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第1章 集成电路设计导论1

1.1 集成电路的发展1

1.2 集成电路的分类2

1.2.1 按器件结构类型分类2

1.2.2 按集成度分类3

1.2.3 按使用的基片材料分类3

1.2.4 按电路的功能分类4

1.2.5 按应用领域分类4

1.3 集成电路设计步骤4

1.4 集成电路设计方法6

1.4.1 全定制方法（Full-Custom Design Approach）7

1.4.2 半定制方法（Semi-Custom Design Approach）7

1.5 电子设计自动化技术概论11

1.5.1 Cadence EDA软件12

1.5.2 Synopsys EDA软件12

1.5.3 Mentor Graphics EDA软件12

1.5.4 Zeni EDA软件12

1.5.5 Silvaco EDA软件13

1.6 本书结构13

参考文献14

思考题与习题15

第2章 集成电路材料与器件物理基础16

2.1 引言16

2.2 集成电路材料16

2.3 半导体基础知识17

2.3.1 固体的晶体结构17

2.3.2 固体能带结构基础18

2.3.3 本征半导体与杂质半导体21

2.3.4 半导体的特性23

2.4 PN结与结型二极管24

2.4.1 PN结的形成24

2.4.2 PN结型二极管特性25

2.4.3 肖特基接触和肖特基结二极管27

2.4.4 欧姆接触28

2.5 双极型晶体管29

2.5.1 双极型晶体管的基本结构29

2.5.2 双极型晶体管的工作原理29

2.6 MOS晶体管的基本结构与工作原理31

2.6.1 MOS晶体管的基本结构31

2.6.2 MOS晶体管的基本工作原理32

2.6.3 MOS晶体管性能分析32

2.6.4 MOS器件的电压-电流特性35

2.7 金属半导体场效应晶体管MESFET36

2.8 本章小结37

参考文献37

思考题与习题38

第3章 集成电路制造工艺39

3.1 引言39

3.2 集成电路基本加工工艺39

3.2.1 外延生长39

3.2.2 掩膜的制版工艺41

3.2.3 光刻44

3.2.4 掺杂47

3.2.5 绝缘层形成49

3.2.6 金属层形成51

3.3 双极型集成电路的基本工艺流程52

3.4 CMOS集成电路的基本制造工艺55

3.4.1 P阱CMOS工艺56

3.4.2 N阱CMOS工艺56

3.4.3 双阱CMOS工艺56

3.4.4 MOS工艺的自对准结构58

3.5 BiCMOS集成电路的基本制造工艺59

3.5.1 以P阱CMOS工艺为基础的BiCMOS工艺59

3.5.2 以N阱CMOS工艺为基础的BiCMOS工艺60

3.5.3 以双极工艺为基础的BiCMOS工艺60

3.6 MESFET工艺与HEMT工艺61

3.6.1 MESFET工艺62

3.6.2 HEMT工艺62

3.7 集成电路工艺CAD64

3.7.1 器件仿真64

3.7.2 工艺仿真66

3.8 本章小结67

参考文献67

思考题与习题68

第4章 集成电路版图设计与工具69

4.1 引言69

4.2 版图几何设计规则70

4.2.1 工艺层（Layer）70

4.2.2 几何设计规则71

4.3 电学设计规则与布线76

4.4 晶体管的版图设计77

4.4.1 双极型晶体管的版图设计77

4.4.2 MOS晶体管的版图设计84

4.5 九天软件下的版图编辑87

4.5.1 版图设计前的准备88

4.5.2 层次化的版图设计90

4.5.3 全定制版图设计93

4.5.4 版图数据与工艺制造95

4.6 九天软件下的版图验证97

4.6.1 版图验证概述98

4.6.2 版图验证文件98

4.6.3 深亚微米级版图验证100

4.7 本章小结100

参考文献100

思考题与习题101

第5章 集成电路元器件及其SPICE模型102

5.1 引言102

5.2 集成无源元件及其SPICE模型103

5.2.1 集成电阻103

5.2.2 集成电容器109

5.2.3 集成电感113

5.3 二极管及其SPICE模型114

5.3.1 二极管的电路模型114

5.3.2 二极管的噪声模型115

5.4 双极型晶体管及其SPICE模型116

5.4.1 双极型晶体管的EM模型116

5.4.2 双极型晶体管的GP模型118

5.5 MOS场效应晶体管及其SPICE模型119

5.5.1 MOS场效应晶体管模型发展119

5.5.2 MOS1模型121

5.5.3 短沟道MOS管的BSIM SPICE模型124

5.6 模型参数提取技术127

5.6.1 模型参数提取方法128

5.6.2 参数提取的基本原理128

5.7 本章小结130

参考文献130

思考题与习题130

第6章 集成电路仿真软件SPICE132

6.1 电路仿真与SPICE132

6.2 电路描述语句133

6.2.1 输入文件的一般规定133

6.2.2 无源元件描述语句135

6.2.3 半导体元器件描述语句136

6.2.4 电源描述语句138

6.2.5 模型、子电路和文件包含语句141

6.3 电路特性分析和控制语句143

6.3.1 分析语句143

6.3.2 控制语句145

6.4 基于SPICE核的工具软件147

6.4.1 Pspice147

6.4.2 Hspice147

6.4.3 SmartSpice148

6.5 集成电路SPICE仿真示例150

6.5.1 直流分析150

6.5.2 交流分析151

6.5.3 瞬态分析151

6.6 本章小结152

参考文献153

思考题与习题153

第7章 模拟集成电路晶体管级设计154

7.1 引言154

7.2 设计流程154

7.3 电路仿真156

7.3.1 仿真分析类型156

7.3.2 工艺角仿真158

7.4 版图设计159

7.4.1 版图设计基本要求159

7.4.2 版图匹配设计160

7.5 设计举例——运算放大器设计160

7.5.1 MOS电流镜基本原理160

7.5.2 MOS差分放大电路163

7.5.3 CMOS运算放大器167

7.6 本章小结178

参考文献178

思考题与习题178

第8章 数字集成电路晶体管级设计180

8.1 引言180

8.2 设计流程180

8.3 电路仿真181

8.4 版图设计182

8.4.1 CMOS电路版图中的闩锁效应182

8.4.2 CMOS数字集成电路版图设计184

8.5 设计举例188

8.5.1 CMOS反相器188

8.5.2 与非门和或非门电路191

8.5.3 CMOS传输门和开关逻辑193

8.5.4 动态CMOS逻辑195

8.6 数字电路标准单元库简介197

8.6.1 基本原理197

8.6.2 库单元设计198

8.7 焊盘输入输出单元（I/O PAD）199

8.7.1 输入单元200

8.7.2 输出单元201

8.7.3 输入／输出双向三态单元（I/O PAD）207

8.8 本章小结208

参考文献208

思考题与习题208

第9章 集成电路模块级设计209

9.1 引言209

9.2 数字逻辑电路模块级设计209

9.2.1 模块级宏模型210

9.2.2 宏模型的电气特性210

9.2.3 版图布局与布线210

9.3 模拟电路模块级设计211

9.3.1 线性电路宏模型211

9.3.2 非线性电路宏模型212

9.3.3 版图布局与布线213

9.4 IP设计简介214

9.4.1 IP的发展214

9.4.2 IP设计的层次215

9.4.3 IP的标准215

9.5 本章小结216

参考文献216

思考题与习题216

第10章 集成电路系统级设计简介217

10.1 引言217

10.2 数字系统硬件描述语言218

10.2.1 基于Verilog HDL语言的数字系统设计流程218

10.2.2 Verilog HDL常用语法220

10.2.3 数字电路基本单元系统级描述实例236

10.3 数字系统的CPLD/FPGA硬件验证237

10.3.1 CPLD/FPGA的器件结构与特点238

10.3.2 基于FPGA的数字系统硬件验证239

10.4 VLSI数字系统逻辑综合与物理实现241

10.4.1 逻辑综合基本概念241

10.4.2 可综合HDL代码设计风格241

10.4.3 布局与布线242

10.4.4 设计实例243

10.5 混合信号系统硬件描述语言246

10.5.1 Verilog-AMS语言概述247

10.5.2 模拟电路系统级描述示例248

10.6 本章小结249

参考文献249

思考题与习题250

第11章 集成电路封装252

11.1 引言252

11.2 集成电路封装技术基础252

11.2.1 集成电路封装的作用252

11.2.2 集成电路封装的内容和工艺流程253

11.2.3 常用的集成电路封装形式254

11.2.4 集成电路设计中的封装考虑260

11.3 封装特性分析262

11.3.1 热分析262

11.3.2 信号完整性分析263

11.3.3 封装建模265

11.4 集成电路多芯片组件（MCM）封装技术266

11.4.1 MCM的基本概念266

11.4.2 MCM的应用领域267

11.4.3 MCM基板设计267

11.4.4 MCM设计过程269

11.5 集成电路测试板的设计269

11.5.1 PCB设计基本流程270

11.5.2 PCB设计举例271

11.6 本章小结273

参考文献273

思考题与习题274

第12章 集成电路测试275

12.1 引言275

12.2 集成电路测试信号连接方法275

12.2.1 芯片在晶圆测试的连接方法276

12.2.2 芯片成品测试的连接方法278

12.3 模拟集成电路测试方法279

12.3.1 直流工作点测试279

12.3.2 交流特性测试280

12.3.3 瞬态特性测试280

12.3.4 频谱与噪声测试280

12.3.5 模拟集成电路测试实例280

12.4 数字集成电路测试方法概述283

12.4.1 数字集成电路测试的基本概念283

12.4.2 故障模型和测试向量的生成283

12.4.3 数字集成电路测试实例289

12.5 数字集成电路的可测性设计291

12.5.1 特定的可测性设计方法292

12.5.2 扫描路径法294

12.5.3 内建自测试BIST296

12.6 本章小结299

参考文献299

思考题与习题300

附录A Silvaco TCAD系统——工艺和器件仿真工具介绍301

A.1 Silvaco TCAD系统综述301

A.2 Silvaco TCAD系统安装与启动302

A.3 Athena工艺仿真304

A.3.1 Athena系统简介304

A.3.2 Athena命令语句305

A.3.3 Athena仿真示例307

A.4 Atlas器件仿真315

A.4.1 Atlas系统简介315

A.4.2 Atlas命令语句317

A.4.3 Atlas仿真示例318

附录B 九天系统——版图设计工具介绍320

B.1 九天系统综述320

B.2 九天系统安装与启动320

B.2.1 操作系统与硬件环境选择320

B.2.2 软件安装步骤321

B.2.3 用户环境设置与软件的启动322

B.3 设计管理器ZeniDM322

B.3.1 启动设计管理器322

B.3.2 菜单命令与基本操作323

B.3.3 实用工具介绍324

B.4 原理图编辑与仿真327

B.4.1 ZeniSE工具简介327

B.4.2 启动ZeniSE327

B.4.3 菜单命令与基本操作328

B.4.4 系统库介绍329

B.4.5 ZeniSE设计举例330

B.5 版图编辑与验证336

B.5.1 版图编辑工具简介336

B.5.2 启动版图编辑器336

B.5.3 编辑命令与基本操作337

B.5.4 层次编辑340

B.5.5 可变参数单元340

B.5.6 版图验证341

B.5.7 版图验证结果检查343

B.6 验证文件编写举例345

B.6.1 基本操作命令345

B.6.2　DRC命令文件349

B.6.3　LVS命令文件352

附录C　Silvaco SimuCAD系统——集成电路仿真工具介绍356

C.1　Silvaco SimuCAD系统综述356

C.2　Gateway环境下的原理图编辑与仿真357

C.2.1　仿真模型357

C.2.2 电路原理图输入与仿真357

C.2.3　层次化的电路设计362

C.3　与版图设计接口365