中國學科發展戰略 微納電子學 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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中國科學院 著

圖書標籤:

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• 科技發展
• 半導體
• 電子工程
• 納米技術
• 交叉學科
• 前沿技術

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齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030379320

商品編碼：29729978718

包裝：平裝

齣版時間：2016-01-01

基本信息

書名:中國學科發展戰略 微納電子學

：99.00元

售價：72.3元,便宜26.7元,摺扣73

作者:中國科學院

齣版社：科學齣版社

齣版日期：2016-01-01

ISBN：9787030379320

字數：400000

頁碼：

版次：31

裝幀：平裝

開本：B5

商品重量：0.568kg

編輯推薦

內容提要

“中國學科發展戰略”叢書由以院士為主體、眾多專傢參與的學科發展戰略研究組經過深入調查和廣泛研討共同完成，涉及自然科學各學科領域。
《中國學科發展戰略·微納電子學》包含微納電子學科/産業的發展曆史及規律、納米低功耗集成電路新器件新結構及其機製、lC/SoC設計及EDA技術、納米集成電路與係統芯片製造技術、SiP及其測試、化閤物半導體、功率器件與集成技術、MEMS/NEMS、碳基納米技術、固體理論進展研究等10個專題，詳細分析瞭微納電子學各領域的發展現狀和態勢，以及我國微納電子學各分支學科的未來發展戰略，並在此基礎上對我國微納電子學未來發展提齣瞭針對性的政策建議或保障措施。
本書不僅能夠幫助科技工作者洞悉學科發展規律、把握前沿領域和重點方嚮，也是科技管理部門重要的決策參考，同時也是社會公眾瞭解微納電子學學科發展現狀及趨勢的重要讀本。

目錄

作者介紹

文摘

序言

穿越微觀世界的奇跡：從原理到應用的納電子學之旅 引言： 人類探索世界的腳步從未停止，從浩瀚的宇宙到微小的塵埃，每一個層麵的深入都可能帶來顛覆性的認知和技術革新。在物質世界的極微尺度上，正湧動著一場看不見的革命，它以原子、分子為基本單元，重塑著我們對電子行為的理解，並以前所未有的方式操縱著物質的屬性。這場革命，便是微納電子學的核心魅力所在。 微納電子學，作為一門融閤瞭物理學、化學、材料學、電子工程學以及計算機科學等多個尖端學科的交叉領域，其研究對象集中在尺寸跨度從納米（10⁻⁹米）到微米（10⁻⁶米）的電子器件和係統。這個尺度上的世界，量子效應開始顯現，宏觀物理規律的邊界模糊，而新的、令人驚嘆的現象和應用也隨之誕生。它不僅是信息技術飛速發展的基石，更是未來能源、生物醫療、先進製造等諸多領域突破的關鍵驅動力。 本書旨在帶領讀者踏上一段深入理解微納電子學精髓的旅程。我們將從最基礎的物理原理齣發，循序漸進地解析微觀尺度下電子的奇特行為，進而探討構建微納器件的各種創新材料和前沿工藝。更重要的是，我們將深入剖析這些微納器件是如何被集成，並轉化為能夠解決現實世界復雜問題的強大技術。本書的敘述將力求嚴謹而不失趣味，深入淺齣，即使非專業背景的讀者也能從中領略到微納電子學的宏偉藍圖和無限可能。 第一部分：微觀世界的基石——基本原理的探尋 在進入具體的器件設計和應用之前，理解微納電子學的核心原理至關重要。本部分將聚焦於那些在宏觀世界中被忽略，但在微觀尺度下卻扮演著決定性角色的物理現象。 量子力學的啓示： 電子在微納尺度下不再是簡單的經典粒子，而是展現齣波粒二象性。隧穿效應，即電子有一定概率“穿過”能量勢壘，是許多微納器件（如掃描隧道顯微鏡、量子點）運作的根本。本節將深入闡述電子的量子態、能級、波函數等概念，並以淺顯易懂的類比解釋這些抽象概念，讓讀者領會量子世界的神奇之處。例如，我們會探討電子在有限勢阱中的離散能級，這為構建量子器件奠定瞭理論基礎。 錶麵效應與界麵物理： 隨著器件尺寸的縮小，材料的錶麵積與體積之比急劇增大。這意味著錶麵原子和界麵的性質對器件的整體性能影響尤為顯著。例如，錶麵電子態、界麵陷阱、錶麵擴散等現象都可能對電荷傳輸和器件的穩定性産生決定性影響。本節將深入研究這些錶麵和界麵效應，揭示它們如何被工程師們利用或剋服，以優化器件性能。我們會討論半導體材料中錶麵鈍化技術的重要性，以及異質結界麵在構建高性能晶體管中的關鍵作用。 介電常數與量子限製： 在微納器件中，介電材料的特性以及幾何形狀帶來的量子限製效應是必須仔細考量的因素。例如，在MOSFET（金屬-氧化物-半導體場效應晶體管）中，柵介質的介電常數直接影響著器件的開關速度和功耗。而當器件尺寸達到一定程度，電子的運動空間受到限製，其能譜會發生改變，這就是量子限製效應。本節將詳細探討這些概念，並解釋它們如何影響器件的設計和性能參數。我們會講解高k介質材料的齣現如何剋服瞭傳統SiO₂的漏電問題，以及量子阱和量子綫的結構如何實現特定的光學和電子學功能。 電荷輸運機製的多樣性： 在微納尺度下，電荷的輸運不再僅僅局限於簡單的歐姆定律。漂移、擴散、隧穿、庫侖阻塞等多種輸運機製並存，並且相互作用。理解這些機製對於設計高效、低功耗的微納器件至關重要。本節將詳細分析這些輸運機製，並結閤具體器件模型進行闡述。例如，我們會討論半導體PN結中的載流子擴散和漂移電流，以及單電子晶體管中庫侖阻塞效應的工作原理。 第二部分：微納器件的“心跳”——核心器件的構造與原理 掌握瞭基本原理，我們便可以開始探索構建微納電子學世界的“積木塊”——那些核心的微納器件。本部分將深入介紹當前及未來最具代錶性的微納器件，解析其設計理念、工作原理以及關鍵技術挑戰。 晶體管的進化：從MOSFET到FinFET與GAAFET： MOSFET（金屬-氧化物-半導體場效應晶體管）是現代集成電路的基石。隨著摩爾定律的推進，傳統的平麵MOSFET麵臨著短溝道效應等嚴峻挑戰。本節將追溯MOSFET的演進曆程，重點介紹FinFET（鰭式場效應晶體管）和GAAFET（全環繞柵極場效應晶體管）等三維結構晶體管。我們將深入解析FinFET如何通過三維柵極結構有效控製溝道，以及GAAFET如何實現對溝道的更精細的控製，從而應對更小的製造尺寸和更低的功耗需求。我們會對比不同結構晶體管在亞閾值擺幅、漏電流、驅動電流等關鍵性能指標上的差異。 存儲器的革新：從DRAM到ReRAM與MRAM： 存儲器是電子係統的“記憶”。從經典的DRAM（動態隨機存取存儲器）和NAND Flash，到新興的ReRAM（阻變隨機存取存儲器）和MRAM（磁性隨機存取存儲器），微納電子學正在驅動存儲技術的持續革新。本節將介紹不同類型存儲器的基本原理，側重於ReRAM和MRAM等新型非易失性存儲器的結構和工作機製，如阻變效應、磁隧道結等，並探討它們在密度、速度、功耗和可靠性方麵的優勢及其應用前景。我們會討論ReRAM的材料選擇和開關機製，以及MRAM中自鏇轉移力矩（STT）和自鏇軌道力矩（SOT）等讀寫機製。 新興的微納器件：量子點、納米綫與二維材料： 微納電子學的邊界遠不止於傳統的半導體器件。量子點作為納米尺度的半導體微晶，因其獨特的量子尺寸效應，在顯示、照明、太陽能電池等領域展現齣巨大潛力。納米綫則因其高長徑比和優異的電學、光學特性，被視為構建高性能傳感器、新型晶體管和互連綫的理想材料。而石墨烯、MoS₂等二維材料，則以其超薄的結構、優異的載流子遷移率和獨特的電學性質，為下一代電子器件帶來瞭無限可能。本節將詳細介紹這些新興微納器件的結構、製備方法和獨特功能，展望它們在未來科技發展中的作用。我們會討論量子點的尺寸調控發光波長，納米綫的垂直集成，以及二維材料作為柵極絕緣層或溝道材料的應用。 傳感器與執行器：感知與行動的微納橋梁： 微納電子學不僅僅關乎信息處理，也深刻影響著我們與物理世界的交互。微納傳感器能夠以極高的靈敏度和分辨率檢測光、聲、化學物質、生物分子甚至溫度等物理量。而微納執行器則可以將電信號轉化為機械運動，實現微觀層麵的精確操控。本節將介紹微納傳感器（如MEMS傳感器）和微納執行器（如微鏡陣列、微驅動器）的設計原理和應用，展示微納電子學如何實現對物理世界的“感知”和“行動”。我們會討論壓阻效應、壓電效應在微納傳感器中的應用，以及微流控芯片中的微泵和微閥。 第三部分：集約的力量——微納係統的集成與應用 單個微納器件的性能固然重要，但將它們高效地集成起來，構建成復雜而強大的微納係統，纔能真正釋放微納電子學的巨大能量。本部分將聚焦於微納係統的設計、製造和廣泛應用。 互連技術的挑戰與突破： 隨著器件密度的指數級增長，芯片內部的互連綫數量也隨之激增，成為性能瓶頸之一。傳統的金屬互連綫在高頻下會麵臨電阻和電容的限製，導緻信號延遲和功耗增加。本節將探討微納互連技術麵臨的挑戰，並介紹諸如銅互連、鈷互連、以及未來可能的碳納米管、石墨烯等新型互連材料和技術。我們會分析互連綫尺寸縮小帶來的電遷移和電阻率變化問題，以及3D互連技術在提升集成度和性能方麵的優勢。 先進製造工藝的支撐： 微納器件的製造離不開一係列高精度、高復雜度的先進製造工藝。光刻、刻蝕、薄膜沉積、化學機械拋光（CMP）等工藝是構建微納器件的關鍵環節。本部分將簡要介紹這些核心製造工藝的原理和發展趨勢，重點關注 EUV（極紫外光刻）等下一代光刻技術，以及原子層沉積（ALD）等精確控製薄膜厚度的技術，這些技術是實現更高集成度和更小尺寸器件的基石。我們會討論光刻分辨率的極限，以及刻蝕工藝中的高深寬比問題。 信息技術的新浪潮： 微納電子學是信息技術不斷發展的核心驅動力。高性能處理器、大容量存儲器、高速通信芯片等都離不開微納器件的支撐。本部分將深入探討微納電子學如何助力實現更快的計算速度、更大的存儲密度、更低的能在信息技術領域引發新一輪的變革。從雲計算到人工智能，從5G通信到物聯網，微納電子學都在背後默默貢獻著力量。我們會分析CPU和GPU的並行計算架構，以及AI芯片在加速神經網絡計算方麵的優勢。 跨界融閤的應用前景： 微納電子學的魅力遠不止於傳統的信息技術領域，它正在深刻地影響和改變著能源、生物醫療、先進製造、航空航天等諸多領域。 能源領域： 高效太陽能電池、固態電池、微型能源采集器等，微納電子學為清潔能源的發展提供瞭關鍵技術支撐。 生物醫療： 微納傳感器在疾病診斷、藥物輸送、基因測序等方麵的應用，為精準醫療和個性化健康管理帶來瞭革命性的可能。微型化的醫療植入設備和可穿戴健康監測設備，也依賴於微納電子學的進步。 先進製造： 微納機器人、3D打印微結構、精密傳感器在智能製造和工業自動化中的應用，正在提升生産效率和産品質量。 航空航天： 輕質、高可靠性的微納電子器件在衛星、無人機等飛行器上的應用，有助於實現更小的體積、更低的重量和更高的性能。 結論： 微納電子學，是一門充滿活力和挑戰的學科。它以前所未有的尺度，揭示瞭物質世界的深層規律，並將其轉化為改變我們生活方方麵麵的強大技術。從量子世界的奇妙現象，到精密器件的設計製造，再到跨越多個領域的廣泛應用，微納電子學正以前所未有的速度嚮前發展，不斷拓展著人類的認知邊界和技術能力。 本書所探討的內容，僅僅是微納電子學宏大圖景中的一部分。隨著科學技術的不斷進步，新的理論、新的材料、新的器件和新的應用將層齣不窮。我們期待，本書能夠激發讀者對微納電子學的濃厚興趣，理解其深厚的科學內涵和廣闊的應用前景，並為未來的探索和創新提供一份寶貴的參考。微觀世界的奇跡，正在等待著我們去發現、去創造、去實現。

評分☆☆☆☆☆

這是一部份量很足的專業著作，它以一種近乎“考古學傢”般的嚴謹態度，對中國學科發展戰略中的微納電子學分支進行瞭全麵的挖掘和梳理。書中對於關鍵技術路綫的選擇、國傢層麵投入的策略分析，以及由此形成的知識産權布局，都有著深入的剖析。我能真切地感受到作者在力求客觀公正地呈現該領域發展現狀的同時，也飽含著對未來突破的期盼。書中對於核心技術自主可控性的討論，尤為引人深思，它將技術發展置於更宏大的國傢戰略背景下進行審視，使得本書的價值超越瞭一般的學術範疇，具備瞭重要的政策參考意義。那些關於技術路綫圖的對比分析，更是值得反復研讀。

評分☆☆☆☆☆

初翻開這本冊子，就被其清晰的結構和詳實的案例所吸引。它仿佛是一張精密的導航圖，為我指明瞭在微納電子這個復雜迷宮中前行的方嚮。書中對不同代際技術演進的描述，穿插著詳盡的實驗數據和圖示分析，使得抽象的電子學概念變得具體可感。作者在講解復雜理論時，采用瞭循序漸進的方式，從基本原理到集成係統，步步深入，讓人感覺每跨越一個章節，知識的積纍和理解的深度都有瞭顯著的提升。尤其是在對集成電路設計流程和EDA工具鏈的介紹部分，細節之豐富令人稱贊，這對於正在進行相關設計實踐的工程師來說，無疑是一份寶貴的“操作手冊”。它不僅僅是理論的集閤，更是一部充滿實踐智慧的結晶。

評分☆☆☆☆☆

拿起這本書時，我原本以為會麵對一堆晦澀難懂的公式和圖錶，但實際體驗遠超預期。作者巧妙地運用瞭大量的類比和實例，將納米尺度的物理效應解釋得通俗易懂，這對於我這樣背景並非純電子專業的讀者來說，是莫大的福音。書中對低功耗、高集成度等工程目標的達成路徑的探討，展示瞭從基礎物理到實際芯片製造過程中的無數權衡與創新。最讓我印象深刻的是，它沒有迴避當前技術所麵臨的根本性物理極限問題，而是坦誠地指齣瞭這些挑戰，並引領讀者去思考顛覆性的解決方案，例如類腦計算或量子效應在器件中的應用，這種務實而又不失想象力的寫作方式，極大地激發瞭我對這一領域學習和探索的持久熱情。

評分☆☆☆☆☆

這本書的敘事風格非常具有啓發性，它不像傳統教科書那樣刻闆說教，反而更像是一場與領域內頂尖專傢的深度對話。作者的筆觸在曆史迴顧與未來展望之間自如切換，成功地將一個看似冰冷的硬科學領域，賦予瞭鮮活的生命力。我尤其留意瞭其中關於材料科學與電子學交叉領域的部分，作者對於半導體材料異質結、二維材料應用潛力的探討，極富洞察力。這種跨學科的視角，恰恰是當前解決微納電子瓶頸問題的關鍵所在。讀完全書後，我感到自己的知識體係得到瞭極大的拓寬，對於如何在新一輪技術革命中抓住機遇，也有瞭更加明確的判斷和策略。

評分☆☆☆☆☆

這部關於微納電子學的著作，從宏觀的學科發展脈絡切入，係統梳理瞭該領域在中國乃至全球範圍內的演進曆程。書中對不同技術節點下關鍵科學問題的剖析，展現齣作者深厚的學術功底和前瞻性的視野。特彆是對於基礎理論框架的構建與闡釋，邏輯嚴密，層次分明，即便是初涉此領域的讀者，也能從中領悟到微納電子學作為信息技術基石的深遠意義。作者並沒有停留在對現有技術的簡單羅列，而是深入探討瞭驅動技術突破的底層物理機製和工程挑戰，這使得全書不僅具有極高的參考價值，更引發瞭我對未來技術發展方嚮的深入思考。閱讀過程中，我特彆欣賞其對前沿研究熱點的把握，例如在新型器件結構、先進製造工藝以及低功耗設計等方麵的論述，都緊密貼閤當前學術界和産業界關注的焦點。