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物理化學Ⅱ(量子力學篇)

為了解決介電常數k值的問題，作者黃定加,黃玲媛,黃玲惠  這樣論述：

　　本書中之論述力求簡明扼要、循序漸進，且於書中多舉例題以提昇學習的效果，並於各章的後面均附習題，以備讀者自行研習解答，增進對於有關理論的瞭解。本書中之專有名詞的後面，均附其對照的英文名詞。本書的內容適合作為一般大學及科技大學之化學、化學工程、環境工程、材料科技、生化科技與醫藥學系及相關研究所之物理化學及相關課程的教材，亦可作為從事上述各領域之研究及工作人員的參考書。本書所包括的內容較多、範圍較廣且較深入，教師可配合系所之發展重點及需要，自行選擇適合的章節內容講授。   本書特色   　　1.本書中之論述力求簡明扼要、循序漸進，且於書中多舉例題以提昇學習的效果，並於各章的後面均附習題，以備

讀者自行研習解答，增進對於有關理論的瞭解。   　　2.本書的內容適合作為一般大學及科技大學之化學、化學工程、環境工程、材料科技、生化科技與醫藥學系及相關研究所之物理化學及相關課程的教材，亦可作為從事上述各領域之研究及工作人員的參考書。   　　3.本書所包括的內容較多、範圍較廣且較深入，教師可配合系所之發展重點及需要，自行選擇適合的章節內容講授。

半導體物理與器件＝Semiconductor Physics and Devices：Basic Principles，Fourth Edition：英文版

為了解決介電常數k值的問題，作者(美)唐納德·A.尼曼 著 這樣論述：

《國外電子與通信教材系列:半導體物理與器件(第四版)(英文版)》是微電子技術領域的基礎教程。全書涵蓋了量子力學、固體物理、半導體材料物理及半導體器件物理等內容，分成三部分，共15章。第壹部分為半導體材料屬性，主要討論固體晶格結構、量子力學、固體量子理論、平衡半導體、輸運現象、半導體中的非平衡過剩載流子；第二部分為半導體器件基礎，主要討論pn結、pn結二極管、金屬半導體和半導體異質結、金屬氧化物半導體場效應晶體管、雙極晶體管、結型場效應晶體管；第三部分為專用半導體器件，主要介紹光器件、半導體微波器件和功率器件等。書中既講述了半導體基礎知識，也分析討論了小尺寸器件物理問題，具有一定的深度和廣度。另

外，全書各章難點之后均列有例題、自測題，每章末尾均安排有復習要點、重要術語解釋及知識點。美國新墨西哥大學電氣與計算機工程系教授，於新墨西哥大學獲博士學位后，成為Hanscom空軍基地固態科學實驗室電子工程師。1976年加入新墨西哥大學電氣與計算機工程系，從事半導體物理與器件課程和電路課程的教學工作。目前仍為該系的返聘教員。出版過Microelectronics Circuit Analysis and Design, Fourth Edition和An Introduction to Semiconductor Devices兩本教材。 第一部分 半導體材料屬性第1章固體晶

格結構11.0預習11.1半導體材料11.2固體類型21.3空間晶格31.3.1原胞和晶胞31.3.2基本的晶體結構41.3.3晶面和密勒指數61.3.4晶向91.4金剛石結構101.5原子價鍵121.6固體中的缺陷和雜質141.6.1固體中的缺陷141.6.2固體中的雜質161.7半導體材料的生長171.7.1在熔融體中生長171.7.2外延生長191.8小結20重要術語解釋20知識點21復習題21習題21參考文獻24第2章量子力學初步252.0預習252.1量子力學的基本原理252.1.1能量量子化262.1.2波粒二相性272.1.3不確定原理302.2薛定諤波動方程312.2.1波動方

程312.2.2波函數的物理意義322.2.3邊界條件332.3薛定諤波動方程的應用342.3.1自由空間中的電子352.3.2無限深勢阱362.3.3階躍勢函數392.3.4勢壘和隧道效應442.4原子波動理論的延伸462.4.1單電子原子462.4.2周期表502.5小結51重要術語解釋51知識點52復習題52習題52參考文獻57第3章固體量子理論初步583.0預習583.1允帶與禁帶583.1.1能帶的形成593.1.2克龍尼克—潘納模型633.1.3k空間能帶圖673.2固體中電的傳導723.2.1能帶和鍵模型723.2.2漂移電流743.2.3電子的有效質量753.2.4空穴的概念7

83.2.5金屬、絕緣體和半導體803.3三維擴展833.3.1硅和砷化鎵的k空間能帶圖833.3.2有效質量的補充概念853.4狀態密度函數853.4.1數學推導853.4.2擴展到半導體883.5統計力學913.5.1統計規律913.5.2費米—狄拉克概率函數913.5.3分布函數和費米能級933.6小結98重要術語解釋98知識點99復習題99習題100參考文獻104第4章平衡半導體1064.0預習1064.1半導體中的載流子1064.1.1電子和空穴的平衡分布1074.1.2n0方程和p0方程1094.1.3本征載流子濃度1134.1.4本征費米能級位置1164.2摻雜原子與能級1184

.2.1定性描述1184.2.2電離能1204.2.3III—V族半導體1224.3非本征半導體1234.3.1電子和空穴的平衡狀態分布1234.3.2n0和p0的乘積1274.3.3費米—狄拉克積分1284.3.4簡並與非簡並半導體1304.4施主和受主的統計學分布1314.4.1概率函數1314.4.2完全電離與束縛態1324.5電中性狀態1354.5.1補償半導體1354.5.2平衡電子和空穴濃度1364.6費米能級的位置1414.6.1數學推導1424.6.2EF隨摻雜濃度和溫度的變化1444.6.3費米能級的應用1454.7小結147重要術語解釋148知識點148復習題149習題14

9參考文獻154第5章載流子輸運現象1565.0預習1565.1載流子的漂移運動1565.1.1漂移電流密度1565.1.2遷移率1595.1.3電導率1645.1.4飽和速度1695.2載流子擴散1725.2.1擴散電流密度1725.2.2總電流密度1755.3雜質梯度分布1765.3.1感生電場1765.3.2愛因斯坦關系1785.4霍爾效應1805.5小結183重要術語解釋183知識點184復習題184習題184參考文獻191第6章半導體中的非平衡過剩載流子1926.0預習1926.1載流子的產生與復合1936.1.1平衡態半導體1936.1.2過剩載流子的產生與復合1946.2過剩載流

子的性質1986.2.1連續性方程1986.2.2與時間有關的擴散方程1996.3雙極輸運2016.3.1雙極輸運方程的推導2016.3.2摻雜及小注入的約束條件2036.3.3雙極輸運方程的應用2066.3.4介電弛豫時間常數2146.3.5海恩斯—肖克萊實驗2166.4准費米能級2196.5過剩載流子的壽命2216.5.1肖克萊—里德—霍爾復合理論2216.5.2非本征摻雜和小注入的約束條件2256.6表面效應2276.6.1表面態2276.6.2表面復合速度2296.7小結231重要術語解釋231知識點232復習題233習題233參考文獻240第二部分 半導體器件基礎第7章pn結2417

.0預習2417.1pn結的基本結構2417.2零偏2437.2.1內建電勢差2437.2.2電場強度2467.2.3空間電荷區寬度2497.3反偏2517.3.1空間電荷區寬度與電場2517.3.2勢壘電容（結電容）2547.3.3單邊突變結2567.4結擊穿2587.5非均勻摻雜pn結2627.5.1線性緩變結2637.5.2超突變結2657.6小結267重要術語解釋268知識點268復習題269習題269參考文獻275第8章pn結二極管2768.0預習2768.1pn結電流2768.1.1pn結內電荷流動的定性描述2778.1.2理想的電流—電壓關系2788.1.3邊界條件2798.1.

4少數載流子分布2838.1.5理想pn結電流2868.1.6物理學小結2908.1.7溫度效應2928.1.8短二極管2938.2產生—復合電流和高注入級別2958.2.1產生復合電流2968.2.2高級注入3028.3pn結的小信號模型3048.3.1擴散電阻3058.3.2小信號導納3068.3.3等效電路3138.4電荷存儲與二極管瞬態3148.4.1關瞬態3158.4.2開瞬態3178.5隧道二極管3188.6小結321重要術語解釋322知識點322復習題323習題323參考文獻330第9章金屬半導體和半導體異質結3319.0預習3319.1肖特基勢壘二極管3319.1.1性質上的特

征3329.1.2理想結的特性3349.1.3影響肖特基勢壘高度的非理想因素3389.1.4電流—電壓關系3429.1.5肖特基勢壘二極管與pn結二極管的比較3459.2金屬—半導體的歐姆接觸3499.2.1理想非整流接觸勢壘3499.2.2隧道效應3519.2.3比接觸電阻3529.3異質結3549.3.1形成異質結的材料3549.3.2能帶圖3549.3.3二維電子氣3569.3.4靜電平衡態3589.3.5電流—電壓特性3639.4小結363重要術語解釋364知識點364復習題365習題365參考文獻370第10章金屬—氧化物—半導體場效應晶體管基礎37110.0預習37110.1雙端M

OS結構37110.1.1能帶圖37210.1.2耗盡層厚度37610.1.3面電荷密度38010.1.4功函數差38210.1.5平帶電壓38510.1.6閾值電壓38810.2電容—電壓特性39410.2.1理想C—V特性39410.2.2頻率特性39910.2.3固定柵氧化層電荷和界面電荷效應40010.3MOSFET基本工作原理40310.3.1MOSFET結構40310.3.2電流—電壓關系——概念40410.3.3電流—電壓關系——數學推導41010.3.4跨導41810.3.5襯底偏置效應41910.4頻率限制特性42210.4.1小信號等效電路42210.4.2頻率限制因素和截

止頻率42510.5CMOS技術42710.6小結430重要術語解釋431知識點432復習題432習題433參考文獻441第11章金屬—氧化物—半導體場效應晶體管：概念的深入44311.0預習44311.1非理想效應44311.1.1亞閾值電導44411.1.2溝道長度調制效應44611.1.3遷移率變化45011.1.4速度飽和45211.1.5彈道輸運45311.2MOSFET按比例縮小理論45511.2.1恆定電場按比例縮小45511.2.2閾值電壓——一級近似45611.2.3全部按比例縮小理論11.3閾值電壓的修正11.3.1短溝道效應11.3.2窄溝道效應11.4附加電學特性11.

4.1擊穿電壓11.4.2輕摻雜漏晶體管11.4.3通過離子注入進行閾值調整11.5輻射和熱電子效應11.5.1輻射引入的氧化層電荷11.5.2輻射引入的界面態11.5.3熱電子充電效應11.6小結重要術語解釋知識點復習題習題參考文獻第12章雙極晶體管12.0預習12.1雙極晶體管的工作原理12.1.1基本工作原理12.1.2晶體管電流的簡化表達式12.1.3工作模式12.1.4雙極晶體管放大電路12.2少子的分布12.2.1正向有源模式12.2.2其他工作模式12.3低頻共基極電流增益12.3.1有用的因素12.3.2電流增益的數學表達式12.3.3小結12.3.4電流增益的計算12.4非理

想效應12.4.1基區寬度調制效應12.4.2大注入效應12.4.3發射區禁帶變窄12.4.4電流集邊效應12.4.5基區非均勻摻雜的影響12.4.6擊穿電壓12.5等效電路模型12.5.1Ebers—Moll模型12.5.2Gummel—Poon模型12.5.3H—P模型12.6頻率上限12.6.1延時因子12.6.2晶體管截止頻率12.7大信號開關12.7.1開關特性12.7.2肖特基鉗位晶體管12.8其他的雙極晶體管結構12.8.1多晶硅發射區雙極結型晶體管12.8.2SiGe基區晶體管12.8.3異質結雙極晶體管12.9小結重要術語解釋知識點復習題習題參考文獻第13章結型場效應晶體管1

3.0預習13.1JFET概念13.1.1pnJFET的基本工作原理13.1.2MESFET的基本工作原理13.2器件的特性13.2.1內建夾斷電壓、夾斷電壓和漏源飽和電壓13.2.2耗盡型JFET的理想直流I—V特性13.2.3跨導13.2.4MESFET13.3非理想因素13.3.1溝道長度調制效應13.3.2飽和速度影響13.3.3亞閩值特性和柵電流效應13.4等效電路和頻率限制13.4.1小信號等效電路13.4.2頻率限制因子和截止頻率13.5高電子遷移率晶體管13.5.1量子阱結構13.5.2晶體管性能13.6小結重要術語解釋知識點復習題習題參考文獻……第三部分 專用半導體器件附錄A

部分參數符號列表附錄B單位制、單位換算和通用常數附錄C元素周期表附錄D能量單位——電子伏特附錄E薛定諤波動方程的推導附錄F有效質量概念附件G誤差函數附錄H部分習題參考答案索引 出版本書第四版的目的在於將有關半導體器件的特性、工作原理及其局限性的基礎知識介紹給讀者。要想更好地理解這些基礎知識，就必須對半導體材料物理知識進行全面的了解。本書有意將量子力學、固體量子理論、半導體材料物理和半導體器件物理綜合在一起，因為所有這些理論對了解當今半導體器件的工作原理及其未來的發展是非常重要的。

具低界面狀態密度之高品質氧化鋁/矽金氧半電容器電特性研究

為了解決介電常數k值的問題，作者廖律維 這樣論述：

目錄摘要 iAbstract ii致謝 iii目錄 iv圖目錄 v表目錄 viii第一章 緒論 11.1前言 11.2研究動機 21.3論文架構 5第二章 理論基礎與文獻回顧 62.1氧化鋁介紹 62.2晶體結構 82.3MOS理論 102.3.1 MOS電容–電壓特性分析[32] 112.3.2 介電常數k值計算[33] 172.3.3 氧化層之電荷[34–35] 182.3.5 歐姆接觸(ohmic contact) 222.4氧化鋁(Al2O3)製備方式

232.4.1 原子層沉積法(Atomic layer deposition) 242.4.2 化學氣相沉積法(chemical vapor deposition) 252.4.3 磁控濺射法(magnetron sputtering) 262.4.4 電子束蒸鍍法(Electron Beam Evaporation) 272.4.5 溶膠–凝膠法(Sol-Gel) 282.4.6 水熱法(Hydrothermal synthesis) 282.5本論文研究探討 292.5.1 薄膜成長 312.6 真空以及非真

空製程比較 35第三章 實驗方法與步驟 373.1實驗流程 373.2實驗設備儀器 383.2.1 實驗器材及藥品 393.3實驗原理 403.4基板清理 423.5實驗參數設定 433.6量測分析 45第四章 結果與討論 474.1薄膜沉積參數 474.2沉積氧化鋁薄膜其特性 484.3能量散佈分析儀(EDS)薄膜成分分析 574.4 LPD–Al2O3薄膜電性分析 594.4.1 電特性曲線 594.4.2 平帶電壓 604.4.3 遲滯現象 6

1第五章 結論與未來展望 705.1結論 705.2未來與展望 70參考文獻 71圖目錄圖2–1 晶體結構(–Al2O3) 9圖2–2 氧化鋁溫度晶相轉換圖 10圖2–3 MOS結構圖 11圖2–3.1 MOS聚積區載子分佈圖 12圖2–3.2 MOS電容聚積區能帶圖 12圖2–3.3 MOS空乏區載子分佈圖 14圖2–3.4 MOS電容空乏區能帶圖 14圖2–3.5 MOS電容反轉區載子分佈圖 15圖2–3.6 MOS電容空反轉區能帶圖 16圖2–3.7理想電容–電壓特性曲線[31] 16圖2–3.8氧化層缺陷電荷分佈圖 22圖2–3.9 歐姆接觸電流–電壓曲

線圖[35] 23圖2–4.1 原子層沉積法示意圖 24圖2–4.2化學氣相沉積法示意圖 25圖2–4.3 磁控濺射法示意圖 26圖2–4.4 電子束蒸鍍法示意圖 27圖2–5.1成核概念圖 32圖2–5.2晶粒成長 33圖2–5.3晶粒聚集 33圖2–5.4隙縫填補 34圖2–5.5薄膜成長 34圖3.1氧化鋁(Al2O3)薄膜實驗流程圖 37圖3–3 恆溫水槽示意圖 41圖3–3.1沉積薄膜流程 42圖3–5氧化鋁薄膜注意參數 44圖3–5.1實驗步驟 45圖4–2.1 LPD–Al2O3薄膜厚度與沉積時間關係 50圖4–2.2 沉積30min薄膜SEM側面

圖 50圖4–2.3 沉積60min薄膜SEM側面圖 50圖4–2.4 沉積90min薄膜SEM側面圖 51圖4–2.5 沉積120min薄膜SEM側面圖 51圖4–2.6 沉積150min薄膜SEM側面圖 52圖4–2.7沉積一小時未回火之薄膜厚度166.9 nm 54圖4–2.8回火400 oC薄膜厚度73.7 nm 54圖4–2.9回火500 oC薄膜厚度84.4 nm 55圖4–2.10回火600 oC薄膜厚度78.7 nm 55圖4–2.11回火700 oC薄膜厚度85.9 nm 56圖4–2.12回火800 oC薄膜厚度86.2 nm 56圖4–3為回火之氧化

鋁(Al2O3)薄膜 58圖4–3.1回火後之氧化鋁(Al2O3)薄膜 58圖4–4 C–V量測曲線圖 63圖4–4.1 400 oC電導曲線圖 63圖4–4.2 500 oC電導曲線圖 64圖4–4.3 600 oC電導曲線圖 64圖4–4.4 700 oC電導曲線圖 65圖4–4.5 800 oC電導曲線圖 65圖4–4.6 I–V量測曲線圖 66圖4–4.7 等效氧化層電荷 66圖4–4.8 400 oC遲滯現象 67圖4–4.9 500 oC遲滯現象 67圖4–4.10 600 oC遲滯現象 68圖4–4.11 700 oC遲滯現象 68圖4–4.12 80

0 oC遲滯現象 69表目錄表1-2 高介電值材料之特性 3表2–6氧化鋁(Al2O3)薄膜各製程分析 35表3–2設備儀器 38表3–2.1實驗藥品 39表3–6實驗分析儀器 46表4–1液相沉積法沉積氧化鋁(Al2O3)其薄膜參數 48表4–2未經回火之薄膜沉積速率 52表4–2.1薄膜收縮率整理表 53表4–3 EDS氧鋁元素比重 58表4–4各溫度詳細計算之值 62表4–4.1各溫度遲滯平帶電壓係數 62