CMOS及其他先導技術：特大規模集成電路設計 [美]劉金(Tsu-Jae King Liu pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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[美] 劉金Tsu-Jae King Liu 科林· 著

圖書標籤:

• CMOS
• 集成電路
• VLSI
• 半導體
• 微電子學
• 芯片設計
• 模擬電路
• 數字電路
• 工藝
• 劉金

店鋪： 盛德偉業圖書專營店

齣版社： 機械工業齣版社

ISBN：9787111593911

商品編碼：29771127544

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

定價：99.00元

售價：64.4元,便宜34.6元,摺扣65

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
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
0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
1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
2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
3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
4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
5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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《集成電路設計：從原理到實踐》 作者：[待定] 齣版社：[待定] 內容簡介： 本書旨在為讀者構建一個全麵而深入的集成電路設計知識體係，涵蓋瞭從基礎理論到前沿技術的各個環節。我們將帶領您走進微觀世界的奇妙旅程，探索構成現代電子設備核心的集成電路是如何被創造齣來的。本書力求理論與實踐相結閤，不僅講解清晰透徹，更注重培養讀者實際設計和解決問題的能力。 第一部分：集成電路設計基礎 本部分將為讀者打下堅實的理論基礎，理解集成電路設計的核心概念。 第一章：半導體物理與器件基礎 矽的晶體結構與能帶理論： 深入剖析矽作為半導體材料的微觀特性，理解其導電機製，為後續器件的理解奠定基礎。我們將詳細解釋晶體結構、能帶結構、費米能級等概念，並探討摻雜對矽導電性的影響。 PN結的形成與特性： 詳細講解PN結的形成過程，包括載流子擴散、漂移以及內置電場的産生。重點分析PN結在外加電壓下的正嚮導通和反嚮擊穿特性，為理解二極管和三極管的工作原理打下基礎。 MOSFET的工作原理： 深入剖析金屬-氧化物-半導體場效應晶體管（MOSFET）的工作原理，包括其結構、柵電壓對溝道電導的控製機製、以及不同工作區域（亞閾值區、綫性區、飽和區）的特性。我們將詳細講解NMOS和PMOS兩種類型的MOSFET，並分析其在集成電路設計中的關鍵作用。 CMOS技術的優勢與基本結構： 解釋互補金屬氧化物半導體（CMOS）技術為何成為現代集成電路設計的主流技術，其低功耗、高集成度等優勢。詳細介紹CMOS反相器、傳輸門等基本邏輯門電路的結構和工作原理，展示CMOS技術的精妙之處。 第二章：數字邏輯設計基礎 布爾代數與邏輯門： 迴顧布爾代數的基本公理和定理，以及AND, OR, NOT, XOR等基本邏輯門的功能。學習如何使用布爾代數對組閤邏輯電路進行化簡和優化。 組閤邏輯電路設計： 講解如何將邏輯功能轉化為電路實現，包括使用真值錶、卡諾圖等方法進行邏輯函數的最小化。重點介紹編碼器、譯碼器、多路選擇器、數據選擇器、加法器、減法器等常用組閤邏輯電路的設計。 序嚮邏輯電路設計： 介紹觸發器（D觸發器、JK觸發器、T觸發器）等基本存儲單元的概念，以及它們在構建時序邏輯電路中的作用。講解狀態機（有限狀態機FSM）的設計方法，包括狀態圖、狀態錶以及如何將其轉化為電路。重點介紹計數器、移位寄存器等常用時序邏輯電路。 邏輯綜閤與HDL語言： 介紹邏輯綜閤的基本概念，以及硬件描述語言（HDL），如Verilog和VHDL，在描述和設計數字邏輯電路中的重要性。通過實例講解如何使用HDL語言描述邏輯功能，並通過EDA工具進行綜閤。 第三章：電路設計流程與工具 集成電路設計流程概覽： 詳細介紹從規格定義、架構設計、邏輯設計、物理設計到製造、測試和封裝的整個集成電路設計流程。理解不同階段之間的相互關係和依賴性。 EDA工具的應用： 介紹常用的電子設計自動化（EDA）工具，包括邏輯綜閤工具、布局布綫工具、時序分析工具、物理驗證工具等。通過實例展示如何使用這些工具完成設計任務。 行為級、寄存器傳輸級（RTL）和門級設計： 闡述不同抽象層次的設計方法。行為級設計側重於係統功能描述，RTL設計描述瞭數據在寄存器之間的流動和邏輯操作，門級設計則將邏輯電路映射到具體的標準單元庫。 設計驗證的重要性與方法： 強調驗證在集成電路設計中的關鍵作用，介紹仿真、形式驗證、覆蓋率分析等常用的驗證技術。 第二部分：集成電路設計進階 本部分將深入探討更復雜的集成電路設計技術和挑戰。 第四章：模擬集成電路設計基礎 運放（Operational Amplifier）設計： 深入剖析運放的結構、工作原理和關鍵性能指標（增益、帶寬、穩定性、噪聲等）。講解差分放大器、共模抑製比（CMRR）、輸齣級設計等。 濾波器設計： 介紹不同類型的濾波器（低通、高通、帶通、帶阻）及其在模擬信號處理中的應用。講解有源濾波器和無源濾波器的設計原理。 數據轉換器（ADC/DAC）原理： 介紹模數轉換器（ADC）和數模轉換器（DAC）的基本原理、結構和關鍵性能指標。重點講解不同類型的ADC（如逐次逼近型、Σ-Δ型）和DAC（如電阻網絡型、電流舵型）。 振蕩器與鎖相環（PLL）： 講解振蕩器的基本類型和設計，以及鎖相環在頻率閤成、時鍾生成和抖動抑製中的重要作用。 第五章：時序分析與時鍾設計 時序約束與時序關閉： 詳細講解建立時間（setup time）和保持時間（hold time）的概念，以及它們對電路穩定性的影響。介紹時序分析（STA）工具的使用，以及如何通過優化電路和布局布綫來滿足時序要求。 時鍾樹綜閤（CTS）： 講解時鍾信號在芯片內部分發的重要性，以及時鍾樹綜閤的目標——減小時鍾延遲和時鍾偏斜。介紹不同的時鍾樹構建策略。 時鍾域交叉（CDC）處理： 探討當數據在不同時鍾域之間傳輸時可能齣現的問題（如亞穩態），以及常用的CDC處理技術，如握手協議、FIFO等。 第六章：物理設計與版圖 邏輯綜閤與門級網錶： 進一步闡述邏輯綜閤過程，如何將RTL代碼轉化為門級網錶，並進行優化。 布局（Placement）與布綫（Routing）： 詳細介紹物理設計中的布局和布綫過程。布局是將標準單元放置在芯片上的位置，布綫則是連接這些單元之間的導綫。講解常見的布局布綫算法和策略。 時序驅動的物理設計： 強調時序約束在物理設計中的指導作用，如何通過布局布綫優化來滿足時序目標。 版圖規則檢查（DRC）與設計規則檢查（LVS）： 講解DRC（設計規則檢查）和LVS（版圖與原理圖一緻性檢查）的重要性，它們是確保芯片能夠成功製造的關鍵步驟。 功耗分析與優化： 介紹集成電路中的功耗來源（動態功耗、靜態功耗），以及常用的功耗優化技術，如門控時鍾、動態電壓頻率調整（DVFS）等。 第三部分：高級主題與未來趨勢 本部分將探討集成電路設計中的前沿技術和發展方嚮。 第七章：低功耗設計技術 多種低功耗設計策略： 深入探討各種低功耗設計技術，包括門控時鍾、功率門控、動態電壓和頻率縮放（DVFS）、自適應體偏置（Adaptive Body Biasing，ABB）等。 低功耗IP設計： 介紹在IP（Intellectual Property）核設計中融入低功耗考量，以滿足移動設備和IoT等低功耗應用的需求。 功耗建模與仿真： 講解如何使用工具對電路的功耗進行精確建模和仿真，以便在設計早期發現和解決功耗問題。 第八章：可靠性與測試 電路老化效應與可靠性設計： 討論集成電路中常見的可靠性問題，如電遷移、熱應力、柵氧化層擊穿等，並介紹相應的可靠性設計和防護措施。 可測試性設計（DFT）： 介紹DFT技術，如掃描鏈（Scan Chain）、內建自測（BIST）等，以提高芯片的可測試性，降低測試成本。 故障模型與測試嚮量生成： 講解不同的故障模型（如單故障模型），以及如何生成有效的測試嚮量來檢測芯片中的故障。 第九章：先進封裝技術與3D IC 先進封裝技術的重要性： 介紹晶圓級封裝（Wafer-Level Packaging）、2.5D/3D封裝等先進封裝技術，以及它們如何突破傳統封裝的限製，實現更高的集成度和性能。 三維集成電路（3D IC）設計挑戰： 探討3D IC的設計理念、優勢以及麵臨的挑戰，如散熱、布綫密度、測試等。 異構集成： 講解如何將不同工藝、不同功能的芯片集成在一起，實現更強大的係統功能。 第十章：人工智能與集成電路設計 AI在EDA工具中的應用： 探討人工智能（AI）和機器學習（ML）技術如何應用於EDA工具，例如在布局布綫、時序預測、故障檢測等方麵的優化。 AI芯片設計： 介紹專門為人工智能計算設計的芯片架構，如TPU（Tensor Processing Unit）、GPU（Graphics Processing Unit）等，以及它們的獨特設計理念。 AI驅動的設計流程： 展望AI如何進一步革新集成電路設計流程，實現更高效、更智能的設計。 本書特點： 體係完整： 從基礎原理到前沿技術，全麵覆蓋集成電路設計領域。 深入淺齣： 理論講解清晰易懂，並通過大量實例輔助理解。 實踐導嚮： 強調EDA工具的應用，引導讀者動手實踐。 前沿性： 關注行業發展趨勢，介紹最新的技術和理念。 本書適閤電子工程、微電子學、計算機科學等相關專業的本科生、研究生，以及從事集成電路設計工作的工程師閱讀。通過學習本書，讀者將能夠深刻理解集成電路設計的奧秘，掌握現代集成電路設計方法和工具，為在這一快速發展的領域中取得成功奠定堅實基礎。

評分☆☆☆☆☆

這本書的章節邏輯構建簡直是教科書級彆的典範，它不是簡單地堆砌知識點，而是構建瞭一個清晰、層層遞進的學習路徑。初學者可能會被“特大規模集成電路設計”這個宏大的標題嚇到，但一旦進入正文，就會發現作者的引導是多麼的循序漸進。從最基礎的半導體物理概念開始，緩慢而堅定地過渡到具體的CMOS器件特性，然後纔開始探討復雜的電路拓撲和設計流程。每一個新的概念齣現時，前文都會為其打下堅實的基礎，使得知識點之間的關聯性極強，幾乎沒有齣現那種“上下文脫節”的閱讀障礙。我特彆欣賞作者在引入關鍵公式時，總是會附帶詳盡的物理意義解釋和應用場景分析，這比起那些隻羅列公式而不做解讀的教材要高明得多。這種結構性的安排，極大地降低瞭學習麯綫的陡峭程度，讓復雜的理論變得觸手可及，讓人感覺自己不是在被動接收信息，而是在構建一個完整的知識體係。

評分☆☆☆☆☆

這本書的案例和圖示選擇方麵，體現瞭極高的實用主義精神。它並沒有使用那些脫離實際的理想化模型進行教學，而是大量引用瞭具有現實意義的設計挑戰和具體的工藝參數範圍。我特彆喜歡那些貫穿全書的、具有一緻性的電路示例，這些示例從一開始的簡單邏輯門，逐步演變到復雜的運算放大器結構，讀者可以清晰地看到，基本單元是如何被一步步集成並優化以滿足特定性能指標（如功耗、速度、噪聲）要求的。這些圖例的細節豐富，標注詳盡，幾乎可以作為實際設計工作的參考模闆。不同於一些理論性過強的書籍，這本書的每一步推導似乎都在默默地迴答一個核心問題：“在真實世界的矽片製造限製下，我們如何做齣最佳權衡？”這種高度的工程實踐導嚮，極大地增強瞭讀者的信心，讓他們相信書中學到的知識可以直接轉化為可製造的、高性能的芯片設計。

評分☆☆☆☆☆

這本書的裝幀設計真是讓人眼前一亮，封麵那種深邃的藍色調，配上簡潔有力的白色字體，瞬間就給人一種專業、嚴謹的感覺。我拿到手的時候，就忍不住想翻開看看裏麵的內容瞭。紙張的質感也相當不錯，摸起來挺厚實，油墨印刷清晰，即便是長期翻閱，應該也不容易模糊或者損壞。特彆是那些復雜的電路圖和波形圖，印刷得非常細膩，綫條的粗細控製得恰到好處，這對於我們這些需要仔細辨認細節的工程師來說，簡直是福音。書脊的裝訂也處理得很紮實，即便是攤開平放閱讀，也不會有那種令人煩躁的“閤攏感”，閱讀體驗大大提升。書中的排版布局也看得齣是用心設計的，章節之間的過渡自然流暢，標題和正文的層級劃分清晰，讓人在快速瀏覽和深入研讀之間可以輕鬆切換。整體來看，這不僅僅是一本技術手冊，更像是一件精心製作的工藝品，擺在書架上都顯得格調不凡。這種對細節的關注，往往預示著內容本身的深度和可靠性，讓人對接下來要學習的知識充滿瞭期待。

評分☆☆☆☆☆

這本書的語言風格，我個人感覺是極其沉穩且極富洞察力的。它沒有那種為瞭迎閤初學者而刻意使用的花哨或過於口語化的錶達，而是保持瞭一種嚴謹的學術腔調，但這種嚴謹並非闆麵孔，而是建立在對主題深刻理解基礎上的自信。作者在闡述原理時，總能用最精煉的語言直擊核心，避免不必要的冗餘。舉例來說，在討論亞閾值區的電流建模時，那種對跨導和閾值電壓敏感性的分析，簡直是深入骨髓，寥寥數語便勾勒齣瞭實際器件行為的全貌。同時，作者也擅長在關鍵的轉摺點設置思考性的提問，雖然沒有直接給齣答案，但足以引導讀者停下來，進行自我檢驗和深入推敲，培養起獨立分析問題的能力。這種“授人以漁”的寫作手法，讓閱讀過程充滿瞭主動性和挑戰性，讓人感覺自己真的在和一位經驗豐富的領域專傢進行深度對話。

評分☆☆☆☆☆

我注意到書中對“先導技術”的關注點處理得非常到位，它沒有僅僅停留在成熟工藝的經典理論上，而是將視野拓展到瞭當前半導體前沿領域中那些至關重要的限製因素和新興概念。例如，對短溝道效應的深入剖析，以及如何在新一代工藝節點上通過FinFET等結構來緩解這些問題，這些內容的處理明顯超越瞭一般入門教材的範疇。作者似乎對未來幾年行業可能麵臨的技術瓶頸有著清晰的預判，並將這些前沿討論巧妙地融入瞭基礎框架之中。這使得這本書的保質期大大延長，它不僅是理解當前設計的基石，更是預測未來設計趨勢的指南針。對於希望在IC設計領域持續深耕的人來說，這種對未來趨勢的把握和前瞻性的講解，是極其寶貴的財富，保證瞭讀者所學知識的時效性和前瞻性。