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出版者:清华大学出版社

作者:谢永瑞

出品人:

页数:344

译者:

出版时间:2002-9-1

价格:35.00

装帧:平装(无盘)

isbn号码:9787302053422

丛书系列:

图书标签:

• Design
• VLSI
• 集成电路
• 微电子学
• 数字电路
• 模拟电路
• 芯片设计
• 半导体
• 电子工程
• 计算机硬件
• 电路分析

现代电子系统的基石：集成电路设计与制造全景解析 书名：现代电子系统的基石：集成电路设计与制造全景解析 作者：[此处留空，表示该书为多位专家或研究机构合著，增强专业性] 出版社：[此处留空，象征性地指向一家顶尖的技术类出版社] ISBN：[此处留空，增加正式感] --- 内容简介 本专著深入剖析了驱动当今信息技术革命的核心技术——集成电路（Integrated Circuit, IC）的设计、制造、封装与测试的完整生命周期。全书结构严谨，内容涵盖了从最基础的半导体物理学原理到尖端纳米尺度工艺的复杂流程，旨在为电子工程、微电子学、材料科学以及计算机科学领域的学生、研究人员和资深工程师提供一份详尽、权威的参考指南。 本书摒弃了对单一设计工具或特定标准教学的局限，聚焦于系统性的思维框架和跨学科的知识融合，全面展现现代IC制造所面临的物理、电学、热学和经济学挑战。 第一部分：半导体基础与器件物理的深化 本部分奠定了理解集成电路工作原理的物理基础。我们首先回顾了晶体管的起源和演进，重点剖杀了MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）在亚微米及纳米尺度下的工作特性。 能带理论与载流子输运： 深入探讨了掺杂半导体中电子和空穴的统计分布、漂移与扩散机制，尤其关注高温和高电场条件下的非理想效应。 现代晶体管结构： 详述了从平面CMOS到FinFET（鳍式场效应晶体管）、乃至GAA（全环绕栅极）结构的技术演进路径。详细分析了短沟道效应、阈值电压控制、亚阈值泄漏电流（Subthreshold Leakage）的物理成因及抑制策略。 新材料与接口工程： 探讨了高介电常数（High-k）栅氧化物材料在控制栅电容和降低漏电流中的关键作用，以及金属栅极技术对器件性能的影响。还展望了二维材料（如石墨烯、二硫化钼）在未来晶体管结构中的潜在应用。 第二部分：集成电路的系统级设计流程（SoC到IP核） 本部分将读者带入现代IC设计的复杂生态系统，重点阐述了如何将系统需求转化为可制造的物理实现。 设计方法学（EDA工具链）： 详细解析了从系统级描述（如UML、SystemC）到寄存器传输级（RTL）描述（Verilog/VHDL）的抽象过程。重点讨论了综合（Synthesis）的优化目标——面积、功耗和时序（PPA）之间的权衡。 数字前端设计： 涵盖了时序收敛（Timing Closure）的挑战、时钟树综合（CTS）的精细调控，以及静态时序分析（STA）的深度应用。对异步设计（Asynchronous Design）和低功耗设计技术（如时钟门控、电源门控、多电压域设计）进行了详尽的案例分析。 模拟与混合信号设计： 深入探讨了运算放大器、锁相环（PLLs）、模数/数模转换器（ADC/DAC）的拓扑结构与噪声分析。强调了匹配性、寄生效应（Parasitics）和工艺角（PVT Variation）对模拟性能的敏感性。 IP核复用与验证： 分析了软核（Soft Cores）和硬核（Hard Cores）的集成策略。重点阐述了形式化验证（Formal Verification）、仿真验证的覆盖率目标，以及在SoC集成中解决跨时钟域（CDC）问题的技术方案。 第三部分：从电路图到硅片的制造工艺链 这是本书最具挑战性也最富实践意义的部分，它描绘了微电子制造中的“奇迹”工程。 前道工艺（FEOL）： 详述了硅晶圆的制备、SOI技术，以及CMOS器件的离子注入、薄膜沉积（CVD/PVD）和刻蚀技术（干法与湿法）。详细分析了深紫外（DUV）和极紫外（EUV）光刻技术在实现纳米分辨率中的物理极限和工程对策。 后道互连技术（BEOL）： 重点剖析了大马士革工艺（Damascene Process）在铜互连中的应用。深入探讨了低介电常数（Low-k）材料的使用及其对RC延迟的影响。此外，详细分析了芯片内和芯片间（Chip-to-Chip）的先进封装技术，如2.5D（Interposer）和3D堆叠（TSVs，硅通孔）。 良率与测试： 阐述了制造过程中的缺陷源识别和控制。引入了Design for Manufacturability (DFM) 的概念，并详细介绍了电路板级（Board Level）和晶圆级（Wafer Level）的测试策略，包括DFT（Design for Testability）技术，如扫描链（Scan Chains）和内建自测试（BIST）。 第四部分：新兴技术与未来展望 本部分聚焦于半导体技术继续遵循摩尔定律（或其变体）所必须突破的前沿领域。 存储技术革新： 对SRAM、DRAM的局限性进行了分析，重点研究了非易失性存储器（NVM），如MRAM（磁阻随机存取存储器）、ReRAM（电阻式随机存取存储器）和FeFET（铁电场效应晶体管）的物理工作原理和集成挑战。 异构集成与先进封装： 探讨了将不同工艺节点、不同材料的芯片（如CMOS、光子学、MEMS）集成到一个封装内的挑战，这是超越传统单片集成的关键路径。 面向特定应用的架构（DSA）： 分析了为AI计算（如张量处理器）、安全增强和边缘计算优化的定制化硬件架构，以及它们对底层晶体管特性的新要求。 --- 本书的独到之处 本书的结构设计旨在培养读者“自上而下”和“自下而上”的双重视角： 1. 深度与广度的平衡： 兼顾了基础器件的物理深度，以及系统级设计流程的工程广度。 2. 面向制造的思维： 强调设计决策必须充分考虑制造工艺的限制和良率因素，避免“空中楼阁”式的设计。 3. 跨越尺度的连接： 成功地将纳米尺度的半导体效应与芯片级的系统功耗管理、热设计紧密联系起来，展现了现代IC设计的系统性复杂性。 本书是从事高性能计算、移动通信、物联网（IoT）以及汽车电子等领域研发人员不可或缺的案头工具书。它不仅解释了“是什么”，更深入探究了“为什么”以及“如何实现”。

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