集成电路科学与工程导论
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作者赵巍胜 尉国栋 潘彪 等
出版社人民邮电
ISBN9787115564849
出版时间2021-07
装帧平装
开本其他
定价99.8元
货号31181673
上书时间2024-05-26
商品详情
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商品简介
为推动国内集成电路领域的基础研究和技术进步，加快学术界、工业界主动适应集成电路知识更新换代的速度，本书作者经详细调研，剖析国家集成电路领域知识和人才需求，结合国际研究和工程的全新热点及实践撰写本书。全书分为集成电路科学与工程发展史、集成电路关键材料、集成电路晶体管器件、集成电路工艺设备、集成电路制造工艺、大规模数字集成电路、大规模模拟及通信集成电路、先进存储器技术、先进传感器技术和集成电路设计自动化技术十章，是集成电路科学与工程专业学生的理想教材，也可作为集成电路从业人员的参考用书。
作者简介
赵巍胜：长期从事大规模集成电路、新型非易失性存储芯片及自旋电子学等交叉方向研究，现担任中国科学技术协会第十届全国委员会常务委员会委员、第八届教育部科技委委员、北京航空航天大学集成电路科学与工程学院院长、工信部空天信自旋电子重点实验室主任、集成电路领域国际旗舰期刊IEEETransactionsonCircuitsandSystems-I:RegularPaper总主编。2019年当选IEEEFellow，获中国电子学会自然科学二等奖；2020年获聘教育部长江学者，并入选爱思唯尔“中国高被引学者”。
2007年获法国南巴黎大学（现巴黎萨克雷大学）物理学博士学位，2009年任法国国家科学院研究员（终身职位），2013年入职北京航空航天大学后取得了一系列国际领先的科研成果，如首次展示了将自旋轨道矩与自旋转移矩结合实现高速读写的自旋电子存储器件（NatureElectronics，2018），研制了超高隧穿磁阻器件（NatureCommunications，2018）、基于自旋轨道矩翻转界面偏置的自旋电子器件（NatureElectronics，2020）等。近五年发表ESI高被引论文7篇，总索引超过11,000次，H因子60；获授权专利75项，转让专利22项，曾担任2020年第30届ACMGLSVLSI大会主席等学术会议职务。
目录
第 1 章集成电路科学与工程发展史1
1.1第三次科技革命——走进信息时代1
1.1.1信息及其流动1
1.1.2信息处理工具发展简史2
1.1.3集成电路背后的物理学基础3
1.2从元器件到集成电路4
1.2.1电子管4
1.2.2晶体管5
1.2.3从晶体管到集成电路5
1.3数字集成电路6
1.3.1数字集成电路演进的摩尔定律7
1.3.2中央处理器的发展9
1.3.3存储器的发展11
1.3.4集成电路设计工具15
1.4模拟集成电路16
1.4.1模拟电路的基本构成16
1.4.2各类模拟集成电路17
1.4.3模拟集成电路产业18
1.5集成电路产业的发展19
1.5.1集成电路的生产流程19
1.5.2集成电路产业模式20
本章小结21
思考与拓展21
参考文献22
第 2 章集成电路关键材料23
2.1半导体材料概述23
2.1.1单质半导体23
2.1.2双原子化合物半导体24
2.1.3氧化物半导体24
2.1.4层状半导体25
2.1.5有机半导体25
2.1.6磁性半导体25
2.1.7其他半导体材料25
2.2常见半导体的晶体结构26
2.3常见半导体的能带结构27
2.3.1布里渊区27
2.3.2E-k 图像28
2.3.3等能面30
2.3.4有效质量32
2.3.5禁带宽度34
2.4硅材料35
2.4.1硅材料的发现历史35
2.4.2硅材料的应用36
2.4.3半导体硅的制备38
2.4.4应变硅材料39
2.5锗材料40
2.5.1锗材料的发现历史40
2.5.2锗材料的应用41
2.6砷化镓材料42
2.7宽禁带半导体43
2.7.1射频应用中的宽禁带材料44
2.7.2光电和照明行业中的宽禁带材料45
2.8介电材料45
2.8.1介电原理46
2.8.2高介电材料47
2.8.3低介电材料49
2.9互连材料50
2.9.1铝金属互连材料50
2.9.2铜金属互连材料51
2.9.3新型金属互连材料51
2.9.4碳纳米管互连材料53
2.10半导体发光材料53
2.10.1半导体的发光原理53
2.10.2常见的半导体发光材料54
2.10.3发光二极管55
2.11信息存储材料56
2.11.1硅基存储材料57
2.11.2磁存储材料58
2.11.3阻变存储材料60
2.11.4相变存储材料62
2.11.5铁电存储材料63
本章小结64
思考与拓展65
参考文献65
第 3 章集成电路晶体管器件69
3.1晶体管器件概述69
3.1.1晶体管的基本功能69
3.1.2晶体管的基本结构70
3.1.3场效应晶体管的发展历程70
3.2金属氧化物半导体场效应晶体管技术71
3.2.1金属氧化物半导体场效应晶体管的分类71
3.2.2金属氧化物半导体场效应晶体管的结构72
3.2.3金属氧化物半导体场效应晶体管的特性73
3.2.4互补型金属氧化物半导体场效应晶体管75
3.2.5按比例缩小定律76
3.3绝缘体上晶体管技术77
3.3.1绝缘体上晶体管技术的背景77
3.3.2蓝宝石上硅技术78
3.3.3绝缘体上硅技术79
3.3.4绝缘体上硅器件的优势及挑战81
3.4三维晶体管技术82
3.4.1平面金属氧化物半导体场效应晶体管的挑战82
3.4.2鳍式场效应晶体管83
3.4.3环栅场效应晶体管86
3.4.4互补型场效应晶体管88
3.5其他类型晶体管器件89
3.5.1高电子迁移率晶体管90
3.5.2低维材料场效应晶体管92
3.5.3自旋逻辑器件95
3.5.4隧穿场效应晶体管97
本章小结99
思考与拓展99
参考文献99
第 4 章集成电路工艺设备105
4.1集成电路工艺设备基础105
4.1.1真空技术基础105
4.1.2薄膜技术基础107
4.1.3相关物理和化学基础107
4.2薄膜沉积设备110
4.2.1物理气相沉积设备110
4.2.2化学气相沉积设备118
4.2.3其他薄膜沉积设备122
4.3图形制作设备122
4.3.1光学曝光设备122
4.3.2电子束光刻设备130
4.3.3其他图形制作设备132
4.4图形刻蚀设备134
4.4.1常用的图形转移方法134
4.4.2反应离子刻蚀设备136
4.4.3电感耦合等离子体刻蚀设备137
4.4.4离子束刻蚀设备137
4.4.5湿法刻蚀设备140
4.4.6其他刻蚀设备141
4.5集成电路表征及测试设备141
4.5.1表征设备141
4.5.2测试设备144
本章小结146
思考与拓展146
参考文献147
第 5 章集成电路制造工艺150
5.1传统互补型金属氧化物半导体制造工艺150
5.1.1互补型金属氧化物半导体制造工艺简介150
5.1.2互补型金属氧化物半导体制造工艺流程150
5.2新型互补型金属氧化物半导体制造工艺157
5.2.1绝缘体上硅工艺157
5.2.2鳍式场效应晶体管工艺160
5.2.3环栅场效应晶体管工艺162
5.2.4硅通孔技术163
5.3先进集成电路制造工艺技术165
5.3.1多重图形技术165
5.3.2混合刻蚀技术168
5.3.3新型互连工艺技术171
5.4三维堆叠技术172
5.4.1存储阵列的三维堆叠技术172
5.4.2控制电路和存储单元垂直堆叠技术174
5.4.3Xtacking 堆叠技术176
5.4.4芯粒技术178
本章小结182
思考与拓展182
参考文献182
第 6 章大规模数字集成电路185
6.1数字集成电路基础185
6.1.1组合逻辑电路与时序逻辑电路186
6.1.2同步逻辑电路与异步逻辑电路190
6.1.3静态逻辑电路与动态逻辑电路192
6.2数字集成电路设计方法概述194
6.2.1基于门阵列的半定制电路196
6.2.2基于标准单元的半定制电路198
6.2.3可重构计算电路199
6.3中央处理器201
6.3.1中央处理器的功能和组成202
6.3.2中央处理器的分层模型与指令集架构204
6.3.3经典指令集架构简介210
6.3.4中央处理器的发展趋势216
6.4图形处理器217
6.4.1三维图形处理流程218
6.4.2图形处理器的组成与架构219
6.4.3主流图形处理器介绍220
6.4.4图形处理器的发展趋势222
6.5类脑计算芯片222
6.5.1类脑计算芯片的发展机遇及挑战223
6.5.2深度学习处理器224
6.5.3神经形态芯片227
6.6片上系统228
6.6.1片上系统概述229
6.6.2可复用 IP 核230
6.6.3片上系统实例231
本章小结233
思考与拓展233
参考文献234
第 7 章大规模模拟及通信集成电路236
7.1基本模拟集成电路236
7.1.1MOSFET 器件放大原理237
7.1.2运算放大器238
7.1.3其他常见模拟集成电路243
7.1.4模拟集成电路的设计流程245
7.1.5模拟集成电路未来的发展与挑战246
7.2模数转换器及数模转换器247
7.2.1模数转换器247
7.2.2数模转换器250
7.2.3常用模数转换器的分类252
7.2.4模数转换器的发展趋势259
7.3通信集成电路259
7.3.14G 通信集成电路259
7.3.25G 通信集成电路263
7.3.3WiFi 通信集成电路269
本章小结273
思考与拓展274
参考文献274
第 8 章先进存储器技术278
8.1存储器概述278
8.1.1存储器的主要指标和架构278
8.1.2存储器的分类280
8.2半导体存储器280
8.2.1静态随机存取存储器281
8.2.2动态随机存取存储器285
8.2.3可编程只读存储器293
8.2.4闪速存储器294
8.3新型非易失性存储器302
8.3.1磁性随机存取存储器302
8.3.2阻变随机存取存储器306
8.3.3相变存储器308
8.3.4铁电随机存取存储器312
8.4存储器在计算中的应用314
8.4.1存算一体技术概述314
8.4.2数字存算一体技术315
8.4.3模拟存算一体技术318
本章小结320
思考与拓展320
参考文献320
第 9 章先进传感器技术324
9.1传感器简介324
9.1.1传感器概述324
9.1.2传感器的分类及特点326
9.1.3常见传感原理326
9.2微机电系统传感器330
9.2.1微机电系统的定义330
9.2.2微机电系统技术的发展历史331
9.2.3微机电系统传感器的应用领域332
9.3微机电系统传感器的设计335
9.3.1微机电系统传感器的设计理论335
9.3.2微机电系统传感器的设计流程与方法340
9.3.3微机电系统传感器的设计与仿真软件342
9.4微机电系统传感器的制程343
9.4.1微机电系统传感器材料343
9.4.2微机电系统传感器的加工工艺345
9.5主流微机电系统传感器348
9.5.1声学应用：微机电系统传声器348
9.5.2光学应用：红外热电堆检测传感器350
9.5.3电学应用：微机电系统加速度计351
9.6新型传感器技术352
9.6.1磁学传感器353
9.6.2医工交叉传感器355
本章小结357
思考与拓展358
参考文献358
第 10 章集成电路设计自动化技术362
10.1电子设计自动化技术简介362
10.1.1电子设计自动化技术的起源363
10.1.2电子设计自动化技术的发展现状363
10.1.3常用工具及分类366
10.2模拟集成电路设计自动化367
10.2.1库文件与器件模型368
10.2.2电路设计与仿真372
10.2.3版图设计与验证375
10.3数字集成电路设计自动化381
10.3.1设计流程概述381
10.3.2RTL 设计383
10.3.3逻辑综合385
10.3.4物理设计386
10.4基于人工智能的 EDA 技术395
本章小结396
思考与拓展396
参考文献396
中英文术语对照表398
内容摘要
为推动国内集成电路领域的基础研究和技术进步，加快学术界、工业界主动适应集成电路知识更新换代的速度，本书作者经详细调研，剖析国家集成电路领域知识和人才需求，结合国际研究和工程的最新热点及实践撰写本书。全书分为集成电路科学与工程发展史、集成电路关键材料、集成电路晶体管器件、集成电路工艺设备、集成电路制造工艺、大规模数字集成电路、大规模模拟及通信集成电路、先进存储器技术、先进传感器技术和集成电路设计自动化技术十章，是集成电路科学与工程专业学生的理想教材，也可作为集成电路从业人员的参考用书。
主编推荐
1. 围绕集成电路科学与工程一级学科建设打造的导论著作；
2. 聚焦后摩尔时代新集成电路核心理论和技术，构建新知识体系；
3. 广泛纳入后摩尔时代优选前沿的工程技术实践，案例丰富
4. 紧密结合产业实践，融入作者团队前沿实验室的新产业化成果
媒体评论
集成电路作为信息产业的根基，其发展水平是衡量一个国家综合实力的核心指标。2020年，国务院正式批复设置“集成电路科学与工程”一级学科。在加快实现高水平科技自立自强的大背景下，《集成电路科学与工程导论》的出版恰逢其时。本书在知识深度与广度方面达到了很好的平衡，对新原理和新技术的把控全面，系统、精准地架构出后摩尔时代的集成电路全领域核心知识体系，是读者深入理解集成电路科学与工程的理想读物。
————邓中翰，中国工程院院士、十一届全国人大代表、第十三届全国政协委员、中国科协副主席、全国青联副主席、中星微电子集团创建人兼首席科学家
从“十五”到“十三五”，我国集成电路产业取得了长足的进步，一批有自主知识产权的技术成果开始在靠前上产生重要影响。与此同时，总结和借鉴靠前优选经验，加强相关领域紧缺人才的培养，成为持续推动我国集成电路产业发展的关键一环。《集成电路科学与工程导论》汇集了众多一线科研和技术人员参与编写，将近期新的集成电路知识进行汇总整理，辅以丰富的工程技术实践案例，是一本兼具了专业性和科普性的很好教材。
————郝跃，中国科学院院士、国务院学位委员会电子科学与技术学科评议组召集人、国家自然基金委员会信息学部主任
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