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半導體元件物理學第四版(上冊)

半導體元件物理學第四版(上冊)

Physics of Semiconductor Devices Fourth edition

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內容簡介

最新、最詳細、最完整的半導體元件參考書籍
 
  《半導體元件物理學》(Physics of Semiconductor Devices)這本經典著作,一直為主修應用物理、電機與電子工程,以及材料科學的大學研究生主要教科書之一。由於本書包括許多在材料參數及元件物理上的有用資訊,因此也適合研究與發展半導體元件的工程師及科學家們當作主要參考資料。
 
  Physics of Semiconductor Devices第三版在2007 年出版後(中譯本上、下冊分別在2008 年及2009 年發行),已有超過1,000,000 篇與半導體元件的相關論文被發表,並且在元件概念及性能上有許多突破,顯然需要推出更新版以繼續達到本書的功能。在第四版,有超過50% 的材料資訊被校正或更新,並將這些材料資訊全部重新整理。
 
  全書共有「半導體物理」、「元件建構區塊」、「電晶體」、「負電阻與功率元件」與「光子元件與感測器」等五大部分:第一部分「半導體物理」包括第一章,總覽半導體的基本特性,作為理解以及計算元件特性的基礎;第二部分「元件建構區塊」包含第二章到第四章,論述基本的元件建構區段,這些基本的區段可以構成所有的半導體元件;第三部分「電晶體」以第五章到第八章來討論電晶體家族;第四部分從第九章到第十一章探討「負電阻與功率元件」;第五部分從第十二章到第十四章介紹「光子元件與感測器」。(中文版上冊收錄一至七章、下冊收錄八至十四章,下冊預定於2022年12月出版)
 
第四版特色
 
  1.超過50%的材料資訊被校正或更新,完整呈現和修訂最新發展元件的觀念、性能和應用。
 
  2.保留了基本的元件物理,加上許多當代感興趣的元件,例如負電容、穿隧場效電晶體、多層單元與三維的快閃記憶體、氮化鎵調變摻雜場效電晶體、中間能帶太陽能電池、發射極關閉晶閘管、晶格—溫度方程式等。
 
  3.提供實務範例、表格、圖形和插圖,幫助整合主題的發展,每章附有大量問題集,可作為課堂教學範例。
 
  4.每章皆有關鍵性的論文作為參考,以提供進一步的閱讀。
 

作者介紹

作者簡介
 
施敏
 
  國立陽明交通大學電機工程學院名譽教授、電機電子工程師學會尊榮會員、中央研究院院士及美國國家工程院院士。施敏教授為半導體元件作出了根本的開創性貢獻,特別是共同發現導致第四次工業革命的浮閘記憶體效應。施博士著作等身,曾撰寫、合著和編輯了四百多篇論文和十六本書。
 
李義明
 
  國立陽明交通大學電機工程學系教授,曾任美國史丹福大學、法國格勒諾布林科技學院和日本東北大學客座教授。在期刊、會議和書籍章節上發表過三百多篇技術文章。李博士是電機電子工程師學會會員,並擔任包括國際電子元件會議在內的許多國際專業會議的議程委員會委員。他曾榮獲潘文淵文教基金會研究考察獎和中國電機工程學會傑出青年電機工程師獎。
 
伍國珏
 
  美國韋恩州立大學歐洲經委會產業顧問委員會成員、國立陽明交通大學兼任教授、IEEE Life Fellow。伍博士於1980年加入貝爾實驗室,其後在其旗下朗訊科技和阿格雷系統服務。2007年至2019年,任職於美國最大的民間半導體研究機構 Semiconductor Research Corporation(SRC),曾任IEEE Electron Device Letters期刊編輯。出版過多本著作,包括Complete Guide to Semiconductor Devices一書。
 
譯者簡介
 
顧鴻壽
 
  臺北海洋科技大學創新設計學院教授兼院長。國立交通大學電子所博士畢業,曾任職於工業技術研究院、光電半導體產業、明新科技大學,日本大阪大學客員教授、日本半導體研究所、日本東京大學、韓國慶熙大學等訪問學者,編輯有光電平面顯示器、有機發光二極體、太陽能電池元件概論、第三代半導體材料及元件等相關性書籍,發表多篇國際性期刊論文及獲得多項發明專利。
 
陳密
 
  明新科技大學應用材料科技系教授。國立交通大學材料系博士畢業,曾任職於中山科學研究院,其後轉入教職,曾任明新科技大學材料系主任、學務長、通識教育中心主任。主要研究領域為奈米碳管與石墨烯等碳材料之純化與應用,曾發表多篇碳材料期刊論文與獲得多項專利。
 

目錄

【第一部分 半導體物理】
第一章 半導體物理及特性──回顧篇 
1.1 簡介 
1.2 晶體結構
1.3 能帶與能隙 
1.4 熱平衡狀態下的載子濃度 
1.5 載子傳輸現象 
1.6 聲子、光和熱特性 
1.7 異質接面與奈米結構 
1.8 基本方程式與範例 
 
【第二部分 元件建構區塊】
第二章 p-n接面 
2.1 簡介 
2.2 空乏區 
2.3 電流—電壓特性
2.4 接面崩潰 
2.5 暫態行為與雜訊 
2.6 終端功能 
2.7 異質接面 
 
第三章 金屬—半導體接觸 
3.1 簡介
3.2 位障的形成 
3.3 電流傳輸過程 
3.4 位障高度的量測 
3.5 元件結構
3.6 歐姆接觸
 
第四章 金屬-絕緣體—半導體電容器
4.1 簡介
4.2 理想MIS電容器
4.3 矽MOS電容器
4.4  MOS電容器的載子傳輸 
 
【第三部分 電晶體】
第五章 雙極性電晶體 (BJT)
5.1 簡介
5.2 靜態特性 
5.3 雙極性電晶體的緊密模型
5.4 微波特性
5.5 相關元件結構
5.6 異質接面雙極性電晶體
5.7 自熱效應
 
第六章 金氧半場效電晶體 (MOSFET)
6.1 簡介
6.2 基本元件特性
6.3 非均勻摻雜與埋入式通道元件
6.4 元件微縮與短通道效應
6.5 MOSFET結構
6.6 電路應用
6.7 負電容場效電晶體與穿隧場效電晶體
6.8 單電子電晶體
 
第七章  非揮發性記憶體元件
7.1 簡介
7.2 浮動閘極概念
7.3 元件結構
7.4 浮動閘極記憶單元的緊密模型
7.5 多層單元與三維結構
7.6 應用與尺寸微縮挑戰
7.7 替代性結構
 
附錄
A.  符號表
B.  國際單位系統(SI Units) 
C.  國際單位前置字
D.  希臘字母
E.  物理常數
F.  重要半導體的特性
G. 倒置晶格的布洛赫理論與週期性能量
H. Si與GaAs的特性
I. 波茲曼傳輸方程式與氫動態模型
J.  SiO2 與Si3N4 的特性 
K .雙極性電晶體的緊密模型
L. 浮動閘極記憶體效應的發現
 
索引  
 

序言
 
  自1947 年貝爾電話實驗室研究團隊(現在為諾基亞貝爾實驗室)發現電晶體效應以來,半導體元件領域快速成長。隨著此領域的發展,半導體元件的文獻逐漸增加並呈現多元化,要吸收這方面的大量資訊,需要一本完整介紹元件物理及操作原理的書籍。
 
  第一版、第二版與第三版的Physics of Semiconductor devices(《半導體元件物理學》)分別在1969 年、1991 年與2007 年發行以符合如此的需求。令人驚訝的是,本書長期以來一直為主修應用物理、電機與電子工程,以及材料科學的大學研究生的主要教科書之一。由於本書包括許多在材料參數及元件物理上的有用資訊,因此也適合研究與發展半導體元件的工程師及科學家們當作主要參考資料。直到目前為止,本書仍為被引用最多次的書籍之一,在當代工程以及應用科學領域上,已被引用超過55,000 次 (Google Scholar)(編按:本書於中文版翻譯完成時,引用次數已超過63,800 次)。
 
  自從本書上一版在2007 年出版後,已有超過1,000,000 篇與半導體元件的相關論文被發表,並且在元件概念及性能上有許多突破,顯然需要推出更新版以繼續達到本書的功能。在第四版的Physics of Semiconductor devices 中,有超過50% 的材料資訊已經被校正或是被更新,並將這些材料資訊全部重新整理。我們保留了基本的元件物理,加上許多當代感興趣的元件,例如負電容、穿隧場效電晶體、多層單元與三維的快閃記憶體、氮化鎵調變摻雜場效電晶體、中間能帶太陽能電池、發射極關閉晶閘管、晶格—溫度方程式等,亦在每章後增加大量問題集,幫助整合主題的發展,而某些問題可以在課堂上作為教學範例。
 
  在撰寫這本書的過程中,我們有幸得到許多人的幫助及支持。首先,我們對於自己所屬的學術單位國立陽明交通大學表示謝意,沒有學校的支持,本書將無法完成;也感謝台灣高等教育深耕計畫第2 部分—特色領域研究中心—毫米波智慧雷達系統與技術研究中心與交大思源基金會在經費上的資助。
 
  以下學者在百忙中花了不少時間校閱本書並提供建議, 使我們獲益良多, 績效屬於下列學者:M. Ancona, T.-C. Chang, C.-H. Chaing, Y.-S. Chauhan, K. Endo, M.-Y. Lee, Y.-J. Lee, P.-T. Liu, T. Matsuoka, M. Meyyappan, N. Mori, S. Samukawa, A. Schenk, N. M. Shrestha, P.-H. Su, T. Tanaka, V. Rajagopal Reddy, 以及 D. Vasileska. 我們也感謝各期刊以及作者允許我們重製並引用他們的原始圖。
 
  我們很高興地感謝C.-H. Chen, C.-Y. Chen, S. R. Kola, Y.-C. Lee, C.-C. Liu, W.-L. Sung, N. Thoti 及Y.-C. Tsai 等協助製備這份原稿。我們更進一步地感謝 Min-Hui Chuang, Norman Erdos 及Ju-Min Hsu 協助整原稿的技術編輯。在John Wiley 以及 Sons,感謝Sarah Keegan 鼓勵我們進行這個計畫。
 
  最後,對我們的妻子Therese Sze 以及Linda Ng 在寫作這本書過程的支持及幫助表示謝意。本書作者李義明教授將本書獻給他的母親黃葱女士,黃女士於2019 年6 月過世。
 
施敏
台灣 新竹
李義明
台灣 新竹
伍國珏
美國 北卡羅來納州 教堂山
2020 年2 月
 

詳細資料

  • ISBN:9789865470289
  • 規格:平裝 / 688頁 / 17 x 23 x 3.44 cm / 普通級 / 單色印刷 / 四版
  • 出版地:台灣
 

內容連載

導論
 
本書的內容可分為五個部分,分別是半導體物理、元件建構區塊、電晶體、負電阻與功率元件,以及光子元件與感測器等部分。第一部分「半導體物理」包含第一章,總覽半導體的基本特性,作為理解以及計算元件特性的基礎,其中簡短地概述能帶、載子濃度及傳輸特性,並將重點放在兩個最重要的半導體:矽(Si) 及砷化鎵(GaAs)。為便於參考,這些半導體的建議值或是最精確值將收錄於第一章的圖表及附錄之中。
 
第二部分「元件建構區塊」包含第二章到第四章,論述基本的元件建構區段,這些基本的區段可以構成所有的半導體元件。第二章探討 p-n 接面的特性,因為 p-n 接面的建構區塊出現在大部分半導體元件中,所以 p-n 接面理論為半導體元件物理的基礎;該章也討論由兩種不同的半導體所形成的異質接面結構,例如使用砷化鎵(GaAs) 及砷化鋁(AlAs) 來形成異質接面。
 
異質接面為高速元件與發光元件的關鍵建構區塊。第三章則論述金屬—半導體接觸,即金屬與半導體之間作緊密接觸。當與金屬接觸的半導體只做適當的摻雜時,此接觸產生類似 p-n 接面的整流作用。然而,對半導體作重摻雜時,則形成歐姆接觸。歐姆接觸可以忽略在電流通過時造成的電壓降,並讓任一方向的電流通過,可作為提供元件與外界的必要連結。第四章論述金屬—絕緣體-半導體(MIS) 電容器,其中以矽材料為基礎的金屬—氧化物-半導體(MOS) 結構為主。將表面物理的知識與MOS 電容的觀念結合是很重要的,因為這樣不但可以了解與MOS 相關的元件,像是金氧半場效電晶體(MOSFET) 與浮動閘極非揮發性記憶體,同時也是因為其與所有半導體元件表面,以及絕緣區域的穩定度與可靠度有關。

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