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本书系普通高等教育“十一五”国家级规划教材。全书共6章，以硅集成电路为中心，重点介绍半导体集成器件物理基础、集成电路制造基本工艺及其发展、集成电路设计和微电子系统设计、集成电路计算机辅助设计(CAD)。本书适用于非微电子专业的电子信息科学类和电气信息类的本科生和研究生的教材，也可供从事线路和系统集成化工作的技术人员参考，特别是对于将要从事集成化工作的非微电子专业毕业的工程技术人员，本书更是一本合适的入门教材。读者对象：本书适用于非微电子专业的电子信息科学类和电气信息类的本科生和研究生的教材，也可供从事线路和系统集成化工作的技术人员参考，特别是对于将要从事集成化工作的非微电子专业毕业的工程技术人员。

目   录

第1章  概论
    1.1  微电子技术和集成电路的发展历程          
        1.1.1  微电子技术与半导体集成电路     
        1.1.2  发展历程     
        1.1.3  发展特点和技术经济规律    
    1.2  集成电路的分类         
        1.2.1  按电路功能分类    
        1.2.2  按电路结构分类      
        1.2.3  按有源器件结构和工艺分类       
        1.2.4  按电路的规模分类      
    1.3  集成电路制造特点和本书学习要点  
        1.3.1  电路系统设计    
        1.3.2  版图设计和优化     
        1.3.3  集成电路的加工制造        
        1.3.4  集成电路的封装        
        1.3.5  集成电路的测试和分析       
第2章  集成器件物理基础    
    2.1  半导体及其能带模型  
        2.1.1  半导体及其共价键结构    
        2.1.2  半导体的能带模型            
        2.1.3  费米分布函数     
    2.2  半导体导电性与半导体方程  
        2.2.1  本征半导体     
        2.2.2  非本征载流子      
        2.2.3  半导体中的电流     
        2.2.4  非平衡载流子与载流子寿命        
        2.2.5  半导体基本方程      
    2.3  pn结和pn结二极管    
        2.3.1  平衡状态下的pn结    
        2.3.2  pn结的单向导电性      
        2.3.3  pn结直流伏安特性        
        2.3.4  pn结二极管的交流小信号特性         
        2.3.5  pn结击穿     
        2.3.6  二极管等效电路模型和二极管应用           
        2.3.7  pn结应用            
        2.3.8  其他半导体二极管          
    2.4  双极型晶体管          
        2.4.1  双极晶体管的直流放大原理          
        2.4.2  影响晶体管直流特性的其他因素     
        2.4.3  晶体管的击穿电压        
        2.4.4  晶体管的频率特性       
        2.4.5  晶体管的功率特性     
        2.4.6  晶体管模型和模型参数          
    2.5  JFET与MESFET器件基础         
        2.5.1  器件结构与电流控制原理       
        2.5.2  JFET直流输出特性的定性分析       
       2.5.3  JFET的直流转移特性           
        2.5.4  JFET直流特性定量表达式       
        2.5.5  JFET的器件类型和电路符号       
        2.5.6  JFET等效电路和模型参数     
    2.6  MOS场效应晶体管          
        2.6.1  MOS晶体管结构           
        2.6.2  MOS晶体管工作原理     
        2.6.3  MOS晶体管直流伏安特性定量结果        
        2.6.4  MOS晶体管的阈值电压      
        2.6.5  4种类型MOS晶体管的对比分析            
        2.6.6  MOS晶体管模型和模型参数       
        2.6.7  影响MOSFET器件特性的非理想因素            
        2.6.8  CMOS晶体管       
        2.6.9  现代IC中的先进MOS结构     
    2.7  异质结半导体器件   
        2.7.1  异质结     
        2.7.2  异质结双极晶体管(HBT)    
        2.7.3  高电子迁移率晶体管(HEMT)        
    练习    
第3章  集成电路制造工艺   
    3.1  硅平面工艺基本流程  
        3.1.1  平面工艺的基本概念     
        3.1.2  pn结隔离双极IC工艺基本流程      

        3.1.3  平面工艺中的基本工艺            
    3.2  氧化工艺   
        3.2.1  SiO2薄膜在集成电路中的作用        
        3.2.2  SiO2生长方法    
        3.2.3  氮化硅薄膜的制备      
        3.2.4  SiO2膜质量要求和检验方法      
        3.2.5  氧化技术面临的挑战      
    3.3  掺杂方法之一——扩散工艺       
        3.3.1  扩散原理        
        3.3.2  常用扩散方法简介      
        3.3.3  扩散层质量检测    
        3.3.4  扩散工艺与集成电路设计的关系    
    3.4  掺杂方法之二——离子注入技术          
        3.4.1  离子注入技术的特点      
        3.4.2  离子注入设备      
        3.4.3  离子注入退火      
        3.4.4  离子注入杂质分布     
    3.5  光刻和刻蚀工艺          
        3.5.1  光刻工艺的特征尺寸——工艺水平的标志       
        3.5.2  光刻和刻蚀工艺基本过程      
        3.5.3  超微细图形的光刻技术      
    3.6  制版工艺  
        3.6.1  集成电路生产对光刻版的质量要求      
        3.6.2  制版工艺过程      
        3.6.3  光刻掩膜版的检查        
    3.7  外延工艺    
        3.7.1  外延生长原理        
        3.7.2  外延层质量要求      
        3.7.3  分子束外延生长技术      
    3.8  金属化工艺    
        3.8.1  金属材料的选用      
        3.8.2  金属化互连系统结构       
        3.8.3  金属层淀积工艺       
        3.8.4  平面化       
        3.8.5  合金化       
    3.9  引线封装    
        3.9.1  后工序加工流程        
        3.9.2  超声键合      
        3.9.2  封装     
    3.10  隔离技术       
        3.10.1  MOS IC的隔离      
        3.10.2  双极IC中的基本隔离技术    
    3.11  绝缘物上硅          
        3.11.1  SOI技术            
        3.11.2  注氧隔离技术(Seperation by Implantation of Oxygen  SIMOX)     
        3.11.3  硅片粘合技术(Wafer Bonding Technique)          
    3.12  CMOS集成电路工艺流程  
        3.12.1  CMOS工艺      
        3.12.2  典型N阱CMOS工艺流程      
第4章  集成电路设计      
    4.1  集成电路版图设计规则          
        4.1.1  λ设计规则     
        4.1.2  微米设计规则     
    4.2  集成电路中的无源元件   
        4.2.1  集成电阻    
        4.2.2  集成电容     
        4.2.3  片上电感     
        4.2.4  互连线     
    4.3  双极集成器件和电路设计   
        4.3.1  双极晶体管结构      
        4.3.2  双极晶体管的寄生参数      
        4.3.3  NPN晶体管纵向结构设计      
        4.3.4  NPN晶体管横向结构设计       
        4.3.5  双极集成电路版图设计           
        4.3.6  版图设计实例     
    4.4  CMOS集成器件和电路设计   
        4.4.1  硅栅CMOS器件      
        4.4.2  CMOS电路中的寄生效应       
        4.4.3  CMOS版图设计实例      
    4.5  双极和CMOS集成电路比较         
    习题    
第5章  微电子系统设计
   5.1  双极数字电路单元电路设计          
    5.1.1  TTL电路   
    5.1.2  ECL电路和I2L电路          
  5.2  CMOS数字电路单元电路设计         
    5.2.1  静态CMOS电路  
    5.2.2  CMOS有比电路和动态电路         
   5.3  半导体存储器电路   
    5.3.1  只读存储器  
    5.3.2  随机存取存储器         
   5.4  专用集成电路（ASIC）设计方法        
    5.4.1  全定制设计方法  
    5.4.2  半定制设计方法   
    5.4.3  可编程逻辑设计方法   
   5.5  SoC设计方法          
    5.5.1  SoC的设计过程          
    5.5.2  SoC的设计问题          
          习题        
第6章  电子设计自动化
    6.1  EDA的基本概念  
        6.1.1  电子设计自动化            
        6.1.2  EDA技术的优点    
        6.1.3  现代集成电路设计方法       
    6.2  数字系统EDA技术  
        6.2.1  传统ASIC设计流程       
        6.2.2  并行交互式数字集成电路设计流程            
        6.2.3  IP核       
    6.3  数字集成电路设计平台   
        6.3.1  EDA工具软硬件平台     
        6.3.2  数字集成电路设计关键工具简介     
        6.3.3  版图数据文件生成     
    6.4  数字集成电路设计实例   
        6.4.1  UART IP功能规划     
        6.4.2  系统规划      
        6.4.3  UART IP核工作过程        
        6.4.4  代码设计          
        6.4.5  仿真验证          
        6.4.6  电路综合     
        6.4.7  可测性设计    
    6.5  模拟与射频集成电路CAD技术        
        6.5.1  模拟集成电路和系统的特点    
        6.5.2  模拟集成电路设计流程     
        6.5.3  模拟电路和系统设计平台    
        6.5.4  模拟集成电路的模拟仿真            
        6.5.5  模拟CAD技术研究方向    
        6.5.6  射频集成电路设计工具简介      
    6.6  模拟集成电路设计实例  
        6.6.1  电路图设计与参数估算       
        6.6.2  电路仿真       
        6.6.3  版图设计      
    6.7  工艺和器件模拟以及统计分析          
        6.7.1  工艺模拟     
        6.7.2  器件模拟     
        6.7.3  集成电路的统计模拟    
        6.7.4  集成电路的统计设计    
    思考题    
参考文献


前  言

    微电子(Microelectronics)技术和集成电路（Integrated Circuit,IC）是20世纪的产物，
是人类智慧的结晶和文明进步的体现。信息社会的发展，使得作为信息社会粮食的集成电路
得到迅速发展。国民经济信息化、对传统产业的改造、国家信息安全、国民消费电子和军事
电子等领域的强烈需求，使微电子技术继续呈现高的增长势头。未来若干年，微电子技术仍
然是发展最活跃和技术增长最快的高新科技领域之一，也是国家重点支持发展的重大项目之
一。在这种情况下，越来越多的线路和系统设计人员参与到微电子系统的研制中，或者需要
将其已开发的线路和系统实现集成化。微电子技术已成为非微电子专业的电子信息科学类和
电气信息类的本科生和研究生应该掌握的专业基础知识，越来越多的大学为非微电子专业的
同学开设了关于微电子基础教育的课程，需要有相关的合适教材。本书编者曾在1995年出版了“八五”统编教材“微电子技术概论”。为了适应微电子技术的发展，于2003年又编写
出版了“普通高等教育‘十五’国家级规划教材”《微电子概论》，至今已有8年。为了紧跟微电子技术的发展步伐，反映微电子的最新发展趋势，现对该教材进行全面的补充、修订，作为《微电子概论》（第2版）出版。本书列入“普通高等教育‘十一五’国家级规划教材”。
    考虑到未来相当一段时期硅微电子技术仍然是微电子技术的主体，本教材以硅集成电路为中心，分6章，重点介绍半导体集成器件物理基础、集成电路制造基本工艺及其发展、集成电路设计和微电子系统设计、集成电路计算机辅助设计(CAD)。本教材的参考学时为46学时。
    本教材在编写中注意体现下述特点：
    全书总的编写指导思想是从物理概念入手，结合工程实例，介绍半导体集成器件物理、集成工艺原理、以及集成电路和系统的设计特点和方法，对学生进行微电子技术方面的全方位教育，为以后参与微电子系统研制工作奠定必要的基础。
    介绍半导体集成器件物理原理时，突出物理概念，重点分析物理过程，同时给出定量结论，使同学们在理解器件原理时不致感到太抽象。
在分析几种基本半导体器件工作原理的基础上，还进一步介绍了电路模拟软件Spice中采用
的器件模型、主要模型参数的含义，有助于读者更有效地应用电路级模拟仿真软件。
    介绍集成电路工艺原理时，同时介绍双极和CMOS工艺过程，以CMOS为主。在介绍基本工艺原理基础上同时介绍微电子工艺技术的最新发展情况。
    介绍集成电路和系统设计时，一方面结合集成电路设计实例，分别介绍模拟集成电路和数字集成电路底层设计中主要元器件的图形结构设计，使同学们能“看懂”基本的集成电路版图。同时介绍专用集成电路(ASIC)基本设计方法，为从事集成化工作打下基础。
    结合实例介绍CAD设计系统时，一方面介绍微机级软件系统，使同学们在了解CAD方法和基本软件使用的基础上，能结合学校具有的微机级CAD软件进行上机练习。同时也介绍工作站CAD软件系统概况，这样到工作时，不致对工作站软件感到太陌生。
    主要章节后面有思考题和练习题，便于同学检查学习效果。
    本教材由西安电子科技大学郝跃任主编并编写第1章，贾新章编写第2、3章，董刚编写第4、5章，史江义编写第6章，最后由郝跃统稿。
    吴玉广教授任本教材主审，对本教材提出了许多有益的修改意见和评论，在此表示衷心的感谢。同时向本教材所引用的论文、图表和书籍的作者致以深切的谢意。
    本教材适用于非微电子专业的电子信息科学类和电气信息类的本科生和研究生相关课程教材，也可供从事线路和系统集成化工作的技术人员参考。特别是对于将要从事集成化工作的非微电子专业毕业的工程技术人员，本书更是一本合适的入门教材。
    由于本教材涉及面广，内容发展更新快，教材中难免有不妥和不足之处，敬请读者和老师批评指正。
编者
2011年5月26日
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微电子概论（第2版）