集成电路设计导论（第2版）/微电子与集成电路技术丛书 下载 mobi epub pdf 电子书 2024

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产品特色

集成电路领域相关专业的一本入门教材，主要介绍与集成电路设计相关的基础知识。内容全面、重点突出，叙述深入浅出、通俗易懂，适合用于少学时课程教学。

编辑推荐

　　

本书第一版于2010年出版后，得到了广大读者的良好反馈。鉴于集成电路设计技术的快速发展，有必要更新集成电路设计发展的新动态，同时根据作者授课过程中的体会，以及读者的建议，作者对第一版内容进行了调整，形成了本书的第二版。
　　

作者拥有多年的教学和科研经验，她针对产业需求，以准确精炼的语言，深入浅出、重点突出，为读者提供了通俗易懂的集成电路设计所需的半导体基础理论、设计全流程以及流片制造、封装测试等诸多环节的内容。

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内容简介

　　

本书是集成电路领域相关专业的一本入门教材，主要介绍与集成电路设计相关的基础知识。全书共分10章，以集成电路设计为核心，全面介绍现代集成电路技术。内容主要包括半导体材料与器件物理、集成电路制造技术、典型数字模拟集成电路、现代集成电路设计技术与方法学、芯片的封装与测试等方面的知识。本书主要涉及采用硅衬底、CMOS工艺制造的集成电路芯片技术，同时，简单介绍集成电路发展的趋势。 本书可作为高等院校集成电路、微电子、电子、通信与信息等专业高年级本科生和硕士研究生的教材或相关领域从业人员的参考书籍。

作者简介

?? 罗萍，分别于1990年、1993年获重庆大学自动控制专业工学学士学位、工业自动化工学硕士学位，2004年获电子科技大学电路与系统专业工学博士学位。1993年—2000年在电子科技大学从事电气工程及其自动化方面的教学与科研工作，2001年至今在电子科技大学从事微电子科学与技术方面的科研与教学工作，主要研究方向为功率集成电路的设计与系统应用。其间，2002年8月—2003年2月作为访问学者赴美国佐治亚理工学院学习，主要学习模拟集成电路的分析与设计；2006年3月—2006年6月赴比利时校际微电子研究中心（IMEC）参加了全国模拟集成电路骨干教师培训班的学习。先后指导硕士研究生50余名，主持和参与过包括国家重大专项/国家自然科学基金项目/国家863项目/省、部预研项目、基金项目/与境内外企业的横向合作项目约30项，在国内外核心期刊和IEEE等学术会议上发表论文30余篇，申请中国发明专利11项、实用新型专利3项，已获授权6项。目前主要从事数字辅助功率集成技术及用于节能系统的功率驱动芯片与系统的设计研究工作。??

精彩书评

　　

王志华教授要我为《微电子与集成电路技术丛书》写序，使我联想起了两件往事。第1件： 20世纪70年代(李志坚院士为本丛书写的序言手稿)后期，集成电路由LSI发展到VLSI阶段，当时在国际同行间一个讨论的热点是：“把什么内容和如何把这些内容放到这么一块小小的芯片上去？”即今后芯片上应集成哪些电路和怎么设计集成有如此多电路的芯片？第二件： 在20世纪80年代初，中国电子学会半导体分会（当时叫半导体专业委员会）下成立了集成电路设计专业组（这是我国第1个集成电路方面的学术组织），成立大会暨第1次学术会议在青岛召开，中国电子学会理事长孙俊人出席会议并讲了话，王守武先生（院士）参加了会议，我本人在会上作了一个有关集成存储器的报告，参加会议和作报告的还有黄敞教授、唐璞山教授、夏武颖教授、林雨教授、洪先龙教授、叶以正教授等，记得王守觉先生也在会上作了学术报告。总之，会议开得很热烈、很成功。但参加会议的也就一百人左右，这大概也是当时我国搞集成电路技术的主要队伍。

迄今，这两件事已经过去近30年了，微电子技术已发展到了纳米ULSI阶段，集成电路产品也早已走出了out of the shelf的阶段，即数字电路只有若干标准逻辑门系列、存储器、初级的CPU等，模拟电路只有运放、VCO和滤波器等少数标准产品的阶段，先后经过ASIC、SOC，现今已进入了多核CPU、含射频、模拟与混合信号处理和各种嵌入式模块的SOC时代了。这不仅表明集成电路技术的学术内涵已大大扩展，电路设计技术和设计工具的进步已非当日可比，更反映出微电子技术的强大内在潜力和时代对IC的持续而迫切的需求。同样，根据中国半导体行业协会企业名册，我国有规模的IC设计企业已达到一百几十家，由此估计从业人员应该以万计算了，技术上我们已能独立设计出诸如3G手机核心芯片、嵌入式和高性能的CPU以及高档的保密芯片等产品，这表明我国的集成电路设计产业和技术队伍也有了相应的很大进步。

微电子和集成电路是现代信息技术发展的基石，集成电路产业关系到国家的经济命脉、人民生活品质和国防与国家安全。作为现代主要高科技之一，集成电路技术方面的国际竞争十分激烈： 谁的产品功能强、质量优、推出早、成本低，谁就占领主要市场，为胜者； 谁落后一步，往往会被无情淘汰。夸大一些说，这一竞争往往是“只有第1，没有第二”。微电子和集成电路技术要求的基础知识十分广博，又与众多的高新技术相互交叉。集成电路产品更新换代极其迅速，产品从研制到投产周期日益缩短。这一切都决定了从业人员必须要有极高的业务素质，其中技术人员的基础知识、专业水平，特别是技术团队的创新能力更有决定性的作用。技术人员的知识基础，特别是新知识的补充，越来越重要； 不仅在学校学习很重要，在工作中不断学习、不断充实更有必要。我想，国家集成电路人才培养基地专家委员会支持这套“微电子与集成电路技术丛书”的出版，除了要达到提高在校学生专业课程教学质量的目的外，更有这方面的深层意义。

丛书各分册的内容涵盖了微电子、数字和模拟集成电路的基本原理和技术知识，还包括了RF和数模混合信号处理、嵌入式和高性能处理器、低功耗芯片设计、SOC设计方法学、EDA工具及应用等广泛的现代专门课题内容。选题广阔、全面，符合与时俱进的精神。本丛书由清华大学王志华教授领衔的编委员会组织编写，各册编写者主要是工作在第1线具有一定教学和实际工作经验的年轻学术骨干，同时聘请了一批国内同行中的资深专家为审稿人严格把关。我相信在这样老、中、青三代业内人士的共同努力下，本丛书的内容和质量是有保证的，它的出版一定会对我国集成电路人才培养和现有科技人员素质的提升起到促进作用。我更希望本丛书的编审一定要十分重视学术上的严谨性，并期盼，经过不断完善，至少有部分分册今后能成为教学的精品。
　　
　　

——李志坚

2010年1月10日

　　
　　我曾经说过，每当我拿起笔为年轻学者出版一套丛书或一本书写序的时候，心中总是怀有特别的喜悦，因为这意味着辛勤耕耘后的丰硕收获，也意味着年轻的学者在进步与发展的道路上又迈出了新的一步，所以我总是乐意而为之。

自1958年TI公司的Jack S. Kilby和1959年仙童公司的Robert Noyce发明集成电路和硅平面集成电路以来，50年间，微电子和集成电路技术可谓发展神速，如同摩尔规律（Moore Law）所描述与预期的那样，按存储器算，集成度每18个月翻一番； 就微处理器而言，集成度每两年翻一番； 相应特征尺寸则缩小为上一技术节点的0.7。当前集成电路的集成度已从发明时的12个元件（2个晶体管、2个电容和8个电阻）发展到今天的数十亿个元件。集成电路功能日新月异，而成本迅速降低，微处理器上晶体管的价格每年平均下降约26%。2006年，Intel曾发表了一个很有意味的广告词：“现在一个晶体管的价格大约与报纸上一个印刷字母的价格相当”。这就是说，人们只要买得起报纸，就消费得起集成电路。正因为如此，集成电路已广泛渗透到国民经济、国家安全建设和人民生活的各个领域，其应用的深度和广度远远超过了其他技术，是当代信息社会发展的基石。信息是人类社会三大资源之一，而且是目前利用得很不充分的资源。信息的本质是物质运动过程中的特征，信息技术包括信息的获取、传输、处理、存储、显示和随动执行等一系列的环节，而集成电路从狭义上讲则集信息处理、传输、存储等于一个小小的芯片中； 从广义上讲，集成系统芯片（System on Chip，SOC）则集成了上述诸方面功能于一个芯片上或一个封装内的若干芯片（SiP）中，而这种可靠性高、功耗低的芯片又可以大批量、低成本地生产出来，因而势必大大地提高人们处理信息和应用信息的能力，大大地提高社会信息化的程度。它已如同细胞组成人体一样成为现代工农业、国防装备和家庭耐用消费品不可分割的组成部分。集成电路科学技术的水平和它的产业规模也就理所当然地成为衡量一个国家或地区综合实力的重要标志之一，成为一个具有战略性的基础产业和高新科学技术领域。在过去的50年，在人类科学技术发展的沧海横流中，集成电路已经并正在不断显示其英雄本色。在人类社会步入信息化时代后，特别是在我国走“工业化带动信息化、信息化促进工业化”的具有中国特色的新型工业化道路中，在市场需求和国家中长期科学规划重大专项投入的双重促进下，我国集成电路科技和产业必将得到更多的发展机遇，带来更多的创新。

现代社会的科技竞争，包括微电子与集成电路技术的竞争，归根到底是人才的竞争。得人才者得天下，集人心者集大成，希望在人才。培育人才很重要的工作在于教育，只要人类社会存在，教育就是永恒的主题； 只要人的生命存在，学习就是不竭的任务。不管是学校教育还是在实践基础上的自学进修都需要教材或称之为教本，所谓“教本、教本，乃教学之本”。

集成电路不是直接与消费者见面的最终产品，因而系统应用是使集成电路产生巨大增值的关键环节，而设计是微电子技术和集成电路产业链中接近应用，也就是接近市场的领域，具有巨大的创新与市场空间。50年来集成电路的发展史是需求牵引和科学发现、技术发明推动相结合的历史，是一部技术创新和机制创新的历史。需求牵引往往由市场和系统应用提出，而设计首先就需要面对这种新的需求。一个好的算法、标准和设计往往可以引导市场的发展，为微电子和集成电路开拓一个崭新的领域。因此，《微电子与集成电路技术丛书》首批启动就将重点放在与设计相关的专业课程是十分恰当的。

《微电子与集成电路技术丛书》由国家集成电路人才培养基地专家委员会主持编写，第1批启动16册，第二批将再启动10余册，其内容涵盖了微电子及集成电路领域的主要范畴，尤以设计为主体。由年轻的学科带头人、清华大学王志华教授领衔丛书编委会，参加编写的有30多位年轻的学科带头人和学术骨干，这反映了我国年轻一代学者正在茁壮成长。同时，丛书还邀请了一批治学严谨的年长一代科学家和学者担任审稿工作，在这些学者的名单中我看到了在20世纪80年代就曾共事过的洪先龙教授、吉利久教授、张建人教授等老朋友。我坚信，由年轻学者执笔，由年长一代科学家把关，丛书学术内容的新颖性和严谨性就一定能得到可靠的保证。

这套丛书特别适合于微电子与集成电路专业高年级本科生、研究生阅读，也适合相关领域的工程技术人员作为参考书。我相信，阅读本丛书的学生和科技人员必将受益匪浅。

——王阳元
　　2010年1月5日于北京大学

　　

有一个古老的中国寓言，说的是一个年轻的读书人看到一位仙翁用手指点一下石头，石头就能变成金砖，这是成语“点石成金”的来源。多年后的今天，人们常常只关注到那腐朽化神奇的“一点”而忘了故事寓意中重要的一环，即练得此法术的方法和为此所需要付出的数十年的功德和修为。自1995年我从业以来，就一直惊叹微电子及集成电路是一个多么像“点石成金”的行业，而同时又是一个多么讲究方法，多么需要付出艰苦努力的领域！

多年来我和我在Synopsys公司的同事们一起在国内推广基于逻辑综合的自顶向下的集成电路设计方法，经历了逆向设计解剖版图的初始阶段，那时全国设计业产值不过上亿元人民币，设计企业不过数十家，从业人员以百十计，而现在，中国大陆已是全球特大的集成电路市场，全国设计业产值超过300亿（依然是方兴未艾），设计企业超过500家，从业人员数以万计； 从那时开设集成电路设计课程并装备集成电路设计工具环境的寥寥几所高校，到目前19所院校建有集成电路工程特色专业、20个（含在建）集成电路人才培养基地，约40个大学招收集成电路工程硕士，近50所大学（所、系）配置了我公司的IC设计工具的大学计划包。这真是个天翻地覆的变化。IC设计是个智力密集型、创新密集型的行业。没有高素质、实践型的人才和人才培养支撑体系，就没有持续发展的可能。人才依然是我们发展过程中遇到的瓶颈之一，我们仍然感到缺少一套系统化的、覆盖该领域新技术的微电子及集成电路教材。公司总部有一个教材指导委员会（Curriculum Advisory Board），他们基于多年的研究积累，针对本科生和研究生主持开发了一套微电子及集成电路课程体系，当我了解到相应的教学课程内容后，便立即想到如果以此为参考帮助国内开发一套微电子及集成电路领域的教材和参考书，应该是非常有意义的。此想法得到了时任国家集成电路人才培养基地专家委员会主任委员浙江大学严晓浪教授和委员会副主任委员清华大学王志华教授的赞同，也得到了Synopsys公司全球总裁陈志宽博士的积极支持。一年多后的今天，我们终于见到了这套丛书第1批16本的面世！这是主编王志华教授和30多位编审者们辛勤劳动的成果，也要感谢李志坚院士、王阳元院士这样德高望重的多位业界前辈对丛书编著选题的把握、对方向的关注、对内容的裁夺等。我也非常高兴我的同事和我的公司在这件事情上所做的微薄贡献。

一直以来，参与并推动中国集成电路产业的腾飞是我们的梦想。回望过去，中国每一天都在进步，中国集成电路产业每一年都在成长。世界范围内产业的大迁移、国内市场需求的强劲拉动、有利的产业政策和创业环境，正带给中国集成电路产业发展颇佳的契机。而人才培养是重要的环节和基础，是漫长的付出和努力，是艰辛的孕育和耕耘，是由量变到质变的积累，直到腾飞前的化蛹成蝶。在老中青几代人的共同努力下，相信在不久的将来我们的行业一定会创造出一座座的金山，一定会拥有一大批“点石成金”的手！“长风破浪会有时，直挂云帆济沧海”。我由衷地希望这套丛书的出版可以帮助实现我们共同的心愿，并殷切期待丛书下一批十多本著作的尽早面世！

——潘建岳
　　2009年12月于北京

　　

目录

第1章绪论

1.1集成电路的基本概念

1.1.1集成电路的定义

1.1.2集成电路的发展史

1.1.3集成电路的分类

1.2集成电路的设计与制造流程

1.2.1集成电路的设计流程

1.2.2集成电路制造的基本步骤

1.2.3集成电路工艺技术水平衡量指标

1.3集成电路的发展趋势

1.3.1国际集成电路的发展趋势

1.3.2我国集成电路的发展

复习题

参考文献

第2章集成电路制造

2.1集成电路制造的基本要素

2.1.1集成电路制造的基本要求

2.1.2标准生产线的几大要素

2.2主要制造工艺

2.2.1集成电路制造的基本流程

2.2.2制造集成电路的材料

2.2.3硅片制备

2.2.4氧化

2.2.5淀积

2.2.6光刻

2.2.7刻蚀

2.2.8离子注入

2.3CMOS工艺流程

2.3.1基本工艺流程

2.3.2闩锁效应及其预防措施

复习题

参考文献

第3章MOSFET

3.1MOSFET的结构与特性

3.1.1MOSFET结构

3.1.2MOSFET电流�驳缪固匦�

3.1.3MOSFET开关特性

3.2短沟道效应

3.2.1载流子速率饱和及其影响

3.2.2阈值电压的短沟道效应

3.2.3迁移率退化效应

3.3按比例缩小理论

3.4MOSFET电容

3.5MOS器件小信号模型

3.6MOS器件SPICE模型

3.6.1LEVEL 1模型

3.6.2LEVEL 2模型

3.6.3LEVEL 3模型

复习题

参考文献

第4章基本数字集成电路

4.1CMOS反相器

4.1.1CMOS反相器结构与工作原理

4.1.2静态特性

4.1.3动态特性

4.1.4功耗

4.1.5CMOS环形振荡电路

4.2典型组合逻辑电路

4.2.1带耗尽型NMOS负载的MOS逻辑电路

4.2.2CMOS逻辑电路

4.2.3CMOS传输门

4.3典型CMOS时序逻辑电路

4.3.1RS锁存器

4.3.2D锁存器和边沿触发器

4.3.3施密特触发器

4.4扇入扇出

4.5互联线电容与延迟

4.6存储器

4.6.1存储器的结构与ROM阵列

4.6.2静态存储器SRAM

4.6.3动态存储器DRAM

复习题

参考文献

第5章模拟集成电路基础

5.1模拟集成电路种类及应用

5.1.1运算放大器

5.1.2A/D、D/A转换器

5.1.3RF集成电路

5.1.4功率集成电路

5.2单管放大电路

5.2.1共源极放大器

5.2.2共射极放大器

5.2.3共漏极放大器(源随器)

5.2.4共集电极放大器(射随器)

5.2.5共栅极放大器

5.2.6共基极放大器

5.3多管放大电路

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