简介
本书基于作者长期从事微纳加工技术、带电粒子光学和光电子学等方
面的科研和教学工作积累，系统、全面地论述现代微米与纳米微细加工的
科学原理。主要内容包括：光子、电子、离子和等离子体及其作用，常用
的衬底与薄膜材料，微细图形技术，薄膜淀积、蚀刻、外延生长、氧化、
扩散和离子注入的过程和方法，以及微细结构的光学、电子显微、声学、
扫描探针显微等微观分析和表征手段。本书深入浅出，物理意义明确，取
材较新，比较全面地概括了国内外近10年来微纳加工领域所取得的新成果
和新进展，便于读者从宽广的视角来理解本学科前沿的各种科学技术问题
，进行创新性研究和开发工作。
本书可供电子科学与技术、微电子技术、光电子技术、精密机械加工
、微电子集成工艺、半导体与集成电路工艺设备、光电子集成工艺设备、
微机械及微光-电-机械加工、微流体技术、微传感器件与技术等领域科研
人员参考使用，也可用做高等学校相关学科的教学参考书。
目录
第1章 绪论（1）
1.1 微纳加工技术的意义（1）
1.2 微电子和光电子工程与微纳加工技术的关系（2）
1.3 平面工艺（5）
1.4 本书内容（6）
1.5 微细结构的其他应用领域（9）
1.6 未来纳米结构和纳米加工（13）
参考文献（14）
第2章 光子、电子、离子和等离子体（16）
2.1 光波与光子（16）
2.1.1 微纳加工技术中的光源（18）
2.1.2 几何光学的聚焦成像概念（22）
2.1.3 光的衍射和聚焦成像分辨率的衍射限制（26）
2.1.4 光学成像的波动理论（30）
2.2 极紫外射线与X射线（35）
2.2.1 极紫外射线与X射线的产生（36）
2.2.2 极紫外线与X射线的控制（45）
2.3 自由电子与电子束（49）
2.3.1 电子发射（49）
2.3.2 电子光学和电子束系统（52）
2.3.3 电子枪（65）
2.4 气体放电与等离子体（68）
2.4.1 气体的电击穿（68）
2.4.2 气体放电（69）
2.4.3 等离子体（73）
2.4.4 等离子体的电学性质（76）
2.4.5 等离子体的化学作用（80）
2.5 离子与离子源（82）
2.5.1 概述（82）
2.5.2 表面（热）电离离子源（82）
2.5.3 场离子源（83）
2.5.4 等离子体离子源（86）
2.6 光子、电子及离子与物质的作用（91）
2.6.1 光子的作用（92）
2.6.2 X射线与极紫外线光子的作用（99）
2.6.3 电子的作用（101）
2.6.4 离子相互作用（108）
2.7 真空物理与技术概要（113）
2.7.1 真空与低压气体的分子运动及气体流动（113）
2.7.2 真空室内的吸气与放气过程（116）
2.7.3 获得低压与真空的抽气技术（118）
2.7.4 低压强与真空度的测量技术（131）
参考文献（138）
第3章 微电子与光电子集成技术中常用的衬底与薄膜材料（141）
3.1 晶体结构与性质（142）
3.1.1 晶体的几何结构（142）
3.1.2 晶体的电学性质（146）
3.1.3 晶体的光学性质（155）
3.2 半导体材料（159）
3.2.1 元素半导体（159）
3.2.2 Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体（165）
3.2.3 Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体（172）
3.2.4 Ⅳ-Ⅳ族化合物半导体（176）
3.3 介电材料（179）
3.3.1 电介质材料（179）
3.3.2 无源光电子材料（181）
3.4 玻璃和聚合物（189）
3.4.1 基本概念和术语（189）
3.4.2 玻璃（190）
3.4.3 聚合物（197）
3.5 特殊微细结构及其有关材料（198）
3.5.1 半导体超晶格结构（198）
3.5.2 量子阱、量子线和量子点（201）
3.5.3 碳纳米管及其薄膜（203）
3.5.4 光子与声子晶体（206）
参考文献（207）
第4章 微细图形技术（210）
4.1 前言（210）
4.2 光学光刻（212）
4.2.1 接触式和接近式曝光光刻（212）
4.2.2 投射式光刻（214）
4.2.3 先进光学光刻技术和其他改进分辨率的方法（224）
4.3 抗蚀胶（239）
4.3.1 抗蚀胶曝光与显影的原理及类型（239）
4.3.2 （曝光）对比度曲线（243）
4.3.3 涂敷和显影工艺（244）
4.3.4 抗蚀胶的化学放大和对比度增强技术（245）
4.4 X射线光刻技术（246）
4.4.1 概述（246）
4.4.2 接近式X射线光刻系统及X射线光刻掩模板（247）
4.4.3 投射式X射线光刻（250）
4.5 极紫外线光刻（252）
4.6 电子束光刻系统（254）
4.6.1 概述（254）
4.6.2 扫描电子束曝光系统（255）
4.6.3 投射式电子束曝光光刻系统（266）
4.6.4 电子束光刻的抗蚀胶（269）
4.7 离子束光刻系统（270）
4.8 纳米压印技术（273）
4.9 LIGA制造技术（274）
参考文献（276）
第5章 蚀刻技术（280）
5.1 引言（280）
5.2 湿法（化学）蚀刻（282）
5.3 等离子体溅射蚀刻（287）
5.4 离子束蚀刻和离子铣（292）
5.5 基于化学作用的等离子体蚀刻（294）
5.6 光刻－蚀刻后的去胶（302）
5.7 激光蚀刻（304）
参考文献（310）
第6章 淀积（312）
6.1 蒸发淀积（312）
6.1.1 蒸发、升华和凝结（312）
6.1.2 真空蒸发淀积及蒸发淀积装置（315）
6.1.3 多组分薄膜的淀积（318）
6.2 溅射淀积（319）
6.2.1 阴极溅射（319）
6.2.2 溅射淀积过程和淀积速率（319）
6.2.3 溅射淀积设备（321）
6.2.4 离子束溅射淀积（324）
6.2.5 离子束直接淀积（326）
6.2.6 离子镀（327）
6.2.7 反应（离子束）溅射淀积（328）
6.2.8 剥离法（329）
6.3 化学气相淀积（330）
6.3.1 概述（330）
6.3.2 化学气相淀积的原理（330）
6.3.3 化学气相淀积装置（332）
6.4 等离子体、光和电子束增强化学气相淀积（333）
6.4.1 等离子体增强化学气相淀积（333）
6.4.2 光（增强）化学气相淀积（335）
6.4.3 电子束感应化学气相淀积（335）
6.5 其他薄膜成膜技术（336）
6.5.1 电化学淀积（336）
6.5.2 脉冲激光淀积法（337）
6.5.3 溶胶?凝胶法（339）
6.5.4 自组装法（352）
6.6 薄膜厚度的测量方法（359）
6.6.1 薄膜厚度的光学测量方法（359）
6.6.2 薄膜厚度的电学测量方法（363）
6.6.3 薄膜厚度的机械测量方法（364）
参考文献（367）
第7章 外延生长（369）
7.1 概述（369）
7.1.1 外延生长（369）
7.1.2 外延生长的过程（371）
7.1.3 外延生长层的结构形式（376）
7.1.4 液相外延生长（379）
7.2 分子束外延（380）
7.2.1 概述（380）
7.2.2 分子束外延生长的薄膜（381）
7.2.3 分子束外延设备（383）
7.2.4 离化团粒束外延生长（389）
7.3 金属有机化合物气相外延生长（391）
7.3.1 概述（391）
7.3.2 选择式金属有机化合物气相外延晶体生长技术（393）
7.4 激光化学气相外延生长（396）
参考文献（397）
第8章 微纳加工中的特殊工艺过程（399）
8.1 氧化（399）
8.1.1 概述（399）
8.1.2 硅的热氧化过程及氧化层的性质（400）
8.1.3 热氧化设备（404）
8.1.4 等离子体氧化（405）
8.2 扩散（406）
8.2.1 概述（406）
8.2.2 扩散方程（407）
8.2.3 固相扩散的物理模型（408）
8.2.4 扩散方程的解析解（409）
8.2.5 场增强扩散（411）
8.2.6 扩散设备（412）
8.2.7 杂质的密度和分布的分析（413）
8.2.8 离子交换与质子交换（416）
8.3 离子注入掺杂（418）
8.3.1 概述（418）
8.3.2 离子注入设备（419）
8.3.3 离子注入过程（421）
8.3.4 离子注入的沟道效应（424）
8.3.5 离子注入的辐射损伤（426）
8.3.6 退火（428）
8.3.7 激光束与电子束退火（429）
8.4 化学机械研磨平坦化技术（430）
参考文献（433）
第9章 微细结构的微分析和表征（434）
9.1 光学及激光方法（434）
9.1.1 光学显微镜（434）
9.1.2 激光扫描共焦显微镜（436）
9.1.3 基于干涉计量的激光测量仪器（438）
9.1.4 激光扫描故障检测系统（440）
9.2 电子显微镜和微分析方法（443）
9.2.1 概述（443）
9.2.2 透射电子显微镜（444）
9.2.3 扫描电子显微镜（463）
9.2.4 表面电子束点阵结构分析方法（479）
9.3 声学方法（482）
9.3.1 概述（482）
9.3.2 扫描声学显微镜（482）
9.3.3 扫描电子声学显微镜（483）
9.4 扫描探针显微镜（484）
9.4.1 扫描隧道显微镜（485）
9.4.2 原子力显微镜（494）
9.4.3 扫描近场光学显微镜（498）
9.4.4 扫描弹道电子发射显微镜（501）
参考文献（504）
附录（506）
附录A 缩略语表（506）
附录B 部分专业术语中英文对照表（508）
附录C 基本物理常数（510）
附录D 几种常用单位的换算（510）
附录E 主要符号表（511）
附录F 金属元素的蒸气压和蒸发速率（512）
附录G 化合物的蒸气压、熔点和蒸气成分（515）
附录H 32种点群的平衡态性质矩阵（521）
1.1 微纳加工技术的意义（1）
1.2 微电子和光电子工程与微纳加工技术的关系（2）
1.3 平面工艺（5）
1.4 本书内容（6）
1.5 微细结构的其他应用领域（9）
1.6 未来纳米结构和纳米加工（13）
参考文献（14）
第2章 光子、电子、离子和等离子体（16）
2.1 光波与光子（16）
2.1.1 微纳加工技术中的光源（18）
2.1.2 几何光学的聚焦成像概念（22）
2.1.3 光的衍射和聚焦成像分辨率的衍射限制（26）
2.1.4 光学成像的波动理论（30）
2.2 极紫外射线与X射线（35）
2.2.1 极紫外射线与X射线的产生（36）
2.2.2 极紫外线与X射线的控制（45）
2.3 自由电子与电子束（49）
2.3.1 电子发射（49）
2.3.2 电子光学和电子束系统（52）
2.3.3 电子枪（65）
2.4 气体放电与等离子体（68）
2.4.1 气体的电击穿（68）
2.4.2 气体放电（69）
2.4.3 等离子体（73）
2.4.4 等离子体的电学性质（76）
2.4.5 等离子体的化学作用（80）
2.5 离子与离子源（82）
2.5.1 概述（82）
2.5.2 表面（热）电离离子源（82）
2.5.3 场离子源（83）
2.5.4 等离子体离子源（86）
2.6 光子、电子及离子与物质的作用（91）
2.6.1 光子的作用（92）
2.6.2 X射线与极紫外线光子的作用（99）
2.6.3 电子的作用（101）
2.6.4 离子相互作用（108）
2.7 真空物理与技术概要（113）
2.7.1 真空与低压气体的分子运动及气体流动（113）
2.7.2 真空室内的吸气与放气过程（116）
2.7.3 获得低压与真空的抽气技术（118）
2.7.4 低压强与真空度的测量技术（131）
参考文献（138）
第3章 微电子与光电子集成技术中常用的衬底与薄膜材料（141）
3.1 晶体结构与性质（142）
3.1.1 晶体的几何结构（142）
3.1.2 晶体的电学性质（146）
3.1.3 晶体的光学性质（155）
3.2 半导体材料（159）
3.2.1 元素半导体（159）
3.2.2 Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体（165）
3.2.3 Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体（172）
3.2.4 Ⅳ-Ⅳ族化合物半导体（176）
3.3 介电材料（179）
3.3.1 电介质材料（179）
3.3.2 无源光电子材料（181）
3.4 玻璃和聚合物（189）
3.4.1 基本概念和术语（189）
3.4.2 玻璃（190）
3.4.3 聚合物（197）
3.5 特殊微细结构及其有关材料（198）
3.5.1 半导体超晶格结构（198）
3.5.2 量子阱、量子线和量子点（201）
3.5.3 碳纳米管及其薄膜（203）
3.5.4 光子与声子晶体（206）
参考文献（207）
第4章 微细图形技术（210）
4.1 前言（210）
4.2 光学光刻（212）
4.2.1 接触式和接近式曝光光刻（212）
4.2.2 投射式光刻（214）
4.2.3 先进光学光刻技术和其他改进分辨率的方法（224）
4.3 抗蚀胶（239）
4.3.1 抗蚀胶曝光与显影的原理及类型（239）
4.3.2 （曝光）对比度曲线（243）
4.3.3 涂敷和显影工艺（244）
4.3.4 抗蚀胶的化学放大和对比度增强技术（245）
4.4 X射线光刻技术（246）
4.4.1 概述（246）
4.4.2 接近式X射线光刻系统及X射线光刻掩模板（247）
4.4.3 投射式X射线光刻（250）
4.5 极紫外线光刻（252）
4.6 电子束光刻系统（254）
4.6.1 概述（254）
4.6.2 扫描电子束曝光系统（255）
4.6.3 投射式电子束曝光光刻系统（266）
4.6.4 电子束光刻的抗蚀胶（269）
4.7 离子束光刻系统（270）
4.8 纳米压印技术（273）
4.9 LIGA制造技术（274）
参考文献（276）
第5章 蚀刻技术（280）
5.1 引言（280）
5.2 湿法（化学）蚀刻（282）
5.3 等离子体溅射蚀刻（287）
5.4 离子束蚀刻和离子铣（292）
5.5 基于化学作用的等离子体蚀刻（294）
5.6 光刻－蚀刻后的去胶（302）
5.7 激光蚀刻（304）
参考文献（310）
第6章 淀积（312）
6.1 蒸发淀积（312）
6.1.1 蒸发、升华和凝结（312）
6.1.2 真空蒸发淀积及蒸发淀积装置（315）
6.1.3 多组分薄膜的淀积（318）
6.2 溅射淀积（319）
6.2.1 阴极溅射（319）
6.2.2 溅射淀积过程和淀积速率（319）
6.2.3 溅射淀积设备（321）
6.2.4 离子束溅射淀积（324）
6.2.5 离子束直接淀积（326）
6.2.6 离子镀（327）
6.2.7 反应（离子束）溅射淀积（328）
6.2.8 剥离法（329）
6.3 化学气相淀积（330）
6.3.1 概述（330）
6.3.2 化学气相淀积的原理（330）
6.3.3 化学气相淀积装置（332）
6.4 等离子体、光和电子束增强化学气相淀积（333）
6.4.1 等离子体增强化学气相淀积（333）
6.4.2 光（增强）化学气相淀积（335）
6.4.3 电子束感应化学气相淀积（335）
6.5 其他薄膜成膜技术（336）
6.5.1 电化学淀积（336）
6.5.2 脉冲激光淀积法（337）
6.5.3 溶胶?凝胶法（339）
6.5.4 自组装法（352）
6.6 薄膜厚度的测量方法（359）
6.6.1 薄膜厚度的光学测量方法（359）
6.6.2 薄膜厚度的电学测量方法（363）
6.6.3 薄膜厚度的机械测量方法（364）
参考文献（367）
第7章 外延生长（369）
7.1 概述（369）
7.1.1 外延生长（369）
7.1.2 外延生长的过程（371）
7.1.3 外延生长层的结构形式（376）
7.1.4 液相外延生长（379）
7.2 分子束外延（380）
7.2.1 概述（380）
7.2.2 分子束外延生长的薄膜（381）
7.2.3 分子束外延设备（383）
7.2.4 离化团粒束外延生长（389）
7.3 金属有机化合物气相外延生长（391）
7.3.1 概述（391）
7.3.2 选择式金属有机化合物气相外延晶体生长技术（393）
7.4 激光化学气相外延生长（396）
参考文献（397）
第8章 微纳加工中的特殊工艺过程（399）
8.1 氧化（399）
8.1.1 概述（399）
8.1.2 硅的热氧化过程及氧化层的性质（400）
8.1.3 热氧化设备（404）
8.1.4 等离子体氧化（405）
8.2 扩散（406）
8.2.1 概述（406）
8.2.2 扩散方程（407）
8.2.3 固相扩散的物理模型（408）
8.2.4 扩散方程的解析解（409）
8.2.5 场增强扩散（411）
8.2.6 扩散设备（412）
8.2.7 杂质的密度和分布的分析（413）
8.2.8 离子交换与质子交换（416）
8.3 离子注入掺杂（418）
8.3.1 概述（418）
8.3.2 离子注入设备（419）
8.3.3 离子注入过程（421）
8.3.4 离子注入的沟道效应（424）
8.3.5 离子注入的辐射损伤（426）
8.3.6 退火（428）
8.3.7 激光束与电子束退火（429）
8.4 化学机械研磨平坦化技术（430）
参考文献（433）
第9章 微细结构的微分析和表征（434）
9.1 光学及激光方法（434）
9.1.1 光学显微镜（434）
9.1.2 激光扫描共焦显微镜（436）
9.1.3 基于干涉计量的激光测量仪器（438）
9.1.4 激光扫描故障检测系统（440）
9.2 电子显微镜和微分析方法（443）
9.2.1 概述（443）
9.2.2 透射电子显微镜（444）
9.2.3 扫描电子显微镜（463）
9.2.4 表面电子束点阵结构分析方法（479）
9.3 声学方法（482）
9.3.1 概述（482）
9.3.2 扫描声学显微镜（482）
9.3.3 扫描电子声学显微镜（483）
9.4 扫描探针显微镜（484）
9.4.1 扫描隧道显微镜（485）
9.4.2 原子力显微镜（494）
9.4.3 扫描近场光学显微镜（498）
9.4.4 扫描弹道电子发射显微镜（501）
参考文献（504）
附录（506）
附录A 缩略语表（506）
附录B 部分专业术语中英文对照表（508）
附录C 基本物理常数（510）
附录D 几种常用单位的换算（510）
附录E 主要符号表（511）
附录F 金属元素的蒸气压和蒸发速率（512）
附录G 化合物的蒸气压、熔点和蒸气成分（515）
附录H 32种点群的平衡态性质矩阵（521）
Science of micro-and nano-fabrication
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