矽集成電路工藝基礎（第二版） pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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關旭東 著

圖書標籤:

• 集成電路
• 矽工藝
• 半導體
• 工藝基礎
• 微電子
• 器件物理
• 製造工藝
• 電子工程
• 材料科學
• 第二版

齣版社： 北京大學齣版社

ISBN：9787301241097

版次：2

商品編碼：11466314

包裝：平裝

叢書名： 21世紀微電子學專業規劃教材

開本：16開

齣版時間：2014-05-01

用紙：膠版紙

頁數：408

編輯推薦

　　《矽集成電路工藝基礎（第二版）》非常值得推薦。

內容簡介

　　 本書是《矽集成電路工藝基礎》的第二版教材，作者在第一版的基礎上係統的講述瞭矽集成電路製造的基礎工藝，加深瞭工藝物理基礎和基本原理的介紹。增加瞭工藝集成例子的介紹。

作者簡介

　　關旭東，北京大學信息學院微電子係 職稱：教授 研究方嚮：矽集成電路的設計和規劃 主要作品：矽集成電路工藝基礎。

目錄

第一章 矽晶體和非晶體
第二章 氧化
第三章 擴散
第四章 離子注入
第五章 物理氣相澱積
第六章 化學氣相澱積
第七章 外延
第八章 光刻工藝
第九章 金屬化與多層互聯
第十章 工藝集成
第十一章 薄膜晶體管製造工藝

前言/序言

現代電子器件的基石：半導體材料與器件物理導論 本書旨在為讀者提供深入理解現代電子器件工作原理的堅實基礎。我們從構成一切電子設備核心的半導體材料入手，詳細闡述矽、鍺、砷化鎵等關鍵材料的晶體結構、能帶理論以及摻雜技術。通過對這些基本性質的透徹剖析，讀者將能夠理解為何這些材料如此適閤製造電子元器件，以及如何通過人為調控其特性來滿足不同的應用需求。 第一章：半導體材料的物理學基礎 本章將帶領讀者走進半導體世界的微觀奧秘。我們將從原子尺度齣發，深入探討元素周期錶中哪些元素及其化閤物具備半導體特性。晶體結構是理解宏觀材料性質的關鍵，因此，我們將詳細介紹矽等半導體材料常見的晶體結構，如金剛石立方結構，並解釋其對電子行為的影響。 緊接著，我們將引入“能帶理論”這一核心概念。通過對價帶、導帶和禁帶的講解，讀者將明白電子在晶體中是如何運動的，以及電導率為何會因材料類型和溫度的不同而産生巨大差異。我們將區分導體、絕緣體和半導體的能帶結構，並解釋摻雜如何改變半導體的導電類型。 摻雜是人為調控半導體導電性能的關鍵技術。本章將詳細介紹N型摻雜和P型摻雜的機理，闡述引入施主原子和受主原子如何改變載流子濃度和類型。我們將分析不同摻雜濃度對材料電阻率的影響，並討論摻雜在實際應用中的重要性，例如作為構建PN結的基礎。 此外，我們還將探討半導體材料的生長工藝，如柴可拉斯基法（CZ法）和區熔法，介紹單晶矽晶圓的製備過程，以及晶體缺陷（如空位、間隙原子、位錯）對半導體性能的影響。理解這些生長過程和潛在缺陷，對於後續理解器件製造和性能優化至關重要。 第二章：PN結的形成與特性 PN結是所有半導體器件的基本構建單元，其獨特的電學特性是實現電子功能的前提。本章將從微觀角度深入剖析PN結的形成過程。當P型半導體和N型半導體緊密接觸時，會在界麵處發生自由載流子擴散，形成一個耗盡層。我們將詳細分析耗盡層的形成機製、載流子濃度分布以及耗盡層寬度的變化。 耗盡層內部存在一個內建電場，這個電場阻礙瞭載流子進一步擴散，並為PN結的整流特性奠定瞭基礎。本章將詳細講解PN結在正嚮偏壓和反嚮偏壓下的行為。在正嚮偏壓下，外加電場與內建電場方嚮相反，剋服瞭耗盡層的阻礙，使大量的多數載流子注入到對方區域，形成正嚮電流。我們將推導PN結的正嚮伏安特性麯綫，並解釋其指數關係。 在反嚮偏壓下，外加電場與內建電場方嚮相同，進一步加寬瞭耗盡層，抑製瞭多數載流子的流動。此時，隻有少數載流子受內建電場驅動，形成微弱的反嚮飽和電流。我們將分析反嚮偏壓對PN結的影響，並討論擊穿現象（雪崩擊穿和齊納擊穿）的發生機理和條件。 此外，本章還將介紹PN結的動態特性，包括電容效應。耗盡層電容（或稱結電容）和擴散電容是PN結的重要參數，它們決定瞭PN結在交流信號下的響應速度。我們將分析不同偏壓下電容的變化規律，以及這些電容如何影響器件的開關速度。 第三章：雙極型晶體管（BJT）的工作原理 雙極型晶體管（BJT）是一種重要的電流控製型器件，廣泛應用於放大和開關電路。本章將深入剖析BJT的結構和工作原理。我們將介紹NPN型和PNP型BJT的結構，包括基區、發射區和集電區的摻雜濃度和尺寸差異，並解釋這些結構特點如何決定瞭BJT的電流放大能力。 BJT的工作原理基於PN結的組閤。我們將分析BJT在不同工作區域（截止區、放大區、飽和區、反嚮放大區）的電流和電壓關係。在放大區，微小的基極電流變化可以引起集電極電流的巨大變化，從而實現電流放大。我們將推導BJT的電流增益（$eta$）和跨導，並解釋它們與器件結構和材料參數的關係。 BJT的輸齣特性麯綫是理解其工作狀態的重要工具。本章將繪製並詳細分析BJT的輸齣特性麯綫，解釋不同基極電流下的集電極電流變化趨勢。我們將介紹BJT的輸入特性麯綫，並分析其與基極-發射區PN結特性的關聯。 此外，本章還將探討BJT的開關特性。在截止區和飽和區，BJT可以作為有效的開關元件。我們將分析BJT的開關速度，包括上升時間和下降時間，以及這些時間受器件參數和驅動電路的影響。我們還會介紹BJT的動態模型，如混閤$pi$模型和$ ext{T}$模型，為分析BJT在交流電路中的行為提供理論依據。 第四章：場效應晶體管（FET）的工作原理 場效應晶體管（FET）是另一種重要的半導體器件，以其高輸入阻抗和電壓控製特性而著稱。本章將重點介紹金屬-氧化物-半導體場效應晶體管（MOSFET）的工作原理，這是現代集成電路中最核心的器件之一。 我們將詳細介紹MOSFET的結構，包括源極、漏極、柵極和襯底。我們將區分N溝道MOSFET和P溝道MOSFET，並重點講解N溝道增強型MOSFET的形成機製。當柵極施加正電壓時，會在柵極下方形成一個電荷纍積層，並逐漸形成一個電子導電溝道，連接源極和漏極，從而形成漏極電流。 本章將深入分析MOSFET的輸齣特性麯綫，解釋不同柵極電壓（$V_{ ext{GS}}$）下漏極電流（$I_{ ext{D}}$）的變化。我們將區分MOSFET的三個工作區域：截止區、綫性區（或歐姆區）和飽和區。在綫性區，漏極電流與漏極-源極電壓（$V_{ ext{DS}}$）近似成綫性關係，而在飽和區，漏極電流基本不再受$V_{ ext{DS}}$影響，而主要由$V_{ ext{GS}}$控製。 我們將推導MOSFET的跨導和輸齣電阻，並分析它們與器件尺寸、柵氧化層厚度和半導體材料特性的關係。MOSFET的閾值電壓（$V_{ ext{th}}$）是其關鍵參數，我們將解釋閾值電壓的形成原因，並分析其對MOSFET導通特性的影響。 此外，本章還將介紹MOSFET的動態特性，包括柵極電容和溝道電容。這些電容效應決定瞭MOSFET的開關速度和在高頻下的性能。我們將分析MOSFET的等效電路模型，為理解其在電路中的行為提供工具。最後，我們將簡要介紹其他類型的場效應晶體管，如結型場效應晶體管（JFET），並對比它們與MOSFET的異同。 通過對半導體材料、PN結、BJT和FET的深入講解，本書為讀者構建瞭一個紮實的電子器件物理基礎。這些基礎知識是進一步理解和設計復雜集成電路、微處理器、存儲器和其他各種現代電子係統的基石。本書的語言力求清晰易懂，並輔以必要的數學推導和物理概念解釋，以幫助讀者循序漸進地掌握相關知識。

評分☆☆☆☆☆

自從我開始閱讀《矽集成電路工藝基礎（第二版）》以來，我對“芯片”這個詞的理解已經發生瞭翻天覆地的變化。它不再是那個冰冷、神秘的電子元件，而是一個凝聚瞭無數智慧和汗水的復雜工藝流程的産物。書中對“外延生長”的講解，我至今記憶猶新。我一直以為矽片就是從地裏挖齣來的，然後直接就可以用瞭，但書中卻告訴我，還需要在單晶矽襯底上“長”齣另一層高質量的矽膜。作者用瞭一個非常形象的比喻，就像是在給一塊已經很好的木闆上再“塗抹”一層更光滑、更精細的漆，以滿足後續工藝的要求。書中詳細解釋瞭不同外延方法（如液相外延、氣相外延）的原理、優缺點以及它們在不同應用場景下的選擇。讓我驚訝的是，僅僅是“長”一層矽，裏麵就有如此多的技術細節和工藝考量。而且，書中還提到瞭如何控製外延層的雜質濃度和厚度，這直接關係到最終晶體管的性能。這讓我意識到，即使是看似簡單的“生長”過程，背後也隱藏著深刻的物理和化學原理。我開始理解，為什麼高性能的芯片製造需要如此高的精度和如此復雜的設備，因為每一個微小的差異都會被放大，最終影響到整個芯片的功能。這本書讓我不再是僅僅停留在“使用”層麵，而是開始“理解”芯片的“製造”。

評分☆☆☆☆☆

閱讀《矽集成電路工藝基礎（第二版）》的過程，就像是參加瞭一場精心策劃的科學探索之旅。作者並沒有急於拋齣艱深的概念，而是從最基礎的“矽”元素開始，一步步地引導讀者進入集成電路工藝的殿堂。我印象非常深刻的是書中對“柵極”工藝的講解。我一直以為柵極就是一個簡單的金屬片，但書中卻詳細闡述瞭如何通過氧化、光刻、刻蝕、沉積等一係列復雜而精密的工藝步驟，在矽片上形成那個決定晶體管開關特性的關鍵結構。作者解釋瞭不同柵極材料（如多晶矽、金屬柵極）的優缺點，以及它們如何影響晶體管的性能。他甚至還提到瞭柵介質（如二氧化矽）的生長和厚度控製的重要性，這些細節都讓我感覺，每一個環節都充滿瞭科學的智慧和工程的挑戰。這本書讓我不再是那個隻能看到成品，卻對製造過程一無所知的消費者，而是開始能夠理解，那些微小的、肉眼看不見的電路是如何被“創造”齣來的，並且對其中每一個環節的精密度和復雜性有瞭深刻的認識。它讓我對電子産品的內部世界充滿瞭好奇和探索的欲望。

評分☆☆☆☆☆

說實話，剛開始接觸《矽集成電路工藝基礎（第二版）》的時候，我抱著一種“試試看”的心態。畢竟，集成電路工藝聽起來就不是個輕鬆的學科。我之前也看過一些電子工程類的書籍，但往往很快就被各種復雜的理論和公式勸退。然而，這本書給我帶來瞭意想不到的驚喜。作者的寫作風格非常獨特，他似乎有一種神奇的能力，可以將那些極其復雜的概念，用一種非常接地氣的方式呈現齣來。比如，在講解“氧化”工藝的時候，他沒有一上來就講擴散方程，而是從我們日常生活中接觸到的鐵生銹的現象齣發，類比電子遷移和化學反應，一下子就拉近瞭我和專業知識的距離。我發現，原來很多看似高深的科學原理，背後都有著非常直觀的類比和解釋。書中對“化學氣相沉積（CVD）”的講解尤其讓我印象深刻。我一直以為這種工藝是某種神秘的實驗室魔法，但書中將其描述為一個“嚮上堆積”的過程，通過控製氣體流量和反應條件，在矽片錶麵一層一層地“生長”齣所需的薄膜。這種形象化的描述，讓我很容易就能理解不同CVD方法（如LPCVD、PECVD）的原理和區彆。而且，書中並沒有迴避難點，對於一些關鍵的工藝參數，如溫度、壓力、氣體比例等，都給予瞭詳細的解釋，說明它們是如何影響最終的薄膜質量和器件性能的。讀完這一部分，我感覺自己不再是那個隻能看著手機屏幕卻不知道裏麵發生瞭什麼的“小白”，而是對芯片的“生長”過程有瞭初步的瞭解，甚至開始對其中的一些細節産生瞭濃厚的興趣，比如不同材料（如多晶矽、氮化矽）的沉積過程和應用。

評分☆☆☆☆☆

我必須承認，《矽集成電路工藝基礎（第二版）》的閱讀體驗遠超我的預期。我通常對技術類書籍的要求是“實用”和“易懂”，而這本書恰恰兼具瞭這兩點。它不是那種隻在理論層麵泛泛而談的書，而是深入到每一個具體的工藝環節，並且將這些環節之間的邏輯關係梳理得井井有條。舉個例子，關於“蝕刻”工藝，書中不僅介紹瞭乾法蝕刻（如等離子體蝕刻）和濕法蝕刻的區彆，更重要的是，它解釋瞭為什麼在不同的製造階段需要選擇不同的蝕刻方式，以及不同的蝕刻方法會帶來什麼樣的結果，比如選擇性、各嚮異性等等。這讓我明白，每一個工藝步驟都不是孤立存在的，而是相互關聯、相互影響的。書中對“掩模版”的設計和作用的講解也讓我大開眼界。我一直以為掩模版隻是一個簡單的“模闆”，但書中詳細闡述瞭掩模版是如何通過光學原理，將復雜的電路圖案精確地轉移到矽片上的。它讓我理解瞭為什麼芯片的製造需要如此昂貴的設備和如此潔淨的環境，因為任何一個微小的誤差都可能導緻整個芯片的報廢。而且，書中還穿插瞭一些曆史發展和技術演進的介紹，這使得閱讀過程更加生動有趣，也讓我對集成電路技術的發展曆程有瞭更深的認識。我不再是簡單地接受知識，而是開始思考這些工藝是如何被發明、如何被改進，以及它們是如何推動著整個電子産業嚮前發展的。

評分☆☆☆☆☆

《矽集成電路工藝基礎（第二版）》這本書，讓我真正體會到瞭“循序漸進”的學習魅力。作為一個對集成電路工藝幾乎一無所知的人，我原本以為自己會遇到很多障礙，但作者的引導方式非常到位。他首先從最基本的半導體物理概念講起，比如載流子的概念，PN結的形成原理，這些都是理解後續工藝的基礎。他用瞭非常通俗易懂的語言，結閤一些簡單的圖示，讓我能夠快速掌握這些核心概念。然後，他纔逐步過渡到具體的工藝步驟。比如，在介紹“擴散”工藝時，他沒有直接給齣復雜的Fick定律，而是先從“墨水在水中擴散”的日常現象入手，然後解釋瞭雜質原子是如何在高溫下“跑”進矽晶格的。他詳細地闡述瞭不同擴散方式（如爐擴散、離子注入）的原理、優缺點，以及如何通過控製擴散時間、溫度等參數來精確控製雜質的分布，從而形成具有特定導電區域的PN結。這一點對我來說非常關鍵，我終於明白瞭為什麼芯片上會有各種不同的區域，它們都是通過這些精密的“摻雜”過程實現的。書中對“退火”工藝的講解也讓我印象深刻，我之前以為退火隻是簡單的加熱過程，但書中解釋瞭它在修復晶格損傷、激活雜質等方麵的重要作用。這本書讓我感覺到，每一個工藝步驟都是為瞭達到某個特定的目的，都是一個精心設計的環節，而不是隨意為之。

評分☆☆☆☆☆

《矽集成電路工藝基礎（第二版）》這本書，讓我對“潔淨室”這個概念有瞭全新的理解。我之前一直以為潔淨室隻是一個“乾淨”的地方，但書中卻將其描述為芯片製造不可或缺的“無菌環境”。作者詳細地解釋瞭為什麼芯片製造對環境的要求如此之高，任何一點灰塵、顆粒都可能導緻整個芯片的報廢。書中介紹瞭潔淨室的等級劃分，以及各種防止汙染的措施，比如人員的著裝、空氣的過濾係統、設備的維護等。這讓我深刻地意識到，芯片製造不僅僅是科學和技術的結閤，更是一種對細節、對流程、對環境的極緻追求。而且，書中還穿插瞭一些關於“良率”和“失效分析”的內容。我瞭解到，即使是采用瞭最先進的工藝，也不能保證100%的成功，所以如何通過工藝改進來提高良率，以及如何在芯片齣現問題時，通過失效分析來找到原因，都是至關重要的環節。這讓我明白，芯片的製造是一個持續優化的過程，充滿瞭挑戰和探索。這本書不僅僅是傳授知識，更是在潛移默化中培養我的嚴謹態度和對細節的關注。

評分☆☆☆☆☆

老實說，在我拿到《矽集成電路工藝基礎（第二版）》這本書之前，我對“集成電路工藝”這個領域，隻有模糊的印象，感覺它離我的生活非常遙遠。但這本書徹底改變瞭我的看法。作者的敘述方式非常生動，他仿佛是一位經驗豐富的嚮導，帶著我一步步深入到芯片製造的奇妙世界。我對“金屬化”工藝的部分印象最為深刻。我一直以為芯片內部的連接就是靠一些粗粗的銅綫，但書中詳細解釋瞭如何通過濺射、電鍍等多種方法，在矽片上沉積金屬互連綫，並且是如何形成多層結構的。我驚嘆於書中所描述的“通孔”（via）的概念，它是如何將不同層級的金屬連接起來的，就像是在一座摩天大樓裏，通過電梯和樓梯將每一層樓連接起來。書中還提到瞭如何控製金屬層的厚度、電阻率，以及如何減少互連綫的寄生效應，這些都直接影響到芯片的速度和功耗。作者甚至還對不同金屬材料（如鋁、銅）的優缺點進行瞭對比分析，這讓我意識到，即使是連接導綫，也有如此多的技術選擇和優化空間。讀完這部分，我感覺自己不再是那個隻能看到手機屏幕，卻不知道裏麵是如何工作的“盲人”，而是對芯片內部的“交通網絡”有瞭初步的認識，對它的復雜性和精密度有瞭更深的敬畏。

評分☆☆☆☆☆

這本書簡直是打開瞭我通往微電子世界大門的一把金鑰匙！在我拿到《矽集成電路工藝基礎（第二版）》之前，我對集成電路這個概念隻停留在“電子産品裏的小芯片”這個模糊的認知層麵。它聽起來專業、遙遠，仿佛是實驗室裏高深莫測的研究，與我這個普通消費者相距甚遠。然而，當我翻開這本書，一股清晰、嚴謹又富有條理的知識洪流便嚮我襲來。作者並沒有直接拋齣令人望而生畏的公式和圖錶，而是從最基礎的“矽”這個材料入手，娓娓道來。我明白瞭為什麼矽如此重要，它的原子結構、晶體特性是如何奠定集成電路基石的。接著，書中逐一介紹瞭晶體生長、晶圓製備等一係列“聽起來很厲害”卻又被解釋得明明白白的工藝流程。我印象最深的是關於“光刻”的部分，我從來沒想過，一張照片的原理竟然能被巧妙地運用到如此精密的芯片製造中。書中通過生動的比喻和詳細的步驟解析，讓我仿佛置身於一個龐大而潔淨的芯片工廠，看著一束束光綫在矽片上“雕刻”齣錯綜復雜的電路圖。每一次的工藝步驟，每一次的材料轉化，都被賦予瞭邏輯和意義，不再是枯燥的化學反應或物理變化，而是充滿瞭智慧和創造力的過程。我尤其贊賞書中對每一個關鍵節點的解釋，比如摻雜的原理，如何通過控製雜質的濃度來改變矽的導電性，這簡直就像是給矽施加瞭“魔法”，讓它能夠響應不同的電信號。這本書不僅僅是知識的堆砌，更像是一位經驗豐富的老師，耐心地引導著我，讓我從對集成電路的一無所知，逐漸建立起一個清晰、完整的知識框架。它讓我看到瞭芯片是如何從一塊普通的矽片，一步步變成我們日常生活中不可或缺的精密器件的。

評分☆☆☆☆☆

自從我開始閱讀《矽集成電路工藝基礎（第二版）》以來，我仿佛打開瞭一個全新的世界。我之前一直以為芯片的製造就是直接在矽片上“畫”電路，但書中對“刻蝕”工藝的深入講解，讓我大開眼界。作者不僅介紹瞭乾法刻蝕（如等離子體刻蝕）和濕法刻蝕的原理，更重要的是，他詳細闡述瞭不同刻蝕方法對圖形保真度、側壁形貌、刻蝕速率等關鍵參數的影響。我明白瞭為什麼在製造不同的電路結構時，需要選擇不同的刻蝕技術。例如，製造細小的柵極結構，需要高選擇性、高各嚮異性的乾法刻蝕；而製造一些簡單的金屬圖案，則可以使用濕法刻蝕。書中還提到瞭“光刻”與“刻蝕”的配閤，是如何一步步地將復雜的電路圖案“雕刻”到矽片上的。我驚訝地發現，每一個工藝步驟都是如此精妙，環環相扣，缺一不可。它讓我理解瞭為什麼芯片的製造需要如此龐大、昂貴、復雜的設備，因為每一個步驟都需要極高的精度和可控性。這本書讓我不再是那個隻能驚嘆於電子産品性能的普通用戶，而是開始對芯片的“誕生”過程産生瞭濃厚的興趣和敬意。

評分☆☆☆☆☆

《矽集成電路工藝基礎（第二版）》這本書，徹底顛覆瞭我之前對半導體製造的認知。我之前以為，半導體就是一塊“半導體材料”，然後直接就可以做齣電子器件。但書中對“摻雜”工藝的詳細介紹，讓我明白瞭其中的奧秘。作者用非常生動形象的語言，解釋瞭為什麼我們需要在純淨的矽中“摻入”一些其他的原子，以及這些“摻入”的原子是如何改變矽的導電性能的。我明白瞭，原來通過控製摻雜的類型（N型或P型）和摻雜的濃度，就可以創造齣具有不同電學特性的區域，從而形成PN結，這是構建一切半導體器件的基礎。書中還詳細介紹瞭兩種主要的摻雜技術：擴散和離子注入。對於每一種技術，作者都深入剖析瞭其工作原理、優缺點，以及在實際生産中的應用。我尤其對離子注入的精確控製能力感到震撼，它可以精確地控製摻雜離子的能量和劑量，從而實現對摻雜分布的精確控製。這讓我意識到，芯片的製造不僅僅是簡單的“製造”，更是一種“精確的科學”。這本書讓我開始理解，為什麼小小的芯片能夠承載如此復雜的功能，這背後是無數精密的工藝和深厚的科學原理在支撐。

評分☆☆☆☆☆

OK很nice，長期在京東購物的，方便快捷！

評分☆☆☆☆☆

IC/MEMS入門教材，很不錯的書

評分☆☆☆☆☆

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評分☆☆☆☆☆

書質量好，作為教材用

評分☆☆☆☆☆

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評分☆☆☆☆☆

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評分☆☆☆☆☆

挺好的。挺好的。挺好的。

評分☆☆☆☆☆

感覺一般般吧，這書，哎

評分☆☆☆☆☆

挺好的。挺好的。挺好的。