后摩尔时代集成电路新型互连技术 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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赵文生，王高峰，尹文言 著

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• 集成电路
• 互连技术
• 后摩尔时代
• 先进封装
• 3D集成
• 2
• 5D集成
• 硅互连
• 异构集成
• 新材料
• 纳米技术

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030534187

版次：1

商品编码：12187835

包装：平装

开本：16开

出版时间：2017-09-01

用纸：胶版纸

页数：232

字数：289000

正文语种：中文

内容简介

《后摩尔时代集成电路新型互连技术》针对后摩尔时代集成电路中的互连难题，集中讨论基于碳纳米材料的片上互连技术和三维集成电路的硅通孔技术。《后摩尔时代集成电路新型互连技术》简单介绍集成电路互连技术的发展和后摩尔时代集成电路所面临的互连极限难题，重点讨论碳纳米管、石墨烯互连线以及硅通孔互连的一些关键科学问题，包括碳纳米互连的参数提取和电路模型、硅通孔的电磁建模、新型硅通孔结构、碳纳米管以及铜�蔡寄擅坠芑旌瞎柰�孔互连线等。

目录

前言
第1章 引言 1
1.1 概述 1
1.2 互连 5
1.3 本书架构 8
参考文献 9
第2章 传统片上互连 13
2.1 多层互连与制造技术 13
2.2 互连模型及分析 15
2.2.1 性能指标 15
2.2.2 互连模型 18
2.2.3 优化设计 27
2.3面临的挑战 29
参考文献 32
第3章 碳纳米材料 37
3.1 碳纳米材料的物理特性 37
3.2 碳纳米材料的制备方法 38
3.3 一维碳纳米材料的电学特性 40
3.3.1 石墨烯的能带结构 40
3.3.2 纳米线的能带结构 42
3.3.3 纳米线的导电性 45
参考文献 52
第4章 碳纳米互连特性分析 55
4.1 碳纳米管互连 55
4.1.1 单壁碳纳米管互连 56
4.1.2 多壁碳纳米管互连 65
4.1.3 混合碳纳米管互连 78
4.1.4 碳纳米管通孔 79
4.2 石墨烯互连 80
4.2.1 单层石墨烯纳米带互连 82
4.2.2 多层石墨烯纳米带互连 84
4.3 全碳纳米互连 89
4.4 铜-碳纳米互连 90
4.4.1 铜-碳纳米管混合互连 90
4.4.2 铜-石墨烯异质互连 91
参考文献 95
第5章 片上互连的高频特性 100
5.1 片上单端互连 100
5.2 片上耦合互连 106
5.3 碳纳米互连的高频特性 111
5.3.1 碳纳米管互连 111
5.3.2 石墨烯互连 117
5.3.3 铜-石墨烯异质互连 117
参考文献 120
第6章 三维集成与硅通孔技术 123
6.1 三维集成 123
6.2 硅通孔 132
6.2.1 硅通孔的制造 133
6.2.2 硅通孔的测量 134
6.3 三维集成的研究进展 140
6.3.1 新型硅通孔 140
6.3.2 三维集成的可靠性 144
6.3.3 信号与电源完整性 145
6.3.4 物理设计自动化 148
6.3.5 三维集成的热问题 148
6.3.6 三维集成与硅通孔的应用 150
参考文献 155
第7章 硅通孔的特性分析 162
7.1 硅通孔的电路模型 162
7.1.1 硅通孔的低频电路模型 162
7.1.2 硅通孔的高频电路模型 166
7.2 差分硅通孔的特性分析 167
7.2.1 差分硅通孔的等效电路模型 168
7.2.2 差分硅通孔的电学特性 173
7.3 同轴硅通孔的特性分析 177
7.3.1 同轴硅通孔的自屏蔽功能 177
7.3.2 同轴硅通孔的等效电路模型 178
7.3.3 模型验证与分析 184
7.4 浮硅衬底中硅通孔的特性分析 186
7.4.1 浮硅衬底中硅通孔的等效电路模型 187
7.4.2 浮硅衬底中硅通孔的电学特性 192
参考文献 198
第8章 基于碳纳米管的硅通孔 201
8.1 碳纳米管硅通孔的特性分析 202
8.1.1 等效复电导率 202
8.1.2 电流密度分布 203
8.1.3 电学特性分析 205
8.1.4 散热管理 207
8.2 全碳三维互连结构 208
8.2.1 全碳三维互连的电学特性 208
8.2.2 全碳三维互连的电热分析 212
8.3 铜-碳纳米管硅通孔的特性分析 215
8.3.1 铜-碳纳米管硅通孔的结构 215
8.3.2 铜-碳纳米管硅通孔的等效复电导率 215
8.3.3 铜-碳纳米管硅通孔的电特性分析 219
参考文献 221

《微电子学：从硅基到三维集成》 内容梗概： 本书旨在全面梳理和深入探讨微电子学领域的核心概念、关键技术及其未来发展方向，重点聚焦于半导体器件的物理基础、集成电路的设计与制造流程，以及超越传统平面结构的创新型集成技术。本书不仅为读者构建扎实的微电子学理论框架，更着重于介绍当前及未来集成电路发展所面临的挑战，并提出了前沿性的解决方案，为相关领域的科研人员、工程师和学生提供一份兼具深度与广度的参考。 第一部分：微电子学基本原理与器件物理 本部分将从最基础的半导体物理出发，为读者建立理解集成电路运行的基石。 第一章：半导体材料与能带理论 介绍硅、锗等常见半导体材料的晶体结构、原子轨道和化学键。 深入讲解能带理论，包括价带、导带、禁带宽度，以及其对材料导电性能的影响。 阐述本征半导体和杂质半导体的形成，介绍施主和受主的概念，以及它们如何改变半导体的导电类型。 分析费米能级在不同温度和掺杂浓度下的变化，以及其在器件工作中的重要性。 探讨载流子（电子和空穴）的产生、复合机制，包括辐射复合和俄歇复合。 介绍载流子在电场作用下的漂移运动和浓度梯度驱动的扩散运动，以及霍尔效应的应用。 第二章：PN结与二极管 详细阐述PN结的形成过程，包括掺杂、载流子扩散和内建电场。 分析PN结在零偏、正偏和反偏下的电学特性，包括电流-电压（I-V）曲线。 介绍PN结的电容效应，包括扩散电容和结电容，以及它们在高速器件中的影响。 深入讲解不同类型的二极管，如整流二极管、稳压二极管（齐纳二极管、杰纳二极管）、肖特基二极管、发光二极管（LED）和光电二极管（PD），分析其工作原理和应用场景。 讨论二极管的击穿机制，包括雪崩击穿和齐纳击穿。 第三章：金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET） 系统介绍MOSFET的结构，包括源极、漏极、栅极和沟道。 阐述MOS电容器的原理，包括积累、耗尽和反型三种工作模式。 详细讲解NMOS和PMOS晶体管的工作原理，分析栅极电压如何控制沟道的导电性。 推导MOSFET的输出特性曲线（Id-Vds）和跨导特性曲线（Id-Vgs），解释其线性区、饱和区和截止区。 讨论MOSFET的亚阈值区特性，以及其在低功耗设计中的意义。 介绍MOSFET的各种寄生效应，如短沟道效应（DIBL、阈值电压降低）、载流子散射效应、栅极漏电等，以及降低这些效应的措施。 探讨不同类型的MOSFET，如LDMOS、SOI MOSFET、FinFET和GAAFET，分析它们的结构特点、性能优势及应用。 第四章：双极结型晶体管（BJT） 介绍BJT的结构，包括NPN型和PNP型。 分析BJT的工作原理，阐述发射区、基区和集电区的载流子传输过程。 推导BJT的输出特性曲线和输入特性曲线，解释其饱和区、放大区和截止区。 讨论BJT的电流增益（β）和跨导（gm），以及影响它们的因素。 比较BJT与MOSFET的性能特点、功耗和速度，以及各自适用的应用领域。 第二部分：集成电路设计与制造 本部分将深入剖析集成电路从概念到实际产品的设计与制造过程。 第五章：集成电路设计流程 介绍电子设计自动化（EDA）工具在IC设计中的作用。 详细阐述从系统级设计到门级网表的逻辑综合过程。 分析物理设计流程，包括布局（Placement）、布线（Routing）、时钟树综合（CTS）和时序分析（STA）。 介绍验证流程，包括功能验证、形式验证和物理验证（DRC、LVS）。 讲解工艺设计套件（PDK）和设计规则检查（DRC）、版图与电路图一致性检查（LVS）的重要性。 第六章：CMOS集成电路设计 深入研究CMOS反相器、NAND门、NOR门等基本逻辑门的设计与性能分析。 讲解组合逻辑和时序逻辑电路的设计，包括触发器、寄存器、计数器等。 分析CMOS电路的功耗，包括动态功耗和静态功耗，并介绍降低功耗的设计技术（如时钟门控、电源门控、低功耗逻辑风格）。 探讨CMOS电路的噪声容限和抗干扰能力。 介绍CMOS工艺中重要的电路单元，如SRAM和DRAM的存储单元结构及读写操作。 第七章：半导体制造工艺 详细介绍晶圆制备过程，包括硅单晶生长、切割、研磨和抛光。 阐述光刻（Lithography）技术，包括紫外光刻、深紫外光刻（DUV）和极紫外光刻（EUV），以及光刻掩模版的作用。 讲解薄膜沉积技术，包括化学气相沉积（CVD）、物理气相沉积（PVD）和原子层沉积（ALD），以及氮化硅、二氧化硅、金属薄膜的沉积。 介绍刻蚀技术，包括干法刻蚀（反应离子刻蚀RIE）和湿法刻蚀，以及其对器件结构精度的要求。 分析离子注入（Ion Implantation）技术，用于掺杂和形成PN结。 讲解金属互连工艺，包括多晶硅栅、铝互连和铜互连，以及阻挡层和扩散阻挡层的作用。 介绍化学机械抛光（CMP）技术在平面化过程中的应用。 阐述封装技术，包括引线键合、倒装芯片等，以及其对可靠性的影响。 第三部分：面向未来的集成电路技术 本部分将展望集成电路技术的发展趋势，特别是超越传统二维平面结构的创新方向。 第八章：先进互连技术的需求与挑战 分析随着器件尺寸不断缩小，传统金属互连线（如铜）面临的电阻率增加（尺寸效应）、信号延迟、串扰和功耗问题。 探讨摩尔定律的物理极限，以及传统二维集成电路的瓶颈。 介绍对高密度、低延迟、低功耗互连的需求，以及在材料、结构和设计上的挑战。 第九章：新型互连材料与结构 金属互连材料的探索： 介绍导电性优于铜的潜在材料，如金（Au）、银（Ag）、钨（W）、氮化钛（TiN）等，分析其制备难度、成本和集成兼容性。 探讨纳米材料在互连中的应用，如碳纳米管（CNT）和石墨烯（Graphene）互连，分析其优异的电学性能、机械强度和潜在的制备挑战。 研究二维材料（如MXenes）在低阻抗互连中的潜力。 低介电常数（low-k）材料与超低介电常数（ultra-low-k）材料： 深入分析低k材料在减少互连线间串扰、降低RC延迟方面的重要作用。 介绍不同类型的低k材料，包括有机聚合物、气凝胶、多孔介质等，并分析它们的介电常数、机械强度、热稳定性及制备工艺。 探讨超低k材料的制备难点和稳定性问题。 高介电常数（high-k）材料在栅极堆栈中的应用： 解释在高k栅介质出现之前，金属栅极与二氧化硅栅介质的短沟道效应和漏电流问题。 介绍高k材料（如HfO2、Al2O3、ZrO2等）作为栅介质的优势，包括降低栅极漏电、提高栅极电容，以及在高k/金属栅（HKMG）工艺中的集成。 新型导线结构： 介绍金属填充孔（Vias）和金属线的横截面设计优化，以降低电阻和提高可靠性。 讨论对埋藏式互连（Buried Interconnects）的探索，以减小信号路径长度。 第十章：三维集成电路（3D IC）技术 垂直互连技术（TSV - Through-Silicon Via）： 详细介绍TSV的结构、制备工艺（如硅通孔形成、绝缘、填充）。 分析TSV技术的优势：缩短信号路径、提高芯片间通信带宽、减小封装体积、异质集成。 探讨TSV技术面临的挑战：成本、良率、功耗、热管理、设计工具支持。 多芯片封装（MCP - Multi-Chip Package）与堆叠技术： 介绍不同类型的MCP，如2.5D封装（硅中介层）和3D封装（直接堆叠）。 分析硅中介层（Silicon Interposer）的技术原理和应用，以及其在连接高性能芯片（如GPU、CPU）中的作用。 深入研究直接堆叠技术（Die-to-Die Bonding），包括粘接技术（如铜-铜键合、混合键合）和连接方式。 异质集成（Heterogeneous Integration）： 阐述异质集成的重要性，即将不同类型、不同工艺节点的器件（如CPU、GPU、FPGA、内存、RF模块、光学器件）集成到同一封装中。 分析异质集成在提升性能、降低功耗、实现多功能集成方面的巨大潜力。 探讨不同异质集成方案的技术要求和挑战。 第十一章：其他前沿集成技术与展望 类脑计算与神经形态芯片： 介绍模仿人脑神经网络结构的计算范式，以及与传统冯·诺依曼架构的区别。 探讨忆阻器（Memristor）、相变存储器（PCM）等新型器件在构建神经形态芯片中的应用。 分析类脑计算的潜在优势：超低功耗、并行处理能力。 光电集成： 介绍将光子器件（如光波导、光探测器、激光器）与电子器件集成在一起的技术。 分析光电集成在解决电子互连带宽瓶颈、实现高速通信方面的潜力。 探讨硅光子（Silicon Photonics）技术的进展。 量子计算集成： 简要介绍量子计算的基本原理，以及对高性能、低温、高密度集成环境的需求。 探讨量子比特（Qubit）的集成挑战，以及超导量子芯片、离子阱等量子计算平台的集成技术。 面向未来的集成电路设计与制造： 展望新材料、新结构、新工艺在未来集成电路中的应用前景。 讨论人工智能（AI）在IC设计流程（如自动布局布线、功耗优化、故障诊断）中的应用。 分析可持续发展和绿色制造在半导体产业中的重要性。 预测未来集成电路将如何驱动人工智能、物联网、5G/6G通信、自动驾驶等新兴技术的进一步发展。 本书通过层层递进的论述，从基础理论到实践应用，再到未来展望，力求为读者勾勒出一幅清晰的微电子学全景图。无论您是希望深入理解当前集成电路技术，还是对未来科技发展充满好奇，本书都将是您宝贵的参考。

评分☆☆☆☆☆

这本书的语言风格如同一位经验丰富的老者，娓娓道来，却又字字珠玑，充满了智慧的沉淀。我是一名从业多年的硬件工程师，在实际工作中，常常会遇到各种各样的问题，而这些问题很多时候都与芯片的性能、功耗以及可靠性息息相关。尤其是在开发一些高性能、低功耗的嵌入式系统时，我越发感觉到，仅仅停留在应用层面的理解是远远不够的，深入到芯片内部，特别是那些影响全局的“血管”——互连技术，才是解决根本问题的关键。我曾多次在技术研讨会或行业报告中听到关于“后摩尔时代”的讨论，但往往都只是泛泛而谈，缺乏具体的细节和深入的分析。这本书的出现，恰好填补了我在这方面的知识空白。我尤其关注书中关于材料科学、微纳加工工艺与电路性能之间相互制约与促进的论述，这部分内容对我来说非常有启发。我希望能够理解，在晶体管尺寸不断缩小的同时，如何通过创新的互连技术来克服信号延迟、功耗增加以及可靠性下降等一系列挑战。这本书是否能够提供一些实际案例，或者分析一些突破性的技术路线，比如3D互连、光学互连，甚至是一些更具颠覆性的概念，这将是我非常期待的。

评分☆☆☆☆☆

这本书的厚度就已经足够引起我的注意，封面设计简洁却不失力量感，预示着内容的扎实与深刻。我是一名对科技发展趋势有着敏锐洞察力的科技评论员，我的工作是解读和传播那些影响未来的技术信息。在我看来，“后摩尔时代”是当前半导体产业最核心的议题之一，它标志着一个时代的转型，也意味着前所未有的机遇与挑战。我希望这本书能够成为我理解这一转型期集成电路互连技术发展的权威参考。我期待书中能够提供对当前主流互连技术瓶颈的深入分析，例如铜互连的电阻-电容（RC）延迟问题、可靠性挑战等。更重要的是，我希望它能清晰地阐述那些正在兴起或已经展现出巨大潜力的“后摩尔时代”新型互连技术。这可能包括但不限于：新型导电材料（如石墨烯、金属有机框架材料）的应用，三维集成和异构集成中的互连挑战与解决方案，以及光互连、量子互连等更具颠覆性的概念。我希望这本书能够提供一些量化的数据和详细的技术路线图，帮助我理解这些新技术何时可能实现商业化，以及它们将如何重塑我们未来的计算设备和信息社会。

评分☆☆☆☆☆

在信息爆炸的时代，选择一本能够真正点亮思维、引领方向的书籍，实在是一件令人欣喜的事。这本书的装帧设计就给我留下了深刻的印象，厚重而不失沉稳，封面的配色也显得非常有科技感，仿佛预示着其中蕴含的知识能量。迫不及待地翻开，首先映入眼帘的是作者序言，字里行间流露出对科学探索的热情和对未来发展的深刻洞察，这让我对后续的内容充满了期待。尽管我目前的研究方向并非直接与集成电路的“互连技术”相关，但我一直对芯片产业的底层逻辑和技术瓶颈保持着浓厚的兴趣。我坚信，任何一个领域的突破，其背后往往都有着跨学科的共通原理。这本书的标题“后摩尔时代”本身就极具吸引力，它暗示着我们正站在一个技术演进的关键节点，传统的摩尔定律或许已经触及极限，而新的创新正在孕育而生。这种对时代脉搏的精准把握，正是吸引我深入阅读的重要原因。我希望通过这本书，能够了解当前集成电路设计和制造领域最前沿的挑战，以及科学家们正在探索的各种解决方案。即使书中的技术细节我可能无法完全消化，但其所传递的科学思想、研究方法和对未来趋势的预测，无疑将为我个人的知识体系注入新的养分，拓宽我的视野，甚至可能在不经意间，启发我在自己的领域中寻找新的灵感和突破口。

评分☆☆☆☆☆

当我看到这本书的书名时，内心就涌起一股强烈的求知欲。我是一名退休多年的电子工程教授，一生都投身于半导体和集成电路的研究与教学。见证了摩尔定律的辉煌时代，也深知其背后所付出的艰辛努力和所面临的挑战。如今，听到“后摩尔时代”这个词，就如同再次点燃了我内心深处的学术激情。虽然我的教学和研究工作已近尾声，但我对学科发展的脉搏依然非常关注。我希望这本书能够系统性地梳理和总结，在摩尔定律的物理极限逐渐显现之后，集成电路领域出现的各种创新性互连技术。我特别关注书中是否能深入剖析这些新技术背后的物理原理、材料选择、制造工艺以及它们在实际应用中可能带来的性能提升和潜在问题。例如，对于那些可能采用全新材料体系（如碳纳米管、二维材料）的互连技术，我希望能看到详细的介绍；对于那些改变了互连结构的创新方法（如堆叠式互连、混合集成），我也希望得到清晰的阐述。这本书的价值，在于它能否为我们这些老一辈的学者提供一个理解当前技术前沿的窗口，同时也能为年轻一代的研究者提供宝贵的参考和启示。

评分☆☆☆☆☆

初次拿到这本书，被它沉甸甸的质感和封面设计所吸引，仿佛握住了一块蕴含无限可能的科技宝石。我是一名对前沿科技充满好奇的研究生，正在攻读人工智能方向的博士学位。虽然我的核心研究对象是算法模型，但我深知，脱离了硬件基础的智能是空中楼阁。计算的每一次加速，每一次功耗的降低，背后都离不开半导体技术的进步，尤其是芯片内部的互连技术。我时常思考，当我们谈论“更智能”的AI时，我们真正需要的究竟是什么？是更庞大的模型，还是更高效的计算？而后者，显然与芯片本身的物理限制息息相关。这本书的出现，对我来说，就像是一扇通往芯片世界深处的大门。我希望能够从中了解到，在传统硅基互连面临瓶颈的今天，科学家们是如何突破物理极限，探索新的材料、新的结构和新的原理来构建更快速、更密集、更高效的“信息高速公路”。我尤其对书中可能涉及到的纳米技术、量子效应在互连设计中的应用，以及这些技术如何与AI芯片的特殊需求相结合的讨论感兴趣。我期待这本书能为我提供一个更宏观的视角，理解支撑AI算力发展的物理基础，甚至从中汲取灵感，思考AI硬件协同设计的未来方向。