Modern VLSI Design

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出版者:Prentice Hall
作者:Wayne Wolf
出品人:
页数:656
译者:
出版时间:2008-12-31
价格:USD 109.00
装帧:Hardcover
isbn号码:9780137145003
丛书系列:
图书标签:
  • vlsi
  • climb
  • #FDP
  • #
  • VLSI
  • 集成电路设计
  • 数字电路
  • 模拟电路
  • CMOS
  • 半导体
  • 芯片设计
  • EDA
  • Verilog
  • VHDL
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具体描述

The Number 1 VLSI Design Guide-Now Fully Updated for IP-Based Design and the Newest Technologies Modern VLSI Design, Fourth Edition, offers authoritative, up-to-the-minute guidance for the entire VLSI design process-from architecture and logic design through layout and packaging. Wayne Wolf has systematically updated his award-winning book for today's newest technologies and highest-value design techniques. Wolf introduces powerful new IP-based design techniques at all three levels: gates, subsystems, and architecture. He presents deeper coverage of logic design fundamentals, clocking and timing, and much more. No other VLSI guide presents as much up-to-date information for maximizing performance, minimizing power utilization, and achieving rapid design turnarounds. Coverage includes * All-new material on IP-based design * Extensive new coverage of networks-on-chips * New coverage of using FPGA fabrics to improve design flexibility * New material on image sensors, busses, Rent's Rule, pipelining, and more * Updated VLSI technology parameters reflecting the latest advances * Revised descriptions of HDLs and other VLSI design tools * Advanced techniques for overcoming bottlenecks and reducing crosstalk * Low-power design techniques for enhancing reliability and extending battery life * Testing solutions for every level of abstraction, from gates to architecture * Revamped end-of-chapter problems that fully reflect today's VLSI design challengesWolf introduces a top-down, systematic design methodology that begins with high-level models, extends from circuits to architecture, and facilitates effective testing. Along the way, he brings together all the skills VLSI design professionals will need to create tomorrow's state-of-the-art devices.

好的,这是一本关于新型半导体器件物理与制造工艺的图书简介,重点关注前沿的下一代晶体管结构、先进封装技术以及对量子效应的控制。 --- 新型半导体器件物理与制造工艺:超越摩尔时代的基石 图书概述 在信息技术的飞速发展背景下,传统的CMOS(互补金属氧化物半导体)技术正逼近其物理极限。随着特征尺寸持续微缩,短沟道效应、功耗墙以及量子隧穿等现象日益严重,对现有集成电路设计的根本性挑战提出了迫切需求。本书《新型半导体器件物理与制造工艺》旨在深入剖析并系统介绍下一代半导体材料、创新器件结构以及先进制造技术,为研究人员、工程师和高级学生提供一个全面、前沿的视角,理解如何打破“摩尔定律”的瓶颈,构建更高性能、更低功耗的未来电子系统。 本书的结构设计遵循从材料科学基础到器件物理模型,再到先进制造技术的逻辑链条,确保读者能够全面掌握从原子层面到系统层面的关键知识体系。 第一部分:下一代半导体材料的崛起 本部分聚焦于硅基材料的替代品和增强剂,这些新材料具有优异的载流子迁移率、更强的载流子限制能力或独特的电学/光子特性。 第一章:二维材料的物理特性与应用潜力 本章详细探讨了石墨烯、过渡金属硫化物(如 $ ext{MoS}_2$、$ ext{WSe}_2$)以及黑磷等二维材料的基础电子结构。重点分析了其狄拉克锥结构、极高的表面电荷密度以及极薄的物理厚度如何使其成为构建亚纳米级晶体管的理想候选材料。内容涵盖了二维材料的范德华异质结的构建原理及其在超低功耗开关、高频射频器件中的潜力。我们深入讨论了二维材料在实际器件中遇到的表面缺陷、接触电阻优化等工程难题。 第二章:第三代半导体:宽禁带材料的突破 本章专注于氮化镓($ ext{GaN}$)和碳化硅($ ext{SiC}$)等第三代半导体。这些材料因其高击穿电场、高热导率和宽禁带特性,在功率电子领域展现出无与伦比的优势。详细分析了 $ ext{GaN}$ 基高电子迁移率晶体管(HEMTs)的工作机制,特别是二维电子气(2DEG)的形成与控制。此外,本书探讨了 $ ext{SiC}$ MOSFETs 在高压、高温环境下的可靠性问题及其在电动汽车和可再生能源逆变器中的关键作用。 第三章:铁电体与阻变存储器材料 本章将目光投向非易失性存储技术。我们系统地介绍了铁电场效应晶体管(FeFETs)的工作原理,特别是利用极化开关实现存储和计算的结合。对于阻变存储器(RRAM),本书详述了导电桥形成与断裂的微观机制,包括 $ ext{HfO}_2$ 和 $ ext{TaO}_x$ 等常见材料体系中的缺陷工程。本部分旨在为构建新型存算一体(In-memory Computing)架构提供材料基础。 第二部分:创新器件结构与量子效应控制 本部分转向超越传统MOSFET结构的创新晶体管设计,以及如何管理和利用纳米尺度下的量子现象。 第四章:超薄体和隧道场效应晶体管(TFETs) 为了解决传统MOSFET的亚阈值摆幅(SS)限制,本章深入研究了超薄体硅(UTB-Si)器件的设计参数对短沟道控制的影响。核心内容集中在隧道场效应晶体管(TFETs)。详细分析了带间隧穿机制,以及如何通过材料工程和结构优化(如PNP或NPN结构)实现SS $< 60 ext{ mV/decade}$的亚晶体管特性,从而显著降低静态功耗。 第五章:自旋电子学与磁性随机存取存储器(MRAM) 本章探讨了利用电子的自旋自由度而非电荷的自旋电子学。重点阐述了巨磁阻(GMR)和隧道磁阻(TMR)效应。详细分析了自旋转移矩(STT-MRAM)和自旋轨道矩(SOT-MRAM)的写入机制,对比了它们在速度、能效和耐久性方面的优劣。本章强调了在器件设计中如何精确控制界面杂化和磁畴壁动力学。 第六章:量子限域器件与单电子效应 本章探讨了在极小尺度下,量子力学效应成为主导因素的器件。内容包括量子点(Quantum Dots)的能级调控及其在存储和光电器件中的应用。对单电子晶体管(SETs)进行了详细的理论分析,讨论了库仑阻塞效应在纳米尺度下的物理限制以及实现室温稳定工作所需的先进制造技术。 第三部分:先进制造与集成技术 本部分关注如何将理论上的新型器件转化为可制造和可集成的实际产品,重点是突破传统光刻的限制和实现异构集成。 第七章:极紫外光刻(EUV)与下一代光刻技术 随着特征尺寸进入个位数纳米时代,EUV光刻成为主流技术。本章详细介绍了EUV光源技术(激光等离子体)、反射式光学系统的设计挑战,以及光刻胶(Photoresist)的性能要求,特别是线宽粗糙度(Line Edge Roughness, LER)的控制策略。同时,展望了纳米压印光刻(NIL)在制造周期和成本控制方面的潜力。 第八章:先进封装与三维集成电路(3D-IC) 为了缓解互连延迟和功耗问题,本章转向系统级集成。深入探讨了硅通孔(TSV)技术的制造工艺,包括深孔刻蚀、绝缘、填充和键合。详细对比了混合键合(Hybrid Bonding)和热压键合(Thermocompression Bonding)在实现高密度、超细间距(Pitch)连接方面的技术细节。重点分析了3D-IC中的热管理和电源分配网络(PDN)设计挑战。 第九章:异质集成与Chiplet架构 本章探讨了超越单片集成(Monolithic Integration)的趋势。详细论述了Chiplet(小芯片)的设计哲学,即如何将不同功能模块(如CPU、GPU、I/O)采用最适合其工艺节点的裸片进行制造,并通过先进封装技术集成。内容涵盖了不同材料系统(如 $ ext{Si}$、$ ext{GaAs}$、$ ext{GaN}$)之间的电学和机械兼容性挑战,以及实现高带宽、低延迟互连的新型接口技术。 结论与展望 本书总结了当前半导体行业面临的主要挑战,并为读者描绘了一幅融合了新材料、新结构和新制造范式的未来蓝图。它不仅是技术细节的汇编,更是对未来电子系统设计范式转变的深刻洞察。通过对量子效应、界面物理和微纳制造工艺的系统性梳理,本书旨在培养下一代半导体科学家和工程师,使其能够引领技术创新,驱动信息技术进入更广阔的性能边界。

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用户评价

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这本书的案例分析部分,可以说是它的一个亮点。作者并没有仅仅停留在理论层面,而是精心挑选了一系列具有代表性的VLSI设计案例,涵盖了不同应用领域和技术节点。每一个案例的讲解都非常深入,从需求分析、架构设计,到具体的实现细节和验证方法,都进行了详尽的阐述。通过这些案例,我不仅能够学习到具体的工程实践经验,更重要的是,能够理解设计决策背后的权衡和考量。例如,在某个高性能处理器设计的案例中,作者详细分析了缓存一致性协议的选择对整体性能的影响,这让我对实际设计中的复杂性有了更深刻的认识。

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拿到这本书,首先吸引我的是它开篇的引入方式。作者用一种非常生动且贴近实际应用场景的语言,勾勒出了VLSI设计领域激动人心的发展历程和未来的发展趋势。这种宏观的视角,瞬间就激发了我深入了解背后技术细节的兴趣。他没有上来就抛出枯燥的概念,而是通过一个个引人入胜的案例,展示了VLSI技术是如何渗透到我们生活的方方面面的,从智能手机到高性能计算,再到物联网设备,无处不在。这种“由表及里”的讲解方式,让我这个初学者也能够快速建立起对整个学科的认知框架,并理解学习这些技术的重要性。我尤其欣赏作者在探讨前沿技术时,能够把握好理论深度和广度之间的平衡,既不会让人感到望而却步,又能提供足够的信息量来激发进一步的思考。

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读完这本书,我感觉自己对VLSI设计的理解又上了一个新的台阶。它不仅为我提供了扎实的理论基础,更重要的是,它培养了我解决实际工程问题的思维方式。作者在书中始终强调实践的重要性,并鼓励读者将所学知识应用到实际项目中。书后提供的参考文献和进一步阅读的建议,也为我指明了继续深入学习的方向。我感觉这本书不仅仅是一本教材,更像是一位经验丰富的导师,循循善诱地引导着我探索这个迷人的领域。我相信,这本书将成为我未来职业生涯中宝贵的参考资料。

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这本书在概念的阐述上,真的是做到了细致入微。对于一些抽象的核心原理,作者采用了多角度、多层次的解释方法。例如,在讲解某个关键的逻辑门设计时,他不仅给出了基本的电路图,还详细分析了不同工艺下的实际实现差异,以及可能带来的性能和功耗影响。更让我印象深刻的是,他还在多个地方穿插了对这些概念在实际设计流程中应用的讨论,使得理论与实践能够紧密结合。这种讲解方式,对于我这种希望能够真正理解并运用知识的人来说,无疑是极大的帮助。书中大量的图示和表格,更是将复杂的概念可视化,大大降低了理解的难度,也让我在复习和回顾时更加得心应手。

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这本书的封面设计非常吸引人,现代感十足,色彩搭配也很有品味。拿到手里,纸张的质感也相当不错,触感细腻,印刷清晰,翻阅时没有刺鼻的油墨味,这点对于长时间阅读来说非常重要。整体包装也很牢固,无论是邮寄还是自己携带,都显得很专业。书脊的装订也非常扎实,能够经受住反复翻阅的考验,不会轻易散架。我特别喜欢它排版上的细节,字体大小适中,行距也恰到好处,不会显得拥挤,也不会过于疏散,长时间阅读眼睛不容易疲劳。章节之间的划分也很清晰,目录的索引设计非常人性化,能够快速定位到所需内容。总的来说,从外在的包装到内在的细节,都透露出出版方的用心和专业,让人在阅读之前就对内容充满了期待。这本书在视觉上和触觉上都给人一种高质量的感受,让人忍不住想要立刻开始探索其中的知识。

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