具体描述
The updated edition of this book provides comprehensive coverage of fundamental semiconductor physics. This subject is essential to an understanding of the physical and operational principles of a wide variety of semiconductor electronic and optoelectronic devices. It has been revised to reflect advances in semiconductor technologies over the past decade, including many new semiconductor devices that have emerged and entered into the marketplace.
晶体管的时代：跨越世纪的电子革命 内容简介 本书深入剖析了晶体管的诞生、演进及其对现代社会的深远影响，重点聚焦于半导体物理学的基石理论如何在工程实践中得以应用，并最终催生了信息时代的井喷式发展。我们追溯了从理论物理到实用器件的漫长历程，详细阐述了早期晶体管的设计哲学与制造挑战，并分析了材料科学的突破如何推动了摩尔定律的持续有效性。 本书结构严谨，逻辑清晰，旨在为读者提供一个全面而深入的视角，理解非半导体物理器件——即我们通常所理解的真空管和机械继电器——是如何被固态电子元件所取代的。 第一部分：电子学的黎明与机械的桎梏 (1900-1947) 在固态电子学尚未成熟的时代，电子信号的处理主要依赖于笨重、高能耗且寿命有限的真空管（电子管）。第一章详细描绘了真空三极管的发明及其在无线电通信和早期计算中的核心地位。我们探讨了电子发射、电场控制等基本原理，并分析了这种技术在规模化应用中面临的物理限制——例如热效应、体积膨胀和脆弱性。 紧接着，第二章转而关注机电式继电器在早期计算机（如Mark I）中的应用。这些机械开关的开关速度极其缓慢，可靠性受磨损影响极大。本书通过对比真空管与继电器的优缺点，突显了当时电子工程界对一种新型、快速、可靠开关元件的迫切需求。这些历史背景的铺垫，为理解随后固态器件出现的革命性意义至关重要。 第二部分：晶体管的突破与固态的曙光 (1947-1960s) 本部分的核心在于解析晶体管这一颠覆性发明的诞生过程，但我们着重讨论的是其对原有技术范式的取代，而非其内部的能带结构或掺杂机制。第三章详述了贝尔实验室团队在场效应与点接触晶体管方面的早期实验，记录了突破性的发现是如何在特定的材料体系（如锗）中实现的。重点分析了工程师们如何克服最初的接触问题和表面缺陷，将一个实验室怪胎转化为一个可重复制造的元件。 第四章深入探讨了对传统电子学产生结构性影响的方面：封装与集成。在晶体管取代真空管后，电子设备体积急剧缩小，功耗大幅下降。本书详细描述了如何将分立的晶体管组装成早期的放大电路和逻辑门，以及这如何催生了便携式电子产品的可能性。我们分析了早期的焊接技术和引线键合工艺，这些工程实践是实现小型化的关键，但它们本身并不涉及深入的半导体材料科学理论。 第三部分：集成电路时代的来临与通用计算的飞跃 (1960s-1980s) 集成电路（IC）的出现标志着电子元件制造进入了全新的范式。第五章重点关注芯片制造的物理过程——光刻、沉积和蚀刻——这些工艺如何使得数千个开关能够在单一硅片上共存。我们详述了如何利用掩膜技术将预先设计好的电路图转移到基板上，这是一种纯粹的图形化和转移技术，而非基于对载流子传输的深入研究。 第六章讨论了通用计算设备（如早期的微处理器）的商业化。在这一阶段，关键在于逻辑设计和系统架构。本书分析了如何利用新的快速开关（晶体管）实现布尔逻辑运算，并构建出复杂的算术逻辑单元（ALU）和控制单元。我们研究了指令集的设计哲学，以及如何优化内存访问模式，这些都是计算机科学的核心议题，与半导体物理的细节关系较远。 第四部分：个人计算的普及与设备的小型化 (1980s-2000s) 随着CMOS（互补金属氧化物半导体）技术的成熟，电子设备的能效比达到了前所未有的高度。第七章专注于系统级的能效优化。我们探讨了静态功耗和动态功耗的权衡，以及如何设计低电压、低阈值的电路以支持更快的时钟频率和更长的电池寿命。这主要关注电路拓扑和电源管理策略。 第八章考察了电子设备向消费市场的渗透。从桌面计算机到笔记本电脑，再到早期的移动通信设备，其核心驱动力是用户体验和便携性。本书分析了如何将复杂的计算能力封装到轻薄的外壳中，以及人机交互界面（如LCD显示器和键盘）的演进如何与电子核心的体积缩小相辅相成。我们关注的是如何将功能集成到日常用品中，而非构成这些功能的底层物理原理。 结语：电子学的广阔前景 本书的结论部分总结了电子技术如何从实验室的奇观，转变为驱动全球经济和日常生活的核心基础设施。我们展望了电子系统在网络化、智能化方面的未来发展，强调了跨学科合作在推动工程创新中的作用。整个叙述始终围绕器件的替代、系统的集成、设备的普及以及功能的实现展开，旨在展示一个技术生态系统是如何通过逐步迭代和工程优化，最终取代了旧有技术范式的宏大图景。 --- 本书特色 工程实践驱动： 侧重于制造工艺、封装技术和电路设计在实现功能中的作用。 系统视角： 强调电子元件如何协同工作以构建复杂的计算和通信系统。 历史的取舍： 明确区分了哪些创新是物理学发现，哪些是工程学突破，并重点阐述了后者对实际应用的影响。
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