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出版者:世茂

作者:菊地正典

出品人:

页数:0

译者:王政友

出版时间:2004年05月12日

价格:NT$ 260

装帧:

isbn号码:9789577766106

丛书系列:

图书标签:

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《微观世界的探险：晶体管的奥秘与现代电子学的基石》 书籍简介 在信息时代的浪潮中，我们无时无刻不被数字化的便利所环绕。智能手机、笔记本电脑、高速互联网，乃至我们日常生活中的方方面面，都离不开一个微小却至关重要的元件——晶体管。然而，驱动这一切的底层科学和工程原理，对于大众读者而言，往往笼罩着一层神秘的面纱。本书《微观世界的探险：晶体管的奥秘与现代电子学的基石》，旨在揭开这层迷雾，带领读者进行一场深入浅出的探险，从原子层面追溯现代电子设备的心脏——半导体器件的诞生、演化及其深远影响。 本书并非聚焦于具体图示化的半导体元件制造过程或特定的集成电路设计手册，而是将笔墨集中于半导体物理学的基本概念、晶体管（特别是MOSFET）的工作机制的深刻理解，以及半导体技术如何重塑了20世纪中叶至今的科技格局。我们将致力于构建一个清晰的知识框架，让读者能够理解“为什么”和“如何”这些微小的开关能够实现如此强大的计算能力。 第一部分：无形的基石——物质的电学特性与量子视角 在正式探讨晶体管之前，我们需要为读者打下坚实的物质科学基础。本卷将不再简单地罗列材料的性能，而是深入探讨物质电学特性的微观起源。 1. 导体、绝缘体与半导体的本质区别：能带理论的直观阐释 传统的教科书往往用能带图来定义这三类材料，但对于非物理学背景的读者来说，这往往是抽象的。本书将采用更具物理直觉的方式来解释能带结构。我们会通过类比“电子的能量楼层”和“禁止跨越的能量鸿沟”，形象地描绘价带和导带的意义。重点在于阐释，为什么硅（Si）和锗（Ge）这种元素，在纯净状态下表现出绝缘体的特性，而只需要微小的外部能量（热或光）就能激发其导电能力。 2. 掺杂的魔力：本征态到非本征态的飞跃 半导体之所以“半”，关键在于“可控性”。本章将详述掺杂（Doping）工艺的物理意义，而非其化学流程。我们将详细解析N型掺杂如何引入多余的自由电子（多数载流子），以及P型掺杂如何创造出“空穴”（Holes）这一特殊的电荷载体。这种对载流子浓度的精确控制，是后续所有半导体器件工作的前提。我们将着重探讨少数载流子的概念及其对器件特性的影响。 3. 载流子迁移率与少数载流子动力学 理解电流如何在材料中流动，需要深入了解载流子的“运动效率”。本节将探讨漂移（Drift）和扩散（Diffusion）这两种电流形成机制的物理本质。漂移是电场驱动下的有序运动，而扩散则是由于浓度梯度导致的随机运动。我们将分析温度、晶格振动（声子散射）对载流子迁移率的影响，这直接关系到电子设备的开关速度和功耗。 第二部分：现代计算的开关——晶体管的电学构造与逻辑实现 本部分是全书的核心，致力于解构现代计算机中最基础的构建单元——场效应晶体管（Field-Effect Transistor, FET），特别是金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）。 1. PN结的单向阀门：二极管的单向导电性 虽然晶体管的复杂性远超二极管，但PN结是理解所有半导体器件的基础。本章将详细分析PN结在无偏置、正向偏置和反向偏置下的物理行为，重点阐述“耗尽区”的形成及其在阻挡电流流动中的核心作用。我们将解释二极管如何实现整流功能，这是对电流方向进行“单向控制”的最初尝试。 2. MOSFET：电压控制的电流阀门 MOSFET（金属-氧化物-半导体场效应晶体管）是当代所有数字电路的基石。本书将重点解析其结构（源极、漏极、栅极和衬底）以及栅极氧化层（介质层）的极端重要性。我们将深入剖析“欧姆接触”与“欧姆区”的形成，以及在施加栅极电压下，沟道如何从“关闭”状态（截止区）转变为“开启”状态（线性区/饱和区）。我们将以一种更为动态的方式来描述“反型层”的形成过程，即栅极电场如何“吸引”少数载流子在表面形成导电通道。 3. 从开关到逻辑门：布尔代数的物理映射 晶体管的真正力量在于其作为电子开关的能力。本章将连接物理器件与数字逻辑。我们将展示两个或多个MOSFET如何串联或并联构成基本的逻辑门（如NOT, NAND, NOR）。这里的重点是解释“低电平有效”和“高电平有效”的概念，以及CMOS（互补金属氧化物半导体）技术如何通过互补的P沟道和N沟道器件实现极低的静态功耗，这正是现代处理器节能的关键所在。 第三部分：超越开关——器件的非理想性与未来展望 任何现实中的器件都存在局限性。本卷将探讨影响现代集成电路性能的关键非理想因素，并展望半导体技术的未来发展方向。 1. 速度、功耗与热设计：当摩尔定律遭遇物理极限 随着特征尺寸的不断缩小，短沟道效应（Short-Channel Effects）开始显现，这使得晶体管的控制力减弱，漏电流增加，导致功耗问题日益突出。我们将讨论亚阈值斜率（Subthreshold Swing）的物理限制，以及“热点”问题对芯片可靠性的影响。这部分内容将帮助读者理解，为什么仅仅缩小尺寸已不足以支撑持续的性能提升。 2. 新材料与新结构：超越硅基的探索 面对硅基CMOS技术的物理瓶颈，全球的科研工作者正在探索新的替代方案。本章将介绍几种前沿的研究方向，例如：使用高迁移率材料（如III-V族化合物半导体）来提升速度；探讨新型晶体管结构（如FinFET、GAAFET，即环绕式栅极），它们如何重新获得对沟道的有效控制；以及对存储技术（如MRAM、RRAM）的简要概述，这些技术试图将存储和计算功能更紧密地结合起来。 3. 半导体技术对社会结构的影响 本书的最后一章将从更宏观的视角审视半导体技术对现代社会的影响。我们将回顾晶体管发明所引发的计算革命，从大型机到个人电脑，再到移动互联网的普及。这种技术如何改变了信息获取、知识传播和全球经济运行的模式，是理解我们所处时代的不可或缺的一环。 目标读者群 本书面向所有对现代电子设备背后的科学原理抱有浓厚兴趣的读者，包括工程专业的学生、希望拓宽知识面的技术爱好者，以及渴望理解信息技术核心的非技术背景人士。本书假设读者具备基础的物理和数学知识，但会提供详尽的类比和深入的解释，确保即便是初次接触半导体物理的读者也能逐步掌握其精髓。我们不提供具体电路的原理图或制造工艺的详细步骤，而是专注于“为什么”和“如何”，构建对现代计算“无形基石”的深刻洞察。

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作为一个对未来科技发展趋势高度关注的观察者，我一直在寻找能够帮助我理解人工智能、物联网等前沿技术背后的核心驱动力。《圖解半導體》这本书，正是满足了我的这一需求。它以极其清晰直观的图解方式，揭示了支撑这些技术发展的关键——半导体芯片。书中对各种类型芯片（如CPU、GPU、FPGA、ASIC）的结构和功能特点的图解，让我能够清晰地分辨它们的差异和适用场景。我尤其赞赏作者在讲解芯片的制程工艺（如7nm、5nm）时所使用的图示，它们生动地展示了技术进步的微观层面。此外，本书对存储器技术（如DRAM、NAND Flash、NOR Flash）的图解，也让我理解了数据存储的效率和成本是如何通过半导体技术不断优化的。通过这本书，我不仅对半导体技术有了更深入的了解，更看清了它如何成为驱动整个科技革命的基石。

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作为一名在半导体行业摸爬滚打多年的技术人员，我一直渴望找到一本能够系统性梳理半导体核心知识，并且能够以直观易懂的方式呈现的书籍。终于，在一次偶然的机会下，我接触到了《圖解半導體》。坦白说，在翻开这本书之前，我曾有过一丝疑虑，毕竟“图解”二字似乎预示着内容的浅显，然而，随着我一页页地深入阅读，我的顾虑烟消云散，取而代之的是深深的赞叹。这本书的作者显然对半导体领域有着极其深刻的理解，并且拥有将复杂概念转化为清晰、易于理解的视觉语言的卓越能力。我尤为欣赏作者在解释晶体管的工作原理时所使用的类比，它们能够迅速抓住核心要点，将抽象的电学概念与我们日常生活中熟悉的物理现象联系起来，极大地降低了学习门槛。书中关于CMOS工艺流程的图解，更是我从业以来见过最为详尽且条理清晰的演示，每一个制造步骤都通过精美的插图进行了细致的描绘，配合简洁而精准的文字说明，让我仿佛置身于一个真实的半导体制造车间，亲眼见证着一片硅片如何一步步蜕变成我们手中高性能芯片的诞生。

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我是一名对前沿科技充满好奇心的业余爱好者，虽然没有直接从事半导体行业，但对这个支撑着我们现代数字世界的基石充满兴趣。《圖解半導體》这本书，以其独具匠心的“图解”方式，彻底点燃了我对半导体技术的热情。它并没有高高在上地讲述深奥的物理定律，而是通过大量精美的插画和通俗易懂的语言，将半导体制造的每一个流程，从硅原料的提纯到最终芯片的封装，都描绘得栩栩如生。我特别喜欢书中关于“无尘室”环境介绍的部分，那些复杂的设备和严格的操作流程，通过图示得以清晰呈现，让我对半导体制造的严谨性有了更深的体会。此外，书中对不同种类半导体材料（如硅、锗、砷化镓）特性的比较，以及它们各自的应用领域，也让我对半导体材料的多样性和重要性有了全新的认识。这本书不仅满足了我对技术的好奇心，更让我对半导体产业的复杂性和精妙性充满了敬意。

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作为一名在半导体设备领域工作的工程师，我对生产制造环节的理解相对深入，但对于芯片设计和底层理论的掌握却有所不足。《圖解半導體》这本书，恰好弥补了我在这些方面的知识空白。本书对于集成电路设计流程的图解，从前端设计（如RTL编码、逻辑综合）到后端设计（如布局布线、时序分析），都进行了非常直观的展示。我尤其欣赏作者在解释“摩尔定律”和“吉米定律”时所使用的图表，它们清晰地展示了半导体技术发展的历史轨迹和内在驱动力。此外，书中关于存储器和处理器内部结构的图解，也让我对这些核心部件的工作原理有了更深入的理解。例如，CPU内部流水线、缓存的工作机制，以及DRAM的刷新原理，都通过生动的示意图得到了有效的传达。这本书帮助我打通了设计与制造之间的壁垒，让我能够更全面地理解半导体产业链的运作。

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我是一名半导体行业的初学者，背景并非电子工程，而是计算机科学。在接触《圖解半導體》之前，我对半导体领域的理解仅仅停留在“芯片”这个概念层面，对于其背后复杂的物理原理和制造工艺感到既好奇又畏惧。这本书的出现，无疑是我在这个领域探索道路上的指路明灯。作者并没有回避那些看似深奥的理论，而是通过大量的图示和生动形象的比喻，将诸如能带理论、pn结形成、载流子传输等关键概念一一剖析。我特别喜欢书中关于MOSFET工作特性的部分，作者用非常形象的图示展示了栅极电压如何控制沟道电导率，以及不同工作模式下电流的流动路径，这比我之前阅读过的任何一本教科书都要清晰得多。更让我惊喜的是，本书还涵盖了存储器（如DRAM和NAND Flash）以及逻辑电路（如加法器）的设计原理，这对于我理解现代计算机硬件的底层构成至关重要。通过这本书，我不再感到半导体技术高不可攀，而是仿佛打开了一扇新世界的大门，对未来的学习和职业发展充满了信心。

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我曾尝试阅读过一些关于半导体技术的书籍，但往往因为其过于理论化或技术性过强，常常让我望而却步。《圖解半導體》则完全不同，它以一种极其友好的方式，将复杂的技术信息呈现在读者面前。本书的图文并茂，特别是大量的流程图和示意图，对于我这种视觉学习者来说，简直是福音。我可以清楚地看到，从最初的硅片制备，到晶圆的生长，再到后端的封装测试，每一个环节是如何环环相扣的。书中对于光刻技术、刻蚀技术以及薄膜沉积技术的图解，都非常细致，让我能够直观地理解这些关键工艺步骤是如何在微观尺度上实现的。例如，光刻过程中掩模版、光刻胶、曝光和显影的顺序和作用，通过生动的插图得到了完美的展现。这本书的优点还在于它的结构清晰，逻辑性强，能够引导读者循序渐进地掌握半导体知识，而不会感到无从下手。

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作为一名已经学习了数年电子工程的大学生，我对半导体物理和器件有了相对扎实的理论基础，但总觉得在实际应用和宏观理解上有所欠缺。《圖解半導體》这本书以一种前所未有的方式，将那些枯燥的理论公式和复杂的制造流程“可视化”了。我尤其对其在解释半导体材料特性方面的图解印象深刻，那些关于晶体结构、掺杂效应以及缺陷影响的插图，让抽象的材料科学变得触手可及。例如，书中关于硅晶体生长过程的图解，生动地展示了籽晶的作用以及如何控制晶体的方向，这对于理解后续的光刻和蚀刻工艺至关重要。此外，作者在讲解不同类型半导体器件（如双极晶体管BJT和场效应晶体管FET）的结构和工作原理时，都辅以大量高质量的剖面图和等效电路图，并详细阐述了它们在实际电路中的应用场景。这使得我在学习过程中，能够将理论知识与实际应用紧密结合，加深了对半导体技术的整体认知，也为我日后进行集成电路设计打下了坚实的基础。

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我是一名从事软件开发工作的工程师，对硬件底层原理的了解一直是我职业生涯中的一块短板。《圖解半導體》这本书，如同一位技艺精湛的向导，带领我进入了半导体技术的神奇世界。它的“图解”方式，将那些原本枯燥的技术术语和复杂的流程，转化为一幅幅生动形象的画面。我非常喜欢书中关于半导体制造设备（如原子层沉积设备、离子注入机）的介绍，这些设备在图示中展现出的精密和复杂，让我对现代工业的科技水平有了全新的认识。此外，本书对半导体行业生态系统的介绍，也让我对芯片的设计、制造、封装和销售等各个环节有了更全面的了解。通过这本书，我不仅理解了CPU、GPU等核心芯片是如何工作的，更明白了它们所处的广阔的半导体产业格局。这对于我理解软件与硬件之间的协同作用，以及未来进行更优化的软件设计，都非常有帮助。

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我对物理学的基本原理有着浓厚的兴趣，并尝试理解半导体器件的工作机制，但往往被复杂的数学公式和理论推导所困扰。《圖解半導體》这本书，以其独特的“图解”视角，将那些抽象的物理概念变得可视化和直观化。我尤其惊叹于作者在解释量子力学在半导体中的应用时所使用的类比和图示，例如，通过能带图清晰地展示了导带、价带和费米能级如何影响载流子的行为。书中关于pn结正向和反向偏置时电场分布和载流子扩散的图解，也让我对电流的流动有了更深刻的理解。更重要的是，本书并未止步于理论讲解，而是将这些理论与实际的半导体器件（如二极管、三极管）的结构和特性紧密联系起来，并通过大量的实物图和电路图进行对比，让我能够将抽象的物理原理与具体的工程应用联系起来，极大地激发了我对物理学在工程领域应用的兴趣。

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我是一名曾经在半导体制造企业工作的技术人员，虽然已经离开该行业多年，但对其中的技术细节始终难以忘怀。《圖解半導體》这本书，为我提供了一个绝佳的机会，让我重新回顾和梳理那些曾经熟悉的工艺流程。书中关于晶圆制造的图解，从单晶硅的拉制到最终的切割，每一个步骤的细节都清晰可见，仿佛把我带回到了当年在生产线上的时光。我特别怀念书中对光刻、刻蚀、薄膜沉积等关键工艺的图解，那些复杂的设备和精密的控制，通过生动的插图得以重现。本书还对半导体检测和封装技术进行了详细的图解，这让我对产品从硅片到最终芯片的完整生命周期有了更全面的认识。读完这本书，我不仅对半导体制造的精妙之处有了更深的体会，也对这个行业的技术进步速度和创新能力感到由衷的钦佩。

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台湾出版。浦东培训的时候公司发的，日文版的也有。说的很基础，日本的公司似乎一开始也会这么培训，从最基础的开始。

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