電子元器件應用技術手冊 微電子器件分冊 韓英歧 9787506657518 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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韓英歧 著

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齣版社： 中國標準齣版社

ISBN：9787506657518

商品編碼：29232159172

包裝：平裝

齣版時間：2010-04-01

基本信息

書名：電子元器件應用技術手冊 微電子器件分冊

定價：43.00元

作者：韓英歧

齣版社：中國標準齣版社

齣版日期：2010-04-01

ISBN：9787506657518

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版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.499kg

編輯推薦

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內容提要

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本手冊收集瞭主要常用電子元器件的有關標準、選用原則、檢驗、測試、篩選等應用知識，並收集瞭部分常用的、有特殊性能的元器件的型號、規格及主要電性能參數，供讀者選用時參考，其目的就是為廣大科技人員、電路設計師、可靠性工程師、電子物資人員及檢驗人員提供一套比較完整實用的電子元器件應用技術資料。

目錄

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作者介紹

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文摘

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序言

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《現代集成電路設計與製造工藝》 一、 現代集成電路設計概述 集成電路（Integrated Circuit, IC），又稱芯片，是電子信息技術的核心，更是現代社會不可或缺的基石。從智能手機到高性能服務器，從汽車電子到航空航天，無處不見其身影。本書將深入探討集成電路設計的各個環節，為讀者勾勒齣從概念到實現的全景圖。 1.1 集成電路設計的層級與流程 現代集成電路設計是一個高度復雜且多層次的過程，通常可以分為以下幾個主要階段： 係統級設計（System-Level Design）： 在這一階段，設計師將宏觀的係統需求轉化為一係列模塊和接口。這包括確定芯片的功能、性能指標、功耗限製以及與其他組件的交互方式。係統級設計是整個設計流程的起點，其規劃的準確性直接影響後續設計的效率和最終産品的成功。 架構設計（Architecture Design）： 在係統級設計的基礎上，架構設計將係統分解為更小的、可管理的模塊，並定義它們之間的通信協議和數據流。例如，一個微處理器可以被分解為指令解碼器、執行單元、緩存控製器等模塊。這一階段需要權衡性能、麵積和功耗之間的關係，選擇最優的架構方案。 寄存器傳輸級（Register-Transfer Level, RTL）設計： 這是數字邏輯設計中最常見的抽象層次。RTL設計使用硬件描述語言（HDL），如Verilog或VHDL，來描述數據如何在寄存器之間流動以及邏輯門如何實現這些操作。RTL代碼是可綜閤的，意味著它可以被轉換成網錶（netlist），進而用於物理實現。 邏輯綜閤（Logic Synthesis）： 邏輯綜閤工具將RTL代碼轉化為門級網錶，即由基本邏輯門（如AND, OR, NOT, XOR）和觸發器組成的電路。這一過程需要優化電路以滿足時序、麵積和功耗等約束條件。 物理設計（Physical Design）： 物理設計是將邏輯網錶轉化為芯片物理版圖的過程，包括布局（Placement）和布綫（Routing）。 布局（Placement）： 將邏輯門和觸發器放置在芯片的指定區域內，目標是最小化信號延遲和綫間串擾，同時考慮功耗和散熱。 布綫（Routing）： 在放置好的單元之間連接導綫，形成完整的電路。布綫過程中需要考慮信號完整性、時序約束和可製造性。 驗證（Verification）： 驗證是集成電路設計中至關重要且耗時最長的環節，旨在確保設計的正確性。驗證方法包括仿真（Simulation）、形式驗證（Formal Verification）、靜態時序分析（Static Timing Analysis, STA）等。 製造（Manufacturing）： 芯片製造是將設計好的版圖轉化為實際芯片的過程，通常在晶圓廠（Foundry）完成。這是一個極其復雜且高精度的過程，涉及光刻、刻蝕、沉積等多種工藝步驟。 測試（Testing）： 製造完成的芯片需要進行嚴格的測試，以確保其功能和性能符閤設計要求，並剔除有缺陷的芯片。 1.2 硬件描述語言（HDL）在設計中的作用 硬件描述語言（HDL）是描述數字電路結構和行為的特殊編程語言，如Verilog和VHDL。它們允許工程師以抽象的方式描述硬件，然後通過工具自動轉換為門級網錶。 Verilog: Verilog是一種C語言風格的HDL，易於學習和使用，在工業界應用廣泛。它可以用於描述從門級到係統級的電路。 VHDL: VHDL（VHSIC Hardware Description Language）是一種更具結構化和嚴謹性的HDL，在一些對設計規範性要求更高的領域（如軍事和航空航天）有較多應用。 HDL的使用極大地提高瞭設計效率，使得復雜芯片的設計成為可能。通過HDL，工程師可以快速驗證設計思路，進行功能仿真，並為後續的邏輯綜閤奠定基礎。 1.3 現代EDA工具的重要性 電子設計自動化（Electronic Design Automation, EDA）工具是現代集成電路設計不可或缺的利器。這些軟件工具涵蓋瞭設計流程的各個階段，極大地提高瞭設計的自動化程度和效率。 RTL設計工具： 如Synopsys的Design Compiler, Cadence的Genus等，用於將RTL代碼綜閤成門級網錶。 物理設計工具： 如Cadence的Innovus, Synopsys的IC Compiler等，用於芯片的布局和布綫。 驗證工具： 如Synopsys的VCS, Cadence的Xcelium等，用於對芯片功能進行仿真和驗證。 靜態時序分析（STA）工具： 用於在不進行仿真的情況下，分析電路的時序性能，確保芯片在設定的時鍾頻率下能夠正常工作。 功耗分析工具： 用於估算和優化芯片的功耗。 形式驗證工具： 通過數學方法證明電路設計的正確性，補充仿真驗證的不足。 EDA工具的發展是推動集成電路技術進步的關鍵因素之一，它們使得工程師能夠處理日益增長的設計復雜性，縮短産品上市時間。 二、 微電子器件的原理與特性 集成電路的核心是微電子器件，它們的性能和可靠性直接決定瞭整個芯片的功能和錶現。本章節將深入探討各種關鍵微電子器件的工作原理、物理特性及其在現代設計中的應用。 2.1 半導體材料與PN結 集成電路的基礎是半導體材料，最常用的是矽（Si）和砷化鎵（GaAs）。半導體材料的導電性介於導體和絕緣體之間，其導電性可以通過摻雜（doping）來精確控製。 本徵半導體（Intrinsic Semiconductor）： 指純淨的半導體材料，其導電性較低，載流子（電子和空穴）由熱激發産生。 外延半導體（Extrinsic Semiconductor）： 通過摻雜雜質原子得到的半導體。 N型半導體（N-type Semiconductor）： 摻雜有五價元素（如磷P、砷As），引入多餘的電子作為多數載流子。 P型半導體（P-type Semiconductor）： 摻雜有三價元素（如硼B、鎵Ga），引入多餘的空穴作為多數載流子。 PN結（PN Junction）是N型半導體和P型半導體結閤形成的區域。當PN結處於不同偏壓狀態時，會錶現齣獨特的電學特性： 零偏壓（Zero Bias）： 內部內建電場形成，形成耗盡區。 正偏壓（Forward Bias）： 外加電壓使得多數載流子能夠越過勢壘，PN結導通，有較大的電流流過。 反偏壓（Reverse Bias）： 外加電壓使得多數載流子被推離PN結，耗盡區增大，PN結截止，隻有微弱的漏電流流過。 PN結的單嚮導電性是構成幾乎所有半導體器件的基礎。 2.2 MOS晶體管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET） MOSFET是現代集成電路中最基本的邏輯開關和放大元件。其核心結構由金屬柵極（Gate）、氧化層（Oxide）和半導體襯底（Semiconductor Substrate）組成。 結構組成： 源極（Source）和漏極（Drain）： 兩個摻雜區域，通常與襯底形成PN結。 柵極（Gate）： 通常是金屬或多晶矽，通過氧化層與半導體襯底絕緣。 氧化層（Gate Oxide）： 通常是二氧化矽（SiO2），作為柵極和襯底之間的絕緣層。 襯底（Substrate）： 通常是P型或N型矽。 工作原理（以N溝道增強型MOSFET為例）： 當柵極電壓（Vgs）低於閾值電壓（Vt）時，柵極下方區域沒有導電溝道，漏極和源極之間幾乎沒有電流流過（截止區）。 當柵極電壓（Vgs）高於閾值電壓（Vt）時，柵極電場會在半導體錶麵感應齣反型層，形成N型導電溝道，連接源極和漏極。此時，如果存在漏源電壓（Vds），則有電流（Ids）從漏極流嚮源極。 根據Vds的大小，MOSFET可以工作在綫性區（Linear Region）或飽和區（Saturation Region）。在飽和區，漏極電流Ids主要由Vgs決定，與Vds關係不大，此時MOSFET錶現齣電流源的特性，常用於放大器。 MOSFET的優勢： 低功耗： 工作時靜態功耗極低。 高集成度： 易於製造小型化。 工藝成熟： 適閤大規模製造。 CMOS（Complementary MOS）工藝： 利用PMOS和NMOS晶體管互補的特性，可以構建齣高速、低功耗的數字邏輯電路。CMOS工藝是現代數字集成電路的主流工藝。 2.3 雙極結型晶體管（Bipolar Junction Transistor, BJT） BJT是一種重要的三端半導體器件，由兩個PN結組成，有NPN型和PNP型兩種。與MOSFET不同，BJT是電流控製器件。 結構組成： 發射極（Emitter）： 負責發射載流子。 基極（Base）： 控製發射極和集電極之間的電流。 集電極（Collector）： 收集從發射極過來的載流子。 工作原理（以NPN型BJT為例）： 基極電流（Ib）控製著集電極電流（Ic）。微小的基極電流變化可以引起集電極電流的較大變化，實現電流放大。 BJT的工作區域包括截止區、放大區和飽和區。在放大區，Ic ≈ β Ib，其中β是電流放大係數。 BJT的應用： BJT在模擬電路設計中仍有廣泛應用，尤其是在高頻、大功率放大器和電流源等領域。 2.4 其他重要的微電子器件 除瞭MOSFET和BJT，集成電路中還包含許多其他重要的微電子器件，它們在特定應用中發揮著關鍵作用： 二極管（Diode）： 最基本的PN結器件，用於整流、限幅、穩壓等。 電阻（Resistor）： 用於限流、分壓，可以通過摻雜和結構控製其阻值。 電容（Capacitor）： 用於儲能、濾波、耦閤等。在集成電路中，通常使用MOS結構或金屬-氧化層-金屬（MIM）結構實現。 電感（Inductor）： 在RF和微波電路中用於匹配、濾波等，但在集成電路中製造較為睏難，通常采用寄生電感或片外電感。 光電器件： 如光敏二極管、LED（發光二極管）、激光二極管等，用於光信號的檢測和發射。 功率器件： 如IGBT（絕緣柵雙極晶體管）、功率MOSFET等，用於電力電子領域，處理大電流和高電壓。 MEMS（微機電係統）器件： 集成在芯片上的微型機械結構，如加速度計、陀螺儀、微馬達等，廣泛應用於消費電子和汽車電子。 三、 高級集成電路設計技術 隨著集成電路規模的不斷擴大和功能的日益復雜，湧現齣許多高級設計技術，以應對挑戰並提高性能。 3.1 低功耗設計（Low Power Design） 功耗是現代電子設備（尤其是便攜式設備）麵臨的關鍵挑戰。低功耗設計技術旨在最大限度地降低芯片的功耗，延長電池續航時間，減少散熱需求。 動態功耗（Dynamic Power）： 由電路開關動作産生的功耗，與工作頻率和電源電壓有關。降低頻率和電壓是減小動態功耗的有效手段。 靜態功耗（Static Power）： 由漏電流引起的功耗，即使電路不工作也存在。可以通過采用亞閾值擺幅（Sub-threshold Swing）更小的晶體管、優化工藝參數、采用多閾值電壓（Multi-Vt）設計等方法來降低。 功耗優化技術： 門控時鍾（Clock Gating）： 在不需要工作的功能模塊上關閉時鍾信號，減少動態功耗。 電源門控（Power Gating）： 在不工作的功能模塊上切斷電源，進一步降低靜態功耗。 動態電壓頻率調整（DVFS）： 根據任務需求動態調整工作電壓和頻率。 混閤信號設計（Mixed-Signal Design）： 將數字和模擬電路集成在同一芯片上，需要精細的功耗管理策略。 3.2 高性能計算與並行處理 高性能計算（High-Performance Computing, HPC）依賴於強大的處理器和高效的計算架構。 多核處理器（Multi-core Processors）： 在單個芯片上集成多個處理器核心，通過並行處理任務來提高整體性能。 異構計算（Heterogeneous Computing）： 集成不同類型的處理器（如CPU、GPU、FPGA、DSP），根據任務特點選擇最適閤的處理器執行，以實現更高的性能和效率。 指令集架構（Instruction Set Architecture, ISA）： 如x86、ARM、RISC-V等，定義瞭處理器能夠執行的指令集，對性能和功耗有重要影響。 3.3 先進製造工藝與器件創新 集成電路製造工藝的不斷演進是推動摩爾定律（Moore's Law）持續發展的核心驅動力。 FinFET（Fin Field-Effect Transistor）： 采用三維鰭狀柵極結構，相比傳統的平麵MOSFET，具有更好的柵極控製能力，能有效減小漏電流，提高性能和降低功耗，是當前先進工藝的主流器件。 GAAFET（Gate-All-Around Field-Effect Transistor）： 進一步發展FinFET，采用環繞所有柵極（Gate-All-Around）的結構，提供更優的柵極控製，以應對更小的綫寬和更高的集成密度。 先進材料： 如高介電常數（High-k）柵介質材料、金屬柵極、應變矽（Strained Silicon）等，用於改善器件性能。 3D集成： 將多個芯片堆疊在一起，通過垂直互連技術實現更緊密的集成，縮短互連長度，提高性能並減小封裝尺寸。 3.4 接口技術與通信協議 隨著信息量的爆炸式增長，高效可靠的接口技術和通信協議在集成電路設計中占據越來越重要的地位。 高速串行接口： 如PCIe（Peripheral Component Interconnect Express）、USB（Universal Serial Bus）、HDMI（High-Definition Multimedia Interface）、DDR（Double Data Rate）SDRAM接口等，用於高速數據傳輸。 無綫通信接口： 如Wi-Fi、Bluetooth、5G NR（New Radio）等，涉及復雜的RF（射頻）和基帶處理電路設計。 片上網絡（Network-on-Chip, NoC）： 在大型SoC（System on Chip）內部，用類似於網絡的方式連接各個處理單元和 IP核，提高通信效率和可擴展性。 四、 可靠性與測試 集成電路的可靠性對於其在各種應用場景下的穩定運行至關重要。 可靠性挑戰： 隨著器件尺寸的縮小和工作電壓的降低，集成電路麵臨著多種可靠性問題，如電遷移（Electromigration）、柵氧化擊穿（Gate Oxide Breakdown）、熱載流子注入（Hot Carrier Injection, HCI）、負偏壓柵誘導漏電流（NBTI）等。 可靠性設計： 在設計階段就要考慮器件的可靠性，包括選擇閤適的工藝參數、進行冗餘設計、優化布局布綫以減小應力等。 芯片測試： 芯片製造完成後，需要進行嚴格的測試，以確保其功能、性能和可靠性滿足規格要求。測試方法包括功能測試、性能測試、功耗測試、可靠性測試等。常用的測試技術有ATPG（Automatic Test Pattern Generation）、DFT（Design for Testability）等。 結語 集成電路設計與微電子器件是信息時代的核心驅動力。本書從集成電路設計的整體流程、關鍵微電子器件的原理，到當前和未來的高級設計技術、可靠性與測試，為讀者提供瞭一個全麵而深入的視角。理解這些內容，對於投身於電子信息領域的工程師、研究人員乃至對此感興趣的愛好者，都將具有重要的理論和實踐價值。隨著技術的不斷進步，集成電路的設計將更加智能化、綠色化和高性能化，持續引領著科技發展的浪潮。

評分☆☆☆☆☆

我對這本書中關於半導體工藝和材料的部分尤為欣賞。它不像很多教科書那樣，隻是簡單地提及“半導體材料”，而是深入到矽的晶體結構、摻雜的原理，以及pn結的形成和特性。書中對光刻、刻蝕、薄膜沉積等微電子製造工藝的描述，讓我對芯片是如何一步步“生長”齣來的有瞭宏觀的認識。它還介紹瞭不同類型半導體材料的優缺點，比如砷化鎵（GaAs）和碳化矽（SiC）在特定應用中的優勢，這讓我意識到材料選擇對器件性能的重要性。最讓我印象深刻的是，書中對肖特基勢壘和MOSFET的能帶圖分析，雖然涉及瞭一些物理學知識，但通過清晰的圖示和邏輯推導，我能夠理解不同工作狀態下載流子的行為。這本書的這部分內容，為我理解更復雜的半導體器件提供瞭堅實的理論基礎。

評分☆☆☆☆☆

這本書的某些章節，特彆是關於存儲器器件的部分，讓我耳目一新。我原以為存儲器無非就是ROM（隻讀存儲器）和RAM（隨機存取存儲器）的簡單分類，但這本書卻深入到瞭DRAM（動態隨機存取存儲器）和SRAM（靜態隨機存取存儲器）的具體工作原理，以及NAND Flash和NOR Flash在數據存儲和讀寫方式上的差異。書中對電容充放電在DRAM中的作用，以及RS觸發器在SRAM中的應用，都做瞭非常細緻的解釋。讓我感到驚喜的是，它還講解瞭EEPROM（電可擦除可編程隻讀存儲器）和Flash存儲器是如何實現數據非易失性的，以及它們在嵌入式係統中的常見應用場景，比如固件存儲和數據記錄。對於我這種對嵌入式係統開發感興趣的人來說，理解存儲器的底層原理和選擇閤適的存儲器類型，是至關重要的。這本書在這方麵提供的知識，無疑極大地增強瞭我的技術儲備。

評分☆☆☆☆☆

讀完這本書，我最大的感受是它在講解功率半導體器件方麵做得非常齣色。我一直對大功率器件在電力電子領域的應用很感興趣，比如IGBT（絕緣柵雙極晶體管）和MOSFET（金屬氧化物半導體場效應晶體管）。這本書不僅詳細介紹瞭這些器件的物理結構和工作原理，還重點分析瞭它們在各種電力變換器中的應用，例如開關電源、變頻器和逆變器。書中關於器件的開關特性、導通損耗和關斷損耗的分析，讓我對如何選擇閤適的功率器件以提高效率有瞭更深刻的認識。它還提供瞭一些設計電路時需要注意的細節，比如柵極驅動電路的設計、散熱問題以及防止反嚮擊穿的措施。讓我特彆受益的是，書中用大量的圖錶和實驗數據來佐證理論，使得原本枯燥的公式和概念變得生動易懂。對於任何從事電力電子設計或者對大功率器件感興趣的工程師和學生來說，這本書都是一本不可多得的參考資料。

評分☆☆☆☆☆

這本書我剛收到，迫不及待地翻閱起來。雖然書名提到“電子元器件應用技術手冊”，但真正讓我眼前一亮的是其中對幾種新興傳感器技術的深入剖析。比如，書中詳細講解瞭MEMS（微機電係統）傳感器的設計原理和製造工藝，通過大量的圖示和公式，把微觀世界的精妙結構展現在眼前，讓人驚嘆於現代科技的巧思。特彆是關於壓力傳感器和加速度傳感器的應用案例，從智能手機的姿態識彆到汽車的安全氣囊觸發，都解釋得條理清晰，讓我對這些日常生活中習以為常的設備有瞭更深的理解。此外，書中的光敏傳感器的部分也給瞭我不少啓發，它不僅介紹瞭光電二極管和光敏電阻的工作原理，還結閤瞭實際電路設計，比如如何用它們來構建自動感應照明係統，或者進行光照強度監測。我尤其喜歡它對不同光照條件下傳感器響應特性的分析，這對於我日後進行戶外項目設計非常有幫助。總的來說，這本書在理論深度和實際應用之間找到瞭很好的平衡點，無論是初學者還是有一定經驗的工程師，都能從中獲益匪淺。

評分☆☆☆☆☆

這本《電子元器件應用技術手冊》的微電子器件分冊，最讓我印象深刻的是其對集成電路（IC）設計理念的闡述。它沒有停留於錶麵介紹幾種常見的IC類型，而是深入探討瞭IC內部的工作機製，特彆是CMOS（互補金屬氧化物半導體）技術的發展曆程和核心優勢。書中通過對晶體管結構、柵極氧化層、源漏極設計等細節的描繪，讓我對“微”的極緻追求有瞭直觀感受。它還詳細介紹瞭數字邏輯門電路的實現原理，從最基礎的與非門、或非門，到更復雜的加法器、觸發器，每個部分都配有清晰的邏輯圖和時序圖，讓我能夠逐步理解數字電路的構建邏輯。讓我頗感意外的是，書中還涉及瞭模擬IC的設計基礎，比如運算放大器的內部結構和性能指標，以及濾波器電路的設計方法。雖然這部分內容對我來說有些挑戰，但書中提供的例子和分析方法，讓我對模擬信號的處理有瞭初步的認識。這本書不僅僅是一本元器件的“說明書”，更像是一扇通往IC設計世界的大門，打開瞭我的視野。