半導體材料物理與技術

目錄
前言
第1章 概述 1
1.1 半導體材料 2
1.2 半導體材料物理與技術 4
1.2.1 半導體材料的物理基礎 4
1.2.2 半導體材料的物理性能 6
1.2.3 半導體材料的制備技術 8
1.3 半導體材料的應用 9
第2章 半導體材料的物理性能 17
2.1 晶體材料的原子結構 18
2.2 材料的成分參數(shù) 21
2.3 材料的宏觀結構特性 21
2.4 材料中電子的能帶結構 22
2.5 缺陷性能 33
2.5.1 點缺陷 33
2.5.2 線缺陷 34
2.5.3 面缺陷 36
2.5.4 界面缺陷 37
2.5.5 體缺陷 38
2.5.6 表面缺陷 38
2.6 表面與界面性能 39
2.7 電學性能 41
2.7.1 平衡態(tài)下材料的電學特性 42
2.7.2 外場作用下的材料電學特性 46
2.7.3 非平衡態(tài)下的材料電學特性 48
2.7.4 載流子的碰撞電離特性 52
2.7.5 壓電特性 52
2.8 光學性能 52
2.8.1 光在材料中的傳播特性 53
2.8.2 材料的光吸收特性 53
2.8.3 材料的輻射特性 55
2.8.4 材料表面的光散射特性 56
2.9 磁學性能 56
2.10 力學性能 57
2.11 材料性能的非均勻性 58
2.12 熱學與熱力學性能 58
2.12.1 熱學性能 58
2.12.2 相圖 59
2.12.3 缺陷化學理論及其相關的材料熱力學常數(shù) 64
2.12.4 材料中原子的擴散特性 65
第3章 半導體材料的生長 71
3.1 晶體生長的基礎理論 71
3.1.1 生長方式與驅動力 72
3.1.2 成核理論 73
3.1.3 生長速率和生長模式 75
3.1.4 平衡形態(tài)理論 78
3.1.5 生長過程中的傳輸理論 79
3.2 體晶材料的生長技術 82
3.2.1 布里奇曼法 83
3.2.2 區(qū)熔法 92
3.2.3 切克勞斯基法 94
3.2.4 物理氣相傳輸法 100
3.3 外延材料的生長技術 102
3.3.1 液相外延 104
3.3.2 分子束外延 110
3.3.3 金屬有機氣相沉積 123
3.3.4 其他一些氣相外延技術 130
3.4 低維材料生長技術簡介 132
第4章 半導體材料的熱處理 137
4.1 熱處理的基本原理 137
4.1.1 相平衡熱處理 137
4.1.2 非平衡熱處理 141
4.1.3 熱處理過程中原子運動的基本規(guī)律 141
4.2 熱處理工藝的實現(xiàn)方式 142
4.2.1 閉管熱處理 142
4.2.2 開管熱處理 143
4.2.3 快速降溫熱處理 146
4.2.4 快速熱處理 146
4.2.5 高低溫循環(huán)熱處理 147
4.2.6 高壓熱處理 147
4.2.7 多源熱處理 148
4.2.8 離子源熱處理 150
4.3 半導體材料熱處理的實際應用 151
4.3.1 本征點缺陷種類和濃度的調控 151
4.3.2 摻雜和雜質性質的調控 153
4.3.3 雜質濃度和位錯密度的降低 154
4.3.4 體缺陷尺寸的減小 154
4.3.5 化合物材料組分分布的調整 155
4.3.6 半導體材料界面特性的改善 156
4.3.7 材料的隔離？剝離和粘接 156
4.4 熱處理工藝的注意事項 156
第5章 半導體材料性能參數(shù)的測量 161
5.1 幾何結構特性的測量 162
5.2 光學性能的測量 164
5.2.1 透射光譜的測量 166
5.2.2 反射光譜的測量 168
5.2.3 橢圓偏振光譜的測量 169
5.2.4 散射光譜的測量 171
5.2.5 光熒光光譜的測量 172
5.2.6 陰極熒光光譜的測量 173
5.3 電學性能的測量 173
5.3.1 電阻率的測量 174
5.3.2 載流子特性的測量 177
5.3.3 表面光電壓測量技術 184
5.3.4 光電導衰退法測量技術 185
5.3.5 微波反射法測量技術 186
5.3.6 光束誘導或電子束誘導電流的測量 188
5.3.7 深能級瞬態(tài)譜的測量 189
5.3.8 角分辨光電子能譜的測量 192
5.3.9 界面電學特性的測量 194
5.4 缺陷性能的測量 196
5.4.1 化學腐蝕法 196
5.4.2 熱腐蝕法 200
5.4.3 散射光激光掃描成像法 200
5.4.4 透射顯微鏡成像法 200
5.4.5 熱波法測量技術 201
5.5 材料晶格特性的測量 202
5.5.1 晶向測定技術 202
5.5.2 X光衍射技術 203
5.5.3 反射式高能電子衍射技術 211
5.5.4 與晶格特性相關的材料宏觀性能參數(shù)的測量 213
5.6 顯微結構的測量 214
5.6.1 微分干涉相差顯微鏡 214
5.6.2 共聚焦顯微鏡 216
5.6.3 近場光學顯微鏡 217
5.6.4 掃描力顯微鏡 218
5.6.5 電子顯微鏡 219
5.6.6 場離子顯微鏡 223
5.7 原子成分和濃度的測量 224
5.7.1 基于原子價電子躍遷的特征光譜測量技術 225
5.7.2 基于原子內殼層電子躍遷的X射線特征光譜測量技術 227
5.7.3 基于被激發(fā)電子的能譜測量技術 228
5.7.4 基于質譜分析的測量技術 229
5.8 熱力學特性的測量 237
5.8.1 差熱分析法 237
5.8.2 差示掃描量熱法 238
5.8.3 絕熱量熱法 239
5.8.4 熱流法(或熱板法)239
5.8.5 激光閃射法 239
5.8.6 熱膨脹系數(shù)的測量 240
第6章 半導體材料制備工藝的基礎技術 243
6.1 半導體工藝中輔助材料的選用 243
6.2 半導體材料工藝中的凈化和純化工藝 246
6.2.1 水的純化 246
6.2.2 氣體的純化 247
6.2.3 環(huán)境的凈化 250
6.2.4 工藝所用材料和腔體的潔凈處理 253
6.3 半導體設備的真空技術 256
6.3.1 真空泵 257
6.3.2 真空部件 259
6.3.3 真空系統(tǒng) 264
6.3.4 真空度的測量 267
6.3.5 抽真空工藝 268
6.3.6 真空系統(tǒng)的檢漏 269
6.4 半導體工藝中的加熱技術 271
6.4.1 加熱 271
6.4.2 溫場的建立和控制 273
6.4.3 溫度的測量 275
6.4.4 溫度的控制 277
6.5 源材料的制備技術 279
6.5.1 提純技術 279
6.5.2 合成技術 283
6.6 半導體材料的加工工藝 285
6.6.1 晶體滾圓 285
6.6.2 晶錠切割 286
6.6.3 劃片與倒角 286
6.6.4 表面拋光 287
6.6.5 單點金剛石切削 290
6.6.6 剝離和粘接技術 290
6.7 其他與工藝相關的輔助性技術 294