【官方正版】 电子，电子谁来拯救摩尔定律？物理工程领域半导体以及电晶体管子模型自旋电子学纳米技术 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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出版社： 清华大学出版社

ISBN：9787302368458

商品编码：27974458173

丛书名： 电子电子谁来拯救摩尔定律

开本：32开

出版时间：2014-11-01

基本信息

书名:电子，电子！谁来拯救摩尔定律？

：35.00元

作者:张天蓉

出版社：清华大学出版社

出版日期：2014-12-1

ISBN：9787302368458

字数：

页码：249

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.3kg

编辑推荐

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量子、能带、晶格、玻色子、自旋、费米子、霍尔效应、凝聚态、拓扑绝缘体

描述和探索这些概念、理论的发生与发展

法拉第、特斯拉、赫兹、郎道、肖克利、霍尔

解读这些大师们的科学工作及趣闻轶事

《电子，电子!谁来拯救摩尔定律》由点阅读出品。

点阅读（The Origin）(微信号：ydreadtup)，清华大学出版社旗下的图书品牌，秉承“科学，让个人更智慧，让社会更理性”的理念，致力于科学普及和科技文化类图书的出版，传播科学知识、科学精神、科学方法，展现科学的真实、独立、智慧、多变、宽容、动人及迷人。

目录

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内容提要

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什么因造成了摩尔定律的危机？谁来拯救它？电子技术背后有哪些物理理论？相关的物理学家们当前在研究些什么热门课题？他们的研究成果能延续摩尔定律吗？电子在半导体中是怎样舞蹈的？此书将带你走近与此有关的物理及工程领域，从回顾半导体以及电的历史开始，到三只脚的魔术师—晶体管的发明；从子模型的历史演化，到热门的自旋电子学研究，一直到目前的纳米技术以及凝聚态中的前沿进展，诸如量子霍尔效应、拓扑绝缘体，等等。

文摘

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作者介绍

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张天蓉，女。美国得州奥斯汀大学理论物理博士，现住美国芝加哥。研究课题包括广义相对论、黑洞辐射、费曼路径积分、毫微微秒激光、集成电路EDA软件等。发表专业论文三十余篇。2008年出版科普小说《新东方夜谭》；2010年11月出版悬疑小说《美国房客》。2012年开始，在科学网发表一系列科普博文，其文风深入浅出，趣味盎然，亦保持科学的严谨性，深得读者喜爱。是第六版《十万个为什么》物理卷参编者之一。2013年出版科普读物：《蝴蝶效应之谜:走近分形与混沌》和《世纪幽灵:走近量子纠缠》。

《硅谷黎明：微电子革命的先声与回响》 第一章：原子时代的曙光——量子力学与半导体材料的诞生 自人类学会利用火，便开启了对物质世界改造的漫漫征途。从石器时代的粗砺，到青铜时代的坚韧，再到钢铁时代的锋芒，人类文明的每一次跃升，都与材料的进步息息相关。然而，真正的革命，隐藏在肉眼无法企及的微观尺度。二十世纪初，量子力学的诞生，如同一束穿透迷雾的曙光，照亮了原子与亚原子粒子的奇妙世界。 普朗克的量子假说、爱因斯坦的光电效应解释，以及玻尔的原子模型，层层剥茧，揭示了能量的离散性以及电子在原子轨道中的运动规律。这一理论基石的奠定，为理解和操控物质的微观性质打开了大门。科学家们开始将目光投向那些在特定条件下表现出奇特导电性能的材料——半导体。 锗、硅，这些在地壳中并不稀有的元素，在经过精心提纯和掺杂处理后，展现出了令人惊叹的潜力。掺杂，即有意地在纯净的半导体晶体中引入微量的杂质原子，能够极大地改变其导电性能。例如，当在硅晶体中掺入五价元素（如磷）时，会产生多余的自由电子，形成N型半导体；而掺入三价元素（如硼）时，则会产生“空穴”，也就是缺少电子的空位，形成P型半导体。这种对导电性的精妙调控，为日后电子器件的设计提供了核心的物质基础。 早期的半导体研究，充满了探索与曲折。科学家们在实验室里，用坩埚熔炼、晶体生长等古老而又精密的工艺，试图获得高质量的半导体晶体。他们通过各种方法测量材料的电阻率、载流子浓度和迁移率，试图理解掺杂浓度、温度等因素对其电学性能的影响。这一时期，虽然与后来的集成电路时代相去甚远，但正是这些基础性的研究，播下了微电子革命的种子，为后续的突破奠定了不可或缺的理论和材料根基。 第二章：二极管与三极管的诞生——“开关”的艺术与信息时代的黎明 理解了半导体的神奇特性，下一个逻辑步骤便是如何利用它们来构建能够执行特定功能的电子器件。在这一过程中，两个划时代的器件应运而生：二极管和三极管，它们共同拉开了电子信息时代的序幕。 二极管，顾名思义，是一个具有两个电极的器件。它巧妙地利用了PN结的单向导电性。PN结是指将N型半导体和P型半导体紧密地结合在一起形成的界面。当外加电压的方向使得电子能够从N区流向P区，或者空穴能够从P区流向N区时，电流就能够顺畅通过，这被称为正向导通。而当外加电压的方向相反时，PN结两侧的载流子会被吸引远离结区，形成一个耗尽层，阻碍电流的通过，这被称为反向截止。 正是这种“只允许电流朝一个方向流动”的特性，使得二极管成为整流器、开关以及信号检波器的理想选择。在早期无线电接收机中，二极管就扮演着将高频交流信号转换为低频直流信号的关键角色，使得人们能够收听到远方的广播。 然而，真正开启信息时代大门的，是晶体管（Transistor）的发明。相比于电子管，晶体管具有体积小、功耗低、寿命长、响应速度快等诸多优势。晶体管的基本原理，是利用一个电极（栅极）的电压来控制另外两个电极（源极和漏极）之间电流的大小。 最早的晶体管是点接触型晶体管，由美国贝尔实验室的肖克莱（Shockley）、巴丁（Bardeen）和布拉顿（Brattain）于1947年发明。它的结构相对简单，但性能并不稳定。随后，肖克莱提出了更具理论和实践意义的结型晶体管，尤其是场效应晶体管（FET）和双极结型晶体管（BJT）。 双极结型晶体管（BJT）通常由三个半导体层组成，例如NPN或PNP结构。它利用基极（Base）的微小电流来控制集电极（Collector）和发射极（Emitter）之间的大电流。这种“放大”作用，使得微弱的电信号能够被放大，从而在通信、测量等领域发挥巨大作用。 场效应晶体管（FET）则利用栅极施加的电场来改变沟道中的载流子浓度，从而控制源极和漏极之间的电流。FET具有输入阻抗高、功耗低的优点，在现代集成电路中得到了广泛应用，尤其是MOSFET（金属-氧化物-半导体场效应晶体管）。 晶体管的发明，标志着人类进入了真正的电子时代。它不仅仅是一个器件，更是一种思想的飞跃——将信息以电信号的形式进行处理、放大和传输，从而为计算机、通信设备以及各种自动化控制系统的诞生奠定了基础。 第三章：集成电路的曙光——“芯片”的诞生与摩尔定律的启示 在晶体管诞生的初期，电子电路的构建仍然是通过一个个分立的晶体管、电阻、电容等元件，通过导线进行复杂的连接。这种“搭积木”的方式，不仅体积庞大，而且可靠性较低，生产效率也受到极大的限制。科学家们开始思考，能否将众多的电子元器件集成到同一块半导体材料上？ 这一突破性的设想，在20世纪50年代末期成为了现实。集成电路（Integrated Circuit，IC），俗称“芯片”，应运而生。杰克·基尔比（Jack Kilby）和罗伯特·诺伊斯（Robert Noyce）在不同的地方，几乎同时实现了这一伟大的创举。 集成电路的核心思想，是将构成电子线路的众多半导体器件（如晶体管、二极管、电阻、电容等）以及它们的连接导线，用半导体工艺（如光刻、扩散、刻蚀等）集成在同一块硅片上。这种高度集成的特性，使得电子设备能够实现前所未有的小型化、高性能化和低功耗化。 集成电路的制造过程，是一项极其精密且复杂的工程。它依赖于一系列精湛的工艺步骤： 1. 晶圆制备： 首先需要生长高纯度的硅单晶棒，然后将其切割成薄而圆的硅片，称为晶圆（Wafer）。 2. 氧化： 在硅片表面形成一层二氧化硅（SiO2）绝缘层。 3. 光刻（Photolithography）： 这是集成电路制造中最关键的步骤之一。利用光刻机将设计好的电路图形转移到涂覆有光刻胶的硅片上。光线照射过的区域，光刻胶的性质会发生改变，随后可以通过显影将不需要的部分去除，留下电路图形的掩模。 4. 掺杂（Doping）： 通过扩散或离子注入等方式，在特定的区域引入杂质，改变半导体的导电类型，形成PN结。 5. 刻蚀（Etching）： 利用化学腐蚀或物理轰击的方法，去除不需要的材料，例如二氧化硅或金属层。 6. 金属化（Metallization）： 在芯片表面形成金属导线，用于连接各个器件。 通过反复进行以上工艺步骤，一层层地构建出复杂的电子线路。一枚小小的芯片，可能就包含了数百万甚至数十亿个晶体管，它们协同工作，执行着极其复杂的计算和控制任务。 集成电路的出现，彻底改变了电子工业的面貌。它使得计算机从庞大的“电子管巨兽”变成家用台式机，再到今天的掌上智能手机，实现了惊人的飞跃。通信、消费电子、工业控制、医疗设备等各个领域，都因集成电路而焕发新的活力。 就在集成电路蓬勃发展的时代背景下，英特尔公司的联合创始人戈登·摩尔（Gordon Moore）在1965年提出了一个著名的观察，后被称为“摩尔定律”（Moore's Law）。他预测，集成电路上可容纳的晶体管数目，约每隔18到24个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。这一定律并非物理定律，而是一种技术发展的趋势预测。然而，在接下来的几十年里，集成电路制造商们如同受到了神圣的召唤，孜孜不倦地追求着摩尔定律的实现。他们不断缩小晶体管的尺寸，提高工艺精度，将更多的晶体管塞进同一块芯片，极大地推动了计算能力的指数级增长，也深刻地影响了整个科技和经济社会的发展进程。

评分☆☆☆☆☆

这本书的标题真是直击痛点，让我这个曾经在电子工程领域摸爬滚打多年的老兵，心中激起了层层涟漪。摩尔定律，这个曾经照亮半导体行业前进道路的灯塔，如今却显露出一丝疲态，让人不禁思考，在物理和工程的疆界上，我们是否正在逼近一个难以逾越的瓶颈？书中提到的“电子谁来拯救”这样的提问，本身就充满了对未来的探索和一丝隐忧，这让我非常期待书中能够深入探讨那些可能颠覆现有格局的新兴技术和理论。我尤其关注那些关于“半导体以及电晶体管子模型”的部分，因为这直接关系到我们理解和设计下一代计算器件的基础。要知道，任何微小的模型改进，都可能带来性能上的飞跃，尤其是在越来越微缩的晶体管尺寸下，量子效应的显现使得传统的模型面临挑战，新的物理机制的引入变得至关重要。我希望书中能够提供一些前沿的研究成果，不仅仅是理论的堆砌，更希望能有实际的案例分析，例如如何通过改进栅极结构、沟道材料，或者探索新的工作原理来突破现有材料和工艺的限制。我很好奇，那些在实验室里闪烁的微弱火花，是否能够最终汇聚成拯救摩尔定律的熊熊烈火。

评分☆☆☆☆☆

作为一名对前沿科学充满好奇的读者，我一直对“自旋电子学”和“纳米技术”这两个词组有着莫名的兴奋感。这本书的标题将它们并列，暗示了一种深刻的联系，这让我产生了强烈的阅读兴趣。我理解自旋电子学不仅仅是利用电子的电荷，更重要的是探索其固有的自旋属性，这为信息存储和处理带来了全新的维度，理论上可以实现更低功耗、更高速度的器件。而纳米技术，则是将物理实在的尺度缩小到原子和分子级别，为我们提供了操纵物质的终极工具。我迫切想知道，在这本书中，这两者是如何被融合起来，共同为突破摩尔定律的困境提供解决方案的。我希望书中能够详细阐述，例如如何利用纳米结构来精确控制电子自旋的定向，或者如何通过设计新型的纳米磁性材料来实现高效的自旋注入和探测。我期待看到那些前沿的实验结果，以及理论模型如何指导实验的进展。这本书是否会揭示一些令人惊叹的器件原型，或者提供一套全新的设计哲学，让我在阅读后能够对未来的电子器件有一个更清晰、更具象的认知？我尤其关心，这种跨学科的融合，是否真的能够催生出能够与传统半导体器件一较高下，甚至超越它们的颠覆性技术。

评分☆☆☆☆☆

这本书的标题，【官方正版】 电子，电子谁来拯救摩尔定律？物理工程领域半导体以及电晶体管子模型自旋电子学纳米技术，让我产生了一种非常强烈的探索欲望，尤其是“电子谁来拯救摩尔定律？”这个疑问句，瞬间抓住了我。这不仅仅是一个关于半导体技术的讨论，更像是对未来信息技术发展方向的一次深刻追问。我非常好奇书中是如何将“半导体”、“电晶体管子模型”、“自旋电子学”和“纳米技术”这几个看似独立却又紧密相连的概念融会贯通的。我期待书中能够提供关于下一代半导体材料的最新研究进展，比如宽禁带半导体（GaN, SiC）或者二维材料（石墨烯, MoS2）在突破摩尔定律方面的潜力。更重要的是，“电晶体管子模型”的引入，表明这本书不会仅仅停留在宏观的讨论，而是会深入到底层器件的物理机制。我希望书中能详细阐述，当器件尺寸缩小到纳米级别时，传统的电晶体管模型是如何失效的，以及如何通过引入量子力学效应、表面态等因素来构建更精确的模型。同时，对于“自旋电子学”和“纳米技术”的结合，我充满期待，想知道它们如何能够实现比传统电荷基半导体更高效的计算和存储。我希望书中能够展现一些前沿的实验成果，或者理论上的突破，能够让我对未来电子器件的发展有一个更清晰的认识。

评分☆☆☆☆☆

当我看到“电子谁来拯救摩尔定律？”这个充满挑战性的问句时，我立刻被吸引了。这不仅是一个技术问题，更是一个关乎未来科技发展方向的哲学性探讨。这本书的副标题，则将这个宏大的议题具体化到“物理工程领域半导体以及电晶体管子模型自旋电子学纳米技术”这些硬核的学科领域。我非常期待书中能够深入挖掘当前半导体行业面临的瓶颈，并详细解析那些可能突破瓶颈的创新技术。我尤其关注“自旋电子学”的部分，因为它代表了一种全新的信息处理范式，有望在功耗和速度上带来革命性的提升。书中是否会介绍一些基于自旋的新型存储器，比如MRAM的最新进展？或者，是否存在利用自旋波进行信息传输的崭新概念？同时，“纳米技术”作为实现这些前沿概念的基石，也让我充满了好奇。我希望书中能够展示如何通过纳米加工技术来制造出具有特定电子自旋特性的纳米器件，并深入探讨纳米尺度下材料的量子力学效应如何影响器件的性能。如果书中能够提供一些关于如何设计和制备新型纳米功能材料的思路，或者介绍一些在纳米器件制造过程中克服关键技术难题的案例，那将是我最大的收获。

评分☆☆☆☆☆

这本书的题目，让我联想到了前几年热议的“后摩尔时代”的讨论，但它并没有停留在概念层面，而是直接指向了具体的技术路径——“半导体”、“电晶体管子模型”、“自旋电子学”以及“纳米技术”。这几个关键词在我看来，几乎涵盖了当前信息技术最核心的几个发展方向。尤其“电晶体管子模型”这一点，我非常感兴趣。因为我们知道，所有复杂的集成电路都是由无数个基本的晶体管构成的，而对晶体管行为的精确建模，是设计高性能、低功耗芯片的基础。当器件尺寸不断逼近物理极限时，传统的经典模型已经难以准确描述其行为，量子效应、短沟道效应等一系列复杂因素都需要被纳入考量。我希望这本书能够提供一些关于如何改进和扩展现有晶体管模型的新思路，或许是引入了新的物理参数，或许是采用了更先进的数学描述方法。同时，我也非常关注“自旋电子学”和“纳米技术”与半导体模型的结合。比如，如何设计一个能够同时考虑电荷和自旋输运特性的自旋电子学晶体管模型？在纳米尺度下，材料的表面效应和界面效应变得尤为重要，这些因素又该如何体现在模型中？这本书是否有这方面的深入探讨，或者提供了一些可以参考的建模框架，这一点对我而言至关重要。