微电子与集成电路设计导论

目 录
第1章 概论 1
1．1 微电子学的概念 1
1．2 微电子学的战略地位 3
1．3 微电子学的发展历史 7
1．3．1 晶体管的发展历史 7
1．3．2 集成电路的发展历史 9
1．4 集成电路的分类 12
1．5 微电子产业的发展现状 15
1．6 微电子技术的发展 20
1．7 本章小结 26
思考题 27
第2章 半导体物理基础 28
2．1 半导体材料及其基本性质 28
2．2 硅的晶格结构 29
2．3 硅晶体中的缺陷 32
2．4 半导体中的能带理论 34
2．5 半导体的掺杂 36
2．6 费米分布函数 39
2．7 载流子的输运 40
2．7．1 半导体中的载流子 40
2．7．2 半导体中的载流子浓度 40
2．7．3 载流子的输运机制 42
2．8 连续性方程 44
2．9 本章小结 45
2．10 扩展阅读内容 45
2．10．1 载流子的漂移运动与迁移率
的推导 45
2．10．2 载流子扩散运动的推导 46
思考题 47
第3章 半导体器件物理基础 48
3．1 PN结 48
3．1．1 平衡PN结 49
3．1．2 PN结能带 50
3．1．3 正向偏置的PN结 51
3．1．4 反向偏置的PN结 52
3．1．5 PN结的伏安特性 53
3．1．6 PN结电容 54
3．1．7 PN结击穿 55
3．1．8 PN结的应用 58
3．2 双极型晶体管 60
3．2．1 晶体管的结构及类型 61
3．2．2 晶体管的电流放大原理 62
3．2．3 晶体管中载流子浓度分布 63
3．2．4 晶体管的伏安特性曲线 65
3．2．5 晶体管的频率特性 69
3．2．6 晶体管的大电流特性 71
3．3 MOSFET 76
3．3．1 N沟道增强型MOSFET的
器件结构 76
3．3．2 N沟道增强型MOSFET的
能带图 77
3．3．3 阈值电压 79
3．3．4 工作原理 81
3．3．5 特性曲线 82
3．3．6 N沟道耗尽型MOSFET 83
3．3．7 P沟道MOSFET及不同类型MOSFET特性比较 84
3．3．8 MOS功率场效应晶体管 85
3．4 JFET 86
3．4．1 JFET的基本结构 86
3．4．2 JFET的工作原理 87
3．4．3 JFET的输出特性曲线 88
3．5 MESFET的基本结构和工作
原理 89
3．6 本章小结 89
3．7 扩展阅读内容 90
思考题 91
第4章 半导体集成电路制造工艺 93
4．1 单晶生长及衬底制备 93
4．1．1 单晶生长 93
4．1．2 衬底制备 95
4．2 光刻 96
4．3 刻蚀 101
4．4 掺杂技术 103
4．4．1 扩散 103
4．4．2 离子注入 106
4．5 制膜技术 108
4．5．1 氧化 109
4．5．2 化学气相淀积 115
4．5．3 物理气相淀积 122
4．6 接触与互连 124
4．7 隔离技术 125
4．8 封装技术 126
4．9 主要器件和工艺流程示例 127
4．9．1 PN结 127
4．9．2 晶体管的制造工艺 128
4．9．3 双极型集成电路的工艺
流程 129
4．9．4 MOS集成电路的工艺
流程 132
4．10 本章小结 134
思考题 134
第5章 集成电路基础 136
5．1 集成电路概述 136
5．1．1 集成电路的性能指标 136
5．1．2 集成电路的组成要素 137
5．1．3 集成电路的分类 138
5．1．4 集成电路的发展 138
5．2 数字集成电路 139
5．2．1 数字逻辑简介 139
5．2．2 CMOS反相器性能指标 141
5．2．3 CMOS逻辑门电路 148
5．2．4 CMOS集成电路的特点 154
5．3 双极型和BiCMOS集成电路 155
5．3．1 双极型集成电路 155
5．3．2 BiCMOS集成电路 156
5．4 模拟集成电路 157
5．4．1 放大器的性能指标 157
5．4．2 3种组态放大器 159
5．4．3 差分放大器 165
5．4．4 基准电压源 167
5．4．5 基准电流源 168
5．4．6 运算放大电路 168
5．5 集成电路版图 170
5．5．1 版图设计规则 170
5．5．2 布图规则及布局布线技术 172
5．5．3 数字电路版图设计 174
5．5．4 模拟电路版图设计 175
5．6 集成电路设计工具介绍 176
5．6．1 概述 176
5．6．2 Cadence工具介绍 176
5．6．3 ADS工具介绍 177
5．6．4 Aether工具介绍 179
5．7 大规模集成电路基础 180
5．7．1 按比例缩小的基本理论――CE理论 181
5．7．2 按比例缩小的CV理论 182
5．7．3 按比例缩小的QCV理论 183
5．8 集成电路设计方法学 183
5．9 本章小结 184
思考题 185
第6章 新型微电子技术 187
6．1 SoC技术 187
6．1．1 SoC技术现状及其分类 187
6．1．2 SoC发展中的焦点技术 188
6．1．3 SoPC 190
6．2 微机电系统（MEMS）技术 191
6．2．1 微机电系统的特点 191
6．2．2 微机电系统的分类 192
6．2．3 微机电系统的工艺材料 193
6．2．4 微机电系统的应用领域 194
6．3 生物芯片技术 195
6．3．1 生物芯片发展历史 195
6．3．2 生物芯片分类 196
6．3．3 生物芯片的应用前景 196
6．4 纳电子技术 196
6．4．1 纳电子器件 197
6．4．2 纳电子材料 199
6．5 纳米相关技术 200
6．6 本章小结 203
思考题 204
参考文献 205