集成电路原理与设计

　　    本书全面系统地讲解了mos和双极型数字集成电路和原理与设计。全书分为8章。第1章是绪论，介绍了集成电路的发展。第2章讲解了mos和双极型集成电路的制作工艺以及soi cmos和bicmos电路的制作工艺。第3章深入分析了mos和双极型器件的工作原理以及spice模型，并讨论了集成电路中的无源元件以及互连线的寄生效应。第4章系统地讲解了mos和双极型数字集成电路的基本电路结构，电路的工作原理和设计考虑。第5章分析了数字集成电路中常用的电路模块，包括组合逻辑电路模块、各种触发器以及时序电路模块。第6章讨论了集成电路的i/o设计。第7章简单介绍了mos存储器。第8章全面地讨论了集成电路的设计方法以及数字集成电路的牌图设计方法。本书内容先进，反映了集成电路的最新发展。在内容安排是突出重点，强调基本知识，条理清楚，讲解透彻，便于学生自学。
　　 本书可作为电子科学与技术类特别是微电子专业高年级本科生或研究生的教材，同时也是从事数字集成电路设计、制作、研究和应用的专业技术人员的重要参考书。对于其他专业的工程技术人员，也可以作为了解数字集成电路的一本参考书。

第1章 绪论.
参考文献
第2章 集成电路制作工艺
2.1 集成电路加工的基本操作
2.2 典型的cmos结构和工艺
2.3 深亚微米cmos结构和工艺
2.4 pn结隔离双极结构和工艺
2.5 氧化物隔离双极结构和工艺
2.6 先进的双极器件结构和工艺
2.7 soi cmos结构和工艺
2.8 bicmos结构和工艺
参考文献
第3章 集成电路中的器件及模型
3.1 长沟道mos器件模型
3.2 小尺寸mos器件中的二级效应
3.3 spice中的mos晶体管模型
3.4 双极型器件的大信号模型
3.5 双极型器件的小信号模型
3.6 spice中的双极晶体管模型
3.7 集成电路中的无源元件

　　自从1958年基尔比发明集成电路以后，集成电路一直按照摩尔定律的预测飞速发展着。集成度的增长速度直接反映了集成电路的发展。早期的小规模、中规模集成电路单个芯片上包含的器件数目只有几十到几百个，1970年Intel公司制作出第一个1024位随机存取存储器，从此，集成电路进入了大规模集成时代。20世纪80年代发展到超大规模集成电路，单个芯片上包含的器件数目超过10。目前，集成度已经达到10，可以说是巨大规模(集成度大于10)，或者说进入极大规模(集成度大于10)时代。不过一般把集成度超过10的电路都笼统地叫做超大规模集成电路。随着集成度的提高，已经可以把一个电子系统或子系统集成在一个芯片内，集成电路(1C)已经发展为集成系统(1S)，或者叫系统芯片(SOC)。.
　　摩尔在预测集成电路发展的同时也总结了其迅速发展的原因：工艺技术的不断进步以及器件和电路设计的不断创新对集成电路的发展起到至关重要的作用。工艺技术的发展使特征尺寸不断缩小(大约每代产品缩小0．7倍)，芯片面积不断加大(大约每代产品增大1．5倍)，从而使集成度指数增长。器件和电路结构的改进不仅有利于提高集成度，而且使电路性能不断改善。集成电路从双极型DTL电路发展到TTL电路，又发展了高密度的IL以及高速度的ECL电路。但是双极型电路的静态功耗大，成为限制集成度提高的关键因素。MOS器件由于其结构简单有利于集成化，使MOS集成电路出现以后就受到重视，得到迅速发展。MOS集成电路从早期的PMOS电路发展到NMOS电路，电路的速度得到提高。NMOS电路比双极型电路工作电流小、功耗低、集成密度高，在20世纪70年代得到迅速发展，成为数字集成电路的主流。但是当集成电路发展到超大规模时，NMOS电路的静态功耗也成为一个限制因素、CMOS电路利用NMOS器件和PMOS器件的互补特性，消除了电路的直流电流，极大地降低了功耗。因此，20世纪80年代中期CMOS已经发展成为集成电路的主流技术，至今一直占据着主导地位。..
　　面对集成电路如此迅猛的发展形势，教学工作也要与时俱进，不断改革创新。我们不仅在教学中不断更新教学内容，还对课程设置进行了改革，把原来的“双极集成电路原理”和“MOS集成电路原理”两门课改为“数字集成电路原理”和“模拟集成电路原理”，突出以CMOS电路为主。为了配合课程设置和课程内容的改革，我们着手进行教材的更新。1999年甘学温教授曾编写了《数字CMOSVLSl分析与设计基础》一书，考虑到原书没有包含双极型集成电路，很多新的内容也需要增加进去，而且原书有些内容不适合本科生教学，因此，甘学温教授、赵宝瑛教授、金海岩副教授和陈中建副教授决定一起编写新的《集成电路原理与设计》教材。原计划《集成电路原理与设计》一书应包括数字电路和模拟电路两部分，但是由于时间和篇幅所限，本书主要是讨论数字集成电路，模拟集成电路内容以后另行出书。
　　本书的几位作者有着丰富的教学经验和科研实践，在编写过程中结合实际经验，并参考国外先进的教材和文献资料，力求使教材内容具有先进性。在内容安排上先从感性的器件结构和制作工艺开始，再深入分析MOS和双极型器件及其电路的工作原理，最后讨论集成电路的设计。由于是针对本科生的教材，因此突出对基本器件和基本电路的分析，做到突出重点、深入浅出、便于自学。本书第1章，第2章的2．1、2．2、2．3、2．7和2．8节，第3章的3．1、3．2、3．3和3．7．4节，第4章的4．1至4．6节和4．9节，以及第5章、第6章和第7章由甘学温教授执笔。本书第2章的2．4和2．5节，第3章的3．4、3．5和3．6节以及第4章的4．7节由赵宝瑛教授执笔。本书第2章的2．6节由赵宝瑛教授和金海岩副教授合作完成。第3章的3．7．1至3．7．3小节以及第4章的4．8节由金海岩副教授执笔。本书第8章由陈中建副教授执笔。最后由甘学温教授对全书进行了审核。
　　在本书编写过程中得到了北京大学信息科学技术学院微电子学系领导和同事们的关心和支持，也得到很多学生的帮助。我国资深微电子专家王阳元院士亲自为本书写序；盛世敏教授、莫邦燹教授、王源博士审阅了部分书稿；翟霞云老师帮助准备插图；夏令、刘芳、刘丹、王凝华、石进杰、殷俊、吴大可、杨淮州、段基文、吴珂、高峻和余菲等学生帮助绘制了大量的插图；张笑、史小蒙、王懿、黄媛媛和宋姗姗等学生帮助做了书稿整理工作；还有很多同事和学生对本书的编写给予了热情的关心和帮助，恕不一一列举。在此向所有关心和帮助我们的领导、同事和学生表示衷心的感谢。还要感谢北京市教育委员会给予的北京市高等教育精品教材立项资助，感谢北京大学教材建设委员会给予的北京大学教材建设立项资助，感谢北京大学出版社为本书的出版所做的大量工作。
　　由于作者水平有限，书中难免有错误和疏漏之处，诚恳欢迎读者提出批评指正。...
　　作 者
　　2005年4月于北京大学