纳米级CMOS超大规模集成电路可制造性设计 (美)Sandip Kundu等著 97870 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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美Sandip Kundu等著 著

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• Sandip Kundu
• 电子工程

店铺： 天乐图书专营店

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030400345

商品编码：29310224148

包装：平装

出版时间：2014-04-01

基本信息

书名：纳米级CMOS超大规模集成电路可制造性设计

定价：58.00元

作者：(美)Sandip Kundu等著

出版社：科学出版社

出版日期：2014-04-01

ISBN：9787030400345

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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内容提要

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《纳米级CMOS超大规模集成电路可制造性设计》的内容包括：CMOSVLSI电路设计的技术趋势；半导体制造技术；光刻技术；工艺和器件的扰动和缺陷分析与建模；面向可制造性的物理设计技术；测量、制造缺陷和缺陷提取；缺陷影响的建模和合格率提高技术；物

目录

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作者介绍

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文摘

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序言

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深度解析：现代集成电路设计的关键挑战与创新思路 集成电路（Integrated Circuit, IC）的进步是信息时代发展的基石，而不断微缩的晶体管尺寸更是推动这一进步的核心驱动力。当器件尺寸进入纳米级别，传统的设计方法和制造工艺面临着前所未有的挑战。本书《纳米级CMOS超大规模集成电路可制造性设计》深入探讨了在这一前沿领域中，如何实现从设计到生产的无缝衔接，确保复杂芯片的高良率和高性能。 一、纳米尺度下的设计挑战：物理极限的突破与新方法的探索 随着CMOS器件尺寸不断逼近物理极限，诸如量子效应、漏电流、功耗密度、互连线电阻和电容增加等问题日益严峻。这些问题不仅影响着芯片的性能和功耗，更直接关系到其可制造性——能否在实际生产过程中以可接受的良率制造出功能完备的芯片。 量子效应的显现： 在纳米尺度下，电子的量子隧穿效应变得显著，导致栅极漏电流急剧增加，这对器件的功耗和可靠性构成了严重威胁。设计者需要理解并模拟这些量子效应，并开发出能够抑制这些效应的设计策略，例如采用高介电常数（high-k）栅介质材料和金属栅极（metal gate）等先进工艺技术。 漏电流的控制： 除了量子隧穿，沟道失配、短沟道效应等也会导致漏电流增大。这不仅消耗能量，还会产生热量，降低器件的开关速度和寿命。可制造性设计需要关注如何在设计层面最小化这些漏电流，例如通过优化器件结构、调整掺杂浓度、以及设计更精密的阈值电压控制等。 功耗的严峻考验： 随着晶体管密度的急剧增加，芯片的整体功耗也随之攀升。高功耗不仅带来散热难题，限制了芯片的性能提升，更对移动设备的续航能力造成巨大挑战。本书将探讨如何在设计初期就融入功耗管理的理念，通过动态电压频率调整（DVFS）、时钟门控（clock gating）、电源门控（power gating）以及低功耗设计技术（如多阈值电压CMOS, MTCMOS）等手段，实现高效的能耗比。 互连线的瓶颈： 当器件尺寸缩小，互连线的尺寸也随之减小，导致电阻和电容显著增加。这不仅减慢了信号传输速度，增加了信号延迟（RC delay），还可能引发串扰（crosstalk）问题，导致信号失真。本书将深入研究如何优化互连线的设计，包括采用更低电阻率的金属材料（如铜）、更低介电常数的绝缘材料（low-k dielectrics）、以及优化的布线策略，来缓解互连线带来的性能瓶颈。 二、可制造性设计（DFM）的战略地位：从“设计”到“制造”的桥梁 传统的设计流程往往将制造环节视为设计完成后才考虑的因素，然而在纳米级CMOS工艺下，这种“瀑布式”的设计方法已不再适用。可制造性设计（Design for Manufacturability, DFM）应运而生，它将制造过程中的各种约束和变化因素融入到设计过程中，从一开始就考虑芯片的可制造性，从而提升良率、降低成本、并缩短产品上市时间。 工艺规则的约束： 半导体制造过程存在着一系列严格的工艺规则（Design Rules），如最小线宽、最小间距、最小孔径等。这些规则是确保芯片能够被成功制造出来的基础。DFM要求设计者必须严格遵守这些规则，并且在设计过程中，通过先进的版图验证工具（DRC, Design Rule Check）来确保设计的合规性。 工艺偏差的考虑： 尽管制造工艺不断进步，但实际的制造过程中总会存在不可避免的偏差，例如光刻过程中的曝光不足或过度曝光、刻蚀过程中的过度或不足刻蚀等。这些偏差可能导致版图特征尺寸的偏移，从而影响器件的性能甚至功能。DFM需要引入模型来预测这些偏差可能带来的影响，并采取相应的补偿措施，例如在版图上增加一些“模型化”的结构，或者进行“版图形状调整”（Lithography-aware OPC, Optical Proximity Correction）等。 良率提升的根本途径： 良率是衡量一个芯片生产成功与否的关键指标。低良率意味着大量失效的芯片，这直接增加了制造成本。DFM的核心目标就是提升良率。本书将系统性地介绍各种提升良率的设计策略，包括减少工艺窗口敏感性设计、避免临界尺寸（Critical Dimension, CD）变化、优化关键层版图、以及利用先进的统计性良率建模等。 减少制造缺陷的发生： 制造过程中的缺陷，如短路、开路、颗粒等，是导致芯片失效的主要原因。DFM通过优化版图设计，例如避免过于密集的间距、减小锐角、增加安全裕度等，来降低发生这些缺陷的可能性。同时，一些DFM技术，如“图形增强规则”（Lithography-Enhancement Rules）等，可以帮助制造设备更精确地复制设计图形，从而减少缺陷。 三、面向纳米级CMOS的先进DFM技术 为了应对纳米尺度下的复杂挑战，一系列先进的DFM技术被开发出来，本书将对这些技术进行详尽的阐述。 光刻技术相关的DFM： 光刻是制造芯片最关键的工艺步骤之一，也是最容易受到物理限制和工艺偏差影响的环节。 光刻图形技术（Lithography-Aware Layout）： 设计者需要了解光刻机的光学特性，例如衍射和干涉效应。通过对版图进行优化，例如引入“线端修饰”（line-end shortening）的补偿，或使用“辅助图形”（assist features）来改善图形的成像质量。 光学邻近效应修正（OPC, Optical Proximity Correction）： OPC是一种重要的DFM技术，通过在原始版图上添加或修改图形，来补偿光刻过程中由于衍射和反射等引起的图形失真，从而使最终成像的图形更接近设计意图。本书将详细介绍OPC的原理、不同等级（规则OPC, 模型OPC）以及其在实际设计中的应用。 图形边缘精密控制（LELE, Level-by-level Etch Control）： 刻蚀过程中的图形边缘控制同样至关重要。DFM需要考虑刻蚀过程中的偏差，并进行相应的版图调整，以确保图形的尺寸和形状在制造过程中能够被精确复制。 应力分析与版图优化： 随着器件尺寸的缩小，材料内部的应力效应愈发显著，可能导致器件性能的退化甚至失效。DFM需要考虑这些应力效应，并进行版图优化，例如在关键区域添加应力缓和结构，或者调整器件的布局，以降低应力对器件性能的影响。 可靠性设计与DFM的融合： 长期运行的可靠性是集成电路设计的另一重要方面。DFM技术能够与可靠性设计（Design for Reliability, DFR）相互促进。例如，通过优化版图，减少高电场区域，可以降低电迁移（electromigration）的风险；通过合理的热设计，可以减轻热应力带来的影响。本书将探讨如何在DFM流程中融入可靠性考量，实现高性能与高可靠性的统一。 参数化DFM与智能DFM： 随着设计规模和复杂度的增加，传统的DFM流程可能变得效率低下。参数化DFM技术允许设计者通过预设的参数来自动调整版图，以满足各种DFM要求。而智能DFM则可能利用机器学习等技术，通过分析大量的制造数据来预测潜在的制造问题，并提出最优的设计解决方案。 四、面向未来的设计与制造协同 纳米级CMOS超大规模集成电路的可制造性设计不仅是技术层面的挑战，更是设计、制造、设备、材料等各个环节紧密协同的体现。 设计与EDA工具的革新： 强大的电子设计自动化（EDA）工具是实现DFM不可或缺的支撑。本书将介绍支持DFM的设计流程和EDA工具，包括版图编辑、DRC/LVS（Layout Versus Schematic）验证、OPC、DMF分析等工具的功能和应用。 跨部门的沟通与协作： 实现有效的DFM需要设计团队与制造团队之间建立紧密的沟通和协作机制。设计者需要深入了解制造工艺的限制和特点，而制造者也需要理解设计者的需求和目标。 新材料与新工艺的集成： 随着新材料（如新的栅极材料、互连材料）和新工艺（如三维堆叠、鳍式场效应晶体管, FinFET）的出现，DFM的挑战也在不断演变。本书将探讨如何将DFM理念应用于这些前沿技术，以确保其在纳米级CMOS设计中的可行性。 总而言之，《纳米级CMOS超大规模集成电路可制造性设计》为读者提供了一个全面深入的视角，去理解在纳米尺度下，设计如何与制造紧密结合，以及如何通过一系列先进的设计技术和理念，克服物理极限带来的挑战，最终实现高性能、高良率、高可靠性的集成电路芯片。本书不仅是半导体设计工程师的重要参考，也为相关领域的研究人员和学习者提供了宝贵的知识财富。

评分☆☆☆☆☆

我目前正在进行一些与电子工程相关的研究，虽然我的具体方向可能与CMOS技术不太直接相关，但CMOS作为当前集成电路的主流技术，其基础理论和设计方法是我必须了解的。这本书的标题，特别是“纳米级”和“可制造性设计”，表明它可能涵盖了最新的技术进展和实际工程应用。我希望它能提供关于CMOS晶体管在纳米尺度下的工作原理的深入讲解，以及在亚10纳米工艺节点下，各种物理效应（如短沟道效应、量子隧穿效应等）对器件性能和电路设计带来的影响。同时，“可制造性设计”的强调，也意味着这本书不会仅仅停留在理论层面，而是会关注如何将设计转化为实际的制造工艺，可能涉及版图设计规则 (DRC)、布局布线 (Place and Route) 以及相关的工艺流程。对于我来说，了解这些内容有助于我更全面地理解集成电路的设计与制造全貌，从而更好地指导我的研究工作，并为未来的学术探索打下坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

这本书的中文译名听起来非常学术，我平常对硬件设计没有太多深入了解，但对半导体技术的好奇心一直驱使我想去了解更底层的东西。这本书的名字吸引我的地方在于“纳米级”和“超大规模集成电路”这些关键词，它们代表着当前最尖端的技术，能够让我在脑海中勾勒出那些微小的、却又承载着巨大计算能力的芯片是如何被设计出来的。虽然我不太懂专业术语，但我希望能通过这本书，对CMOS技术有一个基础的认识，理解它为什么是当前主流的芯片制造技术，以及在纳米尺度下，工程师们需要克服哪些前所未有的挑战。我尤其想知道，当尺寸缩小到纳米级别时，物理定律和工艺限制会对设计产生什么样的影响，是不是会引入一些我从未想象过的奇特现象。这本书的名字也提到了“可制造性设计”，这让我觉得它不只是停留在理论层面，而是更侧重于实际的生产过程。我想了解，在设计芯片的时候，工程师们是如何考虑到实际的制造约束的，什么样的设计会更容易制造，什么样的设计又会带来巨大的良率问题。这种将理论与实践相结合的角度，对我这样一个非专业人士来说，非常有吸引力。我希望这本书能够用相对易懂的方式，引导我进入这个复杂而迷人的微电子世界。

评分☆☆☆☆☆

我是一个对科技发展充满热情但非专业背景的读者，我之所以会被这本书吸引，是因为它听起来能够解释“我们是如何做到今天这样”，尤其是在电子产品越来越小型化、功能越来越强大的今天。我想知道，那些我们每天都在使用的智能手机、电脑，它们的核心——那些小小的芯片，究竟是如何被制造出来的，特别是它们是如何从一开始的设计到最终生产出来的。这本书的名字里有“CMOS”这个我经常听到的词，但具体是什么意思，以及它为什么如此重要，我希望能在这本书中得到解答。还有“纳米级”这个词，让我联想到非常微小的尺寸，这让我很好奇，在如此小的尺度下，制造会遇到什么独特的挑战，设计上又需要遵守哪些特殊的规则。最后，“可制造性设计”这个词，听起来像是告诉我们，设计不仅仅是画图纸，更重要的是考虑如何能够真正生产出来，而且是要高效、稳定地生产出来。我希望这本书能够用一种相对容易理解的方式，为我揭开微电子世界的神秘面纱。

评分☆☆☆☆☆

我对“可制造性设计”这个概念特别感兴趣。在很多技术领域，理论上的完美设计往往在实际生产中会遇到各种各样的问题，导致成本高昂、良率低下，甚至无法量产。CMOS超大规模集成电路作为现代电子设备的核心，其制造过程本身就极其复杂和精密，对可制造性的要求更是达到了极致。这本书的标题强调了这一点，让我觉得它不是一本只讲理论、不顾实际的教材。我期待它能够深入探讨在纳米尺度下，哪些设计规则是必须遵守的，以保证芯片能够顺利地被生产出来。比如，在设计电路布局时，如何避免交叉干扰，如何优化布线密度，如何在极小的空间内实现高效率的信号传输。我还想了解，对于纳米级工艺，有哪些独特的制造缺陷是需要设计者去规避的？书中会不会给出一些具体的案例或者设计指导，帮助理解如何在设计阶段就“预防”潜在的制造问题，而不是等出现问题再去修改。这种“未雨绸缪”的设计理念，对于提升芯片的整体性能和降低生产成本至关重要，也是我希望在这本书中找到答案的关键点。

评分☆☆☆☆☆

我一直对计算机芯片的内部构造充满好奇，尤其是当它们变得越来越小，功能越来越强大的时候。看到“纳米级CMOS超大规模集成电路”这个书名，我猜想这本书会详细介绍构成现代芯片的CMOS技术，以及在如此微小的尺度下，工程师们是如何实现如此复杂的电路设计的。我个人对物理学中的量子效应在纳米尺度下的影响很感兴趣，不知道这本书是否会触及这方面的内容，比如在纳米尺度下，电子行为的变化可能会对电路设计带来哪些新的挑战和机遇。另外，“超大规模集成电路”意味着在一个小小的芯片上集成了数十亿甚至上万亿个晶体管，这本身就是一个令人惊叹的工程壮举。我希望能从书中了解到，如此庞大的电路是如何被组织起来的，是否存在一些通用的设计原则或方法论，使得工程师能够有效地管理如此复杂的系统。我对这本书中可能涉及到的各种设计工具、仿真技术以及验证流程也抱有极大的期待，希望能窥探到芯片设计背后的“魔法”。