集成电路设计CAD/高职高专“十二五”电子信息类专业规划教材（微电子技术专业） pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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赵丽芳 编

图书标签:

• 集成电路设计
• CAD
• 微电子技术
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• 电子信息
• 教材
• 十二五规划
• 模拟电路
• 数字电路
• EDA工具

出版社： 机械工业出版社

ISBN：9787111446132

版次：1

商品编码：11386119

品牌：机工出版

包装：平装

丛书名： 高职高专“十二五”电子信息类专业规划教材·微电子技术专业

开本：16开

出版时间：2014-01-01

用纸：胶版纸

页数：209

字数：331000

正文语种：中文

内容简介

　　《集成电路设计CAD/高职高专“十二五”电子信息类专业规划教材（微电子技术专业）》内容主要分为两部分，一是运用硬件描述语言VHDL设计各种功能电路；二是运用Tanner公司的EDA工具完成从电路图设计到最终版图的实现。全书采用实际案例的方式，将理论知识融合到实际案例中，突出知识内容的实用性与综合性，实例讲解由基本单元到具体项目，功能介绍由简单到复杂，同时注重培养学生的动手实践能力，注重学生的可持续发展和再发展。《集成电路设计CAD/高职高专“十二五”电子信息类专业规划教材（微电子技术专业）》适合高职高专微电子技术专业的学生使用，也可作为其他电子信息类专业学生的自学参考用书。

内页插图

目录

前言
第1章 集成电路设计CAD概述
1.1 高层次设计流程概述
1.2 用Tanner设计IC的流程
习题
第2章 VHDL程序设计
2.1 VHDL概述
2.2 VHDL数据类型
2.3 VHDL的基本语句
2.3.1 顺序语句
2.3.2 并行语句
2.4 VHDL程序设计描述方式
2.5 子程序
2.6 仿真和综合工具
2.6.1 仿真工具ModelSim
2.6.2 综合工具ISEDesign
2.7 组合电路设计
2.8 时序逻辑电路设计
2.9 杂数字电路设计
习题
第3章 原理图输入方式
3.1 SEdit基础
3.2 建立元器件符号
3.3 设计简单逻辑电路
习题
第4章SPICE仿真
4.1 TSpice基础
4.2 瞬时分析
4.3 直流分析
4.3.1 MOS管直流分析
4.3.2 反相器直流分析
习题
第5章 基本电路设计
5.1 与非门设计
5.2 全加器设计
5.2.1 一位全加器设计
5.2.2 四位全加器设计
习题
第6章 版图设计
6.1 工艺基础
6.2 TCell设计基础
6.2.1 TCell绘制基本图形
6.2.2 基于TCell的PMOS管版图设计
6.2.3 基于TCell的NMOS管版图设计
6.3 CMOS反相器的版图设计与仿真
6.4 版图与电路图一致性检查
6.5 标准单元的版图设计
6.6 四位全加器的SPR操作
6.7 全加器的BPR操作
习题
参考文献

前言/序言

《半导体器件物理与制造工艺》 内容简介 本书深入浅出地剖析了构成现代集成电路基石的半导体器件的物理原理，并系统地介绍了制造这些器件所涉及的关键工艺流程。全书旨在为读者构建一个扎实的半导体器件理论基础，并使其了解集成电路产业从原材料到最终芯片的转化过程，为后续深入学习集成电路设计、制造或应用打下坚实基础。 第一部分：半导体器件物理基础 本部分将从微观世界出发，揭示半导体材料的独特性质以及由此产生的各种器件的运行机理。 第一章：半导体基础理论 晶体结构与能带理论： 详细介绍硅、锗等常见半导体材料的晶体结构，如金刚石立方结构。深入阐述能带理论，解释了导带、价带、禁带宽度等概念，以及它们如何决定材料的导电性质。区分了导体、绝缘体和半导体的能带结构差异。 载流子统计： 讲解了本征半导体和杂质半导体的载流子浓度及其温度依赖性。详细介绍费米-狄拉克统计及其在不同温度下的近似，如玻尔兹曼近似。分析了杂质掺杂对载流子浓度的影响，以及如何通过控制掺杂浓度来调节半导体的导电类型（N型和P型）。 载流子输运现象： 阐述了电子和空穴在电场作用下的漂移运动，以及其迁移率的概念。详细解释了温度、杂质浓度、电场强度等因素对迁移率的影响。深入介绍载流子的扩散运动，以及浓度梯度如何驱动载流子迁移。公式推导与实例分析相结合，加深读者对这些基本概念的理解。 第二章：PN结及其特性 PN结的形成与能带图： 详述PN结的形成过程，包括PN结的势垒、内建电场和扩散电位。通过能带图来直观地展示PN结形成时的能量关系变化。 PN结的伏安特性： 深入分析PN结在正向偏压和反向偏压下的电流-电压（I-V）特性。详细推导理想PN结的正向和反向电流公式，并解释了实际PN结中的漏电流、击穿机制（如雪崩击穿和齐纳击穿）。 PN结的电容效应： 解释PN结中的结电容（势垒电容）和扩散电容。分析了结电容与偏压的关系，以及扩散电容与注入载流子浓度的关系。这些电容效应在高速器件中尤为重要。 PN结的应用： 简要介绍PN结作为二极管、晶闸管等基本电子器件的应用，为理解更复杂的器件奠定基础。 第三章：双极结型晶体管（BJT） BJT的结构与工作原理： 详细介绍NPN和PNP型BJT的结构，包括发射区、基区和集电区。阐述BJT在放大区、饱和区和截止区的工作原理，重点讲解了基区载流子注入、少数载流子扩散和复合等过程。 BJT的电流放大作用： 解释BJT的电流增益（$eta$）的物理意义，并推导其表达式。分析了$eta$受温度、基区宽度、复合率等因素的影响。 BJT的输出特性与输入特性： 绘制并分析BJT的输出特性曲线（集电极电流$I_C$与集电极-发射极电压$V_{CE}$的关系，以基极电流$I_B$为参数）和输入特性曲线（基极电流$I_B$与基极-发射极电压$V_{BE}$的关系，以$V_{CE}$为参数）。 BJT的等效电路模型： 介绍混合-π模型和T型模型，以及如何用它们来分析BJT的交流和小信号放大特性。 BJT的少数应用： 简述BJT在放大电路、开关电路中的基本应用。 第四章：场效应晶体管（FET） FET的基本概念： 介绍FET的工作原理，即通过电场来控制沟道中的载流子浓度，从而控制漏极电流。 结型场效应晶体管（JFET）： 详细介绍JFET的结构（N沟道和P沟道），以及其夹断电压、跨导等参数。分析其输出特性曲线。 金属-氧化物-半导体场效应晶体管（MOSFET）： MOSFET的结构与类型： 重点介绍MOSFET的NMOS和PMOS结构，包括衬底、栅极、源极和漏极。讲解增强型和耗尽型MOSFET的工作原理。 MOSFET的阈值电压： 深入分析阈值电压的物理意义，以及氧化层厚度、掺杂浓度等因素对其的影响。 MOSFET的工作区域： 详细描述MOSFET的截止区、线性区（或称为欧姆区）和饱和区。推导各区域的漏极电流公式。 MOSFET的跨导与输出电阻： 分析MOSFET的跨导（$g_m$）和输出电阻（$r_o$）的概念及其影响因素。 MOSFET的电容模型： 介绍MOSFET中的栅-源电容、栅-漏电容和栅-衬底电容，以及它们在动态电路分析中的重要性。 FET与BJT的比较： 对比BJT和FET的特性，如输入阻抗、速度、功耗等，阐述它们各自的优势和适用场景。 第二部分：集成电路制造工艺 本部分将带领读者了解将这些半导体器件转化为集成电路的复杂而精密的制造流程。 第五章：硅材料的制备与晶圆制造 高纯硅的制备： 介绍从石英砂中提取多晶硅的过程，包括化学气相沉积（CVD）等方法。 单晶硅的生长： 详细讲解直拉法（CZ法）和区域熔炼法（FZ法）等生长单晶硅棒的技术，以及如何控制晶体取向和杂质含量。 晶圆的切割与抛光： 介绍如何将硅棒切割成薄片（晶圆），以及通过研磨、化学机械抛光（CMP）等工艺获得高平整度、高洁净度的晶圆表面。 第六章：微电子器件的制造工艺流程 氧化工艺： 讲解湿氧化和干氧化在高温炉中进行的原理，以及氧化层的厚度控制对器件性能的影响。介绍氧化层作为绝缘层和掩模层的关键作用。 光刻工艺（Photolithography）： 光刻的基本原理： 详细介绍光刻胶的涂覆、曝光、显影等步骤，以及掩模版（Mask）的作用。 曝光技术： 介绍接触式光刻、接近式光刻和投影式光刻，以及它们的特点和分辨率限制。 先进光刻技术： 简述深紫外（DUV）光刻、极紫外（EUV）光刻等技术在实现更小特征尺寸中的作用。 刻蚀工艺（Etching）： 湿法刻蚀： 介绍使用化学溶液进行各向同性刻蚀的原理和应用。 干法刻蚀： 重点介绍等离子体刻蚀（如反应离子刻蚀RIE）的原理，它能实现高选择性、高方向性的各向异性刻蚀，是制造微细结构的关鍵。 薄膜沉积工艺（Thin Film Deposition）： 物理气相沉积（PVD）： 介绍溅射和蒸发等技术，用于沉积金属导电层和部分介质层。 化学气相沉积（CVD）： 详细介绍低压CVD（LPCVD）、等离子体增强CVD（PECVD）等技术，用于沉积多晶硅、氮化硅、二氧化硅等功能薄膜。 离子注入与扩散（Ion Implantation & Diffusion）： 离子注入： 介绍使用离子注入机将特定杂质离子注入到半导体材料中，以实现精确的掺杂。讲解注入能量、剂量、角度等参数的控制。 扩散： 介绍在高温下通过原子热运动实现杂质的区域性扩散，这是早期掺杂的主要方法。 第七章：互连技术与封装 金属互连： 介绍常用的金属互连材料（如铝、铜）的沉积和图案化工艺，以及它们在多层金属布线中的应用。 通孔（Via）技术： 讲解如何通过刻蚀和填充金属来形成不同层金属之间的连接。 芯片封装： 封装的目的与分类： 介绍封装的作用（保护芯片、提供电气连接、散热等），以及常见的封装类型（如DIP、SOP、QFP、BGA等）。 引线键合（Wire Bonding）： 介绍如何使用金丝或铝丝将芯片上的引脚连接到封装的引线框上。 倒装芯片（Flip-Chip）技术： 介绍将芯片表面焊球直接与基板连接的技术，具有寄生参数小、可靠性高等优点。 测试与可靠性： 简要介绍芯片在封装前后的电学测试和可靠性测试的重要性。 第八章：现代集成电路制造挑战与发展趋势 微缩化挑战： 讨论随着工艺节点的不断缩小，光刻分辨率、材料极限、功耗密度等面临的挑战。 新材料与新结构： 介绍高介电常数（High-k）栅介质、金属栅、FinFET、GAAFET（Gate-All-Around FET）等新型材料和器件结构的应用。 先进封装技术： 展望三维集成、扇出型封装等先进封装技术的发展趋势。 绿色制造与可持续发展： 探讨在集成电路制造过程中如何减少环境影响，实现可持续发展。 学习目标 通过学习本书，读者将能够： 1. 深刻理解半导体材料的基本物理特性。 2. 掌握PN结、BJT和FET等基本半导体器件的工作原理。 3. 熟悉集成电路制造过程中的主要工艺步骤，如光刻、刻蚀、薄膜沉积等。 4. 了解半导体器件的性能参数及其影响因素。 5. 初步认识集成电路的制造流程及其面临的技术挑战。 本书内容严谨，逻辑清晰，配以丰富的图示和必要的公式推导，旨在为有志于从事集成电路设计、制造、测试及相关领域的读者提供系统、深入的理论知识和实践基础。

评分☆☆☆☆☆

作为一名即将步入职场的高职生，我最看重的就是教材的实用性和前沿性。这本书在这一点上做得相当出色。它没有拘泥于过时的技术和方法，而是紧密结合了当前集成电路设计领域的主流工具和工艺。书中对一些业界普遍使用的EDA软件的介绍，例如Synopsys、Cadence、Mentor Graphics等，都非常到位。它不仅讲解了这些工具的基本操作，更重要的是，它教会了我们如何根据不同的设计需求，选择合适的工具和设置，以及如何利用这些工具进行有效的调试和优化。书中的许多例子，都是来源于实际的工程项目，这让我能够将学到的知识与未来的工作岗位紧密联系起来，增强了职业自信。此外，书中对一些新兴的设计技术和趋势也有所提及，这让我能够保持对行业发展的敏感度，为我未来的职业发展打下坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

坦白说，在我决定深入学习集成电路设计CAD之前，我对这个领域充满了迷茫。感觉它像是被一层厚厚的迷雾笼罩着，望而却步。然而，这本书的出现，就像一盏明灯，照亮了前行的道路。它没有一开始就抛出晦涩难懂的理论，而是从最基础的概念讲起，循序渐进，让我能够逐步建立起对整个知识体系的认知。尤其让我印象深刻的是，书中对于如何将理论知识转化为实际设计操作的讲解，是极为细致和到位的。例如，在讲解逻辑综合时，它不仅说明了综合的目标，更重要的是，它展示了如何在CAD工具中设置综合的约束条件，以及如何分析综合后的结果，包括门级网表、时序报告等。这种实践导向的教学模式，让我能够更直观地理解理论的价值，并学会如何运用这些知识去解决实际的设计问题。它让我不再是纸上谈兵，而是真正地迈向了“动手实践”的阶段。

评分☆☆☆☆☆

这本书的到来，无疑是给像我这样，正致力于在微电子技术领域深耕的高职高专学生，注入了一剂强心针。在接触这本书之前，我对集成电路设计CAD这个概念，更多的是停留在一些模糊的理论和零散的知识点上。总觉得这是一个高深莫测、离我们实际操作很遥远的领域，但这本书的出现，彻底改变了我的看法。它以一种极其友好的方式，将复杂的CAD工具和流程，分解成了一步步清晰可辨的教学环节。书中对不同EDA（电子设计自动化）工具的介绍，不仅仅是简单的罗列功能，而是深入浅出地阐述了它们在实际设计中的应用场景和核心优势，比如在逻辑综合、布局布线、时序分析等关键步骤中，是如何通过这些工具来提高效率和精度的。我尤其欣赏书中通过大量实例来演示操作过程，那些清晰的截图和详细的步骤说明，让我即使是初次接触，也能大致理解其逻辑和操作方法，仿佛身边就有一位耐心的老师在手把手地指导。这极大地增强了我学习的信心和动力，也让我对接下来的学习内容充满了期待。

评分☆☆☆☆☆

老实说，在拿到这本书之前，我对于“集成电路设计CAD”的理解，更多的是停留在“软件工具”的层面，想象中大概就是点点鼠标、填填参数就能完成的事情。然而，这本书的深入解读，让我意识到了CAD系统背后更为宏观的设计理念和工程流程。它不仅仅是教我们如何使用某个软件，更是引导我们去理解集成电路设计是一个从概念到物理实现的完整、严谨的系统工程。书中对整个设计流程的梳理，从前端的逻辑设计、功能验证，到后端的物理实现、版图设计，再到最后的流片前的各项检查，都进行了详尽的阐述。这种体系化的讲解，让我能够清晰地把握整个集成电路设计的脉络，明白每一个环节的目的和相互之间的关联。特别是对于一些理论性较强的概念，比如时序收敛、功耗优化等，书中都结合CAD工具的应用，给出了非常生动且易于理解的解释，让我不再觉得这些是遥不可及的理论，而是可以被工具所驱动、被工程所实现的具体任务。

评分☆☆☆☆☆

这本书的另一大亮点在于其深入浅出的讲解方式。对于像我这样，可能在某些基础理论方面稍显薄弱的学生来说，能够理解并掌握集成电路设计CAD这样复杂的专业知识，本身就是一个挑战。然而，这本书通过大量图文并茂的示例，将抽象的概念具象化，使得学习过程变得生动有趣。它不仅仅是枯燥的文字描述，而是通过实际的电路图、版图示意图、以及CAD软件操作界面截图，一步步引导读者完成设计任务。我特别喜欢书中对于一些关键设计步骤的详细分解，比如在进行功能仿真时，如何编写测试平台，如何分析仿真结果；在进行布局布线时，如何权衡面积、功耗和时序等多个指标。这些细致的指导，让我能够克服学习过程中的种种困难，逐步建立起对集成电路设计流程的信心和成就感。