半导体化合物光电器件检测 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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许并社，贾虎生，刘旭光，梁建 编

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• 半导体化合物
• 光电器件
• 检测技术
• 光电材料
• 器件测试
• 半导体物理
• 光电子学
• 质量控制
• 可靠性
• 失效分析

出版社： 化学工业出版社

ISBN：9787122189479

版次：1

商品编码：11392182

包装：平装

丛书名： 半导体化

开本：16开

出版时间：2013-12-01

页数：258

正文语种：中文

内容简介

本系列丛书共分《半导体化合物光电原理》、《半导体化合物光电器件制备》、《半导体化合物光电器件检测》三部。从ⅢA～ⅤA族半导体化合物的基本原理、光电器件制备与工艺，以及器件性能检测等方面，较系统地介绍了相关基础知识，适合材料，物理化学，光学，微电子学与固体电子学等专业的本科和研究生以及工程技术人员和企业相关人员阅读。

目录

第1章透射电子显微镜1
1��1透射电子显微镜的结构与成像原理2
1��1��1电磁透镜3
1��1��2照明系统5
1��1��3成像系统8
1��1��4观察记录、真空与供电系统10
1��1��5主要部件的结构和工作原理11
1��1��6目前常用电镜的生产厂家、型号及性能13
1��2TEM样品制备技术15
1��2��1概述15
1��2��2非金属材料薄膜样品的制备17
1��3透射电子显微镜电子的成像原理20
1��3��1成像操作21
1��3��2高分辨电子显微像25
1��3��3电子衍射谱30
1��3��4电子衍射花样的标定42
1��4透射电子显微镜在LED方面的应用45
1��4��1高分辨透射电子显微像及选区电子衍射花样成像46
1��4��2界面的失配位错、堆垛层错46
1��4��3明场像47
参考文献48
第2章扫描电子显微镜49
2��1扫描电子显微镜50
2��1��1电子光学系统50
2��1��2信号检测放大系统51
2��1��3显示系统52
2��1��4真空系统52
2��1��5电源系统52
2��2扫描电子显微镜成像原理53
2��2��1扫描电子显微镜中的信号种类53
2��2��2扫描电子显微镜的成像原理56
2��2��3扫描电子显微镜像形成衬度原理57
2��2��4扫描电子显微镜的主要性能63
2��3扫描电子显微镜的样品制备66
2��4扫描电子显微镜的性能和特点66
2��5扫描电子显微镜的能谱仪67
2��6扫描电子显微镜在LED中的应用67
参考文献70
第3章原子力显微镜71
3��1原子力显微镜的主要构件71
3��2原子力显微镜的结构73
3��2��1力检测部分73
3��2��2位置检测部分73
3��2��3反馈系统73
3��3原子力显微镜的原理及工作模式74
3��3��1原子力显微镜的原理74
3��3��2原子力显微镜的工作模式76
3��4原子力显微镜的分辨率79
3��5原子力显微镜的工作环境80
3��6激光检测原子力显微镜81
3��7原子力显微镜的功能81
3��8原子力显微镜样品的要求82
3��9原子力显微镜在LED方面的应用82
参考文献85
第4章薄膜X射线衍射87
4��1X射线衍射基本理论87
4��1��1发展和特点87
4��1��2X射线的产生88
4��1��3X射线谱89
4��1��4X射线衍射原理90
4��1��5X射线衍射实验98
4��1��6X射线衍射分析基本应用105
4��2薄膜X射线衍射108
4��2��1原理109
4��2��2应用实例130
4��3D8�睤ISCOVER型高分辨X射线衍射仪143
4��3��1仪器构造和原理144
4��3��2仪器功能与操作150
参考文献161
第5章光致发光和电致发光162
5��1光致发光的理论基础163
5��1��1光致发光基本概念163
5��1��2辐射发光寿命和效率164
5��1��3半导体材料中的辐射复合166
5��1��4光致荧光谱173
5��2光致发光测试系统和样品180
5��2��1系统工作原理和构造180
5��2��2测试样品182
5��2��3光谱校正182
5��3光致荧光谱测试的应用和实例183
5��3��1杂质及其浓度的测量183
5��3��2化合物组分的测量185
5��3��3成分均匀性的测量185
5��3��4位错的测量和表征186
5��3��5晶体质量的表征187
5��3��6纳米半导体材料的测量188
5��4电致发光191
5��4��1电致发光的激发条件191
5��4��2光谱的测量192
5��5发光效率及其测量方法192
5��5��1光致发光材料的发光效率以及测量方法192
5��5��2电致发光效率的测量195
参考文献197
第6章霍尔效应199
6��1基本理论199
6��1��1霍尔效应的基本原理199
6��1��2范德堡测试技术202
6��2霍尔效应的测试系统203
6��2��1霍尔效应测试仪的结构203
6��2��2霍尔效应仪的灵敏度205
6��3霍尔效应测试205
6��3��1霍尔效应测试的样品要求205
6��3��2霍尔效应测试的测准条件207
6��3��3霍尔效应测试步骤208
6��4霍尔效应测试的应用和实例209
6��4��1硅的杂质补偿度测量209
6��4��2ZnO的载流子浓度、迁移率和补偿度测量211
6��4��3硅超浅结中载流子浓度的深度分布测量212
参考文献214
第7章LED光电性能测试215
7��1LED发光器件基本参数215
7��1��1LED发光器件的光度学参数215
7��1��2LED发光器件色度学参数217
7��1��3LED发光器件的电性参数221
7��2LED外延片的测试223
7��2��1光致发光谱测试223
7��2��2电致发光谱测试226
7��3LED芯片的测试229
7��3��1光学参数测试229
7��3��2色度参数测量238
7��3��3电学性能测试242
7��3��4测量结果及分析248
参考文献249
第8章太阳电池测试250
8��1太阳模拟器250
8��1��1概述250
8��1��2太阳辐射的基本特性250
8��2单体太阳电池测试251
8��2��1测试项目252
8��2��2电性能测试的一般规定252
8��2��3测量仪器与装置252
8��2��4基本测试方法253
8��2��5从非标准测试条件换算到标准测试条件253
8��2��6室外阳光下测试253
8��2��7太阳电池内部串联电阻的测量254
8��2��8太阳电池电流和电压温度系数的测量254
8��3非晶硅太阳电池电性能测试须知255
8��3��1校准辐照度255
8��3��2光源255
8��3��3光谱响应255
8��4太阳电流组件测试和环境试验方法255
8��4��1测试项目255
8��4��2组件电性能参数测量中所需的参考组件255
8��4��3太阳电池组件测试方法256
8��5地面用硅太阳电池组件环境试验概况256
8��5��1温度交变257
8��5��2高温贮存257
8��5��3低温贮存257
8��5��4恒定湿热贮存257
8��5��5振动、冲击257
8��5��6盐雾试验257
8��5��7冰雹试验257
8��5��8地面太阳光辐照试验257
8��5��9扭弯试验258
参考文献258

前言/序言

《半导体材料的微观世界：从原子尺度到宏观性能的跨越》 简介 本书旨在揭示半导体材料在原子、分子乃至晶体层面的微观结构如何决定其宏观光电器件性能的内在联系。我们深入探索半导体材料的本质，从其基本构成单元——原子的电子排布、价键形成，到原子如何聚集形成稳定的晶体结构，再到晶体结构中的缺陷、杂质如何影响其电学和光学性质。通过理解这些微观层面的奥秘，我们能够更精准地设计、制备和优化各种半导体光电器件。 第一章：半导体材料的原子与电子结构基础 本章将从最基础的物理原理出发，阐述半导体材料的本质。我们将详细介绍原子模型的发展历程，重点讲解元素周期表中不同元素（尤其是III-V族、II-VI族、IV-IV族等）的电子构型特点，以及它们的价电子如何参与化学键的形成。我们会深入分析共价键、离子键等在半导体材料中的作用，以及这些化学键的强度和方向性如何影响晶体的稳定性和生长特性。 随后，本章将重点介绍能带理论，这是理解半导体导电和发光特性的核心。我们将详细讲解晶体周期性势场对电子运动的影响，由此形成的能带结构，包括价带、导带以及最关键的带隙。我们将探讨不同半导体材料（如硅、锗、砷化镓、氮化镓、硫化镉等）的能带结构差异，分析它们的直接带隙和间接带隙特性，以及这对于光电转换效率的根本性影响。此外，本章还会介绍费米能级及其在半导体中扮演的角色，以及温度、掺杂对费米能级的影响。 第二章：半导体晶体结构与生长技术 本章将聚焦于半导体材料的宏观形态——晶体结构。我们将详细介绍常见的半导体晶体结构，如金刚石结构（适用于Si, Ge）、闪锌矿结构（适用于GaAs, InP, GaN）、纤锌矿结构（适用于GaN, ZnO）等，并讲解它们的对称性、原子排列方式和晶面指数。理解这些结构对于预测材料的力学性能、热学性能以及在不同晶面上的生长习性至关重要。 接着，本章将详细阐述半导体晶体生长的各种主流技术。我们会从最基础的拉晶法（如Czochralski法）开始，讲解其原理、设备组成、工艺参数控制（如温度梯度、坩埚旋转速度、拉速等）及其对晶体质量的影响。然后，我们将介绍外延生长技术，这是制备高质量薄膜和异质结构的关键。具体包括： 液相外延（LPE）： 讲解其基本原理、优缺点，以及适用于哪些材料体系。 气相外延（VPE）/化学气相沉积（CVD）： 详细介绍其反应机理、前驱体选择、载气、温度、压力等工艺参数，以及如何通过控制这些参数来获得特定成分、厚度和掺杂浓度的外延层。我们会重点讨论金属有机化学气相沉积（MOCVD）和分子束外延（MBE）这两种最先进的外延技术，分析它们的设备结构、生长机理、对生长环境的极高要求（超高真空、高纯度气体）以及它们在制备复杂多层结构（如超晶格、量子阱）上的优势。 固相外延（SPE） 和 原子层沉积（ALD） 等其他生长技术也将被介绍，并分析它们的适用范围和特点。 本章还将讨论晶体缺陷的形成机制，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、畴界）等，并阐述它们对半导体电学和光学性能的负面影响，如陷阱能级、散射中心等。 第三章：掺杂的艺术：调控半导体导电类型 掺杂是赋予半导体材料特定电学性质的“点石成金”之术。本章将深入探讨掺杂的原理和技术。我们将详细分析n型掺杂和p型掺杂的过程，讲解施主（donor）和受主（acceptor）杂质原子的电子行为，以及它们如何改变材料的导电类型和载流子浓度。 我们将详细介绍不同掺杂元素的选择及其在不同半导体基底中的行为。例如，在硅中，磷（P）和砷（As）作为施主，硼（B）和镓（Ga）作为受主。在砷化镓中，硅（Si）可以同时作为施主或受主，取决于其占据镓位还是砷位。 本章还将探讨掺杂的技术方法，包括： 扩散掺杂： 讲解固态扩散和气相扩散的原理、过程、温度和时间对掺杂深度和浓度的影响。 离子注入： 详细介绍离子注入机的结构、离子源、加速电压、注入剂量、注入能量以及后续的退火工艺。分析离子注入的优点，如精确的掺杂浓度和深度控制，以及其可能带来的损伤效应。 原位掺杂（In-situ doping）： 在外延生长过程中直接引入掺杂剂，是MOCVD和MBE中常用的高效掺杂方法。 我们还会讨论掺杂的均匀性、深度分布、以及与材料本身的相互作用（如杂质的偏析、溶度积限制等）。本章的目的是让读者理解如何通过精确控制掺杂，来调控半导体的导电类型、载流子浓度以及载流子迁移率，为设计各种半导体器件打下基础。 第四章：半导体材料的光学特性：吸收、发射与传输 本章将聚焦于半导体材料与光的相互作用，这是光电器件工作的根本。我们将从光子与电子的能级跃迁过程入手，详细讲解光子的吸收和发射机制。 光吸收： 分析直接带隙和间接带隙材料的光吸收谱差异，理解吸收系数与光子能量、材料带隙以及载流子浓度的关系。我们将探讨近带隙吸收、深能级吸收以及自由载流子吸收等不同吸收机制。 光发射： 重点介绍辐射复合（radiative recombination），包括电子-空穴对在导带和价带之间的跃迁过程，以及由此产生的发光（荧光、磷光）。我们将分析发光效率的影响因素，如材料质量、缺陷密度、激子效应等。 本章还将深入探讨半导体材料的电学特性，包括： 载流子传输： 详细介绍漂移（drift）和扩散（diffusion）两种主要的载流子传输机制。我们将分析载流子迁移率（mobility）的概念，以及它与散射机制（声子散射、杂质散射、界面散射等）的关系。理解迁移率对于设计高性能电子器件至关重要。 导电机制： 探讨不同掺杂浓度下，半导体材料的欧姆导电、陷阱辅助隧穿导电等机制。 此外，本章还会介绍半导体材料的折射率、反射率、透射率等光学参数，以及这些参数如何影响光在器件中的传播和耦合。我们还会简要提及光电导效应、光伏效应等，为后续章节中的器件应用铺垫。 第五章：半导体材料中的缺陷与界面科学 缺陷和界面是影响半导体材料和器件性能的关键因素，往往决定了器件的寿命和可靠性。本章将深入探讨这些“不完美”之处。 点缺陷与体缺陷： 除了在第二章中介绍的，本章将更详细地分析不同类型点缺陷（如氧空位、金属杂质）对载流子寿命、俘获截面、深能级杂质引起的斯塔克斯效应（Stark effect）等的影响。我们将讨论如何通过退火、化学处理等手段来减少或钝化这些缺陷。 位错与应变： 详细分析位错的结构、产生机制（如生长应力、异质结不匹配）以及它们对载流子散射、复合中心等的影响。我们将讨论如何通过优化生长条件、使用缓冲层来降低位错密度。 表面与界面： 表面和界面是电子设备中重要的区域，由于原子结构的改变和悬挂键的存在，往往会形成表面态和界面态。本章将详细分析半导体表面处理的重要性，以及钝化技术（如氧化、氮化、氢化）如何降低表面态密度。我们将深入探讨异质结界面，分析界面陷阱、界面复合、界面散射以及其在pn结、MOS器件、肖特基结等器件中的作用。 应力与应变工程： 讨论如何通过引入晶格失配或改变材料厚度来产生可控的应力，从而影响材料的能带结构和载流子传输性能。 本章的重点在于让读者理解，虽然理想的晶体结构是追求的目标，但在实际应用中，理解和控制缺陷和界面对于优化器件性能、提高器件可靠性具有同等甚至更重要的意义。 第六章：半导体材料的表征技术 本章将系统介绍用于研究和表征半导体材料及其结构、成分、性能的各种关键技术。这些技术是理解和验证前面各章所介绍理论的基础。 结构表征： X射线衍射（XRD）： 讲解其原理，如何用于确定晶体结构、晶面间距、晶体取向、晶粒尺寸以及检测晶体缺陷。 透射电子显微镜（TEM）/扫描电子显微镜（SEM）： 介绍其成像原理，如何观察材料的微观形貌、晶体结构（高分辨TEM）、缺陷形貌以及进行元素成分分析（EDS/EDX）。 原子力显微镜（AFM）： 讲解其工作原理，用于测量材料表面形貌、粗糙度，以及某些电学和磁学性质的局部测量。 成分表征： 俄歇电子能谱（AES）/X射线光电子能谱（XPS）： 介绍其原理，如何进行表面元素成分分析和化学态分析。 二次离子质谱（SIMS）： 讲解其高灵敏度的元素深度剖析能力，用于确定杂质分布和掺杂深度。 电学性能表征： 四点探针法/范德堡法： 用于测量材料的电阻率和霍尔系数，从而计算载流子浓度、载流子类型和迁移率。 C-V（电容-电压）测量： 用于分析pn结、MOS结构中的掺杂浓度分布、表面势、陷阱密度等。 I-V（电流-电压）测量： 用于分析二极管、晶体管等器件的电学特性，如正向压降、反向漏电流、阈值电压等。 瞬态光电流（TPC）/瞬态光电压（TPV）： 用于研究载流子产生、传输和复合动力学。 光学性能表征： 紫外-可见分光光度计（UV-Vis）： 用于测量材料的吸收、透射和反射光谱，从而确定带隙能量、吸收系数等。 光致发光（PL）光谱： 测量材料的发光特性，分析发光峰的波长、强度、半高宽，以及与缺陷、掺杂的关系。 拉曼光谱： 用于分析材料的晶体结构、晶格振动模式，以及检测应力。 本章将强调不同表征技术的互补性，以及如何综合运用这些技术来全面理解半导体材料的性能。 结论 本书通过对半导体材料微观结构、生长过程、掺杂调控、光学电学特性以及缺陷界面科学的深入探讨，为读者构建了一个完整的半导体材料科学知识体系。掌握这些基础知识，将是理解和设计下一代高性能半导体光电器件的关键。本书的读者群体包括但不限于：材料科学、物理学、电子工程及相关专业的学生、研究人员和工程师，以及对半导体材料领域感兴趣的各界人士。

评分☆☆☆☆☆

我一直对半导体材料的奇异之处充满了好奇，特别是当它们与光发生反应时，那种奇妙的能量转换过程让我着迷。虽然我并非科班出身，但多年来一直通过各种渠道自学《半导体化合物光电器件检测》这本书，正好填补了我在这方面的知识空白。《半导体化合物光电器件检测》这本书给我的感觉非常“接地气”，它没有用过于深奥的学术语言，而是用一种非常易于理解的方式，为我打开了通往光电器件检测世界的大门。书中的许多例子都来自于我们日常生活中常见的器件，例如LED的亮度测试、光敏电阻的光响应特性等等，这些鲜活的例子让我更容易将抽象的理论与实际生活联系起来。我特别喜欢书中关于“器件失效分析”的章节，它让我了解到，即使是看起来完好的器件，也可能隐藏着各种各样的问题。通过对不同失效模式的分析，我不仅能更好地理解器件的工作原理，更能学会如何去“诊断”器件的“病情”，这让我非常有成就感。此外，这本书还对未来光电器件的发展趋势进行了展望，例如在柔性电子、可穿戴设备等领域的应用前景，这让我对这个领域充满了期待。总而言之，这本书不仅仅是一本技术书籍，更像是一本打开我视野的百科全书，让我对半导体化合物光电器件的检测技术有了更全面、更深刻的认识，也激发了我进一步探索的动力。

评分☆☆☆☆☆

我是一名在半导体器件制造领域有着多年经验的工程师，一直以来，我们更多地关注器件的制备工艺和性能优化，但对于光电器件的检测原理和方法，总觉得还不够系统。偶然的机会接触到《半导体化合物光电器件检测》这本书，我才真正意识到，原来一个看似简单的光电器件，其背后蕴含着如此丰富的检测技术和理论。这本书的视角非常独特，它不拘泥于单一的器件类型，而是将目光聚焦在“检测”这个核心环节上，从材料的根本属性，到器件的宏观表现，再到微观的失效机理，都进行了深入的剖析。特别是书中关于器件可靠性检测的部分，列举了大量不同类型的应力测试，例如光照老化、热循环、湿热储存等，并详细阐述了这些应力对器件性能的影响机制，以及如何通过相应的检测手段来量化这种影响。这对于我评估产品质量、预测器件寿命非常有价值。另外，书中对于一些前沿的光电器件，如钙钛矿太阳能电池、量子点LED等，也给出了相应的检测方法和挑战，这让我对未来的技术发展方向有了更清晰的认识。我尤其欣赏书中对一些复杂检测仪器原理的介绍，例如光致发光光谱仪（PL）、瞬态吸收光谱仪等，它不仅仅是给出仪器的名称，而是深入解释了其工作原理、测量参数的意义，以及如何解读测量结果。这本书无疑为我提供了一个更全面、更深入的视角来理解和掌握光电器件的检测技术，让我受益匪浅。

评分☆☆☆☆☆

作为一名刚刚毕业，即将进入光电器件研发岗位的新人，我对《半导体化合物光电器件检测》这本书的期待，更多的是希望它能帮助我快速掌握工作所需的必备技能。《半导体化合物光电器件检测》这本书恰恰满足了我的这一需求。它没有过多的理论铺垫，而是直接切入主题，详细介绍了各类光电器件的常用检测方法和标准。书中的内容非常实用，列举了大量实际操作的步骤和注意事项，我甚至可以照着书里的描述，在实验室进行初步的实验。比如，在介绍光电导探测器测试时，书中详细说明了如何搭建测试电路，如何选择合适的负载电阻，以及如何控制光照强度和波长，并给出了一系列具体的实验数据分析方法。这对于初学者来说，是非常宝贵的指导。我印象深刻的是，书中还提供了一些“陷阱”和“误区”的提示，例如在进行光伏器件性能测试时，需要注意哪些环境因素的影响，如何避免测量误差等。这些都是教科书上很难学到的宝贵经验。而且，这本书的语言风格非常直白，没有太多华丽的辞藻，就是实实在在的技术讲解，这让我能够非常高效地吸收信息。总而言之，这本书对于即将踏入光电器件研发领域的我来说，简直是“救命稻草”，它让我对即将面对的工作有了更清晰的认识，并充满了信心。

评分☆☆☆☆☆

说实话，我一开始拿到《半导体化合物光电器件检测》这本书，对它的期望值并不高，毕竟这类专业技术书籍往往都比较枯燥乏味，充斥着各种晦涩难懂的公式和图表。然而，这本书却给了我一个巨大的惊喜。它以一种非常严谨又不失趣味的方式，将半导体化合物光电器件的检测技术娓娓道来。作者在叙述过程中，非常注重逻辑性和条理性，每一个章节的衔接都非常自然，让你感觉是在循序渐进地学习一个完整的知识体系。我特别喜欢书中对于“检测”背后物理原理的阐述。它不仅仅告诉你“怎么测”，更重要的是告诉你“为什么这么测”，以及“测出来的结果代表什么”。例如，在讲解光电流谱的测量时，作者详细介绍了光子能量如何与材料的带隙相互作用，以及不同波长的光如何影响载流子产生，最终形成我们所看到的光电流谱。这种深度解析，让我对所学的知识有了更深刻的理解，而不是停留在表面。而且，书中还穿插了一些历史发展脉络的介绍，例如早期半导体光电探测器的发展历程，以及关键技术的突破，这让整个学习过程充满了人文关怀，也更能激发我的学习兴趣。我甚至觉得，这本书不仅仅是一本技术手册，更像是一部关于光电器件检测技术发展的史诗，让我得以窥见这个领域的前辈们是如何一步步探索和前进的。

评分☆☆☆☆☆

这本书简直就是为我量身定做的！我是一名刚刚接触半导体材料学的学生，对于光电器件这个方向尤其感兴趣，但又觉得很多概念都晦涩难懂。拿到《半导体化合物光电器件检测》这本书后，我简直如获至宝。它没有直接给我一堆枯燥的公式和理论，而是从最基础的光与半导体的相互作用讲起，用非常形象的比喻和清晰的图示，将复杂的物理过程拆解开来。我印象最深刻的是关于光生载流子产生和复合的章节，作者没有仅仅给出方程，而是通过类比水池中水位变化来解释，瞬间就让我明白了为什么光照会产生电流，以及电流又会如何衰减。书中的案例分析也十分详实，从常见的LED到复杂的太阳能电池，都给出了详细的工作原理和检测方法。我之前一直以为太阳能电池的工作原理非常高深，但这本书用循序渐进的方式，一步步带领我理解了PN结、肖特基结在光电转换中的作用，以及如何通过各种参数来评估其性能。而且，它还介绍了很多实际的检测设备和实验步骤，这对我将来的实验课非常有帮助。我甚至觉得，这本书的深度和广度，足够一个初学者在短时间内建立起扎实的理论基础，并且对接下来的深入研究打下坚实的基础。总而言之，这本书对于像我这样希望快速入门并对光电器件有深入了解的读者来说，是一本不可多得的优秀教材。