半导体集成电路(第二版)

目录 第1章绪论1 1.1半导体集成电路的概念1 1.1.1半导体集成电路的基本概念1 1.1.2半导体集成电路的分类2 1.2半导体集成电路的发展过程4 1.3半导体集成电路的发展规律5 1.4半导体集成电路面临的问题6 1.4.1深亚微米集成电路设计面临的问题与挑战7 1.4.2深亚微米集成电路性能面临的问题与挑战8 1.4.3深亚微米集成电路工艺面临的问题与挑战8 技术拓展:Chiplet(芯粒)8 基础习题9 高阶习题9 第2章双极集成电路中的元件形成及其寄生效应10 2.1双极集成电路的制造工艺10 2.1.1双极型晶体管的单管结构和工作原理10 2.1.2双极集成晶体管的结构与制造工艺13 2.2集成双极晶体管的有源寄生效应20 技术拓展:BCD工艺21 基础习题22 高阶习题22 第3章MOS集成电路中晶体管的形成及其寄生效应23 3.1MOSFET晶体管的结构及制造工艺23 3.1.1MOSFET晶体管器件结构与工作原理23 3.1.2MOSFET晶体管的制造工艺25 3.2CMOS集成电路的制造工艺27 3.2.1n阱CMOS工艺28 3.2.2p阱CMOS工艺36 3.2.3双阱CMOS工艺37 3.3MOS集成电路中的有源寄生效应37 3.3.1场区寄生MOSFET37 3.3.2寄生双极型晶体管38 3.3.3CMOS集成电路中的闩锁效应38 3.4深亚微米CMOS集成电路工艺40 技术拓展:绝缘体上硅技术43 基础习题44 高阶习题44 第4章集成电路中的无源元件45 4.1集成电阻器45 4.1.1双极集成电路中常用的电阻46 4.1.2MOS集成电路中常用的电阻55 4.2集成电容器58 4.2.1双极集成电路中常用的集成电容器58 4.2.2MOS集成电路中常用的电容器60 4.3互连线62 4.3.1多晶硅互连线62 4.3.2扩散层连线63 4.3.3金属互连线63 技术拓展:修调技术65 基础习题66 高阶习题66 第5章MOS晶体管基本原理与MOS反相器电路67 5.1MOS晶体管的电学特性67 75.1.1MOS晶体管基本电流方程的导出67 5.1.2MOS晶体管的I-V特性69 5.1.3MOS晶体管的阈值电压和导电特性71 5.1.4MOS晶体管的衬底偏压效应73 5.1.5MOS晶体管的二级效应74 5.1.6MOS晶体管的电容78 5.2MOS反相器82 5.2.1反相器的基本概念82 5.2.2E/R型nMOS反相器84 5.2.3E/E型nMOS反相器85 5.2.4E/D型nMOS反相器87 5.2.5CMOS反相器89 技术拓展:3D晶体管103 基础习题104 高阶习题105 第6章CMOS静态门电路106 6.1基本CMOS静态门106 6.1.1CMOS与非门106 6.1.2CMOS或非门107 6.2CMOS复合逻辑门109 6.2.1异或门110 6.2.2其他复合逻辑门111 6.3MOS管的串并联特性111 6.3.1晶体管串联的情况111 6.3.2晶体管并联的情况112 6.3.3晶体管尺寸的设计113 6.4CMOS静态门电路的延迟115 6.4.1延迟时间的估算方法115 6.4.2缓冲器*优化设计120 6.5CMOS静态门电路的功耗121 6.5.1CMOS静态门电路功耗的组成121 6.5.2降低电路功耗的方法125 6.6功耗和延迟的折中128 技术拓展:门控时钟技术129 基础习题130 高阶习题131 第7章传输门逻辑和动态逻辑电路132 7.1基本的传输门132 7.1.1nMOS传输门133 7.1.2pMOS传输门134 7.1.3CMOS传输门135 7.2传输门逻辑电路135 7.2.1传输门逻辑电路举例135 7.2.2传输门逻辑的特点137 7.3基于二叉判决图BDD的传输门逻辑生成方法138 7.4基本CMOS动态逻辑电路142 7.4.1基本CMOS动态逻辑电路的工作原理143 7.4.2动态逻辑电路的优缺点144 7.5传输门隔离动态逻辑电路145 7.5.1传输门隔离动态逻辑电路工作原理145 7.5.2传输门隔离多级动态逻辑电路的时钟信号146 7.5.3多米诺逻辑148 7.6动态逻辑电路中存在的问题及解决方法151 7.6.1电荷泄漏151 7.6.2电荷共享152 7.6.3时钟馈通153 7.6.4体效应153 技术拓展:如何选择逻辑类型154 基础习题155 高阶习题157 第8章时序逻辑电路158 8.1电荷的存储机理158 8.1.1静态存储机理158 8.1.2动态存储机理159 8.2电平敏感锁存器160 8.2.1CMOS选择器型锁存器160 8.2.2基于传输门多选器的D锁存器162 8.2.3动态锁存器163 8.3边沿触发寄存器163 8.3.1寄存器的几个重要参数164 8.3.2CMOS静态主从结构寄存器164 8.3.3传输门多路开关型寄存器165 8.3.4C2MOS寄存器170 8.4其他类型寄存器172 8.4.1脉冲触发锁存器172 8.4.2灵敏放大器型寄存器173 8.4.3施密特触发器174 8.5带复位及使能信号的D寄存器176 8.5.1同步复位D寄存器176 8.5.2异步复位D寄存器177 8.5.3带使能信号的同步复位D寄存器178 8.6寄存器的应用及时序约束179 8.6.1计数器179 8.6.2时序电路的时序约束181 技术拓展:异步数字系统184 基础习题184 高阶习题185 第9章MOS逻辑功能部件186 9.1多路开关186 9.2加法器和进位链188 9.2.1加法器定义188 9.2.2全加器电路设计190 9.2.3进位链193 9.3算术逻辑单元198 9.3.1以传输门逻辑电路为主体的算术逻辑单元198 9.3.2以静态逻辑门电路为主体的算术逻辑单元199 9.4移位器200 9.5乘法器203 技术拓展:片上系统技术207 基础习题208 高阶习题210 第10章半导体存储器211 10.1半导体存储器概述211 10.1.1半导体存储器的分类211 10.1.2半导体存储器的相关性能参数212 10.1.3半导体存储器的结构213 10.2非挥发性只读存储器214 10.2.1ROM的基本存储单元214 10.2.2MOS-OR和NOR型ROM215 10.2.3MOS-NAND型ROM220 10.2.4预充式ROM222 10.2.5一次性可编程ROM223 10.3非挥发性读写存储器223 10.3.1可擦除可编程ROM223 10.3.2电可擦除可编程ROM227 10.3.3FLASH存储器231 10.4随机存取存储器233 10.4.1SRAM233 10.4.2DRAM238 10.5存储器外围电路240 10.5.1地址译码单元240 10.5.2灵敏放大器243 10.5.3时序和控制电路244 技术拓展:高密度存储器245 基础习题246 高阶习题247 第11章模拟集成电路基础248 11.1模拟集成电路中的特殊元件248 11.1.1MOS可变电容249 11.1.2集成双极型晶体管252 11.1.3集成MOS管253 11.2MOS晶体管及双极晶体管的小信号模型254 11.2.1MOS晶体管的小信号模型255 11.2.2双极晶体管的小信号模型256 11.3恒流源电路257 11.3.1电流源258 11.3.2电流基准电路262 11.4基准电压源电路264 11.4.1基准电压源的主要性能指标264 11.4.2带隙基准电压源的基本原理265 11.5单级放大器268 11.5.1MOS集成电路中的单级放大器268 11.5.2双极集成电路中的单级放大器272 11.6差动放大器277 11.6.1MOS差动放大器277 11.6.2双极晶体管差动放大器283 技术拓展:亚阈值设计285 基础习题286 高阶习题287 第12章D/A及A/D变换器288 12.1D/A变换器基本概念288 12.1.1D/A变换器基本原理288 12.1.2D/A变换器的分类290 12.1.3D/A变换器的主要技术指标290 12.2D/A变换器的基本类型291 12.2.1电流定标D/A变换器292 12.2.2电压定标D/A变换器295 12.2.3电荷定标D/A变换器296 12.3A/D变换器的基本概念297 12.3.1A/D变换器基本原理297 12.3.2A/D变换器的分类297 12.3.3A/D变换器的主要技术指标298 12.4A/D变换器的常用类型299 12.4.1积分型A/D变换器299 12.4.2逐次逼近式A/D变换器301 12.4.3Σ-ΔA/D变换器302 12.4.4全并行A/D变换器303 12.4.5流水线A/D变换器304 技术拓展:A/D变换器的发展方向305 基础习题305 高阶习题306 参考文献307