超大规模集成物理学导庥PDF电子书下载

目录 1

第一章　超大规模集成（VLSI）导论 1

1.1 集成电路技术的发展规律 1

1.1.1　莫尔定律 3

1.1.2　芯片面积增大 5

1.1.3　器件尺寸的缩小 9

1.1.4　集成效率的提高 12

1.1.5　ASIC及设计技术的进展 14

1.2　集成电路制备工艺的进展 19

1.2.1　水平方向缩小尺寸 20

1.2.2　垂直方向缩小尺寸 25

1.2.3　互连线技术 30

1.2.4　硅片尺寸的增大 36

1.2.5　绝缘衬底上的硅技术 39

1.2.6　超高速集成电路及砷化镓集成电路 47

1.3　系统集成和整片集成 56

1.3.1 VHSIC计划 58

1.3.2　系统集成概念 59

1.3.3　数字工艺比较 60

1.3.4　模拟工艺比较 62

1.3.5　数字／模拟接口技术 65

1.3.6　低压／高压接口技术 67

1.3.7　传感器集成电路 70

1.3.8　硅的整片集成（WSI） 72

1.4　VLSI的新课题 74

1.4.1　二级效应和器件尺寸缩小的理论 75

1.4.2　VLSI在理论和实践上的极限 75

参考文献 77

第二章　按比例缩小理论 80

2.1　按比例缩小的基本理论——CE理论 81

2.1.1 器件和引线按CE理论缩小的规则 81

2.1.2　按CE规则缩小的器件性能 84

2.1.3　按CE规则缩小的集成电路性能 97

2.2　按比例缩小的CE理论的局限性 114

2.2.1 阈值电压的控制和抗干扰能力 115

2.2.2　亚阈值电导特性 118

2.2.3　互连线电阻和电流密度特性 124

2.2.4　高能粒子电离效应 126

2.2.5　电源电压的兼容性 128

2.3　按比例缩小的CV理论 129

2.3.1　按比例缩小的CV规则 129

2.3.2　按CV规则缩小的器件性能 130

2.3.3　按CV规则缩小的集成电路性能 133

2.4　按比例缩小的CV理论的局限性 139

2.4.1　高电场效应 139

2.4.2　高电流密度和高功耗密度效应 142

2.4.3　互连线的电压降落及时间常数效应 143

2.4.4 等效迁移率降低效应 143

2.5　按比例缩小的QCV理论及器件设计最佳化 145

2.5.1　按比例缩小的QCV规则 146

2.5.2　统一的按比例缩小的理论 149

2.5.3　按比例缩小的经验理论和器件设计最佳化 152

2.5.4　小结 158

参考文献 160

第三章　超大规模集成电路的极限 163

3.1.1　数字系统和恢复逻辑 165

3.1　VLSI的基本理论限制 165

3.1.2　热力学和统计物理的限制 169

3.1.3　量子力学的限制 177

3.2　VLSI中器件和材料限制 183

3.2.1　导通态下MOS器件的物理限制 184

3.2.2　截止态下MOS器件的物理限制 217

3.2.3　窄沟道效应和沟道长度调制效应 227

3.3　VLSI中电路和系统的限制 232

3.3.1　E/D NMOS超大规模集成电路性能极限 232

3.3.2　多晶硅电阻的限制 234

3.3.3　引线的限制 239

3.4　小结 241

参考文献 242

4.1　CMOS电路的物理模型 245

第四章　CMOS超大规模集成物理 245

4.1.1　小尺寸PMOS器件模型 249

4.1.2　小尺寸CMOS倒相器的延迟时间 259

4.1.3　小尺寸CMOS倒相器的抗干扰能力 265

4.1.4　小尺寸CMOS传输门延迟时间 272

4.1.5　小尺寸CMOS电路的自锁效应 279

4.2　静态CMOS电路的极限 286

4.2.1　最低阈值电压的确定 287

4.2.2　最低电源电压的确定 288

4.2.3　最薄栅氧化层厚度的确定 289

4.2.4　最小沟道长度的确定 290

4.2.5　结深和沟道掺杂浓度的限制 291

4.2.6　VLSI静态CMOS电路设计最佳化 292

4.3　动态CMOS电路极限 295

参考文献 300

第五章　VLSI中的双极型器件 302

5.1　小尺寸双极型器件的物理模型 303

5.1.1　双极型器件的阈值电压 303

5.1.2　双极型器件的功耗-延迟乘积 306

5.1.3　禁带宽度变窄效应 307

5.1.4　俄歇（Auger）复合效应 309

5.2　按比例缩小的双极型电路的分析 311

5.2.1　双极型器件提高性能的途径 311

5.2.2　缩小双极型器件尺寸的分析 315

5.2.3　双极型电路尺寸缩小的极限 323

参考文献 324

第六章　小尺寸MOS器件的数值模型及其应用 326

6.1　集成电路的计算机辅助设计 326

6.2　MOS器件的数值模型及其求解 330

6.2.1　基本半导体方程组 331

6.2.2　数值解技术 335

6.3　二维MOS器件数值模拟的模型分析 342

6.3.1　数学模型 342

6.3.2　物理参数模型 345

6.3.3　数值方法 352

6.4　二维MOS器件模拟的典型应用 353

6.4.1　器件性能的预测 353

6.4.2　工艺灵敏度分析 361

6.4.3　器件性能的研究 367

6.4.4　在电路模拟中的应用 377

6.5　小结 379

6.5.1　二维数值模拟的方法 380

6.5.2　二维数值模拟的可靠性 381

参考文献 383