在数字时代飞速迭代的今天，半导体材料早已渗透人类生产生活的方方面面，成为支撑电子、能源、医疗、物联网等诸多产业发展的核心基石。从日常使用的智能手机、电脑，到高端芯片、航天设备、新能源系统，几乎所有电子器件的正常运转都离不开半导体的支撑。当前，全球芯片短缺问题持续影响产业链供应链稳定，半导体技术的突破与创新成为各国科技竞争的焦点，也让行业对系统、全面的半导体知识需求愈发迫切。在此背景下，《半导体手册：基础原理与新兴应用》应运而生，成为半导体领域从业者与研究者不可或缺的权威参考读物。
本书由匹兹堡州立大学国家材料先进研究所化学系拉姆·K.古普塔（Ram K.Gupta）教授牵头，联合半导体相关领域多位专家共同撰写，汇聚了全球半导体研究与应用的最新成果，兼具专业性、系统性与前沿性。不同于单一聚焦某一细分领域的专著，本书以“基础引领、应用导向、前沿展望”为核心，构建了覆盖半导体全领域的完整知识体系，既适合深耕行业多年的资深从业者查漏补缺，也能为刚踏入该领域的研究者提供清晰的学习路径。
全书结构严谨、层次清晰，共28章，全面覆盖半导体领域的核心内容与新兴方向。开篇以半导体导论为切入点，系统讲解半导体掺杂、PN结等基础概念，为读者搭建扎实的理论框架；随后深入探讨稀磁半导体、宽禁带半导体、有机半导体等不同类型半导体的性质、制备方法及调控技术，详解掺杂工艺对半导体性能的影响，破解半导体材料性能优化的核心难题。书中对半导体器件的讲解尤为全面，从光电二极管、激光器、发光二极管，到晶体管、存储器、传感器，逐一剖析其工作原理、制造工艺、关键参数及应用场景，让读者清晰掌握各类半导体器件的核心技术要点。
在兼顾基础理论的同时，本书高度聚焦产业前沿与实际应用，凸显知识的实用性与前瞻性。书中专门设置章节，探讨半导体中的纳米技术、先进低维半导体的研发加工、微处理器的前沿趋势等热点领域，深入分析新兴半导体材料在未来器件中的应用潜力及面临的挑战。此外，本书还重点介绍了半导体在电化学能源、太阳能电池、水分解、废水处理、柔性电池等能源与环境领域的应用，紧扣产业发展需求，为从业者提供了广阔的技术视野与实践思路。
值得一提的是，本书对半导体电荷传输机制、光电化学特性、透明导体应用等关键技术点的讲解深入浅出，既融入了严谨的理论分析，也结合了最新的实验研究与工业实践，实现了理论与应用的有机结合。同时，书中对半导体行业现状、最新进展、面临的障碍及未来前景进行了系统梳理，为研究者把握行业发展趋势、找准研究方向提供了重要参考。
当前，半导体技术正处于快速迭代期，新型半导体材料、先进制造工艺不断涌现，行业对专业人才与系统知识的需求日益增长。《半导体手册：基础原理与新兴应用》集权威性、系统性、前沿性与实用性于一体，不仅是半导体相关领域从业者、研究者的必备工具书，也能为高校相关专业师生提供全面的知识参考。
深耕半导体领域，方能洞见产业未来。相信这本凝聚了多位专家智慧的手册，将为每一位读者搭建起通往半导体技术前沿的桥梁，助力从业者攻克技术难题、提升专业能力，推动我国半导体产业高质量发展，在全球科技竞争中抢占先机。

本书提供了关于传统和新兴半导体材料的最新知识，包括它们对应的芯片加工和微处理器制造工艺。本书还详细介绍了许多半导体器件的基本原理和工作方式，以及它们在现代电子学中的作用，并探讨了新兴半导体在未来器件中的重要性。全书共有28章，包括稀磁半导体、半导体类型及其性质、宽禁带半导体、掺杂方法及其影响、半导体器件中的新兴材料、有机半导体器件、应用于电化学能源的有机半导体、半导体中的纳米技术、先进低维半导体的研发与加工、微处理器基础与前沿概念、半导体光探测器的原理和前沿进展、半导体光电化学、半导体光电二极管、太阳能电池用半导体、半导体激光器、发光二极管、晶体管、非易失性存储器件、半导体传感器、半导体基铁电体等。
本书适合半导体相关领域的从业者和研究人员阅读参考。

拉姆.Ｋ.古普塔是匹兹堡州立大学的副校长助理兼化学教授，负责研究和支持事务。古普塔博士近期被斯坦福大学评为全球前2%的顶尖科学家。在加入匹兹堡州立大学之前，他曾在密苏里州立大学斯普林菲尔德分校担任助理研究教授，随后在北卡罗来纳农工州立大学格林斯伯勒分校担任高级研究科学家。古普塔博士的研究涵盖了当前和未来社会需求的关键领域，包括半导体材料和器件、生物聚合物、阻燃聚合物、绿色能源生产与储存（纳米结构材料和导电聚合物）、电催化剂、光电子和光伏器件、用于传感器的有机无机异质结、纳米磁学、用于组织再生的生物兼容性纳米纤维、支架和抗菌应用以及可生物降解的金属植入物。古普塔博士已发表超过290篇同行评审的期刊文章，在全球进行了超过420多场演讲，主持/组织了多场相关会议，撰写了多本书籍章节（100+），担任多本书籍（50+）的编辑，并从外部机构获得了数百万美元的研究和教育活动经。他目前还担任各种期刊的编辑、副编辑、客座编辑和编委会成员。

前言
第1章 半导体：导论
1.1引言
1.2半导体掺杂
1.3PN结和半导体器件
1.4半导体的新兴应用
1.5挑战与未来展望
第2章 稀磁半导体
2.1引言
2.2DMS 实验研究
2.3稀磁半导体的理论研究
第3章 半导体类型及其性质
3.1引言
3.2半导体基础：揭示原子结构和能带理论
3.3半导体类型及其性质
3.4带隙：导电性的调节
3.5结论
第4章 宽禁带半导体制备、可调性质及应用
4.1引言
4.2宽禁带半导体材料的技术意义
4.3氧化锌、氧化锡和硫化镉——典型WBS材料
4.4氧化锌（ZnO）、二氧化锡（SnO2）和硫化镉（CdS）的重要性质
4.5宽禁带半导体的制备
4.6宽禁带半导体材料的可调性质
4.7宽禁带半导体材料的应用
第5章 掺杂方法及其影响
5.1引言
5.2半导体材料
5.3掺杂对半导体性质的影响
5.4先进的掺杂技术
5.5不同掺杂工艺概述：优缺点对比
5.6半导体技术的未来
5.7总结
第6章 半导体器件中的新兴材料
目录半导体手册：基础原理与新兴应用
6.1引言
6.2传统半导体材料
6.3新兴材料概述
6.4新兴材料的表征技术
6.5半导体器件中的新兴材料
6.6合成、现代器件制造技术与集成挑战
6.7性能和未来展望
6.8结论
第7章 有机半导体器件：材料与技术
7.1引言
7.2结构性质
7.3有机半导体中的电荷传输
7.4有机半导体器件的制造
7.5有机半导体器件的特征
7.6应用
7.7挑战
7.8结论
第8章 应用于电化学能源的有机半导体
8.1引言
8.2有机半导体的合成与表征
8.3有机半导体在电化学能源中的应用
8.4结论与展望
第9章 半导体中的纳米技术：纳米尺度和薄膜结构的作用
9.1纳米技术与半导体简介
9.2纳米结构半导体
9.3半导体中的纳米技术的挑战
第10章 先进低维半导体的研发与加工
10.1引言
10.2传统半导体材料和工艺
10.3低维半导体及工艺
10.4结论
第11章 微处理器基础与前沿概念
11.1引言
11.2简史
11.3先进处理器的新兴趋势和未来发展方向
11.4更小特征尺寸和更高性能带来的影响
11.5认识节能设计
11.6前沿技术的应用
11.7结论
第12章 半导体光电探测器的原理和前沿进展
12.1引言
12.2光电探测器的性能参数
12.3半导体光电探测器的工作机制及其进展
12.4结论
第13章 半导体光电化学
13.1引言
13.2半导体材料中电子/空穴（还原剂/氧化剂）的能带结构和能量图：物理化学视角和导电类型
13.3电化学和光氧化还原系统中的半导体
13.4pn结及其在光电化学现象和电荷分离中的重要性
13.5光电压和光电流响应及半导体类型识别
13.6通过MottSchottky法识别半导体类型
13.7对半导体光电极施加法拉第与静电偏压的影响和电能消耗
13.8半导体光电化学系统的类型及其应用
第14章 透明导体用半导体
14.1引言
14.2透明导电氧化物（TCO）的电子结构
14.3TCO的制备方法
14.4TCO与多层透明电极
14.5TCO的应用
14.6结论
第15章 半导体光电二极管
15.1光电二极管简介
15.2光电探测原理和光电二极管的工作原理
15.3光电二极管的材料、结构、制造和测试
15.4光电二极管的关键参数
15.5光电二极管的类型
15.6光电二极管的应用
15.7光电二极管技术的新兴趋势
第16章 太阳能电池用半导体
16.1引言
16.2太阳能光伏电池的工作原理
16.3太阳能电池中涉及的半导体基础知识
16.4薄膜太阳能电池（TFSC）材料综述
16.5太阳能电池技术的分类
16.6太阳能电池的性能参数
16.7新兴太阳能技术的发展前景
16.8结论
第17章 半导体激光器
17.1引言
17.2VCSEL
17.3半导体WGM微腔激光器
17.4量子级联激光器
17.5集成半导体激光器
第18章 发光二极管
18.1研究背景和动机
18.2LED的历史与发明
18.3LED的功能
18.4使用LED时需要考虑的因素
18.5类型
18.6优势
18.7劣势
18.8LED的应用
18.9研究和开发
18.10结论
第19章 晶体管：高级逻辑器件（随机存取存储器、忆阻器、门电路）
19.1超越摩尔定律的存储和计算技术简介
19.2随机存取内存（Random Access Memory，RAM）
19.3忆阻器
19.4门晶体管
19.5结论
第20章 非易失性存储器
20.1引言
20.2非易失性存储器设备的演变：历史概览
20.3非易失性存储器的类型
20.4应用
20.5现状与未来展望
第21章 半导体传感器
21.1引言
21.2基于金属有机框架衍生半导体的气体传感器
21.3纳米结构半导体传感器
21.4无机半导体在光电化学传感器中的应用
21.5纳米线和2D半导体传感器应用
21.6基于半导体的重金属传感器的应用
21.7基于聚合物半导体柔性传感器的应用
21.8超灵敏且具选择性的2D混合半导体生物传感器
21.9半导体传感器在未来的生物医学领域的应用
第22章 半导体基铁电体
22.1引言
22.2铁电体的分类
22.3铁电体的唯象行为分子铁电体理论
22.4二维铁电体
22.5应用
22.6结论与展望
第23章 半导体在能源设备中的应用
23.1引言
23.2电力产生
23.3能源存储系统
23.4电子与光电子器件
23.5传感器
23.6物联网应用
23.7医学与生物系统
23.8环境修复
23.9结论
第24章 半导体在未来柔性电池中的应用
24.1引言
24.2电池技术中的半导体材料
24.3有机半导体材料在电池技术中的应用
24.4有机电致变色材料
24.5用于超级电容器的有机无机复合材料
24.6结论
第25章 半导体材料在水分解中的应用
25.1引言
25.2结果与讨论
25.3结论与展望
第26章 用于光辅助水分解的氧化铜基半导体材料
26.1引言
26.2氧化亚铜的应用
26.3制备铜氧化物半导体的常见合成方法
26.4提高PEC性能的方法
26.5结论
第27章 半导体材料在废水处理中的作用
27.1引言
27.2半导体光催化剂
27.3合成技术
27.4结论
第28章 半导体行业的未来
28.1引言
28.2半导体行业现状概述
28.3半导体行业的最新进展
28.4半导体效率提升技术
28.5半导体应用
28.6半导体行业的障碍和挑战
28.7半导体行业前景
28.8结论性评述

半导体材料在许多行业中占据主导地位，几乎所有的电子器件中均使用半导体材料。当前芯片短缺及其对全球经济的影响备受多国关注。半导体材料具有独特且可调节的电学、光学和电子特性，除了这些特性外，它们还具备高耐热性、机械稳定性和环境稳定性。除了传统的硅基半导体外，许多新兴半导体正被考虑用于芯片和微电子制造。通过掺杂调控、薄膜结构设计以及异质结构建，还可以进一步改善其性能。为了更好地发挥半导体材料的性能，对半导体中电荷传输机制的理解至关重要。
本书提供了半导体材料的最新知识，包括半导体材料的基础知识、对应的器件制造工序，以及半导体材料在电子设备、芯片和微处理器中的应用。本书也介绍了半导体器件的基础工作原理，以及它们在现代电子学中的作用。本书还探讨了新兴半导体在未来器件中的重要性及面临的挑战。本书由相关领域的专家共同撰写完成。

拉姆·K.古普塔（Ram K.Gupta）教授
匹兹堡州立大学国家材料先进研究所化学系
美国堪萨斯州匹兹堡市