中国学科发展战略 微纳电子学 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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中国科学院 著

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出版社： 科学出版社

ISBN：9787030379320

商品编码：29729978718

包装：平装

出版时间：2016-01-01

基本信息

书名:中国学科发展战略 微纳电子学

：99.00元

售价：72.3元,便宜26.7元,折扣73

作者:中国科学院

出版社：科学出版社

出版日期：2016-01-01

ISBN：9787030379320

字数：400000

页码：

版次：31

装帧：平装

开本：B5

商品重量：0.568kg

编辑推荐

内容提要

“中国学科发展战略”丛书由以院士为主体、众多专家参与的学科发展战略研究组经过深入调查和广泛研讨共同完成，涉及自然科学各学科领域。
《中国学科发展战略·微纳电子学》包含微纳电子学科/产业的发展历史及规律、纳米低功耗集成电路新器件新结构及其机制、lC/SoC设计及EDA技术、纳米集成电路与系统芯片制造技术、SiP及其测试、化合物半导体、功率器件与集成技术、MEMS/NEMS、碳基纳米技术、固体理论进展研究等10个专题，详细分析了微纳电子学各领域的发展现状和态势，以及我国微纳电子学各分支学科的未来发展战略，并在此基础上对我国微纳电子学未来发展提出了针对性的政策建议或保障措施。
本书不仅能够帮助科技工作者洞悉学科发展规律、把握前沿领域和重点方向，也是科技管理部门重要的决策参考，同时也是社会公众了解微纳电子学学科发展现状及趋势的重要读本。

目录

作者介绍

文摘

序言

穿越微观世界的奇迹：从原理到应用的纳电子学之旅 引言： 人类探索世界的脚步从未停止，从浩瀚的宇宙到微小的尘埃，每一个层面的深入都可能带来颠覆性的认知和技术革新。在物质世界的极微尺度上，正涌动着一场看不见的革命，它以原子、分子为基本单元，重塑着我们对电子行为的理解，并以前所未有的方式操纵着物质的属性。这场革命，便是微纳电子学的核心魅力所在。 微纳电子学，作为一门融合了物理学、化学、材料学、电子工程学以及计算机科学等多个尖端学科的交叉领域，其研究对象集中在尺寸跨度从纳米（10⁻⁹米）到微米（10⁻⁶米）的电子器件和系统。这个尺度上的世界，量子效应开始显现，宏观物理规律的边界模糊，而新的、令人惊叹的现象和应用也随之诞生。它不仅是信息技术飞速发展的基石，更是未来能源、生物医疗、先进制造等诸多领域突破的关键驱动力。 本书旨在带领读者踏上一段深入理解微纳电子学精髓的旅程。我们将从最基础的物理原理出发，循序渐进地解析微观尺度下电子的奇特行为，进而探讨构建微纳器件的各种创新材料和前沿工艺。更重要的是，我们将深入剖析这些微纳器件是如何被集成，并转化为能够解决现实世界复杂问题的强大技术。本书的叙述将力求严谨而不失趣味，深入浅出，即使非专业背景的读者也能从中领略到微纳电子学的宏伟蓝图和无限可能。 第一部分：微观世界的基石——基本原理的探寻 在进入具体的器件设计和应用之前，理解微纳电子学的核心原理至关重要。本部分将聚焦于那些在宏观世界中被忽略，但在微观尺度下却扮演着决定性角色的物理现象。 量子力学的启示： 电子在微纳尺度下不再是简单的经典粒子，而是展现出波粒二象性。隧穿效应，即电子有一定概率“穿过”能量势垒，是许多微纳器件（如扫描隧道显微镜、量子点）运作的根本。本节将深入阐述电子的量子态、能级、波函数等概念，并以浅显易懂的类比解释这些抽象概念，让读者领会量子世界的神奇之处。例如，我们会探讨电子在有限势阱中的离散能级，这为构建量子器件奠定了理论基础。 表面效应与界面物理： 随着器件尺寸的缩小，材料的表面积与体积之比急剧增大。这意味着表面原子和界面的性质对器件的整体性能影响尤为显著。例如，表面电子态、界面陷阱、表面扩散等现象都可能对电荷传输和器件的稳定性产生决定性影响。本节将深入研究这些表面和界面效应，揭示它们如何被工程师们利用或克服，以优化器件性能。我们会讨论半导体材料中表面钝化技术的重要性，以及异质结界面在构建高性能晶体管中的关键作用。 介电常数与量子限制： 在微纳器件中，介电材料的特性以及几何形状带来的量子限制效应是必须仔细考量的因素。例如，在MOSFET（金属-氧化物-半导体场效应晶体管）中，栅介质的介电常数直接影响着器件的开关速度和功耗。而当器件尺寸达到一定程度，电子的运动空间受到限制，其能谱会发生改变，这就是量子限制效应。本节将详细探讨这些概念，并解释它们如何影响器件的设计和性能参数。我们会讲解高k介质材料的出现如何克服了传统SiO₂的漏电问题，以及量子阱和量子线的结构如何实现特定的光学和电子学功能。 电荷输运机制的多样性： 在微纳尺度下，电荷的输运不再仅仅局限于简单的欧姆定律。漂移、扩散、隧穿、库仑阻塞等多种输运机制并存，并且相互作用。理解这些机制对于设计高效、低功耗的微纳器件至关重要。本节将详细分析这些输运机制，并结合具体器件模型进行阐述。例如，我们会讨论半导体PN结中的载流子扩散和漂移电流，以及单电子晶体管中库仑阻塞效应的工作原理。 第二部分：微纳器件的“心跳”——核心器件的构造与原理 掌握了基本原理，我们便可以开始探索构建微纳电子学世界的“积木块”——那些核心的微纳器件。本部分将深入介绍当前及未来最具代表性的微纳器件，解析其设计理念、工作原理以及关键技术挑战。 晶体管的进化：从MOSFET到FinFET与GAAFET： MOSFET（金属-氧化物-半导体场效应晶体管）是现代集成电路的基石。随着摩尔定律的推进，传统的平面MOSFET面临着短沟道效应等严峻挑战。本节将追溯MOSFET的演进历程，重点介绍FinFET（鳍式场效应晶体管）和GAAFET（全环绕栅极场效应晶体管）等三维结构晶体管。我们将深入解析FinFET如何通过三维栅极结构有效控制沟道，以及GAAFET如何实现对沟道的更精细的控制，从而应对更小的制造尺寸和更低的功耗需求。我们会对比不同结构晶体管在亚阈值摆幅、漏电流、驱动电流等关键性能指标上的差异。 存储器的革新：从DRAM到ReRAM与MRAM： 存储器是电子系统的“记忆”。从经典的DRAM（动态随机存取存储器）和NAND Flash，到新兴的ReRAM（阻变随机存取存储器）和MRAM（磁性随机存取存储器），微纳电子学正在驱动存储技术的持续革新。本节将介绍不同类型存储器的基本原理，侧重于ReRAM和MRAM等新型非易失性存储器的结构和工作机制，如阻变效应、磁隧道结等，并探讨它们在密度、速度、功耗和可靠性方面的优势及其应用前景。我们会讨论ReRAM的材料选择和开关机制，以及MRAM中自旋转移力矩（STT）和自旋轨道力矩（SOT）等读写机制。 新兴的微纳器件：量子点、纳米线与二维材料： 微纳电子学的边界远不止于传统的半导体器件。量子点作为纳米尺度的半导体微晶，因其独特的量子尺寸效应，在显示、照明、太阳能电池等领域展现出巨大潜力。纳米线则因其高长径比和优异的电学、光学特性，被视为构建高性能传感器、新型晶体管和互连线的理想材料。而石墨烯、MoS₂等二维材料，则以其超薄的结构、优异的载流子迁移率和独特的电学性质，为下一代电子器件带来了无限可能。本节将详细介绍这些新兴微纳器件的结构、制备方法和独特功能，展望它们在未来科技发展中的作用。我们会讨论量子点的尺寸调控发光波长，纳米线的垂直集成，以及二维材料作为栅极绝缘层或沟道材料的应用。 传感器与执行器：感知与行动的微纳桥梁： 微纳电子学不仅仅关乎信息处理，也深刻影响着我们与物理世界的交互。微纳传感器能够以极高的灵敏度和分辨率检测光、声、化学物质、生物分子甚至温度等物理量。而微纳执行器则可以将电信号转化为机械运动，实现微观层面的精确操控。本节将介绍微纳传感器（如MEMS传感器）和微纳执行器（如微镜阵列、微驱动器）的设计原理和应用，展示微纳电子学如何实现对物理世界的“感知”和“行动”。我们会讨论压阻效应、压电效应在微纳传感器中的应用，以及微流控芯片中的微泵和微阀。 第三部分：集约的力量——微纳系统的集成与应用 单个微纳器件的性能固然重要，但将它们高效地集成起来，构建成复杂而强大的微纳系统，才能真正释放微纳电子学的巨大能量。本部分将聚焦于微纳系统的设计、制造和广泛应用。 互连技术的挑战与突破： 随着器件密度的指数级增长，芯片内部的互连线数量也随之激增，成为性能瓶颈之一。传统的金属互连线在高频下会面临电阻和电容的限制，导致信号延迟和功耗增加。本节将探讨微纳互连技术面临的挑战，并介绍诸如铜互连、钴互连、以及未来可能的碳纳米管、石墨烯等新型互连材料和技术。我们会分析互连线尺寸缩小带来的电迁移和电阻率变化问题，以及3D互连技术在提升集成度和性能方面的优势。 先进制造工艺的支撑： 微纳器件的制造离不开一系列高精度、高复杂度的先进制造工艺。光刻、刻蚀、薄膜沉积、化学机械抛光（CMP）等工艺是构建微纳器件的关键环节。本部分将简要介绍这些核心制造工艺的原理和发展趋势，重点关注 EUV（极紫外光刻）等下一代光刻技术，以及原子层沉积（ALD）等精确控制薄膜厚度的技术，这些技术是实现更高集成度和更小尺寸器件的基石。我们会讨论光刻分辨率的极限，以及刻蚀工艺中的高深宽比问题。 信息技术的新浪潮： 微纳电子学是信息技术不断发展的核心驱动力。高性能处理器、大容量存储器、高速通信芯片等都离不开微纳器件的支撑。本部分将深入探讨微纳电子学如何助力实现更快的计算速度、更大的存储密度、更低的能在信息技术领域引发新一轮的变革。从云计算到人工智能，从5G通信到物联网，微纳电子学都在背后默默贡献着力量。我们会分析CPU和GPU的并行计算架构，以及AI芯片在加速神经网络计算方面的优势。 跨界融合的应用前景： 微纳电子学的魅力远不止于传统的信息技术领域，它正在深刻地影响和改变着能源、生物医疗、先进制造、航空航天等诸多领域。 能源领域： 高效太阳能电池、固态电池、微型能源采集器等，微纳电子学为清洁能源的发展提供了关键技术支撑。 生物医疗： 微纳传感器在疾病诊断、药物输送、基因测序等方面的应用，为精准医疗和个性化健康管理带来了革命性的可能。微型化的医疗植入设备和可穿戴健康监测设备，也依赖于微纳电子学的进步。 先进制造： 微纳机器人、3D打印微结构、精密传感器在智能制造和工业自动化中的应用，正在提升生产效率和产品质量。 航空航天： 轻质、高可靠性的微纳电子器件在卫星、无人机等飞行器上的应用，有助于实现更小的体积、更低的重量和更高的性能。 结论： 微纳电子学，是一门充满活力和挑战的学科。它以前所未有的尺度，揭示了物质世界的深层规律，并将其转化为改变我们生活方方面面的强大技术。从量子世界的奇妙现象，到精密器件的设计制造，再到跨越多个领域的广泛应用，微纳电子学正以前所未有的速度向前发展，不断拓展着人类的认知边界和技术能力。 本书所探讨的内容，仅仅是微纳电子学宏大图景中的一部分。随着科学技术的不断进步，新的理论、新的材料、新的器件和新的应用将层出不穷。我们期待，本书能够激发读者对微纳电子学的浓厚兴趣，理解其深厚的科学内涵和广阔的应用前景，并为未来的探索和创新提供一份宝贵的参考。微观世界的奇迹，正在等待着我们去发现、去创造、去实现。

评分☆☆☆☆☆

拿起这本书时，我原本以为会面对一堆晦涩难懂的公式和图表，但实际体验远超预期。作者巧妙地运用了大量的类比和实例，将纳米尺度的物理效应解释得通俗易懂，这对于我这样背景并非纯电子专业的读者来说，是莫大的福音。书中对低功耗、高集成度等工程目标的达成路径的探讨，展示了从基础物理到实际芯片制造过程中的无数权衡与创新。最让我印象深刻的是，它没有回避当前技术所面临的根本性物理极限问题，而是坦诚地指出了这些挑战，并引领读者去思考颠覆性的解决方案，例如类脑计算或量子效应在器件中的应用，这种务实而又不失想象力的写作方式，极大地激发了我对这一领域学习和探索的持久热情。

评分☆☆☆☆☆

初翻开这本册子，就被其清晰的结构和详实的案例所吸引。它仿佛是一张精密的导航图，为我指明了在微纳电子这个复杂迷宫中前行的方向。书中对不同代际技术演进的描述，穿插着详尽的实验数据和图示分析，使得抽象的电子学概念变得具体可感。作者在讲解复杂理论时，采用了循序渐进的方式，从基本原理到集成系统，步步深入，让人感觉每跨越一个章节，知识的积累和理解的深度都有了显著的提升。尤其是在对集成电路设计流程和EDA工具链的介绍部分，细节之丰富令人称赞，这对于正在进行相关设计实践的工程师来说，无疑是一份宝贵的“操作手册”。它不仅仅是理论的集合，更是一部充满实践智慧的结晶。

评分☆☆☆☆☆

这本书的叙事风格非常具有启发性，它不像传统教科书那样刻板说教，反而更像是一场与领域内顶尖专家的深度对话。作者的笔触在历史回顾与未来展望之间自如切换，成功地将一个看似冰冷的硬科学领域，赋予了鲜活的生命力。我尤其留意了其中关于材料科学与电子学交叉领域的部分，作者对于半导体材料异质结、二维材料应用潜力的探讨，极富洞察力。这种跨学科的视角，恰恰是当前解决微纳电子瓶颈问题的关键所在。读完全书后，我感到自己的知识体系得到了极大的拓宽，对于如何在新一轮技术革命中抓住机遇，也有了更加明确的判断和策略。

评分☆☆☆☆☆

这是一部份量很足的专业著作，它以一种近乎“考古学家”般的严谨态度，对中国学科发展战略中的微纳电子学分支进行了全面的挖掘和梳理。书中对于关键技术路线的选择、国家层面投入的策略分析，以及由此形成的知识产权布局，都有着深入的剖析。我能真切地感受到作者在力求客观公正地呈现该领域发展现状的同时，也饱含着对未来突破的期盼。书中对于核心技术自主可控性的讨论，尤为引人深思，它将技术发展置于更宏大的国家战略背景下进行审视，使得本书的价值超越了一般的学术范畴，具备了重要的政策参考意义。那些关于技术路线图的对比分析，更是值得反复研读。

评分☆☆☆☆☆

这部关于微纳电子学的著作，从宏观的学科发展脉络切入，系统梳理了该领域在中国乃至全球范围内的演进历程。书中对不同技术节点下关键科学问题的剖析，展现出作者深厚的学术功底和前瞻性的视野。特别是对于基础理论框架的构建与阐释，逻辑严密，层次分明，即便是初涉此领域的读者，也能从中领悟到微纳电子学作为信息技术基石的深远意义。作者并没有停留在对现有技术的简单罗列，而是深入探讨了驱动技术突破的底层物理机制和工程挑战，这使得全书不仅具有极高的参考价值，更引发了我对未来技术发展方向的深入思考。阅读过程中，我特别欣赏其对前沿研究热点的把握，例如在新型器件结构、先进制造工艺以及低功耗设计等方面的论述，都紧密贴合当前学术界和产业界关注的焦点。