硅及其氧化物的电化学 表面反应、结构和微加工PDF电子书下载

符号表 1

第1章 半导体电化学的基础理论 5

1.1 引言 5

1.2 半导体/电解质界面的能级 5

1.2.1 半导体能级 7

1.2.2 电解质能级 8

1.2.3 电解质中能级的分布 9

1.2.4 半导体/电解质界面的能级 9

1.3 空间电荷层的电势和电荷分布 11

1.3.1 空间电荷区的载流子密度 11

1.3.3 积累层和反型层 12

1.3.2 耗尽层 12

1.3.4 Helmholtz双电层 13

1.3.5 表面态 14

1.3.6 费米能级钉固 16

1.3.7 半导体/电解质界面的等效电路和电容 17

1.3.8 平带电势 18

1.4 电荷传递的动力学 20

1.4.1 基本理论 20

1.4.2 基础理论的限制 23

1.4.3 极限电流 25

1.4.4 击穿 25

1.4.5 电势分布 26

1.4.6 电流倍增 27

1.5 光效应 28

1.5.1 光电流 28

1.5.2 光电位 31

1.5.3 能量转换效率 33

1.5.4 表面复合 33

1.6 开路电位 34

1.7 实验技术 36

第2章 硅/电解质界面 39

2.1 硅的基本性质 39

2.2 水溶液中的热力学稳定性 41

2.3 表面吸附 46

2.3.1 氢终止 47

2.3.2 氟终止 52

2.3.3 金属和有机杂质的吸附 53

2.4 自然氧化物 54

2.4.1 在空气中的氧化物 55

2.4.2 在水和溶液中 59

2.5 憎水和亲水表面 61

2.6 表面态 63

2.7 平带电位 66

2.7.1 pH值的影响 68

2.7.2 表面条件的影响 69

2.7.3 表面态的影响 71

2.7.4 能带图 72

2.8 开路电位 73

2.8.1 各种因素的影响 76

2.8.2 腐蚀电流 80

第3章 阳极氧化物 82

3.1 前言 82

3.2 氧化物的类型 82

3.2.1 热氧化物 83

3.2.5 氧化物在器件生产中的使用 84

3.3.1 概述 84

3.3 阳极氧化膜的构成 84

3.2.4 自然氧化物和阳极氧化物 84

3.2.3 液相沉积 84

3.2.2 化学气相沉积 84

3.3.2 溶液组成的影响 86

3.3.3 硅基体的影响 90

3.3.4 极化条件的影响 91

3.3.5 光照的影响 92

3.3.6 电致发光 93

3.4 生长机理 94

3.4.1 反应 94

3.4.2 氧化物内的离子传递 95

3.4.3 n-Si上的生长的膜 97

3.4.4 电致发光 98

3.4.5 总的生长模型 99

3.4.6 生长动力学 100

3.5 特性 103

3.5.1 物理和化学特性 105

3.5.2 电性能 109

第4章 硅氧化物的刻蚀 116

4.1 引言 116

4.2 概述 116

4.3 硅的热氧化物 122

4.4 石英和熔合硅石 126

4.5 沉积硅氧化物 129

4.6 阳极氧化物 132

4.7.1 刻蚀反应 134

4.7 刻蚀机制 134

4.7.2 速率方程 140

4.7.3 氧化物结构的作用 144

第5章 阳极性能 147

5.1 引言 147

5.2 电流-电位关系 147

5.2.1 含氟溶液 147

5.2.2 碱性溶液 152

5.3 光效应 153

5.4 有效的溶解价 158

5.5 氢气的产生 160

5.6 极限电流 161

5.7 界面层的阻抗 166

5.8 Tafel斜率和电位分布 168

5.8.1 Tafel斜率 168

5.8.2 电位分布 170

5.9 钝化 171

5.9.1 出现 171

5.9.2 碱性溶液中的钝化 172

5.9.3 钝化膜 176

5.10 电流振荡 180

5.10.1 振幅和频率 180

5.10.2 阳极氧化物的厚度和性质的振荡 182

5.10.3 机理 183

5.11 能带的参与和速率的控制过程 188

5.12 反应机理 191

5.12.1 Turner-Memming模型 191

5.12.2 后来的修正 192

5.12.3 碱性溶液中反应机理的模型 195

5.12.4 综合的反应机制 198

第6章 阴极特性和氧化-还原对 205

6.1 引言 205

6.2 析氢过程 205

6.2.1 动力学过程 205

6.2.2 表面变性 209

6.3.1 动力学过程 210

6.3 金属沉积作用 210

6.3.2 表面形貌 215

6.4 硅的沉积过程 218

6.5 氧化-还原对 218

6.5.1 单个氧化-还原对 221

6.5.2 与氧化-还原反应有关的电致发光 233

6.6 开路光电压 234

6.7 表面改性 236

6.7.1 金属镀层 238

6.7.2 聚合物涂层 240

6.7.3 无水溶液 241

7.2 概述 244

第7章 硅的刻蚀 244

7.1 引言 244

7.3 氟化物溶液 252

7.3.1 无氧化剂的情况 252

7.3.2 CrO3的影响 255

7.3.3 HNO3的影响 256

7.3.4 其他氧化剂的影响 259

7.4 碱性溶液 260

7.4.1 KOH溶液 261

7.4.2 其他无机物溶液 264

7.4.3 有机溶液 266

7.5 重掺杂材料的刻蚀速率 271

7.6 各向异性刻蚀 274

7.6.1 刻蚀速率对晶体取向的敏感性 274

7.6.2 机理 278

7.6.3 各向异性刻蚀表面的基本特征 285

7.7 表面粗糙度 288

7.7.1 微观粗糙度 289

7.7.2 宏观粗糙度 292

7.7.3 粗糙度的来源 299

7.8 应用 300

7.8.1 清洗 300

7.8.2 缺陷刻蚀 305

7.8.3 材料的去除 307

第8章 多孔硅 312

8.1 引言 312

8.2 多孔硅的形成 312

8.2.1 i-V曲线的特征 312

8.2.2 PS形成和电化学抛光的条件 315

8.2.3 有效溶解价和氢的析出 316

8.2.4 多孔硅的生长速率 319

8.2.5 物料传递 322

8.2.6 在PS形成过程中的化学溶解 323

8.3 形貌 324

8.3.1 概述 324

8.3.2 孔径和孔间距 326

8.3.3 孔的取向和形状 336

8.3.4 孔的分支 340

8.3.5 PS和硅的界面 341

8.3.6 深度变化 341

8.3.7 密度和比表面积 348

8.3.8 组成 351

8.3.9 晶体结构 352

8.3.10 小结 354

8.4 在OCP下PS的形成 357

8.6 形成机理 358

8.6.1 发展历史 358

8.5 在特殊条件下PS的形成 358

8.6.2 PS形成机理方面的分析 370

8.6.3 小结 383

8.7 性质和应用 385

第9章 总结 388

9.1 复杂性 388

9.2 表面状态 390

9.3 氧化膜 391

9.4 对曲率的灵敏性 393

9.5 对表面晶格结构的灵敏性 394

9.6 相对性 395

9.7 未来研究方向 396

参考文献 398