集成电路设计技术与工具PDF电子书下载

第1章 集成电路设计导论 1

1.1 集成电路的发展 1

1.2 集成电路的分类 2

1.2.1 按器件结构类型分类 2

1.2.2 按集成度分类 3

1.2.3 按使用的基片材料分类 3

1.2.4 按电路的功能分类 4

1.2.5 按应用领域分类 4

1.3 集成电路设计步骤 4

1.4 集成电路设计方法 6

1.4.1 全定制方法（Full-Custom Design Approach） 7

1.4.2 半定制方法（Semi-Custom Design Approach） 7

1.5 电子设计自动化技术概论 11

1.5.1 Cadence EDA软件 12

1.5.2 Synopsys EDA软件 12

1.5.3 Mentor Graphics EDA软件 12

1.5.4 Zeni EDA软件 12

1.5.5 Silvaco EDA软件 13

1.6 本书结构 13

参考文献 14

思考题与习题 15

第2章 集成电路材料与器件物理基础 16

2.1 引言 16

2.2 集成电路材料 16

2.3 半导体基础知识 17

2.3.1 固体的晶体结构 17

2.3.2 固体能带结构基础 18

2.3.3 本征半导体与杂质半导体 21

2.3.4 半导体的特性 23

2.4 PN结与结型二极管 24

2.4.1 PN结的形成 24

2.4.2 PN结型二极管特性 25

2.4.3 肖特基接触和肖特基结二极管 27

2.4.4 欧姆接触 28

2.5 双极型晶体管 29

2.5.1 双极型晶体管的基本结构 29

2.5.2 双极型晶体管的工作原理 29

2.6 MOS晶体管的基本结构与工作原理 31

2.6.1 MOS晶体管的基本结构 31

2.6.2 MOS晶体管的基本工作原理 32

2.6.3 MOS晶体管性能分析 32

2.6.4 MOS器件的电压-电流特性 35

2.7 金属半导体场效应晶体管MESFET 36

2.8 本章小结 37

参考文献 37

思考题与习题 38

第3章 集成电路制造工艺 39

3.1 引言 39

3.2 集成电路基本加工工艺 39

3.2.1 外延生长 39

3.2.2 掩膜的制版工艺 41

3.2.3 光刻 44

3.2.4 掺杂 47

3.2.5 绝缘层形成 49

3.2.6 金属层形成 51

3.3 双极型集成电路的基本工艺流程 52

3.4 CMOS集成电路的基本制造工艺 55

3.4.1 P阱CMOS工艺 56

3.4.2 N阱CMOS工艺 56

3.4.3 双阱CMOS工艺 56

3.4.4 MOS工艺的自对准结构 58

3.5 BiCMOS集成电路的基本制造工艺 59

3.5.1 以P阱CMOS工艺为基础的BiCMOS工艺 59

3.5.2 以N阱CMOS工艺为基础的BiCMOS工艺 60

3.5.3 以双极工艺为基础的BiCMOS工艺 60

3.6 MESFET工艺与HEMT工艺 61

3.6.1 MESFET工艺 62

3.6.2 HEMT工艺 62

3.7 集成电路工艺CAD 64

3.7.1 器件仿真 64

3.7.2 工艺仿真 66

3.8 本章小结 67

参考文献 67

思考题与习题 68

第4章 集成电路版图设计与工具 69

4.1 引言 69

4.2 版图几何设计规则 70

4.2.1 工艺层（Layer） 70

4.2.2 几何设计规则 71

4.3 电学设计规则与布线 76

4.4 晶体管的版图设计 77

4.4.1 双极型晶体管的版图设计 77

4.4.2 MOS晶体管的版图设计 84

4.5 九天软件下的版图编辑 87

4.5.1 版图设计前的准备 88

4.5.2 层次化的版图设计 90

4.5.3 全定制版图设计 93

4.5.4 版图数据与工艺制造 95

4.6 九天软件下的版图验证 97

4.6.1 版图验证概述 98

4.6.2 版图验证文件 98

4.6.3 深亚微米级版图验证 100

4.7 本章小结 100

参考文献 100

思考题与习题 101

第5章 集成电路元器件及其SPICE模型 102

5.1 引言 102

5.2 集成无源元件及其SPICE模型 103

5.2.1 集成电阻 103

5.2.2 集成电容器 109

5.2.3 集成电感 113

5.3 二极管及其SPICE模型 114

5.3.1 二极管的电路模型 114

5.3.2 二极管的噪声模型 115

5.4 双极型晶体管及其SPICE模型 116

5.4.1 双极型晶体管的EM模型 116

5.4.2 双极型晶体管的GP模型 118

5.5 MOS场效应晶体管及其SPICE模型 119

5.5.1 MOS场效应晶体管模型发展 119

5.5.2 MOS1模型 121

5.5.3 短沟道MOS管的BSIM SPICE模型 124

5.6 模型参数提取技术 127

5.6.1 模型参数提取方法 128

5.6.2 参数提取的基本原理 128

5.7 本章小结 130

参考文献 130

思考题与习题 130

第6章 集成电路仿真软件SPICE 132

6.1 电路仿真与SPICE 132

6.2 电路描述语句 133

6.2.1 输入文件的一般规定 133

6.2.2 无源元件描述语句 135

6.2.3 半导体元器件描述语句 136

6.2.4 电源描述语句 138

6.2.5 模型、子电路和文件包含语句 141

6.3 电路特性分析和控制语句 143

6.3.1 分析语句 143

6.3.2 控制语句 145

6.4 基于SPICE核的工具软件 147

6.4.1 Pspice 147

6.4.2 Hspice 147

6.4.3 SmartSpice 148

6.5 集成电路SPICE仿真示例 150

6.5.1 直流分析 150

6.5.2 交流分析 151

6.5.3 瞬态分析 151

6.6 本章小结 152

参考文献 153

思考题与习题 153

第7章 模拟集成电路晶体管级设计 154

7.1 引言 154

7.2 设计流程 154

7.3 电路仿真 156

7.3.1 仿真分析类型 156

7.3.2 工艺角仿真 158

7.4 版图设计 159

7.4.1 版图设计基本要求 159

7.4.2 版图匹配设计 160

7.5 设计举例——运算放大器设计 160

7.5.1 MOS电流镜基本原理 160

7.5.2 MOS差分放大电路 163

7.5.3 CMOS运算放大器 167

7.6 本章小结 178

参考文献 178

思考题与习题 178

第8章 数字集成电路晶体管级设计 180

8.1 引言 180

8.2 设计流程 180

8.3 电路仿真 181

8.4 版图设计 182

8.4.1 CMOS电路版图中的闩锁效应 182

8.4.2 CMOS数字集成电路版图设计 184

8.5 设计举例 188

8.5.1 CMOS反相器 188

8.5.2 与非门和或非门电路 191

8.5.3 CMOS传输门和开关逻辑 193

8.5.4 动态CMOS逻辑 195

8.6 数字电路标准单元库简介 197

8.6.1 基本原理 197

8.6.2 库单元设计 198

8.7 焊盘输入输出单元（I/O PAD） 199

8.7.1 输入单元 200

8.7.2 输出单元 201

8.7.3 输入／输出双向三态单元（I/O PAD） 207

8.8 本章小结 208

参考文献 208

思考题与习题 208

第9章 集成电路模块级设计 209

9.1 引言 209

9.2 数字逻辑电路模块级设计 209

9.2.1 模块级宏模型 210

9.2.2 宏模型的电气特性 210

9.2.3 版图布局与布线 210

9.3 模拟电路模块级设计 211

9.3.1 线性电路宏模型 211

9.3.2 非线性电路宏模型 212

9.3.3 版图布局与布线 213

9.4 IP设计简介 214

9.4.1 IP的发展 214

9.4.2 IP设计的层次 215

9.4.3 IP的标准 215

9.5 本章小结 216

参考文献 216

思考题与习题 216

第10章 集成电路系统级设计简介 217

10.1 引言 217

10.2 数字系统硬件描述语言 218

10.2.1 基于Verilog HDL语言的数字系统设计流程 218

10.2.2 Verilog HDL常用语法 220

10.2.3 数字电路基本单元系统级描述实例 236

10.3 数字系统的CPLD/FPGA硬件验证 237

10.3.1 CPLD/FPGA的器件结构与特点 238

10.3.2 基于FPGA的数字系统硬件验证 239

10.4 VLSI数字系统逻辑综合与物理实现 241

10.4.1 逻辑综合基本概念 241

10.4.2 可综合HDL代码设计风格 241

10.4.3 布局与布线 242

10.4.4 设计实例 243

10.5 混合信号系统硬件描述语言 246

10.5.1 Verilog-AMS语言概述 247

10.5.2 模拟电路系统级描述示例 248

10.6 本章小结 249

参考文献 249

思考题与习题 250

第11章 集成电路封装 252

11.1 引言 252

11.2 集成电路封装技术基础 252

11.2.1 集成电路封装的作用 252

11.2.2 集成电路封装的内容和工艺流程 253

11.2.3 常用的集成电路封装形式 254

11.2.4 集成电路设计中的封装考虑 260

11.3 封装特性分析 262

11.3.1 热分析 262

11.3.2 信号完整性分析 263

11.3.3 封装建模 265

11.4 集成电路多芯片组件（MCM）封装技术 266

11.4.1 MCM的基本概念 266

11.4.2 MCM的应用领域 267

11.4.3 MCM基板设计 267

11.4.4 MCM设计过程 269

11.5 集成电路测试板的设计 269

11.5.1 PCB设计基本流程 270

11.5.2 PCB设计举例 271

11.6 本章小结 273

参考文献 273

思考题与习题 274

第12章 集成电路测试 275

12.1 引言 275

12.2 集成电路测试信号连接方法 275

12.2.1 芯片在晶圆测试的连接方法 276

12.2.2 芯片成品测试的连接方法 278

12.3 模拟集成电路测试方法 279

12.3.1 直流工作点测试 279

12.3.2 交流特性测试 280

12.3.3 瞬态特性测试 280

12.3.4 频谱与噪声测试 280

12.3.5 模拟集成电路测试实例 280

12.4 数字集成电路测试方法概述 283

12.4.1 数字集成电路测试的基本概念 283

12.4.2 故障模型和测试向量的生成 283

12.4.3 数字集成电路测试实例 289

12.5 数字集成电路的可测性设计 291

12.5.1 特定的可测性设计方法 292

12.5.2 扫描路径法 294

12.5.3 内建自测试BIST 296

12.6 本章小结 299

参考文献 299

思考题与习题 300

附录A Silvaco TCAD系统——工艺和器件仿真工具介绍 301

A.1 Silvaco TCAD系统综述 301

A.2 Silvaco TCAD系统安装与启动 302

A.3 Athena工艺仿真 304

A.3.1 Athena系统简介 304

A.3.2 Athena命令语句 305

A.3.3 Athena仿真示例 307

A.4 Atlas器件仿真 315

A.4.1 Atlas系统简介 315

A.4.2 Atlas命令语句 317

A.4.3 Atlas仿真示例 318

附录B 九天系统——版图设计工具介绍 320

B.1 九天系统综述 320

B.2 九天系统安装与启动 320

B.2.1 操作系统与硬件环境选择 320

B.2.2 软件安装步骤 321

B.2.3 用户环境设置与软件的启动 322

B.3 设计管理器ZeniDM 322

B.3.1 启动设计管理器 322

B.3.2 菜单命令与基本操作 323

B.3.3 实用工具介绍 324

B.4 原理图编辑与仿真 327

B.4.1 ZeniSE工具简介 327

B.4.2 启动ZeniSE 327

B.4.3 菜单命令与基本操作 328

B.4.4 系统库介绍 329

B.4.5 ZeniSE设计举例 330

B.5 版图编辑与验证 336

B.5.1 版图编辑工具简介 336

B.5.2 启动版图编辑器 336

B.5.3 编辑命令与基本操作 337

B.5.4 层次编辑 340

B.5.5 可变参数单元 340

B.5.6 版图验证 341

B.5.7 版图验证结果检查 343

B.6 验证文件编写举例 345

B.6.1 基本操作命令 345

B.6.2　DRC命令文件 349

B.6.3　LVS命令文件 352

附录C　Silvaco SimuCAD系统——集成电路仿真工具介绍 356

C.1　Silvaco SimuCAD系统综述 356

C.2　Gateway环境下的原理图编辑与仿真 357

C.2.1　仿真模型 357

C.2.2 电路原理图输入与仿真 357

C.2.3　层次化的电路设计 362

C.3　与版图设计接口 365