微電子器件與IC設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

前言

　　一書自2003年出版發(fā)行以來，得到了廣大讀者的大力支持和廣泛使用，在此表示衷心感謝！隨著時(shí)光的推移，微電子領(lǐng)域的新技術(shù)、新理論碩果累累，應(yīng)對(duì)飛速發(fā)展的形勢，根據(jù)教學(xué)實(shí)踐需要，修改并更新該教材一些較為陳舊的內(nèi)容已勢在必行。為此，我們編寫了《微電子器件與Ic設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》第一新教材，作為原書的第二版，奉獻(xiàn)給廣大讀者?！　”緯膬?nèi)容主要包括：微電子器件物理基礎(chǔ)；PN結(jié)；雙極晶體管及MOSFET結(jié)構(gòu)、工作原理和特性；JFET及MESFET概要；集成電路的含義、類型、結(jié)構(gòu)及工藝等基本概念，并重點(diǎn)論述了集成電路設(shè)計(jì)的軟件、硬件及設(shè)計(jì)的方法與流程。共計(jì)7章?！　”緯饕┯?jì)算機(jī)、通信、自動(dòng)化及光電等IT類專業(yè)的本科生及研究生使用。由于他們?nèi)狈腆w物理及半導(dǎo)體物理等理論物理基礎(chǔ)，也不具備微電子器件方面的必要知識(shí)，我們特將有關(guān)的物理、器件及集成電路的理論、技術(shù)綜合貫通，融為一體，使學(xué)生們?cè)诓欢嗟膶W(xué)時(shí)內(nèi)能較為全面系統(tǒng)地掌握IC設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)與方法，以滿足他們對(duì)IC及其設(shè)計(jì)知識(shí)日益迫切的渴求?！　∥㈦娮优c集成電路是一門理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)的學(xué)科，要完全掌握IC設(shè)計(jì)的技術(shù)需要多學(xué)科知識(shí)的綜合運(yùn)用。為了使讀者對(duì)微電子器件的理論有一個(gè)初步的理解，我們較為系統(tǒng)地論述了微電子器件理論基礎(chǔ)，并盡可能簡化其繁雜的數(shù)學(xué)推導(dǎo)。在眾多的電路設(shè)計(jì)軟件與方法中，打破了雙極、M0s或模擬、數(shù)字的分類范疇，而以應(yīng)用最為廣泛的CMOS電路為對(duì)象，講述了現(xiàn)代最新EDA軟件的應(yīng)用及版圖設(shè)計(jì)，以期使本書具有“簡明、易讀、新穎、實(shí)用”的特點(diǎn)。事實(shí)證明，在筆者所了解的非微電子專業(yè)的學(xué)生中，由于學(xué)習(xí)了本書的課程，畢業(yè)后同樣能較好地從事他們所喜愛的IC設(shè)計(jì)工作。

內(nèi)容概要

本書主要講述微電子器件和集成電路的基礎(chǔ)理論。內(nèi)容包括：微電子器件物理基礎(chǔ)；PN結(jié)；雙極晶體管及MOSFET結(jié)構(gòu)、工作原理和特性；JFET及MES—FET概要；集成電路基本概念及集成電路設(shè)計(jì)方法。共計(jì)7章。    本書可作為高等院校通信、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)化、光電等專業(yè)本科生學(xué)習(xí)微電子及IC方面知識(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)課教材。由于采用“積木式”結(jié)構(gòu)，也可作為電子科學(xué)與技術(shù)及相關(guān)專業(yè)的本、?？聘吣昙?jí)學(xué)生及研究生的專業(yè)課教材，又可作為從事微電子科學(xué)、電子器件、集成電路等工程研究和應(yīng)用的有關(guān)人員的自學(xué)教材與參考書。

書籍目錄

第二版前言第一版前言符號(hào)表第1章  半導(dǎo)體物理基礎(chǔ)  1.1  半導(dǎo)體材料    1.1.1  半導(dǎo)體材料的原子構(gòu)成    1.1.2  半導(dǎo)體材料的晶體結(jié)構(gòu)  1.2  半導(dǎo)體中的電子    1.2.1  量子力學(xué)簡介    1.2.2  半導(dǎo)體中電子的特性與能帶    1.2.3  載流子    1.3  熱平衡狀態(tài)下載流子的濃度    1.3.1  電子的統(tǒng)計(jì)分布規(guī)律    1.3.2  載流子濃度與費(fèi)米能級(jí)的關(guān)系    1.3.3  本征半導(dǎo)體與雜質(zhì)半導(dǎo)體  1.4  載流子的輸運(yùn)    1.4.1  載流子的散射    1.4.2  載流子的漂移運(yùn)動(dòng)與遷移率    1.4.3  漂移電流與電導(dǎo)率    1.4.4  擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)與擴(kuò)散系數(shù)    1.4.5  電流密度方程與愛因斯坦關(guān)系式  1.5  非平衡載流子    1.5.1  非平衡載流子的復(fù)合與壽命    1.5.2  準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)  1.6  連續(xù)性方程與擴(kuò)散方程    1.6.1  連續(xù)性方程    1.6.2  擴(kuò)散方程    思考題1    習(xí)題1第2章  PN結(jié)  2.1  平衡PN結(jié)能帶圖及空間電荷區(qū)    2.1.1  平衡PN結(jié)能帶圖    2.1.2  PN結(jié)的形成過程      2.1.3  平衡PN結(jié)的載流子濃度分布  2.2  理想PN結(jié)的伏安特性    2.2.1  PN結(jié)的正向特性      2.2.2  PN結(jié)的反向特性      2.2.3  理想PN結(jié)的伏安特性  2.3  實(shí)際PN結(jié)的特性    2.3.1  PN結(jié)空間電荷區(qū)中的復(fù)合電流      2.3.2  PN結(jié)空間電荷區(qū)中的產(chǎn)生電流      2.3.3  PN結(jié)表面漏電流與表面復(fù)合、產(chǎn)生電流    2.3.4  PN結(jié)的溫度特性    2.4  PN結(jié)的擊穿    2.4.1  PN結(jié)空間電荷區(qū)中的電場    2.4.2  PN結(jié)的雪崩擊穿和隧道擊穿  2.5  PN結(jié)的電容    2.5.1  PN結(jié)的勢壘電容      2.5.2  PN結(jié)的擴(kuò)散電容      思考題2    習(xí)題2第3章  雙極晶體管  3.1  雙極晶體管的結(jié)構(gòu)    3.1.1  基本結(jié)構(gòu)    3.1.2  晶體管的雜質(zhì)分布    3.1.3  晶體管的實(shí)際結(jié)構(gòu)    3.1.4  晶體管的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)    3.1.5  集成電路中的晶體管  3.2  雙極晶體管的放大原理    3.2.1  晶體管直流短路電流放大系數(shù)    3.2.2  晶體管內(nèi)載流子的傳輸    3.2.3  發(fā)射效率和基區(qū)輸運(yùn)系數(shù)    3.2.4  共基極直流電流放大系數(shù)    3.2.5  共射極直流電流放大系數(shù)島    3.3  雙極晶體管電流增益    3.3.1  均勻基區(qū)晶體管直流電流增益    3.3.2  緩變基區(qū)晶體管直流電流增益    3.3.3  影響電流放大系數(shù)的因素    3.3.4  大電流下晶體管放大系數(shù)的下降  3.4雙極晶體管常用直流參數(shù)    3.4.1反向截止電流    3.4.2擊穿電壓    3.4.3集電極最大電流    3.4.4基極電阻  3.5  雙極晶體管盲流伏安特性    3.5.1  均勻基區(qū)晶體管直流伏安特性    3.5.2  雙極晶體管的特性曲線      3.5.3  Ebers—Moll模型  3.6  交流小信號(hào)電流增益及頻率特性參數(shù)    3.6.1  交流小信號(hào)電流傳輸    3.6.2  BJT交流小信號(hào)模型    3.6.3  交流小信號(hào)傳輸延遲時(shí)間    3.6.4  交流小信號(hào)電流增益    3.6.5  頻率特性參數(shù)  3.7  雙極晶體管的開關(guān)特性    3.7.1  晶體管的開關(guān)作用    3.7.2  正向壓降和飽和壓降    3.7.3  晶體管的開關(guān)過程    3.7.4  雙極晶體管的開關(guān)時(shí)間    思考題3    習(xí)題3第4章  結(jié)型場效應(yīng)晶體管  4.1  JFET結(jié)構(gòu)與工作原理    4.1.1  PNJFET基本結(jié)構(gòu)    4.1.2  JFET工作原理    4.1.3  JFET特性曲線    4.1.4  夾斷電壓及飽和漏源電壓  4.2  MESFET    4.2.1  金屬與半導(dǎo)體接觸    4.2.2  MESFET基本結(jié)構(gòu)      4.2.3  MESFET工作原理  4.3  JFET直流特性  4.4  直流特性的非理想效應(yīng)    4.4.1  溝道長度調(diào)制效應(yīng)    4.4.2  速度飽和效應(yīng)    4.4.3  亞閾值電流  4.5  JFET的交流小信號(hào)特性    4.5.1  JFET的低頻交流小信號(hào)參數(shù)    4.5.2  JFET本征電容    4.5.3  交流小信號(hào)等效電路    4.5.4  JFET的頻率參數(shù)    思考題4    習(xí)題4第5章  MOSFET   5.1  MOS結(jié)構(gòu)及其特性  5.2  MOSFET的結(jié)構(gòu)及工作原理    5.2.1  MOSFET基本結(jié)構(gòu)      5.2.2  MOSFET基本類型      5.2.3  MOSFET基本工作原理    5.2.4  MOSFET轉(zhuǎn)移特性      5.2.5  MOSFET輸出特性  5.3  MOSFET的閾值電壓    5.3.1  閾值電壓的含義      5.3.2 平帶電壓    5.3.3 實(shí)際MOS結(jié)構(gòu)的電荷分布      5.3.4  閾值電壓表示式      5.3.5  VBS≠O時(shí)的閾值電壓    5.3.6  影響閾值電壓的因素  5.4  MOSFET直流特性    5.4.1  薩支唐方程    5.4.2  影響直流特性的因素    5.4.3  擊穿特性    5.4.4  亞閾特性  5.5  MOSFET小信號(hào)特性    5.5.1交流小信號(hào)參數(shù)    5.5.2本征電容    5.5.3交流小信號(hào)等效電路    5.5.4  截止頻率  5.6  MOSFET開關(guān)特性    5.6.1  開關(guān)原理    5.6.2  開關(guān)時(shí)間  5.7  短溝道效應(yīng)及按比例縮小規(guī)則    5.7.1  短溝道效應(yīng)的含義    5.7.2  短溝道對(duì)閾值電壓的影響    5.7.3  窄溝道對(duì)閾值電壓的影響    5.7.4  按比例縮小規(guī)則      思考題5    習(xí)題5第6章  集成電路概論  6.1  什么是集成電路  6.2  集成電路的發(fā)展歷史  6.3  集成電路相關(guān)產(chǎn)業(yè)及發(fā)展概況  6.4  集成電路分類  6.5  集成電路工藝概述    6.5.1  外延生長    6.5.2  氧化    6.5.3  摻雜    6.5.4  光刻    6.5.5  刻蝕    6.5.6  淀積    6.5.7  鈍化  6.6  CMOS工藝中的無源器件及版圖    6.6.1  電阻    6.6.2  電容    6.6.3  電感  6.7  CMOS工藝中的有源器件及版圖    6.7.1  NMOS    6.7.2  PMOS    6.7.3  NPN      6.7.4  PNI  6.8  CMOS反相器    6.8.1  CMOS反相器的直流特性    6.8.2  CMOS反相器的瞬態(tài)特性    6.8.3  CMOS反相器的功耗與設(shè)計(jì)    6.8.4  CMOS反相器的制作工藝及版圖    6.9  CMOS傳輸門    6.9.1  NMOS傳輸門的特性    6.9.2  PMOS傳輸門的特性    6.9.3  CMOS傳輸門的特性  6.10  CMOS放大器    6.10.1  共源放大器    6.10.2  源極跟隨器    6.10.3  共柵放大器    思考題6    習(xí)題6第7章  集成電路設(shè)計(jì)基礎(chǔ)  7.1  模擬集成電路設(shè)計(jì)概述  7.2  模擬集成電路的設(shè)計(jì)流程及EDA      7.2.1  模擬集成電路設(shè)計(jì)一般流程    7.2.2  模擬集成電路設(shè)計(jì)相關(guān)EDA    7.2.3  模擬集成電路設(shè)計(jì)實(shí)例  7.3  數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)流程及EDA      7.3.1  數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)一般流程    7.3.2  數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)相關(guān)EDA    7.3.3  Vetiog HDL及數(shù)字電路設(shè)計(jì)  7.4  集成電路版圖設(shè)計(jì)    7.4.1  集成電路版圖設(shè)計(jì)基本理論    7.4.2  版圖設(shè)計(jì)的方式      7.4.3  半定制數(shù)字集成電路版圖設(shè)計(jì)    7.4.4  全定制模擬集成電路版圖設(shè)計(jì)    思考題7    習(xí)題7參考文獻(xiàn)附錄  附錄A  硅電阻率與雜質(zhì)濃度關(guān)系    附錄B  硅中載流子遷移率與雜質(zhì)濃度關(guān)系  附錄C  si和GaAs在300K的性質(zhì)  附錄D  常用元素、二元及三元半導(dǎo)體性質(zhì)  附錄E  常用物理常數(shù)  附錄F  國際單位制(SI單位)  附錄G  單位詞頭

章節(jié)摘錄

　　第1章　半導(dǎo)體物理基礎(chǔ)　　1.1　半導(dǎo)體材料　　1.1.2　半導(dǎo)體材料的晶體結(jié)構(gòu)　　1.晶體結(jié)構(gòu)　　固體材料中，原子的排列方式與材料特性密切相關(guān)。根據(jù)原子、分子或分子團(tuán)在三維空間中排列的有序程度的不同，固體材料可分為無定形、多晶和單晶三種基本類型。圖1.1.1是這三種材料中原子或分子排列的二維示意圖?！　o定形材料中的原子或分子只在幾個(gè)原子或分子尺度內(nèi)有序。多晶材料中存在許多小區(qū)域，每個(gè)小區(qū)域中的原子或分子排列有序。單晶體中的原子或分子在整個(gè)晶體中排列有序?！　∩鲜鋈N類型的材料在器件和集成電路中都有廣泛的應(yīng)用。例如，無定形硅薄膜可以用來加工液晶顯示器(LCD)；多晶硅可用于制作太陽能電池。目前，電子器件和集成電路的制造中使用最多的是單晶硅。　　單晶體中的原子或分子在三維空間中有序排列，具有幾何周期重復(fù)性。我們可以認(rèn)為單晶體是由大量相同的基本單元在三維空問中堆砌而成。通常，我們把單晶體中的原子或分子抽象成數(shù)學(xué)上的幾何點(diǎn)，這些點(diǎn)的集合被稱為晶格(lattice)。晶體中的原子或分子位于晶格點(diǎn)上。當(dāng)晶體具有一定溫度時(shí)，原子或分子會(huì)以此為中心做微振動(dòng)，這一現(xiàn)象稱為晶格振動(dòng)?！　?.硅和鍺的晶體結(jié)構(gòu)　　硅和鍺是Ⅳ族元素，它們形成的單晶中，原子的排列方式與金剛右相同，稱為金剛石結(jié)構(gòu)。金剛石結(jié)構(gòu)由圖1.1.2(a)中所示的立方體結(jié)構(gòu)重復(fù)堆砌而成，立方體的每個(gè)頂點(diǎn)、每個(gè)面的中心以及體對(duì)角線的1/4處各有一個(gè)原子。

編輯推薦

　　《微電子器件與IC設(shè)計(jì)基礎(chǔ)(第2版)》特點(diǎn)　　★系統(tǒng)論述微電子器件理論基礎(chǔ)　　★重點(diǎn)論述集成電路設(shè)計(jì)的軟件、硬件及設(shè)計(jì)的方法與流程　　★以CMOS電路為對(duì)象，講述現(xiàn)代最新EDA軟件的應(yīng)用及版圖設(shè)計(jì)　　★將物理、器件和集成電路的理論、技術(shù)綜合貫通，融為一體

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