Charge-Based MOS Transistor Modeling

Charge-Based MOS Transistor Modeling pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:John Wiley & Sons Inc
作者:Vittoz, Eric
出品人:
页数:328
译者:
出版时间:2006-9
价格:976.00元
装帧:HRD
isbn号码:9780470855416
丛书系列:
图书标签:
  • MOS transistor
  • Charge-based modeling
  • Semiconductor devices
  • Analog circuit design
  • Device modeling
  • SPICE simulation
  • Microelectronics
  • Power electronics
  • Circuit analysis
  • Solid-state electronics
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具体描述

Modern, large-scale analog integrated circuits (ICs) are essentially composed of metal-oxide semiconductor (MOS) transistors and their interconnections. As technology scales down to deep sub-micron dimensions and supply voltage decreases to reduce power consumption, these complex analog circuits are even more dependent on the exact behavior of each transistor. High-performance analog circuit design requires a very detailed model of the transistor, describing accurately its static and dynamic behaviors, its noise and matching limitations and its temperature variations. The charge-based EKV (Enz-Krummenacher-Vittoz) MOS transistor model for IC design has been developed to provide a clear understanding of the device properties, without the use of complicated equations. All the static, dynamic, noise, non-quasi-static models are completely described in terms of the inversion charge at the source and at the drain taking advantage of the symmetry of the device. Thanks to its hierarchical structure, the model offers several coherent description levels, from basic hand calculation equations to complete computer simulation model. It is also compact, with a minimum number of process-dependant device parameters. Written by its developers, this book provides a comprehensive treatment of the EKV charge-based model of the MOS transistor for the design and simulation of low-power analog and RF ICs. Clearly split into three parts, the authors systematically examine: the basic long-channel intrinsic charge-based model, including all the fundamental aspects of the EKV MOST model such as the basic large-signal static model, the noise model, and a discussion of temperature effects and matching properties; the extended charge-based model, presenting important information for understanding the operation of deep-submicron devices; the high-frequency model, setting out a complete MOS transistor model required for designing RF CMOS integrated circuits. Practising engineers and circuit designers in the semiconductor device and electronics systems industry will find this book a valuable guide to the modelling of MOS transistors for integrated circuits. It is also a useful reference for advanced students in electrical and computer engineering.

晶体管物理与电路设计深度探索 书名:[请在此处填写一个与“Charge-Based MOS Transistor Modeling”无关的图书名称] 作者:[此处填写作者姓名] 出版社:[此处填写出版社名称] 出版年份:[此处填写出版年份] --- 内容概要 本书深入探讨了半导体器件物理学的核心原理,并将其应用于现代集成电路设计领域。全书结构严谨,内容翔实,旨在为电子工程、微电子学以及相关领域的学生、研究人员和专业工程师提供一套全面、系统的理论基础和实践指导。我们聚焦于器件的本征行为、工艺的敏感性及其在电路层面的性能影响,完全避开对具体基于电荷的MOS晶体管建模方法的详细阐述,转而将重点放在其他关键的半导体器件和设计范式上。 第一部分:半导体基础物理与材料科学 本部分为后续的器件分析奠定坚实的物理学基础。我们从能带理论的深入剖析开始,详细阐述了晶体管工作环境下的能带弯曲、载流子输运机制(包括漂移和扩散)的量子力学基础。 第一章:晶格结构与载流子统计 详细讨论了硅及其化合物半导体的晶格结构特点,重点分析了杂质的电离过程和费米能级的温度依赖性。利用统计力学原理,推导了本征载流子浓度、杂质激活能以及在不同温度下载流子浓度的精确计算模型,强调了在低温和高温工作条件下的物理限制。 第二章:PN结与二极管特性 这是理解所有半导体器件的基石。本章详尽分析了PN结的形成过程、内置电势的计算,以及在正向和反向偏置下的电流-电压(I-V)特性。我们不仅关注理想的扩散电流,还深入探讨了复合-产生机制(Shockley-Read-Hall机制)在低注入和高注入水平下的主导作用,并讨论了齐纳击穿和雪崩击穿的物理机理。 第三章:半导体材料的缺陷与可靠性 本章侧重于材料工程在器件性能中的决定性作用。详细研究了晶格缺陷、杂质陷阱对载流子寿命的影响,以及电迁移(Electromigration)、热载流子效应(Hot Carrier Effects)等长期可靠性问题的物理根源。内容包括如何通过材料纯化和界面工程来缓解这些问题。 第二部分:双极型晶体管(BJT)的深入分析 尽管MOS技术占据主导地位,但双极型晶体管(BJT)在高速、高功率和特定模拟应用中仍然至关重要。本部分将完全围绕BJT展开,对其工作原理、设计优化和电路应用进行彻底的考察。 第四章:BJT的结构与直流特性 系统介绍了NPN和PNP晶体管的结构,重点分析了基区、集电结和发射结的偏置状态对晶体管I-V曲线的影响。推导了Ebers-Moll模型的基础,并细致地讨论了窄基区效应、集电极 পদার্থের阻变效应(Kirk效应)在晶体管高注入条件下的表现。 第五章:小信号模型与频率响应 本章将小信号分析提升到新的高度。基于直流模型,推导了混合-$pi$模型和T模型,精确地定义了$alpha$和$eta$参数的频率依赖性。着重分析了由基极电阻、集电极结电容和发射结电容引起的过渡频率($f_T$)和最大振荡频率($f_{max}$)的限制,并展示了如何通过结构优化来提高这些关键指标。 第六章:先进BJT技术与集成 探讨了异质结双极型晶体管(HBT)的设计原理,特别是利用禁带宽度调制来突破硅基BJT性能极限的方法。分析了HBT在毫米波应用中的优势,并讨论了SiGe HBT的制造挑战和集成策略。 第三部分:集成电路设计中的器件应用与布局 本部分将理论知识转化为实际的电路设计工具和方法论,聚焦于模拟和射频电路设计中的器件选择与布局敏感性。 第七章:噪声理论与器件限制 全面覆盖半导体器件中的各种噪声源。深入分析了热噪声(Johnson-Nyquist Noise)、散粒噪声(Shot Noise),以及在晶体管中普遍存在的闪烁噪声(1/f Noise)的物理起源。推导了器件的等效噪声电阻和噪声系数,为低噪声放大器(LNA)的设计提供了量化工具。 第八章:电路中的非线性与失真分析 探讨了晶体管在实际工作点偏离线性区时出现的非线性现象。使用泰勒级数展开法来量化输入信号失真,重点分析了交叉调制(Intermodulation)和谐波失真对信号完整性的影响。讨论了在电流源和差分对设计中,如何通过结构对称性和特定偏置策略来抑制这些非线性效应。 第九章:器件布局、寄生效应与工艺耦合 本章强调了版图设计对最终电路性能的决定性影响。详细分析了引线电感、接触电阻、耦合电容等寄生参数如何改变理想的器件模型,尤其是在射频电路中的作用。探讨了工艺角(Process Corners)对电路性能的影响,以及设计冗余和设计中心(Design for Manufacturing, DFM)的原则。 --- 总结 本书提供了一个全面且不依赖于单一晶体管建模范式的视角,深入剖析了半导体器件的本征物理、双极型器件的工作细节、以及将这些知识应用于现代集成电路设计挑战的必要工具。它是一本面向深度理解和高阶分析的专业参考书。

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