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半導體材料的圖書 |
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圖書介紹 - 資料來源：博客來 評分：
圖書名稱：半導體材料
內容簡介
半導體材料是材料、信息、新能源的交叉學科，是信息、新能源（半導體照明、太陽能光伏）等高科技產業的材料基礎。本書共15章，詳細介紹了半導體材料的基本概念、基本物理原理、製備原理和製備技術，重點介紹了半導體矽材料（包括高純多晶矽、區熔單晶矽、直拉單晶矽和矽薄膜半導體材料）的製備、結構和性質，闡述了化合物半導體（包括Ⅲ-Ⅴ族、Ⅱ-Ⅵ族、Ⅳ-Ⅳ族化合物半導體材料和氧化物半導體材料）的製備技術和基本性質，還闡述了有機半導體材料、半導體量子點（量子阱）等新型半導體材料的製備和性質。本書配套MOOC線上課程、習題參考答案等。
作者介紹
楊德仁
半導體材料學家，中國科學院院士。現任浙江大學硅及先進半導體材料全國重點實驗室主任、杭州國際科創中心首席科學家，並任浙大寧波理工學院校長，國家自然科學基金創新研究群體負責人；兼任中國可再生能源學會副理事長等， Elsevier旗下Micro and Nanostructures等雜誌主編。長期從事半導體矽材料的研究，曾主持國家973、863、國家重大專項、國家自然科學基金重大、重點等項目，以第一獲獎人獲得國家自然科學二等獎2項，國家技術發明二等獎1項，何梁何利科學與技術進步獎。
半導體材料學家，中國科學院院士。現任浙江大學硅及先進半導體材料全國重點實驗室主任、杭州國際科創中心首席科學家，並任浙大寧波理工學院校長，國家自然科學基金創新研究群體負責人；兼任中國可再生能源學會副理事長等， Elsevier旗下Micro and Nanostructures等雜誌主編。長期從事半導體矽材料的研究，曾主持國家973、863、國家重大專項、國家自然科學基金重大、重點等項目，以第一獲獎人獲得國家自然科學二等獎2項，國家技術發明二等獎1項，何梁何利科學與技術進步獎。
目錄
第1章 半導體材料概論1
1.1 半導體材料的研究和發展歷史2
1.2 半導體材料的基本性質3
1.2.1 半導體材料的分類4
1.2.2 半導體材料的基本電學特性5
1.2.3 半導體材料的材料結構特性7
1.3 半導體材料的應用和產業8
1.3.1 半導體材料在微電子產業的應用8
1.3.2 半導體材料在光電子產業的應用10
1.3.3 半導體材料在太陽能光伏產業的應用11
1.4 半導體材料的展望12
習題113
第2章 半導體材料物理基礎14
2.1 載流子和能帶14
2.1.1 載流子和電導率14
2.1.2 能帶結構15
2.1.3 電子和空穴18
2.2 雜質和缺陷能級19
2.2.1 摻雜半導體材料19
2.2.2 雜質能級20
2.2.3 深能級22
2.2.4 缺陷能級23
2.3 熱平衡狀態下的載流子23
2.3.1 載流子的狀態密度和統計分佈24
2.3.2 本征半導體的載流子濃度27
2.3.3 摻雜半導體的載流子濃度和補償28
2.4 非平衡少數載流子30
2.4.1 非平衡載流子的產生、複合和壽命30
2.4.2 非平衡載流子的擴散32
2.4.3 非平衡載流子在電場下的漂移和擴散33
2.5 PN結35
2.5.1 PN結的製備36
2.5.2 PN結的能帶結構38
2.5.3 PN結的電流-電壓特性39
2.6 金屬-半導體接觸和MIS結構41
2.6.1 金屬-半導體接觸41
2.6.2 歐姆接觸43
2.6.3 MIS結構44
習題245
參考文獻45
第3章 半導體材料晶體生長原理46
3.1 半導體晶體材料的生長方式46
3.2 晶體生長的熱力學理論47
3.2.1 晶體生長的自由能和驅動力47
3.2.2 晶體生長的均勻成核50
3.2.3 晶體生長的非均勻成核52
3.3 晶體生長的動力學理論54
3.3.1 晶體生長單原子層介面模型54
3.3.2 晶體生長機制56
3.4 晶體的外形控制59
3.4.1 晶體外形和介面自由能的關係59
3.4.2 晶體外形和晶體生長介面的關係60
3.4.3 晶體外形和晶體生長方向的關係61
習題362
參考文獻63
第4章 半導體材料晶體生長技術64
4.1 熔體生長技術64
4.1.1 直拉晶體生長技術64
4.1.2 布裡奇曼晶體生長技術66
4.1.3 區熔晶體生長技術67
4.2 溶液生長技術69
4.2.1 溶液降溫生長晶體技術70
4.2.2 溶液恒溫蒸發生長晶體技術70
4.2.3 溶液溫差水熱生長晶體技術71
4.2.4 溶劑分凝（助溶劑法）生長晶體技術71
4.2.5 溶液液相外延生長晶體技術71
4.3 氣相生長技術73
4.3.1 真空蒸發法74
4.3.2 昇華法78
4.3.3 化學氣相沉積法78
4.3.4 低維半導體材料的生長和製備81
習題484
參考文獻84
第5章 元素半導體材料的基本性質86
5.1 硅材料86
5.1.1 硅的基本性質和應用86
5.1.2 硅的晶體結構88
5.1.3 硅的能帶結構91
5.1.4 硅的電學性質93
5.1.5 硅的化學性質94
5.1.6 硅的光學性質95
5.1.7 硅的力學性質97
5.1.8 硅的熱學性質99
5.2 鍺材料的基本性質100
5.3 碳材料的基本性質103
習題5105
參考文獻105
第6章 元素半導體材料的提純和製備107
6.1 金屬硅的製備107
6.2 高純多晶硅的提純和製備109
6.2.1 三氯氫硅工藝製備高純多晶硅109
6.2.2 硅烷熱分解工藝製備高純多晶硅114
6.2.3 流化床工藝製備高純多晶硅115
6.2.4 其他化學提純工藝製備高純多晶硅116
6.2.5 物理冶金工藝製備太陽能級多晶硅117
6.3 高純鍺半導體材料的提純和製備120
6.3.1 鍺半導體材料的應用120
6.3.2 金屬鍺的製備121
6.3.3 高純鍺的製備123
6.3.4 單晶鍺的製備123
習題6124
參考文獻124
第7章 區熔單晶硅的生長和製備125
7.1 分凝現象和分凝係數125
7.1.1 分凝現象和平衡分凝係數125
7.1.2 有效分凝係數127
7.1.3 正常凝固和雜質分佈128
7.2 區熔晶體生長理論129
7.3 區熔單晶硅生長132
習題7136
參考文獻137
第8章 直拉單晶硅的生長和製備138
8.1 直拉單晶硅的生長工藝138
8.1.1 直拉單晶硅生長的基本工藝139
8.1.2 直拉單晶硅生長的主要控制因素144
8.2 直拉單晶硅的新型生長工藝148
8.2.1 磁控直拉單晶硅生長工藝148
8.2.2 重複裝料直拉單晶硅生長工藝149
8.2.3 連續加料直拉單晶硅生長工藝150
8.3 硅片加工工藝151
8.3.1 晶錠切斷151
8.3.2 晶錠滾圓和切方152
8.3.3 晶錠切片152
8.3.4 硅片化學腐蝕154
8.3.5 硅片倒角155
8.3.6 硅片研磨155
8.3.7 硅片拋光155
習題8156
參考文獻157
第9章 直拉單晶硅的雜質和缺陷159
9.1 直拉單晶硅的摻雜159
9.1.1 直拉單晶硅的摻雜劑159
9.1.2 直拉單晶硅的摻雜技術160
9.1.3 直拉單晶硅的摻雜量161
9.2 直拉單晶硅的雜質163
9.2.1 氧雜質163
9.2.2 碳雜質167
9.2.3 氮雜質169
9.2.4 鍺雜質171
9.2.5 氫雜質173
9.2.6 金屬雜質175
9.3 直拉單晶硅的缺陷177
9.3.1 單晶硅原生缺陷177
9.3.2 硅片加工誘生缺陷179
9.3.3 器件工藝誘生缺陷180
習題9182
參考文獻183
第10章 硅薄膜半導體材料184
10.1 單晶硅薄膜半導體材料184
10.1.1 外延生長單晶硅薄膜185
10.1.2 外延單晶硅薄膜摻雜189
10.1.3 外延單晶硅薄膜的缺陷191
10.2 非晶硅薄膜半導體材料192
10.2.1 非晶硅薄膜材料的基本性質193
10.2.2 非晶硅薄膜材料的製備196
10.2.3 非晶硅薄膜材料中的氫雜質198
10.3 多晶硅薄膜半導體材料200
10.3.1 多晶硅薄膜的基本性質200
10.3.2 多晶硅薄膜的製備202
10.4 絕緣體上硅（SOI）薄膜半導體材料206
10.4.1 注氧隔離技術208
10.4.2 鍵合和反面腐蝕技術208
10.4.3 注氫智慧切割技術209
10.5 鍺硅（SiGe）薄膜半導體材料210
習題10212
參考文獻212
第11章 Ⅲ-Ⅴ族化合物半導體材料216
11.1 Ⅲ-Ⅴ族化合物半導體材料的基本性質216
11.2 GaAs半導體材料的性質和應用219
11.3 GaAs半導體材料的製備222
11.3.1 布裡奇曼法製備223
11.3.2 液封直拉法製備224
11.3.3 單晶GaAs薄膜的外延製備225
11.4 GaAs晶體的雜質和缺陷227
11.4.1 GaAs晶體的摻雜227
11.4.2 GaAs晶體的Si雜質228
11.4.3 GaAs晶體的缺陷229
11.5 GaN半導體材料的性質和應用230
11.6 GaN半導體材料的製備233
11.6.1 單晶GaN的製備233
11.6.2 單晶GaN薄膜的製備235
11.7 GaN晶體的雜質和缺陷236
11.7.1 GaN晶體的雜質236
11.7.2 GaN晶體的缺陷237
11.8 其他Ⅲ-Ⅴ族化合物半導體材料240
11.8.1 InP半導體材料240
11.8.2 GaP半導體材料242
習題11243
參考文獻243
第12章 Ⅱ-Ⅵ族化合物半導體材料245
12.1 Ⅱ-Ⅵ族化合物半導體材料的基本性質246
12.2 Ⅱ-Ⅵ族化合物半導體材料的製備247
12.2.1 Ⅱ-Ⅵ族化合物半導體晶體材料的製備248
12.2.2 Ⅱ-Ⅵ族化合物半導體薄膜材料的製備251
12.2.3 Ⅱ-Ⅵ族化合物半導體材料的缺陷253
12.3 CdTe半導體材料255
12.3.1 CdTe半導體材料的性質和應用255
12.3.2 CdTe半導體材料的製備257
12.3.3 CdTe半導體材料的缺陷259
12.4 其他Ⅱ-Ⅵ族化合物半導體材料260
12.4.1 CdS半導體材料260
12.4.2 CuInGaSe半導體材料261
習題12263
參考文獻263
第13章 氧化物半導體材料267
13.1 ZnO半導體材料267
13.1.1 ZnO半導體材料的基本性質268
13.1.2 ZnO半導體材料的器件及應用271
13.1.3 ZnO半導體材料的製備273
13.1.4 ZnO晶體的缺陷與雜質275
13.2 Ga2O3半導體材料280
13.2.1 Ga2O3半導體材料的基本性質280
13.2.2 Ga2O3半導體材料的器件及應用282
13.2.3 Ga2O3半導體材料的製備284
13.2.4 Ga2O3晶體的雜質和缺陷289
習題13293
參考文獻294
第14章 Ⅳ-Ⅳ族化合物半導體材料299
14.1 SiC半導體材料的性質和應用299
14.1.1 晶體結構299
14.1.2 能帶結構300
14.1.3 摻雜和載流子濃度302
14.1.4 遷移率303
14.1.5 光學性質303
14.1.6 其他性質304
14.1.7 應用305
14.2 SiC半導體材料的製備305
14.2.1 單晶SiC的製備305
14.2.2 SiC薄膜材料的製備308
14.3 SiC晶體的雜質和缺陷309
14.3.1 SiC晶體的摻雜309
14.3.2 SiC晶體的缺陷311
習題14313
參考文獻314
第15章 有機半導體材料317
15.1 有機半導體材料的基本性質317
15.1.1 有機半導體材料的結構性質318
15.1.2 有機半導體材料的電學性質321
15.1.3 有機半導體材料的光學性質323
15.1.4 有機半導體材料的其他性質324
15.2 有機半導體材料的製備324
15.2.1 溶液法324
15.2.2 非溶液法326
15.3 有機半導體材料的器件應用327
15.3.1 有機半導體材料在發光器件中的應用327
15.3.2 有機半導體材料在光伏器件中的應用329
15.3.3 有機半導體材料在電子器件中的應用331
15.3.4 有機半導體材料在新型器件中的應用332
習題15333
參考文獻333
1.1 半導體材料的研究和發展歷史2
1.2 半導體材料的基本性質3
1.2.1 半導體材料的分類4
1.2.2 半導體材料的基本電學特性5
1.2.3 半導體材料的材料結構特性7
1.3 半導體材料的應用和產業8
1.3.1 半導體材料在微電子產業的應用8
1.3.2 半導體材料在光電子產業的應用10
1.3.3 半導體材料在太陽能光伏產業的應用11
1.4 半導體材料的展望12
習題113
第2章 半導體材料物理基礎14
2.1 載流子和能帶14
2.1.1 載流子和電導率14
2.1.2 能帶結構15
2.1.3 電子和空穴18
2.2 雜質和缺陷能級19
2.2.1 摻雜半導體材料19
2.2.2 雜質能級20
2.2.3 深能級22
2.2.4 缺陷能級23
2.3 熱平衡狀態下的載流子23
2.3.1 載流子的狀態密度和統計分佈24
2.3.2 本征半導體的載流子濃度27
2.3.3 摻雜半導體的載流子濃度和補償28
2.4 非平衡少數載流子30
2.4.1 非平衡載流子的產生、複合和壽命30
2.4.2 非平衡載流子的擴散32
2.4.3 非平衡載流子在電場下的漂移和擴散33
2.5 PN結35
2.5.1 PN結的製備36
2.5.2 PN結的能帶結構38
2.5.3 PN結的電流-電壓特性39
2.6 金屬-半導體接觸和MIS結構41
2.6.1 金屬-半導體接觸41
2.6.2 歐姆接觸43
2.6.3 MIS結構44
習題245
參考文獻45
第3章 半導體材料晶體生長原理46
3.1 半導體晶體材料的生長方式46
3.2 晶體生長的熱力學理論47
3.2.1 晶體生長的自由能和驅動力47
3.2.2 晶體生長的均勻成核50
3.2.3 晶體生長的非均勻成核52
3.3 晶體生長的動力學理論54
3.3.1 晶體生長單原子層介面模型54
3.3.2 晶體生長機制56
3.4 晶體的外形控制59
3.4.1 晶體外形和介面自由能的關係59
3.4.2 晶體外形和晶體生長介面的關係60
3.4.3 晶體外形和晶體生長方向的關係61
習題362
參考文獻63
第4章 半導體材料晶體生長技術64
4.1 熔體生長技術64
4.1.1 直拉晶體生長技術64
4.1.2 布裡奇曼晶體生長技術66
4.1.3 區熔晶體生長技術67
4.2 溶液生長技術69
4.2.1 溶液降溫生長晶體技術70
4.2.2 溶液恒溫蒸發生長晶體技術70
4.2.3 溶液溫差水熱生長晶體技術71
4.2.4 溶劑分凝（助溶劑法）生長晶體技術71
4.2.5 溶液液相外延生長晶體技術71
4.3 氣相生長技術73
4.3.1 真空蒸發法74
4.3.2 昇華法78
4.3.3 化學氣相沉積法78
4.3.4 低維半導體材料的生長和製備81
習題484
參考文獻84
第5章 元素半導體材料的基本性質86
5.1 硅材料86
5.1.1 硅的基本性質和應用86
5.1.2 硅的晶體結構88
5.1.3 硅的能帶結構91
5.1.4 硅的電學性質93
5.1.5 硅的化學性質94
5.1.6 硅的光學性質95
5.1.7 硅的力學性質97
5.1.8 硅的熱學性質99
5.2 鍺材料的基本性質100
5.3 碳材料的基本性質103
習題5105
參考文獻105
第6章 元素半導體材料的提純和製備107
6.1 金屬硅的製備107
6.2 高純多晶硅的提純和製備109
6.2.1 三氯氫硅工藝製備高純多晶硅109
6.2.2 硅烷熱分解工藝製備高純多晶硅114
6.2.3 流化床工藝製備高純多晶硅115
6.2.4 其他化學提純工藝製備高純多晶硅116
6.2.5 物理冶金工藝製備太陽能級多晶硅117
6.3 高純鍺半導體材料的提純和製備120
6.3.1 鍺半導體材料的應用120
6.3.2 金屬鍺的製備121
6.3.3 高純鍺的製備123
6.3.4 單晶鍺的製備123
習題6124
參考文獻124
第7章 區熔單晶硅的生長和製備125
7.1 分凝現象和分凝係數125
7.1.1 分凝現象和平衡分凝係數125
7.1.2 有效分凝係數127
7.1.3 正常凝固和雜質分佈128
7.2 區熔晶體生長理論129
7.3 區熔單晶硅生長132
習題7136
參考文獻137
第8章 直拉單晶硅的生長和製備138
8.1 直拉單晶硅的生長工藝138
8.1.1 直拉單晶硅生長的基本工藝139
8.1.2 直拉單晶硅生長的主要控制因素144
8.2 直拉單晶硅的新型生長工藝148
8.2.1 磁控直拉單晶硅生長工藝148
8.2.2 重複裝料直拉單晶硅生長工藝149
8.2.3 連續加料直拉單晶硅生長工藝150
8.3 硅片加工工藝151
8.3.1 晶錠切斷151
8.3.2 晶錠滾圓和切方152
8.3.3 晶錠切片152
8.3.4 硅片化學腐蝕154
8.3.5 硅片倒角155
8.3.6 硅片研磨155
8.3.7 硅片拋光155
習題8156
參考文獻157
第9章 直拉單晶硅的雜質和缺陷159
9.1 直拉單晶硅的摻雜159
9.1.1 直拉單晶硅的摻雜劑159
9.1.2 直拉單晶硅的摻雜技術160
9.1.3 直拉單晶硅的摻雜量161
9.2 直拉單晶硅的雜質163
9.2.1 氧雜質163
9.2.2 碳雜質167
9.2.3 氮雜質169
9.2.4 鍺雜質171
9.2.5 氫雜質173
9.2.6 金屬雜質175
9.3 直拉單晶硅的缺陷177
9.3.1 單晶硅原生缺陷177
9.3.2 硅片加工誘生缺陷179
9.3.3 器件工藝誘生缺陷180
習題9182
參考文獻183
第10章 硅薄膜半導體材料184
10.1 單晶硅薄膜半導體材料184
10.1.1 外延生長單晶硅薄膜185
10.1.2 外延單晶硅薄膜摻雜189
10.1.3 外延單晶硅薄膜的缺陷191
10.2 非晶硅薄膜半導體材料192
10.2.1 非晶硅薄膜材料的基本性質193
10.2.2 非晶硅薄膜材料的製備196
10.2.3 非晶硅薄膜材料中的氫雜質198
10.3 多晶硅薄膜半導體材料200
10.3.1 多晶硅薄膜的基本性質200
10.3.2 多晶硅薄膜的製備202
10.4 絕緣體上硅（SOI）薄膜半導體材料206
10.4.1 注氧隔離技術208
10.4.2 鍵合和反面腐蝕技術208
10.4.3 注氫智慧切割技術209
10.5 鍺硅（SiGe）薄膜半導體材料210
習題10212
參考文獻212
第11章 Ⅲ-Ⅴ族化合物半導體材料216
11.1 Ⅲ-Ⅴ族化合物半導體材料的基本性質216
11.2 GaAs半導體材料的性質和應用219
11.3 GaAs半導體材料的製備222
11.3.1 布裡奇曼法製備223
11.3.2 液封直拉法製備224
11.3.3 單晶GaAs薄膜的外延製備225
11.4 GaAs晶體的雜質和缺陷227
11.4.1 GaAs晶體的摻雜227
11.4.2 GaAs晶體的Si雜質228
11.4.3 GaAs晶體的缺陷229
11.5 GaN半導體材料的性質和應用230
11.6 GaN半導體材料的製備233
11.6.1 單晶GaN的製備233
11.6.2 單晶GaN薄膜的製備235
11.7 GaN晶體的雜質和缺陷236
11.7.1 GaN晶體的雜質236
11.7.2 GaN晶體的缺陷237
11.8 其他Ⅲ-Ⅴ族化合物半導體材料240
11.8.1 InP半導體材料240
11.8.2 GaP半導體材料242
習題11243
參考文獻243
第12章 Ⅱ-Ⅵ族化合物半導體材料245
12.1 Ⅱ-Ⅵ族化合物半導體材料的基本性質246
12.2 Ⅱ-Ⅵ族化合物半導體材料的製備247
12.2.1 Ⅱ-Ⅵ族化合物半導體晶體材料的製備248
12.2.2 Ⅱ-Ⅵ族化合物半導體薄膜材料的製備251
12.2.3 Ⅱ-Ⅵ族化合物半導體材料的缺陷253
12.3 CdTe半導體材料255
12.3.1 CdTe半導體材料的性質和應用255
12.3.2 CdTe半導體材料的製備257
12.3.3 CdTe半導體材料的缺陷259
12.4 其他Ⅱ-Ⅵ族化合物半導體材料260
12.4.1 CdS半導體材料260
12.4.2 CuInGaSe半導體材料261
習題12263
參考文獻263
第13章 氧化物半導體材料267
13.1 ZnO半導體材料267
13.1.1 ZnO半導體材料的基本性質268
13.1.2 ZnO半導體材料的器件及應用271
13.1.3 ZnO半導體材料的製備273
13.1.4 ZnO晶體的缺陷與雜質275
13.2 Ga2O3半導體材料280
13.2.1 Ga2O3半導體材料的基本性質280
13.2.2 Ga2O3半導體材料的器件及應用282
13.2.3 Ga2O3半導體材料的製備284
13.2.4 Ga2O3晶體的雜質和缺陷289
習題13293
參考文獻294
第14章 Ⅳ-Ⅳ族化合物半導體材料299
14.1 SiC半導體材料的性質和應用299
14.1.1 晶體結構299
14.1.2 能帶結構300
14.1.3 摻雜和載流子濃度302
14.1.4 遷移率303
14.1.5 光學性質303
14.1.6 其他性質304
14.1.7 應用305
14.2 SiC半導體材料的製備305
14.2.1 單晶SiC的製備305
14.2.2 SiC薄膜材料的製備308
14.3 SiC晶體的雜質和缺陷309
14.3.1 SiC晶體的摻雜309
14.3.2 SiC晶體的缺陷311
習題14313
參考文獻314
第15章 有機半導體材料317
15.1 有機半導體材料的基本性質317
15.1.1 有機半導體材料的結構性質318
15.1.2 有機半導體材料的電學性質321
15.1.3 有機半導體材料的光學性質323
15.1.4 有機半導體材料的其他性質324
15.2 有機半導體材料的製備324
15.2.1 溶液法324
15.2.2 非溶液法326
15.3 有機半導體材料的器件應用327
15.3.1 有機半導體材料在發光器件中的應用327
15.3.2 有機半導體材料在光伏器件中的應用329
15.3.3 有機半導體材料在電子器件中的應用331
15.3.4 有機半導體材料在新型器件中的應用332
習題15333
參考文獻333
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