Finfets and Other Multi-Gate Transistors pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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作者:Colinge, J. -P 编

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页数:356

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价格:$ 168.37

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isbn号码:9781441944092

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现代集成电路设计中的关键技术与未来趋势 本书将带领读者深入探索当前集成电路（IC）设计领域的前沿挑战与创新解决方案。它着重于超越传统CMOS架构所面临的物理极限，聚焦于下一代晶体管技术、先进的互连材料、封装技术以及设计方法学上的范式转变。本书的结构旨在提供一个全面且深入的视角，使读者不仅理解现有技术的瓶颈，更能洞察未来高性能、低功耗计算系统的构建蓝图。 第一部分：超越摩尔定律的晶体管技术革新 第1章：FinFET 架构的局限性与新兴替代方案 本章首先回顾了自2011年以来，FinFET（鳍式场效应晶体管）如何支撑了半导体技术的演进，并详细分析了其在7nm、5nm节点下面临的固有挑战，例如静电控制的减弱、制造复杂度的剧增以及短沟道效应的加剧。随后，我们将重点介绍当前最有希望取代FinFET的结构：全环绕栅极（Gate-All-Around, GAA）晶体管。 Nanosheet/Nanowire FETs (NS/NW FETs) 的物理基础： 深入解析GAA结构如何通过增加栅极对沟道的包围面积，实现对亚阈值电流的更优控制，从而降低亚阈值摆幅（SS）并提高开关性能。我们将讨论Nanosheet的厚度、宽度以及间距对器件电学特性的影响模型。 CFET（互补场效应晶体管）的集成潜力： 探讨如何通过垂直堆叠PMOS和NMOS晶体管来大幅度提高单位面积的晶体管密度，并分析CFET在实现“更紧凑”布局时所带来的工艺难题，如应力管理和接触孔的精确对准。 二维材料（2D Materials）在晶体管中的应用前景： 讨论如二硫化钼（MoS2）等材料在超薄沟道和极低短沟道效应方面的潜力，并分析其与现有硅基CMOS工艺的兼容性挑战，特别是接触电阻的优化问题。 第2章：低功耗设计与新型存储器技术的融合 随着移动设备和物联网（IoT）对能效提出更高要求，本章聚焦于如何通过创新的晶体管结构和存储器集成，实现系统级的功耗优化。 欠阈值工作（Subthreshold Operation）的挑战与实现： 分析在极低电压下操作晶体管时，随机过程变异（Random Variability）的影响，并介绍如何利用高跨导器件和先进的电源管理技术来维持可靠性。 嵌入式非易失性存储器（NVM）的技术评估： 对比当前主流的嵌入式存储技术，如FeRAM（铁电随机存取存储器）、MRAM（磁阻随机存取存储器）和RRAM（电阻式随机存取存储器）。重点分析它们在读写速度、耐用性、以及与逻辑单元集成（CMOS兼容性）方面的权衡。 近阈值计算（Near-Threshold Computing, NTC）的设计方法： 探讨如何设计专门的逻辑电路库，以最大限度地利用NTC带来的功耗优势，同时应对其速度降低和错误率增加的问题。 第二部分：互连、封装与系统级集成 第3章：先进互连技术与信号完整性 摩尔定律的减速在很大程度上是由金属互连的电阻和电容增加所驱动的。本章深入探讨了解决互连瓶颈的材料科学与工程方法。 钴（Co）和钌（Ru）在后端金属线中的应用： 详细阐述了如何使用这些替代材料取代传统铜（Cu）来实现更低电阻的接触孔和更薄的金属线，特别是在逻辑节点低于5nm之后，原子层沉积（ALD）和化学气相沉积（CVD）工艺的精确控制至关重要。 介电常数（k值）的优化与低-k材料的演进： 分析超低-k材料在减少线间电容中的作用，并讨论其在机械强度和水分渗透性方面带来的新挑战。 3D 芯片堆叠（3D IC）与混合键合（Hybrid Bonding）： 详细介绍通过TSV（硅通孔）和更先进的直接键合技术，实现不同功能芯片（如逻辑、存储、光子器件）的垂直集成。重点讨论热管理和信号延迟的串扰问题。 第4章：先进封装技术：从2.5D到Chiplet生态系统 本部分将焦点从单个芯片转向整个系统封装，探讨如何通过先进封装技术来绕过传统单片集成（Monolithic Integration）的限制。 2.5D封装与中介层（Interposer）技术： 对比硅基中介层和有机中介层（如EMIB），分析它们在布线密度、热耗散以及成本上的差异。 Chiplet 架构的系统设计挑战： 探讨异构集成（Heterogeneous Integration）带来的架构复杂性，包括跨越不同工艺节点的芯片之间的通信协议（如UCIe标准）和功耗分配。 光互连（Optical Interconnects）的集成： 介绍硅光子学（Silicon Photonics）技术如何与CMOS工艺结合，用于长距离和高带宽的片上或片间通信，以及其在热稳定性和封装耦合方面的工程难点。 第三部分：设计自动化与可靠性挑战 第5章：面向新器件的EDA工具与设计流程 随着晶体管结构的几何复杂性增加，传统的设计规则（DRC）和寄生参数提取面临巨大挑战。本章探讨了EDA（电子设计自动化）工具如何适应这些变化。 3D和GAA器件的电学建模： 分析如何建立更精确的紧凑模型（Compact Models）来描述非平面器件的电荷分布和输运特性，并讨论这些模型如何集成到仿真流程中。 变异性感知设计（Variability-Aware Design）： 深入研究制造过程中的随机变异（如线宽波动、随机掺杂）对电路性能的影响，并介绍蒙特卡洛分析和敏感度分析在设计收敛中的作用。 物理设计流程的重新配置： 探讨如何针对GAA/CFET的复杂布局约束（如栅极分割、环绕角度）来优化布线和布局，以确保性能、功耗和面积（PPA）目标的同时满足。 第6章：可靠性与寿命预测：新材料的新课题 在更小的特征尺寸和更高的工作密度下，半导体器件的长期可靠性成为关键瓶颈。 TDDB（时滞介质击穿）和PBTI（负偏压温度不稳定性）的再评估： 分析在新材料（如高-k介质）和更薄栅氧下的失效机制，特别是对欠压和亚阈值区域的影响。 电迁移（Electromigration）的3D挑战： 探讨在垂直互连和高电流密度下，金属线的退化模型如何需要修正，以及如何利用先进的封装散热方案来缓解热点效应。 人工智能在可靠性预测中的应用： 介绍机器学习方法如何用于分析大规模制造数据，从而建立更准确的寿命预测模型，指导设计裕度和测试策略。 结论：迈向系统级创新的集成电路未来 本书最后总结了技术融合的趋势，强调下一代高性能计算的实现将不再仅仅依赖于单一晶体管尺寸的缩小，而是依赖于跨越材料科学、器件物理、封装工程和设计自动化等多个领域的协同创新。本书为希望在集成电路领域深耕的研究人员、工程师和高级学生提供了一个深入的知识基础和前瞻性的技术路线图。

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作为一名半导体器件研究的从业者，我一直在寻找能够深入理解下一代晶体管技术最新进展的资料。最近，我接触到了一本名为《Finfets and Other Multi-Gate Transistors》的书籍，尽管我尚未深入研读其全部内容，但从初步浏览和行业内的讨论中，我对其核心内容和潜在的价值有了初步的认识。我期待这本书能够系统地梳理FinFETs（鳍式场效应晶体管）以及其他多栅极晶体管的发展历程，从其物理原理、设计考量、制造工艺到性能优化等各个方面进行详尽的阐述。特别地，我希望它能够深入剖析这些新型器件相对于传统平面MOSFETs的优势，例如在短沟道效应抑制、漏电流控制、阈值电压稳定性以及功耗降低方面的突出表现。理解这些器件在不断缩小的工艺节点中如何克服挑战，保持甚至提升性能，对于我们进行新器件的研发和工艺优化至关重要。此外，我也对书中可能涵盖的关于多栅极晶体管的未来发展趋势，例如GAA（Gate-All-Around）结构、垂直纳米线/纳米片晶体管等的介绍充满了期待，这些前沿技术预示着半导体器件性能的又一次飞跃。

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这本书，我关注的点在于其对于前沿器件物理概念的讲解深度。我猜想，它在Finfets的结构特性上应该会有相当详尽的论述，比如三维鳍片结构如何有效提高栅控效应，减少亚阈值摆幅的恶化，以及在控制阈值电压变化方面起到的关键作用。我尤其好奇书中对各种多栅极拓扑结构（如Tri-gate、Surrounding-gate等）的比较分析，包括它们各自的优缺点，以及在不同应用场景下的适用性。更进一步，我期望书中能深入探讨这些器件在量子效应、载流子散射机制以及热效应等方面的物理行为，这些都是在深亚微米工艺节点下必须仔细考量的因素。对这些复杂物理现象的准确建模和理解，是实现高性能、低功耗器件设计的基石。同时，我也希望书中能提供一些关于这些器件在实际设计中遇到的挑战，例如栅漏电流、界面态密度、静电完整性等问题的解决方案。

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从一个工程师的角度来看，一本好的技术书籍不仅仅要讲解理论，更要提供实用的指导。对于《Finfets and Other Multi-Gate Transistors》这本书，我尤其看重其在器件制造工艺方面的论述。我猜想，书中会详细介绍FinFETs以及其他多栅极器件的关键制造步骤，例如纳米线/纳米片的形成、闸极的全面形成（如高k/金属闸极工艺）、以及掺杂和钝化等工艺流程。理解这些复杂的、多步骤的制造工艺，对于在实际生产中实现高良率和可重复性至关重要。我希望书中能对不同工艺技术（如干法刻蚀、湿法处理、沉积技术等）在多栅极器件制造中的应用进行深入分析，并讨论它们对器件性能的影响。此外，书中对于工艺偏差的控制以及良率提升的策略也应当有所涉及，因为这直接关系到器件的商业化可行性。

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我是一位专注于半导体材料科学的研究者，因此对于《Finfets and Other Multi-Gate Transistors》这本书，我更关注其在材料选择和器件性能优化方面的论述。我相信书中会对用于构建FinFETs和其他多栅极器件的各种半导体材料（如硅、锗、III-V族材料等）进行详细的讨论，包括它们的电子和光学特性、掺杂特性以及与栅介质材料的界面行为。我也期望书中能够深入分析不同材料组合对器件性能的影响，比如载流子迁移率、漏电流、击穿电压以及在高温下的稳定性等。此外，我期待书中能提供关于如何通过材料工程手段来优化器件性能的指导，例如通过应变工程、异质结设计以及新的栅介质材料等。了解这些材料层面的创新，对于突破传统硅基CMOS技术的性能瓶颈，实现更高级别的集成和功能至关重要。

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作为一个对未来半导体技术趋势充满好奇的爱好者，我希望《Finfets and Other Multi-Gate Transistors》能够提供一个广阔的视角。在我看来，这本书不仅仅是关于Finfets本身，更应该涵盖其在更广泛的“多栅极晶体管”范畴内的地位和发展。我期待它能为我揭示，这些先进的器件结构如何成为未来高性能计算、人工智能、物联网等领域不可或缺的基石。我想了解，这些精巧的纳米结构是如何让芯片变得更小、更快、更省电，从而赋能我们生活中越来越多智能设备的发展。书中关于器件在不同应用场景下的性能表现，比如在低功耗设备、高性能服务器、以及新兴的柔性电子器件中的潜力，都让我充满期待。我希望能通过这本书，对半导体器件的未来发展方向有一个更清晰的认识，并从中洞察到新的技术机遇。

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