Gate Dielectrics and Mos Ulsis pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Springer Verlag

作者:Hori, Takashi

出品人:

页数:352

译者:

出版时间:

价格:$ 157.07

装帧:HRD

isbn号码:9783540631828

丛书系列:

图书标签:

• Gate Dielectrics
• MOSFET
• Semiconductor Devices
• Microelectronics
• VLSI
• Thin Films
• Material Science
• Electrical Engineering
• Device Physics
• Insulators

半导体器件物理与制造工艺深度解析：从基础理论到前沿应用 图书简介 本书旨在为半导体领域的工程师、研究人员和高年级本科生提供一本全面、深入的教材，聚焦于现代集成电路制造中的核心物理机制与关键工艺技术。全书结构严谨，内容涵盖了半导体物理基础、器件结构设计、先进制造工艺流程以及可靠性工程等多个方面，力求在理论深度与工程实践之间搭建坚实的桥梁。 第一部分：半导体物理基础与能带理论的再审视 本部分将从量子力学和固体物理学的角度，对半导体材料的电学特性进行系统阐述。我们不仅会回顾经典的能带理论（Band Theory），如有效质量、密度分布函数（Density of States）的精确计算，更会深入探讨在微纳尺度下，由于量子尺寸效应（Quantum Confinement Effects）对能带结构和载流子输运特性的细微影响。 重点章节将详细分析费米能级（Fermi Level）在不同掺杂浓度和温度下的精确位置确定方法，并引入非平衡态载流子动力学的概念，如表面复合速率、陷阱辅助隧穿（Trap-Assisted Tunneling, TAT）的物理模型。对载流子在电场作用下的漂移-扩散方程的求解，将结合数值模拟的视角，展示如何精确预测器件内部的电流密度分布。此外，本部分还将深入探讨半导体异质结构（Heterostructures）中的能带偏移（Band Offsets）及其对器件性能（如双极性晶体管中的势垒设计）的关键作用。 第二部分：晶体管结构演进与电学特性建模 本部分聚焦于MOS场效应晶体管（MOSFET）的结构演变及其工作原理的深入剖析。我们将详细考察从平面结构到深亚微米CMOS器件的演进历程，重点分析短沟道效应（Short Channel Effects, SCEs）的物理根源，包括DIBL（Drain-Induced Barrier Lowering）和阈值电压滚降（Threshold Voltage Roll-off）。 核心内容将围绕先进晶体管结构展开： 1. FinFET (鳍式场效应晶体管)： 详细阐述其三维结构带来的静电控制能力提升机制。我们将推导FinFET在弱反型区和强反型区的I-V特性模型，对比其与传统体MOS的跨导（Transconductance）差异，并分析鳍体宽度和高度对亚阈值摆幅（Subthreshold Swing, SS）的优化潜力。 2. GAA (Gate-All-Around) 结构： 探讨纳米片（Nanosheet）和纳米线（Nanowire）技术的优势，尤其是在实现更精细的沟道长度控制和更优异的静电隔离方面。我们将引入紧凑模型（Compact Modeling）的最新进展，例如BSIM-CMG模型的关键参数提取流程，以确保仿真结果与实际测量的高度一致性。 本部分还将详述载流子迁移率模型的复杂性，包括界面粗糙度散射（Interface Roughness Scattering）、声子散射（Phonon Scattering）以及载流子在沟道内的高场饱和效应（Velocity Saturation），这些因素直接决定了晶体管的开关速度和最大驱动电流。 第三部分：先进制造工艺流程与材料科学挑战 半导体制造的精度直接决定了器件的性能和良率。本部分将系统性地介绍从衬底准备到互连的完整工艺流程，并着重分析关键节点的工艺瓶颈与解决方案。 1. 薄膜沉积与外延生长： 深入探讨原子层沉积（ALD）和化学气相沉积（CVD）在形成高介电常数（High-k）栅极绝缘层和金属栅极（Metal Gate）中的应用。我们将分析High-k/Metal Gate（HKMG）技术如何解决传统SiO2/多晶硅结构中的漏电流和阈值电压不稳定性问题，并讨论界面陷阱密度（Dit）的控制策略。 2. 光刻与刻蚀技术： 详述极紫外光刻（EUV Lithography）的基本原理、掩模版（Mask）技术以及图案化保真度（Pattern Fidelity）的挑战。在刻蚀部分，重点阐述反应离子刻蚀（RIE）中的等离子体化学、离子轰击效应，以及如何通过先进的工艺窗口控制实现高深宽比（High Aspect Ratio, HAR）结构的精确成形，尤其是在深沟槽隔离（STI）和Fin结构的构建中。 3. 掺杂与激活： 离子注入（Ion Implantation）是实现精确掺杂的关键。本章将分析注入能量、剂量对缺陷生成的影响，以及后续的快速热退火（RTA）在缺陷修复和掺杂剂激活中的作用。对于先进工艺中的源/漏极工程，我们将讨论应变硅（Strained Silicon）技术对载流子迁移率的提升效果。 第四部分：器件可靠性与未来展望 高性能集成电路必须具备长期可靠性。本部分将深入探讨导致器件失效的主要物理机制： 1. TDDB (Time-Dependent Dielectric Breakdown)： 分析栅氧化层或High-k介质的介电击穿模型，如E-Model和Weibull统计模型，并讨论如何通过材料选择和厚度优化来提高击穿电压和寿命。 2. PBTI (Positive Bias Temperature Instability)： 针对High-k/Metal Gate结构，PBTI是关键的长期可靠性挑战。我们将详细探讨其在电场和温度双重作用下的载流子捕获/释放机制，以及如何通过界面钝化技术缓解应力。 3. 电迁移（Electromigration）： 在互连线层面，分析电流密度对金属原子迁移的影响，并介绍Black’s方程在预测互连寿命中的应用。 未来展望： 最后，本书将对下一代器件技术进行展望，包括二维材料（如MoS2）晶体管的潜力分析、自旋电子学（Spintronics）在非易失性存储器中的应用前景，以及超越CMOS的全新计算范式，为读者提供一个宏观而前沿的视角。 全书配备了大量的工程实例、图表和关键公式推导，旨在培养读者扎实的理论基础和解决实际工程问题的能力。

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