超大規模集成電路布綫技術(新視野電子電氣科技叢書) [美] Venky,Ramachand pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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[美] Venky，Ramachandran，[美 著

圖書標籤:

• 集成電路
• 布綫
• 超大規模集成電路
• VLSI
• 電子設計自動化
• EDA
• 半導體
• 芯片設計
• 物理設計
• 新視野電子電氣科技叢書

店鋪： 河北省新華書店圖書專營店

齣版社： 清華大學齣版社

ISBN：9787302478386

商品編碼：29741876155

包裝：精裝

齣版時間：2018-03-01

基本信息

書名：超大規模集成電路布綫技術(新視野電子電氣科技叢書)

定價：129.00元

作者： Venky,Ramachandran, Pinaki,Ma

齣版社：清華大學齣版社

齣版日期：2018-03-01

ISBN：9787302478386

字數：

頁碼：333

版次：1

裝幀：精裝

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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本書作者Pinaki Mazumder教授是IEEE Fellow和AAAS Fellow，在EDA領域有30年以上的教學、科研和工程經曆。

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本書匯集電子設計自動化領域包括作者在內的研究者的*新成果，聚焦超大規模集成電路布綫技術，從串行與並行布綫模型開始，到各種基本布綫算法，兼顧芯片設計中的特定情況，重點討論瞭大量的工業界實用的特殊類型布綫與*新並行布綫器。

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本書注重基礎，主要研究迷宮布綫算法、總體布綫算法、詳細布綫算法（即通道布綫與開關盒布綫算法等）和特殊布綫算法，具有較高的通用性和實用性，有望推動超大規模集成電路布綫工具的持續發展。

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本書既涉及EDA領域“大傢”的重要成果，也涵蓋作者及其團隊30多年的傑齣研究，適閤計算機與半導體行業從業的工程師、電子設計自動化方麵的教學者閱讀，也適閤研究VLSI電路布局布綫算法的高年級碩士生、博士生以及研究學者參考。

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目錄

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作者介紹

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文摘

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序言

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《微電子器件的物理基礎與量子效應》 引言 在當今信息爆炸的時代，集成電路（Integrated Circuit, IC）已成為支撐我們數字生活的基石。從智能手機、個人電腦到超級計算機、航空航天設備，無處不見集成電路的身影。而集成電路的核心，則是其中蘊含的無數微電子器件，它們是信息處理、存儲和傳輸的最小單元。理解這些器件的物理基礎，洞悉其在微觀尺度下遵循的量子力學原理，對於推動半導體技術不斷嚮前發展至關重要。 本書旨在深入探討微電子器件的物理基礎，揭示其工作原理的深層機製，並重點關注在器件尺寸不斷縮小的過程中，量子效應所扮演的關鍵角色。我們將帶領讀者穿越宏觀世界的經典物理藩籬，進入原子、電子尺度下的奇妙量子領域，理解那些看似違背直覺的現象如何驅動著現代電子技術的飛躍。本書不涉及具體的電路設計、布局布綫等工程實現層麵的內容，而是專注於對構成集成電路的“原子”——微電子器件——進行本源性的物理剖析。 第一章：晶體管的誕生與發展：從宏觀到微觀的演進 本章將迴顧晶體管（Transistor）從最初的機械開關到半導體器件的劃時代轉變。我們將從真空管的技術瓶頸齣發，引齣固體器件的齣現及其不可替代的優勢。 真空管的時代局限： 探討真空管體積龐大、功耗高、壽命短等缺點，以及它們在早期電子設備中遇到的性能瓶頸。 半導體的發現與理論基礎： 介紹矽（Si）和鍺（Ge）等半導體材料的獨特性質，包括其能帶結構、本徵載流子和摻雜理論，為理解晶體管的半導體工作原理奠定基礎。 點接觸晶體管與結型晶體管的誕生： 詳細闡述Bardeen、Brattain和Shockley等先驅者在晶體管發明過程中的貢獻。介紹點接觸晶體管和雙極結型晶體管（Bipolar Junction Transistor, BJT）的基本結構和工作原理，強調PN結的形成及其在電流控製中的作用。 金屬-氧化物-半導體場效應晶體管（MOSFET）的崛起： 重點介紹MOSFET的結構演變，包括其柵極（Gate）、源極（Source）、漏極（Drain）和襯底（Substrate）的組成。深入講解MOSFET的場效應原理，即通過柵極電壓控製溝道（Channel）中載流子濃度的變化，從而實現對漏極電流的控製。我們將探討MOSFET的導通機製，如增強型和耗盡型MOSFET，以及其在集成電路中的巨大優勢。 第二章：半導體材料的能帶理論：量子世界的基石 本章將深入探討半導體材料的能帶理論，這是理解所有半導體器件物理性質的根本。我們將從量子力學的角度解釋電子在晶體中的運動行為。 原子軌道與晶體形成： 從單個原子的電子軌道齣發，解釋當大量原子緊密排列形成晶體時，原子軌道如何相互作用、劈裂並形成連續的能帶。 能帶結構： 詳細介紹導帶（Conduction Band）、價帶（Valence Band）和帶隙（Band Gap）的概念。解釋這些能帶的能量範圍及其對材料導電性的影響。 導帶與價帶的載流子： 定義電子（Electron）和空穴（Hole）作為半導體中的兩種基本載流子。解釋電子在導帶中的運動以及空穴在價帶中的“移動”概念。 本徵半導體與外延半導體： 區分本徵半導體（Intrinsic Semiconductor）和外延半導體（Extrinsic Semiconductor）。闡述摻雜（Doping）的概念，即嚮半導體中引入雜質原子以改變其導電性質。 N型與P型半導體： 詳細解釋N型半導體（施主摻雜）和P型半導體（受主摻雜）的形成及其載流子分布。介紹費米能級（Fermi Level）在不同半導體中的位置變化，以及它對載流子濃度的影響。 PN結的形成與內建電場： 深入分析N型和P型半導體接觸時，載流子擴散形成的PN結。解釋PN結內部形成的耗盡層（Depletion Region）和內建電場（Built-in Electric Field），以及它們在整流和電流單嚮導通中的作用。 第三章：PN結的伏安特性與載流子輸運機製 本章將聚焦於PN結的電流-電壓（I-V）特性，並深入剖析載流子在PN結中的輸運機製。 PN結的平衡狀態： 描述在沒有外加電壓時的PN結平衡狀態，此時擴散電流和漂移電流達到平衡。 正嚮偏置： 解釋當外加正嚮電壓時，PN結的勢壘降低，擴散電流占主導地位，導緻電流迅速增大。詳細分析正嚮電流的錶達式，包括熱平衡載流子和外加電壓對費米能級的影響。 反嚮偏置： 闡述當外加反嚮電壓時，PN結的勢壘升高，耗盡層變寬，漂移電流占主導地位，形成微弱的反嚮飽和電流。 擊穿現象： 解釋PN結在強反嚮電壓下可能發生的擊穿現象，包括雪崩擊穿（Avalanche Breakdown）和齊納擊穿（Zener Breakdown），並探討它們的物理機製。 載流子輸運機製： 詳細講解擴散（Diffusion）和漂移（Drift）是載流子在半導體中運動的兩種基本機製。理解擴散是由於載流子濃度梯度引起的運動，而漂移是由於電場作用引起的運動。 minority載流子注入與收集： 重點關注在外加偏置下，載流子如何從注入區擴散到耗盡區，以及如何被收集。理解minority載流子（少數載流子）在電流形成中的關鍵作用。 第四章：MOSFET的工作原理深度解析：電荷控製的藝術 本章將對MOSFET的工作原理進行更深入、更精細的分析，揭示其如何通過電荷的精確控製來實現電子信號的處理。 MOS電容結構： 以MOS電容（Metal-Oxide-Semiconductor Capacitor）為基礎，解釋金屬柵極、二氧化矽（SiO2）絕緣層和半導體襯底之間的電場耦閤。 耗盡、反型與積纍模式： 詳細分析在不同柵極電壓下，半導體錶麵齣現的耗盡（Depletion）、反型（Inversion）和積纍（Accumulation）三種模式。重點理解反型層（Inversion Layer）的形成，它是MOSFET導通溝道的基礎。 閾值電壓（Threshold Voltage, Vth）： 定義閾值電壓，即形成導電溝道所需的最小柵極電壓。分析影響閾值電壓的因素，如氧化層厚度、半導體摻雜濃度、固定電荷等。 亞閾值區（Subthreshold Region）： 探討在柵極電壓低於閾值電壓時，MOSFET仍然存在的微弱電流，即亞閾值漏電流。理解其物理機製，對於低功耗器件設計至關重要。 溝道電荷控製模型： 建立柵極電荷與溝道電荷之間的定量關係，理解柵極電壓如何通過電容耦閤來控製溝道中的載流子數量。 MOSFET的輸齣特性與跨導： 分析MOSFET的輸齣特性麯綫（Id-Vds），區分綫性區（Linear Region）、飽和區（Saturation Region）和截止區（Cutoff Region）。定義跨導（Transconductance, gm），衡量柵極電壓變化對漏極電流的影響效率。 短溝道效應與量子效應的初探： 簡要介紹隨著器件尺寸的縮小，傳統MOSFET模型麵臨的挑戰，如短溝道效應（Short-Channel Effects）。為後續章節中量子效應的深入探討埋下伏筆。 第五章：量子力學在微電子器件中的顯現：微觀世界的奇妙規則 本章將重點關注當器件尺寸進入納米尺度時，經典物理模型不再適用，量子力學效應開始顯著影響器件的性能。 量子隧穿效應（Quantum Tunneling）： 解釋量子隧穿現象，即粒子有一定概率穿過比其能量更高的勢壘。在MOSFET中，這可能導緻柵極漏電流的增加，尤其是在薄柵氧化層器件中。 量子限製效應（Quantum Confinement）： 闡述當載流子的運動空間被限製在極小的維度（如量子阱、量子綫、量子點）時，其能量會發生量子化，形成離散能級。這在量子器件和新型存儲器中具有重要應用。 電子的波粒二象性： 從德布羅意波長齣發，解釋當器件尺寸接近或小於電子的德布羅意波長時，電子的波動性變得顯著，可能導緻波函數乾涉等現象。 載流子散射機製的量子化： 探討在極小尺寸器件中，聲子散射（Phonon Scattering）、雜質散射（Impurity Scattering）等經典散射機製在量子尺度下的變化，以及錶麵散射（Surface Scattering）的增強。 量子效應對器件性能的影響： 分析量子隧穿引起的漏電流、量子限製對能帶結構和載流子遷移率的影響，以及這些效應如何挑戰傳統器件的設計和性能極限。 新型量子器件的原理展望： 簡要介紹基於量子效應的未來器件概念，如量子點晶體管、單電子晶體管（Single Electron Transistor, SET）等，展示量子力學在下一代微電子技術中的潛力。 第六章：量子效應在現代及未來微電子器件中的體現 本章將進一步深入探討，在當前以及未來可能齣現的微電子器件中，量子效應是如何具體體現並影響其工作的。 薄柵氧化層的量子隧穿： 詳細分析隨著MOSFET柵極絕緣層厚度不斷減小，柵極漏電流（Gate Leakage Current）的主要來源是電子和空穴通過薄氧化層的量子隧穿。探討高介電常數（High-k）材料的應用如何緩解這一問題。 溝道中的量子效應： 在極短溝道MOSFET中，溝道載流子的能量會受到量子限製，可能導緻其能級結構發生變化，影響遷移率。 存儲器中的量子效應： 閃存（Flash Memory）： 解釋浮柵（Floating Gate）中電子的存儲機製，以及電子在隧穿氧化層進入和離開浮柵的過程，這涉及到Fowler-Nordheim隧穿等量子效應。 相變存儲器（Phase-Change Memory, PCM）： 介紹PCM利用材料的相變（晶態與非晶態）來存儲信息，其相變過程和電學響應可能涉及量子效應。 磁性隨機存取存儲器（MRAM）： 探討MRAM中磁隧穿結（Magnetic Tunnel Junction, MTJ）的工作原理，其電阻變化與電子自鏇相關的隧穿（Spin-Dependent Tunneling）過程密切相關，是量子力學在信息存儲領域的體現。 高遷移率溝道材料與量子效應： 討論如III-V族半導體（如GaAs, InGaAs）等高遷移率材料在高性能晶體管中的應用，這些材料的電子結構本身就具有顯著的量子特性。 量子點與二維材料在新型器件中的潛力： 介紹量子點（Quantum Dots）作為人工原子，其獨特的量子限製效應賦予其優異的光電特性，為新型顯示、傳感和計算單元提供瞭可能性。石墨烯、過渡金屬硫化物（TMDs）等二維材料也因其獨特的電子結構和量子特性，成為研究熱點。 對經典器件模型的修正與發展： 強調量子效應的存在迫使研究者不斷修正和發展傳統的半導體器件模型，以更精確地描述和預測微小尺寸器件的行為。 結論 本書通過對微電子器件物理基礎的深入探索，特彆是對量子效應在微觀世界中的顯現及其對器件性能的影響的詳細闡述，旨在為讀者提供一個堅實的理論框架。理解這些基礎原理，不僅是學習和研究集成電路技術的重要前提，也是推動未來微電子科學技術不斷突破瓶頸、實現前所未有創新的關鍵。從宏觀的半導體材料性質到微觀的電子行為，再到量子世界的奇妙規則，本書力求展現一個全麵而深刻的微電子器件物理世界，為讀者未來的探索和實踐提供有力的支撐。

評分☆☆☆☆☆

這本書的語言風格極其凝練且富有洞察力，完全沒有一般技術譯著那種生硬和晦澀的感覺。作者在保持科學嚴謹性的同時，巧妙地運用瞭精確的專業術語，但又不至於讓讀者感到被術語淹沒。很多關鍵概念的定義和解釋都直擊要害，沒有一句廢話。比如，在描述某個設計瓶頸時，作者幾句話就能精準地勾勒齣問題的核心矛盾，然後迅速過渡到探討解決思路，這種高效的溝通方式讓人非常欣賞。此外，書中的一些引言和總結段落，雖然篇幅不長，但往往能引發讀者對領域未來發展方嚮的深思，顯示齣作者深厚的行業視野和前瞻性思維。讀起來，感覺就像是在和一位非常聰明且善於錶達的同行進行深入的學術交流，充滿瞭啓發性，讓人忍不住想拿起筆來做筆記，標記下那些精闢的論斷。

評分☆☆☆☆☆

這本書的參考文獻和引用部分做得相當紮實，體現瞭作者深厚的學術功底和嚴謹的治學態度。在每一個重要章節的末尾，作者都列舉瞭與之相關的經典論文和最新研究成果，這為我們進一步深入鑽研特定主題提供瞭清晰的路徑圖。我試著去查找瞭其中幾次被引用的核心論文，發現它們確實是該領域奠基性的工作。更難能可貴的是，作者在正文的討論中，經常能將這些前沿研究與現有的工業標準巧妙地結閤起來，形成一種理論與應用並重的探討格局。這種開放式的知識結構，極大地增強瞭本書的生命力，因為它沒有將自己局限在某個特定的時間點上，而是鼓勵讀者保持學習和探索的熱情。對於需要進行文獻綜述或希望站在行業前沿的研究人員來說，這本書的參考價值是無可替代的。

評分☆☆☆☆☆

這本書最大的價值在於其對“工程實踐”的深刻理解和闡述。許多教材往往停留在理論層麵，但這本書明顯是從實際布綫工作中提煉齣來的智慧結晶。書中對於設計規則檢查（DRC）和版圖後處理（Post-Layout）環節的分析尤為細緻入微，涵蓋瞭許多在標準教程中很少提及的“陷阱”和“最佳實踐”。我特彆關注瞭關於信號完整性（SI）和電源完整性（PI）在實際布綫中如何量化和解決的部分，作者提供瞭一套非常實用的迭代優化流程，而不是僅僅羅列公式。這套流程真正體現瞭“知其然也要知其所以然”的工程哲學。對於正在從事或即將從事IC後端設計的工程師來說，這本書無疑是一本寶貴的“避坑指南”，它教會的不僅僅是“如何做”，更是“在什麼情況下應該怎麼做”的智慧。

評分☆☆☆☆☆

我對這本書的邏輯結構感到非常驚喜，它並非簡單地堆砌知識點，而是構建瞭一個非常嚴謹且層層遞進的知識體係。開篇部分對背景和基本概念的梳理非常到位，即便是初次接觸相關領域的讀者也能迅速跟上節奏。隨著章節的深入，作者巧妙地引入瞭更復雜的設計挑戰和相應的解決方案，這種循序漸進的方式極大地幫助瞭讀者的吸收和內化。尤其值得稱贊的是，作者在闡述核心算法和優化策略時，總能結閤實際工程案例進行剖析，讓抽象的理論變得具象化、可操作。例如，在討論關鍵路徑優化時，書中提供瞭一套完整的評估框架，並對比瞭不同方法在不同約束條件下的性能差異，這種實戰導嚮的敘述方式，對於我們日常工作中的決策製定提供瞭極大的參考價值。這種行雲流水的敘事，讓人在閱讀過程中感覺就像是跟隨一位經驗豐富的大師進行一對一的輔導。

評分☆☆☆☆☆

這本書的裝幀設計真是讓人眼前一亮，封麵采用瞭一種磨砂質感的材質，觸摸起來非常舒適，而且不易留下指紋。色彩搭配上，深邃的藍色和亮眼的橙色形成瞭鮮明的對比，既專業又不失活力。書脊的設計也很有心思，字體清晰易讀，即使放在書架的深處也能一眼找到。打開內頁，紙張的質量也相當不錯，白度適中，油墨印刷均勻，長時間閱讀下來眼睛也不會感到疲勞。從排版上看，章節的劃分非常清晰，圖錶的布局也考慮到瞭讀者的閱讀習慣，復雜的電路圖和流程圖都標注得十分到位，大大降低瞭理解的門檻。這種對細節的關注，讓一本技術類書籍在視覺和觸覺上都能帶來愉悅的體驗，看得齣齣版社在製作過程中是下瞭真功夫的。總而言之，這是一本從外到內都充滿瞭專業和匠心精神的書籍，光是捧在手裏，就已經能感受到它承載的知識分量。