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OSF 100
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）GTR 233
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 UMOS 240
4.2 LDMOS 240
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 MESFET 244
1.2 GaAs HEMT 245
1.3 GaAs HBT 246
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 OEIC 466
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.CaP 471
2 GaSb 472
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 FETs 597
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） P 634
3.2 （Ga， Mn） N 634
4 ZnO基稀释磁性半导体 635
参考文献 637