超大规模集成电路布线技术(新视野电子电气科技丛书) [美] Venky,Ramachand pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

基本信息

书名：超大规模集成电路布线技术(新视野电子电气科技丛书)

定价：129.00元

作者： Venky,Ramachandran, Pinaki,Ma

出版社：清华大学出版社

出版日期：2018-03-01

ISBN：9787302478386

字数：

页码：333

版次：1

装帧：精装

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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内容提要

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本书作者Pinaki Mazumder教授是IEEE Fellow和AAAS Fellow，在EDA领域有30年以上的教学、科研和工程经历。

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本书汇集电子设计自动化领域包括作者在内的研究者的*新成果，聚焦超大规模集成电路布线技术，从串行与并行布线模型开始，到各种基本布线算法，兼顾芯片设计中的特定情况，重点讨论了大量的工业界实用的特殊类型布线与*新并行布线器。

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本书注重基础，主要研究迷宫布线算法、总体布线算法、详细布线算法（即通道布线与开关盒布线算法等）和特殊布线算法，具有较高的通用性和实用性，有望推动超大规模集成电路布线工具的持续发展。

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本书既涉及EDA领域“大家”的重要成果，也涵盖作者及其团队30多年的杰出研究，适合计算机与半导体行业从业的工程师、电子设计自动化方面的教学者阅读，也适合研究VLSI电路布局布线算法的高年级硕士生、博士生以及研究学者参考。

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目录

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作者介绍

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文摘

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序言

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《微电子器件的物理基础与量子效应》 引言 在当今信息爆炸的时代，集成电路（Integrated Circuit, IC）已成为支撑我们数字生活的基石。从智能手机、个人电脑到超级计算机、航空航天设备，无处不见集成电路的身影。而集成电路的核心，则是其中蕴含的无数微电子器件，它们是信息处理、存储和传输的最小单元。理解这些器件的物理基础，洞悉其在微观尺度下遵循的量子力学原理，对于推动半导体技术不断向前发展至关重要。 本书旨在深入探讨微电子器件的物理基础，揭示其工作原理的深层机制，并重点关注在器件尺寸不断缩小的过程中，量子效应所扮演的关键角色。我们将带领读者穿越宏观世界的经典物理藩篱，进入原子、电子尺度下的奇妙量子领域，理解那些看似违背直觉的现象如何驱动着现代电子技术的飞跃。本书不涉及具体的电路设计、布局布线等工程实现层面的内容，而是专注于对构成集成电路的“原子”——微电子器件——进行本源性的物理剖析。 第一章：晶体管的诞生与发展：从宏观到微观的演进 本章将回顾晶体管（Transistor）从最初的机械开关到半导体器件的划时代转变。我们将从真空管的技术瓶颈出发，引出固体器件的出现及其不可替代的优势。 真空管的时代局限： 探讨真空管体积庞大、功耗高、寿命短等缺点，以及它们在早期电子设备中遇到的性能瓶颈。 半导体的发现与理论基础： 介绍硅（Si）和锗（Ge）等半导体材料的独特性质，包括其能带结构、本征载流子和掺杂理论，为理解晶体管的半导体工作原理奠定基础。 点接触晶体管与结型晶体管的诞生： 详细阐述Bardeen、Brattain和Shockley等先驱者在晶体管发明过程中的贡献。介绍点接触晶体管和双极结型晶体管（Bipolar Junction Transistor, BJT）的基本结构和工作原理，强调PN结的形成及其在电流控制中的作用。 金属-氧化物-半导体场效应晶体管（MOSFET）的崛起： 重点介绍MOSFET的结构演变，包括其栅极（Gate）、源极（Source）、漏极（Drain）和衬底（Substrate）的组成。深入讲解MOSFET的场效应原理，即通过栅极电压控制沟道（Channel）中载流子浓度的变化，从而实现对漏极电流的控制。我们将探讨MOSFET的导通机制，如增强型和耗尽型MOSFET，以及其在集成电路中的巨大优势。 第二章：半导体材料的能带理论：量子世界的基石 本章将深入探讨半导体材料的能带理论，这是理解所有半导体器件物理性质的根本。我们将从量子力学的角度解释电子在晶体中的运动行为。 原子轨道与晶体形成： 从单个原子的电子轨道出发，解释当大量原子紧密排列形成晶体时，原子轨道如何相互作用、劈裂并形成连续的能带。 能带结构： 详细介绍导带（Conduction Band）、价带（Valence Band）和带隙（Band Gap）的概念。解释这些能带的能量范围及其对材料导电性的影响。 导带与价带的载流子： 定义电子（Electron）和空穴（Hole）作为半导体中的两种基本载流子。解释电子在导带中的运动以及空穴在价带中的“移动”概念。 本征半导体与外延半导体： 区分本征半导体（Intrinsic Semiconductor）和外延半导体（Extrinsic Semiconductor）。阐述掺杂（Doping）的概念，即向半导体中引入杂质原子以改变其导电性质。 N型与P型半导体： 详细解释N型半导体（施主掺杂）和P型半导体（受主掺杂）的形成及其载流子分布。介绍费米能级（Fermi Level）在不同半导体中的位置变化，以及它对载流子浓度的影响。 PN结的形成与内建电场： 深入分析N型和P型半导体接触时，载流子扩散形成的PN结。解释PN结内部形成的耗尽层（Depletion Region）和内建电场（Built-in Electric Field），以及它们在整流和电流单向导通中的作用。 第三章：PN结的伏安特性与载流子输运机制 本章将聚焦于PN结的电流-电压（I-V）特性，并深入剖析载流子在PN结中的输运机制。 PN结的平衡状态： 描述在没有外加电压时的PN结平衡状态，此时扩散电流和漂移电流达到平衡。 正向偏置： 解释当外加正向电压时，PN结的势垒降低，扩散电流占主导地位，导致电流迅速增大。详细分析正向电流的表达式，包括热平衡载流子和外加电压对费米能级的影响。 反向偏置： 阐述当外加反向电压时，PN结的势垒升高，耗尽层变宽，漂移电流占主导地位，形成微弱的反向饱和电流。 击穿现象： 解释PN结在强反向电压下可能发生的击穿现象，包括雪崩击穿（Avalanche Breakdown）和齐纳击穿（Zener Breakdown），并探讨它们的物理机制。 载流子输运机制： 详细讲解扩散（Diffusion）和漂移（Drift）是载流子在半导体中运动的两种基本机制。理解扩散是由于载流子浓度梯度引起的运动，而漂移是由于电场作用引起的运动。 minority载流子注入与收集： 重点关注在外加偏置下，载流子如何从注入区扩散到耗尽区，以及如何被收集。理解minority载流子（少数载流子）在电流形成中的关键作用。 第四章：MOSFET的工作原理深度解析：电荷控制的艺术 本章将对MOSFET的工作原理进行更深入、更精细的分析，揭示其如何通过电荷的精确控制来实现电子信号的处理。 MOS电容结构： 以MOS电容（Metal-Oxide-Semiconductor Capacitor）为基础，解释金属栅极、二氧化硅（SiO2）绝缘层和半导体衬底之间的电场耦合。 耗尽、反型与积累模式： 详细分析在不同栅极电压下，半导体表面出现的耗尽（Depletion）、反型（Inversion）和积累（Accumulation）三种模式。重点理解反型层（Inversion Layer）的形成，它是MOSFET导通沟道的基础。 阈值电压（Threshold Voltage, Vth）： 定义阈值电压，即形成导电沟道所需的最小栅极电压。分析影响阈值电压的因素，如氧化层厚度、半导体掺杂浓度、固定电荷等。 亚阈值区（Subthreshold Region）： 探讨在栅极电压低于阈值电压时，MOSFET仍然存在的微弱电流，即亚阈值漏电流。理解其物理机制，对于低功耗器件设计至关重要。 沟道电荷控制模型： 建立栅极电荷与沟道电荷之间的定量关系，理解栅极电压如何通过电容耦合来控制沟道中的载流子数量。 MOSFET的输出特性与跨导： 分析MOSFET的输出特性曲线（Id-Vds），区分线性区（Linear Region）、饱和区（Saturation Region）和截止区（Cutoff Region）。定义跨导（Transconductance, gm），衡量栅极电压变化对漏极电流的影响效率。 短沟道效应与量子效应的初探： 简要介绍随着器件尺寸的缩小，传统MOSFET模型面临的挑战，如短沟道效应（Short-Channel Effects）。为后续章节中量子效应的深入探讨埋下伏笔。 第五章：量子力学在微电子器件中的显现：微观世界的奇妙规则 本章将重点关注当器件尺寸进入纳米尺度时，经典物理模型不再适用，量子力学效应开始显著影响器件的性能。 量子隧穿效应（Quantum Tunneling）： 解释量子隧穿现象，即粒子有一定概率穿过比其能量更高的势垒。在MOSFET中，这可能导致栅极漏电流的增加，尤其是在薄栅氧化层器件中。 量子限制效应（Quantum Confinement）： 阐述当载流子的运动空间被限制在极小的维度（如量子阱、量子线、量子点）时，其能量会发生量子化，形成离散能级。这在量子器件和新型存储器中具有重要应用。 电子的波粒二象性： 从德布罗意波长出发，解释当器件尺寸接近或小于电子的德布罗意波长时，电子的波动性变得显著，可能导致波函数干涉等现象。 载流子散射机制的量子化： 探讨在极小尺寸器件中，声子散射（Phonon Scattering）、杂质散射（Impurity Scattering）等经典散射机制在量子尺度下的变化，以及表面散射（Surface Scattering）的增强。 量子效应对器件性能的影响： 分析量子隧穿引起的漏电流、量子限制对能带结构和载流子迁移率的影响，以及这些效应如何挑战传统器件的设计和性能极限。 新型量子器件的原理展望： 简要介绍基于量子效应的未来器件概念，如量子点晶体管、单电子晶体管（Single Electron Transistor, SET）等，展示量子力学在下一代微电子技术中的潜力。 第六章：量子效应在现代及未来微电子器件中的体现 本章将进一步深入探讨，在当前以及未来可能出现的微电子器件中，量子效应是如何具体体现并影响其工作的。 薄栅氧化层的量子隧穿： 详细分析随着MOSFET栅极绝缘层厚度不断减小，栅极漏电流（Gate Leakage Current）的主要来源是电子和空穴通过薄氧化层的量子隧穿。探讨高介电常数（High-k）材料的应用如何缓解这一问题。 沟道中的量子效应： 在极短沟道MOSFET中，沟道载流子的能量会受到量子限制，可能导致其能级结构发生变化，影响迁移率。 存储器中的量子效应： 闪存（Flash Memory）： 解释浮栅（Floating Gate）中电子的存储机制，以及电子在隧穿氧化层进入和离开浮栅的过程，这涉及到Fowler-Nordheim隧穿等量子效应。 相变存储器（Phase-Change Memory, PCM）： 介绍PCM利用材料的相变（晶态与非晶态）来存储信息，其相变过程和电学响应可能涉及量子效应。 磁性随机存取存储器（MRAM）： 探讨MRAM中磁隧穿结（Magnetic Tunnel Junction, MTJ）的工作原理，其电阻变化与电子自旋相关的隧穿（Spin-Dependent Tunneling）过程密切相关，是量子力学在信息存储领域的体现。 高迁移率沟道材料与量子效应： 讨论如III-V族半导体（如GaAs, InGaAs）等高迁移率材料在高性能晶体管中的应用，这些材料的电子结构本身就具有显著的量子特性。 量子点与二维材料在新型器件中的潜力： 介绍量子点（Quantum Dots）作为人工原子，其独特的量子限制效应赋予其优异的光电特性，为新型显示、传感和计算单元提供了可能性。石墨烯、过渡金属硫化物（TMDs）等二维材料也因其独特的电子结构和量子特性，成为研究热点。 对经典器件模型的修正与发展： 强调量子效应的存在迫使研究者不断修正和发展传统的半导体器件模型，以更精确地描述和预测微小尺寸器件的行为。 结论 本书通过对微电子器件物理基础的深入探索，特别是对量子效应在微观世界中的显现及其对器件性能的影响的详细阐述，旨在为读者提供一个坚实的理论框架。理解这些基础原理，不仅是学习和研究集成电路技术的重要前提，也是推动未来微电子科学技术不断突破瓶颈、实现前所未有创新的关键。从宏观的半导体材料性质到微观的电子行为，再到量子世界的奇妙规则，本书力求展现一个全面而深刻的微电子器件物理世界，为读者未来的探索和实践提供有力的支撑。