微纳加工科学原理PDF电子书下载

第1章　绪论 1

1.1　微纳加工技术的意义 1

1.2　微电子和光电子工程与微纳加工技术的关系 2

1.3　平面工艺 5

1.4　本书内容 6

1.5　微细结构的其他应用领域 9

1.6　未来纳米结构和纳米加工 13

参考文献 14

第2章　光子、电子、离子和等离子体 16

2.1　光波与光子 16

2.1.1　微纳加工技术中的光源 18

2.1.2　几何光学的聚焦成像概念 22

2.1.3　光的衍射和聚焦成像分辨率的衍射限制 26

2.1.4　光学成像的波动理论 30

2.2　极紫外射线与X射线 35

2.2.1　极紫外射线与X射线的产生 36

2.2.2　极紫外线与X射线的控制 45

2.3　自由电子与电子束 49

2.3.1　电子发射 49

2.3.2　电子光学和电子束系统 52

2.3.3　电子枪 65

2.4　气体放电与等离子体 68

2.4.1　气体的电击穿 68

2.4.2　气体放电 69

2.4.3　等离子体 73

2.4.4　等离子体的电学性质 76

2.4.5　等离子体的化学作用 80

2.5　离子与离子源 82

2.5.1　概述 82

2.5.2　表面（热）电离离子源 82

2.5.3　场离子源 83

2.5.4　等离子体离子源 86

2.6　光子、电子及离子与物质的作用 91

2.6.1　光子的作用 92

2.6.2　X射线与极紫外线光子的作用 99

2.6.3　电子的作用 101

2.6.4　离子相互作用 108

2.7　真空物理与技术概要 113

2.7.1　真空与低压气体的分子运动及气体流动 113

2.7.2　真空室内的吸气与放气过程 116

2.7.3　获得低压与真空的抽气技术 118

2.7.4　低压强与真空度的测量技术 131

参考文献 138

第3章　微电子与光电子集成技术中常用的衬底与薄膜材料 141

3.1　晶体结构与性质 142

3.1.1　晶体的几何结构 142

3.1.2　晶体的电学性质 146

3.1.3　晶体的光学性质 155

3.2　半导体材料 159

3.2.1　元素半导体 159

3.2.2　Ⅲ－Ⅴ族化合物半导体 165

3.2.3 Ⅱ－Ⅵ族化合物半导体 172

3.2.4　Ⅳ－Ⅳ族化合物半导体 176

3.3　介电材料 179

3.3.1　电介质材料 179

3.3.2　无源光电子材料 181

3.4　玻璃和聚合物 189

3.4.1　基本概念和术语 189

3.4.2　玻璃 190

3.4.3　聚合物 197

3.5　特殊微细结构及其有关材料 198

3.5.1　半导体超晶格结构 198

3.5.2　量子阱、量子线和量子点 201

3.5.3　碳纳米管及其薄膜 203

3.5.4　光子与声子晶体 206

参考文献 207

第4章　微细图形技术 210

4.1　前言 210

4.2　光学光刻 212

4.2.1　接触式和接近式曝光光刻 212

4.2.2　投射式光刻 214

4.2.3　先进光学光刻技术和其他改进分辨率的方法 224

4.3　抗蚀胶 239

4.3.1　抗蚀胶曝光与显影的原理及类型 239

4.3.2　（曝光）对比度曲线 243

4.3.3　涂敷和显影工艺 244

4.3.4　抗蚀胶的化学放大和对比度增强技术 245

4.4　X射线光刻技术 246

4.4.1　概述 246

4.4.2　接近式X射线光刻系统及X射线光刻掩模板 247

4.4.3　投射式X射线光刻 250

4.5　极紫外线光刻 252

4.6　电子束光刻系统 254

4.6.1　概述 254

4.6.2　扫描电子束曝光系统 255

4.6.3　投射式电子束曝光光刻系统 266

4.6.4　电子束光刻的抗蚀胶 269

4.7　离子束光刻系统 270

4.8　纳米压印技术 273

4.9　LIGA制造技术 274

参考文献 276

第5章　蚀刻技术 280

5.1　引言 280

5.2　湿法（化学）蚀刻 282

5.3　等离子体溅射蚀刻 287

5.4　离子束蚀刻和离子铣 292

5.5　基于化学作用的等离子体蚀刻 294

5.6　光刻—蚀刻后的去胶 302

5.7　激光蚀刻 304

参考文献 310

第6章　淀积 312

6.1　蒸发淀积 312

6.1.1　蒸发、升华和凝结 312

6.1.2　真空蒸发淀积及蒸发淀积装置 315

6.1.3　多组分薄膜的淀积 318

6.2　溅射淀积 319

6.2.1　阴极溅射 319

6.2.2　溅射淀积过程和淀积速率 319

6.2.3　溅射淀积设备 321

6.2.4　离子束溅射淀积 324

6.2.5　离子束直接淀积 326

6.2.6　离子镀 327

6.2.7　反应（离子束）溅射淀积 328

6.2.8　剥离法 329

6.3　化学气相淀积 330

6.3.1　概述 330

6.3.2　化学气相淀积的原理 330

6.3.3　化学气相淀积装置 332

6.4　等离子体、光和电子束增强化学气相淀积 333

6.4.1　等离子体增强化学气相淀积 333

6.4.2　光（增强）化学气相淀积 335

6.4.3　电子束感应化学气相淀积 335

6.5　其他薄膜成膜技术 336

6.5.1　电化学淀积 336

6.5.2　脉冲激光淀积法 337

6.5.3　溶胶-凝胶法 339

6.5.4　自组装法 352

6.6　薄膜厚度的测量方法 359

6.6.1　薄膜厚度的光学测量方法 359

6.6.2　薄膜厚度的电学测量方法 363

6.6.3　薄膜厚度的机械测量方法 364

参考文献 367

第7章　外延生长 369

7.1　概述 369

7.1.1　外延生长 369

7.1.2　外延生长的过程 371

7.1.3　外延生长层的结构形式 376

7.1.4　液相外延生长 379

7.2　分子束外延 380

7.2.1　概述 380

7.2.2　分子束外延生长的薄膜 381

7.2.3　分子束外延设备 383

7.2.4　离化团粒束外延生长 389

7.3　金属有机化合物气相外延生长 391

7.3.1　概述 391

7.3.2　选择式金属有机化合物气相外延晶体生长技术 393

7.4　激光化学气相外延生长 396

参考文献 397

第8章　微纳加工中的特殊工艺过程 399

8.1　氧化 399

8.1.1　概述 399

8.1.2　硅的热氧化过程及氧化层的性质 400

8.1.3　热氧化设备 404

8.1.4　等离子体氧化 405

8.2　扩散 406

8.2.1　概述 406

8.2.2　扩散方程 407

8.2.3　固相扩散的物理模型 408

8.2.4　扩散方程的解析解 409

8.2.5　场增强扩散 411

8.2.6　扩散设备 412

8.2.7　杂质的密度和分布的分析 413

8.2.8　离子交换与质子交换 416

8.3　离子注入掺杂 418

8.3.1　概述 418

8.3.2　离子注入设备 419

8.3.3　离子注入过程 421

8.3.4　离子注入的沟道效应 424

8.3.5　离子注入的辐射损伤 426

8.3.6　退火 428

8.3.7　激光束与电子束退火 429

8.4　化学机械研磨平坦化技术 430

参考文献 433

第9章　微细结构的微分析和表征 434

9.1　光学及激光方法 434

9.1.1　光学显微镜 434

9.1.2　激光扫描共焦显微镜 436

9.1.3　基于干涉计量的激光测量仪器 438

9.1.4　激光扫描故障检测系统 440

9.2　电子显微镜和微分析方法 443

9.2.1　概述 443

9.2.2　透射电子显微镜 444

9.2.3　扫描电子显微镜 463

9.2.4　表面电子束点阵结构分析方法 479

9.3　声学方法 482

9.3.1　概述 482

9.3.2　扫描声学显微镜 482

9.3.3　扫描电子声学显微镜 483

9.4　扫描探针显微镜 484

9.4.1　扫描隧道显微镜 485

9.4.2　原子力显微镜 494

9.4.3　扫描近场光学显微镜 498

9.4.4　扫描弹道电子发射显微镜 501

参考文献 504

附录 506

附录A　缩略语表 506

附录B　部分专业术语中英文对照表 508

附录C　基本物理常数 510

附录D　几种常用单位的换算 510

附录E　主要符号表 511

附录F　金属元素的蒸气压和蒸发速率 512

附录G　化合物的蒸气压、熔点和蒸气成分 515

附录H　32种点群的平衡态性质矩阵 521