微电子学：综合方法

引用

Howe, R. T., & Sodini, C. G. (1996). Microelectronics: An Integrated Approach. Prentice Hall.

章节概要

这是 Roger T. Howe 和 Charles G. Sodini 合著的一部大型本科教科书，共 908 页，属于 Prentice Hall 电子与超大规模集成电路（VLSI）丛书。出版社把它描述为面向三年级水平的电子学与微电子学入门书，在现代集成电路技术的背景下介绍器件物理和电路设计。它的宗旨是综合地处理：把半导体器件的物理行为与电路模型、分析和设计联系起来，而不是把器件和电路当作两门互不相干的学科。它让这门学科变得易于接受的方式，是简明而集中的叙述，只涵盖理解器件和电路所需的概念。

半导体物理与器件行为

第一条线索是半导体器件的物理：器件为什么会有那样的行为，这种行为如何来自材料及其结构。目的是让读者在把器件当作电路图上的一个符号之前，先理解其特性的来源。器件物理被放在集成电路技术的背景之中。

器件模型

第二条线索把物理行为转化为模型。书中建立器件的电路模型，使其行为可以用电路理论的工具来分析。读者既要学会如何建立模型，也要知道模型何时是一个好的近似。

模拟与数字电路概念

在这些模型的基础上，书中介绍模拟与数字电路的核心概念，并分析由器件构成的电路。重点是把器件内部发生的事与电路的功能联系起来，使分析始终与物理理解相连。

电子设计

最后一条线索是设计：运用器件、模型和分析来创造能完成有用工作的电子电路。这体现了书名中的“综合”，即设计应当建立在对物理器件的理解之上。

核心概念

物理行为与模型

• 半导体器件：其电学行为源自半导体材料性质的元件。
• 器件模型：对器件的简化电路描述，用来预测它在电路中的行为。

电路与设计

• 模拟与数字电路分析：利用器件模型推算由器件构成的电路的行为。
• 集成电路技术：呈现器件物理和电路设计时所处的技术背景。
• 综合的方法：本书的原则是，物理、模型、分析和设计应当一起学习。

评析

优点

• 物理与电路的融合。 本书明确的目标是把器件物理、模型、分析和设计联系起来，适合那些想知道电路元件为何如此表现、而不仅是如何使用它的学生。
• 有所取舍的范围。 作者说明他们把内容限制在理解器件和电路所必需的概念上，这一设计选择旨在让三年级水平的学生能够掌握一个庞大的学科。
• 已被证明可作课程教材。 MIT 开放课程网站上 2005 年秋季版的本科“微电子器件与电路”课程（6.012）将本书列为必读教材，课程阅读取自本书，说明它足以支撑一个完整学期。

局限

• 年代较久。 本书出版于 1990 年代，器件技术和设计实践已有发展，书中不反映半导体器件的近期进展。
• 要求较高。 这种综合的方法要求读者在物理和数学上具备工程学位水平的功底；使用本书的 MIT 课程把信号与系统（作为同修课）、电磁学和微分方程列为先修课程。
• 新书难觅。 这是一部 1990 年代的教科书，读者可能需要通过图书馆或二手渠道获得。

在课程中的定位

Howe 与 Sodini 的书是电路与电子学书目中较高级的教科书，适合已经学过电路分析的学生。Alexander 与 Sadiku 的 Fundamentals of Electric Circuits 是全面的电路分析教材，宜先读；Agarwal 与 Lang 的 Foundations of Analog and Digital Electronic Circuits 是一部统一的论述，从电路分析过渡到数字抽象、MOS 器件和放大器，可以作为桥梁。

Storey 的 Electronics: A Systems Approach 和 Scherz 与 Monk 的 Practical Electronics for Inventors 是更平缓、更偏应用的路径，适合喜欢动手或从系统层面入门的读者。Hayt 与 Buck 的 Engineering Electromagnetics 发展了电气工程中通用的场论，Patterson 的 Computer Organization and Design 讨论处理器设计和计算机体系结构，微电子课程中的数字电路内容正通向这个方向。

如何使用本书

本书适合二、三年级的电气工程和计算机工程学生，作为微电子器件与电路的第一门课程使用。读者应已掌握基础电路分析、微积分、微分方程和入门物理。

建议的读法：

• 参照课程的结构。 MIT 以本书为基础的一学期课程，从半导体基础出发，经过 p-n 结与 MOS 器件的行为、MOSFET 与数字反相器、双极型晶体管，最后讲到模拟放大器及其频率响应。
• 多做习题。 这门学科要靠解题和把模型从物理带到电路来学习，因此每个主题都要练习，而不要被动阅读。
• 使用电路仿真器。 MIT 的课程包含一个需要使用 SPICE 的电路设计项目，通过仿真检验器件模型与手工分析是否一致是个好办法。
• 搭配另一本教材。 MIT 的教学大纲把 Fonstad 的 Microelectronic Devices and Circuits、Sedra 与 Smith 的 Microelectronic Circuits 以及 Pierret 的 Semiconductor Device Fundamentals 列为参考书，需要另一种讲解时可以查阅。
• 核对版本与年份。 出版年份在有些书目中为 1996 年，在图书馆和 Google 图书的记录中为 1997 年，引用时应以手头的版本为准。