《集成电路工程基础》

目录1

第一章 基本制造工艺和版图设计基础1

1-1 引言1

工艺1

经济性与生产1

可靠性与性能1

元件不可调1

元件的匹配1

设计者的任务1

1-2 基本制造流程2

1-3 光刻5

1-4 版图设计基础8

采用反向偏置的pn结隔离8

MOS电容器的图形设计9

扩散电阻器的图形设计12

npn晶体管的图形设计15

1-5 版图设计原则17

1-6 连线的交叉19

2-1 一级扩散理论23

第二章 与扩散有关的工艺23

2-2 杂质原子在硅中的扩散24

预淀积26

恒定本体浓度的扩散27

主扩散28

逐步近似29

δ函数近似30

扩散系数的变化32

发射结和集电结的位置34

横向扩散35

外扩散36

工艺变量的敏感度36

2-3 扩散结果的测定37

结深的测量37

薄层电阻的测量38

欧文曲线38

2-4 氧化41

氧化层的生长对硅片表面的影响44

用二氧化硅作杂质扩散的掩蔽46

2-5 硅的外延生长48

氧化物的生长对杂质再分布的影响48

晶体缺陷49

用四氯化硅生长外延层50

气体混合物对生长速率的影响52

外延层的掺杂53

外延生长期间杂质的扩散53

第三章 其它工艺方法57

3-1 隔离方法57

等平面Ⅱ工艺57

垂直各向异性腐蚀工艺59

莫托罗拉多相工艺60

介质隔离工艺60

3-2 其它扩散方法61

掺杂氧化物扩散61

涂源扩散62

离子注入技术62

3-3 薄膜元件65

薄膜电阻器65

薄膜电容器66

3-4 互连67

常规铝互连工艺68

梁式引线互连70

焊料凸焊点互连70

第四章 无源元件及其寄生效应73

4-1 MOS电容器73

击穿电压75

MOS电容器的寄生效应76

4-2 互连77

4-4 螺旋线电感器80

4-3 管座寄生效应80

4-5 薄膜电阻器82

4-6 集成pn结84

耗尽层85

耗尽层近似的应用85

利用劳伦斯-沃纳曲线计算扩散集电结88

pn结电容器的设计90

pn结的击穿电压91

其它pn结92

用计算机计算一般的杂质分布93

耗尽层与结深测量的关系95

pn结电容器的寄生效应95

4-7 扩散电阻器和外延层电阻器96

薄层电阻97

侧壁电导99

集电区电阻器101

发射区电阻器102

寄生电容102

电阻器偏压的影响103

有效薄层电阻105

4-8 沟道电阻器105

寄生电容106

偏压的影响106

压变电阻器107

4-9 单片电路中各种电阻器的比较107

4-10 扩散电阻器的模型108

第五章 集成结型场效应晶体管112

5-1 引言112

5-2　集成n沟结型场效应晶体管115

5-3 双扩散结型场效应晶体管118

5-4 集成结型场效应晶体管的设计121

结型场效应晶体管与沟道电阻器的关系123

5-5 结型场效应晶体管的小信号模型123

第六章 金属-氧化物-半导体场126

效应晶体管126

6-1 表面空间电荷层126

6-2 MOS电容器128

开启电压VT129

6-3 功函数差和氧化层电荷对开启130

电压的影响130

6-4 MOS晶体管133

饱和区的电导136

恒定QB近似的后果136

衬底偏压的影响136

6-5 集成MOS场效应器件136

互补MOS器件（CMOS）139

6-6 其它工艺方法139

金属-氮化物-氧化物-半导体器件（MNOS）139

栅自对准工艺140

离子注入技术140

硅栅结构141

利用难熔金属作栅极的MOS晶体管（RMOS）142

自对准厚氧化物结构（SATO）143

6-7 MOS晶体管的等效电路143

第七章 双极型晶体管和二极管146

7-1 引言146

7-2 理想化的本征结构146

7-3 寄生效应150

集电区电阻150

电容151

基区电阻151

7-4 集成晶体管的大信号模型和小152

信号模型152

大信号模型152

小信号模型153

7-5 物理性能与电特性的关系155

基区电场156

基区输运系数156

发射效率158

击穿电压160

雪崩倍增对伏安特性的影响161

基区宽度调变162

包含基区宽度调变效应的四层模型163

空间电荷层的复合165

根据工艺参量设计晶体管的定性讨论165

7-6 大注入和大电流运用166

大注入166

电流集边效应168

获得最大β的设计169

纵向pnp晶体管171

7-7 pnp晶体管171

三重扩散pnp晶体管171

横向pnp晶体管173

横向pnp晶体管的一级分析174

频率效应176

复合pnp晶体管178

场助横向pnp晶体管178

多集电极横向pnp晶体管179

用四层模型表示横向pnp晶体管180

7-8 二极管181

横向pnp器件的小信号性能181

7-9 肖特基势垒二极管185

第八章 集成电路的热效应188

8-1 硅体内性质的热特性188

载流子迁移率188

电导率189

本征载流子浓度和禁带宽度190

寿命190

电阻器191

8-2 集成器件的电-热模型191

pn结电容器194

二极管195

击穿电压195

本征npn晶体管196

横向pnp晶体管197

8-3 电-热模型的应用198

8-4 等温电路芯片201

8-5 温度稳定的基座202

温度稳定基座的设计203

参考温度和传感器的设计204

8-6 横向的温度变化205

第九章 基本线性集成电路208

9-1 晶体管模型208

偏置模型209

小信号模型209

密勒倍增效应211

9-2 偏置电路212

维德勒电路213

小电流电流源214

并联电流源215

电流源的输出电导216

VD倍增电路217

饱和晶体管218

电平位移级219

9-3 简单的放大级220

改善增益-带宽乘积221

共集共基电路223

9-4 差分放大器225

一级分析225

以射极跟随器输入的差分放大器228

差分输入电阻228

9-5 有源负载232

超增益晶体管232

10-6 电流差分运算放大器234

9-6 吉尔伯特放大单元235

9-7 乘法器237

第十章 集成运算放大器244

10-1 通用差分输入级245

共模反馈247

10-2 一种新颖的差分输入到单端输出248

转换电路248

10-3 带有源负载的输入级251

超增益晶体管的使用255

10-4 小输入偏流的输入级255

偏置补偿257

10-5 输出级259

MC1530的输出级259

μA741的输出级262

MC1556的输出级264

补偿267

10-7 运算放大器的频率特性267

转换速率极限268

改进转换速率269

第十一章 线性集成电路的应用272

11-1 微功耗电路272

偏置272

微功耗放大单元电路273

11-2 大功耗电路274

11-3 比较器279

11-4 RC有源滤波器282

11-5 甚低频滤波器285

11-6 用于测试运算放大器的运算放大器288

11-7 数字-模拟转换290

终端电路292

电流驱动电路294

11-8 稳压器296

第十二章 饱和型逻辑电路基础300

12-1 饱和型倒相器的直流特性300

饱和状态300

截止状态301

12-2 倒相器的瞬态特性302

延迟时间tD303

瞬变时间t′304

存贮时间tS306

瞬变时间t″307

12-3 逻辑运算309

12-4 二极管-晶体管逻辑（DTL）312

设计考虑313

版图设计考虑314

功耗314

DTL基本电路的改进315

12-5 晶体管-晶体管逻辑（TTL）317

寄生pnp效应318

TTL的直流扇出319

负载的分配问题321

TTL电路的版图设计322

12-6 TTL基本电路的改进322

其它逻辑运算324

12-7 电阻-晶体管逻辑（RTL）325

TTL门速度的提高325

RTL电路的版图设计327

12-8 并合晶体管逻辑（MTL）328

12-9 逻辑电路的端特性331

传输特性曲线的性质331

阈点334

过渡宽度334

抗扰度335

12-10 饱和型逻辑电路的比较335

噪声灵敏度335

噪声容限335

第十三章 非饱和型逻辑电路339

13-1 反馈箝位电路340

13-2 利用晶体管控制饱和342

13-3 发射极耦合逻辑（ECL）343

发射极偏置电阻的利用347

ECL电路的设计考虑349

13-4 ECL电路的非线性分析350

单位增益点与过渡宽度352

ECL电路的版图设计353

13-5 ECL电路的一级瞬态分析353

噪声容限353

扇入对传输特性曲线的影响353

抗扰度353

开启延迟时间tD1356

开启瞬变时间t＇357

输出下降时间357

关断瞬变时间toff357

第十四章 基本MOS逻辑电路359

14-1 MOS倒相器359

14-2 饱和负载倒相器362

倒相器的传输函数364

工作点365

单位增益点和噪声容限366

14-3 非饱和负载倒相器367

14-4 耗尽型负载倒相器368

传输特性369

14-5 互补倒相器（CMOS）370

传输特性371

饱和负载倒相器373

14-6 功耗373

非饱和负载倒相器374

耗尽型负载倒相器374

14-7 倒相器的瞬态响应374

饱和负载倒相器375

CMOS倒相器376

保护电路378

静态逻辑电路378

14-8 逻辑电路378

CMOS倒相器的功耗378

传输电路383

动态逻辑电路384

第十五章 数字集成电路的应用387

15-1 连线-逻辑扩展法387

15-2 加法器389

15-3 触发器391

主从触发器393

15-4 移位寄存器395

15-5 存贮器398

随机存取存贮器399