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出版者:Wiley-IEEE Press

作者:Kwok K. Ng

出品人:

页数:768

译者:

出版时间:2002-06-15

价格:USD 165.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780471202400

丛书系列:

图书标签:

• 微电子
• 工具书
• 半导体
• 器件
• 电子学
• 物理
• 材料科学
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电子元件设计与制造：深入探索下一代半导体技术 书籍概述 本书旨在为电子工程、材料科学和物理学领域的研究人员、工程师及高级学生提供一个全面且深入的视角，聚焦于现代半导体器件的设计、制造工艺、物理机制以及前沿应用。我们摒弃对传统基础器件的重复性综述，转而将重心放在当前行业面临的关键挑战和新兴技术趋势上，特别是那些驱动摩尔定律延续和拓展到新功能领域的关键创新。本书内容结构严谨，覆盖了从基础材料学到复杂集成系统层面的知识体系，强调理论深度与实际工程应用的紧密结合。 第一部分：先进半导体材料与异质结构 本部分将详细剖析超越传统硅基平台的先进半导体材料体系，这些材料是实现更高速度、更低功耗和新功能（如光电子集成）的基石。 第一章：宽禁带半导体（WBG）的深层物理与器件化 我们将深入探讨碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）在功率电子领域的主导地位。重点内容包括： 晶体缺陷工程与控制： 分析 SiC 和 GaN 衬底中常见的缺陷类型（如位错、堆垛层错）如何影响器件的长期可靠性和击穿特性。探讨先进的衬底生长技术（如升华法、HVPE）在减少缺陷密度方面的最新进展。 异质结的界面态控制： 详细阐述 AlGaN/GaN HEMT 结构中的二维电子气（2DEG）的形成机制、迁移率限制因素，以及通过栅氧化物（如 $ ext{Al}_2 ext{O}_3$）或双栅结构（Dual-Gate）来抑制“陷阱效应”和动态导通电阻（$ ext{R}_{ ext{ON(dynamic)}}$）的策略。 高温与高频应用中的热管理： 讨论 WBG 器件在高功率密度下的热扩散问题，包括先进的衬底材料（如金刚石）与 GaN 芯片的键合技术（Bonding Technologies）以实现高效的热界面管理（TIM）。 第二章：二维材料与隧道场效应晶体管（TFET） 聚焦于原子级厚度材料在下一代超低功耗逻辑电路中的潜力。 二维材料的电子结构调控： 比较石墨烯、过渡金属硫化物（TMDs，如 $ ext{MoS}_2$, $ ext{WSe}_2$）的能带结构、载流子有效质量及其在不同衬底上的依赖性。重点分析如何通过垂直异质结构（Van der Waals Heterostructures）实现对能带隙的精确工程设计。 TFET 的亚阈值摆幅（SS）突破： 深入研究滚降隧道效应（Band-to-Band Tunneling, BTBT）的工作原理。详细分析影响 SS 的关键参数，包括源区掺杂浓度、势垒高度的优化，以及如何利用 III-V 族半导体（如 InAs/GaSb）实现高电流密度下的超陡峭开关特性。 二维材料的集成挑战： 探讨如何将这些材料大规模、高保真度地集成到 CMOS 工艺流程中，包括转印技术（Transfer Techniques）和界面钝化策略。 第二部分：先进器件结构与集成技术 本部分关注如何在现有半导体平台（CMOS 及后摩尔时代技术）上通过结构创新来提升性能和密度。 第三章：高迁移率晶体管与应变工程 超越平面结构，探索如何通过应变和维度控制来提升载流子速度。 应变硅（Strained Silicon）的实现与优化： 详细解析在 SiGe 缓冲层上引入拉伸应变对电子/空穴有效质量和迁移率的影响。讨论用于制造应变硅结构的关键外延技术和掺杂策略。 鳍式场效应晶体管（FinFET）的尺寸极限与演进： 分析三维结构（如 Gate-All-Around, GAAFET/MBCFET）如何解决短沟道效应（SCE）和静电控制问题。重点探讨后 FinFET 时代，如极窄鳍宽（Ultra-Narrow Fins）对量子尺寸效应（Quantum Confinement Effects）的影响及电荷共享机制。 接触式工程（Contact Engineering）： 深入研究如何通过选择性外延生长（Selective Epitaxy）和高 K/金属栅极堆栈来降低源/漏极的接触电阻，这是提升高性能晶体管速度的关键瓶颈。 第四章：存储器技术的前沿：MRAM 与 RRAM 聚焦于下一代非易失性存储器（NVM）的物理机制和可靠性挑战。 磁隧道结（MTJ）的自旋电子学基础： 深入讲解基于隧穿磁阻（TMR）效应的磁随机存取存储器（MRAM）。讨论固定层/自由层的材料选择（如 CoFeB/MgO），以及如何通过热辅助磁化切换（TA-MRAM）和电压控制磁化（VCMA）效应来降低写入能耗和提高开关速度。 电阻式随机存取存储器（RRAM）的开关机制： 分析导电丝（Filament）的形成与断裂机理，包括氧空位（Oxygen Vacancy）的迁移和电化学沉积过程。探讨不同电介质材料（如 $ ext{HfO}_2$, $ ext{Ta}_2 ext{O}_5$）对开关窗口和耐久性的影响。 交叉阵列（Crossbar Array）的集成与读写寻址： 讨论阵列级功耗、非理想效应（如串扰和“困惑态”），以及先进的 3D 集成架构对存储密度和延迟的优化。 第三部分：功率与光电子集成 本部分关注半导体技术在能源转换和信息传输领域的突破性应用。 第五章：先进的功率半导体封装与可靠性 超越芯片本身，关注如何将高功率密度器件安全高效地集成到系统中。 先进封装技术对热阻抗的影响： 详细分析碳化硅模块（SiC Modules）中采用的硅基、氮化铝（AlN）或氧化铝（Alumina）基板的性能差异。讨论 3D 堆叠（3D Stacking）和芯片键合（Die Bonding）材料（如烧结银 Sintered Silver）对热阻的优化。 高电压器件的电场管理： 探讨如何使用场板结构（Field Plates）、钝化层设计和边缘终止技术（Junction Termination Extensions, JTE）来有效地管理 PN 结的电场集中，从而实现更高的耐压（Breakdown Voltage）。 浪涌与瞬态响应的建模： 介绍在快速开关（High $ ext{d}V/ ext{d}t$）工况下，器件寄生参数对开关损耗和过冲（Overshoot）的影响，以及相应的仿真工具和设计流程。 第六章：集成光子学与硅光电子（Silicon Photonics） 探讨如何利用半导体制造平台实现光电功能的深度集成。 片上集成波导与调制器： 深入分析硅基平台上的关键无源和有源元件。重点研究利用载流子浓度变化实现光吸收调制（Carrier-Dispersion Effect）的 Mach-Zehnder 调制器（MZM）和更紧凑的环形谐振器（Ring Resonator）结构。 异质集成：III-V 激光器的集成： 解决硅材料无法高效发光的难题。详细介绍直接集成（Direct Bonding）和硅基异质集成技术，如何将 InP 或 GaN 基激光器/探测器阵列耦合到硅光子芯片上，实现低损耗的光纤耦合。 集成光子开关与光互连： 讨论基于等离子体效应和热光效应的快速光开关技术，以及它们在数据中心光互连网络中的应用前景，侧重于能效比（Energy Efficiency per Bit）。 总结 本书面向的是寻求突破现有技术瓶颈、致力于开发下一代高性能、高可靠性半导体系统的专业人士。它提供了一个前沿的知识框架，涵盖了从原子尺度材料工程到复杂系统级集成的关键技术环节，是理解和驱动未来电子信息产业发展的必备参考。

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《Complete Guide to Semiconductor Devices》这本书的组织结构和内容安排对我来说至关重要。我希望它能够提供一个清晰的逻辑框架，让我在学习过程中能够循序渐进，不至于感到混乱。例如，它是否按照器件的复杂度进行排序？是否从最基础的二极管讲到更复杂的IC？每个章节的过渡是否自然流畅？我特别关注书中是否有索引或者目录，能够方便我快速查找特定的知识点。同时，我也希望书中能够提供一些自测题或者练习，帮助我巩固所学的知识。如果书中能够提供一些推荐的进一步阅读的书籍或者学习资源，那更是锦上添花。这本书是否能够给我一种“系统性学习”的完整体验，让我感觉自己是在一步步地构建起对半导体器件的全面认知，而不是零散地获取信息，这是我非常期待的。

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初拿到《Complete Guide to Semiconductor Devices》这本书，我的第一反应就是它的分量。厚实的封面，沉甸甸的书页，仿佛预示着里面蕴藏着无尽的知识海洋。作为一名对半导体技术怀揣极大兴趣的初学者，我一直在寻找一本能够系统性地讲解这一复杂领域，又不会过于枯燥深奥的入门读物。而这本书，至少从外观上看，给我带来了极大的信心。我迫不及待地翻开它，希望它能够像一本精心绘制的地图，为我指引方向，让我在这片充满奇妙电子世界的土地上，不再迷失。我对书中能否将抽象的物理概念，通过生动形象的类比和清晰的逻辑推导，转化为易于理解的知识点充满了期待。我特别希望它能涵盖从基础的PN结，到复杂的集成电路设计，中间每一个关键的器件原理，都能有深入浅出的剖析。同时，我也希望这本书不仅仅停留在理论层面，更能结合一些实际的应用案例，让我明白这些看似抽象的理论是如何在我们的日常生活中发挥作用的，比如智能手机的芯片，或者高性能的处理器，它们背后究竟有着怎样精密的半导体技术支撑。这本书是否能够打消我对于“学不好半导体”的固有认知，让我在学习过程中充满乐趣和成就感，这是我最看重的。我已经准备好，跟随这本书的脚步，开启一段知识的探索之旅，希望能在这个过程中，获得对半导体器件更深刻、更全面的认知，为我未来在这个领域的学习和发展打下坚实的基础。

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我之前尝试过几本关于半导体器件的书籍，但总感觉它们要么过于理论化，充斥着大量的数学公式，让人望而却步；要么过于浅显，仅仅停留在概念介绍的层面，无法深入了解器件的工作原理。因此，我对于《Complete Guide to Semiconductor Devices》的期望是，它能够找到一个绝佳的平衡点。我希望它在讲解原理时，能够做到循序渐进，从最基本的电子和空穴概念讲起，逐步过渡到二极管、三极管、MOSFET等核心器件的构造和工作机制。如果书中能够包含一些历史性的发展脉络，介绍这些重要器件是如何被发现和发展起来的，那将更具吸引力，也能帮助我理解它们出现的必然性和重要性。另外，对于各种器件的特性曲线，比如伏安特性、转移特性等，我希望书中能有详细的图解和分析，让我能够直观地理解它们在不同工作状态下的表现。更进一步，如果书中能够介绍一些不同类型半导体材料的特性差异，比如硅、锗、砷化镓等，以及它们在不同应用场景下的优势和劣势，那将极大地拓宽我的视野。我希望这本书能够让我不仅仅停留在“是什么”，更能理解“为什么”以及“怎么用”，真正做到“知其然，更知其所以然”。

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作为一名喜欢动手实践的爱好者，我非常关注《Complete Guide to Semiconductor Devices》是否能够为我提供一些实践层面的指导。《Complete Guide to Semiconductor Devices》是否能够给出一些搭建简单实验电路的建议？或者，书中是否会涉及到一些常用的半导体器件型号，并对它们的参数和特性进行详细的介绍？我希望它能帮助我理解，在购买和使用实际的半导体元件时，需要关注哪些关键信息。例如，如何阅读元器件的数据手册（datasheet）？如何辨别不同种类的晶体管和二极管？书中是否会包含一些简单的调试技巧，或者是在实际操作中可能遇到的常见问题及其解决方法？我期待这本书不仅仅是一本理论书籍，更能成为我进行实际电子制作的“技术手册”。如果它能够引导我从小项目开始，一步步地学习如何将理论知识应用到实际的电路搭建中，那将是极大的鼓励。

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我一直对半导体行业的历史和发展脉络感到好奇，《Complete Guide to Semiconductor Devices》是否能够满足我的这一需求？这本书能否将半导体器件的发展过程，与整个信息技术革命紧密地联系起来？我希望它能够讲述晶体管的发明是如何颠覆电子工业的，集成电路的出现又是如何带来计算机时代的辉煌，以及微处理器和存储器等核心器件是如何一步步推动着我们进入数字生活的。书中是否会提及一些对半导体技术发展做出杰出贡献的科学家和工程师，他们的思想和创新是如何影响了我们今天所使用的技术？我期待这本书能够提供一个更宏观的视角，让我理解半导体技术不仅仅是物理和工程的结合，更是一部充满智慧和探索的史诗。这种历史性的视角，往往能让我在学习具体的器件原理时，感受到其背后蕴含的深厚底蕴和时代意义。

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翻阅《Complete Guide to Semiconductor Devices》这本书，我最关心的是它在讲解过程中所使用的语言和表达方式。作为一名非专业出身的爱好者，我最怕的就是那些充斥着专业术语，却缺乏清晰解释的段落。我期待这本书能够用一种更加亲民，更加易于理解的方式来阐述复杂的半导体原理。例如，在介绍PN结的形成时，我希望它能运用一些生动的比喻，就像讲解水坝蓄水或者电荷在电场作用下运动一样，将抽象的物理过程具体化。对于各种半导体器件的内部结构，我希望书中能配有高质量、清晰的剖面图，甚至是一些动态的示意图，能够展示载流子的运动轨迹和能量带的变化。此外，我也关注书中对一些关键参数的解释，比如击穿电压、阈值电压、跨导等等，希望它能给出行之有效的理解方法，而不是仅仅罗列公式。这本书是否能帮助我建立起一个扎实的理论基础，让我能够对各种半导体器件有一个清晰的认知，并且能够区分它们各自的特点和用途，这是我非常期待的。如果它能在我阅读过程中，不断点亮我思维的火花，让我产生“原来如此”的顿悟，那它就是一本真正的好书。

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我对于《Complete Guide to Semiconductor Devices》在故障分析和排除方面的指导有着很高的期望。在实际的电子电路应用中，器件的损坏和故障是难以避免的。我希望这本书能够帮助我理解，半导体器件常见的故障模式有哪些？例如，二极管的开路或短路，三极管的烧毁或性能下降，MOSFET的栅极击穿等等。书中是否会提供一些分析故障原因的通用方法和思路？例如，如何通过万用表来测试半导体器件的基本参数，如何通过观察电路的工作状态来判断故障点，或者是一些更高级的诊断技术？我期待这本书能够成为我解决实际问题时的“救星”，让我能够在遇到电路故障时，不至于束手无策，而是能够运用书中传授的知识和技巧，快速准确地定位和解决问题，从而提升我的电子维修和调试能力。

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我希望《Complete Guide to Semiconductor Devices》不仅仅是一本知识的搬运工，更是一本能够激发我深入思考的书。它是否能够提出一些开放性的问题，引导我去探索半导体技术在未来可能遇到的挑战和机遇？例如，随着器件尺寸的不断缩小，材料特性是否会面临极限？如何克服量子效应带来的影响？在能源效率方面，下一代半导体器件又会有怎样的突破？我期待这本书能够在我掌握了基础知识之后，能够给我提供一些更深层次的思考方向，让我能够主动去探索和学习，而不是被动地接受信息。如果它能够在我阅读的过程中，不断地激发我的好奇心和求知欲，让我对这个领域产生持续的兴趣，并引导我成为一个主动的学习者，那么这本书的价值将远远超出其本身的内容。

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这本书在我的书架上占有相当的重量，我希望它能够带来的不仅仅是知识，更是一种启迪。《Complete Guide to Semiconductor Devices》是否能让我对半导体行业的未来发展趋势有所了解？在基础原理讲解之后，我非常期待能够看到一些关于新型半导体材料、先进制造工艺，以及未来器件发展方向的探讨。例如，纳米技术在半导体领域的应用，量子效应在未来器件设计中的潜力，以及一些前沿的研发项目。这本书是否能让我看到，这个看似由无数微小元器件组成的领域，是如何驱动着科技的飞速进步，又将如何塑造我们未来的生活？我希望它能够激发我对这个行业的更深层次的思考，让我不仅仅局限于对现有器件的理解，更能对未来的技术革新产生前瞻性的认识。如果这本书能够为我打开一扇通往更广阔世界的窗户，让我看到半导体技术在人工智能、物联网、5G等领域的无限可能，那将是巨大的收获。

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我非常看重《Complete Guide to Semiconductor Devices》在器件应用方面的阐述。仅仅了解原理是不够的，我更希望能够看到这些原理是如何在实际的电子电路中得到应用的。这本书能否清晰地讲解各种半导体器件作为电子元件，在电路中的具体作用？例如，二极管如何用作整流器，三极管如何作为放大器或开关，MOSFET又如何在数字电路中扮演关键角色。我希望书中能够提供一些典型的电路设计案例，并对这些案例中的半导体器件的选型、工作点设置以及性能指标进行详细的分析。比如，一个简单的信号放大电路，它需要哪些类型的晶体管？如何选择合适的型号？偏置电路又是如何设计的？书中能否给出一些实际操作的指导，或者是一些在实际工程中常见的注意事项？我期待这本书能够帮助我将理论知识转化为实际应用能力，让我能够理解为什么一个电子产品中的每一个芯片、每一个晶体管都扮演着如此重要的角色，并且能够初步地构思和分析简单的电子电路。

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