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译者序1

前言1

标准符号1

第一章 薄膜淀积和层状结构1

1.0 引言1

1.1 在电子器件中的应用1

1.2 淀积和生长2

1.3 表面6

1.4 晶体学及其标志法8

1.4.1 晶体结构9

1.4.2 晶向和晶面12

1.4.3 表面结构13

1.4.4 多晶和非晶层14

1.5 层状结构16

1.5.1 外延16

1.5.2 硅化物17

1.5.3 稳定性与亚稳性17

1.6 结论19

参考文献20

习题21

第二章 表面能24

2.0 基本概念24

2.1 结合能和原子间的互作用势能25

2.2 表面能和潜热29

2.3 表面张力30

2.4 用毛细效应测量液体的表面能33

2.5 用零蠕变法测量固体的表面能37

2.6 表面能分类41

2.7 表面能的大小43

2.7.1 热力学计算方法43

2.7.2 力学计算方法44

2.7.3 原子计算方法46

参考文献48

习题49

第三章 固体中的扩散52

3.0 基本概念52

3.1 跳跃频率和扩散通量54

3.2 化学势和驱动力56

3.3 菲克第一定律59

3.4 非线性扩散61

3.5 连续性方程(菲克第二定律)63

3.6 扩散方程的解65

3.7 扩散系数68

3.8 扩散系数的计算70

3.9 原子振动频率74

3.10 激活焓77

3.11 指数前因子78

3.12 表面扩散82

参考文献84

习题84

第四章 薄膜中的应力87

4.0 引言：固体的理论强度87

4.1 弹性应力-应变关系89

4.2 应变能91

4.3 薄膜中应力的起源93

4.4 薄膜中的双轴应力94

4.5 存在应力的固体中的化学势99

4.6 扩散蠕变(Nabarro-Herring方程)102

4.7 失配位错的弹性能106

参考文献109

习题110

第五章 表面动力学过程112

5.0 引言112

5.1 表面原子113

5.2 原子团上的汽相压力115

5.3 原子团的“熟化”生长机制119

5.4 原子团生长的激活能124

5.5 原子团的聚合生长机制126

5.6 带有图形结构表面的质量迁移128

5.7 表面台阶成核模型135

参考文献141

习题142

第六章 Si和GaAs单晶薄膜的同质外延生长145

6.0 引言145

6.1 生长技术145

6.2 基本概念148

6.2.1 固-气平衡148

6.2.2 表面扩散和结合能149

6.2.4 气压150

6.2.3 表面扩散路径长度150

6.2.5 超饱和度151

6.2.6 表面特征能量151

6.2.7 表面台阶152

6.2.8 表面台阶的固有密度153

6.3 同质外延的生长模式154

6.4 高温外延：台阶媒体生长模式159

6.4.1 表面原子密度159

6.4.2 表面台阶的周期排列160

6.4.3 生长速率161

6.5 MBE中的台阶周期性163

6.6 低温外延163

6.7 GaAs外延生长：MBE和MOCVD165

6.8 半导体结和电势171

6.9 直接和间接带隙能带结构175

参考文献177

习题178

第七章 异质外延生长和超晶格结构181

7.0 引言181

7.1 晶格常数和能隙183

7.2 晶格失配系统的结构186

7.3 异质外延层中的应变能189

7.4 应变层的稳定性191

7.5 位错能195

7.6 临界厚度197

7.7 约化应变202

7.8 应变与四方畸变203

7.9 应变的测量206

7.10 超晶格结构209

7.11 应变层超晶格212

7.12 插入位错215

参考文献218

习题219

第八章 异质结、量子阱和超晶格结构中的电学和光学特性225

8.0 引言：材料设计225

8.1 异质结构能带图226

8.2 二维结构中的电子态230

8.2.1 单势阱中的电子231

8.2.2 二维能态密度232

8.3 激子233

8.4 光子的发射和输运237

8.4.1 异质结光发射二极管238

8.4.2 激光二极管240

8.4.3 布喇格反射器超晶格241

8.4.4 边缘和表面发射激光器245

8.5 电子输运247

8.5.1 异质结双极型晶体管(HBT)247

8.5.2 掺杂：控制和调制249

8.5.3 异质结构中的电子限制250

参考文献253

习题255

第九章 肖特基势垒和界面势258

9.0 引言258

9.1.1 功函数与电子亲和势261

9.1 金属-半导体接触261

9.1.2 能带弯曲与耗尽区262

9.2 肖特基势垒特性264

9.3 肖特基势垒测量266

9.3.1 热离子发射与电流-电压技术266

9.3.2 电容-电压与光响应技术272

9.4 表面态、损伤及并联接触对肖特基势垒的影响274

9.5 欧姆接触279

参考文献281

专题参考文献282

习题283

第十章 固相非晶化、晶化及外延285

10.0 引言285

10.1 亚稳态286

10.2 固相非晶化290

10.3 固相晶化与Avrami方程296

10.4 非晶薄膜晶化的测量303

10.5 成核过程的临界核及界面能的计算308

10.6 固相外延(无媒体)310

10.7 固相外延(有媒体)316

参考文献320

习题321

第十一章 互扩散323

11.0 引言323

11.1 形成固溶体的互扩散324

11.2 Kirkendall效应327

11.3 Boltzmann-Matano分析328

11.4 互扩散系数330

11.5 Darken分析法332

11.6 形成金属间化合物的互扩散335

11.7 层状化合物生长的分析338

11.8 初相形成的预测341

参考文献342

习题342

第十二章 薄膜反应346

12.0 在体偶和薄膜中化合物的形成346

12.1 薄膜反应：扩散和反应控制351

12.2 层状化合物的生长356

12.3 两层化合物的生长362

12.4 横向扩散偶371

12.5 动力学参数及测量374

12.6 借助恒速变温的动力学分析377

参考文献379

习题380

第十三章 晶粒间界扩散382

13.0 引言382

13.1 晶粒间界扩散与体扩散的比较384

13.2 晶粒间界扩散的Fisher分析法387

13.3 晶粒间界扩散的Whipple分析法392

13.4 在小角晶粒间界中的扩散397

13.5 扩散导生的晶粒间界运动399

参考文献401

习题402

14.0 引言404

第十四章 金属中的电迁移404

14.1 电迁移的驱动力405

14.2 有效电荷数的计算409

14.3 电迁移中的应力效应(不可逆过程)411

14.4 电迁移的测量414

14.5 金属超细线条中的电迁移416

参考文献417

习题418

第十五章 薄膜中的貌相改变420

15.0 引言420

15.1 晶粒生长420

15.2 小丘生长425

15.3 细线条中的空洞形成430

15.4 硅衬底中铝浸入形成小坑434

15.5 AgPd合金电极的腐蚀435

参考文献441

习题441

附录A 麦克斯韦速度分布函数444

附录B 热力学函数449

附录C 固体中的缺陷浓度453

附录D SiMBE中平台尺寸分布455

附录E 弹性常数、弹性常数表以及单位换算460

部分习题答案467

用于电子材料的某些元素的物理性质499

物理常数及其换算500

Si、Ge、GaAs和SiO2的性质(300K)501

元素周期表502