Passivation of Metals and Semiconductors, and Properties of Thin Oxide Layers pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Elsevier Science Ltd

作者:Marcus, Philippe (EDT)/ Maurice, Vincent (EDT)

出品人:

页数:764

译者:

出版时间:2006-5

价格:$ 339.00

装帧:HRD

isbn号码:9780444522245

丛书系列:

图书标签:

• 金属钝化
• 半导体钝化
• 薄氧化层
• 材料科学
• 表面化学
• 腐蚀防护
• 半导体器件
• 氧化膜
• 薄膜技术
• 材料工程

《金属与半导体钝化及薄氧化层性能研究》图书简介 本书深入探讨了金属与半导体材料表面钝化过程的物理化学机理，以及由此形成的薄氧化层在材料性能调控中的关键作用。全书聚焦于理解和优化材料表面结构，以实现对界面特性的精准控制，这对于现代电子器件、腐蚀防护以及先进功能材料的开发具有不可替代的指导意义。 第一部分：钝化理论基础与机理 第一章：表面能与界面热力学 本章首先回顾了材料表面的基本概念，包括表面能的定义、计算方法及其对材料稳定性的影响。详细阐述了界面热力学在理解钝化过程中的地位，重点分析了固-气、固-液界面间的相互作用能。讨论了不同晶向、缺陷密度对表面活性和后续钝化反应起始点的制约。引入了Gibbs自由能与弛豫过程的关系，为后续的动力学分析奠定理论基础。 第二章：金属钝化动力学与机制 本章集中分析金属在氧化性环境中（如空气、水溶液、等离子体）发生钝化的动力学过程。从电化学角度出发，详细解析了电化学极化曲线在钝化区间的行为特征，包括塔菲尔斜率、点蚀电位和钝化电流密度。深入探讨了氧化层形成过程中的电荷转移机制、离子迁移率限制以及薄膜生长模型，如Pilling-Bedworth比对薄膜应力的影响。讨论了多种钝化机制，包括一步氧化、多层氧化以及场致电子发射对钝化层完整性的影响。 第三章：半导体表面钝化：从本征缺陷到界面态 本章侧重于半导体材料（如硅、砷化镓、氮化物半导体）的表面钝化。首先，对半导体表面重构（Reconstruction）现象进行详尽的描述，阐明了不同温度和气氛下表面原子排列的变化规律。随后，深入分析了表面缺陷（如悬挂键、空位、间隙原子）如何导致费米能级钉扎（Fermi Level Pinning），从而影响载流子输运和器件性能。重点阐述了化学钝化（如溶液处理）和热氧化钝化（如湿氧/干氧氧化）在减少界面态密度（$N_{it}$）方面的差异和优越性。 第二部分：薄氧化层（或钝化层）的结构与表征 第四章：薄层结构与形貌分析 本章介绍了用于表征钝化层形貌、厚度和粗糙度的关键技术。详细介绍了原子力显微镜（AFM）在研究钝化层表面形貌演变中的应用，包括获取二维和三维高度信息。利用椭偏仪（Spectroscopic Ellipsometry, SE）对极薄氧化层（<10 nm）的厚度和光学常数进行非破坏性、高精度测量的方法和模型拟合。讨论了透射电子显微镜（TEM/STEM）在高分辨率下揭示界面结构、晶格错配和氧化层内部缺陷的潜力。 第五章：化学态与组成分辨 本章聚焦于钝化层化学成分的确定和价态分析。详述了X射线光电子能谱（XPS）在确定元素组成、化学键合态以及氧化层非化学计量性（Non-stoichiometry）方面的技术细节。阐明了俄歇电子能谱（AES）在进行界面深度剖析（Depth Profiling）时，如何通过溅射技术获取层状结构中元素分布的垂直信息。同时，讨论了傅里叶变换红外光谱（FTIR）在识别有机或残余物中官能团对钝化效果影响的应用。 第六章：应力、缺陷与介电性能 本章深入探究了钝化层中存在的内部应力（张应力和压应力）及其对薄膜稳定性的影响。结合X射线衍射（XRD）和小角度X射线散射（SAXS）技术，分析了应力与晶格参数变化之间的关系。详尽讨论了氧化层中的本征缺陷（如氧空位、金属间隙离子）如何影响层的介电常数（$kappa$ 值）、击穿场强（$E_{BD}$）以及漏电流特性。引入了电子隧穿模型（如Fowler-Nordheim, Direct Tunneling）来定量描述极薄层中的电荷输运机制。 第三部分：钝化层在功能器件中的应用与优化 第七章：腐蚀防护中的钝化策略 本章专门讨论了钝化层在提高金属基体抗腐蚀性方面的应用。以不锈钢、铝合金和先进结构钢为例，分析了原位（in-situ）钝化和外加（ex-situ）钝化技术。重点对比了铬酸盐钝化、磷酸盐转化膜和新型无铬钝化剂（如稀土盐）的作用机理。讨论了钝化层完整性被机械损伤或局部电化学侵蚀破坏后的自修复（Self-healing）能力。 第八章：半导体界面工程与器件性能 本章将钝化技术与实际半导体器件性能紧密联系起来。详细分析了栅氧化层（Gate Oxide）在MOSFET中的关键作用，如何通过优化氧化温度和气氛来最小化界面陷阱密度，从而提高载流子迁移率和器件开关速度。讨论了在III-V族半导体（如GaAs, GaN）中，利用高介电常数氧化物（如$ ext{Al}_2 ext{O}_3$, $ ext{HfO}_2$）替代传统硅氧化物界面进行钝化的挑战与优势，特别是对高电子迁移率晶体管（HEMTs）的意义。 第九章：先进钝化技术与前沿趋势 本章展望了未来金属和半导体钝化技术的发展方向。介绍了原子层沉积（ALD）技术在实现亚纳米级厚度和优异保形性（Conformality）的钝化层生长方面的突破。讨论了等离子体增强化学气相沉积（PECVD）在低温或对热敏感基材上形成保护性薄膜的应用。最后，探讨了单原子层二维材料（如石墨烯、$ ext{MoS}_2$）作为终极钝化屏障的潜力及其在柔性电子和生物电子界面构建中的前沿应用。 本书结构严谨，理论深度与工程实践相结合，为材料科学家、器件工程师以及从事表面物理研究的专业人员提供了全面而深入的参考。

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