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第1章概论1

目 录1

1.1微电子技术和集成电路的发展历程2

1.1.1微电子技术与半导体集成电路2

1.1.2发展历程3

1.1.3发展特点和技术经济规律5

1.2集成电路的分类9

1.2.1按电路功能分类9

1.2.2按电路结构分类10

1.2.3按有源器件结构和工艺分类11

1.2.4按电路的规模分类11

1.3.1电路系统设计12

1.3 集成电路制造特点和本书学习要点12

1.3.2版图设计和优化13

1.3.3集成电路的加工制造14

1.3.4集成电路的封装15

1.3.5集成电路的测试和分析15

第2章集成器件物理基础17

2.1半导体及其能带模型17

2.1.1半导体及其共价键结构17

2.1.2半导体的能带模型21

2.1.3费米分布函数23

2.2半导体的导电性24

2.2.1本征半导体24

2.2.2非本征载流子26

2.2.3半导体中的漂移电流29

2.2.4半导体中的扩散电流31

2.2.5半导体中的电流34

2.2.6半导体基本方程34

2.3 PN结和晶体二极管36

2.3.1平衡状态下的PN结36

2.3.2 PN结的单向导电性38

2.3.3理想PN结模型及其伏安特性40

2.3.4 PN结电容43

2.3.5 PN结击穿47

2.3.6二极管等效电路模型和二极管应用49

2.3.8其他半导体二极管51

2.3.7 PN结应用51

2.4双极型晶体管53

2.4.1双极晶体管的直流放大原理53

2.4.2影响晶体管直流特性的其他因素60

2.4.3晶体管的击穿电压64

2.4.4晶体管的频率特性65

2.4.5晶体管模型和模型参数69

2.4.6异质结双极晶体管（HBT）71

2.5 JFET与MESFET器件基础72

2.5.1器件结构与电流控制原理72

2.5.2 JFET直流输出特性的定性分析73

2.5.3 JFET的直流转移特性76

2.5.4 JFET的器件类型和电路符号76

2.5.5 JFET直流特性定量表达式77

2.5.6 JFET等效电路和模型参数78

2.6 MOS场效应晶体管79

2.6.1 MOS晶体管结构80

2.6.2 MOS晶体管工作原理81

2.6.3 MOS晶体管直流伏安特性定量结果85

2.6.4 MOS晶体管的阈值电压86

2.6.5 MOS晶体管特点87

2.6.6 MOS晶体管模型和模型参数88

2.6.7硅栅MOS结构和自对准技术90

2.6.8高电子迁移率晶体管（HEMT）91

习题91

3.1.1平面工艺的基本概念93

3.1硅平面工艺基本流程93

第3章集成电路制造工艺93

3.1.2 PN结隔离双极IC工艺基本流程97

3.1.3 平面工艺中的基本工艺102

3.2氧化工艺103

3.2.1 SiO2薄膜在集成电路中的作用103

3.2.2 SiO2生长方法103

3.2.3氮化硅薄膜的制备106

3.2.4 SiO2膜质量要求和检验方法106

3.2.5氧化技术面临的挑战107

3.3掺杂方法之一——扩散工艺107

3.3.1扩散原理107

3.3.2常用扩散方法简介109

3.3.3扩散层质量检测110

3.3.4扩散工艺与集成电路设计的关系112

3.4掺杂方法之二——离子注入技术113

3.4.1离子注入技术的特点113

3.4.2离子注入设备114

3.4.3离子注入杂质分布115

3.5光刻工艺115

3.5.1光刻工艺的特征尺寸——工艺水平的标志115

3.5.2光刻工艺过程116

3.5.3超微细图形曝光技术118

3.6制版工艺120

3.6.1集成电路生产对光刻版的质量要求120

3.6.2制版工艺过程120

3.7.1外延生长原理121

3.6.3光刻掩模版的检查121

3.7外延工艺121

3.7.2外延层质量要求122

3.7.3外延新技术123

3.8金属化工艺123

3.8.1金属材料的选用123

3.8.2金属层淀积工艺125

3.8.3金属化互连系统结构126

3.8.4合金化127

3.9 引线封装127

3.9.1键合127

3.9.2封装128

3.10.1双极IC 中的基本隔离技术——PN结隔离131

3.10隔离技术131

3.10.2双极IC中的介质－PN结混合隔离132

3.10.3双极IC中的介质隔离133

3.10.4 MOS IC的隔离135

3.11绝缘物上硅136

3.11.1 SOI技术136

3.11.2注氧隔离技术（SIMOX）137

3.11.3硅片粘合技术（Wafer BondingTechnique）138

3.12 CMOS集成电路工艺流程138

3.12.1 CMOS工艺138

3.12.2典型N阱CMOS工艺流程139

4.1.1电容器144

4.1 集成电路中的无源元件与互连线144

第4章集成电路设计144

4.1.2电阻器146

4.1.3集成电路中的电阻模型149

4.1.4集成电路互连线150

4.2双极集成器件和电路设计151

4.2.1双极晶体管的寄生参数151

4.2.2纵向结构设计153

4.2.3横向结构设计155

4.2.4按比例缩小原则156

4.2.5双极PNP晶体管及设计157

4.2.6双极集成电路版图设计159

4.2.7版图设计实例160

4.3.1硅栅CMOS器件163

4.3 MOS集成器件和电路设计163

4.3.2寄生电阻168

4.3.3寄生电容168

4.3.4版图设计实例168

4.4双极和MOS集成电路比较171

4.4.1制造工艺171

4.4.2互连172

4.4.3集成度172

4.4.4性能比较172

习题173

第5章微电子系统设计174

5.1双极数字电路单元电路设计174

5.1.1 TTL电路175

5.1.2 ECL电路176

5.1.3 I2L电路176

5.2 MOS数字电路单元电路设计178

5.2.1 NMOS电路178

5.2.2CMOS逻辑电路178

5.3半导体存储器电路180

5.3.1随机存取存储器181

5.3.2掩模编程ROM183

5.3.3 半导体存储器的比较187

5.4 专用集成电路（ASIC）设计方法188

5.4.1专用集成电路设计目的和分类188

5.4.2版图符号布图方法190

5.4.3门阵列设计方法192

5.4.4可编程逻辑器件设计方法194

5.4.5标准单元设计方法196

5.4.6 PLD和LCA198

习题204

第6章集成电路计算机辅助设计205

6.1计算机辅助设计的基本概念205

6.1.1计算机辅助设计（CAD）和设计自动化（DA）205

6.1.2 CAD技术的优点206

6.1.3集成电路正向CAD过程207

6.1.4 ICCAD系统209

6.1.5集成电路的逆向设计211

6.2电路和系统设计描述211

6.2.1电路和系统设计的描述212

6.2.2 OrCAD/CaptureCIS软件213

6.2.3电路图绘制模块PageEditor214

6.2.4电路设计的后处理216

6.2.5元器件符号库和建库模块（Part Editor）217

6.2.6元器件符号标准218

6.3 电路模拟222

6.3.1电路模拟程序的作用和基本结构222

6.3.2 PSpice软件的基本电路特性分析功能227

6.3.3 PSpice软件的参数扫描分析功能230

6.3.4 PSpice软件的统计模拟功能231

6.3.5 PSpice软件的逻辑模拟和数模混合模拟功能233

6.3.6电路优化设计235

6.3.7模拟结果的分析处理——Probe模块238

6.4.1版图图形生成241

6.4计算机辅助版图设计241

6.4.2版图验证和分析243

6.4.3版图数据文件生成243

6.4.4微机用版图设计软件L-EDIT244

6.4.5版图数据中间格式CIF248

6.5工艺模拟和器件模拟253

6.5.1工艺模拟253

6.5.2器件模拟255

6.6数字集成电路和系统的CAD257

6.6.1 硬件描述语言HDL（HardwareDescription Language）257

6.6.2系统级综合257

6.7模拟集成电路的CAD258

6.6.3逻辑综合258

6.6.4硅编译器（Silicon Compiler）258

6.7.1模拟集成电路和系统的特点259

6.7.2研究方向259

6.8统计模拟和优化设计261

6.8.1集成电路的统计模拟261

6.8.2集成电路的统计设计261

第7章IC设计举例与设计实践263

7.1双极模拟电路设计实例263

7.1.1 μA741直流工作状态分析263

7.1.2 μA741运算放大器版图设计分析266

7.2 CMOS数字电路设计实例272

参考文献277