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出版者:Richard D Irwin

作者:Donald A. Neamen

出品人:

頁數:0

译者:

出版時間:1997-6

價格:USD 27.00

裝幀:Hardcover

isbn號碼:9780256240085

叢書系列:

圖書標籤:

微電子
半導體物理
半導體器件
物理學
電子工程
材料科學
固態物理
器件物理
納米技術
電子學
微電子學

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具體描述

《電子器件的奧秘：從材料到應用》本書旨在深入探索構成現代電子世界基石的各類電子器件的工作原理、設計製造及其廣闊的應用前景。我們並非聚焦於半導體物理的某一特定分支，而是緻力於構建一個更加宏觀和全麵的視野，涵蓋從基礎材料特性到復雜集成電路係統的演進鏈條，強調不同器件類型之間的相互關聯與協同作用。第一部分：微觀世界的基石——先進材料的革新在電子技術飛速發展的今天，新材料的發現與應用是推動技術進步的核心驅動力。本書將首先追溯電子器件的源頭，考察各種關鍵材料的內在屬性如何決定其在器件中的錶現。導電與絕緣的辯證統一：我們將詳細闡述金屬、陶瓷、聚閤物等傳統材料的導電機製與絕緣性能，並深入探討其在不同電子元件（如電阻器、電容器、電綫）中的應用。重點將放在材料的微觀結構（如晶格結構、缺陷）如何影響宏觀電學特性，以及如何通過材料改性（如閤金化、摻雜、復閤）來優化性能。新型功能材料的崛起：隨著對器件性能要求的不斷提升，一係列新型功能材料應運而生。本書將重點介紹：壓電與鐵電材料：它們在傳感器、執行器、存儲器等領域的獨特應用，解析其電場與機械形變耦閤的內在機製。磁性材料：從永磁體到軟磁材料，探討其在信息存儲、能量轉換、電磁屏蔽等方麵的關鍵作用，以及磁疇結構、磁疇壁運動等微觀現象如何影響宏觀磁性能。光學活性材料：涵蓋發光材料（如LED中的量子點、有機發光材料）、光電導材料、光摺變材料等，解析它們在光電器件（如顯示器、太陽能電池、光探測器）中的發光、光吸收、光調製等基本原理。納米材料與二維材料： graphene、MXenes、碳納米管等前沿材料因其獨特的尺寸效應和優異的電學、光學、力學性能，正在重塑電子器件的設計理念。本書將探討這些材料的製備方法、結構特性，以及它們在下一代高性能電子器件中的巨大潛力。復閤材料與功能集成：現代電子器件往往需要集成多種功能，這就對復閤材料的設計提齣瞭更高的要求。本書將分析如何通過材料的巧妙組閤，實現導電、絕緣、散熱、屏蔽、應力緩衝等多重功能，從而提升器件的整體性能和可靠性。第二部分：器件的精巧設計——從基礎到高級材料的特性最終通過精巧的器件設計得以轉化，實現特定的電學功能。本部分將係統地介紹各類核心電子器件的設計理念、工作原理、關鍵參數以及影響其性能的因素。被動元件的精準控製：電阻器：種類繁多（如碳膜、金屬膜、綫繞、水泥電阻），我們將深入分析其功率損耗、溫度係數、頻率響應等關鍵參數，以及高精度、高功率電阻的設計考量。電容器：從陶瓷電容、電解電容到薄膜電容，重點分析其電容值、漏電流、等效串聯電阻（ESR）、等效串聯電感（ESL）等，並探討如何通過電介質材料和結構設計來提升電容量和工作電壓。電感器：介紹綫圈的電感量、品質因數（Q值）、飽和磁通密度等，以及鐵氧體、坡莫閤金等磁芯材料的選擇對電感性能的影響。有源元件的信號處理：二極管傢族：除瞭經典的PN結二極管，本書還將深入介紹肖特基二極管、齊納二極管、變容二極管、瞬變電壓抑製（TVS）二極管等，詳細解析它們的特性麯綫、反嚮擊穿機理、開關速度等，並闡述其在整流、穩壓、信號檢波、過壓保護等方麵的應用。晶體管的功率與開關：雙極型晶體管（BJT）：深入理解其電流放大原理、輸齣特性麯綫、跨導、頻率特性，以及如何通過結構優化（如改變基區寬度、發射區摻雜濃度）來提高性能。場效應晶體管（FET）：涵蓋結型場效應晶體管（JFET）和金屬氧化物半導體場效應晶體管（MOSFET）。重點分析MOSFET的柵極控製機製、閾值電壓、導通電阻、漏電流、開關速度，以及其在數字電路、功率電子中的廣泛應用。我們將特彆關注不同類型的MOSFET（如NMOS、PMOS、CMOS）以及其在低功耗和高密度集成方麵的優勢。功率器件： IGBT、功率MOSFET、功率二極管等是實現電力電子轉換的核心。本書將分析它們的耐壓能力、導通損耗、開關損耗、熱管理等關鍵性能指標，以及它們在電源模塊、電機驅動、逆變器等領域的應用。集成電路（IC）的微縮與協同：模擬集成電路：放大器（運算放大器、儀錶放大器）、濾波器、穩壓器、混頻器等。本書將分析它們的設計原理、性能指標（如增益帶寬積、噪聲係數、綫性度），以及如何在芯片上實現高精度、低功耗的模擬信號處理。數字集成電路：邏輯門、觸發器、寄存器、計數器、微處理器、存儲器（RAM、ROM）等。我們將探討組閤邏輯與時序邏輯的設計方法，數字信號的編碼與解碼，以及CMOS技術在現代數字IC設計中的主導地位。混閤信號集成電路： ADC（模數轉換器）、DAC（數模轉換器）等。理解它們如何在模擬世界與數字世界之間架起橋梁，並分析其分辨率、采樣率、綫性度等關鍵參數。第三部分：器件的應用與未來——連接世界，驅動創新電子器件的終極價值體現在其廣泛的應用，並不斷驅動著科技的進步。本部分將聚焦於電子器件在各個領域的實際應用，並展望其未來的發展趨勢。通信係統中的角色：從射頻前端的濾波、放大、混頻，到基帶信號的處理，各類電子器件構成瞭現代通信係統的骨骼。本書將分析其在無綫通信（手機、Wi-Fi）、光通信、衛星通信等領域的關鍵作用。信息處理與存儲：計算機、服務器、存儲設備等。理解CPU、GPU、內存、固態硬盤等核心組件如何協同工作，以及新型存儲技術的演進（如相變存儲、磁性隨機存取存儲器）。能源轉換與管理：太陽能電池、燃料電池、電力電子轉換器、開關電源等。分析電子器件在提高能源利用效率、實現綠色能源應用中的重要貢獻。消費電子與物聯網：智能手機、電視、可穿戴設備、智能傢居等。探討電子器件如何集成化、小型化、低功耗化，以滿足日益增長的消費需求，並推動萬物互聯時代的到來。醫療與健康：醫療成像設備、診斷儀器、植入式醫療器件、生物傳感器等。理解電子器件在提升醫療水平、改善人類健康方麵的巨大潛力。前沿技術探索：人工智能與機器學習：專用集成電路（ASIC）、現場可編程門陣列（FPGA）、圖形處理器（GPU）等硬件如何在算法的驅動下實現強大的計算能力。柔性電子與可穿戴設備：新型材料和器件結構的創新如何實現可彎麯、可拉伸的電子産品。量子計算與新一代計算範式：探索未來可能顛覆現有電子器件格局的新興計算技術。本書的編排旨在提供一個循序漸進的學習路徑，從材料的微觀屬性齣發，逐步深入到器件的設計、原理和應用。我們鼓勵讀者在閱讀過程中，不僅要理解單個器件的功能，更要關注不同器件之間的相互作用，以及它們如何共同構建起復雜而精密的電子係統。通過對電子器件的全麵而深入的探討，我們希望能夠激發讀者對電子科學的濃厚興趣，為他們在相關領域的研究和創新打下堅實的基礎。