목차
5부 17장과 부록 2개. 1–4장은 열역학의 법칙, 5–8장은 통계역학과 기체 운동론, 9–11장은 상전이와 상태도, 12–15장은 평형·속도론·표면·전기화학, 16–17장은 확산과 열전달이다.
제1부 열역학의 법칙
온도와 상태 방정식
열평형과 열역학 제0법칙, 온도 눈금과 기체 온도계, 이상 기체와 돌턴 분압 법칙, 실제 기체의 압축 인자와 비리얼 전개, 판데르발스 등온선과 임계점, 대응 상태 원리, 열팽창 계수와 압축률 — 가스 실린더 압력과 MFC 표준 유량(sccm).
제1법칙과 엔탈피
일과 열, 내부 에너지와 상태 함수, PV 도표 위의 일(등온·단열·등압·등적), 열용량 Cₚ·Cᵥ와 비열비, 엔탈피와 반응열, 헤스 법칙과 표준 생성 엔탈피, 키르히호프 법칙, 단열 팽창과 줄–톰슨 효과 — 가스 감압 냉각과 산화·증착 반응열.
엔트로피와 제2법칙
자발 과정과 비가역성, 열기관과 카르노 효율, 냉동기·열펌프의 성능 계수, 클라우지우스 부등식과 엔트로피, 과정별 엔트로피 변화, 혼합 엔트로피, 제3법칙과 절대 엔트로피, 엑서지와 잃어버린 일 — 팹 칠러의 COP와 폐열 회수.
자유 에너지와 열역학 퍼텐셜
헬름홀츠·깁스 자유 에너지와 평형 조건, 르장드르 변환과 네 가지 퍼텐셜, 맥스웰 관계식, 화학 퍼텐셜, 깁스–헬름홀츠 식, 온도·압력에 따른 G, Cₚ − Cᵥ 같은 열역학 항등식, 최대 비팽창 일 — 공정 반응이 저절로 일어나는 방향 읽기.
제2부 통계역학
미시 상태와 통계적 엔트로피
미시 상태와 거시 상태, 동전·2준위 계의 겹침수, 아인슈타인 고체와 에너지 나눔, 가장 그럴듯한 상태와 요동의 크기, 볼츠만 엔트로피 S = k ln Ω, 온도의 통계적 정의, 스핀 상자성체와 음의 온도, 비가역성의 통계적 의미 — 열이 뜨거운 쪽에서 차가운 쪽으로만 흐르는 이유.
볼츠만 분포와 분배 함수
열저장체와 볼츠만 인자, 분배 함수에서 평균 에너지·열용량·자유 에너지 얻기, 2준위·조화 진동자·강체 회전자, 에너지 등분배와 그 붕괴, 병진 분배 함수와 사쿠르–테트로드 식, 기체 분자의 열용량과 분자 분광, 점결함 농도 — 활성화 에너지를 넘는 분자의 비율.
양자 통계
동일 입자와 대정준 앙상블, 화학 퍼텐셜, 페르미–디랙·보스–아인슈타인 분포와 고전 극한, 축퇴 페르미 기체와 페르미 에너지·전자 열용량, 반도체 캐리어의 볼츠만 근사, 흑체 복사와 플랑크 법칙, 포논 기체와 디바이 비열, 보스–아인슈타인 응축 — 고온계(파이로미터)와 RTP 웨이퍼 온도 측정.
기체 운동론과 진공
맥스웰–볼츠만 속력 분포, 압력의 미시적 유래, 벽 충돌 플럭스와 단분자층 형성 시간, 평균 자유 행로와 크누센 수, 분출과 기체 분리, 점성·열전도·확산의 운동론, 분자류 컨덕턴스와 배기 시간, 진공 게이지 — 로드락 배기와 챔버 베이스 압력.
제3부 상평형
순물질의 상전이
상평형 조건과 화학 퍼텐셜, 클라우지우스–클라페이롱 식과 증기압, 물·CO₂·실리콘의 상태도, 임계점과 초임계 유체, 판데르발스 기체와 맥스웰 작도, 준안정 상태와 과냉각, 1차·연속 상전이, 이징 모형과 평균장 이론, 몬테카를로 시뮬레이션 — 전구체 버블러 증기압과 초임계 CO₂ 건조.
용액과 혼합
부분 몰량, 혼합의 깁스 에너지·엔트로피·엔탈피, 이상 용액과 라울 법칙, 헨리 법칙과 기체 용해도, 활동도와 활동도 계수, 정규 용액 모형과 상분리·스피노달, 총괄성(끓는점 오름·어는점 내림·삼투압), 증류와 기액 평형 — 초순수 속 용존 산소와 습식 세정 용액.
이성분 상태도
깁스 상규칙, 자유 에너지 곡선과 공통 접선, 전율 고용체(Si–Ge)와 지렛대 규칙, 공정계(Al–Si, Au–Si)와 포정계, 고용도 한계와 도펀트 고용도, 응고와 편석 계수·쇼이어 식, 존 정제와 초크랄스키 성장, 금속간 화합물과 실리사이드 — 잉곳 성장과 콘택 합금.
제4부 화학 평형과 반응
화학 평형
반응 진행도와 깁스 에너지 최소, ΔG° = −RT ln K, 압력·농도 평형 상수, 반트호프 식과 온도 의존성, 르샤틀리에 원리, 다중 평형과 평형 조성 계산, 엘링엄 도표와 금속 산화·환원, CVD 반응의 열역학 — SiH₄·SiHCl₃ 증착과 게이트 금속·산화막의 안정성.
반응 속도론
반응 속도와 속도 법칙, 0·1·2차 반응과 반감기, 아레니우스 식과 활성화 에너지, 충돌 이론, 전이 상태 이론과 아이링 식, 연속·가역·병렬 반응과 정상 상태 근사, 연쇄 반응과 라디칼, 촉매와 표면 반응(랭뮤어–힌셜우드) — 플라스마 라디칼 화학과 공정 온도 창.
표면·흡착과 박막 성장
표면 에너지와 표면 장력, 영 식과 접촉각, 물리·화학 흡착, 랭뮤어 등온선과 BET, 부착 계수와 흡착 속도, 원자층 증착(ALD)의 자기 제한 반응, 고전 핵생성 이론과 임계 핵, 박막 성장 모드, CVD 성장 영역(표면 반응 지배·물질 전달 지배)과 계단 피복 — ALD 사이클과 세정 중 젖음.
전기화학
산화·환원과 전지, 표준 전극 전위, 깁스 에너지와 기전력, 네른스트 식, 패러데이 법칙과 전기 도금, 버틀러–볼머 식과 과전압, 타펠 그림, 부식과 갈바닉 결합, 푸르베 도표 — 구리 전해 도금(다마신)과 CMP·세정 중 부식.
제5부 수송과 비평형
확산
무작위 걸음과 확산 계수, 픽의 제1·2법칙, 고체 속 확산 메커니즘(공공·틈새)과 아레니우스형 확산 계수, 일정 공급원(erfc)·제한 공급원(가우스) 분포와 접합 깊이, 열 예산 Dt, 수치 풀이, 딜–그로브 열산화 모형, 아인슈타인 관계와 이동도 — 도펀트 드라이브인과 열산화.
열전달과 비평형 현상
푸리에 법칙과 열전도도, 열저항 회로와 칩 접합 온도, 열 확산 방정식과 열 시간 상수, 대류·복사 냉각, 줄 가열과 자기 가열, 열전 효과(제베크·펠티에)와 열전 냉각, 엔트로피 생성과 온사거 상반 관계, 요동–소산 정리와 존슨 잡음 — 칩 핫스팟과 웨이퍼 척 온도 제어.