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特种金属焊接，ISBN：9787887095596，作者：本社 编
《现代集成电路设计与制造》 图书简介 第一章：集成电路基础与发展历程 本章深入剖析集成电路（IC）的起源、发展脉络及其在现代电子系统中的核心地位。我们将从晶体管的诞生讲起，逐步过渡到小规模集成（SSI）、中规模集成（MSI）、大规模集成（LSI）乃至超大规模集成（VLSI）的演进过程，阐述摩尔定律的驱动作用及其对信息技术革命的深远影响。重点介绍半导体材料科学的基础知识，如硅的提纯、单晶生长技术，以及衬底的制备工艺，为后续的制造流程打下坚实的理论基础。此外，本章还将涵盖集成电路的分类，包括模拟、数字和混合信号集成电路的结构特点和应用领域，帮助读者建立宏观的产业认知框架。 第二章：半导体器件物理与模型 本章聚焦于构成集成电路的最小单元——半导体器件的物理原理。我们将详细讲解MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）的工作机制，包括其输出特性、亚阈值导通、载流子迁移率饱和等关键电学行为。对PMOS和NMOS晶体管的结构差异、性能权衡进行对比分析。随后，深入探讨用于电路建模的常用模型，如BSIM模型系列，解释其参数提取和在仿真软件中的应用。此外，本章还会涉及双极性晶体管（BJT）在特定高频和模拟电路中的应用，以及先进器件结构，如FinFET、SOI（绝缘体上硅）技术的基本原理和优势。 第三章：CMOS集成电路设计基础 本章是深入学习数字电路设计的核心章节。我们从最基本的CMOS逻辑门（非门、与非门、或非门）的结构和特性入手，分析其静态和动态功耗、噪声容限和传输延迟。在此基础上，系统阐述组合逻辑电路和时序逻辑电路的设计方法。组合逻辑部分涵盖了逻辑优化、卡诺图化简、以及使用门级电路实现复杂布尔函数的方法。时序逻辑部分则重点讲解锁存器（Latch）和触发器（Flip-Flop）的工作原理、时序约束（建立时间、保持时间）的分析与避免锁存器违例的策略。本章还将引入CMOS反相器作为基本延时单元，建立对电路速度的量化理解。 第四章：模拟集成电路设计原理 模拟电路是实现信号感知、处理和驱动的关键。本章首先介绍理想运算放大器（Op-Amp）的概念及其在反馈系统中的应用。随后，转向实际的CMOS运放设计，详细分析单级、多级（如折叠共源共栅）运放的结构、增益、带宽和相位裕度。重点讨论关键性能指标的权衡，如输入阻抗、输出阻抗和功耗控制。本章还会覆盖电流镜（Current Mirror）的精度设计、有源负载、偏置电路的设计技巧，以及低噪声放大器（LNA）的设计考量，为射频（RF）前端设计奠定基础。 第五章：CMOS集成电路的物理设计流程 本章将读者从抽象的电路图带入到具体的芯片版图实现阶段。详细介绍VLSI设计流程的后端（Physical Design）步骤，包括：逻辑综合（Logic Synthesis），如何将RTL代码转化为门级网表；布局规划（Floorplanning），确定芯片的整体结构和宏单元的放置；标准单元的自动布局（Placement）和详细的布线（Routing）技术，包括按层布线、最小化线长和交叉。本章强调设计规则检查（DRC）和版图验证（LVS）的重要性，确保物理实现符合半导体制造厂的工艺要求，并介绍寄生参数提取（Parasitic Extraction）对电路速度和功耗仿真的影响。 第六章：时钟网络与低功耗设计 时钟信号的质量对同步数字电路的性能至关重要。本章深入探讨时钟树综合（Clock Tree Synthesis, CTS）技术，旨在最小化时钟偏斜（Skew）和时钟抖动（Jitter）。讲解如何使用H树结构和其他缓冲器策略来保证时钟信号在整个芯片上同步到达。在低功耗设计方面，本章将系统介绍降低动态功耗（开关功耗）和静态功耗（亚阈值漏电）的方法。内容包括电压调控（Voltage Scaling）、时钟门控（Clock Gating）、电源门控（Power Gating）技术，以及选择合适的工艺库（Standard Cell Library）对实现低功耗目标的作用。 第七章：半导体制造工艺——光刻与刻蚀 本章揭示集成电路如何从设计蓝图转化为实体芯片的制造核心环节。详细阐述光刻（Lithography）工艺，包括光刻胶的选择、掩模版（Mask）的制作、曝光机的工作原理，以及关键的衍射限制（Resolution Limit）问题。重点介绍先进制造节点中使用的浸没式光刻（Immersion Lithography）和极紫外光刻（EUV）技术。随后，深入讲解刻蚀（Etching）工艺，对比干法刻蚀（Plasma Etching，如RIE）和湿法刻蚀的优缺点，特别是干法刻蚀在实现高深宽比（Aspect Ratio）结构中的关键作用，以及对侧壁粗糙度和垂直度的控制。 第八章：薄膜沉积与金属互连 本章关注芯片的“骨架”——薄膜的沉积和金属导线的形成。详述薄膜沉积技术，包括化学气相沉积（CVD）、物理气相沉积（PVD）如溅射（Sputtering），以及原子层沉积（ALD）在制备高质量栅氧化层和高介电常数（High-k）材料中的重要性。在金属互连部分，重点介绍传统铝线与现代铜互连工艺（Damascene Process）的对比。深入分析多层金属互连的结构、层间介质（ILD）材料的选择（如低k材料），以及如何管理互连线的电阻、电容和电迁移（Electromigration）问题，这些是决定芯片最终速度和可靠性的关键因素。 第九章：先进封装与系统级集成 随着芯片尺寸的缩小，封装技术已成为系统性能瓶颈之一。本章探讨先进封装技术，包括倒装芯片（Flip-Chip）、凸点阵列（BGA）和系统级封装（SiP）。重点介绍2.5D和3D集成技术，如中介层（Interposer）的应用，以及如何通过TSV（硅通孔）技术实现芯片堆叠，从而大幅缩短芯片间距，降低延迟和功耗。本章还将讨论芯片测试、良率分析（Yield Analysis）和可靠性工程（Reliability Engineering）在保证最终产品质量中的作用。 第十章：集成电路的测试与可靠性 本章是保证芯片功能正确性和长期稳定性的关键环节。首先介绍半导体器件与电路的故障模型，包括静态与动态缺陷。随后，详细阐述芯片级的自动测试结构（DFT），如扫描链（Scan Chain）的插入，以及内置自测试（BIST）技术，用于快速高效地检测制造缺陷。在可靠性方面，本章分析影响芯片寿命的几种主要机理，如热效应、电迁移、静电放电（ESD）防护电路的设计与验证，确保芯片在实际工作环境下的长期可靠运行。
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