Integrated Circuit and System Design pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Springer

作者:Macii, Enrico; Paliouras, Vassilis; Koufopavlou, Odysseas

出品人:

页数:910

译者:

出版时间:2004-11-10

价格:1017.00元

装帧:Paperback

isbn号码:9783540230953

丛书系列:

图书标签:

• 集成电路
• 系统设计
• VLSI
• 数字电路
• 模拟电路
• 电路设计
• 芯片设计
• EDA
• 半导体
• 电子工程

《半导体器件物理与工艺》 内容概要 本书深入探讨了半导体材料的基本物理原理及其在现代电子器件制造中的关键工艺技术。全书共分为四个主要部分：半导体物理基础、PN结与二极管、晶体管器件原理、以及半导体集成电路制造工艺。 第一部分：半导体物理基础 本部分旨在为读者建立坚实的半导体材料学理论框架。首先，我们将回顾固体物理学中与半导体密切相关的核心概念，包括晶体结构、晶格振动（声子）以及能量带理论。我们将详细解释价带、导带、禁带以及不同能带结构（如直接带隙和间接带隙）对材料导电特性的影响。 接着，本书将重点介绍本征半导体和杂质半导体的载流子传输机制。我们将深入剖析电子和空穴的产生、复合过程，以及它们在电场作用下的漂移和在浓度梯度驱动下的扩散。费米-狄拉克统计在理解本征和杂质半导体中载流子浓度方面的作用也将得到详细阐述。 此外，我们还将讨论半导体中的散射机制，包括晶格散射（声子散射）和杂质散射，它们如何影响载流子的迁移率，以及温度和掺杂浓度如何影响迁移率。霍尔效应的原理和测量方法也将被介绍，它是一种重要的表征半导体材料导电类型和载流子浓度的技术。 最后，我们将简要介绍几种重要的半导体材料，如硅（Si）、锗（Ge）和III-V族化合物半导体（如GaAs, GaN），并对比它们的物理特性和应用领域，为后续器件原理的学习奠定基础。 第二部分：PN结与二极管 本部分专注于半导体中最基本也是最重要的结构——PN结。我们将从PN结的形成过程出发，详细解释PN结在平衡状态下的能带图、内建电势以及空间电荷区。 随后，我们将深入分析PN结在外加电压下的行为。在正向偏置下，PN结的电势垒降低，载流子的注入和扩散成为主导，产生正向电流。我们将推导PN结的正向电流-电压（I-V）特性方程，并讨论其背后的物理机制。 在反向偏置下，PN结的空间电荷区扩展，电势垒升高，载流子注入受阻，主要产生微弱的反向饱和电流。本书将详细解释反向漏电流的来源，包括少数载流子的扩散和空间电荷区产生。 在此基础上，我们将介绍不同类型的二极管及其工作原理。这包括： 普通PN结二极管： 讲解其在整流、限幅等电路中的应用。 稳压二极管（齐纳二极管）： 阐述其反向击穿特性，并介绍其在稳压电路中的应用。 肖特基二极管： 介绍其金属-半导体接触形成的特点，以及其低正向压降、快速开关速度等优势。 发光二极管（LED）： 讲解其电致发光的物理原理，包括辐射复合机制，以及不同材料和结构如何影响LED的颜色和效率。 光电二极管： 阐述其光电导效应，光生载流子的产生和收集，以及其在光探测领域的应用。 第三部分：晶体管器件原理 本部分将详细介绍半导体中最核心的放大和开关器件——晶体管。我们将首先从双极结型晶体管（BJT）讲起。 BJT： 我们将深入剖析NPN和PNP型BJT的结构、工作原理和电流放大机制。重点讲解基区、发射区和集电区的载流子行为，以及控制集电极电流的关键因素——基极电流。我们将推导BJT的电流增益（α和β），并分析其在不同偏置下的工作区域（截止区、放大区、饱和区）。BJT的输入输出特性曲线的绘制和分析也将被详细讲解。 场效应晶体管（FET）： 随后，我们将转向FET家族，包括结型场效应晶体管（JFET）和金属-氧化物-半导体场效应晶体管（MOSFET）。 JFET： 介绍其沟道形成原理，以及栅极电压如何控制沟道的导电性。讲解JFET的夹断电压和漏极特性曲线。 MOSFET： 这是现代集成电路中最关键的器件。我们将详细讲解MOSFET的结构（NMOS和PMOS），包括金属栅极、绝缘层（氧化层）和半导体衬底。重点阐述MOS电容器的C-V特性，以及阈值电压的形成。随后，我们将深入分析MOSFET的增强型和耗尽型工作模式，以及其漏极电流的控制机制。MOSFET的输出特性曲线和跨导也将被详细介绍。 本书还将简要介绍MOSFET的工作原理在数字逻辑电路（如CMOS反相器）中的应用基础，为理解集成电路设计打下基础。 第四部分：半导体集成电路制造工艺 本部分将从宏观层面介绍半导体集成电路（IC）的制造过程，让读者了解从原材料到最终芯片的漫长旅程。我们将涵盖以下关键工艺环节： 硅片制备： 从硅矿石提纯到晶体生长（如直拉法、区域熔炼法），再到晶圆切割、抛光，形成用于集成电路制造的高质量硅片。 氧化： 介绍在高温下氧气或水蒸气与硅片反应生成二氧化硅（SiO2）层的过程，SiO2作为重要的绝缘层和掩模材料。 光刻： 这是集成电路制造中最核心的工艺之一。我们将详细解释光刻的原理，包括光刻胶（正性/负性）、光罩、光源（紫外光、深紫外光）以及曝光和显影过程。我们将讨论不同代的光刻技术及其分辨率的演进。 刻蚀： 介绍通过化学或物理方法去除不需要的材料，形成器件结构的工艺。包括干法刻蚀（如等离子刻蚀、反应离子刻蚀RIE）和湿法刻蚀。 薄膜沉积： 介绍在硅片表面沉积各种导电、绝缘或半导体薄膜的技术，如化学气相沉积（CVD）、物理气相沉积（PVD）和原子层沉积（ALD）。 掺杂（离子注入与扩散）： 详细阐述通过离子注入或扩散的方式，将特定杂质原子引入半导体材料中，改变其导电特性的过程。 金属化： 介绍使用金属（如铝、铜）在芯片表面形成互连线，连接各个器件的过程。 测试与封装： 简要介绍在制造过程中进行的电气性能测试，以及将芯片封装到保护外壳中的工艺，以确保其可靠性和可使用性。 本书旨在为读者提供一个全面而深入的半导体器件物理和制造工艺的知识体系，为进一步学习集成电路设计、半导体器件物理或相关领域的进阶课程打下坚实的基础。书中的概念解释将力求清晰易懂，辅以必要的数学推导和图示，帮助读者掌握核心原理。

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