半導體鍺材料與器件

前言

　　眾所周知，半導體硅材料是推動人類社會進入信息化時代的關鍵材料。然而，在晶體管和集成電路發(fā)展的初期階段，鍺是至關重要的半導體材料。正如本書封面顯示的那樣，世界上第一只點接觸三極管的誕生采用的就是鍺襯底材料。20世紀60年代，隨著硅技術的不斷發(fā)展，鍺作為微電子工業(yè)主要材料的地位逐步被替代。近來，鍺及鍺基半導體材料在微納電子器件發(fā)展中又重新得到了半導體工業(yè)界的重視?！　”緯髡逤or Claeys博士和Eddy Simoen博士是世界知名的半導體材料和器件專家，均任職于國際著名的微電子研究機構IME，他們在書中系統(tǒng)總結了鍺材料與工藝技術的最新進展和鍺器件及其在光電子學、探測器與太陽能電池等領域的研究成果。我和Cor Claeys博士多次在國際會議上交流，他十分支持本書的翻譯工作，并欣然在書的扉頁上題詞；在征得出版機構同意后，特邀鄧志杰、朱悟新、米緒軍、余懷之、黎建明、張峰賧、肖清華等人一起將該書譯成中文，以饗讀者。　　全書涵蓋了鍺晶體生長、缺陷控制、雜質影響、加工工藝、鍺器件及器件模擬，以及鍺在紅外與其他領域的應用等內容，并展望了未來鍺材料和器件的發(fā)展前景。其內容廣泛，數(shù)據(jù)詳實，可作為高等院校、科研院所和相關單位中從事半導體器件與材料物理學習和研究人員的參考用書?！　≡诜g出版本書的過程中，得到了冶金工業(yè)出版社和：Elseviel出版社的大力合作；北京有色金屬研究總院黃倬同志、肖芳同志參加了部分組織工作，在此一并表示衷心感謝！

內容概要

　　《半導體鍺材料與器件》是全面深入探討這一技術領域的首部著作，其內容涵蓋了半導體鍺技術研究的最新進展，闡述了鍺材料科學、器件物理和加工工藝的基本原理。作者系來自科學界及工業(yè)界從事該領域前沿研究的國際知名專家。　　《半導體鍺材料與器件》還介紹了鍺在光電子學、探測器以及太陽能電池領域的工業(yè)應用。它對從事半導體器件與材料物理研究的科技人員、高等院校材料專業(yè)的師生以及工業(yè)和研究領域的工程師們而言，是一部必不可少的參考書，無論是專家還是初學者都將從《半導體鍺材料與器件》中受益。鍺是研發(fā)晶體管技術的基礎性半導體材料，近年來，由于其在微納電子學領域的潛在優(yōu)勢，半導體鍺材料又重新受到人們的關注。

書籍目錄

0 導論0.1 引言0.2 歷史沿革和重大事件0.3 鍺用作新型超大規(guī)模集成電路（ULSI）襯底：機遇與挑戰(zhàn)0.4 本書梗概參考文獻1 鍺材料1.1 引言1.2 體鍺片的制備1.2.1 鍺原材料：供應及生產(chǎn)流程1.2.2 鍺晶體生長1.2.3 鍺片制造1.3 GOI襯底1.3.1 背面研磨SOI1.3.2 以薄層轉移技術制備GOI襯底1.4 結論參考文獻2 鍺中長入缺陷2.1 引言2.2 鍺中本征點缺陷2.2.1 本征點缺陷特性的模擬2.2.2 有關空位特性的實驗數(shù)據(jù)2.2.3 Voronkov模型對鍺的應用2.3 非本征點缺陷2.3.1 摻雜劑2.3.2 中性點缺陷2.3.3 碳2.3.4 氫2.3.5 氧2.3.6 氮2.3.7 硅2.4 直拉生長過程中位錯的形成2.4.1 熱模擬2.4.2 機械應力的發(fā)生2.4.3 鍺的力學性質2.4.4 拉晶過程中的位錯成核和增殖2.4.5 鍺中位錯的電學影響2.5 點缺陷團2.5.1 空位團的實驗觀察2.5.2 空位團形成的模型和模擬2.6 結論參考文獻3 鍺中摻雜劑的擴散和溶解度3.1 引言3.2 半導體中的擴散3.2.1 擴散機制3.2.2 自擴散3.3 鍺中的本征點缺陷3.3.1 淬火3.3.2 輻照3.4 在鍺和硅中的自擴散和Ⅳ族原子擴散3.4.1 放射性示蹤實驗3.4.2 鍺中同位素作用和Ⅳ族元素的擴散3.4.3 摻雜和壓力的影響3.4.4 鍺在硅中的擴散3.5 鍺中雜質的溶解度3.6 鍺中Ⅲ、Ⅴ族摻雜劑的擴散3.6.1 Ⅲ族受主的擴散3.6.2 V族施主的擴散3.6.3 鍺中摻雜電場對摻雜擴散的作用3.6.4 小結3.7 結論參考文獻4 鍺中氧4.1 引言4.2 間隙氧4.2.1 氧濃度的測量4.2.2 擴散率和溶解度4.2.3 振動譜結構和缺陷模型4.3 TDs和氧二聚物4.3.1 TDs的電子態(tài)4.3.2 TDs的振動譜4.3.3 氧二聚物的振動譜4.4 氧沉淀的紅外吸收4.5 空位.氧缺陷4.6 結論參考文獻5 鍺中金屬5.1 引言5.2 鍺中的銅雜質5.2.1 分配系數(shù)Kd5.2.2 鍺中銅原子結構5.2.3 游離銅的擴散機理5.2.4 摻雜濃度對銅擴散和溶解度的影響5.2.5 鍺中銅擴散Kick-0ut機理5.2.6 鍺中銅的沉淀5.2.7 替位銅的能級和俘獲截面5.2.8 間隙銅原子與Cu-Cui原子對的能級5.2.9 銅對鍺中載流子壽命的影響5.3 鍺中的銀、金和鉑5.3.1 分凝系數(shù)、溶解度和擴散系數(shù)5.3.2 能級和俘獲截面5.3.3 對載流子壽命的影響5.4 鍺中的鎳5.4.1 鎳在鍺中的溶解度和擴散率5.4.2 鎳在鍺中的能級和俘獲截面5.4.3 對載流子壽命的影響5.5 鍺中的過渡金屬5.5.1 鐵5.5.2 鈷5.5.3 錳5.5.4 其他金屬5.6 鍺中金屬性能的化學趨勢5.6.1 電學性能5.6.2 鍺中金屬的光學性質5.6.3 影響鍺中載流子壽命的因素5.7 結論參考文獻6 鍺中缺陷從頭計算的建模6.1 引言6.2 量子力學方法6.3 Kohn-Sham能級和占據(jù)能級6.4 形成能、振動模和能級6.5 鍺中的缺陷模擬6.6 鍺中的缺陷6.6.1 鍺中的空位和雙空位6.6.2 自間隙6.6.3 氮缺陷6.6.4 鍺中的碳6.6.5 鍺中的氧6.6.6 熱施主6.6.7 鍺中的氫6.7 缺陷的電學能級……7 鍺中輻射缺陷及行為8 鍺器件的電學性能9 器 件模擬10 納米尺度鍺MOS柵介質和MOS結11 先進的鍺MOS器件12 鍺的其他應用13 發(fā)展趨勢與展望附錄

章節(jié)摘錄

　　本章討論鍺中輻照和粒子損傷、產(chǎn)生的缺陷以及缺陷損傷的退火消除以避免其對材料和器件性能的影響，重點放在能夠沉積足夠能量并影響鍺晶體晶格點陣移位的輻照上。在這種最簡單的情況下，鍺原子連續(xù)從替位位置遷移到間隙位置，從而留下空位。換句話說產(chǎn)生一個弗侖克爾對。空位和間隙原子在室溫下都有足夠的動能在晶格中移動以及和其他的相發(fā)生反應，從而導致缺陷和缺陷復合體的產(chǎn)生。高能電子、Y射線和任一原子的中子和高能離子都可能發(fā)生這種遷移和反應。特別是后者的機制與半導體技術相關，非常重要，因為它是離子注入技術制造器件的基礎?！　”菊碌慕Y構是這樣的：首先是半導體中輻照損傷和注入的一般性問題，緊接著轉向介紹與鍺有關的具體內容。在第一部分（7.2 節(jié)）中，對形成弗侖克爾對缺陷的射線和電子輻照與產(chǎn)生原子簇缺陷的僅粒子、中子和離子注入輻照進行了對比?！　〉诙糠郑?.3 節(jié)）回顧并分類講述了鍺中的缺陷及缺陷間的反應，在本節(jié)的部分討論中進行了si與siGe的對比?！　∽詈笠徊糠郑?.4 節(jié)）討論了輻照損傷對鍺材料和鍺器件的影響，再次關注了產(chǎn)生原子移位的損傷的影響，同時考慮了器件的電離輻照，進行這種輻照時器件吸收能量，產(chǎn)生電離現(xiàn)象，從而生成一個空穴.電子對，而不是替位原子?！　≡诤笠环N情況，我們需要區(qū)分瞬間離子化與時間較長的離子化效果的不同。瞬間離子化時，空穴和電子會遷移，一旦在器件的有源區(qū)發(fā)生瞬間離子化，器件就可能產(chǎn)生錯誤信號或噪聲。而在絕緣體中，如M0s器件上的氧化物門，產(chǎn)生的電子和空穴不能像半導體中的那樣自由遷移，出現(xiàn)這種情況的區(qū)域，性能上可能發(fā)生永久性的改變。

編輯推薦

　　《半導體鍺材料與器件》作者Cor Claeys博士和Eddy Simoen博士是世界知名的半導體材料和器件專家，均任職于國際著名的微電子研究機構IMEC，他們在書中系統(tǒng)總結了鍺材料與工藝技術的最新進展和鍺器件及其在光電子學、探測器與太陽能電池等領域的研究成果?！　∪珪w了鍺晶體生長、缺陷控制、雜質影響、加工工藝、鍺器件及器件模擬，以及鍺在紅外與其他領域的應用等內容，并展望了未來鍺材料和器件的發(fā)展前景。其內容廣泛，數(shù)據(jù)詳實，可作為高等院校、科研院所和相關單位中從事半導體器件與材料物理學習和研究人員的參考用書。

圖書封面

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