微电子学概论 第2版PDF电子书下载

目录 1

序言 1

第二版前言 1

前言 1

第一章 绪论 1

1.1 晶体管的发明 4

1.2 集成电路的发展历史 7

1.3 集成电路的分类 9

1.3.1 按器件结构类型分类 9

1.3.2 按集成电路规模分类 10

1.3.3 按结构形式的分类 10

1.3.4 按电路功能分类 11

1.3.5 集成电路的分类小结 12

1.4 微电子学的特点 13

第二章 半导体物理和器件物理基础 15

2.1 半导体及其基本特性 15

2.1.1 金属-半导体-绝缘体 15

2.1.2 半导体的掺杂 16

2.1.3 半导体的电导率和电阻率 17

2.1.4 迁移率 19

2.2 半导体中的载流子 23

2.2.1 半导体中的能带 23

2.2.2 多子和少子的热平衡 27

2.2.3 电子的平衡统计规律 29

2.2.4 过剩载流子 32

2.3 pn结 33

2.3.1 平衡pn结 34

2.3.2 pn结的正向特性 36

2.3.3 pn结的反向特性 38

2.3.4 pn结的击穿 40

2.3.5 pn结的电容 42

2.4 双极晶体管 43

2.4.1 双极晶体管的基本结构 43

2.4.2 晶体管的电流传输 45

2.4.3 晶体管的电流放大系数 47

2.4.4 晶体管的直流特性曲线 49

2.4.5 晶体管的反向电流与击穿电压 51

2.4.6 晶体管的频率特性 53

2.5 MOS场效应晶体管 54

2.5.1 MOS场效应晶体管的基本结构 55

2.5.2 MIS结构 56

2.5.3 MOS场效应晶体管的直流特性 59

2.5.4 MOS场效应晶体管的种类 62

2.5.5 MOS场效应晶体管的电容 63

第三章 大规模集成电路基础 66

3.1 半导体集成电路概述 66

3.2 双极集成电路基础 68

3.2.1 集成电路中的双极晶体管 68

3.2.2 双极型数字集成电路 71

3.2.3 双极型模拟集成电路 74

3.3 MOS集成电路基础 74

3.3.1 集成电路中的MOSFET 75

3.3.2 MOS数字集成电路 76

3.3.3 CMOS集成电路 81

3.4 BiCMOS集成电路基础 84

第四章 集成电路制造工艺 88

4.1 双极集成电路工艺流程 88

4.2 MOS集成电路工艺流程 91

4.3 光刻与刻蚀技术 95

4.3.1 光刻工艺简介 95

4.3.2 几种常见的光刻方法 96

4.3.3 超细线条光刻技术 97

4.3.4 刻蚀技术 99

4.4 氧化 100

4.4.1 SiO2的性质及其作用 100

4.4.2 热氧化形成SiO2的机理 101

4.4.3 SiO2的制备方法 102

4.5 扩散与离子注入 104

4.5.1 扩散 104

4.5.2 扩散工艺 105

4.5.3 离子注入 106

4.5.4 离子注入原理 107

4.5.5 退火 108

4.6 化学气相淀积（CVD） 109

4.6.1 化学气相淀积方法 109

4.6.2 单晶硅的化学气相淀积（外延） 110

4.6.3 二氧化硅的化学气相淀积 111

4.6.4 多晶硅的化学气相淀积 112

4.6.5 氮化硅的化学气相淀积 112

4.7 接触与互连 112

4.7.1 金属膜的形成方法 113

4.7.2 难熔金属硅化物栅及其复合结构 114

4.7.3 多层互连 116

4.8 隔离技术 117

4.8.1 双极集成电路隔离工艺 117

4.8.2 MOS集成电路隔离工艺 119

4.9 封装技术 121

4.10 集成电路工艺小结 122

第五章 集成电路设计 124

5.1 集成电路的设计特点与设计信息描述 124

5.1.1 设计特点 124

5.1.2 设计信息描述 125

5.2 集成电路的设计流程 128

5.2.1 功能设计 130

5.2.2 逻辑与电路设计 131

5.2.3 版图设计 132

5.3 集成电路的设计规则和全定制设计方法 134

5.3.1 集成电路的设计方法 134

5.3.2 集成电路的设计规则 134

5.3.3 全定制设计方法 138

5.4 专用集成电路的设计方法 140

5.4.1 标准单元设计（SC）方法和积木块设计（BBL）方法 140

5.4.2 门阵列设计方法（GA方法） 145

5.4.3 可编程逻辑电路设计方法 150

5.5 几种集成电路设计方法的比较 155

5.6 可测性设计技术 157

5.7 集成电路设计举例 160

5.7.1 四位运算器的设计流程 161

5.7.2 多路开关的设计实现过程 162

6.1 集成电路设计的EDA系统概述 166

第六章 集成电路设计的EDA系统 166

6.2 高层级描述与模拟——VHDL及模拟 167

6.2.1 VHDL的基本概念及主要作用 167

6.2.2 VHDL建模机理的特点 168

6.2.3 VHDL的模拟算法 171

6.2.4 VHDL模拟环境的特点 172

6.3 综合 173

6.4 逻辑模拟 174

6.4.1 逻辑模拟的基本概念和主要作用 175

6.4.2 逻辑模拟模型的建立 175

6.4.3 逻辑模拟算法 178

6.5.1 电路模拟的基本概念 179

6.5 电路模拟 179

6.5.2 电路模拟的基本功能 180

6.5.3 电路模拟软件的基本结构 181

6.5.4 电路描述 184

6.5.5 开关级模拟 185

6.6 时序分析和混合模拟 186

6.6.1 时序分析和混合模拟的主要作用 186

6.6.2 时序分析的基本原理 186

6.6.3 混合模拟 188

6.7 版图设计的EDA工具 189

6.7.1 版图设计的基本概念 189

6.7.2 版图的自动设计 189

6.7.4 版图的人工设计 195

6.7.3 版图的半自动设计 195

6.7.5 版图检查与验证 196

6.7.6 制版 198

6.7.7 版图数据交换的格式 199

6.8 器件模拟 199

6.8.1 器件模拟的基本概念 199

6.8.2 器件模拟的基本原理 200

6.8.3 器件模拟的基本功能及所用模型 200

6.8.4 器件模拟的输入文件 202

6.9 工艺模拟 205

6.9.1 工艺模拟的基本概念 205

6.9.2 工艺模拟的基本内容 206

6.9.3 工艺模拟的输入文件 207

6.10 计算机辅助测试（CAT）技术 210

6.10.1 故障模型 211

6.10.2 计算机辅助测试技术 211

第七章 系统芯片（SOC）设计 215

7.1 系统芯片的基本概念和特点 216

7.2 SOC设计过程 219

7.3 SOC关键技术及目前面临的主要问题 220

7.3.1 软硬件协同设计 220

7.3.2 IP复用技术 221

7.3.3 SOC验证 224

7.3.4 SOC测试 226

7.3.5 SOC的物理设计考虑 229

7.3.6 FPGA SOC 230

7.4 SOC的发展趋势 231

8.1 固体中的光吸收和光发射 234

第八章 光电子器件 234

8.1.1 固体中的光吸收过程 235

8.1.2 固体中的光发射过程 236

8.2 半导体发光二极管 238

8.2.1 半导体发光二极管的工作原理 239

8.2.2 半导体发光二极管的材料 241

8.2.3 半导体发光二极管的结构 244

8.3 半导体激光器 245

8.3.1 半导体激光器的工作原理 246

8.3.2 半导体激光器的结构和特性 249

8.4 光电探测器 251

8.4.1 基本的光电效应 251

8.4.2 光电导探测器 252

8.4.3 光电二极管 253

8.4.4 光电晶体管 256

8.4.5 电荷耦合器件 257

8.5 半导体太阳能电池 260

8.5.1 光生伏特效应 260

8.5.2 光电转换效率 262

8.5.3 异质结和非晶硅太阳能电池 264

第九章 微机电系统 267

9.1 微机电系统的基本概念 267

9.2 几种重要的MEMS器件 270

9.2.1 微加速度计（Micro-Accelerometer） 270

9.2.2 微陀螺（micro-gyroscope） 273

9.2.3 MEMS光开关（MEMS Optical Switch） 275

9.2.4 射频MEMS器件（RF MEMS） 278

9.2.5 生物MEMS（BioMEMS） 283

9.2.6 微马达 286

9.3 MEMS加工工艺 287

9.3.1 硅微机械加工工艺 288

9.3.2 LIGA加工工艺 292

9.4 MEMS技术发展的趋势 294

9.5 纳机电系统 296

第十章 纳电子器件 300

10.1 纳电子器件概述 300

10.2 碳纳米管和半导体纳米线 302

10.3 量子电、量子线 307

10.4 单电子晶体管 311

10.5 分子结器件 316

10.6 场效应晶体管 320

10.7 逻辑器件及其电路 328

10.8 小结 335

第十一章 微电子技术发展的规律和趋势 337

11.1 微电子技术发展的一些基本规律 337

11.1.1 摩尔定律 337

11.1.2 按比例缩小定律 339

11.2 微电子技术发展的一些趋势和展望 341

11.2.1 21世纪初仍将以硅基CMOS电路为主流 342

11.2.2 集成系统是21世纪初微电子技术发展的重点 343

11.2.3 微电子与其他学科的结合诞生新的技术增长点 344

11.2.4 近几年将有重大发展的一些关键技术 346

附录A 微电子学领域大事记 351

附录B 微电子学常用缩略语 355