極簡圖解半導(dǎo)體技術(shù)基本原理(原書第3版) [日] 西久保 靖彥
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在半導(dǎo)體芯片被廣泛關(guān)注的當(dāng)下,本書旨在為廣大讀者提供一本通俗易懂和全面了解半導(dǎo)體芯片原理、設(shè)計、制造工藝的學(xué)習(xí)參考書。《極簡圖解半導(dǎo)體技術(shù)基本原理(原書第3版)》以圖解的形式,簡單明了地介紹了什么是半導(dǎo)體以及半導(dǎo)體的物理特性,什么是IC、ISI以及其類型、工作原理和應(yīng)用領(lǐng)域。在此基礎(chǔ)上詳細(xì)介紹了ISI的開發(fā)與設(shè)計、ISI制造的前端工程、ISI制造的后端工程以使讀者全面了解集成電路芯片的設(shè)計技術(shù)、制造工藝和測試、封裝技術(shù)。最后,介紹了代表性半導(dǎo)體元件以及半導(dǎo)體工藝的發(fā)展極限。本書面向電子技術(shù),特別是半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域的工程技術(shù)人員、大專院校的學(xué)生,作為專業(yè)技術(shù)學(xué)習(xí)資料,同時也可作為廣大科技愛好者了解半導(dǎo)體技術(shù)的科普讀物。通過本書的閱讀,讀者可以快速了解半導(dǎo)體集成電路芯片技術(shù)的全貌,同時在理論上對其原理和制造方法進行全面分析和理解,從而為實際的開發(fā)打下深厚的理論基礎(chǔ),為技術(shù)創(chuàng)新提供具有啟發(fā)性的方向和路徑。
《極簡圖解半導(dǎo)體技術(shù)基本原理(原書第 3 版)》通過清晰明了的圖示,將復(fù)雜的半導(dǎo)體技術(shù)原理直觀呈現(xiàn)。無論你是初學(xué)者還是對半導(dǎo)體技術(shù)感興趣的讀者,都能從這本書中快速掌握關(guān)鍵知識點。它以極簡的方式圖解半導(dǎo)體技術(shù)基本原理,內(nèi)容更豐富、更易懂,助你快速開啟半導(dǎo)體世界的探索之旅。
原 書前言大學(xué)畢業(yè)幾年后,我在1970年左右開始接觸半導(dǎo)體,當(dāng)時雙極型晶體管正處于鼎盛時期。當(dāng)時的工藝從1.5in(1in=25.4mm)晶圓開始。在清洗晶圓的時候,我不小心把氫氟酸潑到了腳上,隨即趕往醫(yī)院。我記得膝蓋以下腫得通紅。之后我便嘗試用業(yè)余無線電設(shè)備和線性放大器驅(qū)動手工制作的CVD設(shè)備。具體設(shè)計是使用鉛筆在方格紙上進行繪制的。布局圖修正是災(zāi)難性的,我曾經(jīng)把位置弄錯了一點,就嘗到了用橡皮擦擦掉幾天設(shè)計的無奈。我自己做的第一個 IC是 10um 制程的。如果我沒記錯的話,分頻電路的一級是 250umx500mm。我看錯了邏輯電路的正邏輯和負(fù)邏輯,結(jié)果搞反了輸出的脈寬。由于不知道橫向擴散的作用,使得完成的 MOS 管有效溝道長度極短(很久以后才知道原因)。在32k比z 的振蕩電路中竟然用4MHz的晶體進行振蕩和分頻操作,現(xiàn)在看來是非常少見的。但是,當(dāng)它第一次運行時,我覺得自己仿佛在天堂一樣。此時,IBM 宣布了一項1mm的制程,對此我不禁懷疑這是不是真的,著實太令人吃驚了。我的第一個CAD軟件是在過新年時從老板那里得到的。他在新年假期給我打來電話,如果您愿意,我會買的!。令人意外的是,共花了一億五千萬日元(當(dāng)時相同性能的軟件要低于個人計算機的價格)。CAD軟件的便利讓我的眼淚都流了下來。此外,我還買了一個IC 測試儀。但是因為很難用,所以也難以熟練應(yīng)用。作者
西久保 靖彥 出生于日本埼玉縣。從電子通信大學(xué)畢業(yè)后,曾先后就職于西鐵城鐘表株式會社技術(shù)研究所、大日本印刷株式會社電子設(shè)計研究所、Inotech株式會社、三榮High Tex株式會社,現(xiàn)為Westbrain代表,靜岡大學(xué)客座教授(2005.4~2018.3)。以西鐵城石英晶體手表用CMOS IC開發(fā)為開端,西久保 靖彥從青年時期就涉足了半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)。著作有《圖解入門:易懂的最新半導(dǎo)體基礎(chǔ)與結(jié)構(gòu)》《圖解入門:易懂的最新顯示技術(shù)基礎(chǔ)與結(jié)構(gòu)》《圖解入門:易懂的CPU基礎(chǔ)與結(jié)構(gòu)》《圖解摻雜半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)》《大畫面超薄型顯示器100問》《基本ASIC術(shù)語詞典》《基本系統(tǒng)LSI術(shù)語詞典》《電路模擬器SPICE入門》、《LSI設(shè)計的實際現(xiàn)狀與日本半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)課題》等。西久保 靖彥還是一名業(yè)余無線電愛好者(JA1EGN,一級業(yè)余無線電技師),經(jīng)常在是國內(nèi)和國外處奔走旅行。
目錄譯者序原書前言第1章什么是半導(dǎo)體?需要了解的基本物理知識1-1什么是半導(dǎo)體?1-2導(dǎo)體和絕緣體有什么不同?1-3半導(dǎo)體的雙重導(dǎo)電性:從絕緣體到導(dǎo)體的質(zhì)變1-4半導(dǎo)體材料硅是什么?1-5根據(jù)雜質(zhì)類型的不同制成P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體1-6N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)能級提升的真正原因是什么?1-7搭載LSI的基板硅晶圓的制造方法第2章什么是IC、LSI?LSI的類型和應(yīng)用2-1實現(xiàn)高性能電子設(shè)備的LSI2-2硅晶圓上的LSI2-3LSI有哪些種類?2-4按功能對LSI進行分類2-5存儲器的類型2-6定制ASIC有哪些種類?2-7微型計算機的組成2-8所有功能向單片化、系統(tǒng)LSI的方向發(fā)展2-9搭載系統(tǒng)LSI的設(shè)備手機發(fā)生的變化2-10搭載系統(tǒng)LSI的設(shè)備數(shù)碼相機的變化第3章半導(dǎo)體元件的基本操作晶體管的基本原理3-1PN結(jié)是半導(dǎo)體的根本3-2使電流單一方向流動的二極管3-3雙極型晶體管的基本原理3-4LSI的基本元件MOS晶體管(PMOS、NMOS)3-5什么是最常用的CMOS?3-6存儲器DRAM的基本構(gòu)造和工作原理3-7什么是活躍于移動設(shè)備的閃存?3-8DRAM、閃存及下一代通用存儲器第4章數(shù)字電路原理了解如何進行計算4-1模擬量和數(shù)字量有什么不同?4-2數(shù)字處理的基礎(chǔ)什么是二進制數(shù)?4-3LSI邏輯電路的基礎(chǔ)布爾代數(shù)4-4LSI中使用的基本邏輯門4-5用邏輯門進行十進制數(shù)到二進制數(shù)的轉(zhuǎn)換4-6數(shù)字電路中如何實現(xiàn)加法運算(加法器)?4-7數(shù)字電路中如何實現(xiàn)減法運算(減法器)?4-8其他重要的基本數(shù)字電路第5章LSI的開發(fā)與設(shè)計設(shè)計工程是怎樣的5-1LSI開發(fā)從規(guī)劃到產(chǎn)品化5-2功能設(shè)計確定想要實現(xiàn)什么樣的功能5-3邏輯設(shè)計邏輯門級的功能確認(rèn)5-4 版圖/掩模設(shè)計在保證電氣性能的前提下實現(xiàn)芯片最小化5-5電路設(shè)計更詳細(xì)的晶體管級設(shè)計5-6光掩模LSI制造過程中使用的版圖原版5-7最新的設(shè)計技術(shù)趨勢基于軟件技術(shù)、IP利用的設(shè)計5-8LSI電氣特性的缺陷分析與評價如何進行出廠測試?第6章LSI制造的前端工程硅芯片是如何制成的?6-1半導(dǎo)體生產(chǎn)的全過程概覽6-2清洗技術(shù)和清洗設(shè)備6-3沉積技術(shù)和膜的類型6-4膜是如何成型的?6-5用于精細(xì)加工的光刻技術(shù)6-6決定晶體管尺寸極限的曝光技術(shù)是什么?6-7什么是三維精細(xì)加工的蝕刻?6-8什么是雜質(zhì)擴散工序?6-9連接半導(dǎo)體元件的金屬布線6-10通過CMOS反相器了解制造工序第7章LSI制造的后端工程和封裝技術(shù)從封裝到測試和發(fā)貨7-1從硅芯片的封裝到測試和發(fā)貨7-2封裝的種類和外形7-3BGA和CSP是什么樣的封裝?7-4將多個芯片封裝在同一個封裝中的SIP7-5采用貫通電極TSV的三維封裝技術(shù)7-6高密度封裝技術(shù)的進一步發(fā)展第8章代表性半導(dǎo)體元件8-1光電半導(dǎo)體的基本原理 (發(fā)光二極管和光電二極管)8-2作為照明燈具的白色光LED的出現(xiàn)8-3集成大量光電二極管的圖像傳感器8-4使IT社會的高速通信網(wǎng)絡(luò)成為可能的半導(dǎo)體激光器8-5藍(lán)光激光器實現(xiàn)了高圖像質(zhì)量和長時間的記錄存儲8-6有助于節(jié)約電能的功率半導(dǎo)體8-7IC卡微處理器8-8改變銷售管理機制的無線通信IC電子標(biāo)簽第9章半導(dǎo)體的工藝制程將被微細(xì)化到什么程度?9-1晶體管微細(xì)化結(jié)構(gòu)的極限9-2微細(xì)化加速了電子設(shè)備的高性能化參考文獻(xiàn)