微電子學：整合方法

引用

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

章節概要

這是 Roger T. Howe 和 Charles G. Sodini 合著的一部大型本科教科書，共 908 頁，屬於 Prentice Hall 電子與超大規模積體電路（VLSI）叢書。出版社把它描述為面向三年級水平的電子學與微電子學入門書，在現代積體電路技術的背景下介紹器件物理和電路設計。它的宗旨是綜合地處理：把半導體器件的物理行為與電路模型、分析和設計聯繫起來，而不是把器件和電路當作兩門互不相干的學科。它讓這門學科變得易於接受的方式，是簡明而集中的敘述，只涵蓋理解器件和電路所需的概念。

半導體物理與器件行為

第一條線索是半導體器件的物理：器件為什麼會有那樣的行為，這種行為如何來自材料及其結構。目的是讓讀者在把器件當作電路圖上的一個符號之前，先理解其特性的來源。器件物理被放在積體電路技術的背景之中。

器件模型

第二條線索把物理行為轉化為模型。書中建立器件的電路模型，使其行為可以用電路理論的工具來分析。讀者既要學會如何建立模型，也要知道模型何時是一個好的近似。

模擬與數位電路概念

在這些模型的基礎上，書中介紹模擬與數位電路的核心概念，並分析由器件構成的電路。重點是把器件內部發生的事與電路的功能聯繫起來，使分析始終與物理理解相連。

電子設計

最後一條線索是設計：運用器件、模型和分析來創造能完成有用工作的電子電路。這體現了書名中的“綜合”，即設計應當建立在對物理器件的理解之上。

核心概念

物理行為與模型

• 半導體器件：其電學行為源自半導體材料性質的元件。
• 器件模型：對器件的簡化電路描述，用來預測它在電路中的行為。

電路與設計

• 模擬與數位電路分析：利用器件模型推算由器件構成的電路的行為。
• 積體電路技術：呈現器件物理和電路設計時所處的技術背景。
• 綜合的方法：本書的原則是，物理、模型、分析和設計應當一起學習。

評析

優點

• 物理與電路的融合。 本書明確的目標是把器件物理、模型、分析和設計聯繫起來，適合那些想知道電路元件為何如此表現、而不僅是如何使用它的學生。
• 有所取捨的範圍。 作者說明他們把內容限制在理解器件和電路所必需的概念上，這一設計選擇旨在讓三年級水平的學生能夠掌握一個龐大的學科。
• 已被證明可作課程教材。 MIT 開放課程網站上 2005 年秋季版的本科“微電子器件與電路”課程（6.012）將本書列為必讀教材，課程閱讀取自本書，說明它足以支撐一個完整學期。

侷限

• 年代較久。 本書出版於 1990 年代，器件技術和設計實踐已有發展，書中不反映半導體器件的近期進展。
• 要求較高。 這種綜合的方法要求讀者在物理和數學上具備工程學位水平的功底；使用本書的 MIT 課程把訊號與系統（作為同修課）、電磁學和微分方程列為先修課程。
• 新書難覓。 這是一部 1990 年代的教科書，讀者可能需要通過圖書館或二手渠道獲得。

在課程中的定位

Howe 與 Sodini 的書是電路與電子學書目中較高階的教科書，適合已經學過電路分析的學生。Alexander 與 Sadiku 的 Fundamentals of Electric Circuits 是全面的電路分析教材，宜先讀；Agarwal 與 Lang 的 Foundations of Analog and Digital Electronic Circuits 是一部統一的論述，從電路分析過渡到數字抽象、MOS 器件和放大器，可以作為橋梁。

Storey 的 Electronics: A Systems Approach 和 Scherz 與 Monk 的 Practical Electronics for Inventors 是更平緩、更偏應用的路徑，適合喜歡動手或從系統層面入門的讀者。Hayt 與 Buck 的 Engineering Electromagnetics 發展了電氣工程中通用的場論，Patterson 的 Computer Organization and Design 討論處理器設計和計算機體系結構，微電子課程中的數位電路內容正通向這個方向。

如何使用本書

本書適合二、三年級的電氣工程和計算機工程學生，作為微電子器件與電路的第一門課程使用。讀者應已掌握基礎電路分析、微積分、微分方程和入門物理。

建議的讀法：

• 參照課程的結構。 MIT 以本書為基礎的一學期課程，從半導體基礎出發，經過 p-n 結與 MOS 器件的行為、MOSFET 與數字反相器、雙極型電晶體，最後講到模擬放大器及其頻率響應。
• 多做習題。 這門學科要靠解題和把模型從物理帶到電路來學習，因此每個主題都要練習，而不要被動閱讀。
• 使用電路模擬器。 MIT 的課程包含一個需要使用 SPICE 的電路設計專案，通過模擬檢驗器件模型與手工分析是否一致是個好辦法。
• 搭配另一本教材。 MIT 的教學大綱把 Fonstad 的 Microelectronic Devices and Circuits、Sedra 與 Smith 的 Microelectronic Circuits 以及 Pierret 的 Semiconductor Device Fundamentals 列為參考書，需要另一種講解時可以查閱。
• 核對版本與年份。 出版年份在有些書目中為 1996 年，在圖書館和 Google 圖書的記錄中為 1997 年，引用時應以手頭的版本為準。