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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IT 147

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IT 148

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CMOS 214

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SiP 218

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MOSFET 349

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MEMS 441

7.4.3 微流控系统 447

7.4.4 微纳生物传感器／生物芯片／BioMEMS 453

7.4.5 微纳技术在系统中的综合应用 457

7.5 RF MEMS 460

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MEMS 489

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LED 582

9.4.1 红光LED 582

9.4.2 绿光LED 583

9.4.3 蓝光LED 584

9.4.4 紫外及深紫外LED 585

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