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第1篇 概论1

第1章 信息功能材料在信息技术中的战略地位3

第2章 信息功能材料的发展现状和趋势4

1半导体硅材料4

1.1硅材料的发展现状4

1.2发展趋势4

1.3我国硅材料的发展现状与趋势5

1.4半导体集成电路的发展——从晶体管到集成电路简述6

1.5微纳米加工技术简介6

2硅基异质结构材料7

2.1 GeSi／Si材料7

2.2硅基Ⅲ～Ⅴ族材料8

2.3硅基发光材料8

2.4硅基激光器研究取得重要进展8

2.5硅基氮化镓发光材料和器件8

3 GaAs和InP基Ⅲ～Ⅴ族化合物半导体材料8

3.1 GaAs和Inp单晶材料9

3.2 GaAs和InP基超晶格、量子阱材料与器件9

3.3一维量子线、零维量子点材料13

4宽带隙半导体材料15

4.1 GaN基异质外延材料15

4.2碳化硅（SiC）和氧化锌（ZnO）材料15

4.3单晶金刚石薄膜研究进展15

4.4宽带隙半导体材料研究存在的问题16

5光纤和光纤传感材料16

5.1通信光纤的发展历史和应用现状16

5.2光纤通信技术的发展趋势16

5.3我国光纤产业的发展现状17

5.4光纤传感技术的发展现状与趋势18

6信息存储材料和器件18

6.1信息存储材料与器件的发展现状18

6.2信息存储材料的发展趋势19

7发光与显示材料与技术20

7.1发光材料20

7.2显示材料与技术20

8信息获取相关材料与器件21

8.1探测器材料与器件21

8.2半导体传感器材料的发展现状与趋势22

9全固态激光材料和器件23

10光子晶体和左手材料23

10.1光子晶体的研究现状与发展趋势23

10.2左手材料的研究现状与发展趋势24

11超导电子学器件和量子信息材料24

11.1超导材料与超导电子学器件的应用简介24

11.2固态量子比特构筑和量子信息25

12我国信息功能材料的研究现状和发展趋势26

12.1我国信息功能材料的研究现状26

12.2信息功能材料与技术的发展趋势27

参考文献28

第2篇 半导体硅材料29

第1章 概述31

1硅材料的研究和应用31

1.1硅材料的研究和开发31

1.2集成电路用硅单晶32

1.3太阳电池用硅材料32

1.4光电子用硅材料33

2硅材料的晶体结构34

3硅材料的基本性质36

3.1硅材料的基本物理性质36

3.2硅材料的基本化学性质36

3.3硅材料的电学性质37

第2章 硅单晶的制备39

1高纯多晶硅的制备39

1.1冶金级硅的制备39

1.2 SIMENS方法（SiHCL3法）制造多晶硅40

1.3 ASiMi方法（SiH4法）制造多晶硅40

1.4粒状多晶硅的制造技术41

2单晶硅的生长41

2.1硅单晶的区熔生长41

2.2硅单晶的直拉生长42

3硅的外延生长51

3.1外延的化学反应52

3.2掺杂53

3.3外延工艺过程53

3.4自掺杂54

3.5缺陷的产生和消除54

3.6图形漂移和变形54

3.7外延沉积设备55

3.8低温硅外延55

4绝缘体上的硅（SOI）57

4.1 SIMOX工艺57

4.2智能剥离工艺（Smart CutTM process）58

4.3智能剥离工艺的改良59

4.4应变SOI结构59

第3章 硅晶体的力学性能60

1单晶硅的力学及传热学常数60

2硅单晶的断裂61

2.1硅单晶的晶向对断裂的影响61

2.2样品形貌对断裂的影响62

2.3杂质对硅单晶断裂的影响62

3硅单晶的塑性变形63

3.1硅单晶的脆塑转变63

3.2硅单晶的塑性变形63

3.3掺杂效应65

4器件工艺中的热应力及硅片翘曲66

4.1硅片热应力分布的影响因素66

4.2硅片热处理中的热应力分布67

第4章 硅晶体表面性质69

1硅晶体的表面69

2硅的表面态及表面原子结构71

2.1硅的表面态71

2.2硅的表面原子结构71

3硅／二氧化硅的界面性质73

4硅的表面钝化73

4.1二氧化硅74

4.2氮化硅74

4.3氧化铝75

4.4非晶硅钝化工艺75

4.5氢钝化75

第5章 硅晶体的腐蚀76

1单晶硅的各向异性腐蚀76

1.1 KOH系76

1.2 TWAH系77

1.3 EDP系77

1.4单晶硅各向异性腐蚀的原因78

2单晶硅的各向同性腐蚀78

3硅单晶缺陷的腐蚀和显示78

4硅单晶的干法腐蚀79

4.1纯气相腐蚀法79

4.2溅射刻蚀法和离子束铣蚀法80

4.3化学等离子刻蚀法和反应离子刻蚀法80

4.4反应离子束法84

4.5激光辅助刻蚀法84

第6章 硅晶片的加工工艺86

1切断和滚圆86

2切片和倒角87

3研磨和腐蚀88

4硅片的抛光89

5硅片的化学清洗90

5.1硅片的沾污来源及沾污类型90

5.2硅片的清洗原则90

5.3硅片的清洗工艺90

6检验包装91

第7章 硅单晶的缺陷93

1硅单晶中的点缺陷93

1.1点缺陷的基本性质93

1.2点缺陷在硅晶体生长过程中的运动93

2硅单晶中的原生缺陷94

2.1原生缺陷的类型94

2.2空洞型缺陷的形成95

2.3 Void的控制97

3硅单晶中的位错97

4硅单晶的氧化诱生层错98

4.1 OSF的形成机制和长大规律98

4.2 OSF的收缩99

4.3 OSF的形貌99

4.4环状OSF100

5硅单晶的工艺诱生缺陷100

5.1热应力引入的位错100

5.2机械损伤引入的位错100

6硅单晶的辐照缺陷101

第8章 硅单晶中的轻元素杂质103

1硅单晶中的氧杂质103

1.1硅单晶中氧的基本性质103

1.2硅单晶中氧浓度的控制105

1.3硅单晶中的氧施主105

1.4硅单晶中的氧沉淀106

1.5硅晶体的内吸杂工艺108

2硅单晶中的碳杂质109

2.1硅单晶中碳的基本性质109

2.2硅单晶中碳对氧沉淀和氧施主的作用110

3硅单晶中的氮杂质111

3.1硅单晶中氮的基本性质111

3.2硅单晶中氮对微缺陷的作用112

3.3硅单晶中氮对机械强度的作用112

3.4硅单晶中氮对氧沉淀、氧施主和内吸杂的作用113

3.5硅单晶中氮-氧复合体113

4硅单晶中的氢杂质114

4.1硅单晶中氢的基本性质114

4.2硅单晶中氢和氧的作用114

4.3硅单晶中氢对电活性缺陷的钝化作用115

第9章 硅单晶中的过渡族金属杂质和吸杂116

1过渡族金属在硅中的固溶度116

2过渡族金属在硅中的扩散117

3金属复合体118

4金属沉淀118

5硅中过渡族金属对材料电学性能的影响120

6硅中过渡族金属的吸杂原理122

6.1松弛吸杂机理122

6.2分凝吸杂机理122

7硅中过渡族金属的吸杂工艺122

7.1内吸杂工艺122

7.2外吸杂工艺122

7.3短程吸杂123

第10章 其他硅材料124

1铸造多晶硅124

1.1铸造多晶硅的研究和开发124

1.2铸造多晶硅的制备124

1.3铸造多晶硅的缺陷和杂质127

2非晶硅薄膜130

2.1非晶硅薄膜的研究和开发130

2.2非晶硅薄膜的基本性质131

2.3非晶硅薄膜的制备131

2.4非晶硅薄膜的缺陷及钝化132

3多晶硅薄膜132

3.1多晶硅薄膜的特点132

3.2多晶硅薄膜的制备133

第11章 硅材料的发光136

1硅材料的光学特性136

2硅单晶中复合与发光137

3硅中等电子中心和稀土铒的发光138

3.1硅中等电子杂质（复合体）的发光138

3.2稀土铒的发光139

4硅中的缺陷发光140

5多孔硅的发光141

5.1多孔硅的制备141

5.2多孔硅光致发光机理142

5.3热处理对多孔硅发光特性的影响142

5.4多孔硅及其复合体系的发光特性142

6纳米硅的发光143

6.1纳米晶硅嵌入SiO2结构的制备144

6.2纳米晶硅嵌入SiO2结构发光机理144

6.3纳米晶硅嵌入SiO2结构的光致发光及其光增益144

参考文献146

第3篇 集成电路制造技术149

第1章 集成电路设计技术151

1集成电路设计技术概述151

1.1集成电路设计151

1.2集成电路设计的发展历程151

1.3集成电路设计的分类151

1.4集成电路设计的方法学152

2 CMOS数字集成电路设计技术152

2.1 CMOS基本数字单元152

2.2 CMOS数字集成电路设计流程155

2.3硬件描述语言155

2.4 CMOS数字集成电路的版图设计156

3 CMOS模拟集成设计技术157

3.1基本CMOS模拟电路157

3.2模拟电路设计流程158

4 IP及SOC设计158

4.1 SOC系统集成芯片158

4.2 SOC芯片的设计模式158

4.3 SOC芯片设计的技术优势159

4.4 IP知识产权模块159

4.5基于IP的SOC芯片设计160

4.6 IP模块连接与芯片总线160

4.7芯片的验证与测试161

4.8 SOC设计展望161

5集成电路设计的发展趋势161

5.1 SOC （system on Chip）和SIP（System in package）161

5.2 C／C＋＋等高级语言引入到IC系统级设计161

5.3混合信号系统设计162

第2章 微细加工技术163

1光学曝光技术163

1.1接触式曝光技术和接近式曝光技术163

1.2光学投影成像曝光技术163

1.3 193 nm光刻技术164

1.4光掩模制造技术165

2电子束曝光技术166

2.1电子束曝光系统概述166

2.2电子束曝光系统的基本结构167

2.3电子散射与邻近效应167

2.4电子束曝光技术的最新进展169

3极紫外光刻技术169

3.1极紫外光刻技术的光源170

3.2极紫外光刻技术的成像系统170

3.3极紫外光刻技术的光刻掩模171

3.4极紫外光刻技术展望171

4刻蚀技术171

4.1湿法腐蚀技术171

4.2干法刻蚀技术171

4.3反应离子刻蚀172

4.4感应耦合等离子刻蚀技术172

5其他微细加工技术173

5.1聚焦离子束技术173

5.2压印图形转移技术175

6微细加工技术面临的挑战176

第3章 集成电路工艺技术177

1集成电路生产环境净化技术177

1.1沾污的类型177

1.2沾污的来源与控制177

2化学清洗技术178

2.1沾污杂质的种类178

2.2硅片清洗的顺序178

2.3有机溶剂的去污作用178

2.4无机试剂的去污作用178

2.5湿法清洗设备179

3氧化和热处理技术179

3.1二氧化硅的结构及性质179

3.2硅的热氧化180

3.3热处理181

3.4高温系统182

4掺杂技术183

4.1扩散技术184

4.2离子注入技术185

5薄膜淀积技术187

5.1薄膜特性187

5.2膜淀积技术188

5.3外延191

6金属化技术192

6.1金属类型192

6.2金属淀积系统194

第4章 CMOS器件及电路制造技术196

1 MOS器件的物理基础196

1.1 MOSFET的基本结构、工作原理及基本类型196

1.2 MOSFET的特性和基本参数198

1.3 CMOS器件中的短沟道效应及其他寄生效应202

1.4 MOSFET器件尺寸的等比例缩小规律204

1.5常规MOSFET的设计原则205

2现代深亚微米和超深亚微米CMOS器件结构以及器件物理207

2.1早期的CMOS器件结构207

2.2现代CMOS器件结构207

2.3体硅CMOS器件中的闩锁效应208

2.4 CMOS器件进一步缩小面临的挑战和机遇209

3 CMOS集成电路典型的工艺模块211

3.1阱工艺结构211

3.2薄栅氧化211

3.3非均匀沟道掺杂211

3.4栅电极材料211

3.5源漏工程与浅结形成212

3.6难熔金属自对准硅化物212

4 CMOS电路的工艺集成213

4.1 CMOS工艺集成技术的类型213

4.2深亚微米CMOS工艺流程213

4.3 MOS存储器技术214

5 CMOS集成技术的发展214

第5章 双极型器件及电路制造技术216

1双极型半导体器件的结构和物理216

1.1双极型半导体器件的性质216

1.2晶体三极管的伏安特性曲线217

1.3 pn结二极管220

1.4 NPN高频双极晶体管220

1.5模拟集成电路中的PNP管220

1.6集成电路中的无源器件220

1.7双极集成电路中的基本电路221

2双极集成电路制造技术223

2.1 pn结隔离的NPN器件结构223

2.2埋层和外延层的设计和制备223

2.3基区和发射区的形成224

2.4工艺集成224

3先进的双极集成电路制造技术224

3.1沟槽介质隔离224

3.2多晶硅发射极工艺技术225

3.3双层多晶硅自对准工艺226

3.4多晶硅的原位掺杂技术226

3.5异质结双极晶体管（HBT）226

4 BiCMOS集成电路227

4.1 BiCMOS集成电路介绍227

4.2 BiCMOS集成电路的制造工艺技术228

4.3 BiCMOS集成技术在数模混合电路和系统集成中的应用230

5双极技术的展望231

第6章 半导体功率器件及电路232

1巨型晶体管（GTR）233

1.1功率晶体管（单管）GTR233

1.2达林顿晶体管233

1.3 GTR的设计234

1.4 GTR的终端结构设计235

2功率场效应晶体管235

2.1 VDMOS的基本结构235

2.2 VDMOS的基本工作原理236

2.3 VDMOS的主要参数236

2.4 VDMOS的设计236

3绝缘栅双极晶体管（IGBT）238

3.1 IGBT的主要工作原理238

3.2 IGBT的基本结构238

3.3 IGBT的开关特性238

3.4 IGBT的闩锁效应239

3.5 IGBT的设计239

4其他功率器件240

4.1 UMOS240

4.2 LDMOS240

4.3静电感应晶体管（SIT）241

4.4功率集成技术242

4.5 VDMOS、 IGBT的新发展243

第7章 化合物半导体器件和电路244

1化合物半导体器件结构和器件物理244

1.1 GaAs MESFET244

1.2 GaAs HEMT245

1.3 GaAs HBT246

1.4无源器件249

2化合物半导体工艺技术250

2.1刻蚀技术250

2.2隔离方法251

2.3欧姆接触251

2.4肖特基势垒252

2.5金属化和剥离工艺252

2.6空气桥与接地253

2.7背面减薄254

3 GaAs集成电路255

3.1 MMIC简要介绍255

3.2实用电路举例255

4先进的化合物半导体器件258

4.1 InP基器件258

4.2 GaN电子器件的原理和发展趋势259

4.3 SiC电子器件的原理和发展趋势259

第8章 集成电路的封装技术261

1集成电路封装的发展历程及趋势261

2传统的集成电路封装技术262

2.1常用的封装类型及应用范围262

2.2引线键合是关键264

2.3质量稳定可靠的秘诀264

2.4环境与静电对集成电路封装过程的影响265

3倒装焊技术266

3.1倒装焊技术的特点和优势266

3.2倒装焊技术的分类267

3.3倒装芯片的焊接方式269

3.4倒装焊工艺的芯片填充技术270

3.5焊点的质量检验及相应指标270

4新型电子封装技术270

4.1多芯片模块的组装技术（MCM）271

4.2 MCM-C的主要制作工艺和技术271

4.3三维立体（3D）封装272

4.4系统级封装（SIP）272

参考文献274

第4篇 硅基异质结构材料和器件277

第1章 概述279

1信息社会呼唤新的半导体材料279

2硅基异质结材料——第二代硅280

3硅基异质材料和器件的发展趋势281

第2章 SiGe的晶体结构284

1晶体结构284

2晶格常数284

3 SiGe合金的相图285

4 Si1-x Gex合金的有序性286

5晶格失配和SiGe的临界厚度286

6 Si1-xGex／Si系的失配位错287

7结论289

第3章 SiGe的能带结构290

1 Si和Ge的能带结构290

2 SiGe体材料的能带结构291

3应变对Si1-x Gex能带结构的影响292

4应变SiGe合金的能带结构294

5 SiGe异质结的能带偏移294

6 SiGe的有效质量296

7结论296

第4章 SiGe的力学性质、热学性质和Raman光谱297

1 SiGe的力学性质297

2 SiGe的热力学性质297

2.1 SiGe的线胀系数297

2.2 SiGe的热导率298

3 SiGe的温差电动势特性：塞贝尔参数299

4 SiGe的Raman光谱299

5结论300

第5章 SiGe的电学性质和磁学性质302

1 SiGe的电子迁移率和空穴迁移率302

1.1 Si和Ge体材料的载流子迁移率302

1.2 SiGe合金的迁移率303

2 SiGe／Si和SiGe／Ge中的二维载流子303

3 SiGe／Si异质结中的载流子注入304

3.1 Si／SiGe同型异质结中的载流子注入模型305

3.2异型异质结中的载流子注入模型306

4 SiGe／Si结构的磁学特性307

4.1 SdH （Shubnikov de Haas，舒布尼科夫—德哈斯）效应和量子霍尔效应307

4.2二维电子气307

4.3二维空穴气308

4.4分数量子霍尔效应308

5结论309

第6章 SiGe的光学性质310

1 SiGe的折射率310

2 SiGe的吸收系数311

3 SiGe的光荧光光谱311

4弛豫SiGe合金的物理参数312

5结论316

第7章 SiGe （001）的原子再构和表面性质317

1 SiGe （001）表面的原子再构和键合构形317

2 Si和Ge （001）面上的原子台阶318

2.1准确定向的Si （001）表面的台阶319

2.2倾斜角度大的（4°） Si （001）表面上的台阶319

2.3小角（0.3°～1°）倾斜Si（001）表面上的台阶319

3 SiGe层生长过程中Ge和掺杂原子的分凝319

3.1 Si上Ge的表面分凝320

3.2掺杂剂在Si1-xGex外延层中的分凝321

3.3 Sb在Si1-x Gex上的分凝321

3.4 B在Si1-xGex上的分凝321

4 SiGe外延生长的表面抑制剂322

4.1氢322

4.2锑322

4.3铍322

4.4镓322

4.5锡322

5结论322

第8章 SiGeC／Si异质结323

1 SiGeC的应变补偿323

2 SiGeC的能带图324

3 SiGeC的电学性质326

3.1 SiGeC的空穴输运特性326

3.2 SiC结构的电子输运特性327

4 SiGeC的光学性质327

5 SiGeC的应用与发展趋势328

6结语329

第9章 硅基Ⅲ—Ⅴ族半导体异质结构331

1硅与Ⅲ-Ⅴ族材料的结构差异331

1.1硅结构331

1.2 Ⅲ-Ⅴ族材料结构331

2外延生长的硅基Ⅲ-Ⅴ族异质结构332

2.1外延生长难点332

2.2大失配异质结构中的位错333

2.3硅基闪锌矿异质外延生长难点的几种应对方法334

2.4硅基钎锌矿异质结构336

3键合制备的硅基Ⅲ-Ⅴ族异质结构339

3.1制备方法及其难点339

3.2键合的硅基砷化镓（GaAs／Si）340

3.3键合的硅基氮化镓（GaN／Si）340

3.4键合的硅基磷化铟（InP／Si）341

4硅基Ⅲ-Ⅴ族异质结构的展望341

第10章 SOI材料和器件342

1 SOI的制备方法343

1.1键合-背面腐蚀技术343

1.2注入氧分离技术343

1.3智能剥离技术344

2 SOI的电学和光学性质345

2.1 SOI材料的表征技术345

2.2 SOI材料的晶体质量345

2.3 SOI材料的载流子寿命和表面复合346

2.4 SOI材料的Si-SiO2界面347

3 SOI的应用与发展趋势347

3.1 SOI CMOS技术347

3.2 SOI CMOS与体硅CMOS设计的比较348

3.3 SOI CMOS与体硅CMOS器件电容的比较349

3.4 SOI MOSFET技术349

3.5 SOI MOSFET设计350

3.6新型SOI器件350

4 SOI技术的发展趋势353

第11章 硅基二氧化硅材料354

1生长机制及动力学354

2制备方法与系统356

2.1预氧化清洗356

2.2干法、湿法和HCI干法氧化356

2.3高压氧化356

2.4等离子氧化356

3氧化膜的特性357

3.1二氧化硅的掩蔽特性357

3.2氧化电荷357

3.3氧化应力357

4 Si-SiO2界面357

4.1 Si和SiO2的物理性质358

4.2 Si-SiO2界面态研究成果358

4.3 Si-SiO2界面态的理论计算模型358

5多晶硅氧化359

5.1多晶硅的氧化方法359

5.2多晶硅的氧化模型360

5.3多晶硅的氧化特性360

6硅基二氧化硅光波导材料360

6.1硅基二氧化硅光波导材料的生长方法和机制361

6.2二氧化硅膜折射率及厚度的测试361

6.3二氧化硅厚膜的刻蚀362

第12章 Si基异质结构的外延生长363

1 SiGe／Si异质结构材料的生长设备和方法363

2外延衬底材料的清洁处理364

3应变SiGe材料的生长365

4 SiGe弛豫衬底的生长365

5自组装Ge量子点的生长366

5.1 Ge量子点的形貌演化367

5.2 Ge量子点尺寸的控制和密度的提高367

5.3 Ge量子点的有序性控制368

第13章 Si基异质结构电子器件371

1 SiGe／Si HBT的基本原理371

2 SiGe HBT的制造工艺371

2.1两种典型的HBT结构372

2.2 SiGe HBT的制作工艺372

2.3与工艺相关的寄生效应373

3 SiGe HBT的特性374

3.1 SiGe HBT的直流特性374

3.2 SiGe HBT的交流特性375

3.3 SiGe HBT的噪声特性376

4 SiGe HBT的应用376

4.1低噪声放大器（LNA）377

4.2 SiGe功率放大器（PA）377

4.3电压控制振荡器（VCO）377

4.4集成电路中高Q值的无源器件378

5其他硅基电子器件378

5.1 Si／SiGe调制掺杂场效应晶体管（Si／SiGe MODFET）378

5.2 Si基MOS器件379

5.3各种晶体管噪声的比较381

第14章 硅基光电子器件383

1硅基发光器件383

1.1硅基发光二极管384

1.2硅基激光器384

2硅基光电探测器385

2.1 SiGe／Si MQWs RCE光电探测器385

2.2 Ge量子点光电探测器386

3硅基光波导器件386

3.1硅基光波导材料387

3.2 SOI光波导387

3.3 MMI和光波导耦合器387

3.4 SOI CMOS高速光调制器388

3.5 SOI光波导开关388

3.6阵列波导光栅（AWG）390

4硅基光电子集成390

5结束语390

参考文献392

第5篇 化合物半导体材料393

第1章 CaAs和InP的结构和性质397

1 GaAs的晶体结构和性质397

1.1晶体结构397

1.2能带结构397

1.3电学性质398

1.4高场强下的输运性质399

1.5复合特性400

1.6光学特性401

1.7热力学性质402

1.8力学性质403

1.9 GaAs的化学性质404

2磷化铟的基本属性404

2.1 InP的晶格结构404

2.2磷化铟的能带结构405

2.3 InP的电学性质406

2.4高电场下的输运性质407

2.5 InP的电离效应408

2.6 InP的复合参量408

2.7 InP的光学性质408

2.8 InP的力学性质409

2.9 InP的热学性质409

2.10 InP的热力学性质410

2.11化学性质411

第2章 GaAs和Inp单晶的制备413

1晶体生长基本原理413

2晶体生长技术413

3工艺流程415

3.1多晶合成415

3.2单晶生长工艺416

3.3退火处理418

3.4大直径晶体的发展418

4晶片加工418

第3章 GaAs和InP中的杂质和缺陷421

1杂质421

1.1 GaAs和InP中浅杂质的性质421

1.2 GaAs和InP中杂质的分凝和溶解422

1.3 GaAs中的深能级杂质422

1.4 InP中的深能级杂质423

1.5过渡族金属杂质的光学性质424

1.6 GaAs中氢-杂质复合体的振动模式425

1.7 GaAs中独立杂质的振动模式426

1.8 GaAs中替位杂质复合体的振动模式426

1.9 Inp中的杂质及杂质复合体的振动模式427

1.10杂质的扩散427

1.11 GaAs中杂质的扩散427

2缺陷428

2.1点缺陷428

2.2线缺陷430

2.3面缺陷431

2.4沉淀物432

第4章 GaAs和Inp的测试表征435

1结构参数的测试表征435

1.1 X射线的衍射及形貌435

1.2化学腐蚀坑密度（EPD）436

1.3二次离子质谱（SIMS）438

1.4透射电子显微镜（TEM）439

1.5红外吸收440

1.6喇曼（Raman）谱441

1.7电感耦合等离子体质谱／光谱（ICP-MASS／AES）443

1.8正电子湮灭（PAT）445

2电学参数的测试表征446

2.1 Hall测试446

2.2深能级瞬态谱448

2.3电子回旋共振448

3光学特征的测试表征449

第5章 GaAs和InP的应用451

1微电子应用451

1.1金属半导体场效应晶体管452

1.2高电子迁移率晶体管（HEMT）454

1.3异质结双极晶体管457

1.4微波二极管461

1.5其它器件463

2光电子应用463

2.1 LED（发光二极管）463

2.2 LD（激光器）465

2.3 OEIC466

2.4光伏器件466

2.5光探测器／光电开关467

2.6 InP基激光器和探测器467

3其他应用468

第6章 其他常见化合物半导体材料471

1.CaP471

2 GaSb472

3砷化铟（InAs）和锑化铟（InSb）472

4硫化铅（PbS）和硒化铅（PbSe）473

5 Ⅱ-Ⅵ族半导体材料474

6其他材料（InGaAs、 AlGaAs、 InAIAs、 InGaP等）476

参考文献477

第6篇 宽带隙半导体及其应用479

第1章 概述481

1宽带隙半导体材料的类型481

2宽带隙半导体材料的发展概况481

3宽带隙半导体材料的特点482

3.1压电性与极化效应482

3.2高热导率483

3.3小介电常数483

3.4极高临界击穿电场483

3.5耐高温、抗辐照483

3.6大激子束缚能483

3.7巨大能带偏移（Band offset）483

4宽带隙半导体材料的技术应用483

4.1短波长发光器件483

4.2高温、高功率、高频电子器件484

4.3探测器485

4.4正在探索中的新技术应用领域485

5宽带隙半导体材料面临的几个科学技术问题486

5.1缺乏实用性的体单晶材料486

5.2高缺陷密度486

5.3化学比的偏离与掺杂的不对称性486

第2章 Ⅲ族氮化物半导体材料487

1Ⅲ族氮化物半导体材料的晶体结构487

1.1 Ⅲ族氮化物半导体材料的晶体结构487

1.2不同氮化物的晶体结构和基本物理性质488

2宽带隙化合物半导体材料的制备技术493

2.1分子束外延494

2.2金属有机化学气相外延497

2.3氢化物输运气相外延499

3 Ⅲ-Ⅴ-N化合物半导体503

3.1 GaN、 GaP和GaAs的基本物理参数503

3.2 Ⅲ-Ⅴ-N化合物半导体的能带弯曲503

3.3 Ⅲ-Ⅴ-N化合物半导体的微结构性质503

3.4 Ⅲ-Ⅴ-N化合物半导体的光学性质505

4氮化铟半导体材料505

4.1 InN材料的重要性质506

4.2 InN材料的研究历史和进展507

4.3 InN材料的生长507

4.4 InN的衬底和缓冲层509

4.5 InN的晶体结构和化学性质510

4.6 InN的电学性质511

4.7 InN的光学性质512

4.8 InN基器件的研究进展513

4.9总结513

5 Ⅲ族氮化物半导体材料的杂质与缺陷514

5.1本征缺陷514

5.2非本征缺陷和掺杂516

5.3 CaN中的氢和氢复合体517

5.4其他缺陷518

5.5展望519

第3章 Ⅲ族氮化物半导体的基本物理性质520

1Ⅲ族氮化物半导体的电子能带结构520

1.1Ⅲ族氮化物半导体电子能带结构的计算520

1.2 Ⅲ族氮化物的电子能带结构521

2Ⅲ族氮化物半导体的自发极化与压电极化523

2.1自发极化524

2.2压电极化524

2.3Ⅲ族氮化物异质结构中的自发极化与压电极化524

3 Ⅲ族氮化物半导体的光学性质525

3.1基本光学函数525

3.2高于带隙能的光学性质526

3.3靠近带边的光学性质（激子效应）526

3.4低于带隙能的光学性质（折射率）528

3.5缺陷相关的光学性质528

4 Ⅲ族氮化物半导体异质结构与量子结构529

4.1异质结构能带及电子能态529

4.2异质结构中的二维电子气530

4.3量子阱和量子点531

5低维Ⅲ族氮化物半导体输运性质533

5.1 Alx Ga1-xN／GaN异质结构的经典输运性质533

5.2 Alx Ga1-xN／GaN异质结构的量子输运性质535

第4章 Ⅲ族氮化物半导体器件的应用537

1 Ⅲ族氮化物半导体光发射器件（LED）537

1.1 LED的基本工作原理与性能参数537

1.2 GaN基LED材料的生长、结构及器件工艺537

1.3 GaN基LED的发展展望542

2 Ⅲ族氮化物半导体激光器（LD）542

2.1 Ⅲ族氮化物半导体激光器的物理基础542

2.2条形Ⅲ族氮化物半导体激光器和大功率激光器545

2.3分布反馈（DFB／DBR） Ⅲ族氮化物半导体激光器547

2.4垂直腔面发射Ⅲ族氮化物半导体激光器547

2.5其他类型的Ⅲ族氮化物半导体激光器548

3 Ⅲ族氮化物半导体光电探测器549

3.1 Ⅲ族氮化物紫外光电探测器的应用背景和发展概况549

3.2紫外光电探测器的基本工作原理和主要性能参数550

3.3 Ⅲ族氮化物光导型探测器551

3.4 Ⅲ族氮化物肖特基势垒光电二极管和M—S—M型探测器551

3.5 Ⅲ族氮化物p-i-n型光电二极管552

3.6 Ⅲ族氮化物其他类型的探测器和焦平面阵列553

4 Ⅲ族氮化物半导体电子器件555

4.1 Ⅲ族氮化物半导体应用于电子器件的优势555

4.2主要的Ⅲ族氮化物电子器件556

4.3Ⅲ族氮化物电子器件发展面临的主要材料、物理和器件问题558

第5章 氧化锌（ZnO）半导体560

1 ZnO材料的结构与性质560

1.1 ZnO的基本结构560

1.2 ZnO的化学配比与本征物性560

1.3 ZnO半导体单晶体材料的制备561

2 ZnO半导体薄膜的制备561

2.1 ZnO薄膜的制备方法561

2.2晶态ZnO薄膜的生长技术563

2.3 ZnO薄膜的制备方法与生长技术比较563

3 ZnO半导体的物理性质564

3.1 ZnO半导体中的掺杂与电学性质564

3.2 ZnO的光学性质566

3.3 ZnO的压电性质568

3.4 ZnO的合金性质与能带工程568

4 ZnO半导体技术的应用569

4.1技术应用范围569

4.2 ZnO的器件工艺570

4.3 ZnO光电器件570

4.4气体传感器571

4.5压敏器件572

4.6表面声波器件（SAW）572

第6章 碳化硅半导体574

1 SiC半导体材料的结构与特性574

1.1晶体结构与多形体574

1.2禁带宽度及其器件应用576

1.3临界电场与高击穿电压576

1.4饱和漂移速度及高频优势576

1.5高热导率及大功率优势576

1.6力学性能和化学性质576

1.7器件性能的评价——品质因子576

2 SiC半导体晶体的制备576

2.1 SiC相图与SiC液相的生长576

2.2 Lely法生长SiC单晶577

2.3改进的Lely法578

3 SiC半导体薄膜的制备581

3.1 SiC的气相外延生长581

3.2近年来SiC气相外延生长工艺的改进582

3.3新一代热壁化学气相外延反应装置585

3.4 SiC液相的外延生长586

4 SiC的物理性质587

4.1 SiC的基本物理性质587

4.2 SiC的光学性质590

4.3 SiC的载流子性质和能带结构593

4.4 SiC中的能级596

5 SiC半导体技术的应用597

5.1 SiCp-n结、肖特基接触、欧姆接触597

5.2 SiC FETs597

5.3 SiC双极型晶体管、负阻管、晶闸管597

5.4功率微波器件597

5.5紫外光电二极管597

5.6集成电路597

5.7有关SiC器件的一些应用598

第7章 金刚石半导体600

1金刚石半导体材料的结构与特性600

1.1金刚石结构600

1.2类金刚石材料的相结构601

1.3金刚石的特性601

2金刚石材料的制备602

2.1微波等离子体法603

2.2等离子体喷射法604

2.3热丝法604

2.4其他CVD方法605

3金刚石半导体薄膜的制备与掺杂607

3.1在各种衬底上的异质外延和高取向金刚石膜607

3.2选择生长和表面形貌609

3.3金刚石薄膜的掺杂610

4金刚石半导体的基本物理性质613

4.1异质外延金刚石膜的电学性质614

4.2金刚石的欧姆接触614

5金刚石半导体技术的应用615

5.1金刚石P-n结二极管615

5.2肖特基二极管615

5.3场效应晶体管617

5.4金刚石薄膜紫外光探测器618

第8章 Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体619

1 Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体材料的制备619

1.1 MOCVD法制备Ⅱ-Ⅵ族化合物619

1.2 Ⅱ-Ⅵ族化合物的衬底选择以及其他生长技术620

1.3 Ⅱ-Ⅵ族化合物的掺杂620

2 Ⅱ-Ⅵ族化合物的半导性质622

2.1 Ⅱ-Ⅵ族化合物的晶体结构性质622

2.2 Ⅱ-Ⅵ族化合物能带结构性质622

2.3 Ⅱ-Ⅵ族化合物的光学性质623

2.4 Ⅱ-Ⅵ族化合物的补偿效应625

3 ZnSe基化合物半导体的异质结构625

4 ZnSe基化合物半导体技术的应用627

4.1 ZnSe基蓝绿光发光二极管627

4.2 ZnSe基白光二极管627

4.3 ZnSe基激光二极管627

4.4 n-型和P-型ZnSe的欧姆接触627

4.5 Ⅱ-Ⅵ族材料在太阳能电池和探测器等方面的应用628

第9章 宽禁带稀释磁性半导体材料629

1稀磁半导体的磁性机制630

2稀释磁性半导体材料的制备631

2.1分子束外延631

2.2离子注入632

2.3氢化物气相外延632

2.4溶胶-凝胶633

3 Ⅲ-Ⅴ族稀释磁性半导体材料的磁性质634

3.1 （Ga， Mn） P634

3.2 （Ga， Mn） N634

4 ZnO基稀释磁性半导体635

参考文献637