集成电路设计基础PDF电子书下载

目录 1

第1章集成电路设计概述 1

1.1集成电路（IC）的发展 1

1.2当前国际集成电路技术发展趋势 4

1.3无生产线集成电路设计技术 6

1.4代工工艺 7

1.5芯片工程与多项目晶圆计划 8

1.6集成电路设计需要的知识范围 11

1.7集成电路设计相关的参考书、期刊和学术会议 13

第2章IC制造材料 15

2.1概述 15

2.3砷化镓（GaAs） 16

2.2硅（Si） 16

2.4磷化铟（InP） 17

2.5绝缘材料 17

2.6金属材料 18

2.7多晶硅 19

2.8材料系统 20

2.8.1 导体材料系统 20

2.8.2半导体／绝缘体材料系统 20

参考文献 21

第3章IC制造工艺 22

3.1外延生长（Epitaxy） 22

3.2掩膜（Mask）的制版工艺 23

3.3.2曝光方式 26

3.3.1光刻步骤 26

3.3 光刻（Lithography） 26

3.4刻蚀（Etching） 29

3.5掺杂 29

3.6绝缘层的形成 31

3.7金属层的形成 32

参考文献 33

第4章无源元件 35

4.1互连线 35

4.2电阻 35

4.3 电容 36

4.4 电感 37

4.4.2传输线电感 38

4.4.1集总电感 38

4.5分布参数元件 39

4.5.1集总元件和分布元件 39

4.5.2微带线 39

4.5.3共面波导（CPW） 40

4.5.4传输线元件 42

参考文献 43

第5章IC有源元件与工艺流程 44

5.1概述 44

5.2双极性硅工艺 45

5.3 HBT工艺 46

5.4 MESFET和HEMT工艺 47

5.4.1 MESFETs 48

5.4.2 HEMT 49

5.5 MOS和相关的VLSI工艺 51

5.6 PMOS工艺 52

5.6.1早期的铝栅工艺 52

5.6.2铝栅重叠设计 53

5.6.3 自对准技术与标准硅工艺 53

5.7 NMOS工艺 54

5.7.1 了解NMOS工艺的意义 54

5.7.2增强型和耗尽型MOSFET 54

5.7.3 E-NMOS工作原理图 55

5.7.4 NMOS工艺流程 55

5.8 CMOS工艺 57

5.8.1一层多晶硅P阱CMOS工艺流程 57

5.8.2一层多晶硅两层金属N阱CMOS工艺主要步骤 58

5.9 BiCMOS工艺 59

参考文献 60

第6章MOS场效应管特性 61

6.1 MOS场效应管 61

6.1.1 MOS的基本结构 61

6.1.2 MOS电容的组成 62

6.1.3 MOS电容的计算 64

6.2 MOS管的阈值电压VT 66

6.3影响VT值的四大因素 67

6.3.1材料的功函数之差 68

6.3.2 SiO2层中可移动的正离子的影响 68

6.3.3氧化层中固定电荷的影响 70

6.3.4界面势阱的影响 71

6.3.5综合以上四大因素后的MOS器件阈值电压VT 72

6.4体效应 73

6.5 MOSFET的温度特性 73

6.6 MOSFET的噪声 74

6.7 MOSFET尺寸按比例缩小（Scaling-down） 74

6.8 MOS器件的二阶效应 77

6.8.1 L和W的变化 77

6.8.2迁移率的退化 79

6.8.3沟道长度的调制 80

6.8.4短沟道效应引起的门限电压的变化 80

6.8.5狭沟道引起的门限电压的变化 81

6.8.6第二栅现象 81

参考文献 83

6.8.7电离化 83

第7章采用SPICE的集成电路模拟 84

7.1集成电路计算机辅助电路模拟程序SPICE 84

7.2采用SPICE的电路设计流程 84

7.3 电路元件的SPICE输入语句格式 85

7.3.1标题、结束和注释语句 86

7.3.2基本元件语句 86

7.3.3半导体器件 91

7.3.4模型语句 93

7.3.5子电路描述语句 100

7.4电路特性分析指令与控制语句 100

7.4.1分析语句 101

7.4.2分析控制语句 103

7.5 SPICE电路输入文件举例 104

7.6 SPICE格式的电路图（Schemetic）编辑 106

7.7 SPICE应用经验 107

参考文献 108

第8章IC版图设计 109

8.1工艺流程的定义 109

8.2版图设计规则 110

8.3 图元（Instances） 113

8.4版图设计 117

8.5版图检查 123

8.6版图数据的提交 124

参考文献 125

9.1芯片在晶圆上的测试 126

第9章集成电路的测试和封装 126

9.2芯片载体 128

9.3芯片绑定 130

9.4高速芯片封装 132

9.5混合集成与微组装技术 133

参考文献 134

第10章 MOS基本电路 135

10.1传输门 135

10.1.1 NMOS传输门 135

10.1.2 PMOS传输门 137

10.1.3 CMOS传输门 138

10.2传输门的连接 139

10.2.1串联 139

10.2.2并联 140

10.3 NMOS反相器 142

10.2.3串并联 142

10.4 NMOS反相器负载电阻的选择 144

10.4.1纯电阻负载RL 145

10.4.2饱和增强型负载 147

10.4.3耗尽型负载 151

10.5 CMOS反相器 152

10.5.1电路图 152

10.5.2转移特性 152

10.5.3 CMOS反相器的瞬态特性 155

10.6反相器的时延－功耗乘积 158

参考文献 160

11.1常规CMOS传输门逻辑电路 161

第11章CMOS静态传输逻辑电路 161

11.2 CMOS差动开关晶体管逻辑（DPTL）电路 163

第12章CMOS静态恢复逻辑电路 165

12.1 引言 165

12.2全互补标准CMOS逻辑电路 165

12.3伪NMOS逻辑电路 167

12.4级联电压开关逻辑（CVSL）电路 169

12.5差动错层CMOS逻辑（DSL）电路 175

12.5.1 DSL电路的工作原理 175

12.5.2 DSL电路的实用化 176

第13章CMOS动态恢复逻辑电路 179

13.1 C2MOS电路 179

13.2.1 贝尔实验室对动态电路的研究 180

13.2预充电－放电逻辑 180

13.2.2预充电－放电逻辑 182

13.3预充电技术的改进，多米诺逻辑（Domino Logic）电路 190

13.4多米诺逻辑（Domino Logic）电路的发展 193

13.5逻辑树中的寄生现象 195

13.6多输出多米诺逻辑电路 202

第14章时序电路 204

14.1记忆元件 204

14.1.1静态记忆元件 204

14.1.2动态记忆元件 206

14.2移位寄存器和锁存器 206

14.2.1静态主从式移位寄存器 206

14.2.2动态移位寄存器 207

14.2.3 DFF1 210

14.2.4 C2MOS移位寄存器 210

14.2.5精简的DFF 213

14.2.6小结 213

14.3半静态锁存器（Latch）和DFF 214

14.3.1锁存机理 214

14.3.2各种形式的半静态锁存器 216

14.4动态锁存器 217

14.4.1反馈与锁存 217

14.4.2刷新与锁存 217

14.4.3动态锁存器 218

14.4.4各种变形 219

14.4.5与半静态锁存器比较 220

14.5静态触发器 221

14.6半静态触发器 224

14.6.1具有置位、复位功能的半静态触发器 224

14.6.2链式半动态锁存器 224

14.7 RS网络 225

14.8单相动态边沿触发寄存器 227

14.8.1 UCLA开发的单相动态触发器 227

14.9流水线逻辑结构 229

14.10 真单相时钟电路——TSPC 232

14.10.1 ф主要出现在C2MOS电路中 232

14.10.2 TPSC-1电路 234

14.11通用处理系统 235

15.1.1小信号放大器 237

15.1放大器 237

第15章模拟集成电路与模数混合集成电路 237

15.1.2限幅放大器 238

15.1.3运算放大器 241

15.2振荡器（Oscillator） 241

15.2.1多谐振荡器（Multivibrator） 242

15.2.2环形振荡器（Ring Oscillator） 242

15.3数模转换器（DAC） 244

15.4模数转换器（ADC） 246

参考文献 247

附录A 248

附录B 249

附录C 250

附录D 251