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出版社： 科学出版社

ISBN：9787030347138

商品编码：29519308039

包装：平装

出版时间：2012-07-01

图书基本信息
图书名称	科技时代的先锋:半导体面面观
作者	〔日〕菊地正典史蹟、譚毅
定价	39.80元
出版社	科学出版社
ISBN	9787030347138
出版日期	2012-07-01
字数
页码
版次	1
装帧	平装
开本	16开
商品重量	0.159Kg

内容简介

在我们生活的世界中，各种各样形形的事物和现象，其中都必定包含着科学的成分。在这些成分中，有些是你所熟知的，有些是你未知的，有些是你还一知半解的。面对未知的世界，好奇的你是不是有很多疑惑、不解和期待呢？！“形形的科学”趣味科普丛书，把我们身边方方面面的科学知识活灵活现、生动有趣地展示给你，让你在畅快阅读中收获这些鲜活的科学知识！ 笔记本电脑中CPU的存储功能当然不必说了，从先进的智能家电到高性能的汽车，几乎所有的设备中都必不可少半导体器件和集成电路。正是技术人员们无穷的创意、智慧和辛勤，我们才享受到了如此的科技，就让我们从这些丰富的彩图当中来了解一下半导体以及这其中凝结着的人类智慧吧！ 本书适合青少年读者、科学爱好者以及大众读者阅读。

作者简介

史蹟 1984年毕业于大连理工大学金属材料专业，1997年获东京工业大学金属工学博士学位，2004年任东京工业大学材料工学副教授，2012年4月升任教授至今。现从事金属物理、功能材料、结构分析等材料科学的研究。 譚毅 1993年3月获东京工业大学金属工学博士学位，1997年与2001年分别在日本超高温材料研究所和美国加利福尼亚大学洛杉矶分校任研究员，2009年受聘于大连理工大学，任材料学院教授、能源研究院副院长至今。现从事冶金法提纯多晶硅材料、薄膜材料、高温材料等新能源材料的研究。

目录

第1章 半导体基础 001 介于导体和绝缘体之间的物质——半导体 002 半导体也有很多种① 半导体的种类 003 半导体也有很多种② 半导体的骄子——硅 004 固态硅的三种形态 单晶、多晶、非晶 005 硅半导体内的电传导① 自由电子导电的n型硅 006 硅半导体内导电的物质② 空导电的p型硅 007 半导体中的电子和空是如何运动的 能带和能带理论① 008 半导体中的电子和空是如何运动的 能带和能带理论② 009 具有与硅不同特征的半导体 由2种以上元素构成的“化合物半导体” COLUMN 氧化物半导体和有机半导体 第2章 半导体器件 010 能阻碍电流流动的电阻 半导体制造的“电阻元件” 011 能暂时储存电的电容 半导体制造的“电容元件” 012 使电流单向流动的器件 pn结二极管 013 把光变成电的半导体器件 光电二极管 014 把电变成光的半导体器件 发光二极管 015 通信和存储方面的广泛应用 半导体激光 016 晶体管是什么 代表性晶体管的种类 017 以电子作为载流子的MOS晶体管 n沟道型 018 以空作为载流子的MOS晶体管 p沟道型 019 让移动设备成为可能 CMOS 020 用pn结作为栅极的晶体管 JFET 021 利用肖特基栅极的晶体管 MESFET 022 利用电子与空的晶体管 双极型晶体管 COLUMN 晶体管的诞生 第3章 半导体集成电路——逻辑电路 023 将电子元器件和线路制作在半导体电路板上 集成电路 024 各种各样的IC 根据结构、基板、信号不同而不同 025 芯片上能够装多少个元件 根据集成度进行的MOS-IC分类 026 IC都有什么样的功能 按功能对MOS-IC分类 027 逻辑电路的数学基础 布尔代数 028 逻辑电路的基本组成要素“门电路”① NOT电路 029 逻辑电路的基本组成要素“门电路”② OR电路 030 逻辑电路的基本组成要素“门电路”③ AND电路 031 进行加法运算的电路 加法电路 032 进行减法运算的电路 减法电路 033 比较判断信号大小的电路 比较电路和异或电路 034 实现作为计算机大脑功能的IC MPU 035 实现微机功能的IC MCU 036 处理数字信号的特殊处理器 DSP 037 根据使用者、用途不同而被专用化的IC ASIC 038 用户可自己变更功能的逻辑电路 可编程逻辑器件PLD 039 在IC芯片上实现系统功能 系统LSI 040 被称作电子眼的IC CCD COLUMN 早的电子计算机 第4章 半导体集成电路——存储器 041 暂时记录数据的电路 触发器和暂存器 042 记忆信息的半导体的结构 043 计算机的主要存储器 DRAM 044 不需要保存过程的高速存储器 SRAM 045 制造阶段记录数据的存储器 掩模式只读内存 046 切断电源也可以持续记忆的存储器 闪存 047 相同数量的存储单元记忆容量增加 多值内存 COLUMN 微型化的指导原理——定标原理 第5章 IC的开发和设计 048 IC开发流程 从市场调查到上市 049 IC的分层设计 从系统设计到版图设计 050 关于 IC的元件尺寸与位置关系的规则 设计标准 051 设计IC的结构和电特性 设备设计 052 设计IC的制造方法 流程设计 COLUMN 半导体业的分化 第6章 硅晶片的制作方法 053 硅元素无处不在 054 多晶硅是硅石经还原、转化、蒸馏而成的 055 使单晶硅棒生长的CZ法 056 单晶棒切片以及磨面加工 057 以毒制毒 晶体吸杂 058 硅晶片派生物 外延生长晶片和SOI COLUMN 硅晶片的性能要求 第7章 IC的制作方法①——前工序 059 IC的整体制造过程概观 前工序和后工序 060 原件形成前工序的前半部分① FEOL 061 原件形成前工序的前半部分② FEOL 062 配线形成前工序的后半部分 BEOL 063 导体、绝缘体、半导体的薄膜形成技术 成膜工程 064 把掩膜形式转变成晶片 光刻技术 065 材料膜腐蚀去除 蚀刻法 066 半导体里加入杂质 热扩散和离子注入 067 各种热处理的作用 推进、回流、退火 068 晶片表面完全平整化 CMP 069 清洁晶片 清洗 070 判定晶片上芯片的优劣 晶片检测和修饰 COLUMN 净化车间 第8章 集成电路的制作方法②——后工序 071 把晶圆切割成一个个芯片 切割 072 芯片封装 安装 073 芯片电极和包装接线柱的连接 金属丝焊接 074 芯片封装 密封 075 封装接线端识别IC 引线镀金、盖印、成形 076 包装的种类 通孔安装和表面安装 077 IC的形状和特性检测 检查和分类 COLUMN IC的可靠性和筛选 第9章 半导体技术 078 硅晶圆的大尺寸化 下一代晶圆是450mm 079 MOS晶体管高速化 应变硅技术 080 新结构MOS晶体管 被称作终的晶体管结构 081 光刻技术的未来① 浸没式曝光和双重曝光 082 光刻技术的未来② EUV 083 光刻技术的未来③ ML2和纳米压印 084 的功能存储器可以实现吗① 功能存储器的候选技术 085 的功能存储器可以实现吗② 强电介质存储器和磁性存储器 086 的功能存储器可以实现吗③ 相变存储器和可变电阻式存储器 087 新材料引进带来的突破① 高-k栅极绝缘膜和金属栅极 088 新材料引进带来的突破② DRAM高容量膜和低-k层间绝缘膜 COLUMN “More Moore”和“More than Moore” 参考文献 译后记

编辑推荐

在我们生活的世界中，各种各样形形的事物和现象，其中都必定包含 着科学的成分。在这些成分中，有些是你所熟知的，有些是你未知的，有些是你 还一知半解的。面对未知的世界，好奇的你是不是有很多疑惑、不解和期待 呢？！“形形的科学”趣味科普丛书，把我们身边方方面面的科学知识活灵 活现、生动有趣地展示给你，让你在畅快阅读中收获这些鲜活的科学知识！

文摘

序言

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《光流织就的未来：从硅基到无限的可能性》 在这信息爆炸、技术迭代日新月异的时代，一股无形却又无处不在的力量，正在深刻地塑造着我们生活的方方面面。它隐匿在智能手机的流畅滑动中，驱动着自动驾驶汽车的精准导航，支撑着人工智能的飞速发展，更点亮了虚拟现实的璀璨世界。这股力量，正是由半导体技术所构筑的基石，它如同一张张精密的“光之网”，将数据转化为思想，将指令转化为行动，将数字世界与物理世界无缝连接。 《光流织就的未来：从硅基到无限的可能性》并非仅仅是对某个特定技术分支的浅尝辄止，而是试图为读者打开一扇通往半导体世界深邃奥秘的大门。它不拘泥于冰冷的技术术语，而是以一种更加宏观、更加人性化的视角，去探索半导体产业的演进脉络、核心驱动力及其对人类社会未来走向的深远影响。本书将带领读者穿越时空，从半导体技术的萌芽阶段出发，追溯那些奠定行业基石的伟大发现与创新，感受科学家们在实验室里燃烧的智慧火花。我们将看到，一颗颗微小的硅片，是如何在精密的工艺下，被赋予强大的计算能力，成为现代文明不可或缺的“大脑”。 本书的核心章节将深入剖析构成半导体技术“千面”的各个重要组成部分。我们不会局限于某个单一的产品或应用，而是力求展现一个更加立体、更加全面的图景。 第一部分：文明的基石——半导体原理与发展历程 在此部分，我们将从最基础的层面开始，解释半导体为何具有如此神奇的电子特性。我们将深入浅出地讲解晶体管的工作原理，揭示二极管、集成电路等核心器件的诞生如何彻底改变了电子技术的面貌。我们会回顾从真空管到固态器件的跨越，再到摩尔定律的驱动下，集成电路尺寸不断缩小、性能不断提升的辉煌历程。这不仅仅是技术进步的史诗，更是人类智慧不断挑战极限的缩影。我们还会探讨早期半导体产业的发展，那些充满创新与探索精神的先驱者们，是如何凭借着对科学的执着，一点点铺就了通往数字时代的道路。 第二部分：万象之源——半导体材料与制造工艺的精密艺术 硅，这个被誉为“21世纪的石油”的元素，为何能够成为半导体产业的宠儿？本书将详细解读硅的独特性质，以及其他关键半导体材料，如锗、砷化镓等，在不同应用场景下的优势与挑战。更重要的是，我们将聚焦于半导体制造的“心跳”——那一套精密到极致的工艺流程。从光刻、刻蚀、薄膜沉积到离子注入，我们将一步步揭示这些复杂工序的科学原理和技术难点。读者将了解到，一块指甲盖大小的芯片，背后凝聚了多少纳米级的精准控制，多少毫秒级的快速响应，多少次高难度的化学与物理交融。我们将探讨当前制造工艺面临的极限挑战，以及科学家们正在积极探索的新型材料和制造技术，为未来的技术突破埋下伏笔。 第三部分：驱动世界的“芯”——半导体器件的多元应用 半导体技术并非孤立存在，它渗透到我们生活的每一个角落。本书将详细梳理半导体器件在各个领域的广泛应用，展现其作为“万物之芯”的强大驱动力。 计算的引擎： 从桌面电脑到服务器，从智能手机到物联网设备，CPU、GPU、FPGA等高性能计算芯片的演进，是半导体技术最直观的体现。我们将解析这些芯片如何实现并行计算、图形处理和逻辑编程，为大数据分析、科学计算和人工智能提供强大的算力支撑。 通信的脉搏： 5G、Wi-Fi、蓝牙，这些无处不在的无线通信技术，都离不开高性能的射频芯片、基带处理器和射频前端模块。本书将探讨这些芯片如何实现高效的数据传输，连接日益增长的数字世界。 感知的眼睛与耳朵： 图像传感器（CMOS、CCD）、MEMS传感器（加速度计、陀螺仪、压力传感器）等，它们赋予电子设备“感知”世界的能力，让智能手机能够拍照，让无人机能够定位，让智能家居能够响应。我们将揭示这些传感器背后的微电子技术。 能源的转换与存储： 功率半导体（IGBT、MOSFET）是电力电子领域的核心，它们在电动汽车、新能源发电、智能电网等领域扮演着至关重要的角色。本书还将探讨闪存、DRAM等存储芯片，它们是信息时代的“记忆库”，支撑着海量数据的存储和访问。 人工智能的加速器： 随着人工智能的蓬勃发展，专门为AI设计的AI芯片（ASIC、NPU）应运而生，它们在深度学习、神经网络的推理和训练中展现出惊人的效率。我们将深入了解这些芯片如何颠覆传统的计算模式。 第四部分：未来图景——半导体产业的挑战与机遇 半导体产业正站在一个前所未有的十字路口。本书将前瞻性地分析当前产业面临的严峻挑战，包括日益增长的研发成本、复杂的全球供应链、地缘政治的影响，以及技术发展的瓶颈。然而，挑战与机遇并存。我们将深入探讨未来半导体技术的发展方向，例如： 超越摩尔定律的探索： 随着晶体管尺寸接近物理极限，后摩尔定律时代的创新路径，如三维堆叠（3D IC）、异构集成、存内计算（In-memory Computing）等，将如何突破现有瓶颈。 新材料的崛起： 除了硅，氮化镓（GaN）、碳化硅（SiC）等宽禁带半导体材料，正以其优异的性能，在高温、高频、高压领域展现出巨大的潜力，引领着下一代电力电子和射频技术的发展。 量子计算的曙光： 量子计算机的出现，有望解决经典计算机无法企及的复杂计算问题。本书将探讨半导体技术在量子计算中的关键作用，以及它所带来的颠覆性机遇。 生物与半导体的融合： 生物传感器、神经形态芯片等，预示着半导体技术与生命科学的深度结合，将为医疗健康、脑机接口等领域带来革命性的突破。 可持续发展与绿色芯片： 随着全球对环境问题的关注，低功耗、环保型半导体材料和制造工艺的研发，将成为产业发展的重要方向。 《光流织就的未来：从硅基到无限的可能性》的目标，是让每一个读者都能理解半导体技术的重要性，感受它所蕴含的科学之美，并对其未来发展产生深刻的洞察。本书将以严谨的学术态度为根基，但以通俗易懂的语言为媒介，力求将枯燥的技术概念转化为引人入胜的故事。我们相信，理解半导体，就是理解我们正在迈向的未来。这本书，是献给所有对科技充满好奇，对未来充满憧憬的探索者。它不仅仅是一本关于芯片的书，更是一本关于人类智慧、创新精神以及如何用微小的粒子构筑宏大未来的书。

评分☆☆☆☆☆

从装帧和排版的角度来看，这本书的制作水准也绝对是顶级的。纸张的质感非常适合长时间阅读，墨迹清晰，细节之处可见匠心。特别是那些关于芯片内部结构和晶圆厂内部环境的插图和照片，清晰度极高，对于理解微观世界的复杂结构至关重要。很多书籍为了节省成本会使用低质量的插图，但这本书在这方面毫不妥协，使得那些抽象的微电路图和复杂的工艺流程图都变得易于理解。另外，书后的索引和术语表做得非常详尽，这对于需要经常查阅特定概念的读者来说，简直是福音。这表明了出版方在对待一本严肃的技术专著时所抱持的专业态度。这本书的整体呈现，传递出的信息是：这是一部值得被珍藏和反复研读的典范之作，它不仅是知识的载体，也是工艺美学的体现。它放在书架上，本身就是一种无声的宣言。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计就带着一种厚重感，让人觉得这不是一本泛泛而谈的科普读物。我最欣赏它在梳理历史脉络上的那种细致入微。它并没有直接跳到最新的芯片制造工艺，而是花了相当大的篇幅去追溯那些被遗忘的早期晶体管实验者和那些奠定理论基础的物理学家们。阅读过程中，我仿佛跟着作者一起穿越回了那个充满硝烟和激情的时代，那种知识从无到有、从理论到实践的艰辛历程，被描绘得淋漓尽致。比如，它详细对比了不同材料在早期半导体器件中的应用尝试，从锗到硅的转变，不仅仅是材料的替换，更是对整个产业生态的重塑。书中对于关键专利争夺战的描述，更是精彩绝伦，那种商业博弈与科学突破交织的戏剧性，远比教科书上的描述要生动得多。我特别喜欢它探讨早期学术界如何与快速崛起的工业界进行互动与摩擦，这种跨界交流产生的火花，是推动技术爆炸的真正内在驱动力，这一点在其他同类书籍中很少能看到如此深入的剖析。那种对“先行者”的尊重和对历史细节的还原，使得这本书读起来非常有质感，让人对半导体这个看似冰冷的科技领域，产生了浓厚的“人情味”和历史厚度。

评分☆☆☆☆☆

这本书在语言风格上呈现出一种独特的“冷静的激情”。作者的文字功底很扎实，遣词造句既有学术的严谨性，又不失文学作品的张力。在描述那些关键的发明时刻时，比如晶体管的发明或者集成电路的诞生，文字中流露出的那种对人类智慧的赞叹是显而易见的，但这种赞叹是克制的，是建立在充分的事实基础上的，没有丝毫的夸张或煽情。举例来说，书中对材料科学的描述，即便是最晦涩的半导体物理名词，经过作者的梳理，也仿佛被赋予了生命和目标。它成功地做到了将“科学的严谨”与“故事的吸引力”完美融合。我发现自己甚至会因为某个实验细节的精妙设计而感到由衷的愉悦，这种阅读体验是非常难得的。它让读者感觉到，阅读科学史和技术发展史，可以是一种纯粹的美学享受，而不是一项艰苦的智力任务。

评分☆☆☆☆☆

这本书的叙事节奏把握得非常精准，它巧妙地平衡了技术深度和大众可读性。我作为一个对电子工程只有基础了解的门外汉，起初还有些担心那些关于能带理论和掺杂过程的描述会让我望而却步。然而，作者采用了一种非常巧妙的“类比教学法”，将抽象的物理概念转化为生活中常见的事物进行解释，比如用“交通堵塞”来比喻电子空穴的迁移，一下子就清晰了许多。更令人称道的是，它在介绍复杂的制造流程时，没有陷入堆砌专业术语的泥潭，而是通过流程图和详细的步骤分解，让读者清晰地看到一块硅片是如何一步步“生长”成复杂集成电路的。尤其是对光刻技术的介绍部分，那种对精度和洁净度的极致追求，读来令人肃然起敬。它没有止步于描述“是什么”，而是深入探讨了“为什么必须这样”。这种层层递进的结构，使得读者在获得知识的同时，还能理解技术选择背后的工程约束和经济考量。阅读体验非常流畅，每一次翻页都像是在解开一个新的谜团，充满了发现的乐趣，完全没有那种硬邦邦的“教材感”。

评分☆☆☆☆☆

这本书对于“未来趋势”的探讨部分，展现出了一种超越一般行业分析的深刻洞察力。它不仅仅是简单地罗列摩尔定律的延续性，而是深入剖析了当前物理极限对计算范式带来的挑战。作者非常犀利地指出了传统CMOS架构在功耗和散热方面面临的瓶颈，并且没有停留在理论层面，而是详细评估了新兴技术如量子计算、类脑计算以及新型存储器（MRAM、RRAM）在克服这些挑战中的潜力与实际工程化难度。我尤其欣赏它对供应链全球化风险的分析。这种宏观的视角，将半导体产业从一个纯粹的技术领域提升到了地缘政治和经济安全的高度来审视，使得这本书的价值远超一般的技术手册。它不是在预测，而是在建立一个多维度的分析框架，让读者能够理解为什么某些技术路线被选中，而另一些被暂时搁置。这种既扎实又具有前瞻性的论述，让人在合上书本后，对未来几年科技竞争的焦点有了更清晰的判断。它不是在提供答案，而是在提供一套思考世界运行逻辑的工具。