微電子與集成電路設計導論（第2版）

目 錄

第1章 概論 1
1.1 微電子學的概念 1
1.2 微電子學的戰略地位 3
1.3 微電子學的發展歷史 7
1.3.1 晶體管的發展歷史 7
1.3.2 集成電路的發展歷史 9
1.4 集成電路的分類 12
1.5 微電子產業的發展現狀 15
1.6 微電子技術的發展 20
1.7 本章小結 27
思考題 27
第2章 半導體物理基礎 28
2.1 半導體材料及其基本性質 28
2.2 矽的晶格結構 29
2.3 矽晶體中的缺陷 32
2.4 半導體中的能帶理論 34
2.5 半導體的摻雜 36
2.6 費米分布函數 39
2.7 載流子的輸運 40
2.7.1 半導體中的載流子 40
2.7.2 半導體中的載流子濃度 40
2.7.3 載流子的輸運機制 42
2.8 連續性方程 44
2.9 本章小結 45
2.10 擴展閱讀內容 45
2.10.1 載流子的漂移運動與
遷移率的推導 45
2.10.2 載流子擴散運動的推導 46
思考題 47
第3章 半導體器件物理基礎 48
3.1 PN結 48
3.1.1 平衡PN結 49
3.1.2 PN結能帶 50
3.1.3 正向偏置的PN結 51
3.1.4 反向偏置的PN結 52
3.1.5 PN結的伏安特性 53
3.1.6 PN結電容 54
3.1.7 PN結擊穿 55
3.1.8 PN結的應用 58
3.2 雙極型晶體管 60
3.2.1 晶體管的結構及類型 61
3.2.2 晶體管的電流放大原理 62
3.2.3 晶體管中載流子濃度
分布 63
3.2.4 晶體管的伏安特性曲線 65
3.2.5 晶體管的頻率特性 69
3.2.6 晶體管的大電流特性 71
3.3 MOSFET 75
3.3.1 N溝道增強型MOSFET的器件結構 76
3.3.2 N溝道增強型MOSFET的
能帶圖 77
3.3.3 閾值電壓 79
3.3.4 工作原理 81
3.3.5 特性曲線 82
3.3.6 N溝道耗盡型MOSFET 83
3.3.7 P溝道MOSFET及不同類型
MOSFET特性比較 84
3.3.8 MOS功率場效應晶體管 85
3.4 JFET 86
3.4.1 JFET的基本結構 86
3.4.2 JFET的工作原理 87
3.4.3 JFET的輸出特性曲線 88
3.5 MESFET的基本結構和工作
原理 89
3.6 本章小結 89

3.7 擴展閱讀內容——雪崩擊穿
條件的推導 90
思考題 91
第4章 半導體集成電路制造工藝 93
4.1 單晶生長及襯底制備 93
4.1.1 單晶生長 93
4.1.2 襯底制備 95
4.2 光刻 96
4.3 刻蝕 101
4.4 摻雜技術 103
4.4.1 擴散 103
4.4.2 離子註入 106
4.5 制膜技術 108
4.5.1 氧化 109
4.5.2 化學氣相澱積 115
4.5.3 物理氣相澱積 122
4.6 接觸與互連 124
4.7 隔離技術 125
4.8 封裝技術 126
4.9 主要器件和工藝流程示例 127
4.9.1 PN結 127
4.9.2 晶體管的制造工藝 128
4.9.3 雙極型集成電路的工藝
流程 129
4.9.4 MOS集成電路的工藝
流程 132
4.10 本章小結 134
思考題 134
第5章 集成電路基礎 136
5.1 集成電路概述 136
5.1.1 集成電路的性能指標 136
5.1.2 集成電路的組成要素 137
5.1.3 集成電路的分類 138
5.1.4 集成電路的發展 138
5.2 數字集成電路 139
5.2.1 數字邏輯簡介 139
5.2.2 CMOS反相器性能指標 141
5.2.3 CMOS邏輯門電路 148
5.2.4 CMOS集成電路的特點 154
5.3 雙極型和BiCMOS集成電路 155
5.3.1 雙極型集成電路 155
5.3.2 BiCMOS集成電路 156
5.4 模擬集成電路 157
5.4.1 放大器的性能指標 157
5.4.2 3種組態放大器 159
5.4.3 差分放大器 165
5.4.4 基準電壓源 167
5.4.5 基準電流源 168
5.4.6 運算放大電路 168
5.5 集成電路版圖 170
5.5.1 版圖設計規則 170
5.5.2 布圖規則及布局布線
技術 172
5.5.3 數字電路版圖設計 174
5.5.4 模擬電路版圖設計 175
5.6 集成電路設計工具介紹 176
5.6.1 概述 176
5.6.2 Cadence工具介紹 177
5.6.3 ADS工具介紹 178
5.6.4 Aether工具介紹 179
5.7 大規模集成電路基礎 180
5.7.1 按比例縮小的基本理論——CE理論 181
5.7.2 按比例縮小的CV理論 182
5.7.3 按比例縮小的QCV
理論 183
5.8 集成電路設計方法學 183
5.9 本章小結 184
思考題 185
第6章 新型微電子技術 187
6.1 SoC技術 187
6.1.1 SoC技術現狀及其分類 188
6.1.2 SoC發展中的焦點技術 189
6.1.3 SoPC 190
6.2 微機電系統技術 191
6.2.1 微機電系統的特點 191
6.2.2 微機電系統的分類 192
6.2.3 微機電系統的工藝材料 193
6.2.4 微機電系統的應用領域 194
6.3 生物芯片技術 195
6.3.1 生物芯片發展歷史 195
6.3.2 生物芯片分類 195
6.3.3 生物芯片的應用前景 196
6.4 納電子技術 196
6.4.1 納電子器件 197
6.4.2 納電子材料 199
6.5 納米相關技術 200
6.6 本章小結 202
思考題 203
參考文獻 204