂的方式，來介紹寬禁帶半導體到底是什麼。我最關心的是，為什麼它們被稱為“寬禁帶”？這個“寬”到底體現在哪裏？書中是否會用圖示或者具體的數值來解釋，比如和我們熟悉的矽相比，它們的禁帶寬度有多大的差異？我希望它能深入講解這種差異帶來的具體好處，比如在電壓承受能力、工作溫度範圍、以及功率效率方麵，它們能比矽做得好多少？我特彆想瞭解書中對碳化矽（SiC）和氮化鎵（GaN）這兩種主要材料的介紹。它們各自有哪些獨特的優點和缺點？在不同的應用場景下，哪一種材料更閤適？書中是否會詳細介紹這些材料的生産過程？我知道半導體製造過程非常復雜，我想知道生長高質量的晶體有多難？如何實現精確的摻雜？以及如何製作齣穩定的器件？我希望書中能提供一些關於寬禁帶半導體器件的知識，比如功率MOSFET、IGBT，以及高電子遷移率晶體管（HEMT）等。它們的工作原理是怎樣的？在實際應用中，它們又是如何工作的？我也非常想知道，這項技術在未來的發展方嚮是什麼？在新能源汽車、智能電網、或者5G通信等領域，它又扮演著怎樣的角色？這本書能否為我打開一扇瞭解寬禁帶半導體世界的窗戶，讓我能夠全麵而深入地認識這項改變遊戲規則的技術？

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我一直對半導體領域的新技術和新材料抱有極大的興趣，尤其是那些能夠帶來性能飛躍和應用拓展的突破。“寬禁帶半導體”這個主題，正好契閤瞭我最近關注的焦點。我希望這本書能夠從基礎原理齣發，深入淺齣地解釋寬禁帶半導體的核心概念。例如，“禁帶寬度”這個詞到底意味著什麼？它如何決定瞭材料的電學特性？書中是否會詳細介紹像碳化矽（SiC）和氮化鎵（GaN）這樣的寬禁帶材料，它們在晶體結構、載流子遷移率、熱導率等方麵的獨特優勢？我尤其想瞭解，這些優勢是如何轉化為實際的器件性能提升的，比如更低的開關損耗、更高的功率密度、以及在高溫環境下的穩定工作能力。對於器件的設計和製造，我也有很多疑問。書中是否會介紹寬禁帶半導體功率器件（如MOSFET、IGBT）的典型結構和工作原理？如何通過材料摻雜、柵極結構優化、以及低損耗的金屬化來實現高性能？此外，對於寬禁帶半導體在製造過程中可能遇到的挑戰，例如晶體生長缺陷、溝道錶麵態、以及可靠的封裝技術，書中是否會有詳細的討論和解決方案？我非常期待看到書中能夠提供一些具體的應用案例，展示寬禁帶半導體如何在電動汽車的充電係統、高效的電源適配器、甚至是高速鐵路的牽引係統等領域發揮關鍵作用。這本書能否幫助我更全麵地理解寬禁帶半導體技術，以及它對未來能源和電子産業發展的深遠影響？

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這本書，我最近纔剛開始翻閱，但僅從它的封麵和齣版信息來看，我就對它充滿瞭期待。它所涵蓋的主題“寬禁帶半導體”，在當今的科技界幾乎是一個不可或缺的存在。從電動汽車的動力總成到高速通信設備，再到高效的電力電子器件，這種材料的應用領域簡直是無處不在，而且還在不斷地拓展。我特彆關注的是，這本書是否能深入地剖析這些材料的物理特性，比如它們為何能夠承受更高的電壓和溫度，以及其載流子遷移率的優勢。我知道，像碳化矽（SiC）和氮化鎵（GaN）這樣的材料，它們的禁帶寬度遠大於傳統的矽，這直接帶來瞭許多令人垂涎的性能提升，例如更低的開關損耗、更高的功率密度和更小的器件尺寸。我希望這本書能夠詳盡地解釋這些優勢背後的微觀機理，例如電子在寬禁帶材料中的隧穿效應、熱學性質如何影響器件的穩定性和壽命，以及如何通過材料摻雜和晶體生長來調控其電學性能。此外，對於製造工藝的挑戰，例如外延生長、摻雜技術、以及可靠的金屬化和封裝，我也非常希望書中能有深入的探討。畢竟，理論上的優勢最終還是要落實到實際的製造和應用中，而這些工藝的成熟度往往是決定一項技術能否大規模普及的關鍵。我對這本書能夠提供最新的研究進展和工業界的實際應用案例抱有很高的期望，希望它不僅僅是理論的堆砌，更能為我提供一些實際的指導和啓發，讓我能更清晰地理解寬禁帶半導體的未來發展趨勢，以及它將如何重塑我們的技術格局。

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作為一名對未來科技發展充滿好奇的愛好者，我一直在關注那些能夠引領下一輪技術革命的領域。“寬禁帶半導體”無疑是其中一個非常重要的方嚮。我希望這本書能夠為我提供一個關於寬禁帶半導體的全景式介紹。從基礎概念開始，它是否能清晰地解釋“寬禁帶”的物理意義，以及這種特性如何賦予材料獨特的性能優勢？例如，為什麼這些材料能夠承受更高的電壓，並在更高的溫度下穩定工作？書中是否會深入探討碳化矽（SiC）和氮化鎵（GaN）等主流寬禁帶材料的特性，包括它們的能帶結構、載流子行為、以及熱力學性質？我特彆想瞭解，這些材料的製造工藝有多麼復雜和具有挑戰性。例如，如何獲得高質量的單晶襯底？如何實現精確的摻雜和外延生長？以及如何剋服在器件製造和封裝過程中可能遇到的技術難題？我希望書中不僅會介紹理論知識，更會提供一些實際的應用案例。例如，寬禁帶半導體在電動汽車的動力係統、可再生能源的逆變器、高效的電源管理係統等方麵的具體應用，以及它們為這些領域帶來的性能提升和成本效益。此外，我對寬禁帶半導體在通信、雷達、以及航空航天等高頻、高功率應用場景下的潛力也非常感興趣。這本書是否能為我勾勒齣這些領域的應用前景，並預測這項技術未來的發展趨勢？

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我一直對能夠改變世界的技術發展趨勢保持著敏銳的洞察力，而“寬禁帶半導體”無疑是當前科技領域中最具潛力的方嚮之一。我拿起這本書，是希望能夠對這一領域有一個係統性的、深入的瞭解。我非常好奇書中是否會深入剖析寬禁帶半導體（例如碳化矽和氮化鎵）的物理基礎。它們之所以被稱為“寬禁帶”，其核心區彆究竟在哪裏？書中是否會詳細解釋這些材料的能帶結構，以及寬禁帶寬度如何影響電子的運動和材料的電學特性？我特彆期待看到關於這些材料在高溫、高壓、高頻等復雜工作環境下的錶現。它們是如何做到比傳統矽材料更優越的？書中是否會提供具體的性能對比數據，例如在同等條件下，它們的功率損耗、效率、以及響應速度會有多大的提升？此外，我也非常關注寬禁帶半導體在器件製造上的挑戰和創新。如何生長齣高質量的單晶材料？如何進行精確的摻雜以控製電導率？如何設計和製造齣能夠充分發揮材料性能的器件結構？書中是否會介紹不同類型的寬禁帶半導體器件，比如功率MOSFET、IGBT、以及高電子遷移率晶體管（HEMT）？它們的原理和應用場景是怎樣的？我更希望看到書中能夠描繪齣寬禁帶半導體在各個領域的應用藍圖，例如在電動汽車、可再生能源、5G通信、甚至航空航天等領域，它們將如何扮演關鍵角色？這本書能否為我揭示這一領域的未來發展方嚮和潛在機遇，讓我對這項革命性技術有一個更清晰、更深刻的認識？

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