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[经典书籍] Fundamental Aspects of Silicon Oxidation

[经典书籍] Fundamental Aspects of Silicon Oxidation

The idea for  a  book dealing specifically with elementary processes  in silicon
oxidation was formulated  after a  stimulating symposium that I  organized at
the American Physical Society meeting in March,  1998.  The symposium, en-
titled "Dynamics of silicon etching and oxidation",  explored the mechanisms
governing  silicon  oxidation.  With  three  experimental  talks  (Hines,  Weldon
and Gibson)  and two theoretical presentations  (Pasquarello and Pantelides),
it  provided  a  good  cross-section  of the  recent  efforts  to  characterize the in-
terfacial region of silicon oxide grown on silicon.
The novelty of this work comes  from  the present  experimental and theo-
retical  advances  that  allow  the  investigation  of  the  formation  of  ultra-thin
silicon oxides.  Although structural characterization of bulk silicon oxides and
electrical characterization of thin oxides and their interfaces with silicon have
produced an extensive body of work over more than forty years,  a  mechanis-
tic  understanding of the  initial oxidation  processes  has  remained elusive.  In
the  past,  both the  experimental  and  theoretical  efforts  have  been  thwarted
by the complexity of dealing with the formation of a mostly amorphous oxide
on a  crystalline substrate.
In  this book we  present a survey of the state-of-the-art methods, both ex-
perimental  and theoretical,  specifically  dealing  with the issue  of amorphous
dielectric  growth.  Each  chapter critically  reviews  and  cross-correlates  infor-
mation  provided  by  experimental  techniques,  such  as  microscopy,  spectro-
scopy,  or scattering, with results obtained using theoretical methods, such as
ab  initio  electronic  structure  calculations,  molecular  dynamics,  and  Monte
Carlo simulations.
Out  of  twelve  chapters,  four  chapters  are  exclusively  devoted  to  theory
and two of the experimental chapters incorporate substantial new theoretical
ideas.  Thus,  a  main thrust  of this  book is  to highlight  how,  in order to  un-
derstand the complex array of oxidation processes, theory and experiments go
hand in hand.  In some instances, the theoretical methods and computational
power  now  available  allow  realistic  predictions to be made  and experiments
can now be designed to test these hypotheses.  Alternatively the experimental
tools  developed  over  the  past  decade  have  yielded  a  wealth  of  critical  new
information that can be translated into a basic understanding of atomic scale
mechanisms with state-of-the-art theoretical analyses. By illustrating this sy-VI         Preface
nergy for  the case of silicon oxidation,  this book opens up exciting prospects
for  understanding  and  controlling  other  surfaces,  interfaces  and  ultra-thin
films  (e.g.,  alternative dielectrics)  of relevance  to a  variety of semiconductor
substrates  (e.g.,  IV-IV,  III-V,  II-VI).

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