微电子学概论PDF电子书下载

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 17

2.2半导体中的载流子 17

2.2.1半导体中的能带 17

2.2.2多子和少子的热平衡 21

2.2.3电子的平衡统计规律 23

2.3半导体的电导率和载流子输运 26

2.3.1迁移率 27

2.3.2过剩载流子 31

2.4 pn结 33

2.4.1平衡pn结 34

2.4.2 pn结的正向特性 36

2.4.3 pn结的反向特性 37

2.4.4 pn结的击穿 39

2.4.5 pn结的电容 41

2.5双极晶体管 43

2.5.1双极晶体管的基本结构 43

2.5.2晶体管的电流传输 44

2.5.3晶体管的电流放大系数 47

2.5.4晶体管的直流特性曲线 48

2.5.5晶体管的反向电流与击穿电压 51

2.5.6晶体管的频率特性 52

2.6 MOS场效应晶体管 53

2.6.1 MOS场效应晶体管的基本结构 54

2.6.2 MIS结构 55

2.6.3 MOS场效应晶体管的直流特性 58

2.6.4 MOS场效应晶体管的种类 61

2.6.5 MOS场效应晶体管的电容 62

第三章 大规模集成电路基础 65

3.1半导体集成电路概述 65

3.2 CMOS集成电路基础 67

3.2.1集成电路中的MOSFET 67

3.2.2 MOS数字集成电路 68

3.2.3 CMOS集成电路 72

3.3半导体存储器集成电路 75

3.3.1存储器的种类和基本结构 75

3.3.2随机存取存储器（RAM） 77

3.3.3掩模只读存储器（ROM） 78

3.3.4可编程只读存储器PROM 79

第四章 集成电路制造工艺 81

4.1材料膜的生长——化学气相淀积（CVD） 82

4.1.1化学气相淀积方法 82

4.1.2单晶硅的化学气相淀积（外延） 83

4.1.3二氧化硅的化学气相淀积 84

4.1.4多晶硅的化学气相淀积 84

4.1.5氮化硅的化学气相淀积 85

4.1.6金属有机物化学气相淀积（MOCVD） 85

4.2二氧化硅材料的特有生长方法——氧化 85

4.2.1 SiO2的性质及其作用 85

4.2.2热氧化形成SiO2的机理 86

4.2.3氧化形成SiO2的方法 87

4.3材料膜的生长——物理气相淀积 89

4.4向衬底材料的图形转移——光刻 90

4.4.1光刻工艺简介 90

4.4.2几种常见的光刻方法 91

4.4.3超细线条光刻技术 92

4.5材料膜的选择性去除——刻蚀 93

4.6扩散与离子注入 95

4.6.1扩散 95

4.6.2扩散工艺 96

4.6.3离子注入 98

4.6.4离子注入原理 99

4.6.5退火 100

4.7接触与互连 101

4.7.1 CMP（化学机械抛光） 101

4.7.2 Cu互连的大马士革工艺 102

4.7.3难熔金属硅化物栅及其复合结构 102

4.7.4多层互连 104

4.8隔离技术 105

4.9 MOS集成电路工艺流程 108

4.10集成电路工艺小结 111

第五章 半导体材料 114

5.1引言 114

5.2半导体材料基础 115

5.2.1材料的晶体结构 115

5.2.2化学键和固体的结合 118

5.2.3能带论 121

5.2.4晶体的缺陷 121

5.2.5晶体的掺杂 125

5.3衬底材料 125

5.3.1 Si材料 125

5.3.2 GeSi材料 126

5.3.3应变Si材料 127

5.3.4 SOI材料 128

5.3.5 GaN材料 129

5.4栅结构材料 130

5.4.1栅电极材料 130

5.4.2栅绝缘介质材料 130

5.5源漏材料 133

5.6存储电容材料 134

5.6.1 DRAM存储电容材料 135

5.6.2闪速存储器（Flash） 136

5.6.3非挥发性铁电存储器（FeRAM） 137

5.6.4磁随机存储器（MRAM） 140

5.6.5相变存储器（PCRAM） 141

5.6.6电阻式存储器（RRAM） 143

5.7互连材料 145

第六章 集成电路设计 151

6.1集成电路的设计特点与设计信息描述 151

6.1.1设计特点 151

6.1.2设计信息描述 153

6.2集成电路的设计流程 155

6.2.1功能设计 157

6.2.2逻辑与电路设计 158

6.2.3版图设计 159

6.3集成电路的版图设计规则 161

6.3.1以λ为单位的设计规则 161

6.3.2以μm为单位的设计规则 163

6.4集成电路的设计方法 165

6.4.1集成电路的设计方法选择 165

6.4.2全定制设计方法 166

6.4.3标准单元设计方法（SC方法）和积木块设计方法（BBL方法） 167

6.4.4门阵列设计方法（GA方法） 173

6.4.5可编程逻辑电路设计方法 177

6.5几种集成电路设计方法的比较 183

6.6可测性设计技术 185

6.7集成电路设计举例 187

第七章 集成电路设计的EDA系统 194

7.1集成电路设计的EDA系统概述 194

7.2高层级描述与模拟 195

7.2.1 VHDL 195

7.2.2 Verilog 199

7.3综合 200

7.4逻辑模拟 201

7.4.1逻辑模拟的基本概念和作用 201

7.4.2逻辑模拟模型 201

7.5电路模拟 203

7.5.1电路模拟的基本概念 203

7.5.2电路模拟的基本功能 204

7.5.3电路模拟软件的基本结构 205

7.6时序分析 207

7.7版图设计的EDA工具及制版 208

7.7.1版图设计的基本概念 208

7.7.2版图的自动设计 209

7.7.3版图的半自动设计 210

7.7.4版图的人工设计 211

7.7.5版图检查与验证 211

7.7.6制版 213

7.7.7版图数据交换的格式 214

7.8器件模拟 214

7.8.1器件模拟的基本概念 214

7.8.2器件模拟的基本原理 215

7.8.3器件模拟的基本功能及所用模型 215

7.8.4器件模拟的输入文件 217

7.9工艺模拟 220

7.9.1工艺模拟的基本概念 220

7.9.2工艺模拟的基本内容 221

7.10计算机辅助测试（CAT）技术 221

7.10.1故障模型 222

7.10.2测试向量生成 223

7.10.3故障模拟和故障诊断 224

第八章 系统芯片（SOC）设计 226

8.1系统芯片的基本概念和特点 227

8.2 SOC设计过程 230

8.3 SOC关键技术及目前面临的主要问题 231

8.3.1软硬件协同设计 231

8.3.2 IP复用技术 232

8.3.3 SOC验证 235

8.3.4 SOC测试 237

8.3.5 SOC的物理设计考虑 240

8.3.6 FPGA SOC 240

8.4 SOC的发展趋势 241

第九章 光电子器件 244

9.1固体中的光吸收和光发射 244

9.1.1固体中的光吸收过程 245

9.1.2固体中的光发射过程 246

9.2半导体发光二极管 248

9.2.1半导体发光二极管的工作原理 249

9.2.2半导体发光二极管的材料 251

9.2.3半导体发光二极管的结构 254

9.3半导体激光器 255

9.3.1半导体激光器的工作原理 255

9.3.2半导体激光器的结构和特性 258

9.4光电探测器 259

9.4.1基本的光电效应 260

9.4.2光电导探测器 261

9.4.3光电二极管 262

9.4.4光电晶体管 264

9.4.5电荷耦合器件 266

9.5半导体太阳能电池 269

9.5.1光生伏特效应 269

9.5.2光电转换效率 271

9.5.3异质结和非晶硅太阳能电池 273

第十章 微机电系统 276

10.1微机电系统的基本概念 276

10.2几种重要的MEMS器件 279

10.2.1微加速度计（Micro-Accelerometer） 279

10.2.2微陀螺（Micro-Gyroscope） 282

10.2.3 MEMS光开关（MEMS Optical Switch） 284

10.2.4射频MEMS器件（RF MEMS） 287

10.2.5生物MEMS（BioMEMS） 291

10.2.6微马达 294

10.3 MEMS加工工艺 295

10.3.1硅微机械加工工艺 296

10.3.2 LIGA加工工艺 300

10.4 MEMS技术发展的趋势 302

10.5纳机电系统 304

第十一章 集成电路封装 308

11.1概述 308

11.1.1微电子封装的发展历史 310

11.1.2集成电路封装技术的地位和作用 311

11.2集成电路器件封装基础知识 312

11.2.1塑料封装 312

11.2.2金属封装 317

11.2.3陶瓷封装 320

11.3微电子二级封装 321

11.3.1 SMT工艺流程 322

11.3.2多芯片模块（MCM） 323

11.4先进封装技术 325

11.4.1 BGA和CSP 325

11.4.2倒装键合（Flip Chip）技术 327

11.4.3芯片级封装与3D集成 328

11.4.4系统封装（Sip） 331

11.4.5 MEMS与RF微系统封装 332

11.4.6宽禁带半导体高温电子封装 332

11.4.7绿色封装技术 333

第十二章 微电子技术发展的规律和趋势 335

12.1微电子技术发展的一些基本规律 335

12.1.1摩尔定律 335

12.1.2按比例缩小定律 336

12.2微电子技术发展的一些趋势和展望 339

12.2.1 21世纪初仍将以硅基CMOS电路为主流 339

12.2.2集成系统是21世纪初微电子技术发展的重点 341

12.2.3微电子与其他学科的结合诞生新的技术增长点 342

12.2.4近几年将有重大发展的一些关键技术 343

附录A 微电子学领域大事记 349

附录B 微电子学常用缩略语 353