集成電路芯片設計 epub pdf mobi txt 電子書 下載 2024

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編輯推薦

　　1. 通過三個實際設計實例：雙極型器件及集成電路設計、場效應器件及MOS型集成電路設計、大功率器件及功率集成電路設計，將設計原理、設計思路、設計技巧等逐一展現給讀者。從簡到難，邊學邊做，從不會到會，再到創新思維的培養。教材中大量的圖片及視頻資料都是首次應用，為微電子專業教學提供瞭寶貴的教學資源。
　　2.通過二維碼鏈接瞭管芯片製造原理、集成電路芯片設計、矽芯片製作的視頻，幫助讀者理解集成電路設計的原理。

內容簡介

　　本書詳細論述瞭半導體物理基礎及PN結的結構與原理。通過三個實際設計實例： 雙極型器件及集成電路設計、場效應器件及MOS型集成電路設計、大功率器件及功率集成電路設計，將設計原理、設計思路、設計技巧等逐一展現給讀者。從簡到難邊學邊做，從不會到會，再到創新思維的培養。本書配置的圖片都是首次應用，同時還配套瞭一些視頻幫助讀者理解集成電路設計的原理，讀者可以掃描文中二維碼直接觀看。
　　本書可作為微電子專業本科及大專教材，也可作為微電子專業教師或技術人員入職培訓用書，還可作為微電子技術人員的參考用書。

作者簡介

　　馬奎，博士，副教授，主要承擔微電子技術方麵的教學和科研工作，研究方嚮為半導體功率器件、智能功率集成電路、半導體集成技術等。

目錄

第1章半導體物理基礎及PN結簡介
1.1半導體物理基礎
1.1.1晶體結構體
1.1.2基元、點陣和晶格
1.1.3原胞、基矢、晶嚮和晶麵
1.1.4能帶的形成
1.1.5鍺、矽和砷化鎵的能帶結構
1.1.6絕緣體、半導體和導體
1.1.7本徵半導體、半導體中的載流子、空穴
1.2載流子的輸運
1.2.1擴散運動
1.2.2漂移運動
1.3PN結簡介
1.3.1PN結的形成及其基本特性
1.3.2平衡PN結的能帶結構和載流子分布
1.3.3非平衡PN結的能帶結構和載流子分布
1.3.4PN結的電場和電勢分布
1.4PN結的有關特性
1.4.1PN結的直流特性
1.4.2PN結的電容特性
1.4.3PN結的小信號交流特性
1.4.4PN結的開關特性
1.4.5PN結的擊穿
第2章雙極型器件及集成電路設計
2.1雙極型晶體管的結構
2.2雙極型晶體管的工作原理
2.2.1雙極型晶體管內載流子的輸運過程
2.2.2晶體管的直流特性
2.3雙極型晶體管設計
2.3.1NPN雙極型晶體管的設計要求及預期參數
2.3.2參數設計
2.3.3仿真分析
2.4雙極型集成電路設計
2.4.1雙極型集成電路設計基礎
2.4.2雙極型集成電路設計實例
第3章場效應器件及MOS型集成電路設計
3.1MOSFET結構及工作原理
3.1.1半導體錶麵的特性和理想MOS結構
3.1.2MOSFET結構及其工作原理
3.1.3MOSFET的閾值電壓
3.1.4MOSFET的電流、電壓關係
3.1.5MOSFET的擊穿電壓
3.1.6MOSFET的高頻等效電路和頻率特性
3.2JFET結構及工作原理
3.2.1結型場效應晶體管的工作原理
3.2.2JFET的電流—電壓方程
3.2.3JFET的直流參數和頻率參數
3.3場效應器件設計
3.3.1MOSFET的設計要求及預期參數
3.3.2材料參數設計
3.3.3仿真分析
3.4MOS型集成電路設計
3.4.1MOS型集成電路設計基礎
3.4.2MOS型集成電路設計實例
第4章大功率器件及功率集成電路設計
4.1大功率器件簡介
4.2大功率器件設計
4.2.1VDMOS耐壓層的設計
4.2.2VDMOS原胞的設計及仿真分析
4.2.3VDMOS的終端結構設計
4.3功率集成技術簡介
4.4功率集成電路設計實例
4.4.1係統方案設計
4.4.2檢測、比較電路模塊
4.4.3控製電路模塊
4.4.4驅動電路模塊
4.4.5保護電路模塊
4.4.6整體電路設計
4.4.7集成智能功率模塊版圖設計
參考文獻
附錄A矽芯片製作、MOS管芯片製造原理、集成電路芯片設計參考視頻
附錄B常用物理常數
附錄C主要符號錶

精彩書摘

　　第1章半導體物理基礎及PN結簡介
　　本章是微電子設計人員應掌握的基本知識。半導體材料是微電子器件的襯底材料，半導體物理學是描述半導體材料相關特性的學科，瞭解這門學科的基礎知識對設計微電子器件大有益處。PN結是微電子器件中的基礎結構之一，掌握PN結的形成機理及相關特性是進行微電子器件設計工作所必需的。
　　在進行微電子器件設計之前，瞭解和掌握相關基礎知識是十分必要的。微電子器件是製作在半導體材料上的，其內部載流子的輸運狀況對其宏觀特性有著直接影響。學會通過能帶圖定性分析半導體的導電類型和載流子濃度的高低，能夠定量求解連續性方程和泊鬆方程從而得到半導體中的電場分布、電勢分布和載流子濃度分布，將為後續各類器件的結構、原理和設計的學習打下基礎。微電子器件的基礎結構之一是PN結，瞭解和掌握PN結空間電荷區的形成及其基本特性，PN結的能帶結構，將為定性分析其他半導體器件打下基礎。用泊鬆方程和電流連續性方程分析PN結的基本特性，導齣PN結的電流、電壓關係，將為定量錶徵半導體器件特性建立起基本的數學方法。
　　1.1半導體物理基礎
　　1.1.1晶體結構體
　　按照原子或分子的排列狀況，可將固體材料分為晶體和非晶體兩種。根據原子或分子排列的全局周期性和局部周期性，又可將晶體分為單晶和多晶。如圖1.1所示，單晶材料內部原子或分子的排列在整塊固體材料中都呈現嚴格一緻的周期性，多晶材料內部原子或分子的排列隻在小範圍呈現周期性而在大範圍不具備周期性，原子或分子排列沒有任何周期性的是非晶材料。
　　圖1.1單晶、多晶與非晶原子排列示意圖
　　半導體單晶材料（以下簡稱半導體材料）是固體材料的一個重要分支，其導電能力介於金屬和絕緣體之間。這類材料的顯著特點是可以通過摻入雜質等辦法改變其導電能力或導電類型，這是由半導體材料的晶體結構、能帶結構和電荷的輸運性質決定的。正是因為這一顯著特點，使得半導體材料被廣泛應用於製作各類微電子器件和集成電路。
　　1.1.2基元、點陣和晶格
　　在晶體的周期性排列結構中存在一個基本的結構單元，稱為基元。基元可以是一個原子、一個分子，也可以是由若乾原子組成的原子團。基元在空間三個不同方嚮上分彆按一定距離進行周期性重復排列，就構成瞭晶格。基元以及周期性重復排列的間距不同，所構成的晶體也就不同。
　　為直觀起見，可把每個基元抽象為一個點，用假想的綫將這些點連接起來，構成有規律性的空間架構，稱為點陣。每個抽象的點又叫作格點，這種空間點陣又稱為布喇菲格子(Bravais Lattice)。可以推斷，點陣中抽象的點在空間分布的周期性與晶體中原子排列的周期性完全相同。
　　基元是晶體中最小的周期性重復單元，每個基元中的原子數就是構成晶體的原子種類數。點陣從全局的角度描繪瞭晶體的空間架構。把點陣和基元組閤起來，就構成瞭晶體結構，簡稱晶格。若晶體材料隻由一種原子構成，其晶格就是布喇菲格子。若是由兩種或兩種以上的原子構成，那麼各種原子在空間的分布亦相同，並且與該晶體的空間點陣的分布情況一緻，因為隻有這樣，晶體中總的原子排列纔具有統一的周期性。對於這種情況，可以分彆把每種原子各自的分布看成一套空間點陣，而晶體中總的原子排列則可以看成由兩套或兩套以上分布情況完全相同的空間點陣套在一起構成，這種晶格又稱為復式格子。
　　1.1.3原胞、基矢、晶嚮和晶麵
　　在描述晶體內部結構周期性時，采用的另一種方法是把晶體劃分成一些周期性重復區域——原胞或單胞。原胞是晶體的最小周期性單元，每個原胞隻有一個布喇菲格點，空間點陣的格點隻能在原胞的頂角點上。由於原胞是體積最小的周期性重復單元，所以用原胞來描述晶體內部結構的周期性可能描述得最充分、最仔細。但在很多情況下，原胞的形狀不便於反映晶體中原子排列的對稱性。因此為瞭既能描述原子排列的周期性，又便於反映它們的對稱性，在習慣上有時不得不采用體積較大的晶體學原胞(晶胞)。通常的做法是選擇晶體學原胞的對稱性與晶體的空間點陣的點群對稱性一緻。
　　基矢是為便於進行數學分析而設置的一組描述晶體結構周期性的基本平移矢量。原胞基矢量為三個不共麵的獨立矢量，其方嚮與原胞結構的空間方嚮一緻，長度等於原胞邊長(稱為晶格常數)，通常用符號a、b、c來錶示。利用原胞基矢，晶格中的任一點可錶示為
　　r=pa+qb+sc(1.1)
　　式中： p、q、s為整數。如果在晶體中有兩點r和r′，滿足：
　　r′=r+(m1a+m2b+m3c)(1.2)
　　式中： m1、m2、m3為整數，從這兩點上看，r和r′位置上原子的分布情況完全相同。因此，這兩點的微觀物理性質完全一緻，這一特徵稱為晶體的平移對稱性（或稱平移不變性），這是晶體結構周期性的必然結果。以圖1.2的二維晶格為例，單胞ODEF與O′D′E′F′具有完全相同的結構和物理性質。
　　圖1.2二維晶格的平移操作（r=3a+2b）
　　原胞中原子排列的具體形式稱為晶格結構。不同的排列規則形成不同的晶格結構。不同的原子排列和不同的晶格對稱性，可以劃分為7大晶係、14種布喇菲格子。任何一種晶體都是14種晶格結構中的一種，知道晶體所屬的晶格結構，也就知道瞭晶體的對稱性。晶體結構的周期性(平移不變性)和對稱性是研究晶體材料物理性質的基本齣發點。
　　許多半導體材料具有四麵體鍵的金剛石結構和閃鋅礦結構，金剛石結構是一種由相同原子組成的復式格子，可看作兩個麵心立方晶格沿立方對稱原胞體對角綫移動1/4長度套構而成。半導體Si、Ge、α�睸n都具有金剛石結構。多數Ⅲ~Ⅴ族化閤物半導體具有閃鋅礦結構，閃鋅礦晶格也是由兩個麵心立方格子沿體對角綫平移1/4長度套構而成的，每個子晶格由同種元素組成。
　　由於具有周期性，晶格中的格點可以被認為處在一係列方嚮相同的直綫上，這種直綫稱為晶列。在同一晶格中存在許多不同的晶列。相互平行的晶列組成各種晶麵係，不同的晶麵係有不同的取嚮，如圖1.3和圖1.4所示。晶體中任一晶列的方嚮可由連接晶列中相鄰格點的矢量的方嚮來錶示：
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前言/序言

　　前言
　　微電子芯片技術自齣現以來以驚人的速度發展，是人類曆史上發展最快的技術之一。所有傳統産業隻要能夠與微電子技術結閤，並利用集成電路芯片進行智能改造，就會使傳統産業煥發青春。器件尺寸越來越小，尺寸達到深亞微米甚至超深亞微米，而器件特性一直是永遠探究不到的謎底。
　　全書共4章，第1章以半導體物理基礎及PN結簡介為基礎，為微電子芯片設計奠定瞭必要的理論基礎。第2章雙極型器件及集成電路設計，介紹瞭雙極型晶體管的結構、雙極型晶體管的工作原理、雙極型晶體管內載流子的輸運過程、晶體管的直流特性、雙極型晶體管設計、NPN雙極型晶體管的設計要求及預期參數、參數設計、仿真分析、雙極型集成電路設計、雙極型集成電路設計基礎、雙極型集成電路設計實例。這一章是以雙極型晶體管為載體，從理論到實用技術完整的體現。讓學生在學習過程中不知不覺地將知識與技術有機地融閤在一起，方便教師以實際案例讓學生在學中做，在做中學。極大激發學生的學習興趣。第3章場效應器件及MOS型集成電路設計和第4章大功率器件及功率集成電路設計，都是用同樣的方法展現瞭設計理論、設計思路、設計方法和設計實例。通過這一獨特的理論與工作思路和工作方法的完美結閤，有效地帶領讀者學習基礎知識和掌握設計技能。附錄中有矽芯片製作、MOS管芯片製造原理、集成電路芯片設計參考視頻，可掃描二維碼直接觀看。
　　本書可作為微電子專業本科及大專教材，也可作為微電子專業教師和技術人員入職培訓用書，還可作為微電子技術人員的參考用書。
　　本教材由馬奎、龔紅、唐召煥編著，參加編寫的人員還有：楊發順、李國良、劉傑。本書撰寫過程中，有多名博士生和碩士生協助做仿真實驗並給予很大支持，在此一並錶示謝意。
　　由於編者水平有限，書中疏漏之處，還請讀者批評、指正，以便修訂時改進。
　　編著者
　　2017年3月8日

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