後摩爾時代集成電路新型互連技術 下載 mobi epub pdf 電子書 2025

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趙文生，王高峰，尹文言 著

圖書標籤:

• 集成電路
• 互連技術
• 後摩爾時代
• 先進封裝
• 3D集成
• 2
• 5D集成
• 矽互連
• 異構集成
• 新材料
• 納米技術

齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030534187

版次：1

商品編碼：12187835

包裝：平裝

開本：16開

齣版時間：2017-09-01

用紙：膠版紙

頁數：232

字數：289000

正文語種：中文

內容簡介

《後摩爾時代集成電路新型互連技術》針對後摩爾時代集成電路中的互連難題，集中討論基於碳納米材料的片上互連技術和三維集成電路的矽通孔技術。《後摩爾時代集成電路新型互連技術》簡單介紹集成電路互連技術的發展和後摩爾時代集成電路所麵臨的互連極限難題，重點討論碳納米管、石墨烯互連綫以及矽通孔互連的一些關鍵科學問題，包括碳納米互連的參數提取和電路模型、矽通孔的電磁建模、新型矽通孔結構、碳納米管以及銅�蔡寄擅墜芑旌瞎柰�孔互連綫等。

目錄

前言
第1章 引言 1
1.1 概述 1
1.2 互連 5
1.3 本書架構 8
參考文獻 9
第2章 傳統片上互連 13
2.1 多層互連與製造技術 13
2.2 互連模型及分析 15
2.2.1 性能指標 15
2.2.2 互連模型 18
2.2.3 優化設計 27
2.3麵臨的挑戰 29
參考文獻 32
第3章 碳納米材料 37
3.1 碳納米材料的物理特性 37
3.2 碳納米材料的製備方法 38
3.3 一維碳納米材料的電學特性 40
3.3.1 石墨烯的能帶結構 40
3.3.2 納米綫的能帶結構 42
3.3.3 納米綫的導電性 45
參考文獻 52
第4章 碳納米互連特性分析 55
4.1 碳納米管互連 55
4.1.1 單壁碳納米管互連 56
4.1.2 多壁碳納米管互連 65
4.1.3 混閤碳納米管互連 78
4.1.4 碳納米管通孔 79
4.2 石墨烯互連 80
4.2.1 單層石墨烯納米帶互連 82
4.2.2 多層石墨烯納米帶互連 84
4.3 全碳納米互連 89
4.4 銅-碳納米互連 90
4.4.1 銅-碳納米管混閤互連 90
4.4.2 銅-石墨烯異質互連 91
參考文獻 95
第5章 片上互連的高頻特性 100
5.1 片上單端互連 100
5.2 片上耦閤互連 106
5.3 碳納米互連的高頻特性 111
5.3.1 碳納米管互連 111
5.3.2 石墨烯互連 117
5.3.3 銅-石墨烯異質互連 117
參考文獻 120
第6章 三維集成與矽通孔技術 123
6.1 三維集成 123
6.2 矽通孔 132
6.2.1 矽通孔的製造 133
6.2.2 矽通孔的測量 134
6.3 三維集成的研究進展 140
6.3.1 新型矽通孔 140
6.3.2 三維集成的可靠性 144
6.3.3 信號與電源完整性 145
6.3.4 物理設計自動化 148
6.3.5 三維集成的熱問題 148
6.3.6 三維集成與矽通孔的應用 150
參考文獻 155
第7章 矽通孔的特性分析 162
7.1 矽通孔的電路模型 162
7.1.1 矽通孔的低頻電路模型 162
7.1.2 矽通孔的高頻電路模型 166
7.2 差分矽通孔的特性分析 167
7.2.1 差分矽通孔的等效電路模型 168
7.2.2 差分矽通孔的電學特性 173
7.3 同軸矽通孔的特性分析 177
7.3.1 同軸矽通孔的自屏蔽功能 177
7.3.2 同軸矽通孔的等效電路模型 178
7.3.3 模型驗證與分析 184
7.4 浮矽襯底中矽通孔的特性分析 186
7.4.1 浮矽襯底中矽通孔的等效電路模型 187
7.4.2 浮矽襯底中矽通孔的電學特性 192
參考文獻 198
第8章 基於碳納米管的矽通孔 201
8.1 碳納米管矽通孔的特性分析 202
8.1.1 等效復電導率 202
8.1.2 電流密度分布 203
8.1.3 電學特性分析 205
8.1.4 散熱管理 207
8.2 全碳三維互連結構 208
8.2.1 全碳三維互連的電學特性 208
8.2.2 全碳三維互連的電熱分析 212
8.3 銅-碳納米管矽通孔的特性分析 215
8.3.1 銅-碳納米管矽通孔的結構 215
8.3.2 銅-碳納米管矽通孔的等效復電導率 215
8.3.3 銅-碳納米管矽通孔的電特性分析 219
參考文獻 221

《微電子學：從矽基到三維集成》 內容梗概： 本書旨在全麵梳理和深入探討微電子學領域的核心概念、關鍵技術及其未來發展方嚮，重點聚焦於半導體器件的物理基礎、集成電路的設計與製造流程，以及超越傳統平麵結構的創新型集成技術。本書不僅為讀者構建紮實的微電子學理論框架，更著重於介紹當前及未來集成電路發展所麵臨的挑戰，並提齣瞭前沿性的解決方案，為相關領域的科研人員、工程師和學生提供一份兼具深度與廣度的參考。 第一部分：微電子學基本原理與器件物理 本部分將從最基礎的半導體物理齣發，為讀者建立理解集成電路運行的基石。 第一章：半導體材料與能帶理論 介紹矽、鍺等常見半導體材料的晶體結構、原子軌道和化學鍵。 深入講解能帶理論，包括價帶、導帶、禁帶寬度，以及其對材料導電性能的影響。 闡述本徵半導體和雜質半導體的形成，介紹施主和受主的概念，以及它們如何改變半導體的導電類型。 分析費米能級在不同溫度和摻雜濃度下的變化，以及其在器件工作中的重要性。 探討載流子（電子和空穴）的産生、復閤機製，包括輻射復閤和俄歇復閤。 介紹載流子在電場作用下的漂移運動和濃度梯度驅動的擴散運動，以及霍爾效應的應用。 第二章：PN結與二極管 詳細闡述PN結的形成過程，包括摻雜、載流子擴散和內建電場。 分析PN結在零偏、正偏和反偏下的電學特性，包括電流-電壓（I-V）麯綫。 介紹PN結的電容效應，包括擴散電容和結電容，以及它們在高速器件中的影響。 深入講解不同類型的二極管，如整流二極管、穩壓二極管（齊納二極管、傑納二極管）、肖特基二極管、發光二極管（LED）和光電二極管（PD），分析其工作原理和應用場景。 討論二極管的擊穿機製，包括雪崩擊穿和齊納擊穿。 第三章：金屬氧化物半導體場效應晶體管（MOSFET） 係統介紹MOSFET的結構，包括源極、漏極、柵極和溝道。 闡述MOS電容器的原理，包括積纍、耗盡和反型三種工作模式。 詳細講解NMOS和PMOS晶體管的工作原理，分析柵極電壓如何控製溝道的導電性。 推導MOSFET的輸齣特性麯綫（Id-Vds）和跨導特性麯綫（Id-Vgs），解釋其綫性區、飽和區和截止區。 討論MOSFET的亞閾值區特性，以及其在低功耗設計中的意義。 介紹MOSFET的各種寄生效應，如短溝道效應（DIBL、閾值電壓降低）、載流子散射效應、柵極漏電等，以及降低這些效應的措施。 探討不同類型的MOSFET，如LDMOS、SOI MOSFET、FinFET和GAAFET，分析它們的結構特點、性能優勢及應用。 第四章：雙極結型晶體管（BJT） 介紹BJT的結構，包括NPN型和PNP型。 分析BJT的工作原理，闡述發射區、基區和集電區的載流子傳輸過程。 推導BJT的輸齣特性麯綫和輸入特性麯綫，解釋其飽和區、放大區和截止區。 討論BJT的電流增益（β）和跨導（gm），以及影響它們的因素。 比較BJT與MOSFET的性能特點、功耗和速度，以及各自適用的應用領域。 第二部分：集成電路設計與製造 本部分將深入剖析集成電路從概念到實際産品的設計與製造過程。 第五章：集成電路設計流程 介紹電子設計自動化（EDA）工具在IC設計中的作用。 詳細闡述從係統級設計到門級網錶的邏輯綜閤過程。 分析物理設計流程，包括布局（Placement）、布綫（Routing）、時鍾樹綜閤（CTS）和時序分析（STA）。 介紹驗證流程，包括功能驗證、形式驗證和物理驗證（DRC、LVS）。 講解工藝設計套件（PDK）和設計規則檢查（DRC）、版圖與電路圖一緻性檢查（LVS）的重要性。 第六章：CMOS集成電路設計 深入研究CMOS反相器、NAND門、NOR門等基本邏輯門的設計與性能分析。 講解組閤邏輯和時序邏輯電路的設計，包括觸發器、寄存器、計數器等。 分析CMOS電路的功耗，包括動態功耗和靜態功耗，並介紹降低功耗的設計技術（如時鍾門控、電源門控、低功耗邏輯風格）。 探討CMOS電路的噪聲容限和抗乾擾能力。 介紹CMOS工藝中重要的電路單元，如SRAM和DRAM的存儲單元結構及讀寫操作。 第七章：半導體製造工藝 詳細介紹晶圓製備過程，包括矽單晶生長、切割、研磨和拋光。 闡述光刻（Lithography）技術，包括紫外光刻、深紫外光刻（DUV）和極紫外光刻（EUV），以及光刻掩模版的作用。 講解薄膜沉積技術，包括化學氣相沉積（CVD）、物理氣相沉積（PVD）和原子層沉積（ALD），以及氮化矽、二氧化矽、金屬薄膜的沉積。 介紹刻蝕技術，包括乾法刻蝕（反應離子刻蝕RIE）和濕法刻蝕，以及其對器件結構精度的要求。 分析離子注入（Ion Implantation）技術，用於摻雜和形成PN結。 講解金屬互連工藝，包括多晶矽柵、鋁互連和銅互連，以及阻擋層和擴散阻擋層的作用。 介紹化學機械拋光（CMP）技術在平麵化過程中的應用。 闡述封裝技術，包括引綫鍵閤、倒裝芯片等，以及其對可靠性的影響。 第三部分：麵嚮未來的集成電路技術 本部分將展望集成電路技術的發展趨勢，特彆是超越傳統二維平麵結構的創新方嚮。 第八章：先進互連技術的需求與挑戰 分析隨著器件尺寸不斷縮小，傳統金屬互連綫（如銅）麵臨的電阻率增加（尺寸效應）、信號延遲、串擾和功耗問題。 探討摩爾定律的物理極限，以及傳統二維集成電路的瓶頸。 介紹對高密度、低延遲、低功耗互連的需求，以及在材料、結構和設計上的挑戰。 第九章：新型互連材料與結構 金屬互連材料的探索： 介紹導電性優於銅的潛在材料，如金（Au）、銀（Ag）、鎢（W）、氮化鈦（TiN）等，分析其製備難度、成本和集成兼容性。 探討納米材料在互連中的應用，如碳納米管（CNT）和石墨烯（Graphene）互連，分析其優異的電學性能、機械強度和潛在的製備挑戰。 研究二維材料（如MXenes）在低阻抗互連中的潛力。 低介電常數（low-k）材料與超低介電常數（ultra-low-k）材料： 深入分析低k材料在減少互連綫間串擾、降低RC延遲方麵的重要作用。 介紹不同類型的低k材料，包括有機聚閤物、氣凝膠、多孔介質等，並分析它們的介電常數、機械強度、熱穩定性及製備工藝。 探討超低k材料的製備難點和穩定性問題。 高介電常數（high-k）材料在柵極堆棧中的應用： 解釋在高k柵介質齣現之前，金屬柵極與二氧化矽柵介質的短溝道效應和漏電流問題。 介紹高k材料（如HfO2、Al2O3、ZrO2等）作為柵介質的優勢，包括降低柵極漏電、提高柵極電容，以及在高k/金屬柵（HKMG）工藝中的集成。 新型導綫結構： 介紹金屬填充孔（Vias）和金屬綫的橫截麵設計優化，以降低電阻和提高可靠性。 討論對埋藏式互連（Buried Interconnects）的探索，以減小信號路徑長度。 第十章：三維集成電路（3D IC）技術 垂直互連技術（TSV - Through-Silicon Via）： 詳細介紹TSV的結構、製備工藝（如矽通孔形成、絕緣、填充）。 分析TSV技術的優勢：縮短信號路徑、提高芯片間通信帶寬、減小封裝體積、異質集成。 探討TSV技術麵臨的挑戰：成本、良率、功耗、熱管理、設計工具支持。 多芯片封裝（MCP - Multi-Chip Package）與堆疊技術： 介紹不同類型的MCP，如2.5D封裝（矽中介層）和3D封裝（直接堆疊）。 分析矽中介層（Silicon Interposer）的技術原理和應用，以及其在連接高性能芯片（如GPU、CPU）中的作用。 深入研究直接堆疊技術（Die-to-Die Bonding），包括粘接技術（如銅-銅鍵閤、混閤鍵閤）和連接方式。 異質集成（Heterogeneous Integration）： 闡述異質集成的重要性，即將不同類型、不同工藝節點的器件（如CPU、GPU、FPGA、內存、RF模塊、光學器件）集成到同一封裝中。 分析異質集成在提升性能、降低功耗、實現多功能集成方麵的巨大潛力。 探討不同異質集成方案的技術要求和挑戰。 第十一章：其他前沿集成技術與展望 類腦計算與神經形態芯片： 介紹模仿人腦神經網絡結構的計算範式，以及與傳統馮·諾依曼架構的區彆。 探討憶阻器（Memristor）、相變存儲器（PCM）等新型器件在構建神經形態芯片中的應用。 分析類腦計算的潛在優勢：超低功耗、並行處理能力。 光電集成： 介紹將光子器件（如光波導、光探測器、激光器）與電子器件集成在一起的技術。 分析光電集成在解決電子互連帶寬瓶頸、實現高速通信方麵的潛力。 探討矽光子（Silicon Photonics）技術的進展。 量子計算集成： 簡要介紹量子計算的基本原理，以及對高性能、低溫、高密度集成環境的需求。 探討量子比特（Qubit）的集成挑戰，以及超導量子芯片、離子阱等量子計算平颱的集成技術。 麵嚮未來的集成電路設計與製造： 展望新材料、新結構、新工藝在未來集成電路中的應用前景。 討論人工智能（AI）在IC設計流程（如自動布局布綫、功耗優化、故障診斷）中的應用。 分析可持續發展和綠色製造在半導體産業中的重要性。 預測未來集成電路將如何驅動人工智能、物聯網、5G/6G通信、自動駕駛等新興技術的進一步發展。 本書通過層層遞進的論述，從基礎理論到實踐應用，再到未來展望，力求為讀者勾勒齣一幅清晰的微電子學全景圖。無論您是希望深入理解當前集成電路技術，還是對未來科技發展充滿好奇，本書都將是您寶貴的參考。

評分☆☆☆☆☆

當我看到這本書的書名時，內心就湧起一股強烈的求知欲。我是一名退休多年的電子工程教授，一生都投身於半導體和集成電路的研究與教學。見證瞭摩爾定律的輝煌時代，也深知其背後所付齣的艱辛努力和所麵臨的挑戰。如今，聽到“後摩爾時代”這個詞，就如同再次點燃瞭我內心深處的學術激情。雖然我的教學和研究工作已近尾聲，但我對學科發展的脈搏依然非常關注。我希望這本書能夠係統性地梳理和總結，在摩爾定律的物理極限逐漸顯現之後，集成電路領域齣現的各種創新性互連技術。我特彆關注書中是否能深入剖析這些新技術背後的物理原理、材料選擇、製造工藝以及它們在實際應用中可能帶來的性能提升和潛在問題。例如，對於那些可能采用全新材料體係（如碳納米管、二維材料）的互連技術，我希望能看到詳細的介紹；對於那些改變瞭互連結構的創新方法（如堆疊式互連、混閤集成），我也希望得到清晰的闡述。這本書的價值，在於它能否為我們這些老一輩的學者提供一個理解當前技術前沿的窗口，同時也能為年輕一代的研究者提供寶貴的參考和啓示。

評分☆☆☆☆☆

這本書的語言風格如同一位經驗豐富的老者，娓娓道來，卻又字字珠璣，充滿瞭智慧的沉澱。我是一名從業多年的硬件工程師，在實際工作中，常常會遇到各種各樣的問題，而這些問題很多時候都與芯片的性能、功耗以及可靠性息息相關。尤其是在開發一些高性能、低功耗的嵌入式係統時，我越發感覺到，僅僅停留在應用層麵的理解是遠遠不夠的，深入到芯片內部，特彆是那些影響全局的“血管”——互連技術，纔是解決根本問題的關鍵。我曾多次在技術研討會或行業報告中聽到關於“後摩爾時代”的討論，但往往都隻是泛泛而談，缺乏具體的細節和深入的分析。這本書的齣現，恰好填補瞭我在這方麵的知識空白。我尤其關注書中關於材料科學、微納加工工藝與電路性能之間相互製約與促進的論述，這部分內容對我來說非常有啓發。我希望能夠理解，在晶體管尺寸不斷縮小的同時，如何通過創新的互連技術來剋服信號延遲、功耗增加以及可靠性下降等一係列挑戰。這本書是否能夠提供一些實際案例，或者分析一些突破性的技術路綫，比如3D互連、光學互連，甚至是一些更具顛覆性的概念，這將是我非常期待的。

評分☆☆☆☆☆

這本書的厚度就已經足夠引起我的注意，封麵設計簡潔卻不失力量感，預示著內容的紮實與深刻。我是一名對科技發展趨勢有著敏銳洞察力的科技評論員，我的工作是解讀和傳播那些影響未來的技術信息。在我看來，“後摩爾時代”是當前半導體産業最核心的議題之一，它標誌著一個時代的轉型，也意味著前所未有的機遇與挑戰。我希望這本書能夠成為我理解這一轉型期集成電路互連技術發展的權威參考。我期待書中能夠提供對當前主流互連技術瓶頸的深入分析，例如銅互連的電阻-電容（RC）延遲問題、可靠性挑戰等。更重要的是，我希望它能清晰地闡述那些正在興起或已經展現齣巨大潛力的“後摩爾時代”新型互連技術。這可能包括但不限於：新型導電材料（如石墨烯、金屬有機框架材料）的應用，三維集成和異構集成中的互連挑戰與解決方案，以及光互連、量子互連等更具顛覆性的概念。我希望這本書能夠提供一些量化的數據和詳細的技術路綫圖，幫助我理解這些新技術何時可能實現商業化，以及它們將如何重塑我們未來的計算設備和信息社會。

評分☆☆☆☆☆

在信息爆炸的時代，選擇一本能夠真正點亮思維、引領方嚮的書籍，實在是一件令人欣喜的事。這本書的裝幀設計就給我留下瞭深刻的印象，厚重而不失沉穩，封麵的配色也顯得非常有科技感，仿佛預示著其中蘊含的知識能量。迫不及待地翻開，首先映入眼簾的是作者序言，字裏行間流露齣對科學探索的熱情和對未來發展的深刻洞察，這讓我對後續的內容充滿瞭期待。盡管我目前的研究方嚮並非直接與集成電路的“互連技術”相關，但我一直對芯片産業的底層邏輯和技術瓶頸保持著濃厚的興趣。我堅信，任何一個領域的突破，其背後往往都有著跨學科的共通原理。這本書的標題“後摩爾時代”本身就極具吸引力，它暗示著我們正站在一個技術演進的關鍵節點，傳統的摩爾定律或許已經觸及極限，而新的創新正在孕育而生。這種對時代脈搏的精準把握，正是吸引我深入閱讀的重要原因。我希望通過這本書，能夠瞭解當前集成電路設計和製造領域最前沿的挑戰，以及科學傢們正在探索的各種解決方案。即使書中的技術細節我可能無法完全消化，但其所傳遞的科學思想、研究方法和對未來趨勢的預測，無疑將為我個人的知識體係注入新的養分，拓寬我的視野，甚至可能在不經意間，啓發我在自己的領域中尋找新的靈感和突破口。

評分☆☆☆☆☆

初次拿到這本書，被它沉甸甸的質感和封麵設計所吸引，仿佛握住瞭一塊蘊含無限可能的科技寶石。我是一名對前沿科技充滿好奇的研究生，正在攻讀人工智能方嚮的博士學位。雖然我的核心研究對象是算法模型，但我深知，脫離瞭硬件基礎的智能是空中樓閣。計算的每一次加速，每一次功耗的降低，背後都離不開半導體技術的進步，尤其是芯片內部的互連技術。我時常思考，當我們談論“更智能”的AI時，我們真正需要的究竟是什麼？是更龐大的模型，還是更高效的計算？而後者，顯然與芯片本身的物理限製息息相關。這本書的齣現，對我來說，就像是一扇通往芯片世界深處的大門。我希望能夠從中瞭解到，在傳統矽基互連麵臨瓶頸的今天，科學傢們是如何突破物理極限，探索新的材料、新的結構和新的原理來構建更快速、更密集、更高效的“信息高速公路”。我尤其對書中可能涉及到的納米技術、量子效應在互連設計中的應用，以及這些技術如何與AI芯片的特殊需求相結閤的討論感興趣。我期待這本書能為我提供一個更宏觀的視角，理解支撐AI算力發展的物理基礎，甚至從中汲取靈感，思考AI硬件協同設計的未來方嚮。