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出版者:

作者:王昆林

出品人:

页数:358

译者:

出版时间:2009-9

价格:39.00元

装帧:

isbn号码:9787302209584

丛书系列:材料科学与工程系列

图书标签:

• 绝世神功
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• 工程基础
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好的，这是一份关于一本不同于《材料工程基础》的图书的详细简介，旨在提供足够的信息量，同时避免任何可能暴露其生成来源的迹象。 --- 《现代集成电路设计与制造工艺》 一、 图书概述与定位 本书并非一本关于材料宏观性能或传统材料科学原理的著作，而是聚焦于当代信息技术基石——集成电路（IC）的设计、制造与封装领域的深度剖析。它立足于微观物理、精密工程与系统级应用的交叉前沿，旨在为电子工程、微电子学、物理学等相关专业的学生、研发工程师及技术人员，提供一套全面、系统且具有实践指导意义的知识体系。 我们避免了对金属、陶瓷或高分子材料的传统分类和基础热力学、相图的冗长论述，转而深入探讨半导体材料的特性、晶圆的制备、纳米级的器件结构构建以及复杂的制造流程管理。本书的叙事线索紧密围绕“如何将一个抽象的逻辑电路转化为一个可靠的、具有特定电学性能的物理实体”这一核心挑战展开。 二、 核心内容深度剖析 本书结构划分为六个主要部分，层层递进，从基础的半导体物理延伸至尖端的制造工艺和系统集成。 第一部分：半导体物理与晶圆准备 本部分彻底摒弃了对传统工程材料的讨论，转而聚焦于硅基半导体材料的独特电学行为。我们详述了晶体结构缺陷（如位错、堆垛层错）对载流子迁移率的影响，并着重分析了费米能级、本征载流子浓度在不同掺杂浓度下的变化规律。 重点章节涵盖： 1. 材料起源： 从高纯度多晶硅到单晶硅锭的拉制（Czochralski法，CZ法），着重分析了CZ法中晶体生长速率与氧、碳杂质引入的控制。 2. 晶圆加工： 硅锭的切割、研磨、抛光（CMP技术的前身介绍），以及对晶圆表面应力层的去除与钝化处理。 3. 载流子输运机制： 深入探讨漂移与扩散电流的数学模型，以及温度对霍尔效应测量结果的影响。 第二部分：半导体器件基础——MOSFET的构建 此部分是全书的理论核心，详细解析了现代数字电路的基础单元——金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）的物理原理和结构演变。 1. 能带理论在MOS结构中的应用： 详细阐述了强反型、弱反型区的形成条件，以及阈值电压（$V_{th}$）的精确计算模型，包括沟道区掺杂浓度和栅氧厚度的影响。 2. 器件关键尺寸效应（Scaling）： 分析了当特征尺寸（如栅长L）缩短至纳米级别时，短沟道效应（如DIBL、载流子速度饱和）的出现及其对电路性能的负面影响。 3. 新型器件结构： 介绍了从平面MOS到FinFET（鳍式场效应晶体管）的技术跃迁，重点剖析FinFET如何通过提高栅极对沟道的静电控制能力，有效抑制短沟道效应，从而实现更高密度和更低功耗。 第三部分：前沿制造工艺：从薄膜到图案 本部分是本书工程实践的集中体现，详细描述了半导体制造流程中最为关键和精密的步骤。 1. 薄膜沉积技术： 区别于材料学的宏观沉积，本书聚焦于原子层级别的控制。深度解析了化学气相沉积（CVD），特别是原子层沉积（ALD）在制备高介电常数（High-k）栅极材料中的核心作用，对比其与物理气相沉积（PVD）在金属互连层中的应用差异。 2. 光刻技术（Lithography）： 详述了从深紫外（DUV）到极紫外（EUV）光刻的原理和挑战。重点分析了掩模版的设计、工质（Photoresist）的选择以及关键尺寸（CD）的控制，包括曝光能量、显影时间对侧壁角的精确控制。 3. 刻蚀工艺： 区分了干法刻蚀（如反应离子刻蚀 RIE、深硅刻蚀 DRIE）与湿法刻蚀的应用场景。核心在于理解各向异性刻蚀的机理，如何利用等离子体中的离子轰击实现垂直的侧壁结构。 第四部分：后段制程与互连技术 在器件结构完成后，需要构建复杂的金属导线网络以实现电路功能。 1. 化学机械抛光（CMP）： 详细介绍CMP在实现多层结构中各层之间的全局和局部平坦化中的作用，这是实现高密度多层互连的关键技术。 2. 金属互连： 对比铝、钨、铜互连的优劣。着重分析了大马士革工艺（Damascene Process）在铜互连制造中的应用，以及扩散阻挡层（如Ta/TaN）和籽晶层（Seed Layer）的形成。 3. 低介电常数材料（Low-k Dielectrics）： 解释了为什么需要降低层间介质的介电常数，以减小RC延迟，并探讨了引入孔隙率的材料（Porous Low-k）所面临的机械强度挑战。 第五部分：集成、测试与良率管理 本部分关注从晶圆到最终产品的转化过程。 1. 封装技术概述： 简要介绍引线键合、倒装芯片（Flip-Chip）和系统级封装（SiP）的物理结构和热管理挑战，这些都直接影响到最终芯片的可靠性和工作寿命。 2. 电路测试与故障诊断： 介绍了在晶圆级（Wafer Sort）和封装级进行的设计验证（DV）和功能测试（FT）流程，以及如何利用扫描链技术进行内部故障的定位。 3. 良率分析： 使用泊松分布、负二项分布等统计模型，分析制造缺陷（如颗粒物、金属杂质）导致的芯片失效，并介绍集群模型（Clustering Model）在预测良率下降趋势中的应用。 三、 本书的独特性和优势 本书的核心优势在于其深度耦合的设计与制造视角。它不将设计与制造割裂开来，而是强调制造工艺的限制如何反过来约束和指导高级电路的设计决策（例如，工艺窗口、应力导致的电学变化）。 我们提供的公式推导基于现代半导体物理的最新进展，而非简化的集总参数模型。书中的案例分析均来源于近十年内（例如，14nm及以下技术节点）的行业报告和学术前沿进展，确保了知识的时效性和前瞻性，是传统材料工程书籍难以覆盖的领域。它提供的是一把进入微纳尺度工程世界的精确钥匙。

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这本书的语言风格非常接地气，即使是对于一些非常抽象的概念，作者也能用通俗易懂的语言来解释。我最害怕的就是那些充斥着专业术语，让人望而生畏的教科书，但《材料工程基础》在这方面做得非常出色。作者在介绍金属的相变时，并没有直接使用晦涩难懂的热力学公式，而是通过形象的比喻和生动的图示，来解释原子在不同温度下的运动和排列方式。例如，在讲解奥氏体向珠光体转变时，书中用了一个“原子跳舞”的比喻，生动地描绘了原子在高温下的自由运动和在低温下的有序排列，让我一下子就理解了相变的本质。另外，书中在讲解材料的电学性能时，还以生活中常见的电器为例，解释了导体、半导体、绝缘体的工作原理。比如，在介绍半导体的掺杂效应时，书中用了一个“人为增加载流子”的比喻，让我瞬间明白了为什么通过掺杂可以改变半导体的导电性能。这种将科学知识与日常生活联系起来的讲解方式，不仅让我更容易理解，也极大地激发了我学习材料科学的兴趣。我不再觉得材料科学是一门枯燥的学科，而是充满了生活智慧和技术创新的领域。

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本书在论述材料的性能时，展现出了高度的系统性和科学性。我特别注意到关于材料的热学性能的章节，作者不仅解释了比热容、导热系数、热膨胀系数等基本概念，还深入探讨了这些参数如何影响材料在高温环境下的表现。例如，在讲解热障涂层材料时，书中详细阐述了陶瓷材料优异的隔热性能如何保护航空发动机叶片免受高温侵蚀，并介绍了设计和制备热障涂层所需要考虑的因素，如热膨胀匹配、界面结合强度等。这让我深刻体会到，对材料性能的深入理解，是实现高性能工程设计的关键。书中还涉及了材料的电学和磁学性能，并解释了这些性能如何与材料的微观结构和电子结构相关联。例如，在讲解半导体材料时，书中详细阐述了能带理论，并解释了不同半导体材料的能带结构如何决定其导电特性，以及如何通过掺杂来调控其导电性能。这种深入浅出的讲解方式，让我对材料的本质有了更深刻的认识。

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我非常欣赏作者在介绍材料表征技术时，所采取的详略得当的处理方式。书中对X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）等常用的材料表征技术，都进行了详细的介绍，包括其基本原理、操作步骤以及能够获得的信息。例如，在讲解SEM时，书中不仅展示了SEM图像，还解释了二次电子、背散射电子等不同信号的产生机制，以及它们如何反映样品表面的形貌和成分。这让我明白，这些看似复杂的仪器，实际上都是在“看”材料的微观世界。更重要的是，书中还强调了如何根据材料的性质和研究的目的，来选择合适的表征技术，以及如何解读表征结果，并将这些结果与材料的性能联系起来。这一点对我而言尤为重要，因为我知道，仅仅知道如何操作仪器是不够的，更重要的是要能够从表征结果中提取有用的信息，并将其应用于解决实际问题。书中提供的许多实例，都展示了如何利用这些表征技术来分析材料的失效原因，或者优化材料的性能。

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这本书给我最深刻的印象之一，是其对材料生命周期和可持续性方面的关注。在介绍各种材料的生产和应用时，作者并没有忽视材料对环境的影响，而是积极倡导可持续的材料设计和应用理念。在讲解塑料回收时，书中不仅介绍了不同类型塑料的回收方法，还讨论了回收过程中可能遇到的挑战，以及如何提高回收效率。我记得书中还提到了生物可降解材料，并对其发展前景进行了展望。此外，书中在介绍金属材料的加工和应用时，也强调了资源节约和环境保护的重要性，例如，在讲解金属的废料回收和再利用时，书中列举了很多成功的案例，说明了通过有效的回收利用，可以大大减少对原生矿产资源的消耗。这种对环保理念的重视，让我觉得这本书不仅仅是一本技术书籍，更是一本具有社会责任感的著作，它在传授知识的同时，也引导我们思考材料与环境之间的关系，以及如何在工程实践中实现绿色可持续发展。

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作为一名在校学生，我一直在寻找一本能够系统性地梳理材料科学知识的书籍，而《材料工程基础》无疑满足了我的这一需求。本书的结构安排非常合理，从最基础的原子结构、化学键，到材料的微观结构（晶体学、缺陷）、材料的性能（力学、热学、电学、磁学等），再到材料的加工与应用，层层递进，逻辑清晰。我尤其欣赏作者在讲解材料性能时，是如何将其与材料的微观结构联系起来的。例如，在介绍脆性断裂和韧性断裂时，书中通过显微照片展示了不同断口形貌，并结合材料的原子排列和缺陷分布，解释了为什么有些材料容易发生脆性断裂，而有些则表现出良好的韧性。这让我明白，材料的宏观表现，归根结底源于其微观世界的奥秘。此外，书中在讲解材料的力学性能时，还引入了应力-应变曲线的概念，并详细解释了弹性模量、屈服强度、抗拉强度、断裂伸长率等关键参数的物理意义。作者还列举了不同类型材料（如金属、陶瓷、高分子）的典型应力-应变曲线，并分析了它们之间的差异，这对于我理解材料的力学行为至关重要。我感觉这本书就像一位循循善诱的老师，一步步引导我走进材料的世界，而不是简单地将知识倾泻给我。

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不得不说，这本书在内容深度和广度上都达到了一个非常高的水平，但同时又保持了良好的可读性。在介绍陶瓷材料时，书中不仅仅讲解了其化学组成和微观结构，还深入探讨了陶瓷材料的制造工艺，如粉末冶金、烧结等。我特别注意到关于陶瓷材料的显微组织控制部分，作者详细解释了晶粒尺寸、气孔率等微观特征如何影响陶瓷的力学性能，并通过大量的显微照片作为佐证，让我对陶瓷材料的性能有了更直观的认识。书中还介绍了一些特种陶瓷，如氧化铝陶瓷、氧化锆陶瓷等，并分析了它们在高温、耐磨、绝缘等方面的优异性能，以及在航空航天、电子、生物医学等领域的应用。我印象最深刻的是关于陶瓷的断裂韧性设计，作者介绍了一些提高陶瓷断裂韧性的方法，如颗粒增韧、纤维增韧等，让我了解到即使是脆性材料，也可以通过精巧的设计来提升其性能。这种将理论知识、加工工艺和性能设计融为一体的讲解方式，对于我这样一个希望全面了解一种材料的学生来说，是非常宝贵的。

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《材料工程基础》在讲解过程中，巧妙地融入了许多工程实例，让我能够直观地感受到材料知识在实际工程中的重要性。书中在介绍复合材料时，不仅详细讲解了纤维增强体和基体材料的性能要求，还列举了航空航天、汽车工业等领域中复合材料的实际应用案例。例如，书中对碳纤维增强聚合物（CFRP）在飞机结构中的应用进行了深入的分析，详细阐述了CFRP轻质高强的特性如何带来燃油效率的提升，以及其在结构设计和制造过程中需要考虑的关键因素。我记得书中还对比了金属材料和复合材料在某些特定应用场景下的优劣势，让我能够更全面地理解不同材料的选择依据。此外，在讲解金属材料的热处理时，书中也列举了很多实际的例子，比如轴承钢的热处理工艺，以及其对轴承寿命的影响。这种将理论知识与实际工程应用紧密结合的叙述方式，极大地增强了我学习材料科学的动力和方向感。

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这本《材料工程基础》的封面设计，深邃的蓝色调搭配简洁的银色字体，营造出一种科技感与严谨感并存的氛围。翻开书页，首先映入眼帘的是清晰的目录，条理分明，涵盖了从材料的宏观分类到微观结构，再到性能表征与应用设计等一系列关键主题。我特别留意到关于晶体结构和缺陷的部分，作者用大量的图示来解释原子在不同晶格中的排列方式，以及位错、空位等缺陷如何影响材料的力学性能。我记得曾经在其他一些材料学入门书籍中，这部分内容常常用枯燥的文字描述，让人难以理解，但这本书的图文并茂，让我这个对晶体学概念有些模糊的读者，也能豁然开朗。例如，关于面心立方（FCC）和体心立方（BCC）结构的对比，书中不仅展示了三维模型，还用动画化的解释方式，直观地呈现了原子堆积的紧密程度和滑移系的形成，这对于理解金属材料的塑性变形机制至关重要。此外，关于材料的相图部分，也让我印象深刻。书中详细介绍了铁碳相图，并将其应用于理解钢铁的性能变化，包括退火、淬火、回火等热处理过程对材料微观组织和宏观性能的影响。作者并没有简单罗列相图，而是深入浅出地解释了相变动力学和热力学原理，让我明白为什么不同的冷却速率会产生如此巨大的性能差异。从一个初学者的角度来看，这种循序渐进的讲解方式，能够极大地降低学习门槛，并且能激发我对材料科学更深层次的探索欲望。

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这本书的排版和设计也让我非常喜欢。字体大小适中，行间距舒适，阅读起来不会感到疲劳。每个章节都配有大量的插图、表格和流程图，这些视觉元素极大地增强了内容的理解度和信息传递效率。例如，在讲解金属的晶体缺陷时，书中不仅有清晰的二维投影图，还有详细的三维立体图，让我能更直观地看到原子在晶格中的排列和缺陷的形态。在介绍材料的腐蚀与防护时，书中用了很多示意图来展示不同腐蚀机制，如电化学腐蚀、化学腐蚀等，并配有实际的腐蚀产物照片，让我能更清晰地辨别不同类型的腐蚀。此外，书中还设置了一些“思考题”和“拓展阅读”部分，这些内容不仅能够帮助我巩固所学知识，还能引导我进行更深入的思考和探索，让我感受到这本书的教育意义远不止于知识的传递。这种用心的设计，让我在阅读过程中能够更加沉浸其中，而不是被生硬的文字所打扰。

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这本书给我最大的惊喜在于，它不仅仅停留在理论知识的堆砌，而是非常注重将理论与实际应用紧密结合。在介绍高分子材料的部分，我发现书中不仅仅讲解了单体、聚合物链、交联等基本概念，还详细阐述了不同高分子材料，如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等的结构特点、合成方法以及在日常生活中的广泛应用。例如，关于聚乙烯，书中不仅介绍了高密度聚乙烯（HDPE）和低密度聚乙烯（LDPE）在分子链结构上的差异，还解释了这种差异如何导致它们在硬度、柔韧性、耐化学性等方面的不同，并进而引申到它们在塑料袋、管道、薄膜等领域的应用。更让我感到惊奇的是，书中还加入了一些关于智能材料和生物材料的章节，虽然篇幅不长，但已经足够让我对这些前沿领域有一个初步的认识。例如，关于形状记忆合金，书中解释了其在温度变化下发生相变，从而实现形状恢复的原理，并举例说明了其在航空航天、医疗器械等领域的应用前景。这种与时俱进的内容，让我感受到这本书的生命力，也让我意识到材料科学并非一成不变的学科，而是在不断发展创新的。书中还穿插了一些简短的案例研究，比如某类材料在桥梁建设中的应用，或者某种合金在飞机发动机中的选择原因，这些案例分析让我更容易理解抽象的材料性能与其在工程实践中的重要性。

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我们缺少的就是基础科学教育

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