微电子技术概论

微电子技术概论 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:
作者:孟祥忠 编
出品人:
页数:152
译者:
出版时间:2009-9
价格:18.00元
装帧:
isbn号码:9787111278054
丛书系列:
图书标签:
  • 微电子学
  • 电子技术
  • 半导体
  • 电路分析
  • 模拟电路
  • 数字电路
  • 集成电路
  • 电子工程
  • 通信工程
  • 物理学
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具体描述

《微电子技术概论》为微电子技术专业的入门教材。主要内容包括微电子科学技术的发展历程及微电子学的特点,半导体物理与器件基础,集成电路基础,集成电路制造工艺,集成电路的设计,集成电路设计的CAD系统以及系统芯片设计。《微电子技术概论》内容安排合理,坚持“实用为主,够用为度”的原则,结构清晰,语言通俗易懂。通过《微电子技术概论》的学习,既对微电子学有一个全面的、概要的了解,学习后又不觉得肤浅,并把微电子学领域的一些最新观点、最新成果涵盖其中。

《微电子技术概论》可作为高职高专电子信息类、电气类各专业的教材,也可供微电子技术专业人员参考。

数字时代的基石:半导体器件与集成电路设计精要 本书聚焦于信息技术和现代电子设备的核心驱动力——半导体器件的物理原理、制造工艺及其在集成电路(IC)设计中的应用。全书旨在为读者构建一个从微观的半导体材料特性到宏观的复杂系统实现的完整知识体系,深度剖析支撑我们数字世界的关键技术。 --- 第一部分:半导体物理基础与器件原理 本部分深入探讨了构成所有现代电子元件的物质基础——半导体材料的独特性质,并详细阐述了最基本的电子器件的工作机制。 第一章:半导体材料的量子力学基础 本章首先回顾了固体物理学的基本概念,包括晶格结构、布拉维点阵以及晶体周期性势场下的电子能带理论。我们重点分析了能带结构(价带、导带和禁带)如何决定材料的导电特性,并详细区分了导体、绝缘体和半导体的本质区别。随后,引入了本征半导体的概念,通过费米能级理论解释了自由载流子的产生与平衡状态。 第二章:掺杂与载流子输运现象 本章聚焦于如何通过掺杂技术精确控制半导体的导电性。我们详细讨论了 N 型和 P 型半导体的制备、掺杂剂(施主与受主)的电离过程,以及在平衡状态下少数载流子和多数载流子的浓度分布。紧接着,深入分析了载流子的动态输运机制: 1. 漂移(Drift): 载流子在电场作用下的定向移动,引入载流子迁移率的概念,并讨论温度和杂质浓度对其的影响。 2. 扩散(Diffusion): 由于浓度梯度引起的载流子随机运动,导出了爱因斯坦关系式,并将扩散系数与迁移率联系起来。 第三章:PN 结:半导体二极管的形成与特性 PN 结是所有半导体器件的“基石”。本章详细推导了 PN 结在没有外加电压时的内置电势和空间电荷区(耗尽区)的形成过程。随后,分析了 PN 结在不同偏置条件下的伏安特性曲线: 正向偏置: 载流子的注入、复合过程,以及在理想模型下的指数型电流关系,同时讨论了实际器件中的串联电阻效应。 反向偏置: 漏电流的来源(主要为少数载流子的扩散电流和空间电荷区的生成电流),以及击穿现象(雪崩击穿和齐纳击穿)的物理机制。 结电容: 耗尽区电容和扩散电容的特性,及其在开关电路中的意义。 第四章:BJT 与 MOSFET:核心晶体管的工作原理 本部分是器件应用的关键。首先阐述了双极性结型晶体管(BJT)的工作原理,包括不同工作区(截止、放大、饱和)的电流控制机制,详细分析了晶体管的 Ebers-Moll 模型,并讨论了晶体管的频率响应特性(如过渡频率 $f_T$)。 随后,重点转向金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET),这是现代集成电路的主流器件。本章详细介绍了 MOS 结构(金属-氧化物-半导体)的电容-电压(C-V)特性曲线,包括其积累、耗尽和反型三个工作区。进一步分析了 MOSFET 在导通(线性/欧姆区)和饱和区的电流关系,导出了开关速度和功耗相关的关键参数,如阈值电压 $V_{th}$、跨导 $g_m$ 和开关阈值电压对准(Threshold Voltage Engineering)。 --- 第二部分:半导体制造工艺与集成技术 本部分从微米到纳米尺度,系统介绍如何将理论上的半导体器件转化为可大规模制造的物理实体。 第五章:半导体材料的制备与外延生长 本章探讨了制造高性能器件所需的高纯度硅材料的制备过程,从冶金级硅到电子级硅(EGS)的提纯技术,特别是直拉法(CZ)和区熔法(FZ)的原理和对晶体缺陷的影响。随后,详细介绍薄膜沉积技术,包括化学气相沉积(CVD)和物理气相沉积(PVD),用于形成关键的介质层和金属互连层。 第六章:光刻技术:微纳结构的定义 光刻是集成电路制造中的核心步骤。本章详细阐述了光刻的基本流程,包括光刻胶的涂覆、曝光、显影和刻蚀的衔接。重点分析了关键的光刻技术进步: 干法与湿法刻蚀: 反应离子刻蚀(RIE)的各向异性原理及其对侧壁陡峭度的控制。 深紫外(DUV)与极紫外(EUV)光刻: 介绍如何通过提高光源波长和采用先进的光刻掩模技术(如相移掩模 PSM),实现纳米级的特征尺寸制造。 第七章:器件的集成与互连技术 本章将单个器件提升到系统层面,讨论集成电路的制造流程: 1. 隔离技术: 浅沟槽隔离(STI)技术,用于减少相邻器件间的寄生耦合。 2. 薄膜的沉积与掺杂: 离子注入(Ion Implantation)的剂量控制和退火工艺,用于精确形成源极、漏极和沟道区。 3. 金属化和多层布线: 介绍从铝互连到铜互连(Damascene 工艺)的演进,以及低介电常数(Low-k)材料在减少互连延迟中的作用。 --- 第三部分:器件模型、版图设计与先进技术展望 本部分将理论知识与实际工程应用相结合,探讨如何对器件进行精确建模,并展望未来半导体技术的发展方向。 第八章:半导体器件的紧凑模型(Compact Modeling) 为了在电路仿真软件(如 SPICE)中准确预测电路行为,需要精确的器件数学模型。本章着重介绍针对 MOSFET 的经典模型(如 BSIM 模型家族)的结构,包括: 亚阈值区模型: 解释亚阈值电流和亚阈值摆幅(Subthreshold Swing)对低功耗设计的重要性。 短沟道效应: 详细分析源/漏工程(Source/Drain Engineering)如何缓解短沟道效应,如沟道长度调制(Channel Length Modulation)。 寄生参数: 讨论了栅极电阻、结电容等寄生参数在高速电路设计中的影响。 第九章:先进逻辑工艺的挑战与创新 随着晶体管尺寸的不断缩小,传统的平面 MOSFET 结构面临着尺寸效应和功耗的严峻挑战。本章探讨了为克服这些限制而开发的新一代晶体管架构: 应变硅(Strained Silicon): 通过晶格失配引入机械应力来提高载流子迁移率。 高介电常数栅极材料(High-k/Metal Gate, HKMG): 解释如何用高 k 栅介质和金属栅极取代传统 $ ext{SiO}_2/ ext{Poly-Si}$ 结构,以减小栅极漏电流并维持电场控制能力。 三维晶体管结构: 深度分析 FinFET(鳍式场效应晶体管)的几何优势,它如何实现对沟道的全方位控制,并成为当前先进节点的标准结构。 第十章:超越 CMOS 的未来技术探索 本章对后摩尔时代的技术发展趋势进行展望,探讨当前研究热点: 隧道FET (TFET): 基于带间隧穿效应,有望实现远低于 60mV/decade 的亚阈值摆幅,极大地降低待机功耗。 新型二维材料器件: 研究石墨烯、二硫化钼 ($ ext{MoS}_2$) 等二维材料在晶体管、传感器和光电器件中的潜力。 存算一体(In-Memory Computing)架构: 探讨非易失性存储器(如 RRAM, PCM)在构建新型模拟和神经形态计算硬件中的应用前景。 --- 本书内容翔实,理论与实践并重,是电子工程、微电子学、材料科学等相关专业学生和工程师深入理解和掌握现代半导体器件设计与制造技术的权威参考资料。

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读后感

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用户评价

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这本《微电子技术概论》给我的第一印象是其结构的编排非常人性化。它并没有一开始就 dive into 那些晦涩难懂的物理概念或者复杂的数学模型,而是选择了一个更加循序渐进的路径。开篇部分,作者似乎很巧妙地为我们描绘了一幅微电子技术的宏大图景,从宏观的产业发展历程,到它如何深刻地改变了人类社会的生产生活方式,这样的引入方式,让即便不是专业背景的读者,也能对这个领域产生浓厚的兴趣和初步的认知。它就像一位经验丰富的向导,在带领我们进入一片陌生的森林之前,先给我们指明了方向,描绘了大致的地形,让我们心中有了底。随后,书中逐步深入到半导体材料的基础知识,这里我特别留意了对硅基材料特性、其他新型半导体材料(如化合物半导体、宽禁带半导体)的介绍,以及它们在不同应用场景下的优劣势分析。这部分内容的详细程度,我感觉恰到好处,既有理论的深度,又不至于让初学者望而却步。我尤其欣赏的是,作者在讲解概念时,经常会穿插一些实际的工业应用案例,比如晶体管是如何一步步发展到今天的高性能芯片的,或者不同工艺节点对器件性能的影响。这种“理论联系实际”的教学方法,极大地增强了学习的趣味性和有效性,让我能够更直观地理解抽象的科学原理。

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在阅读过程中,我惊喜地发现,《微电子技术概论》在对未来趋势的展望方面,也做得相当出色。它并没有止步于当前的技术水平,而是积极探讨了未来微电子技术的发展方向。例如,书中对摩尔定律的未来走向,以及后摩尔定律时代可能出现的颠覆性技术,如忆阻器、神经形态计算、量子计算等,都进行了较为深入的探讨。作者分析了这些新兴技术可能带来的变革,以及它们在解决当前计算瓶颈方面的潜力。此外,书中还提到了人工智能在芯片设计和制造中的应用,例如AI驱动的布局布线优化、AI辅助的故障检测等。这部分内容,对于我这样需要紧跟行业发展步伐的从业者来说,具有非常重要的参考价值,能够帮助我预判未来的技术发展方向,并调整自己的学习和研究重点。

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从设计的角度来看,《微电子技术概论》的覆盖面相当广泛。它不仅仅停留在器件层面,还对集成电路的设计流程进行了系统性的介绍。从前端的逻辑设计、寄存器传输级(RTL)设计,到后端的物理设计,包括布局布线、时序分析、功耗优化等,都进行了较为详尽的阐述。我特别欣赏书中对EDA(电子设计自动化)工具的介绍,它并没有简单地提及这些工具的存在,而是对其在不同设计阶段的作用进行了具体的说明,并且给出了不同类型EDA工具的优劣分析。这对于我这样需要频繁接触和使用这些工具的工程师来说,具有非常大的参考价值。书中关于信号完整性、电源完整性等关键的设计挑战,也有专门的章节进行探讨,并且给出了相应的解决方法。这部分内容,对于确保芯片的稳定性和可靠性至关重要,作者在这方面的讲解,让我受益匪浅。总而言之,这本书在设计部分的讲解,既有宏观的流程指导,又有微观的技术细节,能够帮助读者建立起对整个芯片设计生态系统的全面认识。

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在材料与制造工艺方面,《微电子技术概论》的讲解深入浅出,让我对现代半导体制造的复杂性有了更直观的认识。书中对晶圆制备、光刻、刻蚀、薄膜沉积、离子注入等关键工艺步骤的介绍,都辅以大量的图例和流程图,使得整个制造过程不再是冰冷的文字描述,而是生动的视觉呈现。我特别注意到,作者在讲解光刻技术时,不仅介绍了深紫外光(DUV)和极紫外光(EUV)的原理和区别,还分析了它们在不同工艺节点中的应用,以及所面临的技术挑战。这对于理解当前芯片制造中“先进制程”的含义,以及其背后的技术难度,有着非常重要的意义。此外,书中对封装技术的发展,如多芯片封装(MCP)、三维封装(3D IC)等,也进行了较为详细的介绍,并分析了它们在提升器件性能、降低功耗方面的作用。这部分内容,让我认识到,芯片的性能并不仅仅取决于核心的晶体管,封装技术同样扮演着举足轻重的角色。

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这本书的实践性也给我留下了深刻的印象。尽管是一本理论性的概论,但书中并非空谈理论,而是大量引用了实际的工业应用案例和技术数据。例如,在介绍不同工艺节点的性能提升时,作者会给出具体的参数对比,如晶体管开关速度、功耗降低比例等。在讲解电路设计时,也会提及一些经典的电路结构及其应用场景。这一点对于我这样需要在实际工作中应用这些知识的人来说,是非常宝贵的。书中对各种测试方法和标准也有一定的介绍,这有助于读者了解如何验证和评估芯片的性能。我相信,这本书中的知识,能够帮助我更好地解决工作中遇到的实际问题,并且提升我的专业能力。

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总的来说,《微电子技术概论》是一本非常值得推荐的书籍。它不仅内容全面,覆盖了微电子技术的主要领域,而且讲解深入浅出,既有学术的严谨性,又不失可读性。无论是对于初学者建立基础知识体系,还是对于有经验的从业者拓展视野,抑或是对微电子技术感兴趣的爱好者,这本书都能提供极大的帮助。它就像一位知识渊博的导师,耐心细致地为你解答每一个疑问,引导你一步步深入这个迷人的微电子世界。我将会把它作为我的案头必备书籍,在未来的学习和工作中,反复研读,并从中汲取更多的灵感。这本书的出版,无疑为微电子技术领域的知识传播和普及,做出了重要的贡献。

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这本书在技术细节的呈现上,给我留下了深刻的印象。特别是关于半导体器件的物理原理部分,它并没有选择简单地罗列公式,而是花了相当的篇幅去解释这些公式背后的物理机制。例如,在讲解MOSFET的电容-电压特性时,作者非常细致地阐述了沟道形成、耗尽层扩展以及反型层出现的过程,并用图示配合解释,使得原本枯燥的理论变得生动起来。我还注意到,书中对不同的半导体器件,如BJT、MOSFET、CMOS等,都进行了详细的比较和分析,不仅仅是罗列它们的结构和工作原理,更深入地探讨了它们各自的优缺点,适用的工作范围,以及在现代集成电路设计中的地位。这一点对于我这样需要进行器件选型和电路设计的工程师来说,简直是及时雨。更让我惊喜的是,书中对一些前沿器件的介绍,比如FinFET、GAAFET等,也给予了足够的篇幅,并解释了它们为何能够突破传统平面器件的物理极限。这种对技术演进脉络的清晰梳理,让我能够更好地理解当前芯片设计的挑战与机遇。

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从内容组织的角度来看,这本书的逻辑性非常强。它循序渐进,从基础的物理概念,到器件的工作原理,再到集成电路的设计与制造,最后拓展到行业发展趋势,整个脉络清晰可见,过渡自然。每个章节之间既有独立的完整性,又相互关联,形成了一个有机的整体。我尤其欣赏书中在章节末尾设置的“思考题”或者“拓展阅读”部分,这些设计能够促使读者主动思考,加深对内容的理解,并且为有兴趣的读者提供了进一步探索的途径。这种学习模式,对于自主学习者来说,是非常友好的。我感觉,作者在编写这本书时,一定投入了大量的心血,力求将复杂的技术知识,以最易于理解的方式呈现给读者。

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作为一名在电子工程领域摸爬滚打多年的老兵,拿到这本《微电子技术概论》时,我心中是既期待又有些许的疑虑。期待是因为,随着科技的飞速发展,微电子技术早已渗透到我们生活的方方面面,从智能手机到物联网设备,再到人工智能的核心计算单元,都离不开它。一本概论性的书籍,如果能系统地梳理和讲解这一庞杂的领域,无疑会为行业内的从业者和初入行的学生提供宝贵的指引。然而,疑虑也随之而来:微电子技术涵盖的知识点极其广泛,从材料科学、器件物理,到电路设计、制造工艺,再到测试验证,每一个分支都足以支撑起一本厚重的专著。一本“概论”如何在有限的篇幅内做到既全面又不失深度,同时还能保持逻辑清晰、引人入胜,这本身就是一项巨大的挑战。我尤其关注书中对最新技术趋势的把握,例如量子计算、先进封装技术、以及AI在芯片设计中的应用等方面,能否有独到的见解和前瞻性的分析,这往往是衡量一本技术书籍是否“与时俱进”的重要标准。翻开书页,我便迫不及待地想要一探究竟,看看它是否能解答我心中的这些疑问,是否能为我打开一扇更深入理解微电子世界的窗户。我期望它能在我日后的工作和学习中,成为一本得力的参考书,帮助我快速定位问题、理解技术演进的脉络,并激发新的思考。

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这本书的论述风格非常严谨,但又不失可读性。作者在引用各种技术原理和数据时,都力求准确,并且给出了清晰的参考文献,这使得书中内容具有很高的学术价值和可信度。虽然涉及大量专业术语,但作者在首次出现时,都会给出简明的解释,或者通过前后文的语境来帮助读者理解。我尤其喜欢书中在讲解某些复杂概念时,会采用类比的方式,比如将半导体器件的工作原理比作水龙头控制水流,或者将集成电路的设计流程比作建筑物的建造过程。这样的类比,极大地降低了理解的门槛,让我能够快速抓住核心要点。此外,书中还会穿插一些历史典故或者关键人物的介绍,比如晶体管的发明者,或者集成电路的先驱,这些“故事性”的内容,让技术书籍不再枯燥乏味,而是充满了人文关怀。

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