半导体集成电路
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本书全面介绍了半导体集成电路的分析与设计方法。全书共分为4个部分，第l部分(第1—3章)介绍了集成电路的典型工艺、集成电路中元器件的结构、特性及寄生效应。第2部分(第4—11章)为数字集成电路，讨论了常用的双极和MOS集成电路的电路结构、工作原理和放图形式。第3部分(第12—16章)为模拟集成电路，介绍了模拟集成电路中的基本单元电路及常用的模拟集成电路，如集成运算放大器、集成稳压电源电路及开关电容电路、A／D、D／A变换电路等。第4部分(第17—22章)为集成电路设计，举例介绍了集成电路的设计方法和集成电路的计算机辅助设计，其中重点论述了集成电路的版图设计以及集成电路的可靠性设计和可测性设计。每章后面都附有习题。
本书可作为大专院校微电子学和半导体专业本科生的教材，也可供有关专业的本科生、研究生以及工程技术人员阅读参考。
本书可作为大专院校微电子学和半导体专业本科生的教材，也可供有关专业的本科生、研究生以及工程技术人员阅读参考。
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第1章 集成电路的基本制造工艺
1．1 双极集成电路的基本制造工艺
1．1．1 典型的双极集成电路工艺
1．1．2 双极集成电路中元件的形成过程和元件结构
1．2 mos集成电路的基本制造工艺
1．2．1 n沟硅栅e／d mos集成电路工艺
1．2．2 cmos集成电路工艺
1．3 bi-cmos工艺
1．3．1 以cmos工艺为基础的bi—cmos工艺
1．3．2 以双极工艺为基础的bi—cmos工艺
复习思考题
第2章 集成电路中的晶体管及其寄生效应
2．1 理想本征集成双极晶体管的埃伯斯—莫尔(em)模型
2．2 集成双极晶体管的有源寄生效应
2．2．1 npn管工作于正向工作区和截止区的情况
2．2．2 npn管工作于反向工作区的情况
2．2．3 npn管工作于饱和区的情况
2．3 集成双极晶体管的无源寄生效应
2．3．1 集成npn晶体管中的寄生电阻
2．3．2 集成npn晶体管中的寄生电容
1．1 双极集成电路的基本制造工艺
1．1．1 典型的双极集成电路工艺
1．1．2 双极集成电路中元件的形成过程和元件结构
1．2 mos集成电路的基本制造工艺
1．2．1 n沟硅栅e／d mos集成电路工艺
1．2．2 cmos集成电路工艺
1．3 bi-cmos工艺
1．3．1 以cmos工艺为基础的bi—cmos工艺
1．3．2 以双极工艺为基础的bi—cmos工艺
复习思考题
第2章 集成电路中的晶体管及其寄生效应
2．1 理想本征集成双极晶体管的埃伯斯—莫尔(em)模型
2．2 集成双极晶体管的有源寄生效应
2．2．1 npn管工作于正向工作区和截止区的情况
2．2．2 npn管工作于反向工作区的情况
2．2．3 npn管工作于饱和区的情况
2．3 集成双极晶体管的无源寄生效应
2．3．1 集成npn晶体管中的寄生电阻
2．3．2 集成npn晶体管中的寄生电容
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本教材系按“1996—2000年全国电子信息类专业教材编审出版规划”，由“全国高校微电子技术专业教学指导委员会”编审推荐出版。责任编委为陈建新教授。
清华大学微电子学研究所张建人与贾松良教授于1987年分别出版了《MOS集成电路分析与设计基础》(张建人编著，电子工业出版社出版)和《双极集成电路分析与设计基础》(贾松良编著，电子工业出版社出版)两本书，作为清华大学微电子学专业本科生MOS集成电路和双极集成电路两门课程的教材。1992年开始，为适应教学改革的需要，我们决定把这两门课程合并为一门，以精简学时，减少不必要的重复。我们在这两本教材的基础上于1995年改编为“集成电路分析与设计”讲义，同时在体系和内容上作了较大的变动，并对元器件和单元电路的版图结构、集成电路的版图设计以及可靠性设计和可测性设计方面作了较多的补充，以反映微电子技术近年来的飞速发展。
本书是在上述讲义的基础上改编而成的，改编时结合本所多年来在教学、科研和科技开发中的一些成果，增加了部分新内容，使教材内容更实用、具体和生动。
本书共分4部分，第1部分(第1—3章)为基础知识，主要介绍双极集成电路、MOS集成电路和Bi—CMOS电路的典型制造工艺，各制造工艺生成的集成电路元器件的结构，集成电路元器件的形成过程，元器件的特性及其寄生效应等，作为了解后续部分章节的基础。第2部分(第4—11章)介绍双极和MOS数字集成电路(包括双极TTL、ECL和I’L电路，各种MOS和CMOS数字电路)的特性以及分析方法，各种逻辑系列之间的电平转换电路，使读者对各种电路的特点及适用的场合有一个基本的了解，以便在实际工作中能选用合适的电路。第3部分(第12—16章)介绍模拟集成电路，首先介绍模拟集成电路中的基本单元电路，如各种放大电路、有源负载、恒流源电路、电压源电路、电平位移电路、双端输出变单端输出电路、输出级及其保护电路等。这些常用的单元电路是分析各种模拟集成电路的基础。接着介绍集成运算放大器、集成稳压电源电路及开关电容电路、A／D、D／A变换电路等几种常用的模拟集成电路。第4部分(第17—22章)专门介绍集成电路设计，即如何实现设计目标。首先介绍了集成电路的版图设计规则，给出了双极集成电路和MOS集成电路版图设计规则的部分图例。接着，以74HCl39 MOS集成电路和5JZl2双极集成电路为例，详细介绍集成电路正向设计的全过程。然后，以74HCl93MOS集成电路为例，介绍如何进行MOS集成电路的芯片解剖。此外，还介绍如何识别双极集成电路的版图。此后又详细介绍集成电路的各种设计方法，比较各种设计方法的优缺点，并对集成电路的可靠性设计和可测性设计进行了专门的介绍。最后介绍集成电路计算机辅助设计中常用的一些工具以及计算机辅助设计的过程，并对VHDL做了简介。
本书取材内容兼顾了基础知识和集成电路的最新发展(如集成电路的可靠性、可测性设计，VHDL等)，并重点介绍集成电路设计特别是版图设计。因此在本书中用了较多的篇幅来描述元器件的结构图、版图，分析各种元器件的特性及寄生效应以及怎样减小寄生效应，并且以具体产品为例，介绍集成电路的正向设计和逆向设计，使读者对集成电路的内涵及集成电路的分析、设计方法有所了解，为分析和设计集成电路打下基础。
本书由成都电子科技大学张开华教授主审，他对原稿提出了许多宝贵的修改意见。在本书的编写过程中，引用了前述两本教材的部分内容，第20章主要参考了杨之廉教授编写的《超大规模集成电路设计的方法学导论》，编者向他们深表谢意。此外，张蓬同志为书稿绘制了原稿的部分插图，贺祥庆、褚彤同志编写了部分习题，宋文忠和朱元红同志为原书稿的录入做了大量的工作。编者向他们表示衷心的感谢。
由于集成电路的发展非常迅速，加上作者的水平有限，书中定有不少不足和错误，热诚欢迎读者批评指正。
编 者
2000年8月于清华园
清华大学微电子学研究所张建人与贾松良教授于1987年分别出版了《MOS集成电路分析与设计基础》(张建人编著，电子工业出版社出版)和《双极集成电路分析与设计基础》(贾松良编著，电子工业出版社出版)两本书，作为清华大学微电子学专业本科生MOS集成电路和双极集成电路两门课程的教材。1992年开始，为适应教学改革的需要，我们决定把这两门课程合并为一门，以精简学时，减少不必要的重复。我们在这两本教材的基础上于1995年改编为“集成电路分析与设计”讲义，同时在体系和内容上作了较大的变动，并对元器件和单元电路的版图结构、集成电路的版图设计以及可靠性设计和可测性设计方面作了较多的补充，以反映微电子技术近年来的飞速发展。
本书是在上述讲义的基础上改编而成的，改编时结合本所多年来在教学、科研和科技开发中的一些成果，增加了部分新内容，使教材内容更实用、具体和生动。
本书共分4部分，第1部分(第1—3章)为基础知识，主要介绍双极集成电路、MOS集成电路和Bi—CMOS电路的典型制造工艺，各制造工艺生成的集成电路元器件的结构，集成电路元器件的形成过程，元器件的特性及其寄生效应等，作为了解后续部分章节的基础。第2部分(第4—11章)介绍双极和MOS数字集成电路(包括双极TTL、ECL和I’L电路，各种MOS和CMOS数字电路)的特性以及分析方法，各种逻辑系列之间的电平转换电路，使读者对各种电路的特点及适用的场合有一个基本的了解，以便在实际工作中能选用合适的电路。第3部分(第12—16章)介绍模拟集成电路，首先介绍模拟集成电路中的基本单元电路，如各种放大电路、有源负载、恒流源电路、电压源电路、电平位移电路、双端输出变单端输出电路、输出级及其保护电路等。这些常用的单元电路是分析各种模拟集成电路的基础。接着介绍集成运算放大器、集成稳压电源电路及开关电容电路、A／D、D／A变换电路等几种常用的模拟集成电路。第4部分(第17—22章)专门介绍集成电路设计，即如何实现设计目标。首先介绍了集成电路的版图设计规则，给出了双极集成电路和MOS集成电路版图设计规则的部分图例。接着，以74HCl39 MOS集成电路和5JZl2双极集成电路为例，详细介绍集成电路正向设计的全过程。然后，以74HCl93MOS集成电路为例，介绍如何进行MOS集成电路的芯片解剖。此外，还介绍如何识别双极集成电路的版图。此后又详细介绍集成电路的各种设计方法，比较各种设计方法的优缺点，并对集成电路的可靠性设计和可测性设计进行了专门的介绍。最后介绍集成电路计算机辅助设计中常用的一些工具以及计算机辅助设计的过程，并对VHDL做了简介。
本书取材内容兼顾了基础知识和集成电路的最新发展(如集成电路的可靠性、可测性设计，VHDL等)，并重点介绍集成电路设计特别是版图设计。因此在本书中用了较多的篇幅来描述元器件的结构图、版图，分析各种元器件的特性及寄生效应以及怎样减小寄生效应，并且以具体产品为例，介绍集成电路的正向设计和逆向设计，使读者对集成电路的内涵及集成电路的分析、设计方法有所了解，为分析和设计集成电路打下基础。
本书由成都电子科技大学张开华教授主审，他对原稿提出了许多宝贵的修改意见。在本书的编写过程中，引用了前述两本教材的部分内容，第20章主要参考了杨之廉教授编写的《超大规模集成电路设计的方法学导论》，编者向他们深表谢意。此外，张蓬同志为书稿绘制了原稿的部分插图，贺祥庆、褚彤同志编写了部分习题，宋文忠和朱元红同志为原书稿的录入做了大量的工作。编者向他们表示衷心的感谢。
由于集成电路的发展非常迅速，加上作者的水平有限，书中定有不少不足和错误，热诚欢迎读者批评指正。
编 者
2000年8月于清华园
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