半导体材料

  通过本书的学习，掌握半导体材料尤其新一代半导体的相关知识，了解半导体材料（尤其是第三代半导体与纳米半导体）的性质及其在半导体制备及器件应用中的制备、机理及其器件应用的基本原理。了解常用半导体材料生长、制备方法以及常用的锗、硅、化合物半导体材料的基本性质等相关知识。本书重点突出新的半导体材料知识，尤其将关注第三代半导体与纳米半导体材料的发展现状、制备方法及其器件应用原理。今年，诺贝尔物理奖授予第三代半导体典型材料GaN的制备及其LED应用，将引发人们对于以GaN为代表的第三代半导体材料研究热潮，本书也将就相关发展现状与脉络进行介绍，让读者了解半导体材料重要性及其应用基本原理、未来发展的技术难点与关键点。激发更多人投身于半导体材料事业，逐步改善我国半导体材料产业落后局面。

　　“半导体材料”属于材料科学与工程专业的专业课，涉及材料科学与半导体物理及技术等多学科的交叉领域。半导体材料是应用微电子和光电子技术的基础，是推动现代信息技术蓬勃发展的关键元素。《半导体材料》的内容包括半导体材料概述，半导体材料的结构、特性及理论基础，半导体材料的主要制备方法及工艺技术，半导体材料的杂质、缺陷及其导电机制，半导体器件应用及纳米半导体材料等。

  王如志，北京工业大学教授、博士生导师， 2003年获北京工业大学材料学博士学位，2005年从复旦大学物理学博士后流动站出站。2008年入选北京市科技新星计划，2012年入选北京市青年拔尖人才计划,2013年入选北京工业大学京华人才计划。曾在香港，意大利及日本等国家地区进行合作访问交流。2007年应邀成为国际学术期刊the Open Condensed Matter Physics Journal编委。在半导体低维纳米材料的设计与预测、新能源材料设计与应用、新型纳米场发射材料制备与器件应用等研究领域上取得了一系列具有良好科学意义与应用价值的科研成果。已在国际学术刊物上发表SCI收录论文80多篇，其中，以第一或通讯作者发表的SCI影响因子超过3.5的国际知名学术期刊的科研论文20篇。第一发明人国家授权发明专利8项。主持了包括3项国家自然科学基金、北京市科技新星计划及北京市自然科学基金等科研项目10余项,作为骨干参与国家重大专项、国家自然科学基金重点基金等科研项目多项。主要研究方向侧重新型光电功能材料的设计与应用，包括：1）半导体新能源材料设计、制备与应用；2）新型纳米场发射冷阴极设计、制备与器件应用。
主持的主要

第1章 半导体材料概述
1．1 半导体材料的发展与应用
1．2 半导体材料的概念与性质
1．2．1 半导体材料的概念
1．2．2 半导体材料的性质

第2章 典型半导体材料
2．1 硅、锗单质半导体材料
2．1．1 硅
2．1．2 锗
2．2  Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体材料
2．2．1 光学性质
2．2．2 杂质自补偿特性
2．2．3 应用概述
2．3  Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料
2．3．1 基本性质
2．3．2 晶体结构、化学键和极性
2．3．3 部分重要 Ⅲ-Ⅴ族半导体材料的应用
2．4 非晶半导体材料
2．4．1 非晶半导体物理特性
2．4．2 非晶态半导体制备
2．4．3 非晶态半导体特性分析
2．4．4 非晶态半导体的应用
2．5 有机半导体材料
2．5．1 有机半导体材料的基本性质
2．5．2 有机半导体材料的分类
2．5．3 有机半导体材料的应用

第3章 半导体材料的制备与工艺
3．1 半导体单晶的制备方法
3．1．1 单晶提纯
3．1．2 单晶生长
3．1．3 晶片的制备
3．2 半导体薄膜生长方法
3．2．1 外延生长介绍
3．2．2 真空蒸发镀膜法
3．2．3 溅射法镀膜
3．2．4 离子成膜技术
3．2．5 化学气相沉积法

第4章 纳米半导体材料
4．1 纳米半导体材料的物理效应和特性
4．1．1 半导体材料的物理效应
4．1．2 纳米半导体材料的基本特性
4．2 一维硅、锗纳米半导体
4．2．1 硅纳米线
4．2．2 硅纳米管
4．2．3 锗纳米线
4．3 一维氧化锌纳米材料
4．3．1 一维氧化锌纳米材料的制备方法
4．3．2 一维氧化锌纳米材料的应用
4．4 碳纳米管
4．4．1 碳纳米管的结构
4．4．2 碳纳米管的性质
4．4．3 碳纳米管的制备
4．4．4 碳纳米管的纯化方法
4．4．5 碳纳米管的应用
4．4．6 表征技术
4．5 其他半导体量子材料
4．5．1 半导体量子点材料
4．5．2 半导体量子线材料

第5章 半导体材料测试与表征
5．1 半导体材料微区电阻测试技术
5．1．1 微区薄层电阻测试方法
5．1．2 微区电阻测试方法的基本原理
5．1．3 四探针测试方法
5．2 霍尔效应测试方法
5．2．1 霍尔效应的基本原理
5．2．2 霍尔测试样品
5．2．3 霍尔测试条件
5．3 俄歇电子能谱
5．3．1 俄歇能谱测试系统
5．3．2 俄歇电子能谱表面分析技术
5．3．3 俄歇电子谱在半导体领域中的典型应用
5．4 红外光谱分析技术
5．4．1 傅里叶变换红外光谱优点
5．4．2 傅里叶变换红外光谱测试系统
5．4．3 红外光谱测试样品制备
5．4．4 测试条件
5．5 扫描探针显微镜
5．5．1 扫描隧道显微镜
5．5．2 原子力显微镜
5．5．3 扫描近场光学显微镜

附录 A Si半导体特性参数
A．1 基本参数 （300K）
A．2 能带结构与载流子浓度
A．3 电学性质
A．4 光学性质
A．5 热力学性能

附录 B Ge半导体特性参数
B．1 基本参数 （300K）
B．2 能带结构与载流子浓度
B．3 电学性质
B．4 光学性质
B．5 热力学性能

附录 CC半导体特性参数
C．1 基本参数 （300K）
C．2 能带结构与载流子浓度
C．3 电学性质
C．4 热力学性能

附录 D GaAs半导体特性参数
D．1 基本参数
D．2 能带结构与载流子浓度
D．3 电学性质
D．4 热力学性能

附录 E GaN半导体特性参数
E．1 纤锌矿型GaN基本参数
E．2 力学性能相关参数
E．3 纤锌矿型 GaN波传播特性
E．4 闪锌矿型 GaN力学性能相关参数
E．5 闪锌矿型 GaN波传播特性
E．6  GaN的热性能参数
E．7 纤锌矿型 GaN电学和光学特性
E．8 闪锌矿型 GaN电学和光学特性

附录 F AlN半导体特性参数
F．1 与纤锌矿机械性能相关的参数
F．2 与闪锌矿机械性能相关的参数
F．3 闪锌矿型 AlN波传播特性
F．4 纤锌矿型 AlN的热性能相关参数
F．5 纤锌矿型 AlN的光电性能相关参数
F．6 闪锌矿型 AlN的光电性能相关参数
参考文献

半导体材料涉及材料科学、凝聚态物理、微纳加工技术与电子信息等多学科的交叉领域,是应用微电子和光电子技术的基础,是推动现代信息技术蓬勃发展的关键元素。2014年,诺贝尔物理学奖授予第三代半导体典型材料 GaN的制备及其LED应用 ，激发了人们对于以 GaN为代表的第三代半导体材料研究的热情以及对半导体材料相关知识学习的强烈愿望。近年来 ,半导体材料在飞速发展的5G技术与中美贸易战中反复提及的 “卡脖子 ”芯片中的重要应用 ,特别是中国在半导体芯片材料及技术上的短板尤其引起了人们的关注与
重视。目前市面上的半导体材料相关教材较为缺乏 ,且知识陈旧 ,主要针对第一代半导体———Si基半导体相关理论知识 ,远不能跟上目前半导体材料技术日新月异的发展速度 ,尤其是纳米半导体材料方面。基于此 ,本书定位于理工科院校的本科生 ,期望为培养新一代半导体材料技术人才做出贡献。尤其是目前经典半导体材料技术已发展到极限 ,本书将重点突出第三代半导体与纳米半导体材料的相关基础理论与工艺技术 ,为下一代半导体材料技术人才的培养储备良好的基础知识 ,让读者了解半导体材料的重要性及其应用基本原理、未来发展的技术难点与关键点 ,从而激发更多人投身于半导体材料事业 ,逐步改善我国半导体材料产业落后的局面。

本书由王如志负责总体规划、章节设计及主要内容构思 ,第1章由刘维撰写 ,第2章由刘立英撰写 ,其余章节与附录由王如志撰写并且对书稿进行了统编。

本书得到了北京工业大学 “京华人才 ”支持计划与北京工业大学本科重点建设教材项目的经费资助。此外
,我的部分研究生参与了本书的文档编辑 ,格式规范及图表处理工作 ,在此一并表示衷心的感谢。


作者

2019年10月