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出版者:Addison Wesley

作者:Robert F. Pierret

出品人:

页数:792

译者:

出版时间:1996-04-12

价格:USD 160.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780201543933

丛书系列:

图书标签:

• 半导体
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电子器件基础：深入剖析半导体技术的前沿与应用 本书导读 本书旨在为读者提供一个全面、深入且实用的电子器件基础知识体系，尤其侧重于对当前主流半导体技术及其应用领域的精细解读。我们聚焦于那些在现代电子系统、通信技术、能源转换以及先进计算领域发挥核心作用的器件原理、结构演变与性能优化策略。本书内容涵盖了从最基础的半导体物理特性到复杂的集成电路制造工艺中的关键环节，旨在构建读者对未来电子技术发展趋势的清晰认知。 第一部分：半导体材料科学与基本物理 本部分是理解所有现代电子器件的基石。我们将从晶体结构、能带理论入手，详尽阐述半导体材料（如硅、锗及第三代/第五族化合物半导体）的独特电学性质。 1. 半导体晶体结构与缺陷工程： 深入分析硅晶格的完美结构，以及掺杂（施主与受主）如何精确调控载流子浓度。重点讨论晶格缺陷、位错和杂质对器件寿命和可靠性的影响，以及通过退火和离子注入等技术进行缺陷工程的原理。 2. 载流子输运机制的精细化描述： 不仅仅停留在漂移和扩散的基本概念上。我们将探讨在强电场下的载流子热效应、载流子散射机制（声子散射、杂质散射）的温度依赖性，并引入蒙特卡洛（Monte Carlo）模拟方法来理解高频和纳米尺度下的实际输运现象。 3. 异质结理论与界面效应： 重点剖析不同材料半导体接触形成的能带弯曲，特别是PN结、肖特基结的建立与反向偏置下的雪崩击穿机制。对于异质结，深入研究能带错配、界面态密度（Interface State Density）对界面电荷的捕获与势垒高度的影响。 第二部分：关键有源器件的原理与结构演进 本部分将系统地介绍构成现代电子系统的核心有源器件，着重分析其设计理念和结构优化。 1. 二极管家族的深化研究： 整流与开关二极管： 详细分析PN结二极管的动态特性，如存储电荷效应、开关速度的限制因素。 齐纳（Zener）与隧道二极管： 阐述齐纳击穿与隧道效应的量子力学起源，及其在电压稳定和超高频振荡电路中的应用。 肖特基二极管（SBD）： 探讨金属-半导体接触的能带图，重点分析其低压降、快速恢复的优势及反向漏电流的来源。 2. 双极型晶体管（BJT）的精密建模： Ebers-Moll模型与混合 $pi$ 模型的局限性： 介绍这些经典模型在不同工作区间的适用性。 高频性能限制： 深入分析基极电阻、集电极-基极结的过渡电容以及载流子输运时间对$f_T$和$f_{max}$的影响。 HBT（异质结双极晶体管）： 重点讲解通过使用宽禁带材料（如AlGaAs/GaAs）如何有效抑制基极发射率下降，实现更高电流密度和更低噪声性能的物理机制。 第三部分：场效应晶体管（FET）的微缩化与新材料挑战 本部分聚焦于当前集成电路技术的主流——MOSFET，以及在后摩尔时代背景下新兴的沟道材料。 1. MOSFET的电学模型与工艺控制： 阈值电压的精确调控： 探讨源/漏掺杂、栅氧化层厚度（$T_{ox}$）以及栅材料对阈值电压（$V_{th}$）的影响，并引入薄膜下的亚阈值摆幅（Subthreshold Swing）分析。 短沟道效应（SCEs）： 详细分析DIBL（漏致势垒降低）、载流子速度饱和对晶体管输出特性曲线的扭曲，以及如何通过超薄体（UTB）和FinFET结构进行抑制。 2. FinFET架构的物理优势： 深入解析三维结构如何实现对沟道静电控制的显著提升，从而有效降低漏电流、提高开关速度，是当前高性能计算芯片的核心技术。 3. 新兴沟道材料： 探讨SOI（绝缘体上硅）技术的基本原理及其在降低寄生电容上的优势。此外，将引入二维材料（如MoS2）在超低功耗器件中的潜力分析，以及其界面化学和接触电阻带来的工程挑战。 第四部分：功率半导体器件与能源电子 本部分关注于处理高电压、大电流场景的器件，这是电动汽车、可再生能源并网等领域的核心。 1. 功率MOSFET（Power MOSFET）与IGBT： 导通电阻的权衡： 分析如何通过优化漂移区掺杂浓度和厚度来平衡耐压能力与导通电阻（$R_{DS(on)}$），并引入特定电导（Specific On-Resistance）的概念。 IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）： 阐述其结合了MOSFET的易驱动性和BJT的高电流密度，重点分析其“厚基区”导致的拖尾电流（Tail Current）问题及其在开关过程中的能量损耗。 2. 宽禁带半导体（WBG）的革命： 深入剖析碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）的物理优势——更高的击穿电场强度、更高的电子饱和迁移率和更好的热导率。重点讨论SiC MOSFET在高频开关下的性能表现，以及GaN HEMT（高电子迁移率晶体管）在功率密度和射频应用中的独特结构。 第五部分：器件可靠性、封装与测试基础 本部分从实际工程应用的角度，探讨器件的长期稳定性与制造良率。 1. 器件失效机制： 详述热载流子注入（HCI）、自锐化效应（Hot Carrier Effect）、电迁移（Electromigration）在金属互连线中的物理过程，以及静电放电（ESD）对薄氧化层器件的破坏机理。 2. 先进封装技术对电学性能的影响： 分析TSV（穿透式硅通孔）技术如何改变芯片级的信号完整性和热管理策略，以及这些结构如何引入新的电磁耦合和寄生效应。 3. 测量与表征： 介绍使用脉冲测量技术（如$I-V$曲线、瞬态响应测量）来准确评估器件的动态性能，特别是如何通过温度依赖性测试来分离不同导电机制的贡献。 总结与展望 本书的最终目标是使读者能够利用坚实的半导体物理基础，批判性地评估现有器件的性能极限，并前瞻性地理解下一代异质集成、类脑计算和量子器件设计中可能出现的物理挑战与工程机遇。本书内容深度适中，理论推导严谨，结合大量实例分析，是电子工程、微电子学及材料科学领域研究人员和高年级学生的理想参考书。

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这本书的封面设计给我留下了深刻的印象，色彩搭配沉稳而不失科技感，字体选择既现代又易于阅读。拿到手里，能明显感觉到纸张的质感相当不错，那种厚实而略带纹理的触感，让人在翻阅时有一种踏实的愉悦感。书脊的装订工艺也显得非常扎实，即便是经常翻阅，也不用担心书页松散的问题。我尤其欣赏作者在版式布局上的用心，大量的图表和公式被清晰地划分在不同的区域，留白处理得当，使得即便是在密集信息页，眼睛也不会感到疲劳。阅读过程中，我发现每章节的开头都有一个简短的引言，这极大地帮助我快速把握该章节的核心内容和学习目标，这种循序渐进的引导方式，对于初学者来说简直是福音。而且，书中的插图质量非常高，很多复杂的器件结构图和能带图都绘制得极其精细、准确，比许多在线资源上的模糊截图要清晰得多，这对于理解抽象的物理概念至关重要。总的来说，从物理接触到视觉体验，这本书在设计和制作层面上展现出了极高的专业水准，光是抚摸着它，就仿佛已经进入了半导体世界的殿堂，为接下来的深度学习做好了充分的心理准备。

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我对这本书内容的深度和广度感到非常惊喜，它似乎完美地平衡了理论的严谨性和实践的可操作性。它没有仅仅停留在概念的罗列上，而是深入探讨了每一个基本物理过程背后的数学推导和物理机制。例如，在讨论PN结的形成时，作者不仅给出了扩散电流和漂移电流的完整方程，还细致地解释了材料参数如何影响这些电流的相对大小，这比我之前接触的任何教材都要透彻。最让我印象深刻的是，书中对不同工作状态下器件特性的分析，不仅仅是给出了一张输入输出曲线，而是通过半物理模型，解释了为什么曲线会呈现出那样的形状，这种“知其所以然”的讲解方式，极大地提升了我对晶体管工作原理的直观理解。而且，作者非常巧妙地将一些现代器件（比如MOSFET）的起源和发展脉络穿插在基础概念的讲解中，使得学习过程不会显得枯燥乏味，而是充满了历史的厚重感和技术进步的张力。这本书的知识体系构建得非常完整，从最基本的载流子输运到复杂的半导体器件物理，逻辑链条紧密，几乎没有知识的“断层”，这对于系统性构建知识框架至关重要。

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对于任何希望在工程领域深耕的人来说，这本书提供的案例和习题部分是无价之宝。我发现，每章末尾的练习题设计得极富层次感，从基础概念的检验，到中等级别的参数计算，再到最后几道需要综合运用多个章节知识的“挑战性”大题，形成了一个非常有效的学习闭环。这些习题并非简单的数字代换，它们往往需要你对前文的理论有深刻的理解才能下手，尤其是那些涉及到器件尺寸微缩后效应的题目，简直是模拟实际工程问题的绝佳训练。更棒的是，书中似乎附带了详细的解题思路（或者至少是关键步骤的提示），这避免了我在卡壳时因找不到方向而感到沮丧。我特别喜欢作者在示例分析中引入的实际测量数据对比，这让我清晰地看到理论模型在真实世界中的局限性和适用范围，这对于培养批判性思维和工程上的保守估计能力至关重要。总而言之，这本书不仅仅是知识的传授者，更是一个高效的“技能锻造师”，通过大量的实践导向的练习，将书本知识转化为解决实际问题的能力。

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这本书的语言风格简直是一股清流，它成功地做到了“学术的精确”与“教育的亲切”之间的完美融合。作者的行文非常流畅自然，很少出现那种晦涩难懂的学术“黑话”，即使是引入新的复杂概念，也往往先用日常的类比或者非常直观的物理图像来铺垫，使得我在阅读时很少会因为不理解术语而卡住。我注意到，作者在阐述关键定义时，总是会使用加粗或者斜体进行强调，这在快速复习时非常实用，能够迅速定位核心信息。更值得称赞的是，书中穿插了大量的“作者注”或“深度思考”的小栏目，这些部分往往不是考试重点，但却是拓宽视野的绝佳窗口，它会引导读者思考一些前沿的或者更有争议性的技术点，让这本书的阅读体验远超一本标准的教科书，更像是一位资深教授在旁边耐心指导你进行学术漫游。这种平易近人又不失深度的叙述风格，极大地降低了半导体物理这门学科的入门门槛，让许多原本望而却步的同行都开始愿意拿起它进行深入研读。

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这本书的结构安排，体现了作者对教学法深刻的理解。它没有采取传统的先宏观后微观的顺序，而是采取了一种“聚焦-扩展-再聚焦”的策略。开篇并没有急于深入复杂的量子力学背景，而是首先建立了一个基于经典电磁学和载流子漂移扩散的直观图像，让读者先对“电荷是如何在半导体中移动”有一个感性认知。紧接着，才系统地引入了能带理论和费米能级等必要的量子基础。这种“先搭框架，再填砖瓦”的方式，使得我在学习高阶概念时，始终能将其锚定在一个已建立的物理图景之上，从而避免了陷入纯粹的数学公式迷宫。另外，本书在章节之间的过渡处理得非常平滑，你几乎感觉不到从一个主题跳跃到另一个主题，而是像沿着一条精心铺设的轨道自然前行。例如，从对材料本征特性的讨论，到掺杂和PN结的形成，再到最终的晶体管工作，每一步都是水到渠成的逻辑推进。这种整体性的布局，极大地提高了学习的效率和连贯性，让人有一种强烈的“一切尽在掌握”的掌控感，这在学习复杂的半导体物理领域中，是极其难得的体验。

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上课教材

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比中文书清楚容易一百倍啊 思路太清楚了

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basic principles.

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