目 錄
第1章 緒論 1
1.1 微電子學(xué)和集成電路 1
1.2 集成電路的發(fā)展簡(jiǎn)史 2
1.2.1 第一個(gè)晶體管的發(fā)明 2
1.2.2 第一塊集成電路 3
1.2.3 集成電路蓬勃發(fā)展 4
1.2.4 集成電路的發(fā)展特點(diǎn)和規(guī)律 5
1.3 集成電路的分類(lèi) 7
1.3.1 按器件結(jié)構(gòu)類(lèi)型分類(lèi) 7
1.3.2 按集成電路規(guī)模分類(lèi) 8
1.3.3 按電路功能分類(lèi) 9
1.4 集成電路設(shè)計(jì)制造流程和產(chǎn)業(yè)構(gòu)成 10
1.5 微電子學(xué)的發(fā)展方向 11
1.5.1 后CMOS納米器件的發(fā)展 12
1.5.2 新一代半導(dǎo)體材料 13
1.5.3 微型傳感器 14
1.5.4 超越摩爾定律 14
習(xí)題1 15
參考文獻(xiàn) 15
第2章 半導(dǎo)體物理基礎(chǔ) 16
2.1 固體晶格結(jié)構(gòu) 16
2.1.1 半導(dǎo)體材料 16
2.1.2 固體類(lèi)型 17
2.1.3 空間晶格結(jié)構(gòu) 18
2.1.4 原子價(jià)鍵 19
2.2 固體量子理論初步 20
2.2.1 量子態(tài) 20
2.2.2 能級(jí) 21
2.2.3 能帶理論 22
2.2.4 導(dǎo)體、半導(dǎo)體、絕緣體的能帶 24
2.3 半導(dǎo)體的摻雜 24
2.3.1 半導(dǎo)體中的載流子 25
2.3.2 本征半導(dǎo)體 26
2.3.3 雜質(zhì)半導(dǎo)體及其雜質(zhì)能級(jí) 26
2.3.4 雜質(zhì)的補(bǔ)償作用 29
2.4 半導(dǎo)體中載流子的統(tǒng)計(jì)分布 30
2.4.1 狀態(tài)密度 30
2.4.2 熱平衡和費(fèi)米分布函數(shù) 31
2.4.3 電子和空穴的平衡分布 33
2.4.4 本征半導(dǎo)體的載流子濃度 35
2.4.5 雜質(zhì)半導(dǎo)體的載流子濃度 36
2.5 載流子的漂移與半導(dǎo)體的導(dǎo)電性 40
2.5.1 載流子的熱運(yùn)動(dòng) 40
2.5.2 載流子的漂移運(yùn)動(dòng)和遷移率 41
2.5.3 遷移率和半導(dǎo)體的導(dǎo)電性 42
2.5.4 載流子的散射 43
2.5.5 影響遷移率的主要因素 44
2.5.6 電阻率與摻雜濃度、溫度的關(guān)系 46
2.6 非平衡載流子 48
2.6.1 非平衡載流子的產(chǎn)生與復(fù)合 48
2.6.2 準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí) 50
2.6.3 載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng) 51
2.6.4 愛(ài)因斯坦關(guān)系式 53
2.6.5 連續(xù)性方程 54
習(xí)題2 55
參考文獻(xiàn) 57
第3章 半導(dǎo)體器件物理基礎(chǔ) 58
3.1 PN結(jié) 58
3.1.1 PN結(jié)的形成 58
3.1.2 平衡PN結(jié) 59
3.1.3 PN結(jié)的正向特性 65
3.1.4 PN結(jié)的反向特性 68
3.1.5 PN結(jié)的擊穿特性 70
3.1.6 PN結(jié)的電容效應(yīng) 72
3.1.7 PN結(jié)的開(kāi)關(guān)特性 74
3.2 雙極型晶體管 75
3.2.1 雙極型晶體管的基本結(jié)構(gòu) 76
3.2.2 雙極型晶體管的電流放大原理 77
3.2.3 雙極型晶體管的直流特性曲線(xiàn) 83
3.2.4 雙極型晶體管的反向電流和擊穿特性 86
3.2.5 雙極型晶體管的頻率特性 88
3.2.6 雙極型晶體管的開(kāi)關(guān)特性 89
3.3 MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管 92
3.3.1 MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管的基本結(jié)構(gòu) 92
3.3.2 MIS結(jié)構(gòu) 94
3.3.3 MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管的直流特性 97
3.3.4 MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管的交流特性 102
3.3.5 MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管的種類(lèi) 106
3.4 集成電路中的器件結(jié)構(gòu) 108
3.4.1 電學(xué)隔離 108
3.4.2 二極管的結(jié)構(gòu) 109
3.4.3 雙極型晶體管的結(jié)構(gòu) 110
3.4.4 MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu) 111
習(xí)題3 112
參考文獻(xiàn) 113
第4章 大規(guī)模集成電路基礎(chǔ) 114
4.1 CMOS反相器 114
4.1.1 直流特性 114
4.1.2 開(kāi)關(guān)特性 115
4.1.3 功耗特性 116
4.1.4 CMOS反相器的版圖 118
4.1.5 基于FinFET結(jié)構(gòu)的反相器 119
4.2 CMOS邏輯門(mén) 121
4.2.1 CMOS與非門(mén)和或非門(mén) 121
4.2.2 等效反相器設(shè)計(jì) 123
4.2.3 其他CMOS邏輯門(mén) 123
4.3 MOS晶體管開(kāi)關(guān)邏輯 129
4.3.1 數(shù)據(jù)選擇器（MUX） 129
4.3.2 多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān) 130
4.4 典型CMOS時(shí)序邏輯電路 131
4.4.1 RS鎖存器 131
4.4.2 D鎖存器和邊沿觸發(fā)器 132
4.4.3 施密特觸發(fā)器 134
4.5 存儲(chǔ)器 135
4.5.1 只讀存儲(chǔ)器（ROM） 136
4.5.2 靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器（SRAM） 138
4.5.3 快閃電擦除可編程只讀存儲(chǔ)器 140
習(xí)題4 141
參考文獻(xiàn) 141
第5章 集成電路制造工藝 142
5.1 平面硅工藝的基本流程 142
5.1.1 集成電路工藝分類(lèi) 142
5.1.2 CMOS集成電路工藝發(fā)展歷史 143
5.1.3 集成電路制造的工藝流程 145
5.1.4 集成電路制造的工序分類(lèi) 149
5.2 硅晶圓的制備 149
5.2.1 硅晶圓制備的基本過(guò)程 150
5.2.2 多晶硅的制備 150
5.2.3 單晶硅的制備 151
5.2.4 單晶硅的后處理 152
5.3 氧化 155
5.3.1 SiO2的結(jié)構(gòu)和參數(shù) 155
5.3.2 SiO2在集成電路中的應(yīng)用 156
5.3.3 熱氧化前清洗 157
5.3.4 熱氧化方法 157
5.3.5 氧化薄膜的質(zhì)量檢測(cè) 159
5.3.6 其他熱處理過(guò)程 160
5.4 光刻 161
5.4.1 光刻的基本要求 161
5.4.2 光刻的基本流程 162
5.4.3 刻蝕工藝 164
5.4.4 光刻膠 166
5.4.5 曝光方式 166
5.4.6 超細(xì)線(xiàn)條光刻技術(shù) 167
5.5 摻雜 169
5.5.1 擴(kuò)散的基本原理 169
5.5.2 擴(kuò)散的主要方法 170
5.5.3 離子注入技術(shù) 171
5.5.4 離子注入設(shè)備 172
5.5.5 離子注入后的退火過(guò)程 174
5.6 金屬化 174
5.6.1 金屬材料 174
5.6.2 金屬的淀積工藝 175
5.6.3 大馬士革工藝 177
5.6.4 金屬硅化物及復(fù)合柵 178
5.6.5 多層互連結(jié)構(gòu) 179
5.7 集成電路封裝 179
5.7.1 減薄與劃片 179
5.7.2 IC封裝概述 180
5.7.3 一級(jí)封裝 181
5.7.4 二級(jí)封裝 182
5.7.5 先進(jìn)封裝技術(shù)介紹 183
習(xí)題5 186
參考文獻(xiàn) 186
第6章 集成電路工藝仿真 188
6.1 TCAD軟件簡(jiǎn)介 188
6.1.1 TCAD仿真原理 188
6.1.2 Silvaco TCAD簡(jiǎn)介 189
6.1.3 TCAD軟件的發(fā)展方向 191
6.2 單步工藝的仿真實(shí)現(xiàn) 192
6.2.1 干法氧化工藝的仿真 192
6.2.2 離子注入工藝的仿真 195
6.3 NMOS器件工藝仿真及器件特性分析 197
6.3.1 NMOS器件工藝仿真 197
6.3.2 NMOS器件電學(xué)特性仿真 205
習(xí)題6 208
參考文獻(xiàn) 208