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第1章 绪言 1

1.1什么是半导体器件 1

1.2什么是集成电路和微电子学 5

1.3集成电路的诞生 6

1.4集成电路的发展 7

1.4.1应用的驱动 7

1.4.2集成度的提高 9

1.4.3摩尔定律 11

1.4.4专用集成电路和专用的标准产品 13

1.4.5集成电路分类 14

1.5集成电路的未来 15

1.6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PN结 19

2.1半导体的特性 19

2.2量子力学简介 20

2.2.1能级与能带 20

2.2.2电子与空穴 22

2.2.3 N型半导体和P型半导体 23

2.3 PN结 26

2.3.1平衡状态下的PN结 26

2.3.2正向状态下的PN结 27

2.3.3反向状态下的PN结 28

2.3.4 PN结电容（空间电荷区电容） 29

2.4欧姆接触 30

第3章 晶体管工作原理 31

3.1二极管 31

3.1.1二极管的电流与电压特性 31

3.1.2二极管工作时管内少数载流子的分布情况 32

3.1.3扩散电容 33

3.2双极型晶体管 34

3.2.1双极型晶体管的基本结构 34

3.2.2共基极接地方式 35

3.2.3共发射极接地方式 37

3.2.4三极管的简化大信号模型 39

3.2.5三极管的小信号放大效应 39

3.3金属-氧化物-半导体场效应晶体管 40

3.3.1 MOS场效应晶体管的基本结构 40

3.3.2反型层的形成与阈值电压 41

3.3.3 MOS管中的电流与电压关系 42

3.3.4衬底偏置调制效应 46

3.3.5 MOS管的简单模型 46

3.3.6 MOS管的几种类型 47

3.3.7 MOS管的放大效应 48

第4章 集成电路中的器件结构 51

4.1电学隔离的必要性和方法 51

4.2二极管的结构 52

4.3双极型晶体管的结构 53

4.4 MOS场效应晶体管的结构 55

4.4.1场氧化层的作用 55

4.4.2 CMOS电路的结构 56

4.5电阻的结构 57

4.6电容的结构 57

4.7接触孔、通孔和互连线 58

第5章 集成电路芯片制造技术 59

5.1工艺制造中的核心步骤 59

5.2窗口、图形的确定与掩模版的作用 60

5.3各主要工艺技术 62

5.3.1热氧化工艺 62

5.3.2热扩散掺杂工艺 63

5.3.3快速热处理 67

5.3.4离子注入 68

5.3.5化学气相淀积 71

5.3.6光刻 72

5.3.7刻蚀 74

5.3.8选择性氧化 75

5.3.9金属化 76

5.4 CMOS电路制造的主要工艺流程 77

5.5缺陷与成品率 78

第6章 数字电路中的基本门电路 80

6.1数字信号的特性 80

6.2电路的主要性能 82

6.3双极型晶体管的开关特性 82

6.4饱和型与非饱和型双极型数字集成电路 83

6.5晶体管-晶体管逻辑（TTL）门 84

6.5.1 TTL与非门 84

6.5.2 TTL或非门 85

6.5.3 TTL与或非门 86

6.6肖特基晶体管-晶体管逻辑（STTL）门 86

6.7发射极耦合逻辑（ECL）门 87

6.7.1双极型差分放大电路 87

6.7.2 ECL或非门 87

6.8 NMOS门电路 88

6.8.1 NMOS反相器 89

6.8.2 NMOS与非门 91

6.8.3 NMOS或非门 92

6.8.4 NMOS通导管 93

6.8.5 NMOS触发器 94

6.9 CMOS门电路 96

6.9.1 CMOS反相器 96

6.9.2 CMOS与非门 100

6.9.3 CMOS或非门 101

6.9.4 CMOS与或非门及或与非门 102

6.9.5 CMOS三态反相门 102

6.9.6 CMOS多路开关 103

6.9.7 CMOS传输门 103

6.9.8 CMOS异或门 104

6.9.9 CMOS RS触发器 104

6.9.10 CMOS D型锁存器 104

6.10双极型电路与MOS电路的比较 106

6.11 BiCMOS电路 108

第7章 存储器类集成电路 109

7.1存储器的功能和分类 109

7.2存储器的容量 111

7.3存储器的结构 111

7.4只读存储器 113

7.4.1只读存储器的存储单元 113

7.4.2行译码器和缓冲器 115

7.4.3列译码器和列选择器 117

7.4.4读取时间 119

7.5不挥发性读写存储器 119

7.5.1可擦除型可编程读写存储器（EPROM） 119

7.5.2电可擦除型可编程读写存储器（EEPROM或E2 PROM） 120

7.5.3闪烁型电可擦除可编程读写存储器（Flash EEPROM） 122

7.6随机存取存储器 123

7.6.1静态随机存取存储器（SRAM） 123

7.6.2动态随机存取存储器（DRAM） 127

第8章 微处理器 133

8.1微处理器的定义 133

8.2微型计算机与微处理器 133

8.2.1微型计算机的硬件框架 133

8.2.2微型计算机的机器指令 134

8.2.3微型计算机中的信息流 135

8.3微处理器的工作原理 136

8.3.1微处理器的硬件结构 136

8.3.2微处理器指令的类型、格式和长度 137

8.3.3微处理器指令的执行过程 138

8.4微处理器中的各个模块 139

8.4.1算术逻辑单元的加法器 139

8.4.2寄存器、寄存器堆和移位寄存器 142

8.5微控制器 144

第9章 模拟集成电路中的基本单元 145

9.1模拟信号的特性 145

9.2模拟集成电路的特点 146

9.3差分放大器 147

9.4恒流源和恒压源 149

9.5模拟集成电路中的无源元件 153

第10章 集成运算放大器 156

10.1集成运算放大器的功能和结构 156

10.2集成运算放大器的主要电学参数 157

10.3集成运算放大器的输入级 158

10.4集成运算放大器的输出级 159

10.5双极型集成运算放大器 161

10.6 MOS型集成运算放大器 162

第11章 数据转换器 164

11.1数据转换器在信号系统中的作用 164

11.2 D/A转换器的基本原理 164

11.3 D/A转换器的基本类型 166

11.3.1电流加权型D/A转换器 167

11.3.2电容加权型D/A转换器 168

11.3.3电压加权型D/A转换器 169

11.3.4 D/A转换器的主要性能指标 170

11.4 A/D转换器的基本原理 171

11.5 A/D转换器的基本类型 173

11.5.1单积分型A/D转换器 174

11.5.2逐次逼近型A/D转换器 175

11.5.3流水线型A/D转换器 176

11.5.4快闪型A/D转换器 179

11.5.5 Σ△型A/D转换器 181

第12章 专用集成电路和可编程集成电路 184

12.1专用集成电路的作用与特点 184

12.2门阵列集成电路 184

12.2.1有通道门阵列 185

12.2.2无通道门阵列（门海） 187

12.3标准单元集成电路 189

12.4多设计项目硅圆片方法 192

12.5可编程逻辑器件 192

12.6逻辑单元阵列 196

12.7门阵列、标准单元IC与可编程集成电路的比较 198

第13章 设计流程和设计工具 200

13.1设计要求 200

13.2层次化设计方法 201

13.3数字电路设计流程 202

13.3.1全定制设计流程 202

13.3.2定制和半定制电路的设计流程 206

13.4版图设计规则 207

13.5设计系统简介 208

13.6常用的设计工具 208

13.7数字电路设计实例——交通路口信号灯控制器 213

13.8模拟集成电路设计流程 224

第14章 集成电路的测试与封装 227

14.1集成电路测试 227

14.1.1设计错误测试 227

14.1.2功能测试 228

14.2故障模型 228

14.3故障模拟与分析 229

14.4可测性设计 229

14.5集成电路的可靠性 231

14.6典型的测试和检查过程 232

14.7封装的作用 234

14.8封装类型和封装技术 235

14.9 SiP封装 240

14.10封装时的热设计 241

14.11如何选择封装形式 242

中外文参考书 244

参考文献 245