第1章　绪论	1
1.1　半导体器件的发展历程	1
1.1.1  晶体管的发展历程	1
1.1.2  半导体存储器的发展历程	3
1.1.3  微处理器的发展历程	4
1.1.4  我国集成电路产业的发展历程	6
1.2　集成电路的发展历程	7
1.2.1  集成电路的概念	7
1.2.2  集成电路制造的流程	9
1.2.3  集成电路产业	10
1.3　微电子学的特点	11
第2章　半导体物理基础	13
2.1　半导体的概念	13
2.1.1  半导体材料	13
2.1.2  半导体的基本类型	14
2.1.3  半导体的原子价键	16
2.2　半导体能带理论	17
2.2.1  孤立原子的电子能量	17
2.2.2  自由空间和晶体的电子能量	17
2.2.3  绝缘体、半导体和导体的能带	18
2.2.4  半导体的电子有效质量	19
2.3　半导体中的载流子分布规律	20
2.3.1  状态密度	20
2.3.2  载流子的统计分布	22
2.3.3  导带的电子浓度和价带的空穴浓度	23
2.3.4  本征半导体和杂质半导体的载流子浓度	23
2.4　半导体输运	26
2.4.1  载流子的漂移运动	26
2.4.2  掺杂浓度和温度对迁移率和电阻率的影响	28
2.4.3  非平衡载流子和复合	30
2.4.4  载流子的扩散运动	31
2.4.5  爱因斯坦关系	32
第3章　半导体器件基础	35
3.1　PN结	35
3.1.1  平衡状态下的PN结	35
3.1.2  PN结的单向导电性	40
3.1.3  非平衡状态下的PN结	40
3.1.4  PN结的击穿	44
3.1.5  PN结的应用	46
3.2　金属-半导体接触	48
3.2.1  金属-半导体接触的能带图	49
3.2.2  界面态对肖特基势垒的影响	52
3.2.3  镜像力对肖特基势垒的影响	53
3.2.4  金属-半导体接触整流理论	54
3.2.5  肖特基二极管与PN结二极管的比较	56
3.2.6  欧姆接触	56
3.3　半导体异质结	57
3.3.1  半导体异质结的能带结构	57
3.3.2  平衡状态下半导体异质结的特性	61
3.3.3  半导体异质结的电流-电压特性及注入特性	65
3.3.4  半导体异质结量子阱结构与应变异质结结构	72
3.4　双极晶体管	74
3.4.1  双极晶体管的基本结构	74
3.4.2  双极晶体管的工作原理	76
3.4.3  双极晶体管的非理想效应	79
3.4.4  双极晶体管的击穿特性	81
3.4.5  双极晶体管的频率响应	82
3.4.6  双极晶体管的制备工艺	84
3.5　MOS管	85
3.5.1  MOS管的基本结构——MOS电容	85
3.5.2  MOS管的分类	90
3.5.3  MOS管的工作原理	91
3.5.4  MOS管的非理想效应	94
3.5.5  MOS管等比例缩小规则	98
3.5.6  CMOS工艺的简述	99
第4章　半导体工艺	104
4.1　硅平面工艺类型	104
4.2　氧化工艺	106
4.2.1  二氧化硅薄膜的概述	106
4.2.2  硅的热氧化	107
4.3　掺杂工艺	108
4.3.1  扩散工艺	108
4.3.2  离子注入工艺	110
4.4　半导体薄膜制备工艺	111
4.4.1  薄膜沉积	111
4.4.2  薄膜沉积的方法	112
4.4.3  半导体薄膜材料	112
4.5　外延工艺	113
4.5.1  外延生长的简介	113
4.5.2  硅外延生长的基本原理	113
4.5.3  外延生长中的自掺杂	113
4.5.4  外延工艺的设备	114
4.6　光刻工艺与刻蚀工艺	115
4.6.1  光刻工艺与刻蚀工艺的简介	115
4.6.2  光刻工艺的原理	115
4.6.3  光刻工艺的发展	116
4.6.4  刻蚀工艺	116
4.7　集成电路的测试技术与封装技术	117
4.7.1  集成电路的测试技术	117
4.7.2  集成电路的封装技术	120
第5章　集成电路设计基础	124
5.1　集成电路的设计流程	124
5.1.1  集成电路的设计特点	124
5.1.2  模拟集成电路的设计流程	125
5.1.3  数字集成电路的设计流程	127
5.2　集成电路版图的设计方法及设计规则	128
5.2.1  版图的设计方法	128
5.2.2  版图的设计规则	132
5.2.3  版图设计中的失配问题	134
5.3　EDA工具	137
5.3.1  EDA技术的发展	137
5.3.2  集成电路设计的EDA工具	137
5.3.3  器件设计TCAD软件	138
5.4　专用集成电路设计及SoC设计	140
5.4.1  专用集成电路设计	140
5.4.2  SoC设计	142
第6章　数字集成电路	144
6.1　组合逻辑电路	144
6.1.1  逻辑门和布尔代数	144
6.1.2  布尔代数和逻辑门的化简	145
6.1.3  布尔代数到晶体管原理图的转换	146
6.2　时序逻辑电路	147
6.2.1  CMOS锁存器	147
6.2.2  边沿触发的存储元件	149
6.2.3  边沿触发器的时序规则	151
6.2.4  D-FF在集成电路中的应用	152
6.2.5  时钟产生电路	153
6.3　存储器电路	155
6.3.1  存储器电路的结构	156
6.3.2  存储单元	157
6.3.3  内存解码器	158
6.3.4  读操作	161
6.3.5  写操作	161
6.3.6  DRAM	162
6.4　HDL与FPGA	164
6.4.1  HDL	164
6.4.2  PLC	165
6.4.3  高级可编程逻辑电路——FPGA	170

第7章　模拟集成电路	172
7.1　基本电流镜和放大电路	172
7.1.1  简单CMOS电流镜	172
7.1.2  共源放大器	174
7.1.3  源极跟随器	175
7.1.4  共栅放大器	176
7.1.5  源极负反馈的电流镜	178
7.1.6  高输出阻抗的电流镜	180
7.1.7  共源共栅增益级	181
7.2　比较器	183
7.2.1  运放比较器	183
7.2.2  电荷注入效应	185
7.2.3  锁存比较器	191
7.2.4  CMOS和BiCMOS比较器的例子	194
7.3　数字转换器的原理	199
7.3.1  理想D/A转换器	199
7.3.2  理想A/D转换器	200
7.3.3  量化噪声	201
7.3.4  符号编码	204
7.3.5  性能限制	204
第8章　新型材料与器件	208
8.1　后摩尔器件	208
8.1.1  摩尔定律及低功耗的概念	208
8.1.2  SOI器件	210
8.1.3  FinFET	212
8.1.4  TFET	216
8.1.5  NCFET	218
8.2　二维材料及器件	220
8.2.1  二维材料的概念	220
8.2.2  二维材料的制备	222
8.2.3  二维材料器件	225
8.3　柔性电子器件	229
8.3.1  柔性电子技术的概念	229
8.3.2  柔性电子制备技术	230
8.3.3  柔性电子器件及其应用	235
第9章　微电子与光电信息	239
9.1　太阳能电池与光伏产业	239
9.1.1  太阳能	239
9.1.2  太阳能电池的基本原理	240
9.1.3  染料敏化太阳能电池	242
9.1.4  钙钛矿太阳能电池	244
9.2　光电探测器	247
9.2.1  光电探测器的概述	247
9.2.2  光电探测器的分类及性能参数	249
9.2.3  石墨烯光电探测器	250
9.2.4  氧化镓光电探测器	251
9.3　发光二极管	252
9.3.1  电光源基础知识	252
9.3.2  LED定义	253
9.3.3  LED重要参数和测试方法	255
9.4　光通信	256
9.4.1  光通信的概述	256
9.4.2  VLC系统的组成	258
第10章　微电子与航空航天	261
10.1　航空微电子系统的概述	261
10.1.1  航空电子系统	261
10.1.2  航空微电子	266
10.1.3  航空微电子的特征	269
10.1.4  航空计算系统	271
10.2　抗辐射集成电路与加固技术	275
10.2.1  抗辐射集成电路	275
10.2.2  加固技术	279
10.3　航空专用集成电路	285
10.3.1  存储器	285
10.3.2  核心处理器	287
10.3.3  协处理器	288

第11章　微电子与智能生物	292
11.1　神经形态器件与人工智能芯片	292
11.2　智能生物传感器	294
11.2.1  生物传感器	294
11.2.2  智能可穿戴生物传感器的应用	296
11.3　微流控芯片技术	298
11.3.1  基于微流控的即时诊断	298
11.3.2  细胞操控和材料合成微流控芯片	299
参考文献	302