硅集成电路工艺基础（第二版） pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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关旭东 著

图书标签:

• 集成电路
• 硅工艺
• 半导体
• 工艺基础
• 微电子
• 器件物理
• 制造工艺
• 电子工程
• 材料科学
• 第二版

出版社： 北京大学出版社

ISBN：9787301241097

版次：2

商品编码：11466314

包装：平装

丛书名： 21世纪微电子学专业规划教材

开本：16开

出版时间：2014-05-01

用纸：胶版纸

页数：408

编辑推荐

　　《硅集成电路工艺基础（第二版）》非常值得推荐。

内容简介

　　 本书是《硅集成电路工艺基础》的第二版教材，作者在第一版的基础上系统的讲述了硅集成电路制造的基础工艺，加深了工艺物理基础和基本原理的介绍。增加了工艺集成例子的介绍。

作者简介

　　关旭东，北京大学信息学院微电子系 职称：教授 研究方向：硅集成电路的设计和规划 主要作品：硅集成电路工艺基础。

目录

第一章 硅晶体和非晶体
第二章 氧化
第三章 扩散
第四章 离子注入
第五章 物理气相淀积
第六章 化学气相淀积
第七章 外延
第八章 光刻工艺
第九章 金属化与多层互联
第十章 工艺集成
第十一章 薄膜晶体管制造工艺

前言/序言

现代电子器件的基石：半导体材料与器件物理导论 本书旨在为读者提供深入理解现代电子器件工作原理的坚实基础。我们从构成一切电子设备核心的半导体材料入手，详细阐述硅、锗、砷化镓等关键材料的晶体结构、能带理论以及掺杂技术。通过对这些基本性质的透彻剖析，读者将能够理解为何这些材料如此适合制造电子元器件，以及如何通过人为调控其特性来满足不同的应用需求。 第一章：半导体材料的物理学基础 本章将带领读者走进半导体世界的微观奥秘。我们将从原子尺度出发，深入探讨元素周期表中哪些元素及其化合物具备半导体特性。晶体结构是理解宏观材料性质的关键，因此，我们将详细介绍硅等半导体材料常见的晶体结构，如金刚石立方结构，并解释其对电子行为的影响。 紧接着，我们将引入“能带理论”这一核心概念。通过对价带、导带和禁带的讲解，读者将明白电子在晶体中是如何运动的，以及电导率为何会因材料类型和温度的不同而产生巨大差异。我们将区分导体、绝缘体和半导体的能带结构，并解释掺杂如何改变半导体的导电类型。 掺杂是人为调控半导体导电性能的关键技术。本章将详细介绍N型掺杂和P型掺杂的机理，阐述引入施主原子和受主原子如何改变载流子浓度和类型。我们将分析不同掺杂浓度对材料电阻率的影响，并讨论掺杂在实际应用中的重要性，例如作为构建PN结的基础。 此外，我们还将探讨半导体材料的生长工艺，如柴可拉斯基法（CZ法）和区熔法，介绍单晶硅晶圆的制备过程，以及晶体缺陷（如空位、间隙原子、位错）对半导体性能的影响。理解这些生长过程和潜在缺陷，对于后续理解器件制造和性能优化至关重要。 第二章：PN结的形成与特性 PN结是所有半导体器件的基本构建单元，其独特的电学特性是实现电子功能的前提。本章将从微观角度深入剖析PN结的形成过程。当P型半导体和N型半导体紧密接触时，会在界面处发生自由载流子扩散，形成一个耗尽层。我们将详细分析耗尽层的形成机制、载流子浓度分布以及耗尽层宽度的变化。 耗尽层内部存在一个内建电场，这个电场阻碍了载流子进一步扩散，并为PN结的整流特性奠定了基础。本章将详细讲解PN结在正向偏压和反向偏压下的行为。在正向偏压下，外加电场与内建电场方向相反，克服了耗尽层的阻碍，使大量的多数载流子注入到对方区域，形成正向电流。我们将推导PN结的正向伏安特性曲线，并解释其指数关系。 在反向偏压下，外加电场与内建电场方向相同，进一步加宽了耗尽层，抑制了多数载流子的流动。此时，只有少数载流子受内建电场驱动，形成微弱的反向饱和电流。我们将分析反向偏压对PN结的影响，并讨论击穿现象（雪崩击穿和齐纳击穿）的发生机理和条件。 此外，本章还将介绍PN结的动态特性，包括电容效应。耗尽层电容（或称结电容）和扩散电容是PN结的重要参数，它们决定了PN结在交流信号下的响应速度。我们将分析不同偏压下电容的变化规律，以及这些电容如何影响器件的开关速度。 第三章：双极型晶体管（BJT）的工作原理 双极型晶体管（BJT）是一种重要的电流控制型器件，广泛应用于放大和开关电路。本章将深入剖析BJT的结构和工作原理。我们将介绍NPN型和PNP型BJT的结构，包括基区、发射区和集电区的掺杂浓度和尺寸差异，并解释这些结构特点如何决定了BJT的电流放大能力。 BJT的工作原理基于PN结的组合。我们将分析BJT在不同工作区域（截止区、放大区、饱和区、反向放大区）的电流和电压关系。在放大区，微小的基极电流变化可以引起集电极电流的巨大变化，从而实现电流放大。我们将推导BJT的电流增益（$eta$）和跨导，并解释它们与器件结构和材料参数的关系。 BJT的输出特性曲线是理解其工作状态的重要工具。本章将绘制并详细分析BJT的输出特性曲线，解释不同基极电流下的集电极电流变化趋势。我们将介绍BJT的输入特性曲线，并分析其与基极-发射区PN结特性的关联。 此外，本章还将探讨BJT的开关特性。在截止区和饱和区，BJT可以作为有效的开关元件。我们将分析BJT的开关速度，包括上升时间和下降时间，以及这些时间受器件参数和驱动电路的影响。我们还会介绍BJT的动态模型，如混合$pi$模型和$ ext{T}$模型，为分析BJT在交流电路中的行为提供理论依据。 第四章：场效应晶体管（FET）的工作原理 场效应晶体管（FET）是另一种重要的半导体器件，以其高输入阻抗和电压控制特性而著称。本章将重点介绍金属-氧化物-半导体场效应晶体管（MOSFET）的工作原理，这是现代集成电路中最核心的器件之一。 我们将详细介绍MOSFET的结构，包括源极、漏极、栅极和衬底。我们将区分N沟道MOSFET和P沟道MOSFET，并重点讲解N沟道增强型MOSFET的形成机制。当栅极施加正电压时，会在栅极下方形成一个电荷累积层，并逐渐形成一个电子导电沟道，连接源极和漏极，从而形成漏极电流。 本章将深入分析MOSFET的输出特性曲线，解释不同栅极电压（$V_{ ext{GS}}$）下漏极电流（$I_{ ext{D}}$）的变化。我们将区分MOSFET的三个工作区域：截止区、线性区（或欧姆区）和饱和区。在线性区，漏极电流与漏极-源极电压（$V_{ ext{DS}}$）近似成线性关系，而在饱和区，漏极电流基本不再受$V_{ ext{DS}}$影响，而主要由$V_{ ext{GS}}$控制。 我们将推导MOSFET的跨导和输出电阻，并分析它们与器件尺寸、栅氧化层厚度和半导体材料特性的关系。MOSFET的阈值电压（$V_{ ext{th}}$）是其关键参数，我们将解释阈值电压的形成原因，并分析其对MOSFET导通特性的影响。 此外，本章还将介绍MOSFET的动态特性，包括栅极电容和沟道电容。这些电容效应决定了MOSFET的开关速度和在高频下的性能。我们将分析MOSFET的等效电路模型，为理解其在电路中的行为提供工具。最后，我们将简要介绍其他类型的场效应晶体管，如结型场效应晶体管（JFET），并对比它们与MOSFET的异同。 通过对半导体材料、PN结、BJT和FET的深入讲解，本书为读者构建了一个扎实的电子器件物理基础。这些基础知识是进一步理解和设计复杂集成电路、微处理器、存储器和其他各种现代电子系统的基石。本书的语言力求清晰易懂，并辅以必要的数学推导和物理概念解释，以帮助读者循序渐进地掌握相关知识。

评分☆☆☆☆☆

《硅集成电路工艺基础（第二版）》这本书，彻底颠覆了我之前对半导体制造的认知。我之前以为，半导体就是一块“半导体材料”，然后直接就可以做出电子器件。但书中对“掺杂”工艺的详细介绍，让我明白了其中的奥秘。作者用非常生动形象的语言，解释了为什么我们需要在纯净的硅中“掺入”一些其他的原子，以及这些“掺入”的原子是如何改变硅的导电性能的。我明白了，原来通过控制掺杂的类型（N型或P型）和掺杂的浓度，就可以创造出具有不同电学特性的区域，从而形成PN结，这是构建一切半导体器件的基础。书中还详细介绍了两种主要的掺杂技术：扩散和离子注入。对于每一种技术，作者都深入剖析了其工作原理、优缺点，以及在实际生产中的应用。我尤其对离子注入的精确控制能力感到震撼，它可以精确地控制掺杂离子的能量和剂量，从而实现对掺杂分布的精确控制。这让我意识到，芯片的制造不仅仅是简单的“制造”，更是一种“精确的科学”。这本书让我开始理解，为什么小小的芯片能够承载如此复杂的功能，这背后是无数精密的工艺和深厚的科学原理在支撑。

评分☆☆☆☆☆

老实说，在我拿到《硅集成电路工艺基础（第二版）》这本书之前，我对“集成电路工艺”这个领域，只有模糊的印象，感觉它离我的生活非常遥远。但这本书彻底改变了我的看法。作者的叙述方式非常生动，他仿佛是一位经验丰富的向导，带着我一步步深入到芯片制造的奇妙世界。我对“金属化”工艺的部分印象最为深刻。我一直以为芯片内部的连接就是靠一些粗粗的铜线，但书中详细解释了如何通过溅射、电镀等多种方法，在硅片上沉积金属互连线，并且是如何形成多层结构的。我惊叹于书中所描述的“通孔”（via）的概念，它是如何将不同层级的金属连接起来的，就像是在一座摩天大楼里，通过电梯和楼梯将每一层楼连接起来。书中还提到了如何控制金属层的厚度、电阻率，以及如何减少互连线的寄生效应，这些都直接影响到芯片的速度和功耗。作者甚至还对不同金属材料（如铝、铜）的优缺点进行了对比分析，这让我意识到，即使是连接导线，也有如此多的技术选择和优化空间。读完这部分，我感觉自己不再是那个只能看到手机屏幕，却不知道里面是如何工作的“盲人”，而是对芯片内部的“交通网络”有了初步的认识，对它的复杂性和精密度有了更深的敬畏。

评分☆☆☆☆☆

自从我开始阅读《硅集成电路工艺基础（第二版）》以来，我仿佛打开了一个全新的世界。我之前一直以为芯片的制造就是直接在硅片上“画”电路，但书中对“刻蚀”工艺的深入讲解，让我大开眼界。作者不仅介绍了干法刻蚀（如等离子体刻蚀）和湿法刻蚀的原理，更重要的是，他详细阐述了不同刻蚀方法对图形保真度、侧壁形貌、刻蚀速率等关键参数的影响。我明白了为什么在制造不同的电路结构时，需要选择不同的刻蚀技术。例如，制造细小的栅极结构，需要高选择性、高各向异性的干法刻蚀；而制造一些简单的金属图案，则可以使用湿法刻蚀。书中还提到了“光刻”与“刻蚀”的配合，是如何一步步地将复杂的电路图案“雕刻”到硅片上的。我惊讶地发现，每一个工艺步骤都是如此精妙，环环相扣，缺一不可。它让我理解了为什么芯片的制造需要如此庞大、昂贵、复杂的设备，因为每一个步骤都需要极高的精度和可控性。这本书让我不再是那个只能惊叹于电子产品性能的普通用户，而是开始对芯片的“诞生”过程产生了浓厚的兴趣和敬意。

评分☆☆☆☆☆

这本书简直是打开了我通往微电子世界大门的一把金钥匙！在我拿到《硅集成电路工艺基础（第二版）》之前，我对集成电路这个概念只停留在“电子产品里的小芯片”这个模糊的认知层面。它听起来专业、遥远，仿佛是实验室里高深莫测的研究，与我这个普通消费者相距甚远。然而，当我翻开这本书，一股清晰、严谨又富有条理的知识洪流便向我袭来。作者并没有直接抛出令人望而生畏的公式和图表，而是从最基础的“硅”这个材料入手，娓娓道来。我明白了为什么硅如此重要，它的原子结构、晶体特性是如何奠定集成电路基石的。接着，书中逐一介绍了晶体生长、晶圆制备等一系列“听起来很厉害”却又被解释得明明白白的工艺流程。我印象最深的是关于“光刻”的部分，我从来没想过，一张照片的原理竟然能被巧妙地运用到如此精密的芯片制造中。书中通过生动的比喻和详细的步骤解析，让我仿佛置身于一个庞大而洁净的芯片工厂，看着一束束光线在硅片上“雕刻”出错综复杂的电路图。每一次的工艺步骤，每一次的材料转化，都被赋予了逻辑和意义，不再是枯燥的化学反应或物理变化，而是充满了智慧和创造力的过程。我尤其赞赏书中对每一个关键节点的解释，比如掺杂的原理，如何通过控制杂质的浓度来改变硅的导电性，这简直就像是给硅施加了“魔法”，让它能够响应不同的电信号。这本书不仅仅是知识的堆砌，更像是一位经验丰富的老师，耐心地引导着我，让我从对集成电路的一无所知，逐渐建立起一个清晰、完整的知识框架。它让我看到了芯片是如何从一块普通的硅片，一步步变成我们日常生活中不可或缺的精密器件的。

评分☆☆☆☆☆

说实话，刚开始接触《硅集成电路工艺基础（第二版）》的时候，我抱着一种“试试看”的心态。毕竟，集成电路工艺听起来就不是个轻松的学科。我之前也看过一些电子工程类的书籍，但往往很快就被各种复杂的理论和公式劝退。然而，这本书给我带来了意想不到的惊喜。作者的写作风格非常独特，他似乎有一种神奇的能力，可以将那些极其复杂的概念，用一种非常接地气的方式呈现出来。比如，在讲解“氧化”工艺的时候，他没有一上来就讲扩散方程，而是从我们日常生活中接触到的铁生锈的现象出发，类比电子迁移和化学反应，一下子就拉近了我和专业知识的距离。我发现，原来很多看似高深的科学原理，背后都有着非常直观的类比和解释。书中对“化学气相沉积（CVD）”的讲解尤其让我印象深刻。我一直以为这种工艺是某种神秘的实验室魔法，但书中将其描述为一个“向上堆积”的过程，通过控制气体流量和反应条件，在硅片表面一层一层地“生长”出所需的薄膜。这种形象化的描述，让我很容易就能理解不同CVD方法（如LPCVD、PECVD）的原理和区别。而且，书中并没有回避难点，对于一些关键的工艺参数，如温度、压力、气体比例等，都给予了详细的解释，说明它们是如何影响最终的薄膜质量和器件性能的。读完这一部分，我感觉自己不再是那个只能看着手机屏幕却不知道里面发生了什么的“小白”，而是对芯片的“生长”过程有了初步的了解，甚至开始对其中的一些细节产生了浓厚的兴趣，比如不同材料（如多晶硅、氮化硅）的沉积过程和应用。

评分☆☆☆☆☆

《硅集成电路工艺基础（第二版）》这本书，让我真正体会到了“循序渐进”的学习魅力。作为一个对集成电路工艺几乎一无所知的人，我原本以为自己会遇到很多障碍，但作者的引导方式非常到位。他首先从最基本的半导体物理概念讲起，比如载流子的概念，PN结的形成原理，这些都是理解后续工艺的基础。他用了非常通俗易懂的语言，结合一些简单的图示，让我能够快速掌握这些核心概念。然后，他才逐步过渡到具体的工艺步骤。比如，在介绍“扩散”工艺时，他没有直接给出复杂的Fick定律，而是先从“墨水在水中扩散”的日常现象入手，然后解释了杂质原子是如何在高温下“跑”进硅晶格的。他详细地阐述了不同扩散方式（如炉扩散、离子注入）的原理、优缺点，以及如何通过控制扩散时间、温度等参数来精确控制杂质的分布，从而形成具有特定导电区域的PN结。这一点对我来说非常关键，我终于明白了为什么芯片上会有各种不同的区域，它们都是通过这些精密的“掺杂”过程实现的。书中对“退火”工艺的讲解也让我印象深刻，我之前以为退火只是简单的加热过程，但书中解释了它在修复晶格损伤、激活杂质等方面的重要作用。这本书让我感觉到，每一个工艺步骤都是为了达到某个特定的目的，都是一个精心设计的环节，而不是随意为之。

评分☆☆☆☆☆

自从我开始阅读《硅集成电路工艺基础（第二版）》以来，我对“芯片”这个词的理解已经发生了翻天覆地的变化。它不再是那个冰冷、神秘的电子元件，而是一个凝聚了无数智慧和汗水的复杂工艺流程的产物。书中对“外延生长”的讲解，我至今记忆犹新。我一直以为硅片就是从地里挖出来的，然后直接就可以用了，但书中却告诉我，还需要在单晶硅衬底上“长”出另一层高质量的硅膜。作者用了一个非常形象的比喻，就像是在给一块已经很好的木板上再“涂抹”一层更光滑、更精细的漆，以满足后续工艺的要求。书中详细解释了不同外延方法（如液相外延、气相外延）的原理、优缺点以及它们在不同应用场景下的选择。让我惊讶的是，仅仅是“长”一层硅，里面就有如此多的技术细节和工艺考量。而且，书中还提到了如何控制外延层的杂质浓度和厚度，这直接关系到最终晶体管的性能。这让我意识到，即使是看似简单的“生长”过程，背后也隐藏着深刻的物理和化学原理。我开始理解，为什么高性能的芯片制造需要如此高的精度和如此复杂的设备，因为每一个微小的差异都会被放大，最终影响到整个芯片的功能。这本书让我不再是仅仅停留在“使用”层面，而是开始“理解”芯片的“制造”。

评分☆☆☆☆☆

我必须承认，《硅集成电路工艺基础（第二版）》的阅读体验远超我的预期。我通常对技术类书籍的要求是“实用”和“易懂”，而这本书恰恰兼具了这两点。它不是那种只在理论层面泛泛而谈的书，而是深入到每一个具体的工艺环节，并且将这些环节之间的逻辑关系梳理得井井有条。举个例子，关于“蚀刻”工艺，书中不仅介绍了干法蚀刻（如等离子体蚀刻）和湿法蚀刻的区别，更重要的是，它解释了为什么在不同的制造阶段需要选择不同的蚀刻方式，以及不同的蚀刻方法会带来什么样的结果，比如选择性、各向异性等等。这让我明白，每一个工艺步骤都不是孤立存在的，而是相互关联、相互影响的。书中对“掩模版”的设计和作用的讲解也让我大开眼界。我一直以为掩模版只是一个简单的“模板”，但书中详细阐述了掩模版是如何通过光学原理，将复杂的电路图案精确地转移到硅片上的。它让我理解了为什么芯片的制造需要如此昂贵的设备和如此洁净的环境，因为任何一个微小的误差都可能导致整个芯片的报废。而且，书中还穿插了一些历史发展和技术演进的介绍，这使得阅读过程更加生动有趣，也让我对集成电路技术的发展历程有了更深的认识。我不再是简单地接受知识，而是开始思考这些工艺是如何被发明、如何被改进，以及它们是如何推动着整个电子产业向前发展的。

评分☆☆☆☆☆

阅读《硅集成电路工艺基础（第二版）》的过程，就像是参加了一场精心策划的科学探索之旅。作者并没有急于抛出艰深的概念，而是从最基础的“硅”元素开始，一步步地引导读者进入集成电路工艺的殿堂。我印象非常深刻的是书中对“栅极”工艺的讲解。我一直以为栅极就是一个简单的金属片，但书中却详细阐述了如何通过氧化、光刻、刻蚀、沉积等一系列复杂而精密的工艺步骤，在硅片上形成那个决定晶体管开关特性的关键结构。作者解释了不同栅极材料（如多晶硅、金属栅极）的优缺点，以及它们如何影响晶体管的性能。他甚至还提到了栅介质（如二氧化硅）的生长和厚度控制的重要性，这些细节都让我感觉，每一个环节都充满了科学的智慧和工程的挑战。这本书让我不再是那个只能看到成品，却对制造过程一无所知的消费者，而是开始能够理解，那些微小的、肉眼看不见的电路是如何被“创造”出来的，并且对其中每一个环节的精密度和复杂性有了深刻的认识。它让我对电子产品的内部世界充满了好奇和探索的欲望。

评分☆☆☆☆☆

《硅集成电路工艺基础（第二版）》这本书，让我对“洁净室”这个概念有了全新的理解。我之前一直以为洁净室只是一个“干净”的地方，但书中却将其描述为芯片制造不可或缺的“无菌环境”。作者详细地解释了为什么芯片制造对环境的要求如此之高，任何一点灰尘、颗粒都可能导致整个芯片的报废。书中介绍了洁净室的等级划分，以及各种防止污染的措施，比如人员的着装、空气的过滤系统、设备的维护等。这让我深刻地意识到，芯片制造不仅仅是科学和技术的结合，更是一种对细节、对流程、对环境的极致追求。而且，书中还穿插了一些关于“良率”和“失效分析”的内容。我了解到，即使是采用了最先进的工艺，也不能保证100%的成功，所以如何通过工艺改进来提高良率，以及如何在芯片出现问题时，通过失效分析来找到原因，都是至关重要的环节。这让我明白，芯片的制造是一个持续优化的过程，充满了挑战和探索。这本书不仅仅是传授知识，更是在潜移默化中培养我的严谨态度和对细节的关注。

评分☆☆☆☆☆

OK很nice，长期在京东购物的，方便快捷！

评分☆☆☆☆☆

IC/MEMS入门教材，很不错的书

评分☆☆☆☆☆

就是以前用的旧版本更新了，来捧个场。

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评分☆☆☆☆☆

装的挺漂亮，但是内容原创少

评分☆☆☆☆☆

还不错

评分☆☆☆☆☆

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