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目录1

序言1

第二版前言1

前言1

第一章 绪论1

1.1 晶体管的发明4

1.2 集成电路的发展历史7

1.3 集成电路的分类9

1.3.1 按器件结构类型分类9

1.3.2 按集成电路规模分类10

1.3.3 按结构形式的分类10

1.3.4 按电路功能分类11

1.3.5 集成电路的分类小结12

1.4 微电子学的特点13

第二章 半导体物理和器件物理基础15

2.1 半导体及其基本特性15

2.1.1 金属-半导体-绝缘体15

2.1.2 半导体的掺杂16

2.1.3 半导体的电导率和电阻率17

2.1.4 迁移率19

2.2 半导体中的载流子23

2.2.1 半导体中的能带23

2.2.2 多子和少子的热平衡27

2.2.3 电子的平衡统计规律29

2.2.4 过剩载流子32

2.3 pn结33

2.3.1 平衡pn结34

2.3.2 pn结的正向特性36

2.3.3 pn结的反向特性38

2.3.4 pn结的击穿40

2.3.5 pn结的电容42

2.4 双极晶体管43

2.4.1 双极晶体管的基本结构43

2.4.2 晶体管的电流传输45

2.4.3 晶体管的电流放大系数47

2.4.4 晶体管的直流特性曲线49

2.4.5 晶体管的反向电流与击穿电压51

2.4.6 晶体管的频率特性53

2.5 MOS场效应晶体管54

2.5.1 MOS场效应晶体管的基本结构55

2.5.2 MIS结构56

2.5.3 MOS场效应晶体管的直流特性59

2.5.4 MOS场效应晶体管的种类62

2.5.5 MOS场效应晶体管的电容63

第三章 大规模集成电路基础66

3.1 半导体集成电路概述66

3.2 双极集成电路基础68

3.2.1 集成电路中的双极晶体管68

3.2.2 双极型数字集成电路71

3.2.3 双极型模拟集成电路74

3.3 MOS集成电路基础74

3.3.1 集成电路中的MOSFET75

3.3.2 MOS数字集成电路76

3.3.3 CMOS集成电路81

3.4 BiCMOS集成电路基础84

第四章 集成电路制造工艺88

4.1 双极集成电路工艺流程88

4.2 MOS集成电路工艺流程91

4.3 光刻与刻蚀技术95

4.3.1 光刻工艺简介95

4.3.2 几种常见的光刻方法96

4.3.3 超细线条光刻技术97

4.3.4 刻蚀技术99

4.4 氧化100

4.4.1 SiO2的性质及其作用100

4.4.2 热氧化形成SiO2的机理101

4.4.3 SiO2的制备方法102

4.5 扩散与离子注入104

4.5.1 扩散104

4.5.2 扩散工艺105

4.5.3 离子注入106

4.5.4 离子注入原理107

4.5.5 退火108

4.6 化学气相淀积（CVD）109

4.6.1 化学气相淀积方法109

4.6.2 单晶硅的化学气相淀积（外延）110

4.6.3 二氧化硅的化学气相淀积111

4.6.4 多晶硅的化学气相淀积112

4.6.5 氮化硅的化学气相淀积112

4.7 接触与互连112

4.7.1 金属膜的形成方法113

4.7.2 难熔金属硅化物栅及其复合结构114

4.7.3 多层互连116

4.8 隔离技术117

4.8.1 双极集成电路隔离工艺117

4.8.2 MOS集成电路隔离工艺119

4.9 封装技术121

4.10 集成电路工艺小结122

第五章 集成电路设计124

5.1 集成电路的设计特点与设计信息描述124

5.1.1 设计特点124

5.1.2 设计信息描述125

5.2 集成电路的设计流程128

5.2.1 功能设计130

5.2.2 逻辑与电路设计131

5.2.3 版图设计132

5.3 集成电路的设计规则和全定制设计方法134

5.3.1 集成电路的设计方法134

5.3.2 集成电路的设计规则134

5.3.3 全定制设计方法138

5.4 专用集成电路的设计方法140

5.4.1 标准单元设计（SC）方法和积木块设计（BBL）方法140

5.4.2 门阵列设计方法（GA方法）145

5.4.3 可编程逻辑电路设计方法150

5.5 几种集成电路设计方法的比较155

5.6 可测性设计技术157

5.7 集成电路设计举例160

5.7.1 四位运算器的设计流程161

5.7.2 多路开关的设计实现过程162

6.1 集成电路设计的EDA系统概述166

第六章 集成电路设计的EDA系统166

6.2 高层级描述与模拟——VHDL及模拟167

6.2.1 VHDL的基本概念及主要作用167

6.2.2 VHDL建模机理的特点168

6.2.3 VHDL的模拟算法171

6.2.4 VHDL模拟环境的特点172

6.3 综合173

6.4 逻辑模拟174

6.4.1 逻辑模拟的基本概念和主要作用175

6.4.2 逻辑模拟模型的建立175

6.4.3 逻辑模拟算法178

6.5.1 电路模拟的基本概念179

6.5 电路模拟179

6.5.2 电路模拟的基本功能180

6.5.3 电路模拟软件的基本结构181

6.5.4 电路描述184

6.5.5 开关级模拟185

6.6 时序分析和混合模拟186

6.6.1 时序分析和混合模拟的主要作用186

6.6.2 时序分析的基本原理186

6.6.3 混合模拟188

6.7 版图设计的EDA工具189

6.7.1 版图设计的基本概念189

6.7.2 版图的自动设计189

6.7.4 版图的人工设计195

6.7.3 版图的半自动设计195

6.7.5 版图检查与验证196

6.7.6 制版198

6.7.7 版图数据交换的格式199

6.8 器件模拟199

6.8.1 器件模拟的基本概念199

6.8.2 器件模拟的基本原理200

6.8.3 器件模拟的基本功能及所用模型200

6.8.4 器件模拟的输入文件202

6.9 工艺模拟205

6.9.1 工艺模拟的基本概念205

6.9.2 工艺模拟的基本内容206

6.9.3 工艺模拟的输入文件207

6.10 计算机辅助测试（CAT）技术210

6.10.1 故障模型211

6.10.2 计算机辅助测试技术211

第七章 系统芯片（SOC）设计215

7.1 系统芯片的基本概念和特点216

7.2 SOC设计过程219

7.3 SOC关键技术及目前面临的主要问题220

7.3.1 软硬件协同设计220

7.3.2 IP复用技术221

7.3.3 SOC验证224

7.3.4 SOC测试226

7.3.5 SOC的物理设计考虑229

7.3.6 FPGA SOC230

7.4 SOC的发展趋势231

8.1 固体中的光吸收和光发射234

第八章 光电子器件234

8.1.1 固体中的光吸收过程235

8.1.2 固体中的光发射过程236

8.2 半导体发光二极管238

8.2.1 半导体发光二极管的工作原理239

8.2.2 半导体发光二极管的材料241

8.2.3 半导体发光二极管的结构244

8.3 半导体激光器245

8.3.1 半导体激光器的工作原理246

8.3.2 半导体激光器的结构和特性249

8.4 光电探测器251

8.4.1 基本的光电效应251

8.4.2 光电导探测器252

8.4.3 光电二极管253

8.4.4 光电晶体管256

8.4.5 电荷耦合器件257

8.5 半导体太阳能电池260

8.5.1 光生伏特效应260

8.5.2 光电转换效率262

8.5.3 异质结和非晶硅太阳能电池264

第九章 微机电系统267

9.1 微机电系统的基本概念267

9.2 几种重要的MEMS器件270

9.2.1 微加速度计（Micro-Accelerometer）270

9.2.2 微陀螺（micro-gyroscope）273

9.2.3 MEMS光开关（MEMS Optical Switch）275

9.2.4 射频MEMS器件（RF MEMS）278

9.2.5 生物MEMS（BioMEMS）283

9.2.6 微马达286

9.3 MEMS加工工艺287

9.3.1 硅微机械加工工艺288

9.3.2 LIGA加工工艺292

9.4 MEMS技术发展的趋势294

9.5 纳机电系统296

第十章 纳电子器件300

10.1 纳电子器件概述300

10.2 碳纳米管和半导体纳米线302

10.3 量子电、量子线307

10.4 单电子晶体管311

10.5 分子结器件316

10.6 场效应晶体管320

10.7 逻辑器件及其电路328

10.8 小结335

第十一章 微电子技术发展的规律和趋势337

11.1 微电子技术发展的一些基本规律337

11.1.1 摩尔定律337

11.1.2 按比例缩小定律339

11.2 微电子技术发展的一些趋势和展望341

11.2.1 21世纪初仍将以硅基CMOS电路为主流342

11.2.2 集成系统是21世纪初微电子技术发展的重点343

11.2.3 微电子与其他学科的结合诞生新的技术增长点344

11.2.4 近几年将有重大发展的一些关键技术346

附录A 微电子学领域大事记351

附录B 微电子学常用缩略语355