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第1章 绪论 1

1.1 什么是集成电路和微电子学 1

1.2 集成电路的诞生 2

1.3 集成电路的发展 7

1.3.1 应用的驱动 7

1.3.2 集成度的提高 9

1.3.3 摩尔定律 11

1.3.4 专用集成电路和专用标准产品 13

1.3.5 集成电路分类 14

1.4 集成电路的未来 15

1.5 微电子技术与其他学科相结合 17

第2章 半导体基本特性与晶体管工作原理 19

2.1 半导体的特性 19

2.1.1 什么是半导体 19

2.1.2 能级与能带 20

2.1.3 电子与空穴 21

2.1.4 N 型半导体和 P 型半导体 23

2.2 PN 结 26

2.2.1 平衡状态下的 PN 结 26

2.2.2 正向状态下的 PN 结 27

2.2.3 反向状态下的 PN 结 28

2.2.4 PN 结电容(空间电荷区电容) 29

2.3 二极管 29

2.3.1 二极管的电流与电压特性 29

2.3.2 二极管工作时管内少数载流子的分布情况 31

2.3.3 扩散电容 32

2.4 双极型晶体管 32

2.4.1 双极型晶体管的基本结构 33

2.4.2 共基极接地方式 34

2.4.3 共发射极接地方式 35

2.4.4 三极管的简化大信号模型 38

2.4.5 三极管的小信号放大效应 38

2.5 金属-氧化物-半导体(MOS)场效应晶体管 39

2.5.1 MOS 场效应晶体管的基本结构 39

2.5.2 反型层的形成与阈值电压 40

2.5.3 MOS 管中的电流与电压关系 41

2.5.4 衬底偏置调制效应 44

2.5.5 MOS 管的简单模型 44

2.5.6 MOS 管的几种类型 45

3.1 电学隔离的必要性和方法 47

第3章 集成电路中的器件结构 47

3.2 二极管的结构 48

3.3 双极型晶体管的结构 49

3.4 MOS 场效应晶体管的结构 51

3.4.1 场氧化层的作用 51

3.4.2 CMOS 电路的结构 51

3.5 电阻的结构 52

3.6 电容的结构 53

3.7 接触孔、通孔和互连线 54

4.1 工艺制造中的核心步骤 55

第4章 集成电路芯片制造技术 55

4.2 窗口、图形的确定与掩模版的作用 56

4.3 各主要工艺技术 58

4.3.1 热氧化 58

4.3.2 热扩散掺杂 59

4.3.3 快速热处理 62

4.3.4 离子注入 63

4.3.5 化学气相淀积 66

4.3.6 光刻 67

4.3.7 刻蚀 69

4.3.8 选择性氧化 70

4.3.9 金属化 71

4.4 CMOS 电路制造的主要工艺流程 72

4.5 缺陷与成品率 73

第5章 基本的门电路 75

5.1 数字信号的特性 75

5.2 电路的主要性能 77

5.3 双极型晶体管的开关特性 77

5.4 饱和型与非饱和型双极型数字集成电路 78

5.5.1 TTL 与非门 79

5.5 晶体管-晶体管逻辑(TTL)门 79

5.5.2 TTL 或非门 80

5.5.3 TTL 与或非门 81

5.6 肖特基晶体管-晶体管逻辑门 81

5.7 发射极耦合逻辑(ECL)门 82

5.7.1 双极型差分放大电路 82

5.7.2 ECL 或非门 83

5.8 NMOS 门电路 84

5.8.1 NMOS 反相器 84

5.8.2 NMOS 与非门 86

5.8.3 NMOS 或非门 87

5.8.4 NMOS 通导管 88

5.8.5 NMOS 触发器 89

5.9 CMOS 门电路 91

5.9.1 CMOS 反相器 91

5.9.2 CMOS 与非门 95

5.9.3 CMOS 或非门 96

5.9.4 CMOS 与或非门及或与非门 96

5.9.6 CMOS 多路开关 97

5.9.5 CMOS 三态反相门 97

5.9.7 CMOS 传输门 98

5.9.8 CMOS 异或门 99

5.9.9 CMOS RS 触发器 99

5.9.10 CMOS D 型锁存器 100

5.10 双极型电路与 MOS 电路的比较 101

5.11 BiCMOS 电路 102

第6章 存储器类集成电路 104

6.1 存储器的功能和分类 104

6.3 存储器的结构 106

6.2 存储器的容量 106

6.4.1 只读存储器的存储单元 108

6.4 只读存储器 108

6.4.2 行译码器和缓冲器 110

6.4.3 列译码器和列选择器 112

6.4.4 读取时间 113

6.5 不挥发性读写存储器 114

6.5.1 可擦除型可编程读写存储器(EPROM) 114

6.5.2 电可擦除型可编程读写存储器(EEPROM 或E2PROM) 116

6.6.1 静态随机存取存储器(SRAM) 117

6.5.3 闪烁型电可擦除可编程读写存储器(Flash EEPROM) 117

6.6 随机存取存储器 117

6.6.2 动态随机存取存储器(DRAM) 121

第7章 微处理器 127

7.1 微处理器的定义 127

7.2 微型计算机与微处理器 127

7.2.1 微型计算机的硬件框架 127

7.2.2 微型计算机的机器指令 128

7.3 微处理器的工作原理 129

7.3.1 微处理器的硬件结构 129

7.2.3 微型计算机中的信息流 129

7.3.2 微处理器指令的类型、格式和长度 131

7.3.3 微处理器指令的执行过程 132

7.4 微处理器中的各个模块 132

7.4.1 算术逻辑单元的加法器 132

7.4.2 寄存器、寄存器堆和移位寄存器 135

7.5 微控制器 137

8.2 门阵列集成电路 139

8.2.1 有通道门阵列 139

8.1 专用集成电路的作用与特点 139

第8章 专用集成电路和可编程集成电路 139

8.2.2 无通道门阵列(门海) 142

8.3 标准单元集成电路 144

8.4 多设计项目硅圆片方法 147

8.5 可编程逻辑器件 147

8.6 逻辑单元阵列 151

8.7 门阵列、标准单元与可编程集成电路的比较 153

第9章 设计流程和设计工具 155

9.1 设计要求 155

9.2 层次化设计方法 155

9.3.1 全定制设计流程 157

9.3 设计流程 157

9.3.2 定制和半定制电路的设计流程 160

9.4 版图设计规则 161

9.5 设计系统简介 162

9.6 常用的设计工具 163

9.7 设计实例——交通路口信号灯控制器 168

第10章 集成电路的测试与封装 178

10.1 集成电路测试 178

10.1.1 设计错误测试 178

10.2 故障模型 179

10.1.2 功能测试 179

10.3 故障模拟与分析 180

10.4 可测性设计 180

10.5 集成电路的可靠性 182

10.6 典型的测试和检查过程 183

10.7 封装的作用 185

10.8 封装类型和封装技术 186

10.9 封装时的热设计 190

10.10 如何选择封装形式 191

参考文献 193