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出版者:

作者:Bosch, Robert

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:2001-8

价格:$ 28.19

装帧:

isbn号码:9780837604817

丛书系列:

图书标签:

• Automotive Electronics
• Microcontrollers
• Sensors
• Communication Protocols
• ECU
• Embedded Systems
• CAN Bus
• LIN Bus
• Automotive Engineering
• Reliability

《现代半导体器件物理与应用》 书籍简介 本书深入探讨了现代半导体材料的物理特性、关键器件的工作原理及其在当代电子系统中的广泛应用。全书内容聚焦于半导体科学的前沿进展，旨在为读者提供一个全面、深入且具有实践指导意义的知识体系。 第一部分：半导体基础物理与材料科学 本部分奠定了理解先进电子器件的理论基础。我们首先回顾了固态物理学的核心概念，特别是能带理论、载流子输运机制（如漂移与扩散）以及杂质能级对半导体电学性能的影响。 接着，我们详细剖析了硅（Si）、砷化镓（GaAs）、氮化镓（GaN）和碳化硅（SiC）等关键半导体材料的特性。对这些材料的晶体结构、电子迁移率、击穿场强以及热导率进行了深入的比较分析，突出了它们各自在特定应用场景中的优势与局限。特别关注了宽禁带半导体（WBG）在功率电子领域中的崛起，解释了其优异性能背后的物理机制。 此外，本书对半导体异质结的形成、界面态的影响以及量子尺寸效应进行了详尽的阐述。通过分析PN结、肖特基结的能带图，读者将能够掌握半导体器件的内在物理机制。 第二部分：核心半导体器件的工作原理 本部分是全书的核心，系统性地介绍了各类基础和先进半导体器件的设计、制造工艺及其操作特性。 晶体管技术： MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）： 详细讲解了MOS结构（栅介质、栅电极、半导体基底）的电容-电压（C-V）特性曲线，以及器件工作在亚阈值区、线性区和饱和区时的精确数学模型。特别深入探讨了短沟道效应（DIBL、阈值电压滚降）的物理根源，并介绍了现代CMOS技术中为克服这些效应所采用的先进结构，如SOI（绝缘体上硅）和FinFET（鳍式场效应晶体管）。 BJT（双极性结型晶体管）： 阐述了晶体管的电流放大机制，重点分析了Ebers-Moll模型及其在电路仿真中的应用。对于功率BJT，讨论了存储时间、第二次击穿等关键参数的限制。 新兴晶体管结构： 简要介绍了隧道场效应晶体管（TFETs）和负电容FET（NC-FETs）等低功耗器件的前景及其物理挑战。 功率半导体器件： 功率MOSFET与IGBT（绝缘栅双极晶体管）： 针对高压、大电流应用，本书区分了功率器件与小信号器件的设计哲学。详细分析了垂直结构（如VDMOS）的导通电阻（$R_{DS(on)}$）优化，以及如何通过优化漂移区掺杂和厚度来平衡击穿电压与导通损耗。IGBT作为电压驱动型高功率器件，其导通特性、拖尾电流以及关断过程中的应力分析被作为重点进行讲解。 快速恢复二极管（FRD）： 阐述了超快恢复二极管（UFRD）在提高开关效率中的作用，特别是其反向恢复电荷（$Q_{rr}$）对系统损耗的影响。 光电子器件： 半导体激光器（LD）： 探讨了光发射的受激辐射原理、谐振腔设计以及阈值电流的确定。重点分析了分布反馈（DFB）激光器和垂直腔面发射激光器（VCSEL）的结构特点。 光电探测器： 覆盖了PIN光电二极管和雪崩光电二极管（APD）的工作原理，讨论了量子效率、响应速度和噪声特性。 第三部分：半导体制造工艺与集成技术 本部分从微观层面揭示了现代集成电路（IC）的诞生过程，强调了工艺技术对器件性能的决定性影响。 基础工艺流程： 本书按照晶圆制造的典型流程展开，涵盖了从衬底准备到最终封装的各个关键步骤。详细讨论了薄膜沉积技术（如LPCVD、PECVD、ALD），材料蚀刻工艺（干法与湿法，重点介绍反应离子蚀刻RIE的各向异性控制），以及离子注入（掺杂）的能量与剂量控制。 光刻技术： 作为决定集成度与成本的核心技术，光刻章节进行了深入分析。讲解了光的衍射极限、数值孔径（NA）对分辨率的影响，以及先进光刻技术（如浸没式光刻、EUV光刻）为突破瑞利判据限制所采用的掩模版、光刻胶化学和对准技术。 互连与封装： 金属化技术： 阐述了从铝互连到铜互连的演变，重点分析了化学机械抛光（CMP）在实现多层互连和填充沟槽中的关键作用。讨论了由于电迁移（Electromigration）和寄生电阻/电容对高速电路性能带来的挑战。 先进封装： 介绍了芯片级封装（CSP）、倒装芯片（Flip Chip）技术，以及3D集成（如TSV——穿硅通孔）如何通过缩短互连长度来提高系统速度和效率。 第四部分：可靠性、测试与器件表征 本部分关注如何确保半导体器件在长期运行中的稳定性和性能。 器件失效机制： 深入分析了导致器件寿命终结的主要物理机制，包括热载流子注入（HCI）、偏压温度不稳定（BTI）、栅氧化层击穿（TDDB）以及静电放电（ESD）的防护设计。 测量与表征技术： 介绍了多种用于表征半导体器件的电学和物理工具。重点讲解了探针台测试（Probe Station Testing）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）在微观结构分析中的应用，以及网络分析仪和示波器在高速器件时域/频域参数提取中的作用。 本书结构严谨，理论与实践相结合，内容覆盖了从基础物理到先进制造的全光谱，是致力于理解和设计下一代电子系统的工程技术人员、研究人员和高年级学生的理想参考书。

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坦白讲，这本书的阅读门槛不低，它假设读者已经具备了相当的电子工程背景。但如果你能跟上作者的思路，你将收获巨大的回报。我特别留意了关于功能安全（ISO 26262）在微电子设计层面如何落地的章节。这部分内容写得极其到位，它不仅解释了安全等级（ASIL）的要求，还具体展示了冗余架构和错误检测机制是如何通过硬件逻辑实现的。这不再是枯燥的法规条文解读，而是纯粹的工程实践。我尤其欣赏作者在介绍新型存储技术，如MRAM或RRAM在汽车应用中的潜力和限制时的那种客观和批判性的态度。他没有盲目推崇新技术，而是务实地分析了它们在汽车环境下的寿命、成本和性能平衡点。这本书为我提供了一个思考“如何设计一个在未来十年内都不会被淘汰的电子模块”的完整框架。

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这本《Automotive Microelectronics》的书，说实话，从目录上看，它的内容覆盖范围相当广阔，让人不禁对现代汽车电子系统的复杂性有了更深层次的认识。我最欣赏的一点是它对基础理论的阐述，特别是关于传感器和执行器接口的章节，写得非常扎实。作者似乎花了大量篇幅来解释那些我们习以为常的电子元件在严苛的汽车环境（比如极端的温度变化和振动）下是如何保持稳定和可靠性的。书中不仅提到了半导体工艺的选择，还深入探讨了功率管理IC的设计哲学。我记得有一章专门讲了故障诊断和安全机制，这部分内容对于任何想深入了解汽车电子系统可靠性的人来说都是宝贵的资料。它没有停留在表面概念的介绍，而是提供了大量的实际案例和电路拓扑图，这使得抽象的理论知识变得触手可及。整本书的结构组织得非常清晰，逻辑衔接自然，读起来就像在跟随一位经验丰富的工程师逐步拆解一个复杂的ECU一样，让人感到既充实又过瘾。

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初拿到这本书时，我本来有些担心它会不会过于偏重某一个特定的领域，比如只谈ADAS或者只谈动力总成控制。然而，阅读体验完全超出了我的预期。它以一种非常宏观又兼顾细节的视角，构建了一个完整的汽车微电子生态系统图谱。尤其让我印象深刻的是它在网络通信部分的处理方式。不同于一些只介绍CAN或LIN协议的书籍，这里探讨了面向未来的以太网在车载网络中的应用潜力，甚至涉及到了安全隔离和实时性保证的挑战。作者对低功耗设计策略的讨论也极具洞察力，毕竟在电动汽车时代，每一毫瓦的能耗优化都至关重要。我发现自己经常需要停下来，对照着书中的流程图思考，这种主动的思考过程极大地巩固了知识点。这本书的文字风格非常严谨，但又不失启发性，它更像是一本为行业资深人士准备的参考手册，而非入门教材，这一点从其对算法和硬件协同设计的深入剖析中就能看出来。

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这本书的排版和图表质量堪称一流，这对于技术深度如此之高的书籍来说至关重要。那些复杂的系统框图和IC内部结构图，都清晰地展示了各个功能模块之间的依赖关系，使得理解系统级的集成变得相对容易。我对其中关于电源管理和热管理策略的描述印象尤其深刻。在电动汽车高压系统日益普及的今天，如何有效管理电池管理系统（BMS）中的功率器件热点，这本书给出了非常前沿且实用的设计指南。它详细剖析了基于GaN和SiC技术的功率器件在车载充电器和逆变器中的应用优势与挑战，这部分内容对于我目前正在进行的项目具有直接的指导意义。总的来说，这本书的价值在于它成功地将高层级的系统需求，转化为了具体的芯片级设计决策，架设了从汽车需求到硅片实现之间的关键桥梁。

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阅读这本书的过程，感觉就像是接受了一次顶尖汽车电子专家的“私教课”。它最让我感到惊喜的是对软件和硬件协同优化的探讨。很多同类书籍会把固件和硬件设计割裂开来，但《Automotive Microelectronics》却强调了这一点：优秀的电子系统设计必然是软硬一体的。例如，书中对实时操作系统（RTOS）在多核微控制器上的调度机制如何影响底层硬件访问效率的分析，就非常精辟。此外，关于半导体制造工艺节点的演进对汽车电子成本结构的影响，作者也进行了深入的量化分析，这使得读者不仅理解了技术本身，也理解了其背后的商业逻辑。这本书的深度和广度，使得它不仅是一本技术参考书，更像是一部关于未来汽车电子架构演进的路线图，读完后，我感觉自己对未来汽车电子行业的发展方向有了更清晰的预判。

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