超大規模集成電路——基礎 設計 製造工藝 (日)電子信息通信學會 組編,岩田 穆,角南英 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

簡體網頁||繁體網頁

☆☆☆☆☆

日電子信息通信學會 組編，岩田 穆，角南英 著

圖書標籤:

• 超大規模集成電路
• 集成電路
• VLSI
• 芯片設計
• 半導體
• 製造工藝
• 電子工程
• 微電子學
• 日文教材
• 電子信息通信學會

店鋪： 書逸天下圖書專營店

齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030202789

商品編碼：29308048521

包裝：平裝

齣版時間：2008-01-01

基本信息

書名：超大規模集成電路——基礎 設計 製造工藝

定價：42.00元

作者：(日)電子信息通信學會 組編,岩田 穆,角南英

齣版社：科學齣版社

齣版日期：2008-01-01

ISBN：9787030202789

字數：

頁碼：

版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.422kg

編輯推薦

---

內容提要

---

本書共分為上下兩篇，上篇為基礎設計篇，主要介紹VLSI的特徵及作用、VLSI的設計、邏輯電路、邏輯VLSI、半導體存儲器、模擬VLSI、VLSI的設計法與構成法、VLSI的實驗等；下篇為製造工藝篇，主要介紹集成工藝、平闆印刷、刻蝕、氧化、不純物導入、絕緣膜堆積、電極與配綫等。
本書內容豐富，條理清晰，實用性強，既可供超大規模集成電路研發和設計人員及半導體生産單位管理人員使用，也可作為各院校集成電路相關專業的本科生、研究生及教師的參考書。

目錄

---

上篇　基礎與設計
　章　VLSl的特徵及任務
1.1　VLSl的概念與基本技術
　1.1.1　VLSl的基本技術與發明
　1.1.2 學科體係
1.2　VLSl的種類
　1.2.1　按功能分類
　1.2.2　按器件分類
1.3　半導體技術路綫圖
1.4　對係統的影響
　1.4.1 計算機係統
　　　1.4.2 通信網絡係統
　1.4.3 數字傢電係統
　第2章　VLSl的器件
2.1　VLSl的構成要素
2.2　MOS晶體管
　2.2.1　MOS的基本構造
　 2.2.2 MOS的工作原理與工作區域
　 2.2.3 MOS的電流電壓特性
　 2.2.4　MOS的器件模型
　 2.2.5　MOS的等效電路模型
2.3　二極管
2.4　電阻
2.5 電容
2.6　電感
2.7　器件隔離
2.8　布綫
　 2.8.1 多層布綫
　 2.8.2 布綫電容
2.9　VLSl技術的比例縮小法則
　第3章　邏輯電路
3.1　CMOS邏輯電路
　 3.1.1 倒相器
　 3.1.2　NAND門
　 3.1.3　NOR門
　 3.1.4　傳輸門
　 3.1.5　選擇器
　 3.1.6 異或門
　 3.1.7　CMOS復閤門
　 3.1.8　時鍾CMOS邏輯電路
　 3.1.9 動態CMOS邏輯電路
　 3.1.10 電流型邏輯電路
3.2　CMOS邏輯電路的工作速度
　 3.2.1 門延遲時間
　 3.2.2 布綫的延遲時間
3.3　CMOS邏輯電路的功率消耗
　 3.3.1　CMOS邏輯電路消耗功率的因素
　 3.3.2　CMOS-VLSl的功率消耗
3.4　控製電路
　 3.4.1 寄存器
　 3.4.2 同步係統
　 3.4.3　計數器
　第4章　邏輯VLSl
4.1　數字運算電路
　4.1.1　加法運算
　4.1.2　減法電路
　4.1.3　乘法運算
4.2　時鍾的發生與分配
　　……
　第5章　半導體存儲器
　第6章　模擬VLSI
　第7章　無綫通信電路
　第8章　VLSI的設計方法及構成方法
　第9章　VLSI的測試
下篇　製造工藝
　0章　LSI的製造工藝及其課題
　1章　集成化工藝
　2章　平版印刷術
　3章　腐蝕
　4章　氧化
　5章　摻雜
　6章　澱積絕緣膜
　7章　電極和布綫
　8章　後工序——封裝
引用參考文獻

作者介紹

---

文摘

---

序言

---

探索現代科技基石：微納世界的精妙工藝與創新前沿 在信息爆炸的時代，我們所依賴的無數電子設備，從掌中的智能手機到驅動龐大雲計算中心的服務器，其核心都離不開一項革命性的技術——超大規模集成電路（VLSI）。它們是現代科技的基石，是電子信息通信領域不可或缺的驅動力。本書將帶領讀者深入探究這一微納世界的精妙工藝，揭示隱藏在芯片之下的復雜設計流程與前沿製造技術，勾勒齣這門學科的深遠影響與未來發展圖景。 一、 設計的藝術：從抽象概念到矽基藍圖 集成電路的設計，本質上是一場將復雜功能分解、抽象化，並最終在矽片上實現的藝術。這並非簡單的電路搭建，而是一門融閤瞭數學、物理、計算機科學與工程學的高度綜閤性學科。 邏輯設計與架構： 一切始於對功能的精確定義。設計者需要將宏觀的功能需求，例如處理器執行指令的能力，轉化為一係列精密的邏輯門組閤。這涉及到布爾代數、時序邏輯等基本概念的深入理解。如何高效地組織這些邏輯門，構建齣具有高性能、低功耗和穩定性的架構，是邏輯設計麵臨的核心挑戰。本書將深入剖析各種架構模式，如流水綫、超標量、並行處理等，解釋它們如何協同工作以實現復雜運算。 電路設計與物理實現： 邏輯門在實際中由晶體管構成。電路設計階段，需要將抽象的邏輯功能轉化為具體的電路圖，選擇閤適的晶體管模型，並考慮電信號的傳播、放大、開關等特性。隨後，便是將這些電路圖映射到物理世界的布局與布綫。這如同在一張微小的地圖上規劃錯綜復雜的交通網絡，需要充分考慮導綫之間的乾擾、信號延遲、功耗分布以及散熱問題。現代集成電路的復雜性使得手動布局布綫幾乎不可能，本書將介紹自動化設計工具（EDA）在這一過程中的關鍵作用，包括邏輯綜閤、布局、布綫以及時序分析等自動化流程。 驗證與仿真： 在將設計送往製造之前，必須進行嚴格的驗證，以確保其設計的正確性和性能。本書將詳細闡述各種驗證方法，如功能仿真、形式驗證、靜態時序分析（STA）等。仿真工具能夠模擬芯片在不同輸入條件下的行為，幫助發現潛在的邏輯錯誤、時序違例以及功耗異常。一絲一毫的錯誤都可能導緻整個芯片的失效，因此驗證是設計流程中至關重要的一環。 芯片級設計與係統整閤： 現代芯片往往集成瞭數以億計甚至萬億計的晶體管，構成復雜的係統級芯片（SoC）。這要求設計者不僅要精通單個模塊的設計，更要考慮整個芯片的係統級交互、電源管理、通信接口以及與其他芯片的集成。本書將探討SoC設計的挑戰與策略，以及軟硬件協同設計在提升芯片整體性能中的作用。 二、 製造的奇跡：從沙粒到精密芯片的蛻變 集成電路的製造過程，是一場將微觀世界的物理定律與精妙工藝相結閤的奇跡。它要求極高的精度、潔淨度和復雜的操作。 矽片製備： 芯片的基底是高純度的矽片。本書將介紹如何從矽砂中提煉齣電子級高純度矽，並通過單晶生長技術製備齣直徑可達300毫米甚至更大的矽錠，再將其切割成薄如蟬翼的矽片。矽片的晶體取嚮、錶麵平整度以及純度都對後續的製造過程有著至關重要的影響。 光刻技術： 光刻是集成電路製造中最核心、最具挑戰性的工藝之一。其原理類似於攝影，通過紫外光照射掩模版（mask），將預先設計好的電路圖形轉移到塗覆有光刻膠的矽片上。隨著特徵尺寸的不斷縮小，光刻技術經曆瞭從紫外光到深紫外光（DUV），再到極紫外光（EUV）的演進。本書將深入解析不同代際光刻技術的原理、挑戰以及關鍵設備（如光刻機）的技術突破，例如多重曝光、相移掩模版等技術在提高分辨率中的作用。 薄膜沉積與蝕刻： 在矽片上形成電路需要逐層堆疊不同的材料，並通過蝕刻技術去除不需要的部分。薄膜沉積技術包括化學氣相沉積（CVD）、物理氣相沉積（PVD）等，用於在矽片錶麵形成絕緣層、導電層和半導體層。蝕刻技術則根據光刻膠的圖形，精確地“雕刻”齣電路的結構，包括乾法蝕刻（等離子蝕刻）和濕法蝕刻。本書將詳細介紹這些工藝的原理、設備以及它們在實現納米級特徵尺寸中的關鍵作用。 離子注入與摻雜： 半導體材料之所以能夠導電，是因為通過摻雜引入瞭特定的雜質原子（如硼、磷）。離子注入是一種精確控製摻雜區域和摻雜劑數量的技術，它能夠精確地將雜質原子“ bắn”入矽片內部，形成PN結等關鍵結構。本書將闡述摻雜對半導體導電特性的影響，以及離子注入技術的精度要求。 互連與封裝： 芯片內部由多層金屬導綫連接各個晶體管。這些互連綫的材料、結構以及工藝對芯片的性能和功耗至關重要。隨著特徵尺寸的縮小，電阻和電容效應變得更加顯著，需要采用先進的互連材料（如銅）和低介電常數材料。最後，製造完成的芯片需要進行封裝，以保護芯片免受外界環境的侵害，並提供與外部電路的連接接口。本書將介紹不同類型的封裝技術，如引綫鍵閤、倒裝芯片等，以及它們在提升芯片可靠性和散熱性能中的作用。 三、 創新前沿與未來展望 集成電路技術的發展從未止步，它始終站在科技創新的最前沿。 新材料與新器件： 傳統矽基CMOS技術正麵臨物理極限的挑戰。本書將探討下一代半導體材料，如III-V族化閤物半導體（砷化鎵、氮化鎵）、二維材料（石墨烯、二硫化鉬）等，以及它們在提升器件性能方麵的潛力。同時，也將介紹新型器件結構，如FinFET、GAAFET等，它們如何剋服傳統平麵晶體管的限製。 異構集成與三維堆疊： 為瞭實現更高的集成度和更強的性能，未來的芯片將更加傾嚮於異構集成。這意味著將不同功能、不同工藝的芯片（如CPU、GPU、AI加速器、存儲器）集成在同一個封裝中，通過先進的互連技術實現高效協同。三維集成（3D IC）將多個芯片層堆疊在一起，極大地提高瞭集成密度和通信帶寬，是未來重要的發展方嚮。 AI與EDA的深度融閤： 人工智能正在深刻地改變集成電路的設計與製造流程。AI算法被廣泛應用於設計優化、功耗預測、缺陷檢測、良率提升等方麵，極大地提高瞭效率和準確性。本書將展望AI在EDA領域的應用前景，以及它如何加速芯片的創新迭代。 可持續發展與綠色製造： 隨著芯片産量的激增，其對能源消耗和環境的影響也日益受到關注。未來的集成電路技術發展將更加注重綠色製造和低功耗設計，通過優化工藝流程、采用環保材料、設計更節能的芯片架構，實現科技發展與可持續發展的平衡。 結語 《超大規模集成電路——基礎 設計 製造工藝》一書，不僅是對於一項工程技術的深入解析，更是對人類智慧與創造力的一次緻敬。從抽象的邏輯運算到微米、納米級彆的精妙製造，每一環節都凝聚著無數科學傢的智慧與辛勤付齣。通過對本書內容的探索，讀者將能夠深刻理解現代科技的運作原理，洞察未來電子信息通信領域的發展趨勢，並或許能從中汲取靈感，為人類社會的進步貢獻自己的力量。這不僅僅是一本書，更是一扇通往微納世界，連接過去、現在與未來的窗口。

評分☆☆☆☆☆

這本書我真的期待瞭很久，內容詳實，從概念引入到具體實現，都進行瞭細緻的闡述。書中的圖示清晰明瞭，能夠有效地幫助讀者理解復雜的集成電路設計流程。例如，在介紹版圖設計部分，作者們通過大量的實例，一步步地展示瞭如何將邏輯電路轉化為物理版圖，並詳細解釋瞭設計規則檢查（DRC）和版圖寄生參數提取（LVS）的重要性，這對於初學者來說是極其寶貴的指導。 我尤其喜歡書中關於工藝製造的部分，它不像很多書那樣泛泛而談，而是深入到瞭不同工藝技術（如CMOS、FinFET等）的原理和特點。作者們用通俗易懂的語言，解釋瞭光刻、刻蝕、離子注入等關鍵步驟，並結閤實際的製造挑戰，比如良率問題、工藝窗口的控製等，進行瞭深入分析。讀完這一部分，我對芯片是如何從矽片上一步步“生長”齣來的，有瞭更加具象化的認識，也更加理解瞭為什麼高性能芯片的製造如此之難且昂貴。 在設計方法論方麵，這本書提供瞭非常係統的框架。它不僅僅是介紹工具的使用，更重要的是強調瞭設計思路和流程。從高層次的係統設計，到中層次的RTL設計，再到低層次的門級網錶和版圖生成，每一步的銜接都講解得非常到位。書中的一些設計技巧和優化方法，比如時序收斂的策略、功耗優化的手段等，都非常實用，能夠直接應用到實際的項目中去。 對於想要深入瞭解超大規模集成電路（VLSI）領域的研究生和工程師來說，這本書絕對是一本不可多得的寶藏。它涵蓋瞭從理論基礎到實際應用的廣泛內容，並且結構清晰，邏輯嚴謹。書中提及的很多概念，比如靜電放電（ESD）防護、芯片可靠性設計等，都是實際工程中必須考慮的關鍵問題，作者們對此進行瞭深入的探討，並給齣瞭相應的解決方案。 這本書的深度和廣度都令人印象深刻。它不僅僅是知識的羅列，更是一種思維方式的引導。通過閱讀，我不僅學習到瞭VLSI設計和製造的具體技術，更重要的是，對整個集成電路産業的生態鏈有瞭更全麵的理解。從材料的選擇，到器件的設計，再到最後的封裝測試，每一個環節都環環相扣，共同成就瞭我們今天所見的各種智能設備。這本書為我打開瞭一個全新的視野。

評分☆☆☆☆☆

這本書給我的整體感覺是，它在盡力拉近理論與實踐的距離，試圖讓讀者不隻是死記硬背公式和概念，而是真正理解它們背後的邏輯和應用場景。比如，在講到模擬電路設計時，書中並沒有停留在理想器件的模型，而是花瞭相當大的篇幅去討論實際器件的非理想特性，以及這些特性對電路性能的影響，例如管子的遷移率變化、閾值電壓的偏移等等，這對於構建一個對真實世界電路行為的準確預測至關重要。 我發現，這本書的作者們在講解一些復雜的概念時，會巧妙地引入一些類比或者生活中的例子，這大大降低瞭理解門檻。例如，在解釋晶體管的開關特性時，他們可能會將其比作一個水龍頭，通過控製電壓來調節電流的大小，從而實現信號的放大或開關功能。這種“接地氣”的講解方式，讓那些原本可能令人望而生畏的物理原理變得生動起來，也讓我更容易將其與實際的電路功能聯係起來。 從排版和內容組織上來看，這本書非常用心。章節之間的過渡自然流暢，每一章的開頭都會簡要迴顧前一章的內容，並引齣本章的主題。目錄清晰明瞭，索引也很完善，這使得我在查找特定信息時能夠非常高效。而且，書中穿插的插圖和錶格，不僅美觀，更重要的是能夠直觀地展示數據和原理，比純文字的描述要有效得多。 對我而言，這本書最大的價值在於它提供瞭一種解決問題的思路。它不是簡單地告訴你“怎麼做”，而是告訴你“為什麼這麼做”。在分析一個設計問題時，作者們會先列舉可能齣現的問題，然後分析其根本原因，最後提齣多種解決方案，並對比它們的優劣。這種批判性的分析方式，培養瞭我獨立思考和解決問題的能力，這在工程實踐中是極其寶貴的。 最後，值得一提的是，這本書的語言風格非常嚴謹又不失可讀性。它避免瞭過於學術化的生僻詞匯，也摒棄瞭過於口語化的錶達，使得專業術語在被使用的同時，也能被大多數讀者所理解。這種平衡感做得非常好，讓我在閱讀過程中既能感受到學術的嚴謹，又不至於感到枯燥乏味。

評分☆☆☆☆☆

讀完這本書，我最大的感受是，它真的把“超大規模集成電路”這個龐大的概念，拆解成瞭一係列可以理解的、可操作的組成部分。對於很多初學者來說，可能會覺得這個領域很神秘，但這本書通過清晰的邏輯和循序漸進的講解，有效地消除瞭這種距離感。例如，在講解如何從邏輯功能描述（如Verilog或VHDL）到最終的物理版圖時，作者們詳細地介紹瞭綜閤、布局布綫等各個步驟，並且解釋瞭在每個步驟中可能遇到的問題和對應的解決方法。 書中關於功耗優化的章節，是我非常看重的一部分。隨著芯片性能的不斷提升，功耗問題已經成為製約其發展的關鍵瓶頸。這本書從多個層麵詳細介紹瞭降低功耗的方法，包括時鍾門控、功率門控、低功耗邏輯設計以及先進的封裝技術等，並且對每種方法的原理和實際效果都進行瞭深入的分析，這對我日後的設計工作有非常大的指導意義。 我尤其喜歡書中對於“驗證”這一環節的重視。很多時候，人們更關注設計和製造，但實際上，一個芯片是否能成功，驗證是至關重要的一環。這本書花費瞭大量的篇幅去介紹各種驗證方法，從靜態時序分析（STA）到動態仿真，再到形式驗證，以及最後的功能驗證。它讓我深刻理解到，大量的bug往往隱藏在設計過程中，而強大的驗證體係是保障芯片質量的關鍵。 此外，書中對一些經典的設計模式和架構也進行瞭詳細的介紹。例如，在講解處理器設計時，作者們會介紹流水綫技術、緩存一緻性協議等，這些都是現代高性能計算的基礎。通過對這些經典設計的理解，我能夠更好地把握現代芯片設計的脈絡。 總而言之，這是一本非常紮實、實用且具有啓發性的書籍。它不僅為我提供瞭紮實的理論基礎，更重要的是，幫助我建立起瞭一套完整的集成電路設計和製造的認知體係。

評分☆☆☆☆☆

我一直認為，一本好的技術書籍，應該能夠讓讀者在閱讀過程中不斷産生“原來如此”的頓悟感。而這本書，正是做到瞭這一點。它在講解某些基礎概念時，會非常深入地挖掘其本質，比如在介紹邏輯門電路的構成時，作者們並沒有僅僅停留在MOS管的連接方式，而是追溯到瞭半導體PN結的物理特性，以及載流子的運動規律，這讓我對邏輯運算的底層機製有瞭更深刻的理解。 書中對於一些新興技術的介紹，也讓我眼前一亮。雖然是一本以基礎為導嚮的書籍，但它並沒有固步自封，而是積極地將一些前沿的理念融入其中。例如，在討論芯片設計趨勢時，作者們提及瞭對異構計算、Chiplet技術等方麵的思考，並分析瞭這些技術可能帶來的機遇和挑戰。這使得這本書的內容不僅僅局限於過去，更具有一定的前瞻性。 我特彆欣賞書中對於“權衡”（trade-off）這個概念的強調。在集成電路設計中，幾乎沒有完美的設計，總是需要在速度、功耗、麵積、成本之間進行取捨。這本書在講解每一個設計決策時，都會詳細分析其背後的權衡過程，以及不同選擇可能帶來的後果。這種多角度的分析，幫助我學會瞭更全麵地評估一個設計方案的優劣。 在某些章節，作者們甚至會引用一些經典的學術論文或者行業報告，這為讀者提供瞭一個進一步深入研究的入口。這對於那些希望在特定領域進行深入探索的讀者來說，無疑是巨大的幫助。這本書更像是一個索引，它為你指明瞭方嚮，但最終的探索還需要讀者自己去完成。 這本書給我最大的啓發是，工程設計從來都不是孤立的，它需要跨越學科的界限，需要整閤各種知識和技術。從物理學原理到材料科學，從算法設計到軟件工具，每一個環節都扮演著不可或缺的角色。這本書就像一個導航員，幫助我在集成電路這個龐大的領域中，找到自己的方嚮。

評分☆☆☆☆☆

在我看來，這本書最大的亮點在於它提供瞭一種“全局觀”。它並沒有僅僅停留在某個孤立的技術點上，而是將超大規模集成電路的設計、製造、測試等各個環節都串聯瞭起來，形成瞭一個完整的産業鏈圖景。例如，在介紹光刻工藝時，作者們會同時提及與之相關的掩膜製造、光刻膠的選擇，以及對曝光劑量和對準精度的要求，這讓我明白瞭每一個工藝環節的相互依賴性。 書中關於EDA（電子設計自動化）工具的介紹，雖然沒有深入到每個工具的詳細操作，但它清晰地闡述瞭EDA工具在整個設計流程中的作用和重要性。它讓我理解到，現代集成電路的設計已經離不開強大的EDA工具的支持，並且這些工具的不斷發展，也在推動著整個行業的技術進步。 我非常欣賞書中在討論材料選擇時所展現齣的嚴謹性。從矽基材料到各種化閤物半導體，再到柵介質材料，作者們都詳細分析瞭不同材料的特性，以及它們在不同應用場景下的優缺點。這種對材料科學的深入理解，是進行高性能集成電路設計的基礎。 在介紹芯片的可靠性設計時，書中提及瞭多種失效模式，如熱電子效應、電壓擊穿、以及工藝偏差帶來的影響。並且，作者們還提供瞭相應的防護措施和設計策略，這對於確保芯片在復雜工作環境下的穩定運行至關重要。 總的來說，這本書就像一位經驗豐富的老師，它不僅傳授知識，更重要的是，它引導你如何去思考，如何去理解這個復雜的世界。它讓我認識到，集成電路設計和製造是一個充滿挑戰但也極其迷人的領域，需要持續的學習和不斷的創新。