超大规模集成电路——基础 设计 制造工艺 (日)电子信息通信学会 组编,岩田 穆,角南英 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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日电子信息通信学会 组编，岩田 穆，角南英 著

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出版社： 科学出版社

ISBN：9787030202789

商品编码：29308048521

包装：平装

出版时间：2008-01-01

基本信息

书名：超大规模集成电路——基础 设计 制造工艺

定价：42.00元

作者：(日)电子信息通信学会 组编,岩田 穆,角南英

出版社：科学出版社

出版日期：2008-01-01

ISBN：9787030202789

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.422kg

编辑推荐

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内容提要

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本书共分为上下两篇，上篇为基础设计篇，主要介绍VLSI的特征及作用、VLSI的设计、逻辑电路、逻辑VLSI、半导体存储器、模拟VLSI、VLSI的设计法与构成法、VLSI的实验等；下篇为制造工艺篇，主要介绍集成工艺、平板印刷、刻蚀、氧化、不纯物导入、绝缘膜堆积、电极与配线等。
本书内容丰富，条理清晰，实用性强，既可供超大规模集成电路研发和设计人员及半导体生产单位管理人员使用，也可作为各院校集成电路相关专业的本科生、研究生及教师的参考书。

目录

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上篇　基础与设计
　章　VLSl的特征及任务
1.1　VLSl的概念与基本技术
　1.1.1　VLSl的基本技术与发明
　1.1.2 学科体系
1.2　VLSl的种类
　1.2.1　按功能分类
　1.2.2　按器件分类
1.3　半导体技术路线图
1.4　对系统的影响
　1.4.1 计算机系统
　　　1.4.2 通信网络系统
　1.4.3 数字家电系统
　第2章　VLSl的器件
2.1　VLSl的构成要素
2.2　MOS晶体管
　2.2.1　MOS的基本构造
　 2.2.2 MOS的工作原理与工作区域
　 2.2.3 MOS的电流电压特性
　 2.2.4　MOS的器件模型
　 2.2.5　MOS的等效电路模型
2.3　二极管
2.4　电阻
2.5 电容
2.6　电感
2.7　器件隔离
2.8　布线
　 2.8.1 多层布线
　 2.8.2 布线电容
2.9　VLSl技术的比例缩小法则
　第3章　逻辑电路
3.1　CMOS逻辑电路
　 3.1.1 倒相器
　 3.1.2　NAND门
　 3.1.3　NOR门
　 3.1.4　传输门
　 3.1.5　选择器
　 3.1.6 异或门
　 3.1.7　CMOS复合门
　 3.1.8　时钟CMOS逻辑电路
　 3.1.9 动态CMOS逻辑电路
　 3.1.10 电流型逻辑电路
3.2　CMOS逻辑电路的工作速度
　 3.2.1 门延迟时间
　 3.2.2 布线的延迟时间
3.3　CMOS逻辑电路的功率消耗
　 3.3.1　CMOS逻辑电路消耗功率的因素
　 3.3.2　CMOS-VLSl的功率消耗
3.4　控制电路
　 3.4.1 寄存器
　 3.4.2 同步系统
　 3.4.3　计数器
　第4章　逻辑VLSl
4.1　数字运算电路
　4.1.1　加法运算
　4.1.2　减法电路
　4.1.3　乘法运算
4.2　时钟的发生与分配
　　……
　第5章　半导体存储器
　第6章　模拟VLSI
　第7章　无线通信电路
　第8章　VLSI的设计方法及构成方法
　第9章　VLSI的测试
下篇　制造工艺
　0章　LSI的制造工艺及其课题
　1章　集成化工艺
　2章　平版印刷术
　3章　腐蚀
　4章　氧化
　5章　掺杂
　6章　淀积绝缘膜
　7章　电极和布线
　8章　后工序——封装
引用参考文献

作者介绍

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文摘

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序言

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探索现代科技基石：微纳世界的精妙工艺与创新前沿 在信息爆炸的时代，我们所依赖的无数电子设备，从掌中的智能手机到驱动庞大云计算中心的服务器，其核心都离不开一项革命性的技术——超大规模集成电路（VLSI）。它们是现代科技的基石，是电子信息通信领域不可或缺的驱动力。本书将带领读者深入探究这一微纳世界的精妙工艺，揭示隐藏在芯片之下的复杂设计流程与前沿制造技术，勾勒出这门学科的深远影响与未来发展图景。 一、 设计的艺术：从抽象概念到硅基蓝图 集成电路的设计，本质上是一场将复杂功能分解、抽象化，并最终在硅片上实现的艺术。这并非简单的电路搭建，而是一门融合了数学、物理、计算机科学与工程学的高度综合性学科。 逻辑设计与架构： 一切始于对功能的精确定义。设计者需要将宏观的功能需求，例如处理器执行指令的能力，转化为一系列精密的逻辑门组合。这涉及到布尔代数、时序逻辑等基本概念的深入理解。如何高效地组织这些逻辑门，构建出具有高性能、低功耗和稳定性的架构，是逻辑设计面临的核心挑战。本书将深入剖析各种架构模式，如流水线、超标量、并行处理等，解释它们如何协同工作以实现复杂运算。 电路设计与物理实现： 逻辑门在实际中由晶体管构成。电路设计阶段，需要将抽象的逻辑功能转化为具体的电路图，选择合适的晶体管模型，并考虑电信号的传播、放大、开关等特性。随后，便是将这些电路图映射到物理世界的布局与布线。这如同在一张微小的地图上规划错综复杂的交通网络，需要充分考虑导线之间的干扰、信号延迟、功耗分布以及散热问题。现代集成电路的复杂性使得手动布局布线几乎不可能，本书将介绍自动化设计工具（EDA）在这一过程中的关键作用，包括逻辑综合、布局、布线以及时序分析等自动化流程。 验证与仿真： 在将设计送往制造之前，必须进行严格的验证，以确保其设计的正确性和性能。本书将详细阐述各种验证方法，如功能仿真、形式验证、静态时序分析（STA）等。仿真工具能够模拟芯片在不同输入条件下的行为，帮助发现潜在的逻辑错误、时序违例以及功耗异常。一丝一毫的错误都可能导致整个芯片的失效，因此验证是设计流程中至关重要的一环。 芯片级设计与系统整合： 现代芯片往往集成了数以亿计甚至万亿计的晶体管，构成复杂的系统级芯片（SoC）。这要求设计者不仅要精通单个模块的设计，更要考虑整个芯片的系统级交互、电源管理、通信接口以及与其他芯片的集成。本书将探讨SoC设计的挑战与策略，以及软硬件协同设计在提升芯片整体性能中的作用。 二、 制造的奇迹：从沙粒到精密芯片的蜕变 集成电路的制造过程，是一场将微观世界的物理定律与精妙工艺相结合的奇迹。它要求极高的精度、洁净度和复杂的操作。 硅片制备： 芯片的基底是高纯度的硅片。本书将介绍如何从硅砂中提炼出电子级高纯度硅，并通过单晶生长技术制备出直径可达300毫米甚至更大的硅锭，再将其切割成薄如蝉翼的硅片。硅片的晶体取向、表面平整度以及纯度都对后续的制造过程有着至关重要的影响。 光刻技术： 光刻是集成电路制造中最核心、最具挑战性的工艺之一。其原理类似于摄影，通过紫外光照射掩模版（mask），将预先设计好的电路图形转移到涂覆有光刻胶的硅片上。随着特征尺寸的不断缩小，光刻技术经历了从紫外光到深紫外光（DUV），再到极紫外光（EUV）的演进。本书将深入解析不同代际光刻技术的原理、挑战以及关键设备（如光刻机）的技术突破，例如多重曝光、相移掩模版等技术在提高分辨率中的作用。 薄膜沉积与蚀刻： 在硅片上形成电路需要逐层堆叠不同的材料，并通过蚀刻技术去除不需要的部分。薄膜沉积技术包括化学气相沉积（CVD）、物理气相沉积（PVD）等，用于在硅片表面形成绝缘层、导电层和半导体层。蚀刻技术则根据光刻胶的图形，精确地“雕刻”出电路的结构，包括干法蚀刻（等离子蚀刻）和湿法蚀刻。本书将详细介绍这些工艺的原理、设备以及它们在实现纳米级特征尺寸中的关键作用。 离子注入与掺杂： 半导体材料之所以能够导电，是因为通过掺杂引入了特定的杂质原子（如硼、磷）。离子注入是一种精确控制掺杂区域和掺杂剂数量的技术，它能够精确地将杂质原子“ bắn”入硅片内部，形成PN结等关键结构。本书将阐述掺杂对半导体导电特性的影响，以及离子注入技术的精度要求。 互连与封装： 芯片内部由多层金属导线连接各个晶体管。这些互连线的材料、结构以及工艺对芯片的性能和功耗至关重要。随着特征尺寸的缩小，电阻和电容效应变得更加显著，需要采用先进的互连材料（如铜）和低介电常数材料。最后，制造完成的芯片需要进行封装，以保护芯片免受外界环境的侵害，并提供与外部电路的连接接口。本书将介绍不同类型的封装技术，如引线键合、倒装芯片等，以及它们在提升芯片可靠性和散热性能中的作用。 三、 创新前沿与未来展望 集成电路技术的发展从未止步，它始终站在科技创新的最前沿。 新材料与新器件： 传统硅基CMOS技术正面临物理极限的挑战。本书将探讨下一代半导体材料，如III-V族化合物半导体（砷化镓、氮化镓）、二维材料（石墨烯、二硫化钼）等，以及它们在提升器件性能方面的潜力。同时，也将介绍新型器件结构，如FinFET、GAAFET等，它们如何克服传统平面晶体管的限制。 异构集成与三维堆叠： 为了实现更高的集成度和更强的性能，未来的芯片将更加倾向于异构集成。这意味着将不同功能、不同工艺的芯片（如CPU、GPU、AI加速器、存储器）集成在同一个封装中，通过先进的互连技术实现高效协同。三维集成（3D IC）将多个芯片层堆叠在一起，极大地提高了集成密度和通信带宽，是未来重要的发展方向。 AI与EDA的深度融合： 人工智能正在深刻地改变集成电路的设计与制造流程。AI算法被广泛应用于设计优化、功耗预测、缺陷检测、良率提升等方面，极大地提高了效率和准确性。本书将展望AI在EDA领域的应用前景，以及它如何加速芯片的创新迭代。 可持续发展与绿色制造： 随着芯片产量的激增，其对能源消耗和环境的影响也日益受到关注。未来的集成电路技术发展将更加注重绿色制造和低功耗设计，通过优化工艺流程、采用环保材料、设计更节能的芯片架构，实现科技发展与可持续发展的平衡。 结语 《超大规模集成电路——基础 设计 制造工艺》一书，不仅是对于一项工程技术的深入解析，更是对人类智慧与创造力的一次致敬。从抽象的逻辑运算到微米、纳米级别的精妙制造，每一环节都凝聚着无数科学家的智慧与辛勤付出。通过对本书内容的探索，读者将能够深刻理解现代科技的运作原理，洞察未来电子信息通信领域的发展趋势，并或许能从中汲取灵感，为人类社会的进步贡献自己的力量。这不仅仅是一本书，更是一扇通往微纳世界，连接过去、现在与未来的窗口。

评分☆☆☆☆☆

我一直认为，一本好的技术书籍，应该能够让读者在阅读过程中不断产生“原来如此”的顿悟感。而这本书，正是做到了这一点。它在讲解某些基础概念时，会非常深入地挖掘其本质，比如在介绍逻辑门电路的构成时，作者们并没有仅仅停留在MOS管的连接方式，而是追溯到了半导体PN结的物理特性，以及载流子的运动规律，这让我对逻辑运算的底层机制有了更深刻的理解。 书中对于一些新兴技术的介绍，也让我眼前一亮。虽然是一本以基础为导向的书籍，但它并没有固步自封，而是积极地将一些前沿的理念融入其中。例如，在讨论芯片设计趋势时，作者们提及了对异构计算、Chiplet技术等方面的思考，并分析了这些技术可能带来的机遇和挑战。这使得这本书的内容不仅仅局限于过去，更具有一定的前瞻性。 我特别欣赏书中对于“权衡”（trade-off）这个概念的强调。在集成电路设计中，几乎没有完美的设计，总是需要在速度、功耗、面积、成本之间进行取舍。这本书在讲解每一个设计决策时，都会详细分析其背后的权衡过程，以及不同选择可能带来的后果。这种多角度的分析，帮助我学会了更全面地评估一个设计方案的优劣。 在某些章节，作者们甚至会引用一些经典的学术论文或者行业报告，这为读者提供了一个进一步深入研究的入口。这对于那些希望在特定领域进行深入探索的读者来说，无疑是巨大的帮助。这本书更像是一个索引，它为你指明了方向，但最终的探索还需要读者自己去完成。 这本书给我最大的启发是，工程设计从来都不是孤立的，它需要跨越学科的界限，需要整合各种知识和技术。从物理学原理到材料科学，从算法设计到软件工具，每一个环节都扮演着不可或缺的角色。这本书就像一个导航员，帮助我在集成电路这个庞大的领域中，找到自己的方向。

评分☆☆☆☆☆

在我看来，这本书最大的亮点在于它提供了一种“全局观”。它并没有仅仅停留在某个孤立的技术点上，而是将超大规模集成电路的设计、制造、测试等各个环节都串联了起来，形成了一个完整的产业链图景。例如，在介绍光刻工艺时，作者们会同时提及与之相关的掩膜制造、光刻胶的选择，以及对曝光剂量和对准精度的要求，这让我明白了每一个工艺环节的相互依赖性。 书中关于EDA（电子设计自动化）工具的介绍，虽然没有深入到每个工具的详细操作，但它清晰地阐述了EDA工具在整个设计流程中的作用和重要性。它让我理解到，现代集成电路的设计已经离不开强大的EDA工具的支持，并且这些工具的不断发展，也在推动着整个行业的技术进步。 我非常欣赏书中在讨论材料选择时所展现出的严谨性。从硅基材料到各种化合物半导体，再到栅介质材料，作者们都详细分析了不同材料的特性，以及它们在不同应用场景下的优缺点。这种对材料科学的深入理解，是进行高性能集成电路设计的基础。 在介绍芯片的可靠性设计时，书中提及了多种失效模式，如热电子效应、电压击穿、以及工艺偏差带来的影响。并且，作者们还提供了相应的防护措施和设计策略，这对于确保芯片在复杂工作环境下的稳定运行至关重要。 总的来说，这本书就像一位经验丰富的老师，它不仅传授知识，更重要的是，它引导你如何去思考，如何去理解这个复杂的世界。它让我认识到，集成电路设计和制造是一个充满挑战但也极其迷人的领域，需要持续的学习和不断的创新。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我的整体感觉是，它在尽力拉近理论与实践的距离，试图让读者不只是死记硬背公式和概念，而是真正理解它们背后的逻辑和应用场景。比如，在讲到模拟电路设计时，书中并没有停留在理想器件的模型，而是花了相当大的篇幅去讨论实际器件的非理想特性，以及这些特性对电路性能的影响，例如管子的迁移率变化、阈值电压的偏移等等，这对于构建一个对真实世界电路行为的准确预测至关重要。 我发现，这本书的作者们在讲解一些复杂的概念时，会巧妙地引入一些类比或者生活中的例子，这大大降低了理解门槛。例如，在解释晶体管的开关特性时，他们可能会将其比作一个水龙头，通过控制电压来调节电流的大小，从而实现信号的放大或开关功能。这种“接地气”的讲解方式，让那些原本可能令人望而生畏的物理原理变得生动起来，也让我更容易将其与实际的电路功能联系起来。 从排版和内容组织上来看，这本书非常用心。章节之间的过渡自然流畅，每一章的开头都会简要回顾前一章的内容，并引出本章的主题。目录清晰明了，索引也很完善，这使得我在查找特定信息时能够非常高效。而且，书中穿插的插图和表格，不仅美观，更重要的是能够直观地展示数据和原理，比纯文字的描述要有效得多。 对我而言，这本书最大的价值在于它提供了一种解决问题的思路。它不是简单地告诉你“怎么做”，而是告诉你“为什么这么做”。在分析一个设计问题时，作者们会先列举可能出现的问题，然后分析其根本原因，最后提出多种解决方案，并对比它们的优劣。这种批判性的分析方式，培养了我独立思考和解决问题的能力，这在工程实践中是极其宝贵的。 最后，值得一提的是，这本书的语言风格非常严谨又不失可读性。它避免了过于学术化的生僻词汇，也摒弃了过于口语化的表达，使得专业术语在被使用的同时，也能被大多数读者所理解。这种平衡感做得非常好，让我在阅读过程中既能感受到学术的严谨，又不至于感到枯燥乏味。

评分☆☆☆☆☆

读完这本书，我最大的感受是，它真的把“超大规模集成电路”这个庞大的概念，拆解成了一系列可以理解的、可操作的组成部分。对于很多初学者来说，可能会觉得这个领域很神秘，但这本书通过清晰的逻辑和循序渐进的讲解，有效地消除了这种距离感。例如，在讲解如何从逻辑功能描述（如Verilog或VHDL）到最终的物理版图时，作者们详细地介绍了综合、布局布线等各个步骤，并且解释了在每个步骤中可能遇到的问题和对应的解决方法。 书中关于功耗优化的章节，是我非常看重的一部分。随着芯片性能的不断提升，功耗问题已经成为制约其发展的关键瓶颈。这本书从多个层面详细介绍了降低功耗的方法，包括时钟门控、功率门控、低功耗逻辑设计以及先进的封装技术等，并且对每种方法的原理和实际效果都进行了深入的分析，这对我日后的设计工作有非常大的指导意义。 我尤其喜欢书中对于“验证”这一环节的重视。很多时候，人们更关注设计和制造，但实际上，一个芯片是否能成功，验证是至关重要的一环。这本书花费了大量的篇幅去介绍各种验证方法，从静态时序分析（STA）到动态仿真，再到形式验证，以及最后的功能验证。它让我深刻理解到，大量的bug往往隐藏在设计过程中，而强大的验证体系是保障芯片质量的关键。 此外，书中对一些经典的设计模式和架构也进行了详细的介绍。例如，在讲解处理器设计时，作者们会介绍流水线技术、缓存一致性协议等，这些都是现代高性能计算的基础。通过对这些经典设计的理解，我能够更好地把握现代芯片设计的脉络。 总而言之，这是一本非常扎实、实用且具有启发性的书籍。它不仅为我提供了扎实的理论基础，更重要的是，帮助我建立起了一套完整的集成电路设计和制造的认知体系。

评分☆☆☆☆☆

这本书我真的期待了很久，内容详实，从概念引入到具体实现，都进行了细致的阐述。书中的图示清晰明了，能够有效地帮助读者理解复杂的集成电路设计流程。例如，在介绍版图设计部分，作者们通过大量的实例，一步步地展示了如何将逻辑电路转化为物理版图，并详细解释了设计规则检查（DRC）和版图寄生参数提取（LVS）的重要性，这对于初学者来说是极其宝贵的指导。 我尤其喜欢书中关于工艺制造的部分，它不像很多书那样泛泛而谈，而是深入到了不同工艺技术（如CMOS、FinFET等）的原理和特点。作者们用通俗易懂的语言，解释了光刻、刻蚀、离子注入等关键步骤，并结合实际的制造挑战，比如良率问题、工艺窗口的控制等，进行了深入分析。读完这一部分，我对芯片是如何从硅片上一步步“生长”出来的，有了更加具象化的认识，也更加理解了为什么高性能芯片的制造如此之难且昂贵。 在设计方法论方面，这本书提供了非常系统的框架。它不仅仅是介绍工具的使用，更重要的是强调了设计思路和流程。从高层次的系统设计，到中层次的RTL设计，再到低层次的门级网表和版图生成，每一步的衔接都讲解得非常到位。书中的一些设计技巧和优化方法，比如时序收敛的策略、功耗优化的手段等，都非常实用，能够直接应用到实际的项目中去。 对于想要深入了解超大规模集成电路（VLSI）领域的研究生和工程师来说，这本书绝对是一本不可多得的宝藏。它涵盖了从理论基础到实际应用的广泛内容，并且结构清晰，逻辑严谨。书中提及的很多概念，比如静电放电（ESD）防护、芯片可靠性设计等，都是实际工程中必须考虑的关键问题，作者们对此进行了深入的探讨，并给出了相应的解决方案。 这本书的深度和广度都令人印象深刻。它不仅仅是知识的罗列，更是一种思维方式的引导。通过阅读，我不仅学习到了VLSI设计和制造的具体技术，更重要的是，对整个集成电路产业的生态链有了更全面的理解。从材料的选择，到器件的设计，再到最后的封装测试，每一个环节都环环相扣，共同成就了我们今天所见的各种智能设备。这本书为我打开了一个全新的视野。