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第一章 绪论 1

1.1 晶体管的发明 3

1.2 集成电路的发展历史 5

1.3 集成电路的分类 7

1.3.1 按器件结构分类 7

1.3.2 按集成电路规模分类 7

1.3.3 按结构形式的分类 8

1.3.4 按电路功能分类 9

1.3.5 集成电路的分类小结 9

1.4 微电子学的特点 10

2.1.1 金属-半导体-绝缘体 12

第二章 半导体物理和器件物理基础 12

2.1 半导体及其基本特性 12

2.1.2 半导体的掺杂 13

2.1.3 半导体的电导率和电阻率 14

2.1.4 迁移率 15

2.2 半导体中的载流子 19

2.2.1 半导体中的能带 19

2.2.2 多子和少子的热平衡 23

2.2.3 电子的平衡统计规律 24

2.2.4 过剩载流子 27

2.3 PN结 28

2.3.1 平衡PN结 29

2.3.2 PN结的正向特性 32

2.3.3 PN结的反向特性 33

2.3.4 PN结的击穿 35

2.3.5 PN结的电容 37

2.4 双极晶体管 38

2.4.1 双极晶体管的基本结构 38

2.4.2 晶体管的电流传输 39

2.4.3 晶体管的电流放大系数 41

2.4.4 晶体管的直流特性曲线 43

2.4.5 晶体管的反向电流与击穿电压 45

2.4.6 晶体管的频率特性 47

2.5 MOS场效应晶体管 48

2.5.1 MOS场效应晶体管的基本结构 49

2.5.2 MIS结构 49

2.5.3 MOS场效应晶体管的直流特性 52

2.5.4 MOS场效应晶体管的种类 55

2.5.5 MOS场效应晶体管的电容 57

第三章 大规模集成电路基础 59

3.1 半导体集成电路概述 59

3.2 双极集成电路基础 61

3.2.1 集成电路中的双极晶体管 61

3.2.2 双极型数字集成电路 64

3.2.3 双极型模拟集成电路 67

3.3 MOS集成电路基础 67

3.3.1 集成电路中的MOSFET 67

3.3.2 MOS数字集成电路 69

3.3.3 CMOS集成电路 73

第四章 集成电路制造工艺 77

4.1 双极集成电路工艺流程 77

4.2 MOS集成电路工艺流程 80

4.3 光刻与刻蚀技术 83

4.3.1 光刻工艺简介 83

4.3.2 几种常见的光刻方法 84

4.3.3 超细线条光刻技术 85

4.3.4 刻蚀技术 86

4.4 氧化 88

4.4.1 SiO2的性质及其作用 88

4.4.2 热氧化形成SiO2的机理 89

4.4.3 SiO2的制备方法 90

4.5 扩散与离子注入 91

4.5.1 扩散 91

4.5.2 扩散工艺 92

4.5.3 离子注入 93

4.5.4 离子注入原理 94

4.5.5 退火 95

4.6 化学汽相淀积(CVD) 96

4.6.1 化学汽相淀积方法 96

4.6.2 单晶硅的化学汽相淀积(外延) 97

4.6.3 二氧化硅的化学汽相淀积 98

4.6.4 多晶硅的化学汽相淀积 99

4.6.5 氮化硅的化学汽相淀积 99

4.7 接触与互连 99

4.7.1 金属膜的形成方法 100

4.7.2 难熔金属硅化物栅及其复合结构 101

4.7.3 多层互连 103

4.8 隔离技术 104

4.8.1 双极集成电路隔离工艺 104

4.8.2 MOS集成电路隔离工艺 106

4.9 封装技术 108

4.9.1 封装工艺 108

4.9.2 封装的分类 110

4.10 集成电路工艺小结 110

第五章 集成电路设计 113

5.1 集成电路的设计特点与设计信息描述 113

5.1.1 设计特点 113

5.1.2 设计停息描述 115

5.2 集成电路的设计流程 116

5.3 集成电路的设计规则 120

5.3.1 以λ为单位的设计规则 120

5.3.2 以微米为单位的设计规则 122

5.4 集成电路的设计方法 123

5.4.1 全定制设计方法 123

5.4.2 门阵列设计方法(GA方法) 125

5.4.3 标准单元设计方法(SC方法) 129

5.4.4 积木块设计方法(BBL方法) 132

5.4.5 可编程逻辑器件设计方法 133

5.4.6 几种布图设计方法的比较 136

5.4.7 兼容设计方法 137

5.4.8 硅编译器技术 139

5.4.9 可测性设计技术 139

5.5 集成电路设计举例 141

5.5.1 四位运算器的设计流程 141

5.5.2 多路开关的设计实现过程 143

第六章 集成电路设计的CAD系统 146

6.1 集成电路设计的CAD系统概述 146

6.2 系统描述与模拟--VHDL语言及模拟 147

6.2.1 VHDL语言的基本概念及主要作用 147

6.2.2 VHDL语言建模机制的特点 147

6.2.3 VHDL的模拟算法 149

6.2.4 VHDL语言模拟环境的特点 150

6.3 综合 151

6.4 逻辑模拟 152

6.4.1 逻辑模拟的基本概念和主要作用 152

6.4.2 逻辑模拟模型的建立 153

6.4.3 逻辑描述 154

6.4.4 逻辑模拟算法 155

6.4.5 开关级逻辑模拟 156

6.5.1 电路模拟的基本概念 157

6.5.2 电路模拟的基本功能 157

6.5 电路模拟 157

6.5.3 电路模拟软件的基本结构 158

6.5.4 电路描述 160

6.6 时序分析和混合模拟 162

6.6.1 时序分析和混合模拟的主要作用 162

6.6.2 时序分析的基本原理 163

6.6.3 混合模拟 164

6.7 版图设计的CAD工具 164

6.7.1 版图设计的基本概念 164

6.7.2 版图的自动设计 165

6.7.3 版图的半自动设计 169

6.7.5 版图检查与验证 170

6.7.4 版图的人工设计 170

6.7.6 制版 172

6.7.7 版图数据交换的格式 172

6.8 器件模拟 173

6.8.1 器件模拟的基本概念 173

6.8.2 器件模拟的基本原理 173

6.8.3 器件模拟的基本功能及所用模型 174

6.8.4 输入文件 175

6.9.1 工艺模拟的基本概念 179

6.9.2 工艺模拟的基本内容 179

6.9 工艺模拟 179

6.9.3 工艺模拟的输入文件 180

6.10 计算机辅助测试(CAT)技术 183

6.10.1 故障模型 183

6.10.2 计算机辅助测试技术 184

第七章 几类重要的特种微电子器件 187

7.1 薄膜晶体管 187

7.2 光电子器件 190

7.2.1 辐射跃迁和光吸收 190

7.2.2 发光器件 191

7.2.3 光电探测器 194

7.2.4 太阳能电池 196

7.3 CCD器件 197

8.1 微机电系统的基本概念 200

第八章 微机电系统 200

8.2 几种重要的MEMS器件 203

8.4.1 微加速度计 203

8.4.2 微陀螺 205

8.4.3 微马达 207

8.3 MEMS加工工艺 209

8.3.1 硅微机械加工工艺 209

8.3.2 LIGA加工工艺 213

8.4 MEMS技术发展的趋势 214

9.1.1 摩尔定律 217

第九章 微电子技术发展的规律的趋势 217

9.1 微电子技术发展的一些基本规律 217

9.1.2 等比例缩小定律 218

9.2 微电子技术发展的一些趋势和展望 220

9.2.1 21世纪仍将以硅基CMOS电路为主流 220

9.2.2 集成系统是21世纪微电子技术发展的重点 222

9.2.3 微电子与其它学科结合诞生出新的技术增长点 223

9.2.4 近几年将有重大发展的一些关键技术 224

附录 229

附录A 微电子学领域大事记 229

附录B 微电子学常用缩略语 232