集成電路中的現代半導體器件（英文版） [Modern Semiconductor Devices for Integrated Circuits] 下載 mobi epub pdf 電子書 2025

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[美] Chenming，Calvin，Hu 著

圖書標籤:

• 集成電路
• 半導體器件
• 電子學
• 物理
• 材料科學
• 微電子學
• 器件物理
• MOSFET
• 半導體
• 現代器件

齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030326652

版次：1

商品編碼：11973004

包裝：平裝

叢書名： 國外信息科學與技術優秀圖書係列·半導體科學與技術

外文名稱：Modern Semiconductor Devices for Integrated Circuits

開本：16開

齣版時間：2012-02-01

用紙：膠版紙#

內容簡介

　　《集成電路中的現代半導體器件（英文版）》主要介紹與集成電路相關的主流半導體器件的基本原理，包括PN結二極管、MOSFET器件和雙極型晶體管（BJT），同時介紹瞭與這些半導體器件相關的集成工藝製造技術。《集成電路中的現代半導體器件（英文版）》作者是美國工程院院士、中國科學院外籍院士，多年從事半導體器件與集成電路領域的前沿性研究工作。《集成電路中的現代半導體器件（英文版）》內容簡明扼要，重點突齣，深度掌握適宜，講解深入淺齣，理論聯係實際。《集成電路中的現代半導體器件（英文版）》可作為微電子及相關專業本科生教材，也可以作為微電子及相關領域工程技術人員的參考書。

作者簡介

　　鬍正明（Chenming Calvin Hu），IEEE Fellow、美國工程院院士、中國科學院外籍院士，多年從事半導體器件與集成電路領域的前沿性研究工作.對半導體器件的開發及未來的微型化做齣瞭重大貢獻。2009年因在器件物理和尺寸方麵的傑齣貢獻而獲得西澤潤一奬（Jun-ichi Nishizawa Medal），發錶論文800餘篇，擁有美國專利100餘項，由他指導發錶的博士論文60餘篇。

內頁插圖

目錄

Preface
1 Electrons and Holes in Semiconductors
1．1 Silicon Crystal Structure
1．2 Bond Model of Electrons and Holes
1．3 Energy Band Model
1．4 Semiconductors， Insulators， and Conductors
1．5 Electrons and Holes
1．6 Density of States
1．7 Thermal Equilibrium and the Fermi Function
1．8 Electron and Hole Concentrations
1．9 General Theory ofnandp
1．10 Carrier Concentrations at Extremely High and Low Temperatures
1．11 Chapter Summary
PROBLEMS
REFERENCES
GENERAL REFERENCES

2 Motion and Recombination of Electrons and Holes
2．1 Thermal Motion
2．2 Drift
2．3 Diffusion Current
2．4 Relation Between the Energy Diagram and V，%
2．5 Einstein Relationship Between D and u
2．6 Electron-Hole Recombination
2．7 Thermal Generation
2．8 Quasi-Equilibrium and Quasi-Fermi Levels
2．9 Chapter Summary
PROBLEMS
REFERENCES
GENERAL REFERENCES

3 Device Fabrication Technology
3．1 Introduction to Device Fabrication
3．2 Oxidation of Silicon
3．3 Lithography
3．4 Pattern Transfer-Etching
3．5 Doping
3．6 Dopant Diffusion
3．7 Thin-Film Deposition
3．8 Interconnect-The Back-End Process
3．9 Testing， Assembly， and Qualification
3．10 Chapter Summary-A Device Fabrication Example
PROBLEMS
REFERENCES
GENERAL REFERENCES

4 PN and Metal-Semiconductor Junctions
Part 1 PN Junction
4．1 Building Blocks of the PN Junction Theory
4．2 * Depletion-Layer Model
4．3 Reverse-Biased PN Junction
4．4 Capacitance-Voltage Characteristics
4．5 Junction Breakdown
4．6 Carrier Injection Under Forward Bias——Quasi-Equilibrium Boundary Condition
4．7 Current Continuity Equation
4．8 Excess Carriers in Forward-Biased PN Junction
4．9 PN Diode IV Characteristics
4．10 Charge Storage
4．11 Small-Signal Model of the Diode
Part 2 Application to Optoelectronic Devices
4．12 Solar Cells
4．13 Light-Emitting Diodes and Solid-State Lighting
4．14 Diode Lasers
4．15 Photodiodes
Part Ⅲ： Metal-Semiconductor Junction
4．16 Schottky Barriers
4．17 Thermionic Emission Theory
4．18 Schottky Diodes
4．19 Applications of Schottky Diodes
4．20 Quantum Mechanical Tunneling
4．21 Ohmic Contacts
4．22 Chapter Summary
PROBLEMS
REFERENCES
GENERAL REFERENCES

5 MOS Capa
5．1 Flat-Band Condition and Flat-Band Voltage
5．2 Surface Accumulation
5．3 Surface Depletion
5．4 Threshold Condition and Threshold Voltage
5．5 Strong Inversion Beyond Threshold
5．6 MOS C-V Characteristics
5．7 Oxide Charge——A Modification to Vfband Vt
5．8 Poly-Si Gate Depletion——Effective Increase in Tox
5．9 Inversion and Accumulation Charge-Layer Th
and Quantum Mechanical Effect
5．1 0CCD Imager and CMOS Imager
5．1 1Chapter Summary
PRO
REFERENCES
GENERAL REFERENCES

6 MOS Trans
6．1 Introduction to the M
6．2 Complementary MOS (CMOS) Techn
6．3 Surface Mobilities and High-Mobility
6．4 MOSFET Vt， Body Effect， and Steep Retrograde Doping
6．5 QINVin M
6．6 Basic MOSFETIV Model
6．7 CMOS Inverter——A Circuit Example
6．8 Velocity Saturation
6．9 MOSFET IV Model with Velocity Saturation
6．10 Parasitic Source-Drain Resistance
6．11 * Extraction of the Series Resistance and the Effective Channel Length
6．12 Velocity Overshoot and Source Velocity Limit
6．13 Output Conductance
6．14 High-Frequency Performance
6．15 MOSFET Noises
6．16 SRAM， DRAM， Nonvolatile (Flash) Memory Devices
6．17 Chapter Summary
PROBLEMS
REFERENCES
GENERAL REFERENCES

7 MOSFETs in ICs-Scaling， Leakage， and Other T
7．1 Technology Scaling——For Cost， Speed， and Power Consumption
7．2 Subthreshold Current——"Off" Is Not Totally"Off"
7．3 * Vt Roll-Off——Short-Channel MOSFETs Leak
7．4 Reducing Gate-Insulator Electrical Thickness and Tunneling Leakage
7．5 How to Reduce Wdep
7．6 Shallow Junction and Metal SourceDrain MOSFET
7．7 Trade-Off Betweenon andoff and Design for Manufacturing
7．8 Ultra-Thin-Body SOl and Multigate MOSFETs
7．9 Output Conductance
7．10 Device and Process Simulation
7．11 MOSFET Compact Model for Circuit Simulation
7．12 Chapter Summary
PROBLEMS
REFERENCES
GENERAL REFERENCES

8 Bipolar Trans
8．1 Introduction to the BJT
8．2 Collector Current
8．3 Base Current
8．4 * Current Gain
8．5 Base-Width Modulation by Collector Voltage
8．6 Ebers-Moll Model
8．7 Transit Time and Charge Storage
8．8 Small-Signal Model
8．9 Cutoff Frequency
8．10 Charge Control Model
8．11 Model for Large-Signal Circuit Simulation
8．12 Chapter Summary
PROBLEMS
REFERENCES
GENERAL REFERENCES
Appendix Ⅰ
Derivation of the Density of States
Appendix Ⅱ
Derivation of the Fermi-Dirac Distribution
Appendix Ⅲ
Self-Consistencies of Minority Carrier As
Answers to Selected Problems
Index

前言/序言

《集成電路中的現代半導體器件》：洞悉下一代電子技術的核心密碼 在這個由信息技術驅動的時代，集成電路（IC）已成為現代社會不可或缺的基石。從我們手中輕巧的智能手機，到龐大復雜的數據中心，再到改變世界的自動駕駛汽車，無不依賴於高度集成的半導體器件。理解這些器件的設計、原理、性能以及它們在不斷演進的集成電路技術中所扮演的角色，是每一位電子工程師、科研人員以及對未來技術發展充滿好奇心的讀者的必修課。《集成電路中的現代半導體器件》（Modern Semiconductor Devices for Integrated Circuits）正是這樣一本旨在深入淺齣地剖析這一關鍵領域的權威著作。 本書並非泛泛而談，而是聚焦於那些構成現代集成電路核心的現代半導體器件。它不僅僅羅列器件的種類，更緻力於揭示其背後深刻的物理原理，以及如何將這些原理轉化為實際可用的高性能、低功耗的集成電路設計。本書的獨特之處在於，它將器件的基本物理學與實際應用緊密結閤，為讀者構建一個全麵而深入的知識體係。 內容精要與核心價值： 本書的主旨在於，讓讀者透徹理解現代半導體器件的內在機理，以及這些機理如何直接影響器件的性能錶現和集成電路的整體設計。它強調的是一種“由內而外”的理解視角，而非僅僅停留在“如何使用”的層麵。 基礎與前沿的完美融閤： 本書從半導體材料的基本性質齣發，逐步深入到復雜的器件結構和工作原理。它涵蓋瞭經典器件的精髓，同時也積極探索瞭當前和未來集成電路領域最熱門、最具挑戰性的器件技術。這意味著，無論你是初學者，還是已有一定經驗的工程師，都能從中找到契閤自身需求的知識點，並能看到技術發展的宏觀趨勢。 跨越理論與實踐的鴻溝： 理論的深度是本書的一大亮點，但絕不是其全部。本書的編寫者深知，抽象的物理定律需要通過實際的器件錶現來驗證和理解。因此，書中會詳細探討各種器件參數（如閾值電壓、遷移率、漏電流、擊穿電壓等）的物理根源，以及這些參數如何受到材料選擇、器件結構、工藝製程等多種因素的影響。更重要的是，它還會深入分析這些器件在實際集成電路設計中的應用考量，例如功耗優化、速度提升、可靠性保障等。這種理論與實踐的無縫對接，使得讀者能夠將所學知識直接應用於解決實際工程問題。 深入剖析關鍵器件族群： 本書精心挑選並深入解析瞭構成現代集成電路的核心器件。這些器件不僅是當今電子産品的驅動力，也是未來技術創新的基石。 CMOS 技術及其關鍵器件： 作為現代集成電路的主流技術，CMOS（互補金屬氧化導體）技術是本書的重點。讀者將能深入理解MOSFET（金屬-氧化物-半導體場效應晶體管）的工作原理，包括其溝道形成、載流子輸運、閾值電壓特性、亞閾值行為等。本書會詳盡闡述各種MOSFET 類型，如NMOS和PMOS，以及它們在互補結構中的協同作用。此外，對於溝道長度調製、短溝道效應、漏電流等限製CMOS器件性能和功耗的關鍵問題，本書將進行深入的分析和討論，並介紹相應的設計和工藝對策。 先進的晶體管結構： 隨著半導體技術的不斷微縮，傳統的平麵MOSFET麵臨著嚴重的短溝道效應和漏電流問題。本書將詳細介紹鰭式晶體管（FinFET）和納米片晶體管（Nanosheet Transistor）等三維（3D）器件結構。讀者將學習到這些新型結構如何通過改變柵極對溝道的控製方式，有效緩解短溝道效應，提高電流驅動能力，降低漏電流，從而為更高性能、更低功耗的集成電路設計鋪平道路。書中會深入分析FinFET和Nanosheet的工作原理、電學特性、性能優勢以及在先進工藝節點中的應用挑戰。 非易失性存儲器器件： 在信息爆炸的時代，數據的存儲能力至關重要。本書會深入探討浮柵晶體管（Floating-gate Transistor）等非易失性存儲器的核心原理。讀者將理解電荷存儲機製、編程和擦除操作的物理過程，以及這些器件在閃存（Flash Memory）等存儲技術中的關鍵作用。同時，對於電阻式隨機存取存儲器（RRAM）、磁阻式隨機存取存儲器（MRAM）等新型非易失性存儲器，本書也會進行介紹，探討其工作機理、性能特點以及在下一代存儲技術中的潛力。 高壓與功率器件： 隨著新能源汽車、智能電網、工業電源等領域的快速發展，對高性能、高效率的功率器件需求日益增長。本書將詳細介紹IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）、LDMOS（橫嚮雙擴散MOS）、SiC（碳化矽）和GaN（氮化鎵）功率器件等。讀者將學習到這些器件的工作原理、擊穿機製、導通損耗、開關損耗，以及它們在高電壓、大電流應用場景下的設計考量。對於碳化矽和氮化鎵這些寬禁帶半導體材料的獨特優勢，如更高的擊穿電場、更優良的熱導率等，本書也會進行深入的分析，闡述它們如何推動下一代電力電子技術的發展。 先進的互連技術與新興器件： 集成電路的性能不僅取決於器件本身，也受到器件之間互連的極大影響。本書會討論銅互連的工藝挑戰，以及低介電常數（low-k）材料在降低互連綫電容方麵的作用。此外，對於MEMS（微機電係統）器件、光電器件（如LED、光電二極管）等在特定集成電路應用中的重要性，本書也會有所提及，展示集成電路設計的廣闊天地。 理論深度與嚴謹性： 本書的理論基礎紮實，涵蓋瞭半導體物理學、量子力學、電磁學等相關學科的知識。書中對器件模型的推導過程嚴謹細緻，邏輯清晰，力求讓讀者不僅知其然，更知其所以然。對於初學者，書中提供瞭必要的背景知識迴顧；對於進階讀者，則提供瞭深入的理論探討。 麵嚮未來的前瞻性： 集成電路技術日新月異，本書緊跟技術發展的步伐，不僅講解瞭當前最先進的器件技術，也為讀者展望瞭未來可能的發展方嚮。對於新材料、新結構、新原理的探索，本書會進行積極的介紹和分析，幫助讀者把握集成電路技術發展的脈搏。 本書的讀者對象： 電子工程、微電子學、物理學等相關專業的本科生和研究生： 本書是學習集成電路器件設計、半導體物理、器件建模等課程的理想教材或參考書。 集成電路設計工程師（IC Designers）： 無論是數字IC、模擬IC還是射頻IC設計工程師，都需要對構成芯片的器件有深入的理解，纔能優化設計、提升性能、降低功耗。 半導體工藝工程師（Process Engineers）： 理解器件的物理原理和性能需求，對於開發和優化半導體製造工藝至關重要。 器件建模工程師（Device Modelers）： 本書提供的深入的器件物理分析，是構建準確器件模型的基礎。 科研人員和學者： 對於從事半導體器件研究、新材料開發、前沿技術探索的科研人員而言，本書提供瞭寶貴的理論基礎和技術視野。 對集成電路技術感興趣的愛好者和從業者： 任何希望深入瞭解現代電子産品核心技術背後原理的讀者，都能從本書中獲益。 總結： 《集成電路中的現代半導體器件》（Modern Semiconductor Devices for Integrated Circuits）是一本集理論深度、實踐指導和前瞻性於一體的權威著作。它以嚴謹的科學態度，清晰的邏輯結構，將復雜的半導體器件原理和實際應用有機地結閤起來，為讀者提供瞭一扇深入理解現代集成電路世界的窗口。通過閱讀本書，讀者將能夠建立起一個紮實而全麵的半導體器件知識體係，為在快速發展的集成電路領域中取得成功奠定堅實的基礎。這本書不僅是技術人員的案頭必備，更是點燃創新思維、洞察未來科技趨勢的智慧啓迪。

評分☆☆☆☆☆

我是一名正在攻讀集成電路設計專業的碩士研究生，目前正處於深入學習半導體器件領域的關鍵時期。市麵上關於半導體器件的書籍不少，但很多要麼過於偏重理論推導，讓人望而卻步；要麼過於淺顯，無法滿足深入研究的需求。我希望這本書能夠提供一個平衡點，既有紮實的物理基礎，又能深入到器件的實際設計和應用層麵。特彆是“集成電路”這個關鍵詞，意味著這本書應該不僅僅關注單個器件的特性，更要強調器件在集成環境下的行為，以及它們之間如何相互作用，共同構成復雜的集成電路。我希望能看到書中關於CMOS技術、FinFET、GAAFET等主流和前沿的集成電路器件技術有詳細的介紹，包括它們的結構特點、工作原理、性能優勢以及在先進工藝節點中的應用挑戰。此外，對於新興的存儲器器件，如MRAM、ReRAM等，如果書中有所涉及，那將極大地拓寬我的視野。

評分☆☆☆☆☆

我是一名對科學技術發展趨勢保持高度關注的普通讀者，雖然沒有專業的工程背景，但我對推動社會進步的關鍵技術始終充滿好奇。半導體技術無疑是當今世界最重要的技術之一，它支撐著信息技術、人工智能、新能源等多個領域的飛速發展。這本書的標題“集成電路中的現代半導體器件”引起瞭我的注意，我希望能從中瞭解是什麼樣的“現代”技術，讓我們的手機越來越智能，讓自動駕駛成為可能，讓虛擬現實變得觸手可及。我期待這本書能用一種相對易懂的方式，解釋這些高性能、低功耗的半導體器件是如何被製造齣來的，它們的核心原理是什麼，以及為什麼它們如此重要。如果書中能穿插一些技術發展的故事，或者介紹一些在這個領域做齣傑齣貢獻的科學傢和工程師，那將使這本書更具吸引力，讓我不僅能瞭解技術本身，更能感受到人類智慧和創造力的偉大。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵上“集成電路中的現代半導體器件”和英文“Modern Semiconductor Devices for Integrated Circuits”的組閤，一下子就勾起瞭我對半導體行業發展曆史和前沿技術的好奇心。我一直對那些驅動我們數字世界運轉的微小晶體管、二極管以及更復雜的集成電路背後的原理感到著迷。特彆是“現代”這個詞，讓我預感到這本書不僅僅會講解基礎的PN結和MOSFET，更會深入探討那些讓芯片越來越小、越來越快、越來越節能的新型材料、新型結構以及新型的工作模式。例如，我非常想瞭解在量子點、二維材料（如石墨烯）等新興領域，它們是如何被應用到半導體器件的設計和製造中的，以及這些創新又將如何催生下一代計算、通信甚至能源技術的突破。這本書是否能為我揭示這些前沿的奧秘，將是我非常期待的部分。同時，我也希望它能提供一些關於未來半導體器件發展趨勢的預測，幫助我更好地理解這個快速變化的行業。

評分☆☆☆☆☆

我是一名資深的硬件工程師，在工作中經常需要與各種半導體器件打交道，從最基礎的模擬電路設計到復雜的數字邏輯實現，都離不開對器件特性的深刻理解。多年來，我接觸過不少半導體器件的書籍，但隨著半導體技術的飛速發展，許多舊的知識體係已經難以跟上時代的步伐。我選擇這本書，是因為它突齣瞭“現代”和“集成電路”這兩個詞，讓我覺得它能夠提供一些我過去可能未曾接觸過，但對當前和未來設計至關重要的知識。我特彆想瞭解書中關於如何評估和選擇不同類型的半導體器件以滿足特定應用需求的指導，比如在低功耗物聯網設備、高性能服務器芯片或者射頻通信模塊中，應該側重於哪些器件的特性。書中是否能提供一些實際設計中的權衡考量，比如在成本、性能、功耗和可靠性之間做齣最佳選擇的思路，這將對我非常有價值。

評分☆☆☆☆☆

作為一名對電子工程有濃厚興趣的業餘愛好者，我一直在尋找一本能夠係統地講解半導體器件原理，但又不會過於枯燥的教材。看到這本書的標題，我的第一反應是它可能涵蓋瞭從最基礎的二極管、三極管，到更復雜的BJT、MOSFET，再到如今在高性能計算和通信領域扮演關鍵角色的各種新型半導體器件。我尤其關心書中對於不同器件工作原理的物理機製的闡述是否深入淺齣，比如，它是否會詳細解釋載流子輸運、能帶理論、量子效應等概念，並與具體的器件結構和特性聯係起來。另外，對於集成電路而言，器件的性能參數，如開關速度、漏電流、擊穿電壓、功耗等，直接決定瞭整個芯片的成敗。因此，我非常希望這本書能夠詳細講解這些參數的物理意義，以及如何通過器件結構和材料的選擇來優化它們。如果書中能提供一些實際的例子，比如某個經典芯片的器件設計分析，那就更好瞭，能讓我更好地將理論知識與實際應用聯係起來。