微电子学导论(英文版) 9787030397751 科学出版社 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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赵策洲，方舟，陆骐峰 著

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出版社： 科学出版社

ISBN：9787030397751

商品编码：29220452833

包装：平装

出版时间：2014-01-01

基本信息

书名：微电子学导论(英文版)

定价：69.00元

作者：赵策洲,方舟,陆骐峰

出版社：科学出版社

出版日期：2014-01-01

ISBN：9787030397751

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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内容提要

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《微电子学导论（英文版）》讲述了半导体材料、半导体器件、微电子工艺及制造、以及IC设计等的基础和基本知识。《微电子学导论（英文版）》力图以比较浅显易懂的方式来介绍半导体物理和器件的基础知识，介绍了微电子制造的基本工艺知识和半导体器件，如IC电阻、二极管、MOSFETs和双极晶体管的工艺流程，也介绍了简单MOS数字集成电路和模拟集成电路的概论、电路分析和版图设计。

目录

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PrefaceChapter 1 Introduction 1.1 History of semiconductor devices and ICs 1.2 Moore's Law--transistor scaling 1.3 Die yield and die cost ReferencesChapter 2 Semiconductor material fundamentals 2.1 Atomic structures 2.1.1 Elements and element periodic table 2.1.2 Bohr's theory--orbits 2.1.3 Distribution of electrons--valence electrons 2.1.4 Chemical bonds 2.2 Crystal structures 2.2.1 General material structures 2.2.2 Crystallography--diamond structure and zinc blende structure 2.2.3 Crystallographic notation 2.2.4 Bohr's theory--energy level and energy band 2.3 Energy band theory 2.3.1 Insulator, semiconductor and conductor 2.3.2 Electrons and holes 2.3.3 Generation and rebination 2.4 Doping of semiconductors 2.4.1 Doping elements 2.4.2 Doping: n-type 2.4.3 Doping: p-type 2.4.4 Counter doping 2.5 Carriers distribution 2.5.1 Fermi function and Fermi level 2.5.2 Density of states 2.5.3 Electron and hole concentrations 2.6 Carrier drift and diffusion 2.6.1 Carrier scattering 2.6.2 Carrier drift--drift currents and mobility 2.6.3 Electric field and energy band bending 2.6.4 Carrier diffusion--diffusion currents and Einstein relation ReferencesChapter 3 Semiconductor device fundamentals 3.1 PN junction 3.1.1 Formation of depletion region 3.1.2 Built-in potential 3.1.3 Distribution of electric field and electric potential 3.1.4 Effect of applied voltage 3.1.5 Depletion capacitance 3.2 Metal-semiconductor contacts and MOS capacitors 3.2.1 Schottky diode and Ohmic contact 3.2.2 MOS capacitance and measurement 3.2.3 MOS energy band diagram 3.2.4 Capacitance--voltage characteristics 3.3 MOSFETs 3.3.1 Current--voltage characteristics 3.3.2 Types and circuit symbols of MOSFETs 3.3.3 Switch model of MOSFETs 3.4 Bipolar junction transistors 3.4.1 PN junction--a brief review 3.4.2 BJT structure and circuit symbols 3.4.3 NPN BJT operation--a qualitative analysis 3.4.4 NPN BJT operation--a quantitative analysis ReferencesChapter 4 Semiconductor fabrication fundamentals 4.1 IC fabrication techniques 4.1.1 Thin film formation 4.1.2 Photolithography and etching 4.1.3 Doping 4.2 IC resistor and diode process 4.2.1 IC resistor--masks and process steps 4.2.2 Design rules 4.2.3 Sheet resistance 4.2.4 Layout design of an IC resistor 4.2.5 Diode--masks and process steps 4.3 MOSFET process 4.3.1 NMOSFET process flow and layout 4.3.2 Local oxidation of silicon 4.3.3 CMOS n well process flow 4.4 BJT process 4.4.1 BJT process steps 4.4.2 Layout of an NPN BJT IC ReferencesChapter 5 Integrated circuits--concepts and design 5.1 NMOS digital circuits 5.1.1 NMOS digital circuits analysis--logic and calculation 5.1.2 MOSIS design rules for NMOS ICs 5.1.3 Layouts of NMOS logic families 5.2 CMOS digital circuits 5.2.1 CMOS digital circuits analysis 5.2.2 MOSIS design rules for CMOS ICs 5.2.3 MOS transistors in series/parallel connection 5.2.4 CMOS inverter, NOR gates and NAND gates 5.2.5 Ratioed logic and binational equivalent circuit 5.2.6 Dynamic circuits 5.3 MOS analog circuits 5.3.1 MOSFET active resistors and potential dividers 5.3.2 MOSFET mon-source stages 5.3.3 CMOS push-pull amplifiers 5.3.4 MOSFET current mirrors 5.3.5 MOSFET differential amplifiers ReferencesAppendix I Properties of semiconductor materialsAppendix II Symbols and constantAppendix III L-Edit Quick Guide

作者介绍

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文摘

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序言

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《微电子学导论：原理、器件与电路设计》 引言： 微电子学，作为现代科技的基石，深刻地改变了我们的生活方式和认知世界的方式。从掌上电脑到超级计算机，从通信卫星到医疗设备，几乎所有我们赖以生存和发展的关键技术都离不开微电子学的支撑。本书旨在为读者提供一个全面且深入的微电子学入门知识体系，从基础的半导体物理原理出发，逐步深入到核心的微电子器件的结构与工作特性，最终展现如何将这些器件应用于实际的集成电路设计中。本书力求以严谨的理论推导、清晰的图示和典型的应用实例，引导读者掌握微电子学的精髓，为进一步的学习和研究奠定坚实的基础。 第一部分：半导体物理基础 在深入探讨微电子器件之前，理解半导体材料的物理特性至关重要。本部分将详细阐述半导体材料的晶体结构、能带理论以及载流子（电子和空穴）的概念。我们将从量子力学角度解释导体、绝缘体和半导体在能带结构上的根本区别，并重点介绍硅（Si）和砷化镓（GaAs）等常用半导体材料的特性。 原子结构与晶体学： 介绍原子的基本组成，电子的壳层结构，以及半导体材料中原子如何排列形成规则的晶体结构，如金刚石立方结构。理解晶格振动（声子）对载流子运动的影响。 能带理论： 深入剖析价带、导带和禁带的概念。阐述电子如何在这些能带中运动，以及费米能级在区分导体、半导体和绝缘体中的作用。 本征半导体： 讨论纯净的半导体材料，解释其载流子浓度是如何由温度决定的。介绍热激发产生电子-空穴对的机制。 杂质半导体（外延半导体）： 详细讲解掺杂（doping）的概念，这是半导体技术的核心。介绍n型半导体（施主杂质，如磷、砷）和p型半导体（受主杂质，如硼、镓）的形成机理，以及它们如何显著改变半导体的导电性能。 载流子统计： 介绍马约拉纳分布和玻尔兹曼近似，用于计算不同温度下本征和杂质半导体中的电子和空穴浓度。 载流子输运： 阐述载流子的两种主要输运机制：漂移（drift）和扩散（diffusion）。解释电场如何引起载流子的漂移，以及载流子浓度梯度如何引起扩散。介绍迁移率（mobility）和扩散系数（diffusion coefficient）的概念及其影响因素。 PN结的形成与特性： 详细讲解当p型半导体和n型半导体接触时形成的PN结。分析PN结在平衡状态下的空间电荷区、内建电势以及载流子浓度分布。 第二部分：微电子器件原理 在掌握了半导体物理的基础后，本部分将聚焦于构成现代集成电路的关键微电子器件，包括二极管和晶体管。我们将深入探讨这些器件的结构、工作原理、电学特性以及它们在电子电路中的应用。 PN结二极管： 正偏与反偏： 详细分析PN结在外加电压下的行为。在正偏电压下，PN结导通，电流随电压指数增长。在反偏电压下，PN结截止，只有微弱的反向漏电流。 伏安特性： 绘制并分析PN结的伏安特性曲线，重点关注正向导通电压、反向击穿电压等关键参数。 二极管模型： 介绍理想二极管模型、带内阻的二极管模型以及肖特基二极管模型，用于简化电路分析。 应用： 介绍二极管在整流、钳位、稳压等电路中的基本应用。 双极结型晶体管（BJT）： 结构与工作原理： 介绍NPN型和PNP型BJT的结构，由两个PN结构成。详细讲解其工作在放大区的电流放大机制：发射区注入的电子（或空穴）穿过基区到达集电区。 工作区域： 分析BJT的三个主要工作区域：截止区、放大区和饱和区，并解释其对应的电学特性。 输入输出特性： 绘制并分析BJT的输入特性曲线（Ib-Vbe）和输出特性曲线（Ic-Vce）。 电流放大系数（β）与跨导（gm）： 定义并分析BJT的关键参数，如电流放大系数β（common-emitter current gain）和跨导gm。 等效电路模型： 介绍BJT的混合π模型和T型模型，用于小信号分析。 应用： 介绍BJT在放大器、开关等电路中的基本应用。 场效应晶体管（FET）： 结型场效应晶体管（JFET）： 介绍JFET的结构，通过栅极电压控制沟道电阻。分析其P沟道和N沟道JFET的工作原理和特性。 金属-氧化物-半导体场效应晶体管（MOSFET）： MOSFET结构： 重点介绍增强型和耗尽型MOSFET的结构，包括源极、漏极、栅极和衬底。 工作原理： 详细解释MOSFET的工作原理，特别是通过栅极电压在氧化物层和半导体层之间形成反型层（增强型MOSFET）或改变导电沟道的宽度（耗尽型MOSFET）。 阈值电压（Vt）： 定义并分析MOSFET的阈值电压，这是器件导通的条件。 伏安特性： 绘制并分析MOSFET的输出特性曲线（Id-Vds）和转移特性曲线（Id-Vgs）。 电容特性： 介绍MOSFET中的寄生电容，如栅-源电容、栅-漏电容，以及它们对器件速度的影响。 CMOS技术： 介绍互补金属氧化物半导体（CMOS）技术，这是当前集成电路设计的主流技术，并简述CMOS反相器的工作原理。 应用： 介绍MOSFET在数字集成电路（如逻辑门）、模拟电路（如放大器）以及存储器中的广泛应用。 第三部分：集成电路基础 集成电路（IC），又称芯片，是将大量的微电子器件（如晶体管、电阻、电容）集成在一个小小的半导体芯片上的技术。本部分将介绍集成电路的基本概念、设计流程以及一些基础的集成电路模块。 集成电路的优势： 阐述集成电路相对于分立元件电路的优势，包括尺寸小、功耗低、性能高、可靠性强和成本低等。 集成电路的分类： 介绍模拟集成电路、数字集成电路和混合信号集成电路。 半导体制造工艺概述： 简要介绍半导体制造流程，包括晶圆制备、光刻、刻蚀、薄膜沉积、掺杂以及金属互连等关键步骤。 基本逻辑门电路： 介绍构建数字集成电路的基础——逻辑门（AND, OR, NOT, NAND, NOR, XOR）。讲解如何使用MOSFET实现这些逻辑门。 CMOS反相器： 详细分析CMOS反相器的结构、工作原理、传输特性和功耗特性。 数字集成电路设计： 简述数字集成电路的设计流程，包括功能设计、逻辑综合、电路实现、版图设计和验证。 模拟集成电路基础： 介绍一些基本的模拟集成电路模块，如电流镜、差分放大器以及基本的运算放大器结构。 电路参数与性能指标： 讨论集成电路设计中需要考虑的关键参数，如器件的增益、带宽、功耗、噪声、速度以及版图面积。 第四部分：进阶主题与应用展望 在掌握了微电子学的核心内容后，本部分将简要介绍一些更高级的主题，并展望微电子学的未来发展方向和广泛应用。 存储器技术： 介绍静态随机存取存储器（SRAM）和动态随机存取存储器（DRAM）的基本原理和结构。 微处理器与系统级芯片（SoC）： 简述微处理器的基本架构，以及系统级芯片（SoC）的概念，即在单个芯片上集成多种功能模块。 功率微电子学： 介绍用于高功率应用的半导体器件，如功率MOSFET、IGBT等。 MEMS（微机电系统）： 简述MEMS技术，即将微小的机械结构与电子电路集成，例如微传感器和微执行器。 纳米电子学与未来趋势： 探讨当前微电子学面临的尺寸极限挑战，并展望纳米电子学、量子计算等前沿领域可能带来的技术革新。 微电子学的应用领域： 总结微电子学在通信、计算、消费电子、汽车电子、医疗健康、航空航天等各个领域的广泛应用，强调其作为现代社会发展驱动力的核心地位。 结论： 微电子学是一门充满活力和不断发展的学科。本书通过对半导体物理、核心器件原理以及集成电路设计基础的系统性阐述，旨在为读者构建一个坚实的知识框架。希望本书能够激发读者对微电子学的浓厚兴趣，并为其未来的学习和职业发展提供有力的支持。理解微电子学的基本原理，就是理解现代科技的语言，从而能够更好地驾驭和创造未来的技术。

评分☆☆☆☆☆

对于我这样一位已经接触过一些电子工程基础知识，但对微电子领域还不够深入的工程师来说，寻找一本既能巩固已有基础，又能拓展新视野的教材至关重要。这本书《微电子学导论》（英文版），从其书名和出版社来看，似乎提供了一个很好的切入点。我关注的重点在于它能否提供足够的技术深度，能够清晰地阐述微电子器件的物理原理，比如PN结的形成、二极管和三极管的工作机制，以及场效应晶体管（FET）的各种类型及其特性。我希望书中能够详细分析这些基本器件的等效电路模型，以及它们在模拟和数字电路中的应用。此外，作为一本“导论”，它是否能有效地介绍集成电路（IC）的设计流程，包括从逻辑设计、电路设计到版图设计和制造工艺的各个环节，也是我非常关心的。例如，在讲解CMOS工艺时，是否能清晰地描述氧化、掺杂、光刻、刻蚀等关键步骤，并解释它们如何影响器件的性能和可靠性。我希望这本书能够帮助我理解不同微电子技术（如BJT、MOSFET）的优缺点，以及它们各自适用的场景。同时，如果书中能够包含一些经典的微电子电路设计案例，并对其进行深入分析，那将极大地提升学习的实践性。

评分☆☆☆☆☆

在我个人的学习理念中，一本优秀的教材应该能够激发读者的批判性思维，并鼓励其进行独立的研究。这本书《微电子学导论》（英文版），听起来似乎具备这样的潜力。我希望它不只是简单地罗列公式和定义，而是能够引导读者去思考“为什么”和“如何”。例如，在介绍半导体掺杂时，我期待书中能够探讨不同掺杂浓度对载流子浓度、电阻率以及器件性能的影响，并分析其背后的物理机制。对于晶体管的放大作用，我希望能够看到对其工作原理的深刻剖析，而不仅仅是简单的输入输出关系。此外，我非常注重教材的严谨性和前瞻性。例如，书中是否能对不同半导体材料（如硅、砷化镓）的特性进行比较，并讨论它们在特定应用中的优势？对于集成电路的性能指标，如速度、功耗、噪声等，我希望书中能够给出清晰的定义，并解释影响这些指标的关键因素。如果书中能够涉及一些现代微电子学的挑战，例如摩尔定律的极限、量子效应在微小器件中的体现、以及新的材料和器件的研发方向，那将更能激发我的研究兴趣，并为我未来的学术或职业发展提供方向性的启示。

评分☆☆☆☆☆

在我看来，一本优秀的教材应该能够以一种引人入胜的方式呈现知识，让读者在不知不觉中就掌握了核心概念。这本《微电子学导论》（英文版）给我的初步印象是，它可能提供了一个扎实的理论基础。我关注的是，这本书是否能够以清晰、逻辑性强的结构来组织内容，从而方便读者循序渐进地学习。例如，我希望它能从最基本的物理原理开始，逐步深入到器件的特性和电路的应用。我特别希望书中能够使用大量的图表和示意图来辅助说明，尤其是对于那些抽象的物理过程，例如载流子的运动、电场的分布等，清晰的图形化展示会极大地提高理解的效率。同时，我期待书中能够包含一些相关的计算示例，帮助我巩固所学的公式和概念，并理解如何将理论知识应用于实际问题。如果书中能够提供一些实验的指导或者参考，即使只是理论上的设计，也能让我对微电子器件的实际工作有一个更直观的认识。总的来说，我希望这本书能够成为我探索微电子学世界的一个可靠的起点，让我能够建立起对这个领域清晰、准确的认知。

评分☆☆☆☆☆

我一直认为，技术类书籍的价值很大程度上取决于其内容的实操性和与行业前沿的接轨程度。这本《微电子学导论》（英文版），从名字来看，似乎是为那些希望深入了解微电子技术细节的读者准备的。我尤其关注的是，它在讲解基础概念时，是否能够提供足够多的实际应用案例。例如，在介绍二极管和三极管时，我希望能看到它们如何被应用于整流、开关、放大等电路中，并对这些电路的性能进行分析。对于集成电路的设计，我期望书中能够详细介绍逻辑门的设计，如AND、OR、NOT门的CMOS实现，以及如何利用这些基本门构建更复杂的数字电路。同时，如果书中能够包含一些关于CMOS工艺流程的详细介绍，包括光刻、刻蚀、薄膜沉积等关键步骤，并解释这些步骤对最终器件性能的影响，那将非常有价值。我希望这本书能够帮助我理解芯片制造中的一些基本挑战，例如良率、功耗优化以及电路可靠性等问题。如果书中能提供一些关于现代半导体器件的简介，例如MEMS（微机电系统）或者光电器件，并简要介绍它们的工作原理和应用前景，那将更能满足我的求知欲。

评分☆☆☆☆☆

作为一名对微电子世界充满好奇的初学者，我一直在寻找一本能够系统性地引导我入门的教材。偶然间，我看到了这本《微电子学导论》（英文版），其ISBN号和出版社信息也让我觉得相当可靠。我深信，一本好的入门书籍，其价值不仅仅在于知识的传授，更在于能否激发读者深入探索的兴趣，并提供坚实的基础。我特别看重那些能够将抽象概念具象化，将复杂原理简化，从而让新手也能轻松理解的教材。我希望这本书能够像一位循循善诱的老师，一步步地带领我揭开微电子学的神秘面纱，从最基础的半导体材料特性讲起，逐步过渡到晶体管的工作原理，再到集成电路的设计和制造流程。我期待书中能够有丰富的图示和实例，帮助我更好地理解理论知识，例如，在讲解MOSFET的栅极电压控制沟道形成时，如果能配以形象的电场线图或者不同工作区域的电流-电压特性曲线图，那将非常有助益。同时，我也希望这本书能够触及一些前沿的应用领域，虽然是导论性质，但适当的提及，例如微处理器、存储器、传感器等，可以让我对微电子技术的广阔前景有一个初步的认识，从而更有动力去学习。这本书是否能够有效地连接理论与实践，让我在阅读过程中，不仅仅是知识的被动接收者，更能成为一个主动思考和探索的学习者，是我非常期待的。