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第一章 绪论1

1.1晶体管的发明4

1.2集成电路的发展历史7

1.3集成电路的分类9

1.3.1按器件结构类型分类9

1.3.2按集成电路规模分类10

1.3.3按结构形式分类10

1.3.4按电路功能分类11

1.3.5集成电路的分类小结12

1.4微电子学的特点13

第二章 半导体物理和器件物理基础15

2.1半导体及其基本特性15

2.1.1金属-半导体-绝缘体15

2.1.2半导体的掺杂17

2.2半导体中的载流子17

2.2.1半导体中的能带17

2.2.2多子和少子的热平衡21

2.2.3电子的平衡统计规律23

2.3半导体的电导率和载流子输运26

2.3.1迁移率27

2.3.2过剩载流子31

2.4 pn结33

2.4.1平衡pn结34

2.4.2 pn结的正向特性36

2.4.3 pn结的反向特性37

2.4.4 pn结的击穿39

2.4.5 pn结的电容41

2.5双极晶体管43

2.5.1双极晶体管的基本结构43

2.5.2晶体管的电流传输44

2.5.3晶体管的电流放大系数47

2.5.4晶体管的直流特性曲线48

2.5.5晶体管的反向电流与击穿电压51

2.5.6晶体管的频率特性52

2.6 MOS场效应晶体管53

2.6.1 MOS场效应晶体管的基本结构54

2.6.2 MIS结构55

2.6.3 MOS场效应晶体管的直流特性58

2.6.4 MOS场效应晶体管的种类61

2.6.5 MOS场效应晶体管的电容62

第三章 大规模集成电路基础65

3.1半导体集成电路概述65

3.2 CMOS集成电路基础67

3.2.1集成电路中的MOSFET67

3.2.2 MOS数字集成电路68

3.2.3 CMOS集成电路72

3.3半导体存储器集成电路75

3.3.1存储器的种类和基本结构75

3.3.2随机存取存储器（RAM）77

3.3.3掩模只读存储器（ROM）78

3.3.4可编程只读存储器PROM79

第四章 集成电路制造工艺81

4.1材料膜的生长——化学气相淀积（CVD）82

4.1.1化学气相淀积方法82

4.1.2单晶硅的化学气相淀积（外延）83

4.1.3二氧化硅的化学气相淀积84

4.1.4多晶硅的化学气相淀积84

4.1.5氮化硅的化学气相淀积85

4.1.6金属有机物化学气相淀积（MOCVD）85

4.2二氧化硅材料的特有生长方法——氧化85

4.2.1 SiO2的性质及其作用85

4.2.2热氧化形成SiO2的机理86

4.2.3氧化形成SiO2的方法87

4.3材料膜的生长——物理气相淀积89

4.4向衬底材料的图形转移——光刻90

4.4.1光刻工艺简介90

4.4.2几种常见的光刻方法91

4.4.3超细线条光刻技术92

4.5材料膜的选择性去除——刻蚀93

4.6扩散与离子注入95

4.6.1扩散95

4.6.2扩散工艺96

4.6.3离子注入98

4.6.4离子注入原理99

4.6.5退火100

4.7接触与互连101

4.7.1 CMP（化学机械抛光）101

4.7.2 Cu互连的大马士革工艺102

4.7.3难熔金属硅化物栅及其复合结构102

4.7.4多层互连104

4.8隔离技术105

4.9 MOS集成电路工艺流程108

4.10集成电路工艺小结111

第五章 半导体材料114

5.1引言114

5.2半导体材料基础115

5.2.1材料的晶体结构115

5.2.2化学键和固体的结合118

5.2.3能带论121

5.2.4晶体的缺陷121

5.2.5晶体的掺杂125

5.3衬底材料125

5.3.1 Si材料125

5.3.2 GeSi材料126

5.3.3应变Si材料127

5.3.4 SOI材料128

5.3.5 GaN材料129

5.4栅结构材料130

5.4.1栅电极材料130

5.4.2栅绝缘介质材料130

5.5源漏材料133

5.6存储电容材料134

5.6.1 DRAM存储电容材料135

5.6.2闪速存储器（Flash）136

5.6.3非挥发性铁电存储器（FeRAM）137

5.6.4磁随机存储器（MRAM）140

5.6.5相变存储器（PCRAM）141

5.6.6电阻式存储器（RRAM）143

5.7互连材料145

第六章 集成电路设计151

6.1集成电路的设计特点与设计信息描述151

6.1.1设计特点151

6.1.2设计信息描述153

6.2集成电路的设计流程155

6.2.1功能设计157

6.2.2逻辑与电路设计158

6.2.3版图设计159

6.3集成电路的版图设计规则161

6.3.1以λ为单位的设计规则161

6.3.2以μm为单位的设计规则163

6.4集成电路的设计方法165

6.4.1集成电路的设计方法选择165

6.4.2全定制设计方法166

6.4.3标准单元设计方法（SC方法）和积木块设计方法（BBL方法）167

6.4.4门阵列设计方法（GA方法）173

6.4.5可编程逻辑电路设计方法177

6.5几种集成电路设计方法的比较183

6.6可测性设计技术185

6.7集成电路设计举例187

第七章 集成电路设计的EDA系统194

7.1集成电路设计的EDA系统概述194

7.2高层级描述与模拟195

7.2.1 VHDL195

7.2.2 Verilog199

7.3综合200

7.4逻辑模拟201

7.4.1逻辑模拟的基本概念和作用201

7.4.2逻辑模拟模型201

7.5电路模拟203

7.5.1电路模拟的基本概念203

7.5.2电路模拟的基本功能204

7.5.3电路模拟软件的基本结构205

7.6时序分析207

7.7版图设计的EDA工具及制版208

7.7.1版图设计的基本概念208

7.7.2版图的自动设计209

7.7.3版图的半自动设计210

7.7.4版图的人工设计211

7.7.5版图检查与验证211

7.7.6制版213

7.7.7版图数据交换的格式214

7.8器件模拟214

7.8.1器件模拟的基本概念214

7.8.2器件模拟的基本原理215

7.8.3器件模拟的基本功能及所用模型215

7.8.4器件模拟的输入文件217

7.9工艺模拟220

7.9.1工艺模拟的基本概念220

7.9.2工艺模拟的基本内容221

7.10计算机辅助测试（CAT）技术221

7.10.1故障模型222

7.10.2测试向量生成223

7.10.3故障模拟和故障诊断224

第八章 系统芯片（SOC）设计226

8.1系统芯片的基本概念和特点227

8.2 SOC设计过程230

8.3 SOC关键技术及目前面临的主要问题231

8.3.1软硬件协同设计231

8.3.2 IP复用技术232

8.3.3 SOC验证235

8.3.4 SOC测试237

8.3.5 SOC的物理设计考虑240

8.3.6 FPGA SOC240

8.4 SOC的发展趋势241

第九章 光电子器件244

9.1固体中的光吸收和光发射244

9.1.1固体中的光吸收过程245

9.1.2固体中的光发射过程246

9.2半导体发光二极管248

9.2.1半导体发光二极管的工作原理249

9.2.2半导体发光二极管的材料251

9.2.3半导体发光二极管的结构254

9.3半导体激光器255

9.3.1半导体激光器的工作原理255

9.3.2半导体激光器的结构和特性258

9.4光电探测器259

9.4.1基本的光电效应260

9.4.2光电导探测器261

9.4.3光电二极管262

9.4.4光电晶体管264

9.4.5电荷耦合器件266

9.5半导体太阳能电池269

9.5.1光生伏特效应269

9.5.2光电转换效率271

9.5.3异质结和非晶硅太阳能电池273

第十章 微机电系统276

10.1微机电系统的基本概念276

10.2几种重要的MEMS器件279

10.2.1微加速度计（Micro-Accelerometer）279

10.2.2微陀螺（Micro-Gyroscope）282

10.2.3 MEMS光开关（MEMS Optical Switch）284

10.2.4射频MEMS器件（RF MEMS）287

10.2.5生物MEMS（BioMEMS）291

10.2.6微马达294

10.3 MEMS加工工艺295

10.3.1硅微机械加工工艺296

10.3.2 LIGA加工工艺300

10.4 MEMS技术发展的趋势302

10.5纳机电系统304

第十一章 集成电路封装308

11.1概述308

11.1.1微电子封装的发展历史310

11.1.2集成电路封装技术的地位和作用311

11.2集成电路器件封装基础知识312

11.2.1塑料封装312

11.2.2金属封装317

11.2.3陶瓷封装320

11.3微电子二级封装321

11.3.1 SMT工艺流程322

11.3.2多芯片模块（MCM）323

11.4先进封装技术325

11.4.1 BGA和CSP325

11.4.2倒装键合（Flip Chip）技术327

11.4.3芯片级封装与3D集成328

11.4.4系统封装（Sip）331

11.4.5 MEMS与RF微系统封装332

11.4.6宽禁带半导体高温电子封装332

11.4.7绿色封装技术333

第十二章 微电子技术发展的规律和趋势335

12.1微电子技术发展的一些基本规律335

12.1.1摩尔定律335

12.1.2按比例缩小定律336

12.2微电子技术发展的一些趋势和展望339

12.2.1 21世纪初仍将以硅基CMOS电路为主流339

12.2.2集成系统是21世纪初微电子技术发展的重点341

12.2.3微电子与其他学科的结合诞生新的技术增长点342

12.2.4近几年将有重大发展的一些关键技术343

附录A 微电子学领域大事记349

附录B 微电子学常用缩略语353