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內容簡介： 半导体材料是材料、信息、新能源的交叉学科，是信息、新能源（半导体照明、太阳能光伏）等高科技产业的材料基础。 本书共15章，详细介绍了半导体材料的基本概念、基本物理原理、制备原理和制备技术，重点介绍了半导体硅材料（包括高纯多晶硅、区熔单晶硅、直拉单晶硅和硅薄膜半导体材料）的制备、结构和性质，阐述了化合物半导体（包括Ⅲ-Ⅴ族、Ⅱ-Ⅵ族、Ⅳ-Ⅳ族化合物半导体材料和氧化物半导体材料）的制备技术和基本性质，还阐述了有机半导体材料、半导体量子点（量子阱）等新型半导体材料的制备和性质。本书配套MOOC在线课程、习题参考答案等。 關於作者： 杨德仁，半导体材料学家，中国科学院院士。现任浙江大学硅及先进半导体材料全国重点实验室主任、杭州国际科创中心首席科学家，并任浙大宁波理工学院校长，国家自然科学基金创新研究群体负责人；兼任中国可再生能源学会副理事长等， Elsevier旗下Micro and Nanostructures等杂志主编。长期从事半导体硅材料的研究，曾主持国家973、863、国家重大专项、国家自然科学基金重大、重点等项目，以第一获奖人获得国家自然科学二等奖2项，国家技术发明二等奖1项，何梁何利科学与技术进步奖。 目錄： 第1章 半导体材料概论1 1.1 半导体材料的研究和发展历史2 1.2 半导体材料的基本性质3 1.2.1 半导体材料的分类4 1.2.2 半导体材料的基本电学特性5 1.2.3 半导体材料的材料结构特性7 1.3 半导体材料的应用和产业8 1.3.1 半导体材料在微电子产业的应用8 1.3.2 半导体材料在光电子产业的应用10 1.3.3 半导体材料在太阳能光伏产业的应用11 1.4 半导体材料的展望12 习题113 第2章 半导体材料物理基础14 2.1 载流子和能带14 2.1.1 载流子和电导率14 2.1.2 能带结构15 2.1.3 电子和空穴18 2.2 杂质和缺陷能级19 2.2.1 掺杂半导体材料19 2.2.2 杂质能级20 2.2.3 深能级22 2.2.4 缺陷能级23 2.3 热平衡状态下的载流子23 2.3.1 载流子的状态密度和统计分布24 2.3.2 本征半导体的载流子浓度27 2.3.3 掺杂半导体的载流子浓度和补偿28 2.4 非平衡少数载流子30 2.4.1 非平衡载流子的产生、复合和寿命30 2.4.2 非平衡载流子的扩散32 2.4.3 非平衡载流子在电场下的漂移和扩散33 2.5 PN结35 2.5.1 PN结的制备36 2.5.2 PN结的能带结构38 2.5.3 PN结的电流-电压特性39 2.6 金属-半导体接触和MIS结构41 2.6.1 金属-半导体接触41 2.6.2 欧姆接触43 2.6.3 MIS结构44 习题245 参考文献45 第3章 半导体材料晶体生长原理46 3.1 半导体晶体材料的生长方式46 3.2 晶体生长的热力学理论47 3.2.1 晶体生长的自由能和驱动力47 3.2.2 晶体生长的均匀成核50 3.2.3 晶体生长的非均匀成核52 3.3 晶体生长的动力学理论54 3.3.1 晶体生长单原子层界面模型54 3.3.2 晶体生长机制56 3.4 晶体的外形控制59 3.4.1 晶体外形和界面自由能的关系59 3.4.2 晶体外形和晶体生长界面的关系60 3.4.3 晶体外形和晶体生长方向的关系61 习题362 参考文献63 第4章 半导体材料晶体生长技术64 4.1 熔体生长技术64 4.1.1 直拉晶体生长技术64 4.1.2 布里奇曼晶体生长技术66 4.1.3 区熔晶体生长技术67 4.2 溶液生长技术69 4.2.1 溶液降温生长晶体技术70 4.2.2 溶液恒温蒸发生长晶体技术70 4.2.3 溶液温差水热生长晶体技术71 4.2.4 溶剂分凝（助溶剂法）生长晶体技术71 4.2.5 溶液液相外延生长晶体技术71 4.3 气相生长技术73 4.3.1 真空蒸发法74 4.3.2 升华法78 4.3.3 化学气相沉积法78 4.3.4 低维半导体材料的生长和制备81 习题484 参考文献84 第5章 元素半导体材料的基本性质86 5.1 硅材料86 5.1.1 硅的基本性质和应用86 5.1.2 硅的晶体结构88 5.1.3 硅的能带结构91 5.1.4 硅的电学性质93 5.1.5 硅的化学性质94 5.1.6 硅的光学性质95 5.1.7 硅的力学性质97 5.1.8 硅的热学性质99 5.2 锗材料的基本性质100 5.3 碳材料的基本性质103 习题5105 参考文献105 第6章 元素半导体材料的提纯和制备107 6.1 金属硅的制备107 6.2 高纯多晶硅的提纯和制备109 6.2.1 三氯氢硅工艺制备高纯多晶硅109 6.2.2 硅烷热分解工艺制备高纯多晶硅114 6.2.3 流化床工艺制备高纯多晶硅115 6.2.4 其他化学提纯工艺制备高纯多晶硅116 6.2.5 物理冶金工艺制备太阳能级多晶硅117 6.3 高纯锗半导体材料的提纯和制备120 6.3.1 锗半导体材料的应用120 6.3.2 金属锗的制备121 6.3.3 高纯锗的制备123 6.3.4 单晶锗的制备123 习题6124 参考文献124 第7章 区熔单晶硅的生长和制备125 7.1 分凝现象和分凝系数125 7.1.1 分凝现象和平衡分凝系数125 7.1.2 有效分凝系数127 7.1.3 正常凝固和杂质分布128 7.2 区熔晶体生长理论129 7.3 区熔单晶硅生长132 习题7136 参考文献137 第8章 直拉单晶硅的生长和制备138 8.1 直拉单晶硅的生长工艺138 8.1.1 直拉单晶硅生长的基本工艺139 8.1.2 直拉单晶硅生长的主要控制因素144 8.2 直拉单晶硅的新型生长工艺148 8.2.1 磁控直拉单晶硅生长工艺148 8.2.2 重复装料直拉单晶硅生长工艺149 8.2.3 连续加料直拉单晶硅生长工艺150 8.3 硅片加工工艺151 8.3.1 晶锭切断151 8.3.2 晶锭滚圆和切方152 8.3.3 晶锭切片152 8.3.4 硅片化学腐蚀154 8.3.5 硅片倒角155 8.3.6 硅片研磨155 8.3.7 硅片抛光155 习题8156 参考文献157 第9章 直拉单晶硅的杂质和缺陷159 9.1 直拉单晶硅的掺杂159 9.1.1 直拉单晶硅的掺杂剂159 9.1.2 直拉单晶硅的掺杂技术160 9.1.3 直拉单晶硅的掺杂量161 9.2 直拉单晶硅的杂质163 9.2.1 氧杂质163 9.2.2 碳杂质167 9.2.3 氮杂质169 9.2.4 锗杂质171 9.2.5 氢杂质173 9.2.6 金属杂质175 9.3 直拉单晶硅的缺陷177 9.3.1 单晶硅原生缺陷177 9.3.2 硅片加工诱生缺陷179 9.3.3 器件工艺诱生缺陷180 习题9182 参考文献183 第10章 硅薄膜半导体材料184 10.1 单晶硅薄膜半导体材料184 10.1.1 外延生长单晶硅薄膜185 10.1.2 外延单晶硅薄膜掺杂189 10.1.3 外延单晶硅薄膜的缺陷191 10.2 非晶硅薄膜半导体材料192 10.2.1 非晶硅薄膜材料的基本性质193 10.2.2 非晶硅薄膜材料的制备196 10.2.3 非晶硅薄膜材料中的氢杂质198 10.3 多晶硅薄膜半导体材料200 10.3.1 多晶硅薄膜的基本性质200 10.3.2 多晶硅薄膜的制备202 10.4 绝缘体上硅（SOI）薄膜半导体材料206 10.4.1 注氧隔离技术208 10.4.2 键合和反面腐蚀技术208 10.4.3 注氢智能切割技术209 10.5 锗硅（SiGe）薄膜半导体材料210 习题10212 参考文献212 第11章 Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料216 11.1 Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料的基本性质216 11.2 GaAs半导体材料的性质和应用219 11.3 GaAs半导体材料的制备222 11.3.1 布里奇曼法制备223 11.3.2 液封直拉法制备224 11.3.3 单晶GaAs薄膜的外延制备225 11.4 GaAs晶体的杂质和缺陷227 11.4.1 GaAs晶体的掺杂227 11.4.2 GaAs晶体的Si杂质228 11.4.3 GaAs晶体的缺陷229 11.5 GaN半导体材料的性质和应用230 11.6 GaN半导体材料的制备233 11.6.1 单晶GaN的制备233 11.6.2 单晶GaN薄膜的制备235 11.7 GaN晶体的杂质和缺陷236 11.7.1 GaN晶体的杂质236 11.7.2 GaN晶体的缺陷237 11.8 其他Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料240 11.8.1 InP半导体材料240 11.8.2 GaP半导体材料242 习题11243 参考文献243 第12章 Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体材料245 12.1 Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体材料的基本性质246 12.2 Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体材料的制备247 12.2.1 Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体晶体材料的制备248 12.2.2 Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体薄膜材料的制备251 12.2.3 Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体材料的缺陷253 12.3 CdTe半导体材料255 12.3.1 CdTe半导体材料的性质和应用255 12.3.2 CdTe半导体材料的制备257 12.3.3 CdTe半导体材料的缺陷259 12.4 其他Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体材料260 12.4.1 CdS半导体材料260 12.4.2 CuInGaSe半导体材料261 习题12263 参考文献263 第13章 氧化物半导体材料267 13.1 ZnO半导体材料267 13.1.1 ZnO半导体材料的基本性质268 13.1.2 ZnO半导体材料的器件及应用271 13.1.3 ZnO半导体材料的制备273 13.1.4 ZnO晶体的缺陷与杂质275 13.2 Ga2O3半导体材料280 13.2.1 Ga2O3半导体材料的基本性质280 13.2.2 Ga2O3半导体材料的器件及应用282 13.2.3 Ga2O3半导体材料的制备284 13.2.4 Ga2O3晶体的杂质和缺陷289 习题13293 参考文献294 第14章 Ⅳ-Ⅳ族化合物半导体材料299 14.1 SiC半导体材料的性质和应用299 14.1.1 晶体结构299 14.1.2 能带结构300 14.1.3 掺杂和载流子浓度302 14.1.4 迁移率303 14.1.5 光学性质303 14.1.6 其他性质304 14.1.7 应用305 14.2 SiC半导体材料的制备305 14.2.1 单晶SiC的制备305 14.2.2 SiC薄膜材料的制备308 14.3 SiC晶体的杂质和缺陷309 14.3.1 SiC晶体的掺杂309 14.3.2 SiC晶体的缺陷311 习题14313 参考文献314 第15章 有机半导体材料317 15.1 有机半导体材料的基本性质317 15.1.1 有机半导体材料的结构性质318 15.1.2 有机半导体材料的电学性质321 15.1.3 有机半导体材料的光学性质323 15.1.4 有机半导体材料的其他性质324 15.2 有机半导体材料的制备324 15.2.1 溶液法324 15.2.2 非溶液法326 15.3 有机半导体材料的器件应用327 15.3.1 有机半导体材料在发光器件中的应用327 15.3.2 有机半导体材料在光伏器件中的应用329 15.3.3 有机半导体材料在电子器件中的应用331 15.3.4 有机半导体材料在新型器件中的应用332 习题15333 参考文献333

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