微电子技术基础
丛 书 名：
集成电路科学与工程系列教材
作 译 者：徐金甫
出 版 日 期：2022-07-01
书 代 号：G0439610
Ｉ Ｓ Ｂ Ｎ：9787121439612
图书简介：
本书较全面地介绍微电子技术领域的基础知识，涵盖了半导体基础理论、集成电路设计方法及制造工艺等。全书共6章，主要内容包括：绪论、半导体物理基础、半导体器件物理基础、大规模集成电路基础、集成电路制造工艺、集成电路工艺仿真等。全书内容丰富翔实、理论分析全面透彻、概念讲解深入浅出，各章末尾均列有习题和参考文献。本书提供配套的电子课件PPT、习题参考答案等。本书可作为高等学校非微电子专业的工科电子信息类专业学生的教材，也可供相关领域的工程技术人员学习、参考。
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配 套 资 源
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图 书 内 容
内容简介
本书较全面地介绍微电子技术领域的基础知识，涵盖了半导体基础理论、集成电路设计方法及制造工艺等。全书共6章，主要内容包括：绪论、半导体物理基础、半导体器件物理基础、大规模集成电路基础、集成电路制造工艺、集成电路工艺仿真等。全书内容丰富翔实、理论分析全面透彻、概念讲解深入浅出，各章末尾均列有习题和参考文献。本书提供配套的电子课件PPT、习题参考答案等。本书可作为高等学校非微电子专业的工科电子信息类专业学生的教材，也可供相关领域的工程技术人员学习、参考。图书详情
ISBN：9787121439612开 本：16(185*260)页 数：220字 数：352本书目录
目 录 第1章 绪论 1 1.1 微电子学和集成电路 1 1.2 集成电路的发展简史 2 1.2.1 第一个晶体管的发明 2 1.2.2 第一块集成电路 3 1.2.3 集成电路蓬勃发展 4 1.2.4 集成电路的发展特点和规律 5 1.3 集成电路的分类 7 1.3.1 按器件结构类型分类 7 1.3.2 按集成电路规模分类 8 1.3.3 按电路功能分类 9 1.4 集成电路设计制造流程和产业构成 10 1.5 微电子学的发展方向 11 1.5.1 后CMOS纳米器件的发展 12 1.5.2 新一代半导体材料 13 1.5.3 微型传感器 14 1.5.4 超越摩尔定律 14 习题1 15 参考文献 15 第2章 半导体物理基础 16 2.1 固体晶格结构 16 2.1.1 半导体材料 16 2.1.2 固体类型 17 2.1.3 空间晶格结构 18 2.1.4 原子价键 19 2.2 固体量子理论初步 20 2.2.1 量子态 20 2.2.2 能级 21 2.2.3 能带理论 22 2.2.4 导体、半导体、绝缘体的能带 24 2.3 半导体的掺杂 24 2.3.1 半导体中的载流子 25 2.3.2 本征半导体 26 2.3.3 杂质半导体及其杂质能级 26 2.3.4 杂质的补偿作用 29 2.4 半导体中载流子的统计分布 30 2.4.1 状态密度 30 2.4.2 热平衡和费米分布函数 31 2.4.3 电子和空穴的平衡分布 33 2.4.4 本征半导体的载流子浓度 35 2.4.5 杂质半导体的载流子浓度 36 2.5 载流子的漂移与半导体的导电性 40 2.5.1 载流子的热运动 40 2.5.2 载流子的漂移运动和迁移率 41 2.5.3 迁移率和半导体的导电性 42 2.5.4 载流子的散射 43 2.5.5 影响迁移率的主要因素 44 2.5.6 电阻率与掺杂浓度、温度的关系 46 2.6 非平衡载流子 48 2.6.1 非平衡载流子的产生与复合 48 2.6.2 准费米能级 50 2.6.3 载流子的扩散运动 51 2.6.4 爱因斯坦关系式 53 2.6.5 连续性方程 54 习题2 55 参考文献 57 第3章 半导体器件物理基础 58 3.1 PN结 58 3.1.1 PN结的形成 58 3.1.2 平衡PN结 59 3.1.3 PN结的正向特性 65 3.1.4 PN结的反向特性 68 3.1.5 PN结的击穿特性 70 3.1.6 PN结的电容效应 72 3.1.7 PN结的开关特性 74 3.2 双极型晶体管 75 3.2.1 双极型晶体管的基本结构 76 3.2.2 双极型晶体管的电流放大原理 77 3.2.3 双极型晶体管的直流特性曲线 83 3.2.4 双极型晶体管的反向电流和击穿特性 86 3.2.5 双极型晶体管的频率特性 88 3.2.6 双极型晶体管的开关特性 89 3.3 MOS场效应晶体管 92 3.3.1 MOS场效应晶体管的基本结构 92 3.3.2 MIS结构 94 3.3.3 MOS场效应晶体管的直流特性 97 3.3.4 MOS场效应晶体管的交流特性 102 3.3.5 MOS场效应晶体管的种类 106 3.4 集成电路中的器件结构 108 3.4.1 电学隔离 108 3.4.2 二极管的结构 109 3.4.3 双极型晶体管的结构 110 3.4.4 MOS场效应晶体管的结构 111 习题3 112 参考文献 113 第4章 大规模集成电路基础 114 4.1 CMOS反相器 114 4.1.1 直流特性 114 4.1.2 开关特性 115 4.1.3 功耗特性 116 4.1.4 CMOS反相器的版图 118 4.1.5 基于FinFET结构的反相器 119 4.2 CMOS逻辑门 121 4.2.1 CMOS与非门和或非门 121 4.2.2 等效反相器设计 123 4.2.3 其他CMOS逻辑门 123 4.3 MOS晶体管开关逻辑 129 4.3.1 数据选择器（MUX） 129 4.3.2 多路转换开关 130 4.4 典型CMOS时序逻辑电路 131 4.4.1 RS锁存器 131 4.4.2 D锁存器和边沿触发器 132 4.4.3 施密特触发器 134 4.5 存储器 135 4.5.1 只读存储器（ROM） 136 4.5.2 静态随机存储器（SRAM） 138 4.5.3 快闪电擦除可编程只读存储器 140 习题4 141 参考文献 141 第5章 集成电路制造工艺 142 5.1 平面硅工艺的基本流程 142 5.1.1 集成电路工艺分类 142 5.1.2 CMOS集成电路工艺发展历史 143 5.1.3 集成电路制造的工艺流程 145 5.1.4 集成电路制造的工序分类 149 5.2 硅晶圆的制备 149 5.2.1 硅晶圆制备的基本过程 150 5.2.2 多晶硅的制备 150 5.2.3 单晶硅的制备 151 5.2.4 单晶硅的后处理 152 5.3 氧化 155 5.3.1 SiO2的结构和参数 155 5.3.2 SiO2在集成电路中的应用 156 5.3.3 热氧化前清洗 157 5.3.4 热氧化方法 157 5.3.5 氧化薄膜的质量检测 159 5.3.6 其他热处理过程 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 刻蚀工艺 164 5.4.4 光刻胶 166 5.4.5 曝光方式 166 5.4.6 超细线条光刻技术 167 5.5 掺杂 169 5.5.1 扩散的基本原理 169 5.5.2 扩散的主要方法 170 5.5.3 离子注入技术 171 5.5.4 离子注入设备 172 5.5.5 离子注入后的退火过程 174 5.6 金属化 174 5.6.1 金属材料 174 5.6.2 金属的淀积工艺 175 5.6.3 大马士革工艺 177 5.6.4 金属硅化物及复合栅 178 5.6.5 多层互连结构 179 5.7 集成电路封装 179 5.7.1 减薄与划片 179 5.7.2 IC封装概述 180 5.7.3 一级封装 181 5.7.4 二级封装 182 5.7.5 先进封装技术介绍 183 习题5 186 参考文献 186 第6章 集成电路工艺仿真 188 6.1 TCAD软件简介 188 6.1.1 TCAD仿真原理 188 6.1.2 Silvaco TCAD简介 189 6.1.3 TCAD软件的发展方向 191 6.2 单步工艺的仿真实现 192 6.2.1 干法氧化工艺的仿真 192 6.2.2 离子注入工艺的仿真 195 6.3 NMOS器件工艺仿真及器件特性分析 197 6.3.1 NMOS器件工艺仿真 197 6.3.2 NMOS器件电学特性仿真 205 习题6 208 参考文献 208展开前 言
前 言 微电子技术是随着集成电路，尤其是超大规模集成电路而发展起来的一门新的技术。微电子技术包括系统电路设计、器件物理、工艺技术、材料制备、自动测试以及封装、组装等一系列专门技术，微电子技术是微电子学中的各项工艺技术的总和。 微电子技术是当代发展最快的技术之一，是电子信息产业的基础和心脏。微电子技术的发展，极大地推动了计算机技术、通信技术、遥测传感技术、航空航天技术、人工智能技术、网络技术和相关产业的快速发展。微电子技术在军事上也有着极广泛的应用，促进了武器装备的更新换代，改变了战争的形态，使现代战争成为信息战、电子战。微电子技术已经成为衡量一个国家科学技术进步和综合国力的重要标志。 集成电路是微电子技术的核心。我国是世界上最大的集成电路市场之一，近年来，我国集成电路进出口数量均一直呈现上升趋势。虽然我国在集成电路设计与制造技术上有较大的进步，但在高端集成电路（特别是10nm以下工艺）方面，还明显处于受制于人的地位。我国政府高度重视集成电路产业的发展，出台了多项政策支持集成电路行业，我国的集成电路产业已经呈现了良好的快速发展趋势。 集成电路产业的发展离不开大量的集成电路设计人才，集成电路设计人才必须掌握微电子技术基础的相关理论和知识。为了进一步加强集成电路基础教学工作，适应高等学校正在开展的课程体系与教学内容改革，培养更多的适应微电子技术发展的综合人才，我们编写了这本教材。 该教材有如下特色： 将半导体物理、半导体器件物理、大规模集成电路基础及集成电路制造工艺等内容融合在一起，力求深入浅出，能够给学生呈现一幅完整的微电子技术基础图景。 在进行器件原理、制造工艺等理论知识介绍的同时，结合半导体工艺和器件仿真软件，详细地讲解器件工艺和电学特性的设计、仿真分析方法，有助于增进学生对理论知识的理解。 注重将微电子技术的最新发展适当地引入教学，保持教学内容的先进性。 本书共6章。第1章为绪论，简要介绍集成电路的相关基本概念、产业结构，以及微电子学的发展史和发展方向。第2章为半导体物理基础，讲述半导体材料的物理状态及半导体中电子的状态和载流子的运动规律。第3章为半导体器件物理基础，讲述主要半导体器件的结构、工作原理、工作特性、寄生参数等。第4章为大规模集成电路基础，主要讲述CMOS单元电路的电路结构、工作原理和版图特征。第5章为集成电路制造工艺，讲述如何将所设计的功能电路制造和转化成一块物理上的集成电路芯片。第6章为集成电路工艺仿真，讲述利用集成电路工艺仿真工具对半导体工艺及器件特性进行仿真和分析。 通过学习本书，你可以： 了解微电子学的发展历史和未来发展趋势。 认识半导体材料的物理状态，以及半导体中电子的状态和载流子的运动规律。 熟悉主要半导体器件的工作原理和工作特性。 使用MOS管搭建一个基本门电路。 认识大规模集成电路版图。 了解集成电路的基本制造流程，掌握核心工艺的基本原理。 掌握半导体器件和工艺的基本仿真方法。 本书语言简明扼要、通俗易懂，具有很强的理论性、专业性和技术性。本书是作者在微电子技术基础课程多年教学的基础上编写而成的。每一章都附有丰富的习题，供学生课后练习以巩固所学知识。 本书可作为高等学校非微电子学专业的工科电子信息类专业学生的教材，也可供相关领域的工程技术人员学习、参考。教学中，可以根据教学对象和学时等具体情况对书中的内容进行删减和组合，参考学时为50～60学时。本书提供配套的电子课件PPT、习题参考答案等，请登录华信教育资源网（www.hxedu.com.cn），注册后免费下载，也可联系本书编辑（010-88254113，wangxq@phei.com.cn）索取。 本书由徐金甫、朱春生、李伟编著，第1章、第5章和第6章由朱春生编写，第2章由朱春生和徐金甫编写，第3章由徐金甫编写，第4章由李伟编写。在本书的编写过程中，南龙梅博士提出了许多宝贵意见。 本书的编写参考了大量近年来出版的相关技术资料，吸取了许多专家和同人的宝贵经验，在此向他们深表谢意。 由于微电子技术发展迅速，作者的水平有限，错误和不当之处在所难免，敬请读者批评指正。 作 者 2022年6月展开作者简介
徐金甫，博士，信息工程大学教授，微电子学与固体电子学硕士研究生导师。长期从事专用集成电路设计方面的教学和科研工作。 -
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