薄膜科技與應用(第四版)

　　薄膜技術的進展和表面界面物理導入，使電子元件實現了輕薄短小，且有效控制半導體材料和固態元件之品質。坊間有多種薄膜技術叢書，但多僅闡述製作技術。本書將引導對薄膜有興趣者認識真空、電漿、長膜機制，製作高品質薄膜的要件，薄膜品質之鑑定和薄膜製作技術如何改善電子元件功能等。本書前四章介紹薄膜沉積所用到的真空、電漿、熱力、動力等薄膜生長機制；第五、六章介紹高品質薄膜對元件電性之影響；第七、八章說明量測薄膜特性之技術與原理。是一本適合大學、科大機械、電機、化工、材料系三、四年級「薄膜技術」、「薄膜工程」課程使用，也適合從事微電子技術之產業界的專業人員使用。

第1章　真空技術與氣體傳輸安全
1-1　氣　壓
1-2　氣體動力學
1-3　真空系統
1-3.1　氣導(conductance)
1-3.2　抽氣速率
1-4　真空泵浦
1-4.1　迴轉式機械泵浦(rotary mechanical pump)與乾式泵浦(dry pump)
1-4.2　擴散泵浦(diffusion pump)
1-4.3　渦輪式分子泵浦(turbo molecular pump)
1-4.4　低溫泵浦(cryogenic pump)
1-5　真空氣壓計(vacuum pressure gauge)
1-5.1　Pirani真空計
1-5.2　熱電偶真空計(thermocouple gauge)
1-5.3　Baratron電容式真空計
1-5.4　離子式真空計
1-5.5　Penning冷陰極真空計
1-5.6　剩餘氣體分析儀(residual gas analyzer)
1-6　漏氣測定
1-7　氣體傳輸系統
1-7.1　閥門(valve)
1-7.2　真空導引(feed through)
1-7.3　管件的連接
1-8　危險氣體的處理
1-9　流量的量測與控制
習題
參考資料

第2章　電漿物理
2-1　電漿中的氣相碰撞
2-2　各種電漿粒子與表面之作用
2-2.1　濺　射
2-2.2　二次電子
2-2.3　在基板表面沉積薄膜或蝕刻
2-3　直流輝光放電(D.C glow discharge)
2-3.1　直流輝光放電特性
2-3.2　陰極暗區
2-3.3　電漿輝光放電區
2-3.4　陽極暗區
2-4　射頻輝光放電(radio frequency glow discharge)
2-4.1　RF電漿的直流自我偏壓
2-4.2　RF系統的電壓分布
2-4.3　調頻器(matching box or tunner)
2-5　磁控管(magnetron)輝光放電
2-5.1　帶電粒子在磁場方向螺旋前進
2-5.2　帶電粒子受電力和磁力作用
2-6　高密度電漿(high density plasma)
習題
參考資料

第3章　表面動力學與薄膜生長機制
3-1　物理吸附(physisorption)
3-2　化學吸附(chemisorption)
3-3　吸附原子在基板表面產生表面張力
3-4　結合能與表面張力
3-5　吸附量與溫度、氣壓之關係
3-6　摻質原子在晶體中的擴散
3-7　表面擴散與薄膜間的互擴散
3-8　孕核(nucleation)
3-9　原子團的生長與聚合
3-10 薄膜的結構與缺陷
習題
參考資料

第4章　薄膜製作技術
4-1　熱氧化(thermal exidation)
4-2　物理汽相沉積(PVD)
4-2.1　蒸鍍(evaporation)
4-2.2　脈衝雷射沉積(PLD)
4-2.3　濺射沈積或乾蝕刻(Sputtering Deposition or Dry Etching)
4-2.4　離子束沉積與蝕刻(Ion beam deposition or Ion mill)
4-3　化學汽相沉積(CVD)
4-3.1　反應腔中氣體傳送原理
4-3.2　CVD動力學
4-3.3　CVD反應系統
4-4　導電薄膜和介電薄膜製作
4-5　磊晶技術(epitaxial technology)
4-5.1　鹵化物系VPE同質磊晶
4-5.2　Ⅲ一Ⅴ族半導體異質磊晶
4-6 微影製版術(lithography technology)
4-6.1 光阻材料
4-6.2 紫外線曝光技術
4-6.3 圖案對準技術
4-7 蝕刻技術(Etching technology)
4-7.1 濕式蝕刻
4-7.2 乾蝕刻
習題
參考資料

第5章　磊晶生長與光學薄膜
5-1　同質磊晶生長模式
5-2　異質磊晶的能隙與晶格常數
5-3　晶格失配的結構
5-4　異質磊晶層中的應變能
5-5　異質磊晶的差排能
5-6　超晶格應變層與插入差排
5-7　電磁波在固態界面的傳輸
5-8　光在薄膜界面的反射與穿透
5-9　多層抗反射薄膜
5-10 超晶格高反射薄膜
習題
參考資料

第6章　表面、界面與元件電性
6-1　表面能態
6-2　金屬與半導體界面
6-3　歐姆接觸
6-4　金屬-氧化層-半導體(MOS)界面
6-5　異質結構的應用元件
6-5.1　發光二極體(Light Emitting Diode LED)
6-5.2　半導體雷射二極體(Laser Diode LD)
6-5.3　異質雙載子接面電晶體
(Heterojunction Bipolor Transistor HBT)
6-5.4　高電子遷移率電晶體(pseudomorphic High Electron
Mobility Transistor pHEMT)
習題
參考資料

第7章　散射與薄膜結構或成分分析
7-1　X-射線繞射與三維倒晶個格
7-2　電漿振盪子(plasmons)與電磁耦合量子(polaritons)
7-2.1　離子晶體的聲子
7-2.2　電漿振盪子
7-3　二維結晶學
7-3.1　基板晶格表面
7-3.2　表面結構的Wood符號與疊層覆蓋率
7-3.3　薄膜與基板的繞射圖案關係
7-4　電子繞射(LEED & RHEED)
7-5　拉塞福(Rutherford)反向散射光譜儀(RBS)
7-6　二次離子質譜儀 (SIMS)
習題
參考資料

第8章　薄膜特性檢測技術與原理
8-1　光學特性分析技術
8-1.1　光學顯微鏡
8-1.2　橢圓儀(ellipsometer)
8-1.3　紅外光譜儀(FTIR)
8-1.4　拉曼(Raman)光譜分析
8-1.5　激發光光譜分析
8-1.6　感應耦合電漿原子發射光譜(ICPOES)
8-2　電子束分析技術
8-2.1　掃描式電子顯微鏡 (SEM)
8-2.2　穿透式電子顯微鏡 (TEM)
8-2.3　歐傑電子光譜儀 (AES)
8-3　掃描探針顯微技術(Scanning Probe Microscopy)
8-3.1　掃描式穿隧顯微鏡 (STM)
8-3.2　原子力顯微鏡(AFM)
8-3.3　近場光學顯微鏡
8-4　X-射線分析技術
8-4.1　X射線特性
8-4.2　X光繞射儀
8-4.3　光電子光譜儀 (photoemission spectroscopy)
8-4.4　X射線螢光分析
8-5　薄膜應力量測
8-6　金屬薄膜的片電阻
8-7　絕緣薄膜的介電強度與崩潰電荷密度
習題
參考資料

附錄
附錄A　部分習題解答
附錄B　元素週期表
附錄C　室溫下一些半導體之物性
附錄D　Si、Ge、GaAs和SiO的性質(300°K)
附錄E　用於電子材料的某些元素的物理性質
附錄F　物理常數及其換算