Microsystem Technology pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Springer Verlag

作者:Kohler, J. M. (EDT)/ Mejevaia, T. (EDT)/ Saluz, H. P. (EDT)

出品人:

页数:581

译者:

出版时间:

价格:$ 251.99

装帧:HRD

isbn号码:9783764357740

丛书系列:

图书标签:

微系统技术
MEMS
微机电系统
传感器
微电子
微制造
集成电路
纳米技术
生物医学工程
材料科学

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具体描述

This book examines the rapidly evolving microsystem technology that promises to unravel a wide range of applications in biology, gene therapy, molecular medicine, and forensics. These applications will have crucial bearing on future work in the diagnosis of disease and combinatorial chemistry. In addition, the work covers application strategies, theoretical aspects, protocols, and patents.

电子器件与集成电路设计：从基础到前沿应用图书简介本书旨在为电子工程、微电子学、材料科学以及相关领域的学生、研究人员和专业工程师提供一个全面而深入的知识体系，涵盖现代电子器件的物理基础、先进的集成电路设计方法，以及面向未来应用的前沿技术。本书的编写遵循从基础原理到复杂系统集成的逻辑递进路线，力求在深度与广度之间取得完美平衡，确保读者不仅理解“如何做”，更能洞悉“为何如此”。第一部分：半导体物理与器件基础本部分奠定了理解现代电子系统的核心物理学基础。第一章：半导体材料的晶体结构与能带理论详细探讨了硅（Si）、砷化镓（GaAs）、氮化镓（GaN）等关键半导体材料的晶体结构、晶格缺陷及其对电子性能的影响。深入解析了能带理论，包括价带、导带、禁带宽度、有效质量的概念，以及费米能级在不同掺杂和温度条件下的变化规律。讨论了本征半导体和外延掺杂半导体的载流子浓度计算及其温度依赖性。第二章：PN结与二极管的特性系统阐述了PN结的形成过程、内建电场、耗尽层宽度以及电势分布。详细分析了理想PN结在正向和反向偏置下的电流-电压（I-V）特性曲线，重点剖析了漂移电流、扩散电流的贡献，以及齐纳击穿和雪崩击穿的物理机制。此外，本章还覆盖了肖特基势垒二极管（SBD）的结构、特性及其在高频应用中的优势。第三章：双极性晶体管（BJT）的工作原理与模型本章聚焦于BJT，从基础的扩散和漂流理论出发，推导出Ebers-Moll模型和Spice级联模型。深入分析了晶体管在不同工作区（截止、放大、饱和）的电流控制机制。重点讨论了影响晶体管性能的关键参数，如直流电流增益($eta$)、过渡频率($f_T$)、集电极-基极击穿电压($BV_{CEO}$)，以及小信号交流模型（混合$pi$模型）的建立与应用。探讨了功率BJT在热稳定性和电流限制方面的挑战。第四章：金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET） MOSFET是现代集成电路的基石。本章从电容-电压（C-V）测量入手，详细解释了MOS电容器的形成过程，包括阈值电压($V_{TH}$)的确定、耗尽层和反型层的形成机制。随后，推导了理想MOSFET的I-V关系，并引入了短沟道效应（如DIBL、载流子饱和效应）对亚阈值斜率和跨导的影响。对NMOS和PMOS器件的特性进行了对比分析。第五章：先进与特殊器件结构本部分拓展了对新型器件结构的研究，包括： SOI（硅上绝缘体）技术：分析其寄生电容降低和抗辐射硬化优势。 FinFET（鳍式场效应晶体管）：深入探讨其三维结构如何实现对短沟道效应的有效控制，以及其设计中的栅长和栅高调制技术。功率器件：探讨IGBT（绝缘栅双极晶体管）和VDMOS的结构、工作原理及其在电源管理中的应用。光电器件：简要介绍LED、激光二极管（LD）和光电探测器的工作原理。第二部分：集成电路（IC）设计与制造工艺本部分将器件知识与实际的电路集成技术相结合。第六章：集成电路制造工艺流程详细描述了大规模集成电路（LSI/VLSI）制造的核心流程，包括：衬底准备、氧化、光刻（涉及掩模版制作、曝光、显影）、薄膜沉积（如PECVD、LPCVD）、刻蚀（干法与湿法）、离子注入掺杂。重点讲解了先进节点（如7nm及以下）中的关键技术，如极紫外光刻（EUV）和高K/金属栅极（HKMG）技术对器件性能的提升。第七章：CMOS器件的版图设计与寄生效应阐述了CMOS晶体管的物理版图设计规则（DRC），包括最小尺寸、间距和层间隔离要求。重点分析了在集成过程中不可避免的寄生效应：寄生电阻（源/漏、沟道、互连线）、寄生电容（栅极-源/漏、栅极-衬底、互连线间距电容）的建模与提取。讨论了如何通过版图优化来最小化延迟和功耗。第八章：互连线技术与信号完整性随着集成度提高，互连线成为限制电路性能的主要瓶颈。本章分析了不同金属层（铜、铝）的电阻率、可靠性（如电迁移）。详细讨论了RC延迟模型，并引入了L/R延迟模型。信号完整性方面，重点分析了串扰（Crosstalk）的机理、建模（如耦合系数）以及抑制串扰的布线策略，如屏蔽层、差分对布线等。第九章：模拟集成电路设计基础本部分侧重于模拟电路的构建模块：晶体管的匹配与噪声：分析器件的随机失配、系统失配，以及热噪声、散弹噪声、闪烁噪声的来源和建模。基本单元电路：设计与分析共源、共源共栅、共射极等放大器，重点关注增益、带宽和相位裕度的关系。电流源与偏置电路：设计高输出阻抗的理想电流源，以及温度补偿偏置电路。运算放大器（Op-Amp）：介绍两级、折叠式共源共栅等结构，以及实现频率补偿（如密勒补偿）的方法。第十章：数据转换器与反馈系统本章深入研究了模拟信号与数字信号转换的桥梁技术：数模转换器（DAC）：详细分析电阻梯形、电阻网络、电容开关等架构，重点讨论了非线性度（INL/DNL）的来源与校准。模数转换器（ADC）：深入研究Flash ADC、逐次逼近寄存器（SAR）ADC和Sigma-Delta ($SigmaDelta$) ADC的工作原理、量化噪声和有效位数（ENOB）。反馈与稳定性：讨论反馈系统的设计，包括相位裕度、增益裕度以及补偿技术，以确保系统在高速工作下的稳定性。第三部分：先进系统集成与未来趋势第十一章：低功耗设计技术面对移动和物联网设备的能耗挑战，本章探讨了功耗的分解（动态功耗与静态功耗）。详细介绍了多种低功耗设计策略：动态电压与频率调整（DVFS）。时钟/功率门控技术：实现局部断电以降低漏电流。亚阈值工作（Sub-threshold Design）：在保证基本功能的前提下，极大地降低电路工作电压。第十二章：射频（RF）集成电路本章重点介绍无线通信系统中的关键电路块：无源元件：讨论电感、变压器、匹配网络在片上集成时的Q值优化与寄生效应处理。低噪声放大器（LNA）：分析噪声系数（NF）的最小化设计，以及输入阻抗匹配（如Gegenbauer匹配）。混频器与压控振荡器（VCO）：讲解上变频/下变频的原理，以及VCO的相位噪声特性与调谐范围设计。第十三章：新兴半导体材料与异质集成展望未来，本部分关注超越传统硅基技术的方向： III-V族半导体：探讨HBTs和HEMTs在高速光通信中的应用。二维材料：如石墨烯和过渡金属硫化物（TMDs）在超薄晶体管和新型存储器中的潜力。异质集成（Heterogeneous Integration）：讨论3D堆叠技术、Chiplet（小芯片）架构，以及如何通过先进封装技术（如混合键合、TSV）实现不同功能模块（如存储器、ASIC、RF）的紧密协同工作，突破摩尔定律的物理限制。本书通过大量的实例分析、工程图示和关键公式推导，旨在培养读者严谨的工程思维和解决实际问题的能力，是微电子领域不可或缺的参考教材。