1导论：各种形式的硅 1
1.1引言 1
1.2从20世纪60年代到70年代初：能带 2
1.3.20世纪70年代：应用于硅的表面理论 6
1.4 20世纪80年代：硅的结构能 8
1.5 20世纪90年代：硅团簇与量子点的结构和电子性质 12
1.6未来展望 15
参考文献 16
第一部分 半导体体硅晶体 21
2硅：半导体材料 21
2.1引言 21
2.2早期历史 22
2.3硅研究中的竞争与合作 24
2.4最初的器件应用 29
2.5 MOS技术和集成 30
2.6结论 33
参考文献 36
3硅：一个工业奇迹 37
3.1引言 37
3.2主要制程 37
3.3硅材料生产工艺 38
参考文献 39
第二部分 多晶硅 43
4电子器件用多晶硅薄膜 43
4.1引言 43
4.2多晶硅薄膜分类 44
4.3多晶硅生长和微晶结构 45
4.3.1 CVD多晶硅 46
4.3.2非晶硅晶化的多晶硅 52
4.3.3 CVD多晶硅晶界化学 54
4.3.4多晶硅的掺杂 55
4.4多晶硅的电性能 56
4.5结论 59
参考文献 60
5光伏用硅 64
5.1引言 64
5.2光伏用硅材料 65
5.2.1不同生产工艺的历史与现状 66
5.2.2薄膜沉积工艺 68
5.3光伏硅的输运特性 71
5.3.1缺陷及杂质对硅输运性质的影响 71
5.3.2吸除改善材料性能 72
5.4硅太阳电池 74
5.4.1硅太阳电池技术与其他技术的比较 74
5.4.2多晶硅太阳电池技术 75
5.5结论 76
参考文献 77
第三部分 外延、薄膜和多孔层 83
6分子束外延薄膜 83
6.1设备原理和生长机理 83
6.2历史概述 86
6.3应变异质结构的稳定性 86
6.3.1应变层的临界厚度 87
6.3.2亚稳态膺晶生长 88
6.3.3器件结构的加工和退火 89
6.4硅MBE生长膜中掺杂剂的分布 89
6.4.1掺杂问题 89
6.4.2突变和δ型掺杂分布 91
6.5半导体器件研究 92
6.5.1异质结双极晶体管（HBT） 93
6.5.2 SiGe MOSFET和MODFET 94
6.5.3垂直MOSFET结构 95
6.6若干研究重点介绍 97
6.6.1级联激光器 97
6.6.2表面结构 99
6.6.3自组织和有序化 100
6.7结论 104
参考文献 105
7氢化非晶硅（a-Si：H） 108
7.1引言 108
7.2 a-Si的制备和结构性质 109
7.3 a-Si：H的电学性质 111
7.4光致发光和光电导 114
7.5亚稳态 116
7.6 a-Si太阳电池 116
参考文献 119
8绝缘体上硅和多孔硅 121
8.1绝缘体上硅 121
8.1.1 SOI MOS晶体管的一般性质 121
8.1.2 SOI应用 122
8.2 S0I材料 123
8.2.1早期的SOI材料 123
8.2.2蓝宝石上硅（silicon-on-sapphire，SOS） 123
8.2.3 SIMOX 125
8.2.4晶片键合和背面腐蚀 129
8.2.5智能剥离（Smart-Cut？） 133
8.2.6 Eltran？ 137
8.3结论 139
参考文献 140
第四部分 晶格缺陷 149
9缺陷能谱学 149
9.1引言 149
9.2表征缺陷特性的基本参数 150
9.3结空间电荷技术 152
9.3.1电容技术 153
9.3.2热测量技术 153
9.3.3光学测量技术 157
9.4其他光学测量方法 159
9.4.1光热电离谱 159
9.4.2傅里叶光电导纳谱 163
参考文献 164
10硅及其在扫描探针显微术进展中的重大作用 166
10.1引言 166
10.2作为扫描探针显微镜基准的硅 166
10.3作为AFM悬臂材料的硅 172
10.4作为STM和AFM尖端的Si（111）（7x7）表面 173
参考文献 176
第五部分 硅掺杂 181
11缺陷、扩散、离子注入、再结晶和电介质 181
11.1引言 181
11.2高温扩散掺杂 182
11.3缺陷与扩散机制 183
11.4晶格缺陷、扩散与吸杂 184
11.5离子注入 184
11.6硅、氮、碳及电介质 187
11.7注入分布 188
11.8溅射和分布 190
11.9辐照缺陷与态、表面态以及界面态 190
11.10离子注入样品的热处理 192
11.10.1炉退火 192
11.10.2电子束、激光束与快速热处理 193
11.11结论 197
参考文献 198
12硅的中子嬗变掺杂（NTD） 201
12.1引言 201
12.2传统的磷掺杂法 201
12.3中子辐照磷掺杂 203
12.3.1发展历史 203
12.3.2掺杂反应 203
12.3.3副反应 204
12.3.4辐照硅的放射性 205
12.3.5晶体缺陷的退火 205
12.3.6硅掺杂的技术实现 207
12.4展望 208
参考文献 209
第六部分 某些杂质的作用 213
13硅中的过渡金属杂质 213
13.1引言 213
13.2扩散和固溶度 214
13.3电活性 218
13.4杂质工程 221
13.4.1吸杂 221
13.4.2痕量检测 222
13.4.3其他工程问题 223
13.5结论 223
参考文献 224
14氢 227
14.1引言 227
14.2氢原子和分子 228
14.3受主钝化 233
14.4施主钝化 237
14.5过渡金属-氢复合物 241
14.6结论 244
参考文献 245
第七部分 器件 257
15半导体功率器件 257
15.1引言 257
15.1.1历史 257
15.1.2半导体功率器件的要求 259
15.2二极管 262
15.2.1截止电压（反向或阻断态） 262
15.2.2导通态（正向） 265
15.2.3动态性能 268
15.2.4发展趋势 270
15.3晶闸管 271
15.3.1基本特性 271
15.3.2截止电压 273
15.3.3导通态 274
15.3.4动态性能 275
15.3.5发展趋势 277
15.4 GTO（门极关断晶闸管） 277
15.4.1基本特性 277
15.4.2动态性能 278
15.4.3发展趋势 279
15.5双极晶体管 279
15.5.1基本特性 279
15.5.2导通态 280
15.5.3截止电压 281
15.5.4动态性能 281
15.5.5发展趋势 282
15.6 MOS晶体管（金属-氧化物-硅晶体管） 283
15.6.1基本特性 283
15.6.2导通态 284
15.6.3动态性能 286
15.6.4发展趋势 289
15.7 IGBT（绝缘栅双极晶体管） 290
15.7.1基本特性 290
15.7.2导通态 292
15.7.3截止电压 294
15.7.4动态性能 294
15.7.5发展趋势 296
15.8结论 297
参考文献 298
16补偿器件突破硅的极限 300
16.1引言 300
16.2当今的高压器件概念和实现补偿原理的方法 301
16.3制备技术与挑战 305
16.4补偿器件特征 308
16.5对典型功率MOSFET应用的影响 315
16.6结论和展望 317
参考文献 318
17集成电路 320
17.1引言 320
17.2历史回顾 320
17.3集成电路在全球经济中的重要性 321
17.4市场约束 322
17.5产品“功能”（Enablers） 324
17.6集成能力 325
17.7设计瓶颈 326
17.8应用范围和产品系列 328
17.8.1应用范围 328
17.8.2产品系列变化 329
17.9结论 330
参考文献 331
18硅纳电子学：下一个20年 332
18.1引言 332
18.2 CMOS规模扩展 332
18.3 50nm以下的新型MOSFET 334
18.3.1应变SiGe 334
18.3 2应变硅 337
18.3.3纵向晶体管 338
18.3.4部分耗尽和全耗尽SOI 339
18.3.5双栅晶体管 341
18.4 FinFET存储单元 344
18.5 Si MOSFET的极限 346
18.6新器件 348
18.6.1单电子晶体管 348
18.6.2分子器件 350
18.6.3碳纳米管 350
18.7展望 351
参考文献 352
19硅纳米光刻技术 355
19.1引言 355
19.2光学光刻 356
19.3下一代光刻技术 358
19.4电子束光刻 361
19.5纳米压印光刻技术 364
19.6接近式探针光刻技术 366
19.7结论 367
参考文献 368
20硅传感器 370
20.1引言 370
20.2“化学”传感器 370
20.3生物传感器 372
20.4“物理”传感器 373
20.5新思路和发展趋势 373
参考文献 374
第八部分 对硅的补充：化合物半导体 379
21化合物半导体 379
21.1引言 379
21.2走向成功的艰难历程 379
21.3 Ⅲ～Ⅴ族化合物的性质 382
21.4 Ⅲ～Ⅴ族基器件、器件工艺及对衬底的要求 384
21.5 GaAs：从材料合成到晶片加工 387
21.5.1基本考虑 387
21.5.2 GaAs合成 393
21.5.3晶体生长 395
21.5 4热处理 399
21.5.5晶体评价 400
21.5.6晶片加工 405
21.6 GaAs和Ⅲ～Ⅴ族化合物的发展前景 407
参考文献 408
第九部分 新的研究领域 417
22 SiGe异质结电子自旋量子计算机 417
22.1引言 417
22.2 QC的器件物理问题和预期性能 418
22.3采用SiGe电子自旋运行的QC 419
22.4其他方案 423
22.4.1纯硅量子点 423
22.4.2 GaAs和CdTe量子点 425
22.5结论 425
参考文献 426
23碳纳米管在微电子学中的应用 428
23.1引言 428
23.2纳米管的制备 430
23.3碳纳米管的互联 430
23.4碳纳米管晶体管和电路 432
23.5 CNTFET模拟和垂直CNTFET概念 433
23.6结论 436
参考文献 436
24制造情境智能系统 438
24.1引言 438
24.2硅的作用 440
24.2.1模块计算平台 440
24.2.2微机电系统 441
24.2.3新型硅形状因子 442
24.3情境智能：开发方法 442
24.4新的计算方案和系统 443
24.4.1“消失的计算机” 444
24.4.2“外联件” 444
24.5新颖先进的集成技术 445
24.5.1智能种子计划 445
24.5.2三维封装技术 447
24.5.3智能种子的三维封装 448
24.6传感器和驱动器用新形式的硅材料 450
24.6.1纤维计算技术 450
24.6.2硅纤维的机械设计 451
24.6.3纤维的制备 451
24.6.4机电测试 453
24.6.5有源器件电路设计 454
24.6.6有源器件电路的制造 455
24.6.7硅纤维电路的测试 456
24.6.8未来硅纤维的发展目标 456
24.7结论 457
参考文献 458
25大脑半导体 461
25.1引言 461
25.2离子-电子界面 461
25.2.1中心-外膜平面导体 462
25.2.2细胞-硅结狭隙 463
25.2.3狭隙的导电性 464
25.2.4细胞-硅结中的离子通道 466
25.3神经元-硅电路 467
25.3.1通过晶体管记录神经元活动 468
25.3.2神经元活动的电容激励 468
25.3.3芯片上的双神经元电路 471
25.4脑-硅芯片 473
25.4.1组织-片层导体 473
25.4.2脑切片的晶体管记录 474
25.5结论与展望 475
参考文献 476
List of Contributors 477