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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ROM 183

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LCA 198

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PageEditor 214

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-EDIT 244

6.4.5版图数据中间格式CIF 248

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CAD 257

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CAD 258

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