Nanotechnology for Electronic Materials and Devices pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Korkin, Anatoli (EDT)/ Gusev, Evgeni (EDT)/ Labanowski, Jan (EDT)/ Luryi, Serge (EDT)

出品人:

页数:378

译者:

出版时间:2006-11

价格:$ 247.47

装帧:

isbn号码:9780387233499

丛书系列:

图书标签:

• 纳米技术
• 电子材料
• 电子器件
• 纳米电子学
• 材料科学
• 纳米制造
• 器件物理
• 新兴技术
• 微电子学
• 应用物理

晶体管的微观世界：硅基半导体器件的物理与制造工艺 本书聚焦于现代电子工业的基石——硅基半导体晶体管，深入探讨其从基础物理原理到先进制造工艺的完整体系。本书旨在为电子工程、材料科学以及物理学领域的研究人员、工程师和高阶学生提供一份详尽而实用的参考指南。 第一部分：半导体物理基础与晶体管结构 第一章：硅的电子结构与能带理论 本章首先回顾了固体物理学的基本概念，重点阐述了晶体结构、布拉维晶格以及晶体周期性势场中的电子行为。随后，深入解析了硅（Si）作为四价半导体的能带结构——价带、导带的形成及其费米能级的确定。我们将详细讨论本征硅的载流子浓度、迁移率，并引入有效质量的概念，以描述电子和空穴在晶格中的运动特性。对温度依赖性的讨论将揭示材料在不同工作环境下的电学行为。 第二章：掺杂与载流子控制 本章系统地介绍了P型和N型掺杂的原理。对第五族元素（如磷、砷）和第三族元素（如硼、镓）在硅晶格中的取代机制、施主能级和受主能级的能量位置进行了精确的物理建模。重点分析了平衡状态下的载流子分布（如费米-狄拉克统计），并引入了电中性原理在非简并和简并半导体中的应用。此外，本章还将探讨高浓度掺杂对材料电阻率和载流子迁移率的负面影响，包括载流子散射机制的改变。 第三章：PN结的建立与基本特性 PN结是所有晶体管的基础。本章从能带图的角度，详细推导了热平衡时内建电场的形成、耗尽区宽度及其电势的分布。随后，我们将分析PN结在外加偏压（正向、反向）下的I-V特性曲线，深入解释扩散电流和漂移电流的主导作用。对于反向偏置下的击穿现象（雪崩击穿与齐纳击穿），本书将提供详细的物理机制分析和临界电场计算方法。 第四章：MOS结构：电容与界面态 金属-氧化物-半导体（MOS）结构是场效应晶体管的核心单元。本章侧重于分析理想MOS电容器的特性。通过静电学分析，我们将推导耗尽型、增强型器件的电容-电压（C-V）曲线，明确区分积累态、平带、耗尽态和反型态的物理判据。特别地，本章将详尽探讨界面态（Interface Traps）对器件性能，特别是阈值电压的显著影响，以及如何通过高品质的二氧化硅（SiO2）生长工艺来最小化这些缺陷。 第二部分：场效应晶体管（FET）的工作原理与模型 第五章：MOSFET：工作原理与基本模型 本章将MOS结构扩展到实际的场效应晶体管（MOSFET）。重点阐述栅极电压如何通过场效应来调制源漏之间的沟道导电性。我们将推导晶体管的跨导特性，从线性区（欧姆区）到饱和区（恒流区）的电流-电压（I-V）关系。经典的“平方律”模型将被详尽推导，并讨论沟道长度调制效应及其对饱和区输出电阻的影响。 第六章：亚微米器件中的短沟道效应 随着特征尺寸的缩小，传统长沟道模型失效。本章深入剖析了短沟道效应（SCEs），包括阈值电压随沟道长度的降低（DIBL）、载流子速度饱和（Velocity Saturation）以及载流子注入问题。针对这些挑战，本书将介绍改进的模型，如基于常数场强近似的模型，以及为提高控制力而设计的结构，如SOI（绝缘体上硅）技术。 第七章：器件参数提取与非理想效应 本章侧重于从实际测量的I-V数据中提取关键的晶体管参数，如跨导($g_m$)、输出电阻($r_o$)、阈值电压($V_{th}$)和亚阈值斜率（Subthreshold Slope）。我们将详细讨论亚阈值区的弱反型导电机制，并分析温度和高频操作对这些参数的影响。此外，本章还会介绍载流子陷阱效应、热载流子注入（HCI）导致的长期可靠性问题。 第三部分：先进晶体管结构与制造工艺基础 第八章：CMOS电路原理与功耗分析 互补金属氧化物半导体（CMOS）技术是数字电路的核心。本章解释了PMOS和NMOS晶体管如何结合以实现逻辑反相器、NAND和NOR门。重点分析了CMOS器件的静态功耗和动态功耗来源，并引入了短路功耗的概念。nMOS和pMOS器件尺寸失配（W/L比）对逻辑阈值电压和噪声容限的影响将被量化分析。 第九章：先进沟道材料与高K/金属栅极技术 传统SiO2栅氧在极小尺寸下漏电流过大。本章详细介绍了“High-k/Metal Gate”（HKMG）技术，解释了为何使用更高介电常数的材料（如HfO2）来有效增加物理栅氧厚度，同时保持电学厚度不变。对不同高K材料的介电常数、界面陷阱密度、以及与硅界面相容性的比较分析将是本章的重点。此外，本书还将简要介绍硅锗（SiGe）在沟道工程中的应用。 第十章：FinFET与2D材料晶体管的展望 本章探讨了平面CMOS结构向三维结构过渡的必然性。详细分析了FinFET（鳍式场效应晶体管）的结构优势，特别是其对短沟道效应的优异控制力，以及如何通过调整“鳍片高度”和“鳍片宽度”来精细调控阈值电压。最后，本书将展望新兴的二维（2D）材料晶体管（如MoS2、WSe2），讨论其超薄沟道带来的潜在优势和当前面临的制造挑战。 第十一章：半导体器件制造基础：从光刻到刻蚀 本章系统回顾了集成电路制造的核心流程。我们将详述光刻（Photolithography）的原理，包括光刻胶的选择、曝光、显影过程，以及分辨率的限制。随后，深入探讨干法刻蚀技术（如RIE、DRIE）在定义器件几何结构中的关键作用，包括各向异性刻蚀与侧壁保护层的形成。本章还将涵盖薄膜沉积技术（如CVD、PVD）在制造过程中的应用，为理解晶体管的物理结构提供工艺背景。

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说实话，这本书的阅读体验有点像在听一场顶尖的学术报告会，信息密度极高，但表达方式又充满了洞察力。作者的文字风格是那种典型的学者型叙事，措辞精准，用词考究，绝不含糊其辞。它没有采用那种为了吸引眼球而故意制造的悬念或夸张的语气，而是通过对事实和原理的深刻剖析来展现其价值。在某些章节，比如涉及纳米线阵列的垂直集成技术时，我甚至需要放慢速度，反复咀嚼那些描述电流传输机制的句子。它迫使你停下来，不仅仅是“知道”了某个结论，而是真正去“理解”了背后的物理机制。这种对深度和准确性的执着追求，使得这本书的权威性毋庸置疑。它不是那种读完就忘的快餐读物，而是一本需要时间去消化、去反思的深度著作，非常适合希望在相关领域建立起坚实理论基础的研究生或资深研发人员。

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这本书最让我感到振奋的是其对未来趋势的预见性，它不仅仅是在总结现有技术，更是在描绘一个正在到来的世界。作者花了相当大的篇幅来探讨下一代电子设备，比如基于自旋电子学的非易失性存储器，以及利用生物相容性纳米材料进行的体内诊断系统。这些内容不仅具有高度的前瞻性，更重要的是，作者将这些宏大的未来图景，巧妙地与当前的材料科学进展和工程挑战联系起来。他不是在空谈科幻，而是在指出，要实现这些未来设备，我们必须在当前哪些基础材料和制造工艺上取得突破。这种由远及近的视角，极大地激发了我对未来研究方向的思考。这本书就像是一把钥匙，它不仅打开了理解当代纳米电子学的门，更指向了未来十年甚至更长时间内的科研热点和技术制高点，绝对是这个领域内不可多得的精品。

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这本书的封面设计得相当有质感，那种深邃的蓝色背景配上一些未来感的电路图纹理，一下子就抓住了我的眼球。我原本以为这会是一本晦涩难懂的纯理论著作，毕竟“纳米技术”和“电子材料”这两个词听起来就够硬核了。然而，翻开目录才发现，作者的叙述方式非常平易近人。它似乎并没有将重点放在那些复杂到令人头皮发麻的量子力学推导上，而是更侧重于从应用的角度去阐述。比如，开篇关于石墨烯在柔性显示器中的潜力分析，简直是妙笔生花，用了很多生动的比喻来解释其独特的电子迁移率特性。我尤其喜欢它对当前半导体制造瓶颈的梳理，作者似乎是一位身处行业前沿的观察者，他没有停留在教科书式的描述，而是深入探讨了如何利用纳米尺度效应来突破摩尔定律的桎梏。读完前几章，我感觉自己对下一代存储技术和传感器阵列的理解，已经提升到了一个新的层次，这可比我过去啃那些老旧的材料科学教材来得高效多了。

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我得承认，我对这本书的期望值其实并不算太高，毕竟市面上关于新兴技术的书籍鱼龙混杂，很多都是拼凑或过度美化的产物。但是，这本书在数据和案例的严谨性上，给我带来了极大的惊喜。它引用的实验数据和仿真结果都非常详尽，图表制作精良，逻辑清晰。比如，在介绍量子点发光二极管（QLED）的稳定性问题时，作者不仅指出了当前面临的氧化挑战，还详细对比了不同封装技术在长期运行中的衰减曲线，这对于我们做产品选型的人来说，简直是宝贵的参考资料。更让我赞叹的是，它对“工程实现”的关注，而不是仅仅停留在“科学发现”层面。作者似乎非常懂得一线工程师的痛点，他会告诉你，一个实验室里的奇迹，要转化为可靠的商业产品，中间隔着多少道工艺难关。这种务实精神贯穿全书，使得这本书不仅仅是一本理论参考书，更像是一本高级工程师的实战手册，阅读过程中时不时会有一种“原来如此”的豁然开朗感。

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这本书的结构安排简直是教科书级别的典范，它构建了一个从微观到宏观、从基础到前沿的完整知识体系。它的逻辑推进非常自然，你会发现前一个章节讨论的材料特性，会成为后一个章节讨论器件性能的基础。我特别欣赏作者在过渡章节的处理，他非常善于设置承上启下的桥梁，确保读者不会在知识的跳跃中迷失方向。例如，在讨论了新型二维材料的制备方法后，紧接着就展开了它们在高效光捕获方面的应用，这种紧密的逻辑关联，极大地降低了学习的认知负荷。读起来完全没有那种生硬的章节堆砌感，更像是在跟随一位经验丰富的导师，一步步引导你进入这个复杂而迷人的领域。对于自学者而言，这种清晰的脉络无疑是巨大的福音，它使得学习路径不再是漫无目的的探索，而是一场有组织、有目标的知识跋涉。

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