第1章 半導(dǎo)體材料概論 1
1.1 半導(dǎo)體材料的研究和發(fā)展歷史 2
1.2 半導(dǎo)體材料的基本性質(zhì) 3
1.2.1 半導(dǎo)體材料的分類 4
1.2.2 半導(dǎo)體材料的基本電學(xué)特性 5
1.2.3 半導(dǎo)體材料的材料結(jié)構(gòu)特性 7
1.3 半導(dǎo)體材料的應(yīng)用和產(chǎn)業(yè) 8
1.3.1 半導(dǎo)體材料在微電子產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用 8
1.3.2 半導(dǎo)體材料在光電子產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用 10
1.3.3 半導(dǎo)體材料在太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用 11
1.4 半導(dǎo)體材料的展望 12
習(xí)題1 13
第2章 半導(dǎo)體材料物理基礎(chǔ) 14
2.1 載流子和能帶 14
2.1.1 載流子和電導(dǎo)率 14
2.1.2 能帶結(jié)構(gòu) 15
2.1.3 電子和空穴 18
2.2 雜質(zhì)和缺陷能級(jí) 19
2.2.1 摻雜半導(dǎo)體材料 19
2.2.2 雜質(zhì)能級(jí) 20
2.2.3 深能級(jí) 22
2.2.4 缺陷能級(jí) 23
2.3 熱平衡狀態(tài)下的載流子 23
2.3.1 載流子的狀態(tài)密度和統(tǒng)計(jì)分布 24
2.3.2 本征半導(dǎo)體的載流子濃度 27
2.3.3 摻雜半導(dǎo)體的載流子濃度和補(bǔ)償 28
2.4 非平衡少數(shù)載流子 30
2.4.1 非平衡載流子的產(chǎn)生、復(fù)合和壽命 30
2.4.2 非平衡載流子的擴(kuò)散 32
2.4.3 非平衡載流子在電場(chǎng)下的漂移和擴(kuò)散 33
2.5 PN結(jié) 35
2.5.1 PN結(jié)的制備 36
2.5.2 PN結(jié)的能帶結(jié)構(gòu) 38
2.5.3 PN結(jié)的電流-電壓特性 39
2.6 金屬-半導(dǎo)體接觸和MIS結(jié)構(gòu) 41
2.6.1 金屬-半導(dǎo)體接觸 41
2.6.2 歐姆接觸 43
2.6.3 MIS結(jié)構(gòu) 44
習(xí)題2 45
參考文獻(xiàn) 45
第3章 半導(dǎo)體材料晶體生長(zhǎng)原理 46
3.1 半導(dǎo)體晶體材料的生長(zhǎng)方式 46
3.2 晶體生長(zhǎng)的熱力學(xué)理論 47
3.2.1 晶體生長(zhǎng)的自由能和驅(qū)動(dòng)力 47
3.2.2 晶體生長(zhǎng)的均勻成核 50
3.2.3 晶體生長(zhǎng)的非均勻成核 52
3.3 晶體生長(zhǎng)的動(dòng)力學(xué)理論 54
3.3.1 晶體生長(zhǎng)單原子層界面模型 54
3.3.2 晶體生長(zhǎng)機(jī)制 56
3.4 晶體的外形控制 59
3.4.1 晶體外形和界面自由能的關(guān)系 59
3.4.2 晶體外形和晶體生長(zhǎng)界面的關(guān)系 60
3.4.3 晶體外形和晶體生長(zhǎng)方向的關(guān)系 61
習(xí)題3 62
參考文獻(xiàn) 63
第4章 半導(dǎo)體材料晶體生長(zhǎng)技術(shù) 64
4.1 熔體生長(zhǎng)技術(shù) 64
4.1.1 直拉晶體生長(zhǎng)技術(shù) 64
4.1.2 布里奇曼晶體生長(zhǎng)技術(shù) 66
4.1.3 區(qū)熔晶體生長(zhǎng)技術(shù) 67
4.2 溶液生長(zhǎng)技術(shù) 69
4.2.1 溶液降溫生長(zhǎng)晶體技術(shù) 70
4.2.2 溶液恒溫蒸發(fā)生長(zhǎng)晶體技術(shù) 70
4.2.3 溶液溫差水熱生長(zhǎng)晶體技術(shù) 71
4.2.4 溶劑分凝（助溶劑法）生長(zhǎng)晶體技術(shù) 71
4.2.5 溶液液相外延生長(zhǎng)晶體技術(shù) 71
4.3 氣相生長(zhǎng)技術(shù) 73
4.3.1 真空蒸發(fā)法 74
4.3.2 升華法 78
4.3.3 化學(xué)氣相沉積法 78
4.3.4 低維半導(dǎo)體材料的生長(zhǎng)和制備 81
習(xí)題4 84
參考文獻(xiàn) 84
第5章 元素半導(dǎo)體材料的基本性質(zhì) 86
5.1 硅材料 86
5.1.1 硅的基本性質(zhì)和應(yīng)用 86
5.1.2 硅的晶體結(jié)構(gòu) 88
5.1.3 硅的能帶結(jié)構(gòu) 91
5.1.4 硅的電學(xué)性質(zhì) 93
5.1.5 硅的化學(xué)性質(zhì) 94
5.1.6 硅的光學(xué)性質(zhì) 95
5.1.7 硅的力學(xué)性質(zhì) 97
5.1.8 硅的熱學(xué)性質(zhì) 99
5.2 鍺材料的基本性質(zhì) 100
5.3 碳材料的基本性質(zhì) 103
習(xí)題5 105
參考文獻(xiàn) 105
第6章 元素半導(dǎo)體材料的提純和制備 107
6.1 金屬硅的制備 107
6.2 高純多晶硅的提純和制備 109
6.2.1 三氯氫硅工藝制備高純多晶硅 109
6.2.2 硅烷熱分解工藝制備高純多晶硅 114
6.2.3 流化床工藝制備高純多晶硅 115
6.2.4 其他化學(xué)提純工藝制備高純多晶硅 116
6.2.5 物理冶金工藝制備太陽(yáng)能級(jí)多晶硅 117
6.3 高純鍺半導(dǎo)體材料的提純和制備 120
6.3.1 鍺半導(dǎo)體材料的應(yīng)用 120
6.3.2 金屬鍺的制備 121
6.3.3 高純鍺的制備 123
6.3.4 單晶鍺的制備 123
習(xí)題6 124
參考文獻(xiàn) 124
第7章 區(qū)熔單晶硅的生長(zhǎng)和制備 125
7.1 分凝現(xiàn)象和分凝系數(shù) 125
7.1.1 分凝現(xiàn)象和平衡分凝系數(shù) 125
7.1.2 有效分凝系數(shù) 127
7.1.3 正常凝固和雜質(zhì)分布 128
7.2 區(qū)熔晶體生長(zhǎng)理論 129
7.3 區(qū)熔單晶硅生長(zhǎng) 132
習(xí)題7 136
參考文獻(xiàn) 137
第8章 直拉單晶硅的生長(zhǎng)和制備 138
8.1 直拉單晶硅的生長(zhǎng)工藝 138
8.1.1 直拉單晶硅生長(zhǎng)的基本工藝 139
8.1.2 直拉單晶硅生長(zhǎng)的主要控制因素 144
8.2 直拉單晶硅的新型生長(zhǎng)工藝 148
8.2.1 磁控直拉單晶硅生長(zhǎng)工藝 148
8.2.2 重復(fù)裝料直拉單晶硅生長(zhǎng)工藝 149
8.2.3 連續(xù)加料直拉單晶硅生長(zhǎng)工藝 150
8.3 硅片加工工藝 151
8.3.1 晶錠切斷 151
8.3.2 晶錠滾圓和切方 152
8.3.3 晶錠切片 152
8.3.4 硅片化學(xué)腐蝕 154
8.3.5 硅片倒角 155
8.3.6 硅片研磨 155
8.3.7 硅片拋光 155
習(xí)題8 156
參考文獻(xiàn) 157
第9章 直拉單晶硅的雜質(zhì)和缺陷 159
9.1 直拉單晶硅的摻雜 159
9.1.1 直拉單晶硅的摻雜劑 159
9.1.2 直拉單晶硅的摻雜技術(shù) 160
9.1.3 直拉單晶硅的摻雜量 161
9.2 直拉單晶硅的雜質(zhì) 163
9.2.1 氧雜質(zhì) 163
9.2.2 碳雜質(zhì) 167
9.2.3 氮雜質(zhì) 169
9.2.4 鍺雜質(zhì) 171
9.2.5 氫雜質(zhì) 173
9.2.6 金屬雜質(zhì) 175
9.3 直拉單晶硅的缺陷 177
9.3.1 單晶硅原生缺陷 177
9.3.2 硅片加工誘生缺陷 179
9.3.3 器件工藝誘生缺陷 180
習(xí)題9 182
參考文獻(xiàn) 183
第10章 硅薄膜半導(dǎo)體材料 184
10.1 單晶硅薄膜半導(dǎo)體材料 184
10.1.1 外延生長(zhǎng)單晶硅薄膜 185
10.1.2 外延單晶硅薄膜摻雜 189
10.1.3 外延單晶硅薄膜的缺陷 191
10.2 非晶硅薄膜半導(dǎo)體材料 192
10.2.1 非晶硅薄膜材料的基本性質(zhì) 193
10.2.2 非晶硅薄膜材料的制備 196
10.2.3 非晶硅薄膜材料中的氫雜質(zhì) 198
10.3 多晶硅薄膜半導(dǎo)體材料 200
10.3.1 多晶硅薄膜的基本性質(zhì) 200
10.3.2 多晶硅薄膜的制備 202
10.4 絕緣體上硅（SOI）薄膜半導(dǎo)體材料 206
10.4.1 注氧隔離技術(shù) 208
10.4.2 鍵合和反面腐蝕技術(shù) 208
10.4.3 注氫智能切割技術(shù) 209
10.5 鍺硅（SiGe）薄膜半導(dǎo)體材料 210
習(xí)題10 212
參考文獻(xiàn) 212
第11章 Ⅲ-Ⅴ族化合物半導(dǎo)體材料 216
11.1 Ⅲ-Ⅴ族化合物半導(dǎo)體材料的基本性質(zhì) 216
11.2 GaAs半導(dǎo)體材料的性質(zhì)和應(yīng)用 219
11.3 GaAs半導(dǎo)體材料的制備 222
11.3.1 布里奇曼法制備 223
11.3.2 液封直拉法制備 224
11.3.3 單晶GaAs薄膜的外延制備 225
11.4 GaAs晶體的雜質(zhì)和缺陷 227
11.4.1 GaAs晶體的摻雜 227
11.4.2 GaAs晶體的Si雜質(zhì) 228
11.4.3 GaAs晶體的缺陷 229
11.5 GaN半導(dǎo)體材料的性質(zhì)和應(yīng)用 230
11.6 GaN半導(dǎo)體材料的制備 233
11.6.1 單晶GaN的制備 233
11.6.2 單晶GaN薄膜的制備 235
11.7 GaN晶體的雜質(zhì)和缺陷 236
11.7.1 GaN晶體的雜質(zhì) 236
11.7.2 GaN晶體的缺陷 237
11.8 其他Ⅲ-Ⅴ族化合物半導(dǎo)體材料 240
11.8.1 InP半導(dǎo)體材料 240
11.8.2 GaP半導(dǎo)體材料 242
習(xí)題11 243
參考文獻(xiàn) 243
第12章 Ⅱ-Ⅵ族化合物半導(dǎo)體材料 245
12.1 Ⅱ-Ⅵ族化合物半導(dǎo)體材料的基本性質(zhì) 246
12.2 Ⅱ-Ⅵ族化合物半導(dǎo)體材料的制備 247
12.2.1 Ⅱ-Ⅵ族化合物半導(dǎo)體晶體材料的制備 248
12.2.2 Ⅱ-Ⅵ族化合物半導(dǎo)體薄膜材料的制備 251
12.2.3 Ⅱ-Ⅵ族化合物半導(dǎo)體材料的缺陷 253
12.3 CdTe半導(dǎo)體材料 255
12.3.1 CdTe半導(dǎo)體材料的性質(zhì)和應(yīng)用 255
12.3.2 CdTe半導(dǎo)體材料的制備 257
12.3.3 CdTe半導(dǎo)體材料的缺陷 259
12.4 其他Ⅱ-Ⅵ族化合物半導(dǎo)體材料 260
12.4.1 CdS半導(dǎo)體材料 260
12.4.2 CuInGaSe半導(dǎo)體材料 261
習(xí)題12 263
參考文獻(xiàn) 263
第13章 氧化物半導(dǎo)體材料 267
13.1 ZnO半導(dǎo)體材料 267
13.1.1 ZnO半導(dǎo)體材料的基本性質(zhì) 268
13.1.2 ZnO半導(dǎo)體材料的器件及應(yīng)用 271
13.1.3 ZnO半導(dǎo)體材料的制備 273
13.1.4 ZnO晶體的缺陷與雜質(zhì) 275
13.2 Ga2O3半導(dǎo)體材料 280
13.2.1 Ga2O3半導(dǎo)體材料的基本性質(zhì) 280
13.2.2 Ga2O3半導(dǎo)體材料的器件及應(yīng)用 282
13.2.3 Ga2O3半導(dǎo)體材料的制備 284
13.2.4 Ga2O3晶體的雜質(zhì)和缺陷 289
習(xí)題13 293
參考文獻(xiàn) 294
第14章 Ⅳ-Ⅳ族化合物半導(dǎo)體材料 299
14.1 SiC半導(dǎo)體材料的性質(zhì)和應(yīng)用 299
14.1.1 晶體結(jié)構(gòu) 299
14.1.2 能帶結(jié)構(gòu) 300
14.1.3 摻雜和載流子濃度 302
14.1.4 遷移率 303
14.1.5 光學(xué)性質(zhì) 303
14.1.6 其他性質(zhì) 304
14.1.7 應(yīng)用 305
14.2 SiC半導(dǎo)體材料的制備 305
14.2.1 單晶SiC的制備 305
14.2.2 SiC薄膜材料的制備 308
14.3 SiC晶體的雜質(zhì)和缺陷 309
14.3.1 SiC晶體的摻雜 309
14.3.2 SiC晶體的缺陷 311
習(xí)題14 313
參考文獻(xiàn) 314
第15章 有機(jī)半導(dǎo)體材料 317
15.1 有機(jī)半導(dǎo)體材料的基本性質(zhì) 317
15.1.1 有機(jī)半導(dǎo)體材料的結(jié)構(gòu)性質(zhì) 318
15.1.2 有機(jī)半導(dǎo)體材料的電學(xué)性質(zhì) 321
15.1.3 有機(jī)半導(dǎo)體材料的光學(xué)性質(zhì) 323
15.1.4 有機(jī)半導(dǎo)體材料的其他性質(zhì) 324
15.2 有機(jī)半導(dǎo)體材料的制備 324
15.2.1 溶液法 324
15.2.2 非溶液法 326
15.3 有機(jī)半導(dǎo)體材料的器件應(yīng)用 327
15.3.1 有機(jī)半導(dǎo)體材料在發(fā)光器件中的應(yīng)用 327
15.3.2 有機(jī)半導(dǎo)體材料在光伏器件中的應(yīng)用 329
15.3.3 有機(jī)半導(dǎo)體材料在電子器件中的應(yīng)用 331
15.3.4 有機(jī)半導(dǎo)體材料在新型器件中的應(yīng)用 332
習(xí)題15 333
參考文獻(xiàn) 333