Silicon Nanoelectronics pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Marcel Dekker Inc

作者:Oda, Shunri

出品人:

页数:328

译者:

出版时间:2005-6

价格:$ 214.64

装帧:HRD

isbn号码:9780824726331

丛书系列:

图书标签:

纳米电子学
硅材料
半导体器件
纳米技术
集成电路
电子工程
材料科学
固态电子学
器件物理
纳米制造

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具体描述

Technological advancement in chip development, primarily based on the downscaling of the feature size of transistors, is threatening to come to a standstill as we approach the limits of conventional scaling. For example, when the number of electrons in a device's active region is reduced to less than ten electrons (or holes), quantum fluctuation errors will occur, and when gate insulator thickness becomes too insignificant to block quantum mechanical tunneling, unacceptable leakage will occur. Fortunately, there is truth in the old adage that whenever a door closes, a window opens somewhere else. In this case, that window opening is nanotechnology. "Silicon Nanoelectronics" takes a look at the recent development of novel devices and materials that hold great promise for the creation of still smaller and more powerful chips.Silicon nanodevices are positioned to be particularly relevant in consideration of the existing silicon process infrastructure already in place throughout the semiconductor industry and silicon's consequent compatibility with current CMOS circuits. This is reinforced by the nearly perfect interface that can exist between natural oxide and silicon. Presenting the contributions of more than 20 leading academic and corporate researchers from the United States and Japan, "Silicon Nanoelectronics" offers a comprehensive look at this emergent technology. The text includes extensive background information on the physics of silicon nanodevices and practical CMOS scaling. It considers such issues as quantum effects and ballistic transport and resonant tunneling in silicon nanotechnology. A significant amount of attention is given to the all-important silicon single electron transistors and the devices that utilize them.In offering an update of the current state-of-the-art in the field of silicon nanoelectronics, this volume serves well as a concise reference for students, scientists, engineers, and specialists in various fields, including electron device technology, solid-state physics, and nanotechnology.

电子学基础与现代集成电路设计原理书籍简介本书旨在为读者提供一个全面且深入的现代电子学基础知识框架，重点聚焦于半导体器件的物理原理、集成电路（IC）的设计方法论，以及当前电子系统设计中面临的关键挑战与前沿技术。本书内容组织严谨，从最基础的载流子输运机制入手，逐步过渡到复杂的电路功能实现，力求在理论深度与工程实践之间取得完美的平衡。第一部分：半导体物理与器件基础本部分是理解现代电子学的基石。我们将首先回顾固体物理学的基本概念，包括能带理论、有效质量以及费米能级，为理解半导体材料特性奠定理论基础。 1. 载流子输运与平衡态特性：深入探讨掺杂半导体中的本征载流子浓度、热平衡状态下的电荷分布。重点分析漂移（Drift）和扩散（Diffusion）这两种主要的载流子输运机制，并推导出欧姆定律在微观尺度下的形式。讨论少数载流子的寿命、复合机制（如Shockley-Read-Hall、辐射复合和俄歇复合）对器件性能的影响。 2. PN结与二极管：详细剖析PN结的形成过程，包括内建电场、耗尽区宽度及其电压依赖性。从定量角度分析二极管的伏安特性曲线，区分理想二极管模型与实际器件中的非理想效应，如齐纳击穿、雪崩击穿及高频限制。讨论肖特基势垒二极管（SBD）的结构、特点及其在高速开关电路中的应用。 3. 双极型晶体管（BJT）：本章深入讲解BJT的工作原理，重点分析其在不同工作区（截止、放大、饱和）下的电流控制机制。推导Ebers-Moll模型和混合$pi$模型，用以描述晶体管的静态和动态特性。探讨晶体管的制造工艺对参数（如$eta$、$f_T$）的影响，并分析其在低噪声放大器和高频电路中的设计考量。 4. 金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）： MOSFET是现代数字电路的核心。本部分将花费大量篇幅介绍MOS结构的工作原理，包括阈值电压的精确计算、亚阈值区行为和强反转区的跨导。详细分析沟道长度调制效应、短沟道效应（如DIBL、载流子速度饱和）如何影响现代深亚微米和纳米级晶体管的性能。第二部分：模拟集成电路设计本部分侧重于模拟信号的放大、滤波和偏置技术，强调线性度、增益和带宽的权衡。 1. 有源器件偏置与匹配技术：介绍电流镜、镜像源和带隙基准（Bandgap Reference）的设计与实现，确保电路对电源和温度变化具有良好的稳定性。讨论器件失配（Mismatch）对精度电路（如运放、匹配滤波器）的影响及低失配设计策略。 2. 基本放大器结构：系统分析共源、共射、共基极、共集电极等单级放大器的输入阻抗、输出阻抗、电压增益和频率响应。进而深入探讨两级运算放大器（Op-Amp）的结构，包括米勒补偿（Miller Compensation）和级联补偿技术，以确保电路的相位裕度和稳定性。 3. 频率响应与噪声分析：讲解增益带宽积（GBW）、单位增益频率（Unity-Gain Frequency）的概念。运用波特图分析高频下的滚降特性。在噪声方面，详细推导热噪声、散粒噪声（Shot Noise）和闪烁噪声（Flicker Noise）的来源，并教授如何计算电路的输入参考噪声密度和总均方根（RMS）噪声功率，这是射频（RF）和高精度模拟设计中的关键指标。 4. 线性电路与数据转换：介绍主动滤波器（如Sallen-Key、Müller-Khunt）的设计原理，重点放在二阶滤波器（低通、带通、高通）的设计。同时，深入探讨数据转换器（ADC/DAC）的基础，包括分辨率、非线性误差（INL/DNL）的定义与测试方法，并初步介绍流水线（Pipelined）和Sigma-Delta调制器的基本架构。第三部分：数字集成电路设计与系统级考量本部分聚焦于CMOS逻辑电路的设计、时序分析以及超大规模集成电路（VLSI）的物理实现挑战。 1. CMOS逻辑门电路：从基本的反相器开始，详细推导其静态传输特性（VTC）。分析CMOS NAND和NOR门的结构，并扩展到更复杂的组合逻辑门。讨论扇入（Fan-in）和扇出（Fan-out）对传播延迟的影响。 2. 静态时序分析（Static Timing Analysis - STA）：这是现代数字IC验证的核心。本章讲解建立时间（Setup Time）和保持时间（Hold Time）的概念，分析时钟偏移（Clock Skew）和时钟抖动（Jitter）对时序裕度的影响。详细介绍组合逻辑路径和时序路径的延迟计算方法，并阐述如何使用约束条件来确保设计的时序完整性。 3. 低功耗设计技术：随着便携式设备和物联网（IoT）的发展，功耗成为至关重要的设计指标。系统性地介绍降低动态功耗（开关功耗）和静态功耗（漏电流）的技术，包括电压缩放（Voltage Scaling）、时钟门控（Clock Gating）、多阈值电压设计（Multi-Vt）以及亚阈值偏置（Subthreshold Biasing）的应用场景与限制。 4. 互连线效应与物理设计：在深亚微米工艺节点下，金属互连线的电阻和电容（RC延迟）往往超过晶体管本身的延迟。本章讨论传输线理论在片上信号完整性分析中的应用，包括串扰（Crosstalk）的建模与抑制。介绍布局规划（Floorplanning）、电源分配网络（Power Distribution Network）的设计原则，以及设计规则检查（DRC）和版图后仿真（Post-Layout Simulation）的重要性。结论：本书的结构设计确保了读者在掌握半导体器件底层物理机制的同时，能够系统地学习到从线性模拟信号处理到复杂数字系统实现的全流程设计技能。书中包含大量的工程案例和习题，旨在培养读者严谨的系统思维和解决实际问题的能力。