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出版者:McGraw-Hill Science/Engineering/Math

作者:John Daniel Kraus

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:1999-01-01

价格:USD 154.80

装帧:Hardcover

isbn号码:9780072899696

丛书系列:

图书标签:

• 微电子
• Electromagnetics
• Electromagnetic Fields
• Electromagnetic Waves
• Applications
• Engineering
• Physics
• Antennas
• Microwaves
• Transmission Lines
• Maxwell's Equations

好的，这是一份关于一本名为《Advanced Semiconductor Devices: Physics and Modeling》的图书简介。 --- 《Advanced Semiconductor Devices: Physics and Modeling》 图书简介 在当今数字时代，半导体技术是所有电子设备和信息处理系统的基石。从智能手机到超级计算机，从医疗影像到航空航天控制系统，其核心都依赖于先进半导体器件的性能和可靠性。《Advanced Semiconductor Devices: Physics and Modeling》旨在为读者提供一个全面、深入的视角，探讨现代半导体器件的物理基础、关键特性以及精确的数学模型，从而指导下一代器件的设计、优化与制造。 本书内容结构严谨，从基础的半导体物理原理出发，逐步深入到复杂的器件结构、工作机制以及前沿的器件技术。它不仅关注理论的完整性，更强调理论与实际工程应用的紧密结合，为研究生、高级本科生以及半导体行业的研究人员和工程师提供了一份不可或缺的参考手册。 第一部分：半导体器件物理基础回顾与深化 本书首先对半导体基础知识进行了系统的回顾与提升，确保读者对本领域的核心概念有扎实的理解。 1. 晶体结构与能带理论的再审视： 详细阐述了晶体缺陷、掺杂的物理效应，并深入探讨了有效的质量概念，以及在强电场和量子限制下的能带结构变化，这对于理解亚微米尺度效应至关重要。 2. 载流子输运机制的深入分析： 重点讨论了漂移和扩散电流的经典模型，并扩展到高场下的速度饱和、载流子散射机制（包括声子散射、杂质散射和载流子-载流子散射），以及热效应在高速器件中的影响。此外，本书对隧道效应（如直接带隙和间接带隙材料中的电子-空穴隧穿）进行了详细的理论推导。 3. 欧姆接触与肖特基势垒： 详细分析了不同金属与半导体接触的形成机制，包括费米能级钉扎效应、界面态的影响，以及如何通过精确控制界面工程来优化接触电阻和势垒高度，这对器件的输入/输出特性至关重要。 第二部分：关键半导体器件的建模与仿真 本书的核心部分专注于当前主流和新兴半导体器件的物理模型构建，强调了如何将微观物理现象转化为可用于电路仿真的宏观数学方程。 4. MOSFET 的演进与深亚微米建模： 覆盖了从传统的结型场效应管到现代的增强型MOSFET。重点分析了短沟道效应（如阈值电压滚降、沟道长度调制）的物理根源，并详细介绍了强大的BSIM（Berkeley Short-channel IGFET Model）系列模型的演变，包括对亚阈值区的精确描述、载流子热效应模型以及对寄生效应的引入。 5. 功率半导体器件： 针对高功率、高效率应用，本书详细研究了IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）和功率MOSFET的动态特性。分析了PD (Punch-Through) 和 Non-PD 结构的差异，重点讨论了体阻抗调控（conductivity modulation）现象及其在关断过程中的影响，以及如何通过优化缓冲结（Buffer Layer）来提升耐压能力和降低导通损耗。 6. 双极性晶体管（BJT）的先进模型： 针对高速通信和射频应用，本书探讨了HBT（Heterojunction Bipolar Transistor）的工作原理。通过引入异质结处的能带突变，解释了如何利用材料工程（如InGaP/GaAs）来实现比传统硅基BJT更高的截止频率 ($f_T$) 和最大振荡频率 ($f_{max}$)。 第三部分：新兴与前沿半导体技术 本部分聚焦于突破硅基CMOS极限所需的新型器件结构和材料系统，展现了半导体领域的最新研究方向。 7. 互补金属氧化物半导体（CMOS）的极限挑战与超越： 探讨了当前硅基CMOS技术面临的功耗墙和速度瓶颈。详细分析了FinFET（鳍式场效应晶体管）的几何结构如何有效控制短沟道效应，以及其在静电控制方面的优势。同时，也涵盖了GAA (Gate-All-Around) 结构的最新进展和设计考量。 8. 内存器件的新范式： 深入研究了非易失性存储技术。MRAM（磁阻随机存取存储器）的自旋转移矩（STT）机制、热辅助磁随机存取存储器（TA-MRAM）的物理机制被详尽阐述。此外，对RRAM（电阻式随机存取存储器）的导电桥（CBRAM）和离子迁移机制也进行了细致的物理建模。 9. 宽禁带半导体器件： 详细介绍了GaN (氮化镓)和SiC (碳化硅)在功率电子中的关键作用。重点分析了HEMT (高电子迁移率晶体管)中二维电子气（2DEG）的形成机制、高电荷密度特性，以及这些材料在应对高温度和高功率密度挑战时的独特优势。 第四部分：器件可靠性与制造考量 本书的最后一部分将理论与实际工程制造的挑战相结合，讨论了器件在长期运行中的可靠性问题。 10. 重要的可靠性机制： 分析了影响器件寿命的关键物理过程，包括热载流子注入（HCI）、栅氧化层捕获效应（NBTI/PBTI），以及由于电迁移（Electromigration）导致的金属互连失效。本书提供了量化这些退化效应的经验模型和物理模型，帮助工程师设计出具有长使用寿命的产品。 11. 制造过程对器件性能的影响： 讨论了关键的半导体制造步骤（如掺杂、薄膜沉积、刻蚀）如何影响最终器件的电学特性和均匀性，强调了工艺窗口的控制在保证高性能集成电路制造中的核心地位。 总结 《Advanced Semiconductor Devices: Physics and Modeling》致力于成为一本综合性的教材和参考书，它不仅梳理了从经典到前沿的半导体器件物理知识，更提供了将这些知识转化为实际工程模型的路径。本书的严谨性、深度和广度，使其成为所有致力于推动下一代电子和信息技术发展的专业人士的必备工具。读者将通过本书掌握理解、设计和优化复杂半导体系统的理论框架和实用技能。

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例题和习题部分的质量，是衡量一本工程类教材是否合格的试金石，而这本书在这方面，表现得令人失望透顶。书后习题的难度分布极不均匀，很多题目仅仅是直接套用课本中推导出的最终公式，缺乏对物理概念深层次理解的考察，属于那种机械性的“代入计算”题。更糟糕的是，对于那些真正需要综合运用多个章节知识、体现物理意义的挑战性问题，书本提供的参考答案往往只有最终数值，缺乏详细的求解步骤和必要的物理图像解释。这使得学生在遇到困难时，完全无法从书本中获得有效的反馈和指导。我记得有几道关于坡印廷矢量在非均匀介质中流动的习题，解答中完全没有提及如何正确处理界面处的反射和折射的物理边界条件，只是给出了一个令人困惑的数字。这样的习题设计，不仅没有巩固学习，反而制造了更多的困惑，让人质疑这些例题是否经过了严格的教学实践检验，还是仅仅为了凑数而被简单堆砌起来的。好的习题应该能激发思考，而这里的习题，多数时候只是在消耗时间。

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内容组织上，这本书的逻辑跳跃性令人费解，缺乏一种平滑、渐进的学习曲线。它似乎假设读者已经对某些高级数学工具（比如特定的边界条件处理技巧或者傅里叶变换在高维空间中的应用）有着炉火纯青的掌握，然后就毫不留情地将读者抛入复杂的应用场景中。例如，在介绍波导理论时，对TM和TE模式的求解过程突然之间就从基础的亥姆霍兹方程分离，然后直接给出了复杂边界下的解，中间关于特征值的讨论和本征函数的正交性验证一带而过，显得非常仓促。对于一个初次接触这些概念的学生来说，这种“跳跃式”的教学方法是致命的，它没有提供足够的“脚手架”来支撑起后续更复杂的知识结构。我不得不频繁地翻阅其他经典教材，去寻找那些被本书遗漏的关键中间步骤和物理直觉的铺垫。这本书与其说是在“教”你电磁学，不如说是在“展示”作者已经掌握的知识体系，而没有真正去考虑学习者是如何构建这个体系的。这种傲慢的叙事方式，使得本书更像是一本高级研究者的参考手册，而非面向本科生或初级研究生的入门读物。

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作者的语言风格和术语使用缺乏一致性，这在跨越不同主题的章节中表现得尤为突出。有时候，作者会使用非常严谨、几乎是哲学层面的电磁场定义，强调“场”作为物理实在的本体论地位；然而，在接下来的章节中，又会突然切换到一种非常简化的、类似于电路理论的“黑箱”式描述，将复杂的电磁现象简化为一些未经充分定义的等效模型，这使得读者难以在宏观的系统层面和微观的场论层面之间建立起清晰的、统一的认知框架。这种风格上的不统一，让人感觉全书像是出自不同作者之手，或者至少是在不同写作心境下完成的拼凑。对于那些需要建立一个连贯、自洽的电磁学世界观的学习者来说，这种风格的摇摆不定令人不安，因为它模糊了“近似”和“精确”的界限。我们迫切需要的是一个从始至终都保持清晰定义的、一以贯之的教学语言，而不是在严谨的理论和粗糙的简化之间进行毫无预警的切换，这无疑增加了知识吸收的认知负荷。

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这本教材的排版和插图质量简直是灾难性的，让人不禁怀疑出版商是否对电磁学这门学科抱有最起码的尊重。首先，图文对照的混乱程度令人发指，很多关键的矢量图和场分布示意图模糊不清，细节缺失严重，常常需要对照着其他参考资料才能勉强理解作者试图表达的物理图像。更不用说那些公式的排版了，各种希腊字母、上下标的字体大小和间距设置得极其不协调，阅读起来就像在解密一份手写的、充满涂改的草稿。尤其在处理麦克斯韦方程组的微分形式和积分形式转换时，本应清晰明了的推导过程被糟糕的视觉呈现完全破坏了。我花了额外大量的时间去辨认那些本该一目了然的符号，这极大地拖慢了我的学习进度。如果作者和编辑团队在设计这门课程的视觉体验上投入的精力与他们对理论推导的投入成正比，那么这本书的实用价值可能会高出好几倍。对于需要通过视觉辅助来构建复杂电磁场概念的初学者来说，这本教材无疑是一道令人沮丧的门槛，它成功地将原本就抽象的物理概念，通过低劣的视觉设计，变得更加难以捉摸和难以接近。这本书在硬件层面的缺失，已经严重影响了其作为教学工具的有效性。

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关于实际应用案例的选取和讨论，这本书显得过于陈旧和脱离现实世界的最新发展。在处理诸如射频电路、微波工程或者电磁兼容性（EMC）这些与现代技术紧密相关的领域时，作者引用的例子和模型似乎停留在上世纪八九十年代的标准范式中。例如，谈到天线设计时，重点仍然放在经典的偶极子和环形天线，对于现代通信中至关重要的宽带、超材料或MIMO系统中的电磁耦合效应，几乎没有涉及，或者只是以极其简略的脚注带过。这让作为一名试图将所学知识应用于现代工程实践的学生感到极度脱节。电磁学是工程技术的基石，但如果教材不反映当前技术的前沿和挑战，那么它教授的知识很快就会贬值。这本书似乎更热衷于展示理论的完美性，而非其在动态变化的工程世界中的可操作性和适应性。如果我需要一本具有前瞻性的、能够指导我应对未来技术挑战的电磁学教材，我肯定不会选择这本，它在“Applications”（应用）这个词上，做得远远不够称职。

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