CMOS數字集成電路設計 9787111529330 機械工業齣版社 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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美查爾斯.霍金斯Charles Hawkins等 著

圖書標籤:

• CMOS
• 數字電路
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• 模擬電路
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• 半導體
• 電子工程
• 微電子學
• 電路設計
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店鋪： 北京文博宏圖圖書專營店

齣版社： 機械工業齣版社

ISBN：9787111529330

商品編碼：29420723621

包裝：平裝

齣版時間：2016-04-01

基本信息

書名：CMOS數字集成電路設計

定價：69.00元

作者：(美)查爾斯.霍金斯(Charles Hawkins)等

齣版社：機械工業齣版社

齣版日期：2016-04-01

ISBN：9787111529330

字數：252000

頁碼：242

版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.4kg

編輯推薦

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內容提要

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本書中文簡體字版由IET授權機械工業齣版社齣版。未經齣版者書麵許可，不得以任何方式復製或抄襲本書內容。

本書涵蓋瞭CMOS數字集成電路的設計技術，教材的編寫采用新穎的講述方法，並不要求學生已經學習過模擬電子學的知識，有利於教師靈活地安排教學計劃。本書完全放棄瞭涉及雙極型器件的內容，隻關注數字集成電路的主流工藝——CMOS數字電路設計。書中引入大量的實例，每章後也給齣瞭豐富的習題，使得學生能夠將學到的知識與實際結閤。本書可作為CMOS數字集成電路的本科教材。

目錄

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作者介紹

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文摘

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序言

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《微電子器件的物理學基礎與製造工藝》 內容概要： 本書深入探討瞭構成現代集成電路核心的半導體器件的物理學原理及其製造流程。從材料科學的基礎齣發，詳細介紹瞭矽的晶體結構、摻雜機理以及 PN 結的形成與特性。在此基礎上，本書係統闡述瞭MOS（金屬-氧化物-半導體）場效應晶體管（FET）的工作原理，包括其溝道形成、載流子傳輸、電導調製等關鍵過程。讀者將學習到不同類型的 MOS 器件，如 NMOS 和 PMOS 的結構、特點以及在電路設計中的應用。 本書還全麵覆蓋瞭集成電路製造的各個關鍵環節。從矽晶圓的製備、氧化層的生長、光刻技術（包括光刻膠的應用、曝光和顯影）、刻蝕（乾法刻蝕和濕法刻蝕）、薄膜沉積（如化學氣相沉積 CVD、物理氣相沉積 PVD）到離子注入和金屬化工藝，本書都進行瞭細緻入微的介紹。每一個工藝步驟的物理化學原理、關鍵設備和工藝參數控製都得到瞭詳盡的解釋，旨在幫助讀者理解這些復雜的製造過程如何一步步地將抽象的設計轉化為實際的芯片。 章節詳細介紹： 第一章：半導體材料基礎 1.1 晶體結構與能量帶理論： 深入剖析矽等半導體材料的晶體結構，如金剛石立方結構。闡述原子軌道如何形成分子軌道，進而形成能帶。重點解釋價帶、導帶和禁帶寬度，以及它們如何決定材料的導電特性。區分本徵半導體和雜質半導體。 1.2 摻雜技術與載流子濃度： 詳細介紹 N 型和 P 型摻雜的原理，包括施主（如磷、砷）和受主（如硼、鎵）雜質的引入。解釋摻雜如何改變載流子（電子和空穴）的濃度，從而控製半導體的導電率。討論溫度對載流子濃度的影響。 1.3 擴散與遷移： 闡述載流子在濃度梯度下的擴散現象，並引入擴散係數的概念。解釋在電場作用下，載流子定嚮移動的遷移現象，以及遷移率如何錶徵載流子在材料中的運動能力。 第二章：PN 結的形成與特性 2.1 PN 結的形成與空間電荷區： 詳細描述 P 型和 N 型半導體接觸時，少數載流子嚮多數載流子區域擴散，形成空間電荷區（耗盡區）。解釋內置電勢的形成及其對載流子擴散的阻礙作用。 2.2 PN 結的偏置特性： 2.2.1 無偏置 PN 結： 分析無偏置狀態下的載流子分布和電場分布，以及達到熱平衡的條件。 2.2.2 正偏置 PN 結： 解釋外加正嚮電壓如何減小內置電勢，促進多數載流子越過勢壘，形成正嚮電流。推導正嚮電流的指數關係。 2.2.3 反偏置 PN 結： 解釋外加反嚮電壓如何增大內置電勢，抑製多數載流子流動，形成微小的反嚮飽和電流。詳細闡述擊穿現象，包括齊納擊穿和雪崩擊穿。 2.3 PN 結電容： 分析 PN 結在不同偏置下的電容特性，區分擴散電容（正偏時）和結電容（反偏時），並闡述它們在電路中的作用。 第三章：MOS 場效應晶體管（FET） 3.1 MOS 結構與電容： 介紹 MOS 結構的基本組成：金屬柵極、絕緣氧化層（通常是二氧化矽）和半導體襯底。利用 MOS 電容的理論，詳細講解在不同柵極電壓下，半導體錶麵電荷的變化，如纍積、耗盡和反型。 3.2 NMOS 晶體管的工作原理： 3.2.1 結構與溝道形成： 詳細介紹 NMOS 晶體管的源極、漏極、柵極和襯底。解釋當柵極電壓超過閾值電壓（Vt）時，如何在氧化層和襯底之間形成導電溝道（N 型反型層）。 3.2.2 亞閾值區、綫性區和飽和區： 深入分析 NMOS 晶體管在不同柵漏電壓（Vgs）和漏源電壓（Vds）下的 I-V 特性麯綫。詳細解釋亞閾值區（弱反型）、綫性區（三極管區）和飽和區（恒流區）的工作狀態，以及各區域的電流模型。 3.2.3 閾值電壓與跨導： 討論影響閾值電壓的因素，如氧化層厚度、襯底摻雜濃度、柵氧化層電荷等。定義跨導（gm）並解釋其作為衡量柵電壓對漏極電流控製能力的指標。 3.3 PMOS 晶體管的工作原理： 闡述 PMOS 晶體管的結構及其與 NMOS 相反的工作原理，包括 P 型溝道的形成和載流子（空穴）的運動。 3.4 CMOS 器件的優勢： 簡要介紹 CMOS（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor）技術的特點，包括其低功耗、高集成度和良好的抗乾擾能力，並暗示其在數字電路設計中的重要性。 第四章：集成電路製造工藝詳解 4.1 矽晶圓製備： 介紹單晶矽的生長（如直拉法），矽棒的切片、拋光，以及晶圓的清洗和錶麵處理。 4.2 氧化工藝： 詳細講解高溫氧化（乾氧化和濕氧化）原理，以及氧化層在器件絕緣和隔離中的作用。討論氧化層的質量控製。 4.3 光刻技術： 4.3.1 光刻膠： 介紹光刻膠的種類（正性光刻膠和負性光刻膠），以及它們在化學性質和曝光後的變化。 4.3.2 曝光與顯影： 闡述光掩模版的作用，以及紫外光（UV）或深紫外光（DUV）通過掩模版在光刻膠上形成圖案的過程。講解顯影液如何去除曝光或未曝光的光刻膠，形成所需的圖形。 4.3.3 接觸式、接近式和投影式光刻： 介紹不同光刻方法的特點和分辨率限製。 4.4 刻蝕工藝： 4.4.1 乾法刻蝕： 深入分析等離子體刻蝕（RIE）的原理，包括物理刻蝕和化學刻蝕的結閤，以及其高選擇性和各嚮異性。 4.4.2 濕法刻蝕： 介紹使用化學溶液進行刻蝕的原理，分析其各嚮同性特點及其應用場景。 4.5 薄膜沉積： 4.5.1 化學氣相沉積（CVD）： 詳細介紹在高溫下，通過化學反應在基底上沉積薄膜的原理。講解不同類型的 CVD，如 LPCVD、PECVD，以及它們在沉積多晶矽、氮化矽、二氧化矽等薄膜中的應用。 4.5.2 物理氣相沉積（PVD）： 介紹通過物理方法（如濺射、蒸發）在基底上沉積薄膜的原理，常用於金屬互連層的形成。 4.6 摻雜工藝（離子注入）： 詳細介紹離子注入的原理，包括離子源、加速器、偏轉和注入過程。解釋劑量、能量和角度等參數如何控製摻雜深度和濃度。 4.7 金屬化工藝： 介紹用於形成互連綫的金屬（如鋁、銅）沉積和圖案化過程，以及阻擋層和界麵層的作用。 4.8 封裝與測試： 簡要介紹芯片製造完成後的封裝過程（如鍵閤、塑封）以及最終的電學測試。 學習目標： 通過學習本書，讀者將能夠： 深刻理解半導體材料的物理特性及其對器件性能的影響。 掌握 PN 結的形成原理、偏置特性以及在二極管中的應用。 深入理解 MOS 場效應晶體管的工作機製、關鍵參數及其電學模型。 全麵瞭解集成電路製造的復雜流程，包括矽晶圓製備、氧化、光刻、刻蝕、薄膜沉積、離子注入和金屬化等核心工藝。 建立起從微觀物理原理到宏觀製造流程的完整認知，為後續的集成電路設計奠定堅實的基礎。 本書適閤電子工程、微電子學、材料科學等相關專業的學生、科研人員以及對集成電路製造工藝感興趣的工程師閱讀。

評分☆☆☆☆☆

我得承認，《CMOS數字集成電路設計》在深入剖析CMOS工藝和器件特性方麵，給我留下瞭極其深刻的印象。作者在書中並非僅僅停留在電路層麵的講解，而是將我們帶入瞭更底層的物理世界。他對MOSFET的電流-電壓特性、亞閾值導電、柵極漏電等物理現象的解釋，都異常透徹。尤其是在討論器件模型時，作者並沒有照搬教科書上的經典模型，而是結閤瞭現代工藝中存在的各種非理想因素，比如溝道長度調製、體效應、溫度效應等，並且詳細說明瞭這些因素是如何影響電路性能的。我記得他在講解CMOS反相器延遲時，不僅分析瞭理想的電容負載效應，還詳細討論瞭器件本身的輸齣電阻、閾值電壓以及不同工藝參數對延遲的影響。這種深入到物理層麵的分析，讓我對CMOS電路的工作原理有瞭更深刻的理解，也讓我能夠更好地預測和解決設計中的各種問題。這本書的價值在於，它不僅教授瞭設計方法，更教會瞭我們“為什麼”這樣做，讓我能夠從根本上掌握CMOS數字集成電路設計。

評分☆☆☆☆☆

這本《CMOS數字集成電路設計》的作者，真是將一本原本可能枯燥晦澀的技術書籍，變成瞭引人入勝的學術探索之旅。初次翻開，我就被書中清晰的邏輯脈絡和層層遞進的講解方式所摺服。作者在介紹基礎概念時，並沒有停留在簡單的定義羅列，而是巧妙地引入瞭一些在實際設計中經常遇到的問題和挑戰，使得讀者在學習理論知識的同時，能夠立刻感受到其工程實踐的價值。例如，在講解CMOS器件的閾值電壓和亞閾值導電性時，作者並沒有止步於理想模型，而是詳細闡述瞭短溝道效應、量子效應等在實際工藝中會帶來的偏差，並給齣瞭相應的處理方法，這對於我這樣想要深入理解芯片工作原理的讀者來說，無疑是寶貴的財富。更讓我驚喜的是，書中對功耗優化和速度提升的權衡分析，以及如何在不同設計場景下進行取捨的討論，都極其到位。從門級電路到寄存器傳輸級（RTL）的設計，再到時序分析和低功耗設計策略，每一個環節都力求做到嚴謹且易於理解。其間穿插的大量實例和圖示，更是將抽象的概念具象化，仿佛作者就在我身邊，手把手地指導我進行設計。這本書的價值，遠不止於知識的傳授，更在於它培養瞭一種解決實際問題的思維方式，讓我能夠站在更高的角度審視數字集成電路的設計。

評分☆☆☆☆☆

這本書真的給我的設計思路帶來瞭質的飛躍。《CMOS數字集成電路設計》在講解CMOS邏輯門和時序電路時，所采用的分析方法，是我之前從未接觸過的。作者並沒有直接給齣最優設計方案，而是引導讀者一步步地分析不同設計選擇的優劣，包括在功耗、延時、麵積和可靠性等方麵的權衡。例如，在討論觸發器設計時，作者詳細比較瞭不同類型觸發器（如主從觸發器、透明鎖存器）在時鍾信號切換時的行為特性，並深入分析瞭它們對時序裕量和功耗的影響。這種“引導式”的學習體驗，讓我能夠主動思考，而不是被動接受。書中關於靜��時序分析（STA）的講解，尤為令我印象深刻。作者將STA視為“數字電路的健康體檢”，通過對各種時序路徑的分析，揭示潛在的設計缺陷，並提供瞭相應的優化建議。我尤其喜歡書中關於時鍾信號完整性、時鍾偏斜和抖動的深入探討，這些細節對於構建高性能、高可靠性的數字係統至關重要。通過對這些內容的學習，我開始能夠更準確地預測設計性能，並更有效地進行設計優化，顯著提升瞭我的設計效率和質量。

評分☆☆☆☆☆

我不得不說，在閱讀《CMOS數字集成電路設計》的過程中，我體驗到瞭一種前所未有的學習樂趣。這本書的敘事方式，與其說是一本技術手冊，不如說是一部關於集成電路設計演進的編年史。作者在介紹每一個新概念時，都會首先追溯其曆史淵源，解釋為何會齣現這樣的技術，以及它在整個行業發展中扮演的角色。這種宏觀的視角，讓我不再僅僅將CMOS電路視為孤立的技術點，而是能將其融入到整個半導體産業的宏大敘事中去理解。比如，在介紹亞穩態和時鍾同步問題時，作者詳細闡述瞭早期設計中齣現的各種由於時序失控而導緻的功能錯誤，以及後來為瞭解決這些問題而發展齣的各種同步機製和時鍾樹綜閤技術。這種“知其然，更知其所以然”的講解方式，極大地激發瞭我對集成電路設計領域的好奇心和探索欲。而且，書中對各種設計工具和驗證方法的介紹，也極具前瞻性，讓我對現代芯片設計流程有瞭更清晰的認識。即便是一些相對復雜的驗證技術，如形式驗證和靜態時序分析（STA），作者也通過形象的比喻和實例，將它們“軟化”處理，使其不再是高不可攀的理論，而是觸手可及的實用工具。我感覺自己不隻是在學習知識，更是在構建一個完整的集成電路設計知識體係。

評分☆☆☆☆☆

自從我開始閱讀《CMOS數字集成電路設計》這本書後，我對數字邏輯設計和驗證的理解，可謂是達到瞭一個新的高度。作者在書中對狀態機設計、流水綫架構以及異步電路設計的闡述，都極其精闢。他通過大量的實例，清晰地展示瞭如何將抽象的邏輯功能轉化為具體的硬件電路，並且如何有效地進行驗證。我特彆欣賞他對異步電路的講解，這部分內容在許多同類書籍中都很少提及，而作者卻將其作為重要的組成部分進行闡述，並且給齣瞭詳細的設計和分析方法。他解釋瞭異步電路在功耗和速度方麵的潛在優勢，同時也指齣瞭其在設計和驗證方麵的挑戰。書中對靜態時序分析（STA）的深入討論，也讓我受益匪淺。作者不僅介紹瞭STA的基本概念，還詳細講解瞭各種約束的設置方法，以及如何解讀STA報告中的關鍵信息，這對於確保設計的時序收斂至關重要。通過這本書的學習，我感覺自己已經能夠更加自信地麵對復雜的數字集成電路設計項目，並且能夠更有效地進行性能優化和錯誤排查。