正版新书--CMOS及其他先导技术：特大规模集成电路设计 [美]刘金(Tsu-Jae Ki pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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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：29487912898

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

定价：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
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
0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
1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
2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
3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
4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
5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》—— 探索半导体创新的前沿驱动力 本书旨在深入剖析现代集成电路设计领域的核心驱动技术，聚焦于CMOS（互补金属氧化物半导体）工艺及其衍生的先导技术，并探讨它们在特大规模集成电路（VLSI）设计中所扮演的关键角色。通过对这些基础理论和实践的详尽阐述，读者将能够建立起对高性能、低功耗集成电路设计深刻的理解。 第一部分：CMOS工艺的基石与演进 本部分将从最基础的半导体物理原理出发，逐步深入到CMOS器件的结构、工作原理和设计考量。我们将详细解析MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）的PN结、沟道形成、阈值电压、亚阈值导电等关键概念，并阐述CMOS反相器作为最基本的逻辑门，其电压传输特性、翻转时间、功耗特性等核心指标。 MOSFET器件物理：我们将细致描绘MOSFET的几何结构、栅极、源极、漏极以及绝缘层的材料特性，深入探讨其在不同工作区域（截止区、线性区、饱和区）的电荷传输机制。对于载流子输运、二维效应（如短沟道效应、窄沟道效应）、热电子效应等影响器件性能的关键物理现象，也将进行深入分析。 CMOS逻辑门设计：在此基础上，我们将系统性地讲解CMOS反相器、NAND门、NOR门等基本逻辑门的电路结构、尺寸优化策略以及传播延迟、静态功耗、动态功耗的计算和影响因素。我们将探讨如何通过器件尺寸调整（W/L比）来平衡性能和功耗，以及考虑阈值电压变化对逻辑门行为的影响。 CMOS工艺发展历程与未来趋势：本书将回顾CMOS工艺从早期的亚微米时代到如今的纳米工艺的演进历程，重点介绍关键的工艺节点（如130nm, 90nm, 65nm, 45nm, 32nm, 22nm, 14nm, 7nm, 5nm, 3nm等）及其代表性的技术突破，如浅沟道隔离（STI）、应力工程（Stress Engineering）、高介电常数/金属栅极（High-k/Metal Gate）、FinFET（鳍式场效应晶体管）、GAAFET（环绕栅极场效应晶体管）等。我们将分析这些先进工艺带来的性能提升、功耗降低以及良率挑战。 第二部分：先导技术在VLSI设计中的应用 在掌握了CMOS技术的基础之后，本部分将聚焦于那些能够突破传统CMOS极限，进一步提升集成电路性能和功能的“先导技术”。这些技术通常与更先进的制造工艺紧密相连，并在设计层面带来新的挑战和机遇。 FinFET与GAAFET技术：我们将深入探讨FinFET和GAAFET作为解决短沟道效应和亚阈值漏电的革命性技术。详细阐述其三维栅极结构如何实现对沟道的更优控制，以及其在降低电压和提高开关速度方面的优势。对于这些新型器件的设计规则、寄生效应以及在电路中的建模和仿真，也将进行深入的讨论。 多晶硅栅极与金属栅极技术：本书将分析多晶硅栅极在纳米尺度上面临的短沟道效应增强、栅极漏电增加等问题，并详细介绍高介电常数（High-k）材料和金属栅极（Metal Gate）的引入如何有效解决这些挑战。我们将探讨不同High-k材料的介电常数、漏电特性以及与金属栅极的兼容性，以及它们对器件电容、阈值电压和速度的影响。 应力工程（Stress Engineering）：我们将解析应力工程作为一种重要的性能提升技术。通过在CMOS器件中引入机械应力（如拉伸应力或压缩应力），可以改变载流子迁移率，从而提高器件的开关速度。本书将介绍不同应力注入技术（如SiGe，SiC，STI应力）的原理，并分析其对NMOS和PMOS器件性能的影响。 先进互连技术：随着器件密度的不断增加，互连线的电阻和电容成为限制电路性能的关键因素。本部分将探讨铜互连、低介电常数（low-k）材料的应用，以及未来可能出现的纳米线、碳纳米管等新型互连技术。我们将分析互连线延迟、串扰（crosstalk）、功耗以及设计中的布线优化策略。 新材料与新器件：展望未来，我们将简要介绍一些正在研究中的前沿材料和器件，例如III-V族材料（如GaAs, InGaAs）在高速电路中的应用，二维材料（如石墨烯，MoS2）的潜在优势，以及忆阻器等新型非易失性存储器件的机遇。 第三部分：特大规模集成电路（VLSI）设计中的关键考量 在理解了CMOS及其先导技术的基础上，本部分将聚焦于在特大规模集成电路设计中需要面对的复杂挑战和必备的设计方法。 性能优化策略：我们将探讨从逻辑层次到物理实现各个层面的性能优化方法，包括高频设计技术、流水线（Pipelining）技术、时钟树综合（Clock Tree Synthesis, CTS）、时钟门控（Clock Gating）等。 功耗管理技术：在现代高性能VLSI设计中，功耗是与性能同等重要的考量因素。本书将深入介绍各种功耗降低技术，包括动态功耗控制（如动态电压频率调整 DVFS, Power Gating, Clock Gating）和静态功耗控制（如阈值电压优化 VT-Hopping, Sleep Mode）。 可靠性设计：随着工艺节点的缩小和器件密度的增加，集成电路的可靠性面临严峻挑战。我们将分析导致电路失效的各种因素，如电迁移（Electromigration）、热应力（Thermal Stress）、栅氧化击穿（Gate Oxide Breakdown）、随机穿通（Random Dopant Fluctuation, RDF）、热载流子注入（Hot Carrier Injection, HCI）等，并介绍相应的防护设计和验证方法。 版图设计与物理验证：本书将介绍CMOS VLSI设计中的版图（Layout）概念，包括器件的布局、布线、多晶硅栅极、金属层等。我们将讲解设计规则检查（DRC）、版图与原理图一致性检查（LVS）等物理验证流程，以及寄生参数提取（Parasitic Extraction）对电路性能的影响。 先进封装技术：最后，我们将讨论先进封装技术在提升集成电路性能、集成度和功耗效率方面的作用，例如3D IC（三维集成）、Chiplet（芯粒）等技术，以及它们与CMOS及先导技术之间的协同作用。 通过对以上内容的系统性学习，读者将能够全面掌握CMOS及其他先导技术在特大规模集成电路设计中的应用，并为未来在这一充满活力的领域进行深入研究和创新打下坚实的基础。本书适合高等院校电子工程、微电子学、计算机科学等专业的学生，以及从事集成电路设计、研发的工程师和研究人员阅读。

评分☆☆☆☆☆

这本书的学习曲线比我想象的要平缓很多，这主要归功于作者的写作风格。虽然书中涉及的知识点非常专业，但[美]刘金（Tsu-Jae King）始终保持着一种耐心和引导的态度，避免了枯燥的堆砌。他善于用类比和实例来解释抽象的概念，让我在不知不觉中就掌握了复杂的原理。我记得书中有几处对功耗管理的讲解，非常生动形象，让我立刻明白了为什么现代芯片会如此注重能效。而且，书中还引入了一些最新的研究成果和技术趋势，让我得以窥见未来集成电路的发展方向。这不仅仅是一本教科书，更像是一次与行业顶尖专家的深度对话。它不仅教会了我“怎么做”，更重要的是让我理解了“为什么这么做”，这对于培养独立思考和解决问题的能力至关重要。

评分☆☆☆☆☆

这本书的深度和广度都让我惊叹。我之前接触过一些集成电路相关的入门资料，但总感觉不够系统，或者过于偏重某一方面的知识。而这本书，则像是一个全面的指南，从最基础的CMOS技术讲起，一直深入到当前最前沿的特大规模集成电路设计。作者在书中探讨的不仅仅是单一的技术，而是将各种先导技术串联起来，展现了它们之间相互促进、共同发展的关系。这对于理解整个集成电路产业的发展趋势非常有帮助。我特别欣赏书中对设计流程的详细介绍，从逻辑设计到物理设计，再到版图验证，每一个环节都经过了精心的讲解。这让我明白，设计一枚先进的芯片并非易事，而是需要多学科知识的融合和严谨的工程实践。这本书无疑为我提供了一个非常宝贵的学习平台，让我有机会系统地掌握集成电路设计的核心知识。

评分☆☆☆☆☆

这本书简直是打开了我对半导体世界的新视角！我一直对电子产品背后那些微小的芯片充满好奇，但总觉得是个遥不可及的领域。拿到这本书后，我被它扎实的理论基础和清晰的讲解深深吸引。虽然书名听起来可能有点技术性，但作者 [美]刘金（Tsu-Jae King）用一种非常易于理解的方式，将CMOS技术以及其他前沿的集成电路设计理念娓娓道来。我尤其喜欢书中对CMOS基本原理的阐述，从MOSFET的结构到它的工作机制，再到如何构建更复杂的逻辑门，每一步都循序渐进，让我这个初学者也能跟得上。而且，书中不仅仅是理论，还穿插了很多实际的应用案例和设计思路，让我能更直观地理解这些抽象的概念是如何在现实世界中发挥作用的。这让我对未来的电子设备有了更深的期待，也激发了我进一步深入学习的动力。

评分☆☆☆☆☆

这是一本极具启发性的书籍，它让我重新审视了“微”的巨大力量。从小小的CMOS管开始，到如今可以集成数十亿晶体管的“特大规模”集成电路，作者用清晰的逻辑和丰富的案例，展现了人类在微电子领域所取得的辉煌成就。我尤其被书中对先进工艺和新材料的介绍所吸引，例如在探讨未来芯片发展方向时，对下一代半导体材料的展望，让我看到了科技进步的无限可能。这本书不仅仅是关于技术本身，更传递了一种严谨的科学精神和不断探索的创新理念。它激励我不断学习，不断挑战自我，去理解和拥抱那些正在改变我们世界的尖端技术。阅读这本书的过程，就像是进行一次知识的远航，每一次翻页都充满了惊喜和发现。

评分☆☆☆☆☆

坦白说，这本书的翻译质量让我惊喜。我一直担心技术书籍的翻译会显得生硬或者晦涩，但这本书的中文译本却非常流畅自然，如同母语般易于理解。这大大降低了我阅读的门槛，让我能够专注于内容本身。书中的插图和图表也非常精美，清晰地展示了各种电路结构和设计概念，为理解复杂的理论提供了有力的视觉辅助。我尤其喜欢书中对一些关键设计挑战的探讨，比如功耗优化、性能提升以及可靠性保障等，这些都是当今集成电路设计中亟待解决的问题。作者通过对这些问题的深入分析，让我看到了集成电路设计领域的无限可能性和巨大的发展潜力。读完这本书，我感觉自己仿佛置身于一个充满创新和挑战的科技前沿，对未来的集成电路发展充满了信心。