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第1章 绪论1

1.1 什么是集成电路和微电子学1

1.2 集成电路的诞生2

1.3 集成电路的发展7

1.3.1 应用的驱动7

1.3.2 集成度的提高9

1.3.3 摩尔定律11

1.3.4 专用集成电路和专用标准产品13

1.3.5 集成电路分类14

1.4 集成电路的未来15

1.5 微电子技术与其他学科相结合17

第2章 半导体基本特性与晶体管工作原理19

2.1 半导体的特性19

2.1.1 什么是半导体19

2.1.2 能级与能带20

2.1.3 电子与空穴21

2.1.4 N 型半导体和 P 型半导体23

2.2 PN 结26

2.2.1 平衡状态下的 PN 结26

2.2.2 正向状态下的 PN 结27

2.2.3 反向状态下的 PN 结28

2.2.4 PN 结电容(空间电荷区电容)29

2.3 二极管29

2.3.1 二极管的电流与电压特性29

2.3.2 二极管工作时管内少数载流子的分布情况31

2.3.3 扩散电容32

2.4 双极型晶体管32

2.4.1 双极型晶体管的基本结构33

2.4.2 共基极接地方式34

2.4.3 共发射极接地方式35

2.4.4 三极管的简化大信号模型38

2.4.5 三极管的小信号放大效应38

2.5 金属-氧化物-半导体(MOS)场效应晶体管39

2.5.1 MOS 场效应晶体管的基本结构39

2.5.2 反型层的形成与阈值电压40

2.5.3 MOS 管中的电流与电压关系41

2.5.4 衬底偏置调制效应44

2.5.5 MOS 管的简单模型44

2.5.6 MOS 管的几种类型45

3.1 电学隔离的必要性和方法47

第3章 集成电路中的器件结构47

3.2 二极管的结构48

3.3 双极型晶体管的结构49

3.4 MOS 场效应晶体管的结构51

3.4.1 场氧化层的作用51

3.4.2 CMOS 电路的结构51

3.5 电阻的结构52

3.6 电容的结构53

3.7 接触孔、通孔和互连线54

4.1 工艺制造中的核心步骤55

第4章 集成电路芯片制造技术55

4.2 窗口、图形的确定与掩模版的作用56

4.3 各主要工艺技术58

4.3.1 热氧化58

4.3.2 热扩散掺杂59

4.3.3 快速热处理62

4.3.4 离子注入63

4.3.5 化学气相淀积66

4.3.6 光刻67

4.3.7 刻蚀69

4.3.8 选择性氧化70

4.3.9 金属化71

4.4 CMOS 电路制造的主要工艺流程72

4.5 缺陷与成品率73

第5章 基本的门电路75

5.1 数字信号的特性75

5.2 电路的主要性能77

5.3 双极型晶体管的开关特性77

5.4 饱和型与非饱和型双极型数字集成电路78

5.5.1 TTL 与非门79

5.5 晶体管-晶体管逻辑(TTL)门79

5.5.2 TTL 或非门80

5.5.3 TTL 与或非门81

5.6 肖特基晶体管-晶体管逻辑门81

5.7 发射极耦合逻辑(ECL)门82

5.7.1 双极型差分放大电路82

5.7.2 ECL 或非门83

5.8 NMOS 门电路84

5.8.1 NMOS 反相器84

5.8.2 NMOS 与非门86

5.8.3 NMOS 或非门87

5.8.4 NMOS 通导管88

5.8.5 NMOS 触发器89

5.9 CMOS 门电路91

5.9.1 CMOS 反相器91

5.9.2 CMOS 与非门95

5.9.3 CMOS 或非门96

5.9.4 CMOS 与或非门及或与非门96

5.9.6 CMOS 多路开关97

5.9.5 CMOS 三态反相门97

5.9.7 CMOS 传输门98

5.9.8 CMOS 异或门99

5.9.9 CMOS RS 触发器99

5.9.10 CMOS D 型锁存器100

5.10 双极型电路与 MOS 电路的比较101

5.11 BiCMOS 电路102

第6章 存储器类集成电路104

6.1 存储器的功能和分类104

6.3 存储器的结构106

6.2 存储器的容量106

6.4.1 只读存储器的存储单元108

6.4 只读存储器108

6.4.2 行译码器和缓冲器110

6.4.3 列译码器和列选择器112

6.4.4 读取时间113

6.5 不挥发性读写存储器114

6.5.1 可擦除型可编程读写存储器(EPROM)114

6.5.2 电可擦除型可编程读写存储器(EEPROM 或E2PROM)116

6.6.1 静态随机存取存储器(SRAM)117

6.5.3 闪烁型电可擦除可编程读写存储器(Flash EEPROM)117

6.6 随机存取存储器117

6.6.2 动态随机存取存储器(DRAM)121

第7章 微处理器127

7.1 微处理器的定义127

7.2 微型计算机与微处理器127

7.2.1 微型计算机的硬件框架127

7.2.2 微型计算机的机器指令128

7.3 微处理器的工作原理129

7.3.1 微处理器的硬件结构129

7.2.3 微型计算机中的信息流129

7.3.2 微处理器指令的类型、格式和长度131

7.3.3 微处理器指令的执行过程132

7.4 微处理器中的各个模块132

7.4.1 算术逻辑单元的加法器132

7.4.2 寄存器、寄存器堆和移位寄存器135

7.5 微控制器137

8.2 门阵列集成电路139

8.2.1 有通道门阵列139

8.1 专用集成电路的作用与特点139

第8章 专用集成电路和可编程集成电路139

8.2.2 无通道门阵列(门海)142

8.3 标准单元集成电路144

8.4 多设计项目硅圆片方法147

8.5 可编程逻辑器件147

8.6 逻辑单元阵列151

8.7 门阵列、标准单元与可编程集成电路的比较153

第9章 设计流程和设计工具155

9.1 设计要求155

9.2 层次化设计方法155

9.3.1 全定制设计流程157

9.3 设计流程157

9.3.2 定制和半定制电路的设计流程160

9.4 版图设计规则161

9.5 设计系统简介162

9.6 常用的设计工具163

9.7 设计实例——交通路口信号灯控制器168

第10章 集成电路的测试与封装178

10.1 集成电路测试178

10.1.1 设计错误测试178

10.2 故障模型179

10.1.2 功能测试179

10.3 故障模拟与分析180

10.4 可测性设计180

10.5 集成电路的可靠性182

10.6 典型的测试和检查过程183

10.7 封装的作用185

10.8 封装类型和封装技术186

10.9 封装时的热设计190

10.10 如何选择封装形式191

参考文献193