半导体物理学（下） pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:高等教育出版社

作者:叶良修

出品人:

页数:604

译者:

出版时间:2009-6

价格:84.00元

装帧:精装

isbn号码:9787040266252

丛书系列:

图书标签:

• 物理
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• 物理学/Physics/Physique
• 半导体物理学
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• 2009
• 半导体物理
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好的，这是一份关于《半导体器件基础与应用》的图书简介，内容详细，不涉及《半导体物理学（下）》中的特定主题，旨在提供一个全面且深入的视角。 --- 《半导体器件基础与应用》 内容概述 本书聚焦于现代半导体器件的物理基础、设计原理、制造工艺以及在各类前沿技术中的实际应用。全书旨在为读者构建一个从微观物理机制到宏观系统集成的完整知识体系，强调理论深度与工程实践的紧密结合。我们深入剖析了从最基本的PN结到复杂的集成电路结构，详尽阐述了晶体管、存储器和光电器件的工作原理、性能限制及其优化策略。 第一部分：半导体材料与器件物理基础 第一章：半导体材料的本征特性与能带结构 本章首先回顾了固体物理中晶体结构与晶格振动的基本概念。随后，重点阐述了周期性势场下电子能带的形成，包括有效质量的概念及其对载流子输运的影响。深入分析了本征硅和砷化镓等重要半导体材料的直接带隙与间接带隙特性。讨论了杂质引入对能带结构的影响，详细区分了施主和受主能级的物理意义，为理解掺杂的本质奠定了基础。本章还涉及载流子在电场和磁场作用下的漂移运动和扩散过程，并推导了扩散方程和连续性方程，这些是分析所有半导体器件动态特性的核心工具。 第二章：PN结——现代电子学的基石 PN结是所有半导体器件的逻辑单元。本章首先从费米能级在异质结两侧的重新分布出发，推导了内建电场和空间电荷区的形成机制。基于热力学平衡条件，详细分析了理想PN结的伏安特性曲线，精确解释了正向导通、反向击穿（雪崩和齐纳击穿）的微观物理过程。此外，本章还探讨了非理想效应，如欧姆接触的形成、表面态的影响以及结电容的频率依赖性，这些对于高频器件的设计至关重要。 第三章：MOS结构与电容特性 金属-氧化物-半导体（MOS）结构是场效应晶体管的核心。本章系统地介绍了MOS电容器的结构、界面质量要求以及关键参数的提取方法。核心内容围绕MOS电容器在不同偏压下的工作模式展开：强反型、弱反型和积累态。通过求解泊松方程，推导了阈值电压的计算模型，并详细分析了氧化层厚度、掺杂浓度和栅压对阈值的精确控制。本章还深入讨论了C-V曲线的测量技术及其在提取界面陷阱密度和氧化物缺陷密度中的应用。 第二部分：核心半导体器件原理与设计 第四章：双极型晶体管（BJT）的工作原理与优化 本章详细剖析了NPN和PNP晶体管的结构、载流子注入和收集过程。重点讨论了晶体管的电流放大机制——$eta$（电流增益）的物理来源及其影响因素。推导了混合$pi$模型和T模型，用以描述晶体管在低频和高频下的交流特性。此外，本章着重研究了寄生效应，如基极电阻、集电极欧姆电阻以及集电极-基极结电容，并提出了减小这些效应以提高晶体管开关速度和高频性能（如$f_T$和$f_{max}$）的设计策略。 第五章：金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET） MOSFET是当代集成电路的主导器件。本章以NMOS和PMOS为核心，系统阐述了其工作区（截止区、线性区和饱和区）的I-V特性。详细推导了饱和电流方程，并引入了短沟道效应（如DIBL、阈值电压滚降）的物理模型，解释了器件尺寸微缩下面临的挑战。针对现代深亚微米工艺，深入探讨了SOI（绝缘体上硅）技术和多栅器件（如FinFET）的设计优势，以及它们如何有效抑制短沟道效应，实现更优的静电控制。 第六章：先进晶体管结构与非理想效应 本章超越了理想模型，关注现代工艺中器件性能的瓶颈。讨论了载流子迁移率的饱和现象、热载流子注入（HCI）对器件可靠性的影响，以及击穿机制的深入分析。重点介绍了新型器件概念，例如隧道FET（TFET）的亚阈值特性、隧道机制，以及其在低功耗应用中的潜力。同时，对SOI器件的热管理问题进行了专题讨论。 第三部分：半导体光电子器件 第七章：光电导与光生载流子效应 本章从光与半导体的相互作用入手，详细分析了光吸收过程、光生载流子的产生、复合与分离机制。讨论了光电导效应（Photoconductivity）的原理及其在光敏电阻中的应用。深入研究了PN结在光照下的行为，推导了光电流和光电压的表达式，解释了光电二极管（PD）的响应速度和量子效率的限制因素。 第八章：半导体激光器与发光器件 本章聚焦于能量转换效率最高的发光器件。详细介绍了PN结的电致发光（Electroluminescence）机制，特别是受激发射与自发辐射的区别。着重分析了LED（发光二极管）的结构设计，包括外量子效率的限制，以及如何通过器件结构（如表面处理、异质结）来优化光提取效率。对于半导体激光器，本章系统阐述了阈值电流密度、光腔共振条件、粒子数反转的实现，并区分了直腔激光器（Fabry-Perot）与分布式反馈激光器（DFB）的工作差异。 第四部分：存储器与集成电路中的应用 第九章：半导体存储器原理 存储器是构建数字系统的核心。本章首先分析了静态随机存取存储器（SRAM）单元的锁存机理、噪声容限与读写时序要求。随后，深入探讨了动态随机存取存储器（DRAM）的电荷存储原理、刷新机制和潜伏期问题。对于非易失性存储器，本章详尽介绍了浮栅MOSFET（Flash Memory）的工作机制，包括 Fowler-Nordheim 隧道注入和热载流子注入的编程/擦除过程，以及其可靠性挑战（如数据保持和耐久性）。 第十章：集成电路的工艺与可靠性挑战 本章将器件物理与实际制造工艺相结合。概述了CMOS集成电路的制造流程，从硅片生长到薄膜沉积、掺杂、光刻和刻蚀的关键步骤。重点讨论了互连线材料（如铜、钨）的演变及其对RC延迟的影响。最后，本章专门分析了集成电路的可靠性问题，包括电迁移（Electromigration）、静电放电（ESD）的防护机理，以及工艺变化对电路性能分散性的影响。 --- 本书特色 本书的特色在于理论深度与工程实用性并重。不仅提供了严谨的数学推导和物理模型，更通过大量的实例分析和曲线图示，帮助读者理解器件的性能边界。特别关注了短沟道效应、高频限制以及新型三维器件的物理机制，确保读者掌握面向未来技术需求的半导体器件知识。本书适用于电子工程、微电子学、材料科学等专业的高年级本科生、研究生，以及从事半导体器件研发和工艺工程师的专业人士。

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在初次翻阅这本书的目录时，我就被其中涉及的诸多主题深深吸引。从我个人浅显的了解来看，半导体材料的能带理论、载流子的输运现象、PN结的特性，以及各种晶体管的结构和工作原理，这些都是构建现代电子器件的基础。我尤其关注书中对“量子效应”在半导体器件中的应用是如何阐述的。我一直对量子力学和半导体物理学的交叉领域感到着迷，例如量子阱、量子点以及它们在新型电子和光电子器件中的潜在应用。我希望“下”卷能在这方面提供更详尽的讲解，或许会涉及到更复杂的数学模型和物理概念，但我已经做好了迎接挑战的准备。这本书的装帧和排版也给我留下了很好的印象，清晰的图示和表格对于理解抽象的物理概念至关重要。我曾在一些科普文章中看到过关于超导材料和磁性材料在半导体技术中的应用讨论，不知道这本书是否也会涉及到这些前沿研究方向。总而言之，我对这本书的内容充满了期待，希望它能成为我深入探索半导体世界的得力助手，开启我对这个迷人领域的全新认知。

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我一直对“量子信息科学”和“未来计算技术”的探索充满热情，而半导体技术在这两个领域中都有着举足轻重的地位。我一直好奇，如何利用半导体材料的量子特性来构建量子比特，以及如何通过操纵这些量子比特来实现量子计算。我希望这本书能够介绍一些与量子计算相关的半导体材料和器件，例如基于量子点的量子比特、超导量子比特以及半导体纳米线量子比特等。我希望它能解释这些量子器件的工作原理，以及它们在实现量子叠加、量子纠缠等量子现象方面的优势。同时，我也对半导体在“神经网络加速器”和“类脑计算”等新型计算架构中的应用很感兴趣，了解如何利用半导体工艺来模拟人脑的计算机制，从而实现更高效、更节能的智能计算。我深知，半导体技术的不断创新是引领计算范式变革的重要驱动力，因此，我对书中可能涉及的关于半导体技术与未来计算的融合前景充满期待。这本书的出现，为我提供了一个系统学习半导体物理学与前沿计算技术交叉领域的绝佳机会，我希望能借此机会，更深入地理解半导体技术如何引领下一代计算革命。

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这本书的封皮设计很有吸引力，那种沉静的深蓝色，配上银白色的书名“半导体物理学（下）”，散发着一种严谨而又充满知识的浩瀚感。拿到手里，纸张的质感也相当不错，印刷清晰，字体大小适中，让人在翻阅时感觉很舒适。我一直对半导体这个领域充满好奇，特别是它在现代科技发展中扮演的核心角色，从智能手机到人工智能，几乎无处不在。虽然我的专业并非直接与半导体相关的，但我一直希望能更深入地了解这些驱动我们生活方式变革的技术是如何运作的。这本书恰好满足了我这种跨学科学习的愿望。我尤其期待它能为我揭示“下”卷所涵盖的那些更深入、更复杂的概念，比如各种器件的工作原理、材料特性与器件性能之间的微妙关系，以及可能存在的那些尚未被充分挖掘的应用前景。我希望这本书能够以一种既能满足专业人士需求，又能让像我这样的初学者也能有所收获的方式来呈现这些内容。毕竟，理解半导体物理学，不仅仅是掌握一门技术，更是理解现代世界运作方式的一把钥匙。它代表了人类智慧的结晶，也预示着未来科技发展的无限可能。我相信，通过这本书的学习，我能够对这个领域有一个更全面、更深刻的认识，也能够更好地理解我们身处的这个信息时代。

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我一直对“可靠性物理学”在半导体器件设计和制造中的重要性有所了解，但我对具体的失效机理和防护措施了解不多。我希望这本书能够深入浅出地讲解半导体器件在长期工作过程中可能遇到的各种失效模式，例如热应力、电迁移、离子迁移、隧穿效应等，以及这些失效是如何发生的，它们对器件性能有什么影响。我更关心的是，如何通过材料选择、器件结构优化和制造工艺控制来提高半导体器件的可靠性和寿命。例如，我曾听说过“钝化层”和“应力缓和层”在提高器件可靠性方面的作用，不知道这本书是否会详细介绍这些技术。此外，我也对“加速寿命试验”和“故障分析”等评估器件可靠性的方法论感到好奇。在实际应用中，器件的稳定性和耐久性是决定其生死存量的关键因素，因此，我对书中关于提高半导体器件可靠性的知识和技术分享充满了期待。这本书的出现，为我提供了一个系统学习半导体器件可靠性物理学的绝佳机会，我希望能借此机会，更深入地理解如何制造出更加稳定可靠的电子产品。

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我对“低维半导体材料”的研究方向一直非常感兴趣，尤其是那些在纳米尺度下展现出独特物理性质的材料，比如量子线、量子点以及二维材料（如石墨烯、过渡金属二硫化物）。我一直好奇，当材料的尺寸缩小到纳米级别时，其电子和光学性质会发生怎样的变化，这些变化又如何能够被应用于构建更小、更快、更节能的新型电子和光电子器件。我希望这本书能够详细介绍这些低维材料的制备方法，如化学气相沉积（CVD）、分子束外延（MBE）等，以及如何通过精确控制材料的尺寸、形貌和表面性质来调控其性能。同时，我也对这些低维材料在量子计算、高性能传感器以及柔性电子等前沿领域的应用潜力感到着迷。我深知，低维半导体材料的研究是未来技术发展的重要方向，因此，我对书中可能提及的关于这些材料在未来科技中的颠覆性作用充满期待。这本书的出现，为我提供了一个系统学习低维半导体材料物理学的绝佳机会，我希望能借此机会，更深入地理解这些前沿材料的独特魅力。

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我一直对“新能源技术”和“绿色能源”的发展非常关注，而半导体技术在其中扮演着至关重要的角色，尤其是在太阳能电池和固态照明领域。我希望这本书能够详细阐述半导体材料在太阳能电池中的应用，包括光伏效应的原理，不同类型的太阳能电池（如晶硅太阳能电池、薄膜太阳能电池、钙钛矿太阳能电池）的结构和工作原理，以及如何提高光电转换效率。同时，我也对半导体在LED照明技术中的应用很感兴趣，了解LED是如何通过半导体材料发光的，以及LED照明相比传统照明方式的优势，例如节能、长寿命和更好的显色性。我曾听说过“串并联效应”和“内量子效率”等概念在评估太阳能电池性能时的重要性，希望这本书能够进行详细的解释。我深知，半导体技术的进步是推动新能源革命的关键力量，因此，我对书中可能提及的关于半导体技术在未来能源领域的发展前景和面临的挑战的讨论充满期待。这本书的出现，为我提供了一个系统学习半导体物理学与新能源技术交叉领域的绝佳机会，我希望能借此机会，更深入地理解半导体技术如何赋能可持续发展。

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我是一名对物理学怀有浓厚兴趣的学生，虽然我的主修方向与半导体物理学并非直接关联，但我一直认为理解半导体器件的内在物理机制对于理解我们周围的科技世界至关重要。我一直对“薄膜技术”和“器件制造工艺”在半导体行业中的重要性有所耳闻，也曾想过是否这本书会涉及这些内容。我希望它能深入浅出地讲解诸如外延生长、光刻、刻蚀等关键工艺步骤，以及这些工艺如何影响最终器件的性能和可靠性。我知道半导体器件的性能往往受到材料纯度、晶体质量以及界面特性的严格控制，而这些都离不开精密的制造工艺。因此，我非常期待这本书能够提供关于这些方面的详细介绍，让我能够更好地理解从原材料到成品芯片的整个复杂过程。同时，我也对书中可能提及的“可靠性”和“失效机理”方面的内容感到好奇，因为在实际应用中，器件的长期稳定性和寿命是至关重要的考量因素。这本书的出版，无疑为我提供了一个系统学习半导体物理学的绝佳机会，我希望能借此机会，构建起一个扎实的理论基础。

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我一直对光学和电子学交叉的领域有着特别的兴趣，而半导体光电子学无疑是其中最令人兴奋的部分之一。我一直好奇，像LED、激光器和光电探测器这些我们日常生活中经常接触到的器件，它们是如何利用半导体材料发光或感应光的。我希望这本书能够详细解释半导体材料的发光机理，包括载流子的复合过程、辐射复合和非辐射复合的差异，以及如何通过材料设计和器件结构来优化发光效率。同时，我也对光电探测器的原理很感兴趣，比如光敏电阻、光电二极管和光电倍增管，它们是如何将光信号转化为电信号的。我相信，对这些光电器件的深入理解，能够帮助我更好地理解光通信、光存储等相关技术。我也曾听说过“有机半导体”和“钙钛矿半导体”等新兴材料在光电器件领域的潜力，希望这本书能对这些新型材料的特性和应用进行介绍。总之，这本书为我提供了一个深入了解半导体光电子学的窗口，我迫不及待地想探索其中蕴含的奥秘。

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我是一名对材料科学抱有浓厚兴趣的学生，而半导体材料无疑是材料科学中最具代表性和影响力的分支之一。我一直好奇，不同种类的半导体材料，比如硅、锗、砷化镓等，它们在原子结构、电子能带和晶体生长等方面有哪些显著的差异，而这些差异又如何决定了它们在不同器件中的应用。我希望这本书能够详细介绍这些关键半导体材料的物理性质，包括载流子迁移率、介电常数、带隙宽度等，并解释这些性质是如何通过化学成分、掺杂浓度和晶体生长条件来调控的。同时，我也对“应变工程”和“量子约束”等材料调控技术如何提升半导体器件性能的原理很感兴趣。我深知，材料的创新是半导体技术进步的重要驱动力，因此，我对书中可能提及的关于新型半导体材料的研发和应用前景的讨论尤为关注。这本书的出现，为我提供了一个系统学习半导体材料物理学的绝佳机会，我希望能借此机会，更深入地理解材料与器件之间的密切联系。

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从我的角度来看，半导体物理学不仅仅是一门纯粹的学科，它更是现代电子信息产业的基石。我一直对“集成电路”的设计与制造流程充满好奇，也曾想过这本书是否会涉及芯片的设计原理、电路布局以及工艺集成等内容。我希望它能为我揭示如何将成千上万甚至上亿个晶体管集成在一块小小的芯片上，以及在这个过程中需要克服哪些技术挑战。我深知，芯片的性能不仅取决于单个晶体管的特性，更在于它们之间如何高效地连接和协同工作。因此，我对书中关于“电路理论”与“半导体物理”如何结合以实现复杂功能的部分充满期待。同时，我也对“工艺窗口”和“良率”这些与实际生产紧密相关的概念感到好奇，它们直接影响着芯片的成本和上市时间。这本书的出现，无疑为我提供了一个系统学习半导体物理学以理解集成电路发展的绝佳机会，我希望能借此机会，更深入地理解现代电子产品背后的核心技术。

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