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出版者:机械工业出版社

作者:[英] 夫兰克林 编

出品人:

页数:810

译者:崔立君 等

出版时间:1990-7

价格:18.00元

装帧:平装

isbn号码:9787111017066

丛书系列:

图书标签:

• 变压器
• 电力系统
• 电力电子
• 电气工程
• 高电压
• 电能转换
• 电力设备
• 电工技术
• 能源
• 电气

书籍简介：精微之境：现代电子元器件的奥秘与应用 一部深入探索现代电子技术核心，面向工程师、高级技术爱好者以及相关专业研究人员的深度技术专著。 本书旨在突破传统电子元件手册的局限，以一种系统化、工程化的视角，对当代信息技术与电力电子领域中最为关键的半导体器件、被动元件及其集成化趋势进行全景式的剖析与深度挖掘。全书结构严谨，内容涵盖从基础物理原理到尖端制造工艺，再到实际系统集成应用的完整链条，力求为读者构建起一个坚实而全面的现代电子元器件知识体系。 --- 第一部分：半导体物理与器件基础的再认识 本部分着重于巩固读者对半导体材料科学和基础物理学的理解，并以此为基石，构建对现代器件工作机理的深刻洞察。 第一章：超越简化的能带理论 本章不再满足于经典的半导体导电模型，而是深入探讨了掺杂工程对能带结构的影响，特别是缺陷态密度和杂质能级在器件性能（如载流子寿命、陷阱效应）中的关键作用。讨论了新型衬底材料（如SiC、GaN）的电子结构特性，以及它们在高温、高频应用中的物理优势与挑战。 第二章：PN结与器件结构的演进 详细分析了PN结在不同偏置条件下的精确势垒分布和载流子输运机制。重点解析了雪崩击穿和齐纳击穿的微观过程，并引入了空间电荷区（SCR）的动态特性分析。随后，本章将视角转向异质结的构建，如I-II族半导体结构，探讨其在光电器件中的独特优势。 第三章：双极型晶体管（BJT）的高级分析 超越Ebers-Moll模型，本章深入探讨了传输线模型（TLM）在精确预测高注入区BJT性能中的应用。解析了拖尾效应（Kirk Effect）的物理根源及其在功率开关中的限制。同时，对HBT（异质结双极晶体管）的结构设计原理、$eta$因子（电流增益）的温度依赖性进行了详尽的数学推导和实验验证。 --- 第二部分：MOSFET家族的深度剖析与工艺制程的挑战 MOSFET是当代数字与模拟电路的基石。本部分将对这一核心器件的结构、工作极限及其在先进制造中的瓶颈进行详尽阐述。 第四章：理想与非理想MOSFET的物理模型 本章从费米能级理论出发，建立精确的亚阈值区导通模型，并引入DIBL（漏致势垒降低）效应和短沟道效应的定量分析。重点阐述了界面陷阱电荷（$D_{it}$）对器件阈值电压稳定性的影响，以及如何通过栅氧化层（Gate Oxide）的质量来控制这些缺陷。 第五章：高迁移率技术与鳍式结构（FinFET） 探讨了为克服传统平面MOSFET的短沟道限制所采取的“迁移率增强技术”，如应变硅（Strained Silicon）的引入机制及其对载流子速度的提升。本章的核心是对FinFET（鳍式场效应晶体管）的静电控制能力进行三维建模，分析其在多晶体管协同工作时的耦合效应。 第六章：功率MOSFET（VDMOS/LDMOS）的性能极限 本节聚焦于大电流、高耐压应用。深入分析了体电阻（$R_{DS(on)}$）的限制因素，特别是漂移区（Drift Region）的掺杂浓度与厚度的优化权衡。详细阐述了Trench结构和Superjunction（超结）技术如何突破传统电阻限制，并讨论了抗浪涌能力（SOA）的物理机制。 --- 第三部分：新型与特种电子器件的突破 本部分关注那些正在定义下一代电子设备边界的关键技术和新兴器件。 第七章：宽禁带半导体（WBG）的崛起 本书对SiC（碳化硅）和GaN（氮化镓）器件的优势进行了系统的对比分析，不仅仅停留在耐压和开关速度层面。重点解析了GaN HEMT（高电子迁移率晶体管）中二维电子气（2DEG）的形成机理，以及其在高频微波放大器中的应用限制，如陷波效应（Trapping Effect）的抑制策略。 第八章：存储单元的物理极限与未来趋势 对当前主流存储器（DRAM、NAND Flash）的电荷存储机制、可靠性挑战（如P/E循环限制）进行了深入的物理分析。本章重磅介绍了MRAM（磁阻随机存取存储器）的自旋转移转矩（STT）和自旋轨道转矩（SOT）机制，以及RRAM（电阻随机存取存储器）中电导漂移（Conductance Drift）的物理模型。 第九章：MEMS与传感器的新交叉点 讨论了微机电系统（MEMS）中的关键执行器和传感器，如压电效应驱动的微镜阵列和压阻效应传感器。分析了这些微纳结构在封装过程中的应力分布、疲劳特性，以及如何通过先进的封装技术来保证其长期工作的环境适应性。 --- 第四部分：集成电路中的元件模型与可靠性工程 本部分将理论器件转化为可用于仿真和系统设计的工程模型，并探讨元件在实际工作环境下的寿命与失效机制。 第十章：器件参数提取与电路仿真模型 详细介绍了如何从实际测试数据中提取和校准Spice模型的关键参数（如$gamma, eta, au_f$等）。重点讲解了如何构建考虑工艺角（PVT Corner）变化的寄生参数提取（Parasitic Extraction）流程，确保仿真结果的工程实用性。 第十一章：热管理与器件寿命预测 探讨了在IC封装和功率模块中，热阻抗（Thermal Impedance）的精确测量与建模。分析了热点效应对迁移率下降、漏电流增加的连锁影响。引入了阿累尼乌斯模型（Arrhenius Model）在预测半导体器件寿命中的应用，特别是针对电迁移（Electromigration）和负偏压晶体管老化（NBTI）的加速寿命测试方法。 第十二章：先进封装技术与系统集成 本书以对2.5D/3D集成技术的展望作结。探讨了硅通孔（TSV）的制造工艺、介电常数对信号完整性的影响，以及在Chiplet（小芯片）架构中，如何通过优化的接口电路来弥补不同工艺节点间元件性能的差异，实现高性能系统的构建。 --- 本书特点： 深度与广度兼备： 覆盖了从量子效应到宏观系统集成的完整技术链条。 工程导向： 理论推导后紧密结合实际测试数据和工程应用中的瓶颈分析。 前沿视野： 重点解析了SiC/GaN、FinFET、新兴存储器等决定未来电子技术方向的元件。 本书适合对象： 电子工程、微电子学、材料科学等专业的研究生、资深硬件工程师、器件研发人员以及对电子元件底层原理有强烈探究欲望的技术工作者。通过本书的学习，读者将能真正理解“元件”背后的“物理”，从而在设计和优化电子系统中做出更具前瞻性的决策。

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这本书的理论深度和广度令人印象深刻，它不像市面上很多教材那样只停留在基础概念的罗列，而是真正深入到了核心机理的挖掘。作者在阐述变压器设计中的损耗优化这一章节时，那种层层递进的逻辑推导，简直是教科书级别的示范。他不仅介绍了已有的经典模型，还巧妙地引入了当前研究的前沿课题，比如高频化带来的涡流损耗新挑战以及新型复合材料的应用潜力。我个人对其中关于绕组布置对漏磁影响的数学建模部分下了很大功夫去理解，那种将物理现象转化为精确数学语言的能力，体现了作者深厚的学术功底。它不仅仅是一本“如何做”的书，更是一本“为什么这样”的书，强迫读者去思考背后的物理本质，而不是简单地套用公式，这对于想成为领域专家的工程师来说，是无可替代的财富。

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作为一名需要处理老旧设备维护和升级的现场工程师，我最看重的是书籍的实用性和可操作性。这本书在这方面表现得非常出色，它没有沉溺于过多的理论“花架子”，而是提供了大量详实、经过实战检验的案例分析。例如，关于过载保护继电器的选型和定值校验，书里给出了详细的计算步骤和规范依据，甚至还附带了不同电压等级变压器的典型故障排查流程图。这些内容可以直接落地到工作现场，极大地缩短了解决复杂问题的决策时间。特别是关于特种变压器（如电炉用变压器和船用变压器）的特殊要求和设计要点，提供了许多教科书上难以寻觅的经验数据和注意事项，这对于我们处理非标项目时，简直是救命稻草。

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我对这本书的参考价值给予极高的评价，它明显不是一本为应试而编写的速成手册，而是一套可以伴随职业生涯成长的参考典籍。它在章节末尾的“进阶阅读推荐”和“相关标准引用”部分做得尤为扎实，为读者指明了进一步深造的方向，避免了读者在浩瀚的文献海洋中迷失。此外，全书的索引系统设计得极为科学，关键词的覆盖面非常广，查找特定参数或设计规范时，几乎是秒级定位。我已经在我的工作台上放了一本，经常需要翻阅它来确认某些设计裕度是否符合最新的行业标准。这本书的价值，在于它提供了一个稳定、权威、多维度的知识框架，让我们可以站在巨人的肩膀上，去审视和创新这个古老而又不断发展的技术领域。

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这本书的语言风格非常独特，它融合了一种老派工程师的严谨与现代学者的清晰。叙述时措辞精准，极少使用模糊不清的口语化表达，每一个技术术语的使用都恰到好处，没有丝毫的冗余。更难得的是，作者在引入复杂概念时，往往会辅以非常形象的比喻来帮助理解，这种“软着陆”的处理方式，使得即便是对某些抽象的电磁场理论感到畏惧的初学者，也能相对平顺地过渡过去。阅读过程中，我仿佛面对一位经验丰富、不苟言笑但内心热忱的导师在为你细致讲解，他既不轻视你的基础薄弱，也绝不放过任何可以深化理解的机会。这种亦师亦友的叙事节奏，让长时间的深度阅读变得不再枯燥乏味。

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这本书的装帧设计非常精美，封面采用了哑光处理，触感细腻，设计风格沉稳大气，隐约透露出内容深邃的专业性。内页纸张选材考究，印刷清晰度极高，即便是那些密集的公式和复杂的电路图，也毫无模糊不清之感，阅读体验极佳。我特别欣赏它在细节处理上的用心，比如章节的标题字体选择，既保证了易读性，又符合技术书籍的严谨调性。翻阅过程中，能感受到出版方在书籍制作上的诚意，这对于一本技术工具书来说至关重要，因为它意味着我们不必担心频繁使用导致的纸张老化或墨迹脱落问题。此外，全书的版式布局也极为合理，图文穿插得当，确保了理论阐述和实际案例的紧密结合，让人在阅读时不至于陷入纯粹的文字泥沼，视觉上保持了必要的喘息空间。这本书的物理呈现本身，就是一种对知识的尊重。

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