Microelectronics Technology And Devices, SBMICRO 2005 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Electrochemical Society

作者:Claeys, Cor (EDT)/ Swart, Jacobus W. (EDT)/ Morimoto, Nilton I. (EDT)/ Verdonck, Patrick (EDT)

出品人:

页数:560

译者:

出版时间:

价格:94

装帧:HRD

isbn号码:9781566774260

丛书系列:

图书标签:

• 微电子学
• 器件
• 技术
• SBMICRO
• 集成电路
• 半导体
• 电子工程
• 材料科学
• 物理
• 2005

《现代半导体器件物理与应用》 —— 深入解析集成电路前沿技术与材料 本书聚焦于21世纪初半导体技术飞速发展背景下，对关键器件物理机制、先进制造工艺以及系统级集成的全面梳理与深入探讨。它并非对特定会议（如SBMICRO 2005）内容的简单复述，而是立足于更宏大和长远的视角，系统阐述了驱动信息技术革命的核心——微电子器件的理论基础、新兴结构以及未来发展趋势。 --- 第一部分：器件物理基础与尺度效应 本书首先奠定了坚实的半导体物理学基础，着重分析了在特征尺寸不断缩小的过程中，经典理论所面临的挑战以及新兴的量子效应。 第一章：从MOSFET到亚微米时代 本章详细回顾了场效应晶体管（FET）的发展历程，重点阐述了MOS（金属-氧化物-半导体）结构的工作原理，包括能带图、载流子输运机制（漂移与扩散）以及阈值电压的精确调控。 沟道调制效应（Channel Length Modulation, CLM）：深入分析了短沟道效应的物理根源，特别是DIBL（漏致势垒降低）对器件性能的负面影响，并介绍了早期缓解策略，如超薄栅氧化层设计和高掺杂浅结技术。 氧化层介电常数（$k$值）的演变：讨论了传统$ ext{SiO}_2$在漏电流和可靠性方面遇到的瓶颈，以及对高-$k$介质材料（High-$kappa$ Dielectrics）的初步探索，为后续的High-$k$/Metal Gate（HKMG）技术奠定理论基础。 第二章：载流子输运与非理想效应 本章深入探讨了在极小尺度下，载流子行为的复杂性，这些效应直接决定了现代芯片的功耗和速度。 速度饱和（Velocity Saturation）：解释了高电场作用下，载流子漂移速度不再线性依赖于电场强度，以及这如何影响晶体管的跨导特性。分析了界面陷阱密度对载流子迁移率的制约。 量子限制与载流子量子效应：讨论了当沟道厚度或栅氧层厚度达到纳米级别时，量子阱效应如何改变能级结构，导致亚带结构出现，并影响器件的有效载流子浓度和阈值电压的稳定性。 --- 第二部分：先进结构与制造工艺的革新 随着二维结构面临极限挑战，本部分聚焦于三维化和新型二维材料对提升性能的探索。 第三章：从平面到鳍式场效应晶体管（FinFET） 本章是现代高性能逻辑器件的核心内容。它系统介绍了三维晶体管结构的必要性及其带来的优势。 静电控制的提升：详细对比了平面MOSFET与FinFET在静电控制能力上的差异。通过分析鳍片宽度、高度和栅极包围角度，解释了FinFET如何有效抑制短沟道效应，实现陡峭的亚阈值摆幅（Subthreshold Swing, SS）。 FinFET的制造挑战：探讨了关键的工艺步骤，包括高深宽比硅膜的刻蚀（Etching）、薄膜外延生长（Epitaxy）以及三面栅极的沉积与平坦化技术，这些都是实现高良率量产的前提。 第四章：新兴存储器技术与非易失性存储 本部分超越了传统的SRAM和DRAM，关注了能够提高系统密度和能效的非易失性存储技术。 相变存储器（Phase-Change Memory, PCM）：阐述了利用硫族化合物（如GST合金）在晶态和非晶态之间快速切换的原理，分析了其电阻切换机理、SET/RESET过程中的热效应以及寿命限制。 电阻随机存储器（RRAM/ReRAM）：详细介绍了基于导电丝形成与断裂（CF-based）的机制，包括离子迁移、氧空位扩散，以及其在交叉阵列（Crossbar Array）中的应用潜力，特别是在模拟计算领域的应用前景。 --- 第三部分：互连技术、功耗与可靠性 微电子系统的性能不仅取决于晶体管本身，互连线的延迟和功耗也成为瓶颈。本部分探讨了系统级优化的关键技术。 第五章：深亚微米互连的挑战与铜布线技术 在特征尺寸进入纳米尺度后，铝互连的电阻-电容（RC）延迟问题变得不可容忍。 RC延迟的系统性分析：量化了互连线宽度、间距对总线延迟的贡献，并引入了“Via Resistance”对更小互连网络的影响。 大马士革工艺（Damascene Process）：详细描述了如何利用铜（Copper）取代铝进行互连布线。重点解析了铜在介电层中的扩散问题，以及利用氮化钽（TaN）等阻挡层（Barrier Layer）的必要性与实现机制。 第六章：功耗管理与先进封装技术 随着集成度提高，动态功耗和静态漏电成为制约移动和高性能计算的关键因素。 动态功耗与漏电的分解：精确计算了动态开关功耗（$CV^2f$）和各种漏电流（沟道、栅极、衬底）的来源，并探讨了多电压域（Multi-Voltage Domain）设计和时钟门控（Clock Gating）技术的应用。 先进封装趋势：初步探讨了系统级封装（System-in-Package, SiP）和2.5D/3D 集成的必要性，认为通过垂直堆叠芯片可以显著缩短互连长度，从而降低延迟和功耗，为异构集成提供物理路径。 --- 第四部分：超越CMOS的探索 本书的最终部分着眼于当前技术节点之外，对可能取代或补充CMOS技术的候选技术进行了前瞻性分析。 第七章：基于新型二维材料的器件探索 在硅材料面临物理极限的背景下，新型二维（2D）材料因其独特的物理特性成为研究热点。 石墨烯与二硫化钼（MoS2）：比较了石墨烯（零带隙）和MoS2（半导体特性）作为沟道材料的潜力。重点分析了如何利用MoS2的天然薄层特性实现超薄的栅极介质层，并讨论了它们在实现亚阈值摆幅低于60mV/decade的次阈值导通/截止（Steep Subthreshold Swing）方面的优势。 隧道场效应晶体管（TFET）：深入解释了TFET如何通过带间隧穿（Band-to-Band Tunneling, BTBT）机制工作，从而理论上突破了传统FET的玻尔兹曼限制（60mV/decade），实现极低功耗工作。 第八章：面向未来的计算范式 本章总结了微电子技术如何支撑计算范式的转变，从传统的冯·诺依曼架构向并行和神经形态计算演进。 模拟计算与存算一体化：探讨了如何利用电阻存储器（RRAM）的线性或非线性特性，在存储单元内部直接执行矩阵乘法运算，实现存算一体（In-Memory Computing），以解决数据搬运带来的巨大能耗。 拓扑与量子效应：简要概述了对利用拓扑绝缘体、自旋电子学等前沿物理现象构建新型信息处理单元的初步研究，强调了材料科学与器件工程的深度融合是下一代信息技术发展的必然方向。 本书旨在为研究生、资深工程师以及致力于半导体设计与制造领域研究的人员，提供一个全面、深入且具有前瞻性的技术参考框架。

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