化合物半导体加工中的表征 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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[美] 布伦德尔，埃文斯，麦克盖尔 编

图书标签:

• 化合物半导体
• 半导体加工
• 材料表征
• 薄膜技术
• 器件物理
• 质量控制
• 分析测试
• 微电子学
• 半导体材料
• 表面分析

出版社： 哈尔滨工业大学出版社

ISBN：9787560342818

版次：1

商品编码：11402699

包装：平装

丛书名： 材料表征原版系列丛书

开本：16开

出版时间：2014-01-01

用纸：胶版纸

内容简介

　　《化合物半导体加工中的表征(英文)》的主要内容包括： Preface to the Reissue of the Materials Characterization Series ix；Preface to Series x；Preface to the Reissue of Characterization of CompoundSemiconductor Processing xi；Preface xiii；Contributors xv等。

目录

Preface to the Reissue of the Materials Characterization Series ix
Preface to Series x
Preface to the Reissue of Characterization of Compound
Semiconductor Processing xi
Preface xiii
Contributors xv
CHARACTERIZATION OF III—V THIN FILMS FOR
ELECTRONIC DEVICES
III—V COMPOUND SEMICONDUCTOR FILMS FOR
OPTICAL APPLICATIONS
CONTACTS
DIELECTRIC INSULATING LAYERS
OTHER COMPOUND SEMICONDUCTOR FILMS
DEEP LEVEL TRANSIENT SPECTROSCOPY： A CASE STUDY
ON GaAs
APPENDIX： TECHNIQUE SUMMARIES

前言/序言

化合物半导体加工中的表征：一本关于微观世界的深度探索 在日新月异的科技浪潮中，化合物半导体材料以其独特的电子和光学特性，在信息通信、能源转换、生物传感等众多前沿领域扮演着至关重要的角色。从智能手机中的高速处理器，到激光雷达中的关键器件，再到高效太阳能电池，无不依赖于化合物半导体材料的精密制造和性能优化。而这一切的基石，在于对这些微观材料结构、组成、缺陷以及电学和光学特性的精准把握。这本书《化合物半导体加工中的表征》，正是致力于深入浅出地剖析这一关键环节，为从事相关研究、开发和生产的科研人员、工程师以及学生提供一份详尽的参考。 本书并非仅仅罗列各种表征技术，而是将这些技术置于化合物半导体加工的宏大图景之中。它深刻理解，无论是外延生长、刻蚀、掺杂，还是各种异质结的集成，每一步工艺都可能对材料的微观特性产生细微甚至显著的影响。而准确、灵敏的表征技术，正是指导工艺优化、诊断失效机制、确保产品质量的“眼睛”和“尺子”。因此，本书的出发点，是建立一种“表征驱动的工艺理解”，让读者不仅知其然，更知其所以然。 全书结构严谨，逻辑清晰，由浅入深，逐步构建起一套完整的表征知识体系。 第一部分：基础理论与材料体系概述 在正式进入表征技术之前，本书首先为读者梳理了化合物半导体材料的基础知识。这包括了对其晶体结构、能带理论、以及不同材料体系（如III-V族、II-VI族、氮化物、氧化物半导体等）的特性与优势进行系统介绍。例如，读者将了解到GaAs、InP、GaN、ZnO等代表性材料在禁带宽度、载流子迁移率、发光效率等方面的差异，以及这些差异如何决定了它们在不同应用场景下的适用性。同时，对材料生长过程中可能出现的晶格失配、应力、相分离等基本问题进行初步的探讨，为后续理解表征结果埋下伏笔。 第二部分：结构与形貌表征技术 材料的宏观性能，往往源于其微观的形貌和结构。本部分将重点介绍一系列能够揭示材料表面、截面形貌以及内部晶体结构的表征技术。 扫描电子显微镜 (SEM)：作为一种广泛应用的表面形貌观察技术，SEM能够提供高分辨率的二维图像，清晰展现材料表面的微观纹理、颗粒分布、刻蚀形貌等。本书将详细阐述SEM的成像原理、不同探测器的选择（二次电子、背散射电子）、以及在化合物半导体加工中的具体应用，例如观察外延层的表面质量、刻蚀沟道的侧壁形貌、薄膜的致密性等。 透射电子显微镜 (TEM)：与SEM主要观察表面不同，TEM能够穿透薄样品，提供纳米尺度的内部微观结构信息。本书将深入讲解TEM的成像原理（明场、暗场、相位衬度）、电子衍射分析（用于确定晶体结构、取向、以及是否存在晶体缺陷如位错、堆垛层错），以及高分辨透射电子显微镜 (HRTEM) 在解析原子级分辨率结构、界面错配、纳米结构形貌方面的强大能力。特别是在分析复杂的异质结界面、量子阱结构、纳米线/纳米片形貌时，TEM是不可或缺的工具。 原子力显微镜 (AFM)：AFM以其超高的表面形貌分辨率和三维成像能力，在纳米尺度表面粗糙度、形貌变化、甚至是分子级厚度的薄膜表征方面表现出色。本书将介绍AFM的不同工作模式（接触模式、非接触模式、轻敲模式），以及如何利用AFM监测外延生长过程中的表面台阶动力学、分析刻蚀后的表面平整度、研究纳米材料的尺寸分布和表面形貌。 X射线衍射 (XRD)：XRD是鉴定晶体结构、测定晶格常数、分析晶体取向、评估晶体质量（如畴尺寸、微应力、织构）以及分析多层结构（如外延层厚度、成分）的基石技术。本书将详细介绍XRD的基本原理（布拉格定律），不同类型的XRD设备（如粉末XRD、掠入射XRD、高分辨XRD），以及在化合物半导体加工中，如何利用XRD来精确控制外延层的晶体取向、评估外延层的应力状态、分析掺杂引起的晶格畸变、以及确定多层异质结构的成分和厚度。 第三部分：成分与化学态表征技术 材料的化学成分和各元素的化学态，直接决定了其电子和光学性质。本部分将聚焦于能够提供这些信息的表征技术。 X射线光电子能谱 (XPS)：XPS是一种表面敏感的化学分析技术，能够提供表面几纳米到几十纳米范围内的元素组成和化学态信息。本书将阐述XPS的激发原理（光电效应）、谱图的解析（结合能、峰强度、峰形），以及在化合物半导体加工中，如何利用XPS来分析外延层的表面污染、评估界面氧化层、确定表面元素的化学状态（如氧化态、配位环境），以及监测溅射或退火处理对表面化学成分的影响。 俄歇电子能谱 (AES)：AES与XPS类似，同样是表面化学分析技术，但通常具有更高的空间分辨率，能够进行微区成分分析和深度剖析。本书将对比XPS和AES的优劣，并详细介绍AES在分析材料的横向成分分布、深度剖析（通过离子溅射结合AES分析）等方面的应用，例如追踪掺杂剂的分布、分析刻蚀工艺对表面成分的影响。 二次离子质谱 (SIMS)：SIMS是一种高灵敏度的同位素和元素分析技术，能够提供痕量元素和同位素的含量信息，并具备良好的深度分辨率。本书将重点介绍SIMS的分析机制，不同类型的SIMS（静态SIMS、动态SIMS），以及其在化合物半导体加工中至关重要的应用，例如精确测定外延层中掺杂剂的浓度分布（如Mg、Si、Zn、Be等），分析杂质的扩散行为，以及对超晶格结构进行精确的成分剖析。 能量色散X射线谱 (EDX/EDS)：EDX常与SEM或TEM联用，提供元素定性和定量的分析。本书将介绍EDX的原理，其优势在于可以实现大面积或微区域的元素成分分析，尤其适用于快速评估材料的整体成分，以及在SEM图像中定位特定区域的元素组成。 第四部分：电学性能与输运表征技术 化合物半导体材料的核心价值在于其优异的电学性能。本部分将介绍如何通过各种电学测量来评估材料的导电性、载流子特性以及器件性能。 范德堡法 (Van der Pauw method)：这是测量薄膜材料电阻率和载流子浓度的经典方法。本书将详细讲解其几何要求、测量步骤、以及如何处理不同样品形状和接触电阻的问题，是评估外延层均一性和掺杂效果的基础。 霍尔效应测量 (Hall effect measurement)：霍尔效应测量能够直接测定载流子浓度、载流子迁移率和导电类型。本书将深入阐述霍尔效应的物理原理，不同温度和磁场下的测量方法，以及如何利用霍尔效应来评估材料的载流子传输特性，这是理解材料导电机制的关键。 欧姆接触测量 (Ohmic contact measurement)：高质量的欧姆接触是构建高性能半导体器件的前提。本书将介绍肖特基阻挡测量 (Schottky barrier height measurement)、转移长度法 (Transfer Length Method, TLM) 等技术，用于评估和优化金属与半导体之间的接触电阻，确保电信号的有效注入和输出。 C-V (电容-电压) 特性测量：C-V测量是分析PN结、MOS结构以及异质结肖特基结的重要手段。本书将讲解如何通过C-V测量来确定结的掺杂浓度剖面、肖特基势垒高度、以及界面陷阱密度等关键参数，对于理解器件的电学行为至关重要。 瞬态光电导衰减 (TPCD) 和瞬态结衰减 (TSDC)：这些技术能够表征半导体材料中的深能级陷阱和缺陷，它们对载流子寿命和器件性能有显著影响。本书将介绍这些技术的原理和应用，用于评估材料的纯度和缺陷密度。 第五部分：光学性能与光电器件表征技术 许多化合物半导体材料的突出优势在于其独特的光学特性，例如发光和光吸收能力。本部分将聚焦于相关的表征方法。 光致发光 (PL)：PL是一种非破坏性的光学检测技术，通过激发样品并发射光，来研究材料的带隙、杂质能级、缺陷态以及载流子复合机制。本书将详细介绍不同激励源（如激光）、探测器、以及温度和气氛对PL谱的影响，并重点阐述如何利用PL谱来评估外延层的质量、确定掺杂剂和缺陷的发光特性、以及研究量子结构的激子行为。 吸收光谱 (Absorption Spectroscopy)：测量材料对光的吸收能力，可以用于确定材料的带隙、吸收边以及检测特定的吸收峰。本书将介绍不同类型的吸收光谱测量，以及其在评估光电器件（如太阳能电池、光探测器）性能中的作用。 电致发光 (EL)：EL是在外加电场作用下材料产生的光发射，是直接评估发光器件（如LED、激光器）性能的关键方法。本书将介绍EL的测量原理，以及如何通过EL谱来分析发光波长、峰强度、光谱展宽等，从而评估器件的发光效率、光谱纯度和材料均匀性。 光电流谱 (Photo-current Spectroscopy)：测量在光照下器件产生的电流，可以用于分析光电探测器的响应范围和灵敏度，以及评估太阳能电池的光电转换效率。 第六部分：缺陷表征与失效分析 在半导体加工过程中，缺陷的产生是难以避免的，但其种类、密度和分布直接影响材料和器件的性能甚至可靠性。本部分将专门探讨缺陷的表征方法，以及如何利用这些方法进行失效分析。 缺陷成像技术：除了TEM能直接观察位错等晶体缺陷外，还包括如拉光法、化学腐蚀法等宏观缺陷的观察技术。 电子束诱导电流 (EBIC)：EBIC是一种能够探测材料内部电学活性缺陷（如位错、空位团、夹杂物）的SEM技术。它能够直接将缺陷与电学性能关联起来。 深能级瞬态谱 (DLTS)：DLTS是表征半导体材料中深能级缺陷最有效的方法之一，能够定量测量缺陷的能级、截面以及陷阱密度。 扫描开尔文探针显微镜 (SKPM)：SKPM能够绘制样品表面的功函数分布，用于研究表面态、界面电荷分布以及探测电学活性的缺陷区域。 失效模式分析：结合上述多种表征技术，对器件或材料失效进行系统性的分析，找出失效的根源，从而指导工艺改进，提高产品的可靠性。 第七部分：表征数据的集成与工艺优化 本书的最后一部分，将强调不同表征技术之间的数据集成以及如何将表征结果有效地反馈到工艺优化中。本书认为，单一的表征技术往往只能提供片面的信息，只有将结构、成分、电学和光学等不同维度的数据进行整合分析，才能更全面地理解材料的性能与工艺之间的内在联系。例如，通过SEM观察到的表面形貌，结合XRD的晶体质量分析，以及PL谱的发光特性，可以全面评估外延层的生长质量。 本书的写作风格力求严谨而不失生动，每种表征技术都会配以大量的典型案例，展示其在实际化合物半导体加工过程中的应用。无论是MOCVD、MBE等外延生长过程的监控，还是干法、湿法刻蚀工艺的优化，亦或是金属化、钝化等后道工序的质量控制，读者都能从中找到相关的表征解决方案。 总而言之，《化合物半导体加工中的表征》是一本集理论深度、技术广度、应用实践于一体的专著。它不仅是化合物半导体领域研究人员的案头必备，也是相关工程技术人员提升技能、解决实际问题的有力助手。通过深入学习本书，读者将能够更精准地“看见”微观世界的奥秘，从而在化合物半导体的加工与应用中取得更大的突破。

评分☆☆☆☆☆

初次拿到《化合物半导体加工中的表征》这本书，就被其厚重的体积和严谨的封面设计所吸引。封面上那精细的半导体器件微观结构图，仿佛预示着内容的深度与专业性。我一直对微电子技术领域充满好奇，尤其是在我从事的某一相关行业中，对高性能半导体材料的需求日益增长。化合物半导体，因其独特的电子和光学性质，在许多前沿科技领域扮演着至关重要的角色，例如高速通信、光电探测以及新能源等。然而，要将这些高性能材料转化为实际可用的器件，其背后的加工过程绝非易事，而“表征”无疑是连接理论与实践的关键环节。我脑海中浮现出无数关于材料成分、晶体结构、表面形貌、电学性能等方方面面的问题，这些都极大地激发了我想要深入了解这本书的兴趣。我期待它能为我揭示化合物半导体从原材料到最终产品的整个生命周期中，那些至关重要的“诊断”手段和“体检”方法，从而帮助我更深刻地理解这些神奇材料的潜力与局限。

评分☆☆☆☆☆

这本书的书名《化合物半导体加工中的表征》，让我联想到了一场精密的“手术”的术前诊断与术中监测。在化合物半导体领域，材料的纯度、掺杂浓度、界面质量、缺陷密度等等，都直接影响着器件的性能。想象一下，科学家们如何在实验室里，用各种尖端的仪器，比如电子显微镜，去观察原子级别的结构；如何用光谱技术，去辨别材料的细微成分差异；如何用电学测量，去评估载流子迁移率和击穿电压。这些“表征”过程，就好比是医生在诊断病情时，需要通过X光、CT、血液检查等一系列手段，来准确把握病灶所在，并制定治疗方案。对于我这样一名非专业背景的读者来说，这本书提供了一个绝佳的窗口，让我得以窥探这一复杂而迷人的技术世界。我非常好奇，书中所介绍的各种表征技术，是如何在实际的化合物半导体加工流程中应用的，它们各自的优势和局限是什么，以及最新的技术发展趋势又将如何改变这一领域。

评分☆☆☆☆☆

这本书的题目——《化合物半导体加工中的表征》——直接触及了我一直以来非常感兴趣的一个交叉学科领域。在我的职业生涯中，我经常需要处理来自不同技术背景的团队所提供的数据和报告，其中半导体相关的知识常常是理解整体项目进展的关键。化合物半导体，尤其是在其高性能应用方面，例如5G通信、电动汽车功率器件、以及更高效的LED照明等，其发展速度令人惊叹。然而，这种快速发展背后，必然是对材料性能和加工工艺有着极其精细的控制要求。我理解“表征”在这里扮演的角色，不仅仅是简单的测量，更是一种深入理解材料微观结构、物理化学性质以及电学行为的手段，它是优化加工工艺、提升器件性能、甚至是发现新材料的“钥匙”。我渴望了解书中是如何阐述这些表征技术的，它们是否能够帮助我更好地理解那些晦涩的材料科学报告，以及如何将这些知识应用到我所处的更广泛的工程领域中，从而做出更明智的技术决策。

评分☆☆☆☆☆

我个人在工作中经常会接触到一些关于新材料开发的讨论，而化合物半导体绝对是其中最令人兴奋的方向之一。每一次听到“氮化镓”、“砷化镓”这些名词，我都会被其背后蕴含的巨大技术能量所吸引。然而，将这些理论上的优异性能转化为实际可用的产品，其中必然充满了无数的挑战，而“表征”正是克服这些挑战的基石。这本书的书名《化合物半导体加工中的表征》，立刻吸引了我的目光。它让我联想到，在复杂的半导体制造过程中，我们不能仅仅是“制造”出一些东西，更重要的是要“知道”我们制造出来的东西是什么样的，它的性能如何，是否存在缺陷。这就像是在建造一座摩天大楼，不仅要有精密的蓝图，还需要在建造过程中不断地进行质量检测，确保每一根钢筋、每一块混凝土都符合标准。我对书中可能涉及的各种先进表征技术，例如X射线衍射、拉曼光谱、原子力显微镜等等，充满了期待，希望能够通过这本书，对这些技术的原理、应用范围以及在化合物半导体加工中的重要性有一个系统而深入的认识。

评分☆☆☆☆☆

当我看到《化合物半导体加工中的表征》这个书名时，我脑海中立即浮现出一幅画面：实验室里，各种精密仪器嗡嗡作响，科研人员身着无尘服，一丝不苟地进行着操作。化合物半导体，因其超越传统硅基材料的优异性能，正逐渐成为现代科技发展的重要驱动力，从手机芯片到卫星通信，几乎无处不在。然而，这些高性能的背后，是极其复杂和精密的加工过程。而“表征”，在我看来，就是这个过程中不可或缺的“眼睛”和“诊断师”。它决定了我们能否准确地知道材料的成分是否纯净、晶体结构是否完好、表面是否平整、电学特性是否达标。没有有效的表征，一切的加工努力都可能付诸东流。我非常期待这本书能够详细介绍那些用于化合物半导体加工的各种表征技术，例如如何通过各种显微技术观察微观形貌，如何利用光谱分析化学成分，以及如何通过电学测量评估器件性能。我希望能够从中学习到，这些先进的表征方法是如何被应用到实际的生产流程中，又是如何帮助科学家和工程师们解决在加工过程中遇到的各种难题，从而推动整个化合物半导体产业的进步。