CMOS数字集成电路设计 9787111529330 机械工业出版社 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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美查尔斯.霍金斯Charles Hawkins等 著

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• 微电子学
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• 机械工业出版社

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出版社： 机械工业出版社

ISBN：9787111529330

商品编码：29424811520

包装：平装

出版时间：2016-04-01

基本信息

书名：CMOS数字集成电路设计

定价：69.00元

作者：(美)查尔斯.霍金斯(Charles Hawkins)等

出版社：机械工业出版社

出版日期：2016-04-01

ISBN：9787111529330

字数：252000

页码：242

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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内容提要

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本书中文简体字版由IET授权机械工业出版社出版。未经出版者书面许可，不得以任何方式复制或抄袭本书内容。

本书涵盖了CMOS数字集成电路的设计技术，教材的编写采用新颖的讲述方法，并不要求学生已经学习过模拟电子学的知识，有利于教师灵活地安排教学计划。本书完全放弃了涉及双极型器件的内容，只关注数字集成电路的主流工艺——CMOS数字电路设计。书中引入大量的实例，每章后也给出了丰富的习题，使得学生能够将学到的知识与实际结合。本书可作为CMOS数字集成电路的本科教材。

目录

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作者介绍

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文摘

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序言

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《微电子器件物理与制造工艺》 内容简介 本书旨在深入浅出地阐述构成现代集成电路核心的微电子器件的物理原理及其制造工艺。我们将从半导体材料的基础特性入手，逐步深入到各类晶体管的结构、工作机理和性能分析，最终触及影响器件性能和集成电路设计的关键制造技术。本书力求在理论深度与工程实践之间取得平衡，为读者构建一个全面、系统、深入的微电子器件知识体系。 第一部分：半导体材料基础 本部分将详细介绍集成电路设计中最基础也是最重要的组成部分——半导体材料。我们将重点关注硅（Si）作为最主流的半导体材料，分析其晶体结构、能带理论以及载流子（电子和空穴）的输运特性。 晶体结构与晶格： 详细解析硅的钻石型晶体结构，包括其原子排列、键合特性以及晶面和晶向的概念。理解晶体结构对于后续理解器件的各向异性特性至关重要。 能带理论： 深入剖析半导体的能带结构，包括价带、导带、禁带宽度以及本征载流子浓度。解释温度、掺杂等因素如何影响能带结构和载流子浓度。 载流子输运： 详细讲解电子和空穴在半导体中的输运机制，包括漂移（drift）和扩散（diffusion）。分析电场和浓度梯度如何驱动载流子运动，并引入迁移率（mobility）和扩散系数（diffusion coefficient）等关键参数。 掺杂（Doping）： 详细介绍N型和P型掺杂的概念，以及如何通过引入施主（donor）和受主（acceptor）杂质来改变半导体的导电类型和载流子浓度。阐述掺杂对能带结构的影响，以及费米能级（Fermi level）的概念。 本征半导体与杂质半导体： 对比分析本征半导体和杂质半导体在载流子浓度、导电特性上的差异。 PN结的形成与特性： 详细讲解PN结的形成过程，包括其内建电场、耗尽区（depletion region）以及势垒电势（barrier potential）。深入分析PN结在正向偏压和反向偏压下的伏安特性，包括载流子的注入、复合以及击穿现象。 第二部分：关键微电子器件 本部分将聚焦于构成现代集成电路的核心器件，重点讲解场效应晶体管（FETs）和双极结型晶体管（BJTs）的结构、工作原理、电学模型以及性能分析。 PN结二极管： 作为最基本的半导体器件，我们将详细分析PN结二极管的正反向特性，以及齐纳二极管、变容二极管等特殊二极管的工作原理。 双极结型晶体管（BJTs）： 结构与工作原理： 深入讲解NPN和PNP型BJT的结构，包括发射区（emitter）、基区（base）和集电区（collector）。详细阐述BJT的工作模式（截止、放大、饱和），以及电流放大系数（β）和跨导（transconductance）等关键参数。 电学模型： 介绍Ebers-Moll模型和混合-π模型等BJT的电路模型，用于分析BJT在电路中的行为。 性能指标： 分析BJT的频率响应、噪声特性以及功率限制等关键性能指标。 场效应晶体管（FETs）： 结型场效应晶体管（JFETs）： 讲解JFET的结构（沟道、栅极），工作原理，以及跨导、漏极电流等参数。 金属-氧化物-半导体场效应晶体管（MOSFETs）： MOS电容： 详细分析MOS电容（MIS电容）的结构和电容-电压（C-V）特性，包括积累（accumulation）、耗尽（depletion）和反转（inversion）三种工作状态。这是理解MOSFET工作原理的基础。 NMOS和PMOS晶体管： 详细讲解NMOS和PMOS晶体管的结构，包括源极（source）、漏极（drain）、栅极（gate）和衬底（substrate）。深入分析其工作原理，包括阈值电压（threshold voltage）、栅极电压、漏极电流与栅漏电压的关系。 增强型和耗尽型MOSFETs： 区分并分析四种基本MOSFET（增强型NMOS、耗尽型NMOS、增强型PMOS、耗尽型PMOS）的工作特性。 MOSFET电学模型： 介绍MOSFET的DC和AC模型，如长沟道模型和短沟道模型，以及各种影响因素（如短沟道效应、倾斜沟道效应、栅诱导漏极电子流等）下的行为修正。 性能指标： 分析MOSFET的开关速度、漏电流、阈值电压稳定性、可靠性等关键性能指标。 第三部分：器件制造工艺 本部分将深入探讨集成电路器件制造过程中涉及的关键工艺步骤，从晶圆制备到最终的封装测试，全面展示现代微电子制造的复杂性和精密性。 晶圆制备： 单晶硅的生长： 介绍柴可拉斯基法（Czochralski method）等生长高质量单晶硅棒的技术。 硅片切割与抛光： 讲解如何将硅棒切割成薄片，并进行化学机械抛光（CMP）以获得平整、光滑的硅片表面。 薄膜生长： 氧化（Oxidation）： 详细介绍湿氧化和干氧化工艺，及其在形成二氧化硅（SiO2）绝缘层中的重要作用。 外延（Epitaxy）： 讲解气相外延（CVD）等方法，用于在现有硅片表面生长具有特定晶体取向和掺杂浓度的外延层。 薄膜沉积（Deposition）： 介绍化学气相沉积（CVD）、物理气相沉积（PVD）等方法，用于沉积多晶硅（polysilicon）、氮化硅（SiN）、金属（如铝、铜）等薄膜材料。 光刻（Photolithography）： 光刻原理： 详细阐述光刻技术的核心——利用光掩模（mask）将电路图形转移到光刻胶（photoresist）上的过程。 光刻设备与材料： 介绍接触式光刻、接近式光刻和投影式光刻等技术，以及正性光刻胶和负性光刻胶。 关键工艺： 讲解涂胶、曝光、显影等关键步骤。 刻蚀（Etching）： 干法刻蚀（Dry Etching）： 重点介绍等离子体刻蚀（plasma etching）和反应离子刻蚀（RIE）等干法刻蚀技术，分析其高选择性、高各向异性的优点。 湿法刻蚀（Wet Etching）： 介绍利用化学试剂进行刻蚀的湿法刻蚀，讨论其优缺点。 掺杂工艺： 扩散（Diffusion）： 介绍高温扩散工艺，用于将杂质原子引入硅中。 离子注入（Ion Implantation）： 详细讲解离子注入作为一种更精确控制掺杂剂量和深度的技术。 互连（Interconnect）： 金属化（Metallization）： 介绍利用铝、铜等金属形成导线，连接不同器件和电路的功能。 多层互连技术： 讲解如何通过多层金属和介质层构建复杂的集成电路。 器件隔离技术： LOCOS（Local Oxidation of Silicon）： 介绍局部氧化技术，用于在器件之间形成氧化隔离区域。 STI（Shallow Trench Isolation）： 讲解浅沟槽隔离技术，作为LOCOS的替代方案，具有更好的平面度和器件密度。 测试与封装： 晶圆测试： 介绍在晶圆状态下对电路性能进行初步测试的方法。 切割与键合： 讲解如何将单个芯片从晶圆上切割下来，并进行引线键合。 封装： 介绍各种封装形式（如DIP、SOP、QFP、BGA等），以及其在保护芯片和提供电气连接方面的作用。 第四部分：器件可靠性与质量控制 本部分将讨论影响微电子器件长期稳定性和性能的关键因素，以及相应的质量控制方法。 器件失效机理： 探讨热电子效应、栅氧化击穿、金属迁移、电迁移、应力迁移等常见的器件失效机理。 可靠性测试： 介绍加速寿命试验（ALT）、高低温循环试验、湿度试验等评估器件可靠性的方法。 质量管理体系： 简要介绍集成电路制造中的质量管理概念和标准。 学习目标 通过学习本书，读者将能够： 理解半导体材料的基本物理特性及其在器件中的作用。 掌握各类晶体管（BJT、MOSFET）的结构、工作原理、电学特性和关键参数。 了解微电子器件制造过程中的核心工艺步骤，包括薄膜生长、光刻、刻蚀、掺杂等。 认识到器件设计与制造工艺的紧密联系，以及制造工艺对器件性能的影响。 初步了解器件可靠性及其影响因素。 本书适合于电子工程、微电子学、半导体物理与器件等相关专业的本科生、研究生，以及从事集成电路设计、制造、测试和研发的工程师和技术人员阅读。本书的深入性和系统性，将为读者在微电子领域打下坚实的基础，并为其进一步深入研究和应用提供有力的支撑。

评分☆☆☆☆☆

我在一个初创公司工作，主要负责FPGA原型验证和部分ASIC的初步设计。最近，公司正在尝试将一个复杂的数字信号处理算法移植到ASIC上，以期获得更高的性能和更低的功耗。作为团队的一员，我深感自己在CMOS设计领域的知识储备不足。我急需一本能够帮助我快速上手、理解ASIC设计流程和关键技术点的书籍。我关注的重点在于如何从算法层面到RTL设计，再到物理实现，整个流程中的关键设计决策点。尤其是我对于低功耗设计技术，比如时钟门控、电源门控以及如何优化电路以降低漏电功耗等，非常感兴趣。同时，我也希望了解一些关于时序分析和优化、以及如何与后端设计团队有效沟通的实用技巧。如果这本书能够提供一些在实际项目开发中可能遇到的典型问题和解决方案，那将极大地提高我的工作效率。我期望这本书能够成为我在ASIC设计道路上的得力助手，帮助我更快地掌握必要的技能。

评分☆☆☆☆☆

最近我一直在为我的毕业设计项目寻找一本能指导我进行CMOS数字集成电路设计的书籍，期间接触了不少相关资料，但一直觉得缺乏一本既有深度又不失实用的经典教材。在一次偶然的机会，我听学长提到了《CMOS数字集成电路设计》这本书，虽然我还没有真正购入，但从一些在线预览和内容提要来看，它似乎正是我所需要的。我尤其关注其中关于数字逻辑设计、亚阈值区操作以及不同工艺制程下电路特性的分析，这些都是我目前研究中遇到的瓶颈。我希望这本书能提供清晰的理论阐述，同时辅以大量的实例分析，帮助我理解如何在实际设计中权衡性能、功耗和面积。例如，我一直对如何优化时序和降低动态功耗感到困惑，希望能从书中找到系统性的解决方案。另外，这本书的出版年份也相对较新，这让我对它能够涵盖最新的设计技术和工具抱有期待，比如先进的EDA工具的使用和验证方法。我期望这本书能够成为我项目研究的坚实理论基础和实践指导，让我能够更自信地 tackling 复杂的集成电路设计挑战。

评分☆☆☆☆☆

我最近在为一个嵌入式系统的项目进行硬件选型，需要设计一个低功耗、高性能的数字前端。我手头有几本关于数字系统设计和Verilog HDL的书籍，但感觉在CMOS工艺层面的理解还不够深入。我希望能找到一本能够详细介绍CMOS基本单元电路（如反相器、 NAND, NOR门等）的特性，以及如何利用这些基本单元构建复杂的数字电路的书籍。我特别关注的是如何进行功耗优化，包括静态功耗和动态功耗的计算与降低方法。例如，我一直在思考如何在满足性能要求的前提下，最大限度地降低功耗，以便延长电池寿命。我也希望了解一些关于时钟树综合、布线延迟以及如何进行静态时序分析（STA）的实用知识。如果这本书能够提供一些实际的设计流程和工具介绍，比如EDA工具的使用心得，那将非常有帮助。我期待这本书能够帮助我更好地理解CMOS电路的设计原理，从而为我的项目做出更优化的硬件设计决策。

评分☆☆☆☆☆

我最近对高性能计算芯片的架构设计产生了浓厚的兴趣，特别是在低功耗设计和信号完整性方面。我一直在阅读各种关于处理器、GPU以及AI加速器等相关书籍，试图理解这些前沿技术背后的设计原理。尽管我手头已经有一些关于体系结构和数字逻辑基础的书籍，但总感觉在CMOS集成电路这一层面，我缺乏一个深入的、系统的理解。我希望能够找到一本能够详细讲解CMOS器件模型、栅极延迟、功耗计算以及噪声耦合等关键技术细节的书籍。特别是对于一些复杂的互连线效应和电磁干扰（EMI）问题，如果这本书能提供有效的分析方法和设计建议，那将非常有价值。我对于书中能否包含最新的CMOS工艺节点的特性，例如 FinFET 或 Gate-All-Around (GAA) FET 的设计考量，也相当期待。如果书中能详细阐述这些先进器件在实际电路设计中的应用和挑战，那将对我理解现代高性能计算芯片的设计有极大的帮助。我相信，一个扎实的CMOS设计基础，对于我未来在这一领域深入研究至关重要。

评分☆☆☆☆☆

我是一名正在攻读微电子学博士的学生，我的研究方向是新型半导体材料在集成电路中的应用。虽然我的理论基础相对扎实，但在CMOS集成电路的具体设计实现方面，我仍然觉得需要进一步的深化和拓宽。我一直在寻找一本能够系统性地讲解CMOS器件物理特性与电路性能之间关系的图书，特别是关于亚微米和纳米尺度下器件的各种效应，比如短沟道效应、量子效应以及它们的电路实现所带来的挑战。我期望这本书能够提供深入的器件模型和电路仿真方法，帮助我更好地理解新材料和新器件结构如何影响电路的设计和性能。此外，对于一些先进的模拟和混合信号集成电路设计技术，如果书中能够有所涉及，并提供一些理论分析和设计实例，那将对我目前的科研工作提供非常宝贵的参考。我尤其希望了解如何将一些前沿的器件研究成果转化为实际的电路设计，以及在设计过程中可能遇到的实际工程问题。