集成电路中的现代半导体器件（英文版） [Modern Semiconductor Devices for Integrated Circuits] pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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[美] Chenming，Calvin，Hu 著

图书标签:

• 集成电路
• 半导体器件
• 电子学
• 物理
• 材料科学
• 微电子学
• 器件物理
• MOSFET
• 半导体
• 现代器件

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030326652

版次：1

商品编码：11973004

包装：平装

丛书名： 国外信息科学与技术优秀图书系列·半导体科学与技术

外文名称：Modern Semiconductor Devices for Integrated Circuits

开本：16开

出版时间：2012-02-01

用纸：胶版纸#

内容简介

　　《集成电路中的现代半导体器件（英文版）》主要介绍与集成电路相关的主流半导体器件的基本原理，包括PN结二极管、MOSFET器件和双极型晶体管（BJT），同时介绍了与这些半导体器件相关的集成工艺制造技术。《集成电路中的现代半导体器件（英文版）》作者是美国工程院院士、中国科学院外籍院士，多年从事半导体器件与集成电路领域的前沿性研究工作。《集成电路中的现代半导体器件（英文版）》内容简明扼要，重点突出，深度掌握适宜，讲解深入浅出，理论联系实际。《集成电路中的现代半导体器件（英文版）》可作为微电子及相关专业本科生教材，也可以作为微电子及相关领域工程技术人员的参考书。

作者简介

　　胡正明（Chenming Calvin Hu），IEEE Fellow、美国工程院院士、中国科学院外籍院士，多年从事半导体器件与集成电路领域的前沿性研究工作.对半导体器件的开发及未来的微型化做出了重大贡献。2009年因在器件物理和尺寸方面的杰出贡献而获得西泽润一奖（Jun-ichi Nishizawa Medal），发表论文800余篇，拥有美国专利100余项，由他指导发表的博士论文60余篇。

内页插图

目录

Preface
1 Electrons and Holes in Semiconductors
1．1 Silicon Crystal Structure
1．2 Bond Model of Electrons and Holes
1．3 Energy Band Model
1．4 Semiconductors， Insulators， and Conductors
1．5 Electrons and Holes
1．6 Density of States
1．7 Thermal Equilibrium and the Fermi Function
1．8 Electron and Hole Concentrations
1．9 General Theory ofnandp
1．10 Carrier Concentrations at Extremely High and Low Temperatures
1．11 Chapter Summary
PROBLEMS
REFERENCES
GENERAL REFERENCES

2 Motion and Recombination of Electrons and Holes
2．1 Thermal Motion
2．2 Drift
2．3 Diffusion Current
2．4 Relation Between the Energy Diagram and V，%
2．5 Einstein Relationship Between D and u
2．6 Electron-Hole Recombination
2．7 Thermal Generation
2．8 Quasi-Equilibrium and Quasi-Fermi Levels
2．9 Chapter Summary
PROBLEMS
REFERENCES
GENERAL REFERENCES

3 Device Fabrication Technology
3．1 Introduction to Device Fabrication
3．2 Oxidation of Silicon
3．3 Lithography
3．4 Pattern Transfer-Etching
3．5 Doping
3．6 Dopant Diffusion
3．7 Thin-Film Deposition
3．8 Interconnect-The Back-End Process
3．9 Testing， Assembly， and Qualification
3．10 Chapter Summary-A Device Fabrication Example
PROBLEMS
REFERENCES
GENERAL REFERENCES

4 PN and Metal-Semiconductor Junctions
Part 1 PN Junction
4．1 Building Blocks of the PN Junction Theory
4．2 * Depletion-Layer Model
4．3 Reverse-Biased PN Junction
4．4 Capacitance-Voltage Characteristics
4．5 Junction Breakdown
4．6 Carrier Injection Under Forward Bias——Quasi-Equilibrium Boundary Condition
4．7 Current Continuity Equation
4．8 Excess Carriers in Forward-Biased PN Junction
4．9 PN Diode IV Characteristics
4．10 Charge Storage
4．11 Small-Signal Model of the Diode
Part 2 Application to Optoelectronic Devices
4．12 Solar Cells
4．13 Light-Emitting Diodes and Solid-State Lighting
4．14 Diode Lasers
4．15 Photodiodes
Part Ⅲ： Metal-Semiconductor Junction
4．16 Schottky Barriers
4．17 Thermionic Emission Theory
4．18 Schottky Diodes
4．19 Applications of Schottky Diodes
4．20 Quantum Mechanical Tunneling
4．21 Ohmic Contacts
4．22 Chapter Summary
PROBLEMS
REFERENCES
GENERAL REFERENCES

5 MOS Capa
5．1 Flat-Band Condition and Flat-Band Voltage
5．2 Surface Accumulation
5．3 Surface Depletion
5．4 Threshold Condition and Threshold Voltage
5．5 Strong Inversion Beyond Threshold
5．6 MOS C-V Characteristics
5．7 Oxide Charge——A Modification to Vfband Vt
5．8 Poly-Si Gate Depletion——Effective Increase in Tox
5．9 Inversion and Accumulation Charge-Layer Th
and Quantum Mechanical Effect
5．1 0CCD Imager and CMOS Imager
5．1 1Chapter Summary
PRO
REFERENCES
GENERAL REFERENCES

6 MOS Trans
6．1 Introduction to the M
6．2 Complementary MOS (CMOS) Techn
6．3 Surface Mobilities and High-Mobility
6．4 MOSFET Vt， Body Effect， and Steep Retrograde Doping
6．5 QINVin M
6．6 Basic MOSFETIV Model
6．7 CMOS Inverter——A Circuit Example
6．8 Velocity Saturation
6．9 MOSFET IV Model with Velocity Saturation
6．10 Parasitic Source-Drain Resistance
6．11 * Extraction of the Series Resistance and the Effective Channel Length
6．12 Velocity Overshoot and Source Velocity Limit
6．13 Output Conductance
6．14 High-Frequency Performance
6．15 MOSFET Noises
6．16 SRAM， DRAM， Nonvolatile (Flash) Memory Devices
6．17 Chapter Summary
PROBLEMS
REFERENCES
GENERAL REFERENCES

7 MOSFETs in ICs-Scaling， Leakage， and Other T
7．1 Technology Scaling——For Cost， Speed， and Power Consumption
7．2 Subthreshold Current——"Off" Is Not Totally"Off"
7．3 * Vt Roll-Off——Short-Channel MOSFETs Leak
7．4 Reducing Gate-Insulator Electrical Thickness and Tunneling Leakage
7．5 How to Reduce Wdep
7．6 Shallow Junction and Metal SourceDrain MOSFET
7．7 Trade-Off Betweenon andoff and Design for Manufacturing
7．8 Ultra-Thin-Body SOl and Multigate MOSFETs
7．9 Output Conductance
7．10 Device and Process Simulation
7．11 MOSFET Compact Model for Circuit Simulation
7．12 Chapter Summary
PROBLEMS
REFERENCES
GENERAL REFERENCES

8 Bipolar Trans
8．1 Introduction to the BJT
8．2 Collector Current
8．3 Base Current
8．4 * Current Gain
8．5 Base-Width Modulation by Collector Voltage
8．6 Ebers-Moll Model
8．7 Transit Time and Charge Storage
8．8 Small-Signal Model
8．9 Cutoff Frequency
8．10 Charge Control Model
8．11 Model for Large-Signal Circuit Simulation
8．12 Chapter Summary
PROBLEMS
REFERENCES
GENERAL REFERENCES
Appendix Ⅰ
Derivation of the Density of States
Appendix Ⅱ
Derivation of the Fermi-Dirac Distribution
Appendix Ⅲ
Self-Consistencies of Minority Carrier As
Answers to Selected Problems
Index

前言/序言

《集成电路中的现代半导体器件》：洞悉下一代电子技术的核心密码 在这个由信息技术驱动的时代，集成电路（IC）已成为现代社会不可或缺的基石。从我们手中轻巧的智能手机，到庞大复杂的数据中心，再到改变世界的自动驾驶汽车，无不依赖于高度集成的半导体器件。理解这些器件的设计、原理、性能以及它们在不断演进的集成电路技术中所扮演的角色，是每一位电子工程师、科研人员以及对未来技术发展充满好奇心的读者的必修课。《集成电路中的现代半导体器件》（Modern Semiconductor Devices for Integrated Circuits）正是这样一本旨在深入浅出地剖析这一关键领域的权威著作。 本书并非泛泛而谈，而是聚焦于那些构成现代集成电路核心的现代半导体器件。它不仅仅罗列器件的种类，更致力于揭示其背后深刻的物理原理，以及如何将这些原理转化为实际可用的高性能、低功耗的集成电路设计。本书的独特之处在于，它将器件的基本物理学与实际应用紧密结合，为读者构建一个全面而深入的知识体系。 内容精要与核心价值： 本书的主旨在于，让读者透彻理解现代半导体器件的内在机理，以及这些机理如何直接影响器件的性能表现和集成电路的整体设计。它强调的是一种“由内而外”的理解视角，而非仅仅停留在“如何使用”的层面。 基础与前沿的完美融合： 本书从半导体材料的基本性质出发，逐步深入到复杂的器件结构和工作原理。它涵盖了经典器件的精髓，同时也积极探索了当前和未来集成电路领域最热门、最具挑战性的器件技术。这意味着，无论你是初学者，还是已有一定经验的工程师，都能从中找到契合自身需求的知识点，并能看到技术发展的宏观趋势。 跨越理论与实践的鸿沟： 理论的深度是本书的一大亮点，但绝不是其全部。本书的编写者深知，抽象的物理定律需要通过实际的器件表现来验证和理解。因此，书中会详细探讨各种器件参数（如阈值电压、迁移率、漏电流、击穿电压等）的物理根源，以及这些参数如何受到材料选择、器件结构、工艺制程等多种因素的影响。更重要的是，它还会深入分析这些器件在实际集成电路设计中的应用考量，例如功耗优化、速度提升、可靠性保障等。这种理论与实践的无缝对接，使得读者能够将所学知识直接应用于解决实际工程问题。 深入剖析关键器件族群： 本书精心挑选并深入解析了构成现代集成电路的核心器件。这些器件不仅是当今电子产品的驱动力，也是未来技术创新的基石。 CMOS 技术及其关键器件： 作为现代集成电路的主流技术，CMOS（互补金属氧化导体）技术是本书的重点。读者将能深入理解MOSFET（金属-氧化物-半导体场效应晶体管）的工作原理，包括其沟道形成、载流子输运、阈值电压特性、亚阈值行为等。本书会详尽阐述各种MOSFET 类型，如NMOS和PMOS，以及它们在互补结构中的协同作用。此外，对于沟道长度调制、短沟道效应、漏电流等限制CMOS器件性能和功耗的关键问题，本书将进行深入的分析和讨论，并介绍相应的设计和工艺对策。 先进的晶体管结构： 随着半导体技术的不断微缩，传统的平面MOSFET面临着严重的短沟道效应和漏电流问题。本书将详细介绍鳍式晶体管（FinFET）和纳米片晶体管（Nanosheet Transistor）等三维（3D）器件结构。读者将学习到这些新型结构如何通过改变栅极对沟道的控制方式，有效缓解短沟道效应，提高电流驱动能力，降低漏电流，从而为更高性能、更低功耗的集成电路设计铺平道路。书中会深入分析FinFET和Nanosheet的工作原理、电学特性、性能优势以及在先进工艺节点中的应用挑战。 非易失性存储器器件： 在信息爆炸的时代，数据的存储能力至关重要。本书会深入探讨浮栅晶体管（Floating-gate Transistor）等非易失性存储器的核心原理。读者将理解电荷存储机制、编程和擦除操作的物理过程，以及这些器件在闪存（Flash Memory）等存储技术中的关键作用。同时，对于电阻式随机存取存储器（RRAM）、磁阻式随机存取存储器（MRAM）等新型非易失性存储器，本书也会进行介绍，探讨其工作机理、性能特点以及在下一代存储技术中的潜力。 高压与功率器件： 随着新能源汽车、智能电网、工业电源等领域的快速发展，对高性能、高效率的功率器件需求日益增长。本书将详细介绍IGBT（绝缘栅双极型晶体管）、LDMOS（横向双扩散MOS）、SiC（碳化硅）和GaN（氮化镓）功率器件等。读者将学习到这些器件的工作原理、击穿机制、导通损耗、开关损耗，以及它们在高电压、大电流应用场景下的设计考量。对于碳化硅和氮化镓这些宽禁带半导体材料的独特优势，如更高的击穿电场、更优良的热导率等，本书也会进行深入的分析，阐述它们如何推动下一代电力电子技术的发展。 先进的互连技术与新兴器件： 集成电路的性能不仅取决于器件本身，也受到器件之间互连的极大影响。本书会讨论铜互连的工艺挑战，以及低介电常数（low-k）材料在降低互连线电容方面的作用。此外，对于MEMS（微机电系统）器件、光电器件（如LED、光电二极管）等在特定集成电路应用中的重要性，本书也会有所提及，展示集成电路设计的广阔天地。 理论深度与严谨性： 本书的理论基础扎实，涵盖了半导体物理学、量子力学、电磁学等相关学科的知识。书中对器件模型的推导过程严谨细致，逻辑清晰，力求让读者不仅知其然，更知其所以然。对于初学者，书中提供了必要的背景知识回顾；对于进阶读者，则提供了深入的理论探讨。 面向未来的前瞻性： 集成电路技术日新月异，本书紧跟技术发展的步伐，不仅讲解了当前最先进的器件技术，也为读者展望了未来可能的发展方向。对于新材料、新结构、新原理的探索，本书会进行积极的介绍和分析，帮助读者把握集成电路技术发展的脉搏。 本书的读者对象： 电子工程、微电子学、物理学等相关专业的本科生和研究生： 本书是学习集成电路器件设计、半导体物理、器件建模等课程的理想教材或参考书。 集成电路设计工程师（IC Designers）： 无论是数字IC、模拟IC还是射频IC设计工程师，都需要对构成芯片的器件有深入的理解，才能优化设计、提升性能、降低功耗。 半导体工艺工程师（Process Engineers）： 理解器件的物理原理和性能需求，对于开发和优化半导体制造工艺至关重要。 器件建模工程师（Device Modelers）： 本书提供的深入的器件物理分析，是构建准确器件模型的基础。 科研人员和学者： 对于从事半导体器件研究、新材料开发、前沿技术探索的科研人员而言，本书提供了宝贵的理论基础和技术视野。 对集成电路技术感兴趣的爱好者和从业者： 任何希望深入了解现代电子产品核心技术背后原理的读者，都能从本书中获益。 总结： 《集成电路中的现代半导体器件》（Modern Semiconductor Devices for Integrated Circuits）是一本集理论深度、实践指导和前瞻性于一体的权威著作。它以严谨的科学态度，清晰的逻辑结构，将复杂的半导体器件原理和实际应用有机地结合起来，为读者提供了一扇深入理解现代集成电路世界的窗口。通过阅读本书，读者将能够建立起一个扎实而全面的半导体器件知识体系，为在快速发展的集成电路领域中取得成功奠定坚实的基础。这本书不仅是技术人员的案头必备，更是点燃创新思维、洞察未来科技趋势的智慧启迪。

评分☆☆☆☆☆

我是一名正在攻读集成电路设计专业的硕士研究生，目前正处于深入学习半导体器件领域的关键时期。市面上关于半导体器件的书籍不少，但很多要么过于偏重理论推导，让人望而却步；要么过于浅显，无法满足深入研究的需求。我希望这本书能够提供一个平衡点，既有扎实的物理基础，又能深入到器件的实际设计和应用层面。特别是“集成电路”这个关键词，意味着这本书应该不仅仅关注单个器件的特性，更要强调器件在集成环境下的行为，以及它们之间如何相互作用，共同构成复杂的集成电路。我希望能看到书中关于CMOS技术、FinFET、GAAFET等主流和前沿的集成电路器件技术有详细的介绍，包括它们的结构特点、工作原理、性能优势以及在先进工艺节点中的应用挑战。此外，对于新兴的存储器器件，如MRAM、ReRAM等，如果书中有所涉及，那将极大地拓宽我的视野。

评分☆☆☆☆☆

作为一名对电子工程有浓厚兴趣的业余爱好者，我一直在寻找一本能够系统地讲解半导体器件原理，但又不会过于枯燥的教材。看到这本书的标题，我的第一反应是它可能涵盖了从最基础的二极管、三极管，到更复杂的BJT、MOSFET，再到如今在高性能计算和通信领域扮演关键角色的各种新型半导体器件。我尤其关心书中对于不同器件工作原理的物理机制的阐述是否深入浅出，比如，它是否会详细解释载流子输运、能带理论、量子效应等概念，并与具体的器件结构和特性联系起来。另外，对于集成电路而言，器件的性能参数，如开关速度、漏电流、击穿电压、功耗等，直接决定了整个芯片的成败。因此，我非常希望这本书能够详细讲解这些参数的物理意义，以及如何通过器件结构和材料的选择来优化它们。如果书中能提供一些实际的例子，比如某个经典芯片的器件设计分析，那就更好了，能让我更好地将理论知识与实际应用联系起来。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面上“集成电路中的现代半导体器件”和英文“Modern Semiconductor Devices for Integrated Circuits”的组合，一下子就勾起了我对半导体行业发展历史和前沿技术的好奇心。我一直对那些驱动我们数字世界运转的微小晶体管、二极管以及更复杂的集成电路背后的原理感到着迷。特别是“现代”这个词，让我预感到这本书不仅仅会讲解基础的PN结和MOSFET，更会深入探讨那些让芯片越来越小、越来越快、越来越节能的新型材料、新型结构以及新型的工作模式。例如，我非常想了解在量子点、二维材料（如石墨烯）等新兴领域，它们是如何被应用到半导体器件的设计和制造中的，以及这些创新又将如何催生下一代计算、通信甚至能源技术的突破。这本书是否能为我揭示这些前沿的奥秘，将是我非常期待的部分。同时，我也希望它能提供一些关于未来半导体器件发展趋势的预测，帮助我更好地理解这个快速变化的行业。

评分☆☆☆☆☆

我是一名对科学技术发展趋势保持高度关注的普通读者，虽然没有专业的工程背景，但我对推动社会进步的关键技术始终充满好奇。半导体技术无疑是当今世界最重要的技术之一，它支撑着信息技术、人工智能、新能源等多个领域的飞速发展。这本书的标题“集成电路中的现代半导体器件”引起了我的注意，我希望能从中了解是什么样的“现代”技术，让我们的手机越来越智能，让自动驾驶成为可能，让虚拟现实变得触手可及。我期待这本书能用一种相对易懂的方式，解释这些高性能、低功耗的半导体器件是如何被制造出来的，它们的核心原理是什么，以及为什么它们如此重要。如果书中能穿插一些技术发展的故事，或者介绍一些在这个领域做出杰出贡献的科学家和工程师，那将使这本书更具吸引力，让我不仅能了解技术本身，更能感受到人类智慧和创造力的伟大。

评分☆☆☆☆☆

我是一名资深的硬件工程师，在工作中经常需要与各种半导体器件打交道，从最基础的模拟电路设计到复杂的数字逻辑实现，都离不开对器件特性的深刻理解。多年来，我接触过不少半导体器件的书籍，但随着半导体技术的飞速发展，许多旧的知识体系已经难以跟上时代的步伐。我选择这本书，是因为它突出了“现代”和“集成电路”这两个词，让我觉得它能够提供一些我过去可能未曾接触过，但对当前和未来设计至关重要的知识。我特别想了解书中关于如何评估和选择不同类型的半导体器件以满足特定应用需求的指导，比如在低功耗物联网设备、高性能服务器芯片或者射频通信模块中，应该侧重于哪些器件的特性。书中是否能提供一些实际设计中的权衡考量，比如在成本、性能、功耗和可靠性之间做出最佳选择的思路，这将对我非常有价值。