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[美] 刘金Tsu-Jae King Liu 科林· 著

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出版社： 机械工业出版社

ISBN：9787111593911

商品编码：29312862140

包装：平装-胶订

出版时间：2018-04-01

基本信息

书名：CMOS及其他先导技术：特大规模集成电路设计

：99.00元

作者：刘金(Tsu-Jae King Liu) 科林·库恩(Ke

出版社：机械工业出版社

出版日期：2018-04-01

ISBN：9787111593911

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装-胶订

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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本书概述现代CMOS晶体管的技术发展，提出新的设计方法来改善晶体管性能存在的局限性。本书共四部分。一部分回顾了芯片设计的注意事项并且基准化了许多替代性的开关器件，重点论述了具有更陡峭亚阈值摆幅的器件。第二部分涵盖了利用量子力学隧道效应作为开关原理来实现更陡峭亚阈值摆幅的各种器件设计。第三部分涵盖了利用替代方法实现更高效开关性能的器件。第四部分涵盖了利用磁效应或电子自旋携带信息的器件。本书适合作为电子信息类专业与工程等专业的教材，也可作为相关专业人士的参考书。

目录

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Contents目　录
译者序
前言
部分　CMOS电路和工艺限制
第1章　CMOS数字电路的能效限制2
　1.1　概述2
　1.2　数字电路中的能量性能折中3
　1.3　能效设计技术6
　1.4　能量限制和总结8
　参考文献9
第2章　先导工艺晶体管等比例缩放：特大规模领域可替代器件结构10
　2.1　引言10
　2.2　可替代器件结构10
　2.3　总结22
　参考文献23
第3章　基准化特大规模领域可替代器件结构30
　3.1　引言30
　3.2　可替代器件等比例缩放潜力30
　3.3　可比器件的缩放潜力33
　3.4　评价指标35
　3.5　基准测试结果37
　3.6　总结38
　参考文献39
第4章　带负电容的扩展CMOS44
　4.1　引言44
　4.2　直观展示45
　4.3　理论体系47
　4.4　实验工作51
　4.5　负电容晶体管54
　4.6　总结56
　致谢57
　参考文献57
第二部分　隧道器件
第5章　设计低压高电流隧穿晶体管62
　5.1　引言62
　5.2　隧穿势垒厚度调制陡峭度63
　5.3　能量滤波切换机制65
　5.4　测量电子输运带边陡度66
　5.5　空间非均匀性校正68
　5.6　pn结维度68
　5.7　建立一个完整的隧穿场效应晶体管80
　5.8　栅极效率大化84
　5.9　避免其他的设计问题88
　5.10　总结88
　致谢89
　参考文献89
第6章　隧道晶体管92
　6.1　引言92
　6.2　隧道晶体管概述93
　6.3　材料与掺杂的折中95
　6.4　几何尺寸因素和栅极静电99
　6.5　非理想性103
　6.6　实验结果106
　6.7　总结108
　致谢108
　参考文献108
第7章　石墨烯和二维晶体隧道晶体管115
　7.1　什么是低功耗开关115
　7.2　二维晶体材料和器件的概述116
　7.3　碳纳米管和石墨烯纳米带116
　7.4　原子级薄体晶体管124
　7.5　层间隧穿晶体管130
　7.6　内部电荷与电压增益陡峭器件137
　7.7　总结137
　参考文献137
第8章　双层伪自旋场效应晶体管…140
　8.1　引言140
　8.2　概述141
　8.3　基础物理145
　8.4　BiSFET设计和集约模型152
　8.5　BiSFET逻辑电路和仿真结果157
　8.6　工艺161
　8.7　总结162
　致谢163
　参考文献163
第三部分　可替代场效应器件
第9章　关于相关氧化物中金属绝缘体转变与相位突变的计算与学习166
　9.1　引言166
　9.2　二氧化钒中的金属绝缘体转变168
　9.3　相变场效应器件172
　9.4　相变两端器件178
　9.5　神经电路181
　9.6　总结182
　参考文献182
第10章　压电晶体管187
　10.1　概述187
　10.2　工作方式188
　10.3　PET材料的物理特性190
　10.4　PET动力学193
　10.5　材料与器件制造200
　10.6　性能评价203
　10.7　讨论205
　致谢206
　参考文献206
第11章　机械开关209
　11.1　引言209
　11.2　继电器结构和操作210
　11.3　继电器工艺技术214
　11.4　数字逻辑用继电器设计优化220
　11.5　继电器组合逻辑电路227
　11.6　继电器等比例缩放展望232
　参考文献234
第四部分　自旋器件
第12章　纳米磁逻辑：从磁有序到磁计算240
　12.1　引言与动机240
　12.2　作为二进制开关单元的单域纳米磁体242
　12.3　耦合纳米磁体特性244
　12.4　工程耦合：逻辑门与级联门246
　12.5　磁有序中的错误248
　12.6　控制磁有序：同步纳米磁体250
　12.7　NML计算系统252
　12.8　垂直磁介质中的纳米磁体逻辑255
　12.9　两个关于电路的案例研究259
　12.10　NML电路建模260
　12.11　展望：NML电路的未来261
　致谢261
　参考文献262
第13章　自旋转矩多数逻辑门逻辑267
　13.1　引言267
　13.2　面内磁化的SMG268
　13.3　仿真模型270
　13.4　面内磁化开关的模式272
　13.5　垂直磁化SMG276
　13.6　垂直磁化开关模式278
　13.7　总结283
　参考文献284
第14章　自旋波相位逻辑286
　14.1　引言286
　14.2　自旋波的计算287
　14.3　实验验证的自旋波元件及器件287
　14.4　相位逻辑器件290
　14.5　自旋波逻辑电路与结构292
　14.6　与CMOS的比较297
　14.7　总结299
　参考文献300
第五部分　关于互连的思考
第15章　互连304
　15.1　引言304
　15.2　互连问题305
　15.3　新兴的电荷器件技术的互连选项307
　15.4　自旋电路中的互连思考312
　15.5　自旋弛豫机制315
　15.6　自旋注入与输运效率318
　15.7　电气互连与半导体自旋电子互连的比较320
　15.8　总结与展望324
　参考文献324

作者介绍

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文摘

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序言

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CMOS及其他先导技术：特大规模集成电路设计——技术精粹与实践指南 在信息时代飞速发展的浪潮中，集成电路（IC）作为其核心驱动力，其设计与制造的每一次进步都深刻地影响着科技的边界。从掌上设备到超级计算机，从智能家居到无人驾驶，无一不依赖于高度集成、性能卓越的芯片。《CMOS及其他先导技术：特大规模集成电路设计》一书，正是一部深入剖析现代集成电路设计脉络、引领读者穿越前沿技术迷雾的力作。它并非仅仅罗列技术名词，而是以系统性的视角，将CMOS工艺作为基石，并延伸至一系列支撑特大规模集成电路（VLSI）实现的先导技术，为从业者、研究者及资深爱好者提供了一份兼具理论深度与实践指导的宝贵财富。 本书的精髓在于其对CMOS技术及其相关先导技术的全面而深入的解读。CMOS（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor）作为当前半导体制造中最主流、最关键的工艺技术，其独特的互补性结构赋予了集成电路低功耗、高速度的优异特性。本书从CMOS器件的基本原理出发，详细阐述了其结构、工作机制、性能参数的评估，以及在不同工艺节点下的演进。读者将能够清晰地理解，为何CMOS技术能够历经数十年而不衰，并在每一次技术革新中焕发新的生命力。从早期的NMOS和PMOS器件的对比，到现代CMOS工艺中各种晶体管结构的优化，例如SOI（Silicon-On-Insulator）、FinFET（Fin Field-Effect Transistor）以及更先进的GAA（Gate-All-Around）FET等，本书都进行了细致的讲解。它不仅介绍了这些先进晶体管结构的物理形态，更着重分析了它们在提高器件性能、降低漏电流、克服短沟道效应等方面所起的关键作用。 然而，VLSI的设计远不止于晶体管本身。本书将视角进一步拓宽，深入探讨了支撑CMOS技术实现更高密度、更复杂功能所需的“其他先导技术”。这包括但不限于： 1. 材料科学的突破与应用： 半导体材料是集成电路的物理基础。本书详细介绍了从传统的硅（Si）到新兴的化合物半导体（如GaAs, GaN, InP等）在不同应用场景下的特性与优势。特别地，对于CMOS工艺而言，高介电常数（high-k）栅介质材料和金属栅（metal gate）技术的引入，是如何克服传统SiO2栅介质的物理漏电限制，实现更短沟道的关键。此外，应变硅（strained silicon）技术，通过在硅衬底上引入张力或压应力，能够有效提高载流子迁移率，从而提升器件速度，这一重要技术的实现机制和工艺细节也在书中得到了充分的展现。对于超越硅的二维材料，如石墨烯、二硫化钼（MoS2）等，本书也对其潜在的集成电路应用前景进行了前瞻性的探讨，为读者勾勒出未来半导体材料的发展蓝图。 2. 先进制造工艺与光刻技术： 摩尔定律的持续演进离不开制造工艺的不断进步，其中光刻技术是决定芯片特征尺寸的关键。本书将详细介绍从深紫外（DUV）光刻到极紫外（EUV）光刻的发展历程与技术挑战。EUV光刻凭借其更短的波长，能够实现纳米级别的精度，是当前实现7nm及以下工艺节点不可或缺的技术。书中会剖析EUV光刻系统的复杂性，包括光源、掩模版、光学系统以及其在良率控制方面的挑战。此外，多重曝光（multi-patterning）技术，如双重曝光、多重曝光等，作为EUV普及前的过渡或补充技术，其原理与实现方式也得到了详尽的阐述。同时，本书还会涉及先进的刻蚀技术（如干法刻蚀、选择性刻蚀）、薄膜沉积技术（如ALD, CVD）以及互连技术（如铜互连、低k介质），这些技术共同构成了VLSI制造的坚实基础。 3. 器件物理与可靠性： 随着器件尺寸的不断缩小，量子效应、隧道效应以及热电子效应等物理现象变得愈发显著，并可能对器件性能和可靠性产生不利影响。本书将深入探讨这些物理效应在微观尺度上的表现，以及如何通过工艺优化和器件结构设计来缓解这些问题。例如，短沟道效应（如DIBL, Drain-Induced Barrier Lowering）是困扰CMOS器件小型化的关键难题，本书会详细分析其产生机理，并介绍各种抑制策略。此外，芯片的可靠性是衡量其质量的重要指标。书中会对各种可靠性失效机制进行深入剖析，如电迁移（electromigration）、栅氧化击穿（gate oxide breakdown）、热载流子注入（hot carrier injection, HCI）以及ESD（Electrostatic Discharge）等。它将阐述这些失效的物理根源，并提供相应的防护措施和设计方法，确保设计的芯片在严苛的工作环境下依然能够稳定运行。 4. 互连技术与功耗管理： 在特大规模集成电路中，晶体管的数量呈爆炸式增长，随之而来的是庞大的互连网络。导线之间的电阻和电容构成了RC延迟，成为限制芯片性能的瓶颈，尤其是深亚微米工艺中。本书将详细介绍先进的互连技术，包括使用铜（Cu）作为导线材料代替铝（Al），以及使用低介电常数（low-k）材料作为导线间的绝缘层，以降低互连的RC延迟。同时，互连线的可靠性，如电迁移问题，也会被重点讨论。功耗是现代集成电路设计面临的另一大挑战。书中会从器件层面、电路层面以及系统层面，系统性地分析CMOS电路的静态功耗和动态功耗来源，并提出多种降低功耗的设计策略，例如门控时钟（clock gating）、电源门控（power gating）、动态电压频率调整（DVFS）以及低功耗设计方法学等。 5. 设计自动化（EDA）工具与流程： 从概念到芯片流片，VLSI设计是一个极其复杂且耗时的过程，离不开强大的电子设计自动化（EDA）工具和完善的设计流程。本书将介绍VLSI设计的各个流程环节，包括逻辑综合、布局布线（place and route）、时序分析、功耗分析、物理验证（DRC, LVS）等。虽然本书并非直接讲解具体的EDA工具使用，但它会阐述每个环节背后的设计原则和技术要求，使得读者能够深刻理解EDA工具的功能和重要性，从而更好地与EDA工具协同工作，提高设计效率和设计质量。 6. 新兴技术展望： 除了对主流CMOS技术及其支撑技术的深入剖析，本书还具备前瞻性，对未来可能颠覆集成电路产业的新兴技术进行了探讨。例如，三维集成（3D IC）技术，通过将多个芯片堆叠或键合在一起，可以极大地缩短芯片间的互连距离，提高带宽，降低功耗，实现更高密度和更强的功能。本书将介绍3D IC的不同实现方式，如TSV（Through-Silicon Via）技术，以及其在系统性能和散热方面的优势与挑战。此外，量子计算、神经形态计算等颠覆性计算范式，虽然目前仍处于研究阶段，但其所需的特殊材料、器件和架构，本书也会适时提及，为有志于探索下一代计算技术的读者提供启示。 《CMOS及其他先导技术：特大规模集成电路设计》一书的价值在于其系统性、前沿性和实践性。它不仅仅是一本教科书，更是一本技术指南。它能够帮助读者建立起对现代集成电路设计全貌的深刻认知，理解每一个关键技术之间的相互联系与协同作用。对于正在从事或即将从事集成电路设计工作的工程师而言，本书是提升专业技能、解决实际问题的宝贵参考；对于从事半导体材料、器件、工艺研究的学者而言，本书提供了深入理解CMOS技术在材料和器件层面所面临的挑战与机遇；对于对微电子技术充满好奇心的学生和爱好者，本书则是一扇通往集成电路神秘世界的大门，开启一段探索硅基文明奥秘的精彩旅程。本书的目标是帮助读者不仅掌握“是什么”，更能理解“为什么”和“如何做”，最终能够站在技术的最前沿，参与到下一代集成电路的创新与发展之中。

评分☆☆☆☆☆

作为一名对半导体行业充满好奇的爱好者，我一直想深入了解集成电路设计背后的奥秘。这本书的出现，就像一盏明灯，照亮了我前行的道路。它不仅仅是理论的堆砌，更重要的是，它提供了一个非常实际的视角来审视CMOS技术以及其他前沿技术在特大规模集成电路设计中的应用。我尤其关注书中对于芯片设计流程中各个阶段的深入剖析，从最初的概念验证到最终的流片，每一个环节都充满了挑战和智慧。我对书中对于低功耗设计和高性能设计方面的讲解非常感兴趣，这在当今移动设备和高性能计算领域至关重要。我期待书中能够提供一些实际的设计案例，让我能够将学到的理论知识与实际应用相结合，更好地理解不同技术选择对芯片性能的影响。此外，书中对“其他先导技术”的探讨，也为我打开了新的视野，让我了解到当前集成电路设计领域正在探索的新方向和新技术，这对我保持与时俱进的学习状态非常有帮助。

评分☆☆☆☆☆

我最近在研究一些关于下一代计算架构的课题，急需一本能够系统性介绍前沿集成电路设计技术的书籍。这本书《正版现货 CMOS及其他先导技术：特大规模集成电路设计》恰好满足了我的需求。从目录上看，它涵盖了从基础的CMOS器件原理，到复杂的特大规模集成电路设计方法学，再到各种新兴的先导技术。我特别想了解书中关于如何处理日益增长的设计复杂度，以及如何在高密度下实现高能效和高性能的设计策略。书中的“其他先导技术”部分，让我对接下来的阅读充满了期待，我想知道那些能够颠覆现有格局的新技术，例如量子计算相关的半导体应用，或者其他创新的材料和器件，是如何被融入到集成电路设计中的。同时，我希望书中能够提供一些量化的分析和案例研究，帮助我理解这些技术在实际应用中的优劣势，以及它们对未来电子产品的影响。这本书的出现，无疑为我深入理解并参与到下一代集成电路的研发中提供了坚实的基础。

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这本书的封面设计相当沉稳，采用了一种深邃的蓝色作为主色调，搭配银色的字体，给人一种专业、严谨的科技感。书名“正版现货 CMOS及其他先导技术：特大规模集成电路设计”直接点明了主题，让人一眼就能明白这是一本关于集成电路设计，特别是CMOS技术及前沿工艺的书籍。虽然我还没来得及深入阅读，但仅仅从外观就能感受到作者和出版社在内容呈现上的用心。我特别关注的CMOS技术，一直是我在电子工程领域学习和实践的重点，这本书的出现无疑为我提供了一个系统深入学习的机会。从标题的“其他先导技术”来看，它并不仅仅局限于CMOS，更涵盖了当下以及未来可能引领集成电路发展的其他关键技术，这对于我这样希望走在行业前沿的读者来说，具有极大的吸引力。我期待书中能够详细解析这些前沿技术的原理、设计方法以及实际应用案例，帮助我拓宽视野，提升解决复杂工程问题的能力。同时，“特大规模集成电路设计”这个词也暗示了本书将涉及非常深入和复杂的概念，这正是我所需要的，我希望它能帮助我理解那些动辄亿万晶体管的芯片是如何被设计出来的，以及其中蕴含的精妙之处。

评分☆☆☆☆☆

这本《正版现货 CMOS及其他先导技术：特大规模集成电路设计》的阅读体验，可以用“沉浸式”来形容。我特别喜欢书中对CMOS器件特性及其在不同工艺节点下的演进的详细阐述。这不仅仅是关于理论公式，而是通过大量的图表和仿真结果，生动地展示了这些器件是如何工作的，以及它们在实际设计中会面临哪些挑战。我对于书中关于功耗和时序分析的部分尤为关注，这两者是现代集成电路设计的两大难点，也是决定芯片性能的关键因素。书中提供了一些非常实用的分析工具和方法，以及如何针对不同的应用场景进行权衡和优化。此外，我对书中提到的“其他先导技术”的部分充满了好奇，我希望它能为我揭示一些目前还未被广泛报道的、但极具潜力的技术发展方向。例如，对于某些特殊应用领域，如高频通信、人工智能推理等，可能需要借助一些非传统的CMOS技术或者全新的器件来实现。这本书的出现，就像一次深入的行业洞察，让我能够更好地把握集成电路设计的未来趋势。

评分☆☆☆☆☆

我刚拿到这本《正版现货 CMOS及其他先导技术：特大规模集成电路设计》，迫不及待地翻阅了一下。这本书的内容实在太丰富了，就像一个宝库。我一直对集成电路的设计流程和原理很感兴趣，尤其是CMOS工艺，在现代电子产品中扮演着至关重要的角色。这本书不仅涵盖了CMOS的基本理论，还深入探讨了各种先进的CMOS工艺技术，比如FinFET、GAAFET等等，这对于理解当前和未来的芯片制造至关重要。我尤其喜欢其中对设计流程的讲解，从逻辑设计、电路设计到版图设计，每一个环节都描述得非常详细，并且配有大量的图示和实例，让抽象的概念变得可视化，容易理解。书中关于功耗、性能和面积（PPA）的优化策略也给我留下了深刻的印象，这是IC设计中永恒的追求，理解这些优化方法能够帮助我更好地进行实际的项目设计。而且，这本书并没有局限于CMOS，还提到了许多其他的先导技术，这让我对整个集成电路领域有了更全面的认识，比如一些新兴的存储技术和传感器技术，这些内容都非常有启发性。