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第1章 能源与经济和社会的发展3

1.1　能源的生成与储量3

1.1.1 能源的分类3

1.1.2 常规能源储量4

1.1.3　新能源储量17

1.2　能源的利用与消耗23

1.2.1 能源的利用与生产24

1.2.2 生活与生产的能耗43

1.3　能源与经济发展53

1.3.1 能源是推动经济增长的重要因素53

1.3.2 能源危机对经济增长的负面影响60

1.3.3 人口增长对能源发展的制约66

1.3.4 环境污染对能源发展的制约68

1.4　节能的政策导向与举措74

1.4.1　环保法规74

1.4.2 税收政策75

1.4.3 重大规划78

1.4.4 重要举措80

1.5 未来集成电路与集成系统发展的驱动力是降低功耗86

1.5.1 集成电路对节能的革命性作用86

1.5.2 未来集成电路与集成系统发展的驱动力是降低功耗88

参考文献91

第2章　低功耗集成电路设计97

2.1　集成电路的功耗来源与分析97

2.1.1 静态功耗97

2.1.2 动态功耗99

2.1.3 功耗分析101

2.1.4 总结104

2.2　电路级低功耗设计105

2.2.1 引言105

2.2.2 寄存器传输级低功耗设计105

2.2.3 门级低功耗设计109

2.2.4 版图级的低功耗设计与优化112

2.2.5　异步电路设计113

2.2.6 亚阈值与多电压设计121

2.2.7 总结125

2.3　系统级低功耗设计126

2.3.1 引言126

2.3.2 动态电源管理127

2.3.3 动态电压调节130

2.3.4　低功耗编译132

2.3.5 软硬件协同低功耗设计136

2.4　电池感知低功耗设计138

2.4.1 引言138

2.4.2 电池的放电特性与电池模型138

2.4.3 电池感知任务调度140

2.4.4 电池驱动的功率管理144

2.4.5 总结146

2.5　低功耗集成电路设计和绿色IT147

2.5.1 绿色IT的兴起147

2.5.2 低功耗集成电路设计促进绿色IT148

2.5.3 总结155

参考文献156

第3章　绿色集成电路芯片生产制造163

3.1　集成电路产业与环境问题163

3.2　集成电路制造工艺165

3.3　芯片制造工艺流程简介167

3.4　干法刻蚀／清洗工艺与温室效应173

3.4.1 干法刻蚀工艺介绍173

3.4.2 干法清洗工艺介绍175

3.4.3 干法工艺参数优化技术177

3.4.4 干法刻蚀和清洗工艺的排气处理180

3.5　湿法刻蚀和清洗中的排污控制182

3.5.1 湿法刻蚀182

3.5.2 湿法清洗183

3.6　光刻工艺中光刻胶的污染问题187

3.6.1 光刻工艺介绍187

3.6.2 PFOS背景189

3.6.3 PFOS对环境和人体健康的影响191

3.6.4 PFOS对光刻工艺的重要性193

3.6.5 环保的光刻胶化学原料194

3.6.6 光刻胶研发在环保方面的趋势197

3.7　化学机械抛光中的研磨剂的环保考量197

3.7.1 CMP技术简介197

3.7.2 CMP抛光液与环境总体评价198

3.7.3 CMP抛光液的分类及主要性质198

3.7.4　抛光液排放200

3.7.5　抛光液储存和运输200

3.8　生产过程中污染和有害物质的排放和控制201

3.8.1 集成电路生产制造中常用的化学品201

3.8.2 生产制造中常用的化学液体使用和废水处理202

3.8.3 生产中的化学气体应用和废气处理206

3.8.4 生产中危险化学品等有害物质管理211

3.8.5 封装对环境的影响213

3.9　低功耗的CMOS生产技术213

3.9.1 SOI上的CMOS214

3.9.2 SOI CMOS器件制造工艺214

3.9.3 高K金属栅工艺215

3.9.4 SoC和SiP218

3.10　总结220

参考文献221

第4章　绿色电子封装技术与材料226

4.1 引言226

4.1.1 电子产品废料污染严重性及管理办法的沿革与现况226

4.1.2 无铅焊为绿色电子制造的关键议题229

4.2　常用集成电路芯片封装230

4.2.1 封装的工艺流程231

4.2.2 封装的分类232

4.2.3 新型封装技术235

4.3 芯片-封装-PCB协同设计241

4.3.1　先进封装的挑战241

4.3.2 芯片-封装-PCB协同设计流程242

4.3.3 芯片-封装-PCB协同设计关键技术243

4.4　系统级封装及应用246

4.4.1 概述246

4.4.2　SiP关键技术248

4.4.3 SiP的应用253

4.5　绿色纳米复合材料在先进封装中的应用255

4.6　无铅再流焊接焊料合金的选择与特性259

4.6.1 无铅焊膏原料259

4.6.2 所选焊膏的工程考虑和成分261

4.6.3 助焊剂264

4.6.4 所选焊膏原料特性266

4.7　板级可靠性测试274

4.7.1 样品概述275

4.7.2 再流后焊料与金属间化合物分析277

4.7.3　加速温度循环测试280

4.7.4 封装元器件的剪切／拉拔测试285

4.7.5 四点弯曲测试291

4.7.6 跌落测试295

4.8　总结301

参考文献303

第5章 绿色微纳电子新器件技术309

5.1 引言309

5.2　动态阈值器件和衬底调制技术310

5.2.1 栅体相连的动态阈值器件310

5.2.2 适于低压电路的衬底电压调制技术319

5.3　低泄漏电流的纳米尺度MOS器件327

5.3.1 超薄体SOI器件和准SOI器件328

5.3.2　低泄漏新型双栅器件331

5.3.3 硅纳米线围栅器件338

5.4　超陡亚阈斜率的新机制低功耗器件342

5.4.1 隧穿场效应晶体管343

5.4.2 碰撞电离MOS器件345

5.4.3 悬栅MOSFET349

参考文献350

第6章　绿色存储器技术362

6.1　半导体存储技术概述362

6.1.1 传统半导体存储技术的局限362

6.1.2 新型半导体存储技术概述364

6.1.3 阻变存储器的特点369

6.1.4 阻变存储器技术的挑战370

6.2　阻变存储器原理和机制371

6.2.1 阻变特性和阻变存储器件371

6.2.2 RRAM器件结构及其工作模式372

6.2.3 RRAM的物理机制373

6.3　阻变存储器特性379

6.3.1 器件结构效应379

6.3.2 电极效应380

6.3.3 掺杂效应384

6.3.4　开关模式效应386

6.3.5 限压和限流效应388

6.3.6 按比例缩小特性389

6.4　阻变存储器关键技术390

6.4.1 器件材料和结构的优化选择390

6.4.2　存储单元392

6.4.3 集成技术393

6.5　总结与展望397

参考文献398

第7章 微／纳机电系统与应用405

7.1　微机电系统背景概述405

7.1.1 MEMS定义406

7.1.2　MEMS基本特点407

7.1.3 纳机电系统408

7.1.4 MEMS/NEMS的影响与现状409

7.2　硅基MEMS加工技术411

7.2.1 表面牺牲层工艺412

7.2.2　体硅加工工艺416

7.3　纳米加工技术427

7.3.1 纳米光刻技术427

7.3.2 纳米压印技术428

7.3.3 侧墙工艺430

7.3.4 基于氧等离子体轰击光刻胶的纳米结构森林加工技术430

7.3.5 纳米球自组装及刻蚀技术431

7.4　MEMS的分类及应用431

7.4.1　微型力学传感器431

7.4.2 光学MEMS441

7.4.3 微流控系统447

7.4.4 微纳生物传感器／生物芯片／BioMEMS453

7.4.5 微纳技术在系统中的综合应用457

7.5 RF MEMS460

7.5.1 微机械开关／继电器462

7.5.2　微机械电感466

7.5.3 可调电容467

7.5.4　微机械谐振器和滤波器469

7.6　微能源系统472

7.6.1 微型能量产生系统（Power Generator）474

7.6.2 微型能量采集系统（Power Harvesting）481

7.6.3 微型振动式发电机483

7.7 环境MEMS489

7.7.1 大气环境监测490

7.7.2　水环境监测492

7.7.3　土壤环境监测494

7.7.4 致病因子监测494

7.8　趋势与展望496

参考文献498

第8章 太阳能光伏电池519

8.1　太阳能光伏电池发展概述519

8.1.1 绿色微电子与绿色能源技术——太阳能光伏电池519

8.1.2 太阳能光伏电池技术发展状况521

8.2　太阳能光伏电池原理525

8.2.1 光伏发电的基本原理525

8.2.2 晶体硅太阳能光伏电池基本结构527

8.2.3 太阳能光伏电池的电学特性及其参数528

8.2.4 太阳能光伏电池的效率531

8.2.5 影响太阳能光伏电池能量转换的因素及提高效率的方法533

8.3　薄膜太阳能光伏电池技术538

8.3.1 非晶硅薄膜太阳能光伏电池538

8.3.2 化合物薄膜太阳能光伏电池543

8.3.3 铜铟镓硒薄膜太阳能光伏电池546

8.4　纳米晶薄膜／染料敏化太阳能光伏电池550

8.4.1 染料敏化太阳能光伏电池结构及其工作原理551

8.4.2 敏化染料553

8.4.3 纳米TiO2半导体薄膜554

8.4.4 电解质555

8.5　太阳能光伏电池技术的发展与展望555

参考文献556

第9章 半导体绿色照明光源563

9.1　半导体照明概述563

9.1.1 半导体照明光源的基本概念563

9.1.2 半导体照明的基本原理565

9.1.3 LED的发展历程及发展现状566

9.2　半导体照明的关键技术568

9.2.1　材料外延技术568

9.2.2　器件制作技术570

9.2.3 封装技术572

9.3 LED的衬底575

9.3.1 蓝宝石576

9.3.2 碳化硅577

9.3.3 硅578

9.3.4 氮化镓579

9.3.5 氧化锌580

9.3.6 氮化铝581

9.4 不同颜色的LED582

9.4.1 红光LED582

9.4.2 绿光LED583

9.4.3 蓝光LED584

9.4.4 紫外及深紫外LED585

9.5 LED的研究进展587

9.5.1　GaN材料外延587

9.5.2 LED器件结构592

9.6　展望599

参考文献600

第10章 社会文化与机制对绿色微纳电子学的影响607

10.1　社会文化的内涵607

10.1.1 文化的载体607

10.1.2 文化是经济的映射609

10.1.3 科技进步与文化的相互作用611

10.1.4 文化软实力617

10.2 以科学发展观指导绿色微纳电子学的发展619

10.2.1 以人为本619

10.2.2　人与自然界的和谐共生620

10.2.3 和而不同的发展环境623

10.2.4 法制、法治与道德626

10.3　绿色微纳电子学的发展需要绿色环境628

10.3.1 科学的发展需要和平的环境628

10.3.2 科学的发展需要和谐的文化629

10.3.3 团结合作，人尽其才630

10.3.4 资源共享，物尽其用631

10.3.5 尊重知识产权632

10.3.6　注重人才培养635

参考文献636