内容简介
《电子科学与技术导论》是一本旨在介绍电子科学与技术前沿发展的综合性教材。《电子科学与技术导论》内容涵盖了电子科学与技术的概述、阻变存储器的研究及其性能提升、忆阻器的多种应用、基于新型二维材料及莫特绝缘体的忆阻器、柔性铁电器件的研究现状和应用、石墨烯场效应晶体管研究进展、氮化物激光器技术、太阳能电池技术的*新进展以及集成电路技术与仿真等内容。
目录
目录
前言
第1章 绪论 1
1.1 电子科学与技术的发展史 1
1.2 电子科学与技术的研究方向 3
1.3 电子科学与技术遭遇的瓶颈及解决方案 4
参考文献 7
第2章 阻变存储器研究及性能提升 8
2.1 引言 8
2.1.1 存储器的发展 8
2.1.2 阻变存储器的分类 10
2.2 阻变存储器的材料 12
2.2.1 氧化物阻变存储器 12
2.2.2 非氧化物无机材料阻变存储器 17
2.2.3 有机材料阻变存储器 19
2.2.4 二维材料阻变存储器 20
2.3 阻变存储器的阻变机制 24
2.3.1 电化学金属化导电细丝 24
2.3.2 价态变化存储器 24
2.3.3 相变阻变存储器 26
2.3.4 铁电阻变存储器 26
2.4 阻变存储器的性能提升 27
2.4.1 利用二维材料提升器件性能 27
2.4.2 利用量子点提升器件性能 28
2.4.3 利用外围电路提升器件性能 29
2.4.4 通过杂质掺杂提升器件性能 29
2.4.5 特殊器件形貌提升器件性能 30
2.5 小结 32
参考文献 32
第3章 忆阻器的应用 42
3.1 引言 42
3.2 忆阻器在神经仿生中的应用 44
3.2.1 生物突触和人工突触 44
3.2.2 导电丝忆阻器人工突触 46
3.2.3 相变忆阻器人工突触 46
3.2.4 光电忆阻器人工突触 46
3.3 忆阻器神经网络 49
3.3.1 人工神经网络 49
3.3.2 深度神经网络 52
3.3.3 脉冲神经网络 55
3.4 忆阻器的应用 57
3.4.1 忆阻器在生物学上的应用 57
3.4.2 忆阻器在模式识别中的应用 59
3.4.3 忆阻器在电路中的应用 62
3.5 小结 64
参考文献 65
第4章 基于新型二维材料的忆阻器 75
4.1 引言 75
4.2 基于二维材料的忆阻器 77
4.2.1 石墨烯和衍生物 77
4.2.2 过渡金属二硫化物 79
4.2.3 其他二维材料 84
4.3 基于二维材料忆阻器的开关机制 89
4.3.1 细丝 89
4.3.2 原子空位 92
4.3.3 电子的捕获和释放 96
4.4 现有的挑战 97
4.5 小结 98
参考文献 99
第5章 基于莫特绝缘体的忆阻器 119
5.1 引言.119
5.2 莫特绝缘体转变和莫特绝缘体材料 120
5.3 莫特转变的驱动方法 121
5.3.1 压力驱动的莫特转变 121
5.3.2 温度驱动的莫特转变 122
5.3.3 电压驱动的莫特转变 125
5.4 基于莫特绝缘体的忆阻器应用 126
5.4.1 非易失性特性 126
5.4.2 选择器和神经元的挥发性特性 130
5.5 小结 136
参考文献 138
第6章 柔性铁电器件的研究现状和应用 151
6.1 引言 151
6.2 制备柔性铁电器件的途径 152
6.2.1 通过范德瓦耳斯异质外延制备柔性钙钛矿铁电薄膜 152
6.2.2 通过蚀刻法制备柔性钙钛矿铁电薄膜 156
6.2.3 二维柔性铁电材料 163
6.3 柔性铁电器件的应用 169
6.3.1 柔性铁电存储器 169
6.3.2 柔性铁电传感器 175
6.3.3 柔性铁电光伏器件 177
6.3.4 柔性铁电能量采集器 178
6.4 柔性铁电器件应用的潜在研究领域 180
6.5 小结 182
参考文献 183
第7章 石墨烯场效应晶体管研究进展 198
7.1 石墨烯的发现、基本结构及性能 198
7.2 石墨烯的表征方法 200
7.2.1 显微镜法 200
7.2.2 光谱法 202
7.3 石墨烯的制备方法 206
7.4 石墨烯场效应晶体管基本结构及原理 215
7.4.1 背栅石墨烯场效应晶体管 215
7.4.2 顶栅石墨烯场效应晶体管 216
7.4.3 液栅石墨烯场效应晶体管 216
7.5 石墨烯场效应晶体管的制备工艺 217
7.6 石墨烯场效应晶体管中石墨烯的功能化方法 219
7.6.1 共价功能化方法 219
7.6.2 非共价功能化方法 220
7.7 石墨烯场效应晶体管在生化物质传感中的应用 222
7.7.1 石墨烯场效应晶体管生化传感基本理论 222
7.7.2 G-SgFET在生化物质传感领域的应用 223
参考文献 231
第8章 氮化物激光器技术新进展 238
8.1 引言 238
8.1.1 氮化物激光器的应用 238
8.1.2 氮化物激光器发展历程 239
8.2 氮化物激光器基本特性 241
8.2.1 氮化物激光器工作原理 241
8.2.2 氮化物激光器工作特性 243
8.2.3 氮化物激光器调制特性 248
8.3 氮化物白光激光技术 249
8.3.1 荧光转化激光白光技术 250
8.3.2 RGB三基色复合激光白光技术 253
8.3.3 白光LD光通信技术 256
参考文献 260
第9章 太阳能电池研究进展 267
9.1 引言 267
9.2 太阳能电池的种类和光伏原理 267
9.2.1 pn
试读
第1章绪论
1.1电子科学与技术的发展史
电子科学与技术专业是***一流本科专业建设点、国家工程教育认证专业、国家“十二五”高等学校专业综合改革试点专业、国家特色专业建设点、***“卓越工程师教育培养计划”试点专业，下设了电路与系统、电磁场与微波技术、微电子学与固体电子学、物理电子学四个二级学科。其中，电路与系统主要研究电路与系统的理论、分析、测试、设计和物理实现；电磁场与微波技术主要研究天线与微波技术的理论与应用；微电子学与固体电子学主要研究各种微电子器件、集成电路、集成电子系统的分析、设计、制造、测试和应用；物理电子学主要研究电子工程和信息科学技术领域内的理论与应用。
电子科学与技术专业中微电子技术和光电子技术的前身是半导体专业和激光专业。
早在中国古代，我国就通过烽火台进行远程信号传输。1820年，奥斯特发表了著名的奥斯特实验，**次揭示了电流能够产生磁的现象；1831年，迈克尔？法拉第发现了电磁感应定律；1873年，麦克斯韦提出电磁场理论，预测了电磁波的存在；1888年，德国科学家赫兹成功地在导线周围测得电磁场，证实了电磁波的存在，成为无线电通信的先驱，为无线电通信奠定了坚实的理论基础。自赫兹证实了电磁波的存在之后，人们就产生了用电磁波传递信息的想法。1895年，亚历山大？斯捷潘诺维奇？波波夫发明了**台“雷电指示器”的无线电接收机；第二年，成功表演了250m的无线电通信，开创了无线电技术的新时代，意义深远。
随着第二次世界大战的爆发，在军事上对电子器件的要求逐步提高。1880年，爱迪生发现将加入到灯泡里的电极连接到钨丝的电源后，被加热的钨丝会向电极产生放电现象。1904年，英国科学家J.A.Fleming基于这一现象发明了用于无线电通信中检波器的真空二极管，将其取名为Bulb，或称Valve。1906年，美国科学家德福雷斯特发明了真空三极管。1946年，**台电子计算机ENIAC诞生，其共使用了18800个真空管，占地1500ft2（lft2=0.0929m2），重达30t。ENIAC标志着人类社会从此进入计算机时代。1948年，美国贝尔实验室威廉？肖克利、约翰？巴丁和沃尔特？布拉顿等发明了晶体三极管，开创了固体电子时代，真正地带来了“固态革命”，推动了全球范围内半导体事业的发展，标志着集成电路时代的到来。1958年，杰克？基尔比（Jack Kilby）在面积不超过4mm2的晶片上集成了20余个元件，并申请了专利，将这种由半导体元件构成的微型固体组合件称为“集成电路”。随后，罗伯特？诺伊斯（Robert Noyce）提出了一种“半导体器件与铅结构”模型，为集成电路的大规模生产提供了关键技术。1960年，仙童半导体公司采用罗伯特？诺伊斯的方案制造出**块可以实际使用的集成电路，杰克？基尔比和罗伯特？诺伊斯被人们公认为集成电路的共同发明者。1967年，大规模集成电路（LSI）出现，集成度迅速提高;1977年，超大规模集成电路面世，一个硅晶片中已经可以集成15万个以上的晶体管；1988年，16M动态随机存储器（DRAM）问世，lcm2大小的硅片上集成有3500万个晶体管，标志着进入超大规模集成（VLSI）电路阶段；1997年，300MHz奔腾E问世，采用0.25pm工艺，奔腾系列芯片的推出让计算机的发展如虎添翼，发展速度让人惊叹，至此，超大规模集成电路的发展又到了一个新的高度。2009年，Intel酷睿i系列全新推出，创纪录地采用了领先的32mn工艺，并且下一代22mn工艺正在研发。现如今，集成电路的发展已经经历了小规模集成（SSI），中规模集成（MSI）、大规模集成（LSI）以及超大规模集成等阶段。随着集成度的不断提高，器件尺寸也在持续减小，先进的半导体制造技术已经可以实现7mn甚至更小的制程。除此之外，在人工智能方面也有新的发展，2011年，IBM公司通过模拟大脑结构，*次研制出两个具有感知认知能力的硅芯片原型，可以像大脑一样具有学习和处理信息的能力。2014年8月，IBM公司推出名为“真北”的第二代类脑芯片，它采用28nm硅工艺制作，包括54亿个晶体管和4096个处理核，相当于100万个可编程神经元，以及2.56亿个可编程突触。
电子科学与技术对于国家经济发展、科技进步和国防建设具有重要的战略意义。今天，面对电子科学与技术的迅猛发展，世界上许多发达国家，像美国、德国、曰本、英国、法国等，都竞相将微电子技术和光电子技术引入国家发展计划。我国根据国外电子器件的进程，于1956年提出了“向科学进军”计划，将半导体技术列为重点发展的领域之一。至20世纪90年代，由于微型计算机、通信、家电等信息产业的发展和普及，对集成电路芯片的需求量越来越大，此外几场局部战争让全世界接受了电子战、信息战的高科技战争的理念。我国也越发重视集成电路的发展，先后在多项***战略性科技计划，如863计划、973计划、国家攻关计划中，微电子技术（集成电路技术）和光电子技术（激光技术丨均有立项；1995年，原电子工业部提出了“九五”集成电路发展战略，并实施了“909工程”；国家自然科学
