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[美] 劉金Tsu-Jae King Liu 科林· 著

圖書標籤:

• CMOS電路設計
• 集成電路
• VLSI
• 數字電路
• 模擬電路
• 半導體
• 電子工程
• 計算機硬件
• 芯片設計
• 特大規模集成電路

店鋪： 蛋蛋圖書專營店

齣版社： 機械工業齣版社

ISBN：9787111593911

商品編碼：29312862140

包裝：平裝-膠訂

齣版時間：2018-04-01

基本信息

書名：CMOS及其他先導技術：特大規模集成電路設計

：99.00元

作者：劉金(Tsu-Jae King Liu) 科林·庫恩(Ke

齣版社：機械工業齣版社

齣版日期：2018-04-01

ISBN：9787111593911

字數：

頁碼：

版次：1

裝幀：平裝-膠訂

開本：16開

商品重量：0.4kg

編輯推薦

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內容提要

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本書概述現代CMOS晶體管的技術發展，提齣新的設計方法來改善晶體管性能存在的局限性。本書共四部分。一部分迴顧瞭芯片設計的注意事項並且基準化瞭許多替代性的開關器件，重點論述瞭具有更陡峭亞閾值擺幅的器件。第二部分涵蓋瞭利用量子力學隧道效應作為開關原理來實現更陡峭亞閾值擺幅的各種器件設計。第三部分涵蓋瞭利用替代方法實現更高效開關性能的器件。第四部分涵蓋瞭利用磁效應或電子自鏇攜帶信息的器件。本書適閤作為電子信息類專業與工程等專業的教材，也可作為相關專業人士的參考書。

目錄

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Contents目　錄
譯者序
前言
部分　CMOS電路和工藝限製
第1章　CMOS數字電路的能效限製2
　1.1　概述2
　1.2　數字電路中的能量性能摺中3
　1.3　能效設計技術6
　1.4　能量限製和總結8
　參考文獻9
第2章　先導工藝晶體管等比例縮放：特大規模領域可替代器件結構10
　2.1　引言10
　2.2　可替代器件結構10
　2.3　總結22
　參考文獻23
第3章　基準化特大規模領域可替代器件結構30
　3.1　引言30
　3.2　可替代器件等比例縮放潛力30
　3.3　可比器件的縮放潛力33
　3.4　評價指標35
　3.5　基準測試結果37
　3.6　總結38
　參考文獻39
第4章　帶負電容的擴展CMOS44
　4.1　引言44
　4.2　直觀展示45
　4.3　理論體係47
　4.4　實驗工作51
　4.5　負電容晶體管54
　4.6　總結56
　緻謝57
　參考文獻57
第二部分　隧道器件
第5章　設計低壓高電流隧穿晶體管62
　5.1　引言62
　5.2　隧穿勢壘厚度調製陡峭度63
　5.3　能量濾波切換機製65
　5.4　測量電子輸運帶邊陡度66
　5.5　空間非均勻性校正68
　5.6　pn結維度68
　5.7　建立一個完整的隧穿場效應晶體管80
　5.8　柵極效率大化84
　5.9　避免其他的設計問題88
　5.10　總結88
　緻謝89
　參考文獻89
第6章　隧道晶體管92
　6.1　引言92
　6.2　隧道晶體管概述93
　6.3　材料與摻雜的摺中95
　6.4　幾何尺寸因素和柵極靜電99
　6.5　非理想性103
　6.6　實驗結果106
　6.7　總結108
　緻謝108
　參考文獻108
第7章　石墨烯和二維晶體隧道晶體管115
　7.1　什麼是低功耗開關115
　7.2　二維晶體材料和器件的概述116
　7.3　碳納米管和石墨烯納米帶116
　7.4　原子級薄體晶體管124
　7.5　層間隧穿晶體管130
　7.6　內部電荷與電壓增益陡峭器件137
　7.7　總結137
　參考文獻137
第8章　雙層僞自鏇場效應晶體管…140
　8.1　引言140
　8.2　概述141
　8.3　基礎物理145
　8.4　BiSFET設計和集約模型152
　8.5　BiSFET邏輯電路和仿真結果157
　8.6　工藝161
　8.7　總結162
　緻謝163
　參考文獻163
第三部分　可替代場效應器件
第9章　關於相關氧化物中金屬絕緣體轉變與相位突變的計算與學習166
　9.1　引言166
　9.2　二氧化釩中的金屬絕緣體轉變168
　9.3　相變場效應器件172
　9.4　相變兩端器件178
　9.5　神經電路181
　9.6　總結182
　參考文獻182
第10章　壓電晶體管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動力學193
　10.5　材料與器件製造200
　10.6　性能評價203
　10.7　討論205
　緻謝206
　參考文獻206
第11章　機械開關209
　11.1　引言209
　11.2　繼電器結構和操作210
　11.3　繼電器工藝技術214
　11.4　數字邏輯用繼電器設計優化220
　11.5　繼電器組閤邏輯電路227
　11.6　繼電器等比例縮放展望232
　參考文獻234
第四部分　自鏇器件
第12章　納米磁邏輯：從磁有序到磁計算240
　12.1　引言與動機240
　12.2　作為二進製開關單元的單域納米磁體242
　12.3　耦閤納米磁體特性244
　12.4　工程耦閤：邏輯門與級聯門246
　12.5　磁有序中的錯誤248
　12.6　控製磁有序：同步納米磁體250
　12.7　NML計算係統252
　12.8　垂直磁介質中的納米磁體邏輯255
　12.9　兩個關於電路的案例研究259
　12.10　NML電路建模260
　12.11　展望：NML電路的未來261
　緻謝261
　參考文獻262
第13章　自鏇轉矩多數邏輯門邏輯267
　13.1　引言267
　13.2　麵內磁化的SMG268
　13.3　仿真模型270
　13.4　麵內磁化開關的模式272
　13.5　垂直磁化SMG276
　13.6　垂直磁化開關模式278
　13.7　總結283
　參考文獻284
第14章　自鏇波相位邏輯286
　14.1　引言286
　14.2　自鏇波的計算287
　14.3　實驗驗證的自鏇波元件及器件287
　14.4　相位邏輯器件290
　14.5　自鏇波邏輯電路與結構292
　14.6　與CMOS的比較297
　14.7　總結299
　參考文獻300
第五部分　關於互連的思考
第15章　互連304
　15.1　引言304
　15.2　互連問題305
　15.3　新興的電荷器件技術的互連選項307
　15.4　自鏇電路中的互連思考312
　15.5　自鏇弛豫機製315
　15.6　自鏇注入與輸運效率318
　15.7　電氣互連與半導體自鏇電子互連的比較320
　15.8　總結與展望324
　參考文獻324

作者介紹

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文摘

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序言

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CMOS及其他先導技術：特大規模集成電路設計——技術精粹與實踐指南 在信息時代飛速發展的浪潮中，集成電路（IC）作為其核心驅動力，其設計與製造的每一次進步都深刻地影響著科技的邊界。從掌上設備到超級計算機，從智能傢居到無人駕駛，無一不依賴於高度集成、性能卓越的芯片。《CMOS及其他先導技術：特大規模集成電路設計》一書，正是一部深入剖析現代集成電路設計脈絡、引領讀者穿越前沿技術迷霧的力作。它並非僅僅羅列技術名詞，而是以係統性的視角，將CMOS工藝作為基石，並延伸至一係列支撐特大規模集成電路（VLSI）實現的先導技術，為從業者、研究者及資深愛好者提供瞭一份兼具理論深度與實踐指導的寶貴財富。 本書的精髓在於其對CMOS技術及其相關先導技術的全麵而深入的解讀。CMOS（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor）作為當前半導體製造中最主流、最關鍵的工藝技術，其獨特的互補性結構賦予瞭集成電路低功耗、高速度的優異特性。本書從CMOS器件的基本原理齣發，詳細闡述瞭其結構、工作機製、性能參數的評估，以及在不同工藝節點下的演進。讀者將能夠清晰地理解，為何CMOS技術能夠曆經數十年而不衰，並在每一次技術革新中煥發新的生命力。從早期的NMOS和PMOS器件的對比，到現代CMOS工藝中各種晶體管結構的優化，例如SOI（Silicon-On-Insulator）、FinFET（Fin Field-Effect Transistor）以及更先進的GAA（Gate-All-Around）FET等，本書都進行瞭細緻的講解。它不僅介紹瞭這些先進晶體管結構的物理形態，更著重分析瞭它們在提高器件性能、降低漏電流、剋服短溝道效應等方麵所起的關鍵作用。 然而，VLSI的設計遠不止於晶體管本身。本書將視角進一步拓寬，深入探討瞭支撐CMOS技術實現更高密度、更復雜功能所需的“其他先導技術”。這包括但不限於： 1. 材料科學的突破與應用： 半導體材料是集成電路的物理基礎。本書詳細介紹瞭從傳統的矽（Si）到新興的化閤物半導體（如GaAs, GaN, InP等）在不同應用場景下的特性與優勢。特彆地，對於CMOS工藝而言，高介電常數（high-k）柵介質材料和金屬柵（metal gate）技術的引入，是如何剋服傳統SiO2柵介質的物理漏電限製，實現更短溝道的關鍵。此外，應變矽（strained silicon）技術，通過在矽襯底上引入張力或壓應力，能夠有效提高載流子遷移率，從而提升器件速度，這一重要技術的實現機製和工藝細節也在書中得到瞭充分的展現。對於超越矽的二維材料，如石墨烯、二硫化鉬（MoS2）等，本書也對其潛在的集成電路應用前景進行瞭前瞻性的探討，為讀者勾勒齣未來半導體材料的發展藍圖。 2. 先進製造工藝與光刻技術： 摩爾定律的持續演進離不開製造工藝的不斷進步，其中光刻技術是決定芯片特徵尺寸的關鍵。本書將詳細介紹從深紫外（DUV）光刻到極紫外（EUV）光刻的發展曆程與技術挑戰。EUV光刻憑藉其更短的波長，能夠實現納米級彆的精度，是當前實現7nm及以下工藝節點不可或缺的技術。書中會剖析EUV光刻係統的復雜性，包括光源、掩模版、光學係統以及其在良率控製方麵的挑戰。此外，多重曝光（multi-patterning）技術，如雙重曝光、多重曝光等，作為EUV普及前的過渡或補充技術，其原理與實現方式也得到瞭詳盡的闡述。同時，本書還會涉及先進的刻蝕技術（如乾法刻蝕、選擇性刻蝕）、薄膜沉積技術（如ALD, CVD）以及互連技術（如銅互連、低k介質），這些技術共同構成瞭VLSI製造的堅實基礎。 3. 器件物理與可靠性： 隨著器件尺寸的不斷縮小，量子效應、隧道效應以及熱電子效應等物理現象變得愈發顯著，並可能對器件性能和可靠性産生不利影響。本書將深入探討這些物理效應在微觀尺度上的錶現，以及如何通過工藝優化和器件結構設計來緩解這些問題。例如，短溝道效應（如DIBL, Drain-Induced Barrier Lowering）是睏擾CMOS器件小型化的關鍵難題，本書會詳細分析其産生機理，並介紹各種抑製策略。此外，芯片的可靠性是衡量其質量的重要指標。書中會對各種可靠性失效機製進行深入剖析，如電遷移（electromigration）、柵氧化擊穿（gate oxide breakdown）、熱載流子注入（hot carrier injection, HCI）以及ESD（Electrostatic Discharge）等。它將闡述這些失效的物理根源，並提供相應的防護措施和設計方法，確保設計的芯片在嚴苛的工作環境下依然能夠穩定運行。 4. 互連技術與功耗管理： 在特大規模集成電路中，晶體管的數量呈爆炸式增長，隨之而來的是龐大的互連網絡。導綫之間的電阻和電容構成瞭RC延遲，成為限製芯片性能的瓶頸，尤其是深亞微米工藝中。本書將詳細介紹先進的互連技術，包括使用銅（Cu）作為導綫材料代替鋁（Al），以及使用低介電常數（low-k）材料作為導綫間的絕緣層，以降低互連的RC延遲。同時，互連綫的可靠性，如電遷移問題，也會被重點討論。功耗是現代集成電路設計麵臨的另一大挑戰。書中會從器件層麵、電路層麵以及係統層麵，係統性地分析CMOS電路的靜態功耗和動態功耗來源，並提齣多種降低功耗的設計策略，例如門控時鍾（clock gating）、電源門控（power gating）、動態電壓頻率調整（DVFS）以及低功耗設計方法學等。 5. 設計自動化（EDA）工具與流程： 從概念到芯片流片，VLSI設計是一個極其復雜且耗時的過程，離不開強大的電子設計自動化（EDA）工具和完善的設計流程。本書將介紹VLSI設計的各個流程環節，包括邏輯綜閤、布局布綫（place and route）、時序分析、功耗分析、物理驗證（DRC, LVS）等。雖然本書並非直接講解具體的EDA工具使用，但它會闡述每個環節背後的設計原則和技術要求，使得讀者能夠深刻理解EDA工具的功能和重要性，從而更好地與EDA工具協同工作，提高設計效率和設計質量。 6. 新興技術展望： 除瞭對主流CMOS技術及其支撐技術的深入剖析，本書還具備前瞻性，對未來可能顛覆集成電路産業的新興技術進行瞭探討。例如，三維集成（3D IC）技術，通過將多個芯片堆疊或鍵閤在一起，可以極大地縮短芯片間的互連距離，提高帶寬，降低功耗，實現更高密度和更強的功能。本書將介紹3D IC的不同實現方式，如TSV（Through-Silicon Via）技術，以及其在係統性能和散熱方麵的優勢與挑戰。此外，量子計算、神經形態計算等顛覆性計算範式，雖然目前仍處於研究階段，但其所需的特殊材料、器件和架構，本書也會適時提及，為有誌於探索下一代計算技術的讀者提供啓示。 《CMOS及其他先導技術：特大規模集成電路設計》一書的價值在於其係統性、前沿性和實踐性。它不僅僅是一本教科書，更是一本技術指南。它能夠幫助讀者建立起對現代集成電路設計全貌的深刻認知，理解每一個關鍵技術之間的相互聯係與協同作用。對於正在從事或即將從事集成電路設計工作的工程師而言，本書是提升專業技能、解決實際問題的寶貴參考；對於從事半導體材料、器件、工藝研究的學者而言，本書提供瞭深入理解CMOS技術在材料和器件層麵所麵臨的挑戰與機遇；對於對微電子技術充滿好奇心的學生和愛好者，本書則是一扇通往集成電路神秘世界的大門，開啓一段探索矽基文明奧秘的精彩旅程。本書的目標是幫助讀者不僅掌握“是什麼”，更能理解“為什麼”和“如何做”，最終能夠站在技術的最前沿，參與到下一代集成電路的創新與發展之中。

評分☆☆☆☆☆

這本《正版現貨 CMOS及其他先導技術：特大規模集成電路設計》的閱讀體驗，可以用“沉浸式”來形容。我特彆喜歡書中對CMOS器件特性及其在不同工藝節點下的演進的詳細闡述。這不僅僅是關於理論公式，而是通過大量的圖錶和仿真結果，生動地展示瞭這些器件是如何工作的，以及它們在實際設計中會麵臨哪些挑戰。我對於書中關於功耗和時序分析的部分尤為關注，這兩者是現代集成電路設計的兩大難點，也是決定芯片性能的關鍵因素。書中提供瞭一些非常實用的分析工具和方法，以及如何針對不同的應用場景進行權衡和優化。此外，我對書中提到的“其他先導技術”的部分充滿瞭好奇，我希望它能為我揭示一些目前還未被廣泛報道的、但極具潛力的技術發展方嚮。例如，對於某些特殊應用領域，如高頻通信、人工智能推理等，可能需要藉助一些非傳統的CMOS技術或者全新的器件來實現。這本書的齣現，就像一次深入的行業洞察，讓我能夠更好地把握集成電路設計的未來趨勢。

評分☆☆☆☆☆

作為一名對半導體行業充滿好奇的愛好者，我一直想深入瞭解集成電路設計背後的奧秘。這本書的齣現，就像一盞明燈，照亮瞭我前行的道路。它不僅僅是理論的堆砌，更重要的是，它提供瞭一個非常實際的視角來審視CMOS技術以及其他前沿技術在特大規模集成電路設計中的應用。我尤其關注書中對於芯片設計流程中各個階段的深入剖析，從最初的概念驗證到最終的流片，每一個環節都充滿瞭挑戰和智慧。我對書中對於低功耗設計和高性能設計方麵的講解非常感興趣，這在當今移動設備和高性能計算領域至關重要。我期待書中能夠提供一些實際的設計案例，讓我能夠將學到的理論知識與實際應用相結閤，更好地理解不同技術選擇對芯片性能的影響。此外，書中對“其他先導技術”的探討，也為我打開瞭新的視野，讓我瞭解到當前集成電路設計領域正在探索的新方嚮和新技術，這對我保持與時俱進的學習狀態非常有幫助。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計相當沉穩，采用瞭一種深邃的藍色作為主色調，搭配銀色的字體，給人一種專業、嚴謹的科技感。書名“正版現貨 CMOS及其他先導技術：特大規模集成電路設計”直接點明瞭主題，讓人一眼就能明白這是一本關於集成電路設計，特彆是CMOS技術及前沿工藝的書籍。雖然我還沒來得及深入閱讀，但僅僅從外觀就能感受到作者和齣版社在內容呈現上的用心。我特彆關注的CMOS技術，一直是我在電子工程領域學習和實踐的重點，這本書的齣現無疑為我提供瞭一個係統深入學習的機會。從標題的“其他先導技術”來看，它並不僅僅局限於CMOS，更涵蓋瞭當下以及未來可能引領集成電路發展的其他關鍵技術，這對於我這樣希望走在行業前沿的讀者來說，具有極大的吸引力。我期待書中能夠詳細解析這些前沿技術的原理、設計方法以及實際應用案例，幫助我拓寬視野，提升解決復雜工程問題的能力。同時，“特大規模集成電路設計”這個詞也暗示瞭本書將涉及非常深入和復雜的概念，這正是我所需要的，我希望它能幫助我理解那些動輒億萬晶體管的芯片是如何被設計齣來的，以及其中蘊含的精妙之處。

評分☆☆☆☆☆

我剛拿到這本《正版現貨 CMOS及其他先導技術：特大規模集成電路設計》，迫不及待地翻閱瞭一下。這本書的內容實在太豐富瞭，就像一個寶庫。我一直對集成電路的設計流程和原理很感興趣，尤其是CMOS工藝，在現代電子産品中扮演著至關重要的角色。這本書不僅涵蓋瞭CMOS的基本理論，還深入探討瞭各種先進的CMOS工藝技術，比如FinFET、GAAFET等等，這對於理解當前和未來的芯片製造至關重要。我尤其喜歡其中對設計流程的講解，從邏輯設計、電路設計到版圖設計，每一個環節都描述得非常詳細，並且配有大量的圖示和實例，讓抽象的概念變得可視化，容易理解。書中關於功耗、性能和麵積（PPA）的優化策略也給我留下瞭深刻的印象，這是IC設計中永恒的追求，理解這些優化方法能夠幫助我更好地進行實際的項目設計。而且，這本書並沒有局限於CMOS，還提到瞭許多其他的先導技術，這讓我對整個集成電路領域有瞭更全麵的認識，比如一些新興的存儲技術和傳感器技術，這些內容都非常有啓發性。

評分☆☆☆☆☆

我最近在研究一些關於下一代計算架構的課題，急需一本能夠係統性介紹前沿集成電路設計技術的書籍。這本書《正版現貨 CMOS及其他先導技術：特大規模集成電路設計》恰好滿足瞭我的需求。從目錄上看，它涵蓋瞭從基礎的CMOS器件原理，到復雜的特大規模集成電路設計方法學，再到各種新興的先導技術。我特彆想瞭解書中關於如何處理日益增長的設計復雜度，以及如何在高密度下實現高能效和高性能的設計策略。書中的“其他先導技術”部分，讓我對接下來的閱讀充滿瞭期待，我想知道那些能夠顛覆現有格局的新技術，例如量子計算相關的半導體應用，或者其他創新的材料和器件，是如何被融入到集成電路設計中的。同時，我希望書中能夠提供一些量化的分析和案例研究，幫助我理解這些技術在實際應用中的優劣勢，以及它們對未來電子産品的影響。這本書的齣現，無疑為我深入理解並參與到下一代集成電路的研發中提供瞭堅實的基礎。