목차
5부 16장과 부록 2개. 1–4장은 결정의 기하와 결함, 5–6장은 격자 진동과 열, 7–9장은 결정 속 전자와 띠, 10–13장은 반도체의 캐리어와 접합, 14–16장은 유전·자성·나노 구조다.
제1부 결정
결정 구조
격자와 기저, 단위 셀, 14가지 브라베 격자, 단순·체심·면심 입방과 육방 조밀, 다이아몬드·섬아연석·암염 구조, 밀러 지수와 면 밀도 — 웨이퍼 방위 (100)·(110)·(111)과 노치.
역격자와 X선 회절
브래그 법칙과 라우에 조건, 역격자와 에발트 구, 브릴루앙 영역, 구조 인자와 소멸 규칙, 분말 회절과 셰러 식, 고분해능 XRD 로킹 곡선 — SiGe 에피층의 조성과 변형 측정.
결합과 탄성
이온·공유·금속·반데르발스 결합, 레너드–존스 퍼텐셜과 응집 에너지, 마델룽 상수, 응력·변형 텐서, 입방정 탄성 상수와 영률의 방향 의존, 격자 불일치와 임계 두께 — 변형 실리콘 채널.
결정 결함
공공과 격자간 원자의 평형 농도, 프렌켈·쇼트키 결함, 고체 속 확산과 픽 법칙, 전위와 버거스 벡터, 적층 결함과 결정립계, 결함 준위 — 웨이퍼의 COP, 슬립, 게터링.
제2부 격자 진동과 열
제3부 결정 속 전자
자유 전자 모형
드루드 모형과 옴의 법칙, 조머펠트 모형, 페르미 구와 페르미 면, 전자 비열, 일함수와 열전자 방출, 비데만–프란츠 법칙, 얇은 금속선의 크기 효과 — 구리 배선 저항이 커지는 이유.
띠 구조
거의 자유 전자 모형과 띠 간격, 축소 영역 그림, 강결합 띠(1차원·2차원·그래핀), 실리콘·저마늄·GaAs의 띠 구조, 등에너지면과 골짜기, 유효 질량 텐서, 변형에 따른 띠 변화.
결정 속 전자의 운동
파속과 군속도, 준고전 운동 방정식과 결정 운동량, 블로흐 진동, 채워진 띠와 정공, 사이클로트론 운동과 공명, 홀 효과와 홀 이동도 — 웨이퍼 홀 측정과 반 데르 포 방법.
제4부 반도체
반도체의 캐리어 통계
진성 캐리어 농도, 도너·억셉터와 이온화 에너지, 전하 중성 조건과 페르미 준위, 동결·외인성·진성 영역, 보상, 축퇴 도핑과 띠 간격 축소 — 도핑 농도에서 면저항까지.
캐리어 수송
표류와 이동도, 격자·이온화 불순물 산란과 마티센 규칙, 도핑·온도 의존 이동도, 고전기장과 속도 포화, 확산과 아인슈타인 관계, 표류–확산 방정식, 4탐침 저항 측정 — 변형으로 이동도 높이기.
생성과 재결합
비평형과 의사 페르미 준위, 직접·복사 재결합, 결함을 통한 SRH 재결합, 오제 재결합, 표면 재결합 속도, 연속 방정식과 확산 길이, 광전도 감쇠 — 소수 캐리어 수명과 웨이퍼 오염 관리.
접합과 계면
pn 접합의 띠 그림과 내부 전위, 공핍층과 전기장, 금속–반도체 접합과 쇼트키 장벽, 페르미 준위 고정, 옴 접촉과 접촉 비저항, 이종 접합과 띠 어긋남, MOS 계면의 띠 굽음.
제5부 물질의 응답과 나노 구조
유전체와 광학적 성질
분극의 종류와 국소장, 클라우지우스–모소티 식, 로런츠 진동자와 복소 유전 함수, 굴절률과 흡수, 금속의 플라스마 진동수, 엑시톤, 강유전체 — high-k·low-k 절연막과 강유전 메모리.
자성
반자성과 상자성, 브릴루앙 함수와 퀴리 법칙, 교환 상호작용과 평균장 이론, 강자성·반강자성, 자구와 히스테리시스, 자기 이방성, 스핀 분극 터널링과 TMR — MRAM 셀의 물리.
저차원 계와 나노 수송
2·1·0차원 상태 밀도와 부띠, 2차원 전자 기체, 그래핀과 2차원 반도체, 탄도 수송과 란다우어 식, 양자 전도도, 단전자 효과, 양자 홀 효과 — 나노시트 채널과 차세대 소자.