微电子技术基础

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 个晶体管的发明 2
1.2.2 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