矽元件與積體電路製程(修訂版) pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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圖書標籤:

• 半導體
• 矽元件
• 積體電路
• 製程
• 電子工程
• 微電子學
• 器件物理
• 材料科學
• 電路設計
• 工藝技術

　　此書為探討「矽元件與積體電路製程」之教科書。

　　本書第1.2章探討矽半導體材料之特性。從矽導體之物理概念開始，一直到半導體結構、能帶做完整的解說。

　　第3.4章則說明積體電路的原理、結構及製程。

　　第5.6章則著重於矽晶圓的配製。

　　全書通用於大專院校電子、電機科係「積體電路製程」或「半導體物理與元件」課程做為教材。

芯片之光：從材料到係統的半導體器件設計與製造 內容簡介 本書旨在為讀者提供一個全麵而深入的半導體器件設計與製造的知識框架，內容涵蓋瞭從最基礎的半導體物理到復雜集成電路的係統級應用。本書的編撰理念側重於理論與實踐的緊密結閤，力求在闡述核心原理的同時，展現現代半導體技術在工業界的應用現狀與未來趨勢。全書結構清晰，邏輯嚴謹，適閤作為高等院校電子工程、材料科學、微電子學等相關專業本科生及研究生的教材或參考書，同時也為行業內的工程師提供瞭一個深入理解和迴顧專業知識的平颱。 第一部分：半導體基礎物理與材料 本部分是理解後續復雜器件工作機理的基石。我們首先從晶體結構、能帶理論和載流子輸運等基礎概念入手，詳細闡述瞭矽、鍺等III-V族半導體的基本電學特性。重點討論瞭摻雜的原理、雜質能級對材料導電性的影響，以及費米能級在不同溫度和摻雜濃度下的變化規律。 隨後，本書深入探討瞭載流子在電場和磁場中的運動行為，包括漂移和擴散過程，並引入瞭愛因斯坦關係和壽命等關鍵參數。在材料方麵，我們將詳述半導體晶體的生長技術，例如Czochralski（CZ）法和外延生長技術，探討晶體缺陷（如位錯、點缺陷）對器件性能的負麵影響，並介紹瞭先進材料如SOI（絕緣體上矽）和SiC（碳化矽）在特定應用中的優勢。 第二部分：核心半導體器件的物理模型 本部分聚焦於構成現代集成電路的幾類核心器件。首先，對PN結進行瞭詳盡的分析，包括其形成機製、勢壘電容、反嚮擊穿特性，以及不同偏置狀態下的電流-電壓（I-V）特性。這部分內容將推導齣重要的二極管方程，並探討溫度效應對其影響。 接著，本書將重點剖析雙極性晶體管（BJT）。從物理結構齣發，詳細推導瞭Ebers-Moll模型和更先進的非理想模型，分析瞭基極電流控製集電極電流的基本原理，並深入討論瞭高頻性能（如$f_T$和$f_{alpha}$）的限製因素，包括渡越時間效應和集電結時間常數。 第三部分：MOSFETs：現代集成電路的支柱 這一部分將花費大量篇幅討論金屬氧化物半導體場效應晶體管（MOSFET），這是當前絕大多數數字和模擬電路的基礎。我們將係統地介紹MOS結構（MOSCapacitor）的工作原理，包括：理想MOS的四種工作區（強反型、弱反型、耗盡、積纍）的電容-電壓（C-V）特性分析。 隨後，重點轉嚮NMOS和PMOS晶體管的I-V特性。綫性區、飽和區的導通電阻和跨導的精確數學描述將是核心內容。本書特彆關注短溝道效應（SCE）的物理根源，如DIBL（漏緻勢壘降低）和閾值電壓隨溝道長度的變化，並闡述瞭應對這些效應的關鍵技術，如溝道摻雜的工程設計。 此外，還會詳細介紹先進的器件結構，如FinFET和GAA（Gate-All-Around）結構，分析它們如何通過更好地控製溝道電場，實現對短溝道效應的有效抑製，從而維持摩爾定律的持續發展。 第四部分：半導體集成電路製造工藝基礎 本部分從微觀層麵解析集成電路的製造流程。我們將詳細介紹薄膜沉積技術（如LPCVD、PECVD、ALD），薄膜的電學特性和應用。光刻技術是微電子製造的“手術刀”，本書將深入探討光刻的成像原理、分辨率的限製因素（如掩模、物鏡、光刻膠的綜閤作用），以及先進的浸沒式和EUV（極紫外）光刻技術的發展。 刻蝕技術是定義電路圖形的關鍵步驟，內容將覆蓋乾法刻蝕（如Rie和Bosch工藝）的等嚮性與各嚮異性控製，以及濕法刻蝕的機理。離子注入技術作為精確摻雜的手段，其能量、劑量控製和退火修復過程也將得到詳盡的論述。最後，將介紹金屬互連的形成，包括阻擋層、籽晶層、填充過程（如電鍍或PVD），以及化學機械拋光（CMP）在實現平麵化過程中的關鍵作用。 第五部分：器件特性與可靠性工程 本部分關注器件在實際工作條件下的性能錶現與長期可靠性問題。我們將分析器件的寄生效應，如串聯電阻、柵極電容和結電容，以及它們如何影響電路的速度和功耗。 在可靠性方麵，本書將探討幾種主要的失效機製，包括：熱載流子注入（HCI）導緻的閾值電壓漂移、柵氧化層的TDDB（時間依賴性介質擊穿）和EM（電遷移）對金屬互連壽命的影響。針對這些問題，我們將介紹相應的測試方法和設計裕度要求，以確保芯片能夠在預期的工作壽命內穩定運行。 第六部分：先進工藝與新興技術展望 本書的最後一部分將目光投嚮未來。內容涵蓋瞭先進封裝技術（如2.5D/3D集成），探討異質集成如何突破傳統CMOS擴展的瓶頸。此外，還會簡要介紹非易失性存儲器（如MRAM、ReRAM）的工作原理及其在未來計算架構中的潛在地位，以及功率半導體（如GaN、SiC）在新能源和電力電子領域的應用前景。 本書力求在嚴謹的物理基礎之上，構建一個完整的半導體技術認知體係，引導讀者從材料的微觀世界，逐步理解到最終芯片的宏觀功能實現。

　　第0章　半導體與積體電路之發展史 0-1

0-1　半導體之緣起 (Semiconductor History) 0-2

0-2　電晶體 (Transistor) 0-2

0-3　積體電路(Integrated Circuit) 0-4

0-4　半導體製程(Semiconductor Processes) 0-14

　　第1章　半導體物理與材料(一) 1-1

1-1 原子模型與週期錶(Atomic Model andPeriodic Table) 1-2

1-2　晶體結構(Crystal Structure) 1-4

1-3　物質種類(Types of Material) 1-7

1-4 本質矽，質量作用定律 (Intrinsic Silicon,Mass-action Law) 1-9

1-5 摻雜質，負型和正型　(Dopant, n-type and ty.

習題 1-11

　　第2章　半導體物理與材料(二) 2-1

2-1　能帶(Energy Band) 2-2

2-2 電阻係數與薄片電阻 (Resistivity and SheetResistance 2-5

2-3　載子傳輸(Carrier Transport) 2-9

習題 2-11

　　第3章　積體電路(I):半導體元件 3-1

3-1　二極體 (Diode) 3-2

3-2　雙載子電晶體 (Bipolar Transistor) 3-5

3-3　金氧半場效電晶體 3-9

3-4 互補金氧半場效電晶體(CMOS，Complementary Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) 3-12

3-5　電阻 (Resistor) 3-13

3-6 電容 (Capacitor) 3-15

3-7 電感 (Inductor) 3-16

習題 3-17

　　第4章　積體電路(II)：製程、電路與佈局 4-1

4-1 雙載子製程技術(Bipolar FabricationTechnology) 4-2

4-2 MOS製程技術 (MOS FabricationTechnology) 4-2

4-3 電路與積體電路 (Circuit and IntegratedCircuit) 4-6

4-4 設計原則 (Design Rules) 4-9

4-5 佈局原則 (Layout) 4-11

習題 4-14

　　第5章　矽晶圓之製作(一) 5-1

5-1　原料配製(Starting Materials) 5-2

5-2　晶體生長時摻雜質之分佈(DopantsDistribution in Crystal Growth) 5-5

5-3　晶體缺陷（Crystal Defects） 5-6

習題 5-10

　　第6章　矽晶圓之製作(二) 6-1

6-1　晶體方嚮（Crystal Orientation） 6-2

6-2　矽晶棒生長 (Silicon Ingot Growth) 6-4

6-3　晶片方嚮，切割，和拋光(Orientation，Sawing，and Polishing) 6-6

6-4 十二吋晶圓效益分析 6-8

習題 6-10

　　第7章　矽磊晶的成長(一) 7-1

7-1　磊晶膜（Epitaxial Layout） 7-2

7-2　磊晶原理（Epitaxy Theory） 7-5

7-3　磊晶膜之生長程序Growth of Epitaxial Layer 7-11

習題 7-13

　　第8章　矽磊晶的成長(二) 8-1

8-1　磊晶係統（Epitaxy System） 8-2

8-2 磊晶膜之評估Evaluation of Epitaxial Layers） 8-5

習題 8-8

　　第9章　氧化製程(一) 9-1

9-1　二氧化矽與氧化（Silicon Dioxide and Oxidation） 9-2

9-2　熱氧化爐（Thermal Oxidation Furnance） 9-3

9-3　氧化程序（The Oxidation Process） 5-4

9-4 氧化膜之評估 （Oxide Evaluation） 9-7

9-5 氧化膜品質改進方法（Improvement of Oxide Quality） 9-9

習題 9-10

　　第10章　氧化製程(二) 10-1

10-1　氧化膜厚度之決定（Oxide Thickness Determination） 10-2

10-2　氧化反應（Oxidation Reaction） 10-5

10-3　薄氧化層（Thin Oxide） 10-7

10-4 熱氧化時摻雜原子之重行分佈（Redistribution of Dopant Atoms DuringThermal Oxidation） 10-8

習題 10-9

　　第11章　摻雜質之擴散植入(一) 11-1

11-1　擴散概念 (The Idea of Diffusion) 11-2

11-2　擴散過程 (The Diffusion Process) 11-3

11-3　擴散之分佈麯綫 (Distribution of Diffusion) 11-6

習題 11-19

　　第12章　摻雜質之離子植入(二) 12-1

12-1　離子植入 (Ion Implantation) 12-2

12-2　褪火 (annealing) 12-5

12-3　離子佈植在CMOS積體電路製程上的應用(Ion Implantation in CMOS ICFabrication) 12-8

12-3-1 調整電晶體起始臨界電壓 (TransistorThreshold Voltage Adjustment) 12-8

12-3-2 形成N及P型井區(N and P Wells Formation) 12

12-3-3 電晶體的隔離 (Isolation) 12-10

12-3-4 形成電晶體的源極與汲極(Source and Drain Formation) 12-11

12-3-5 形成低摻雜濃度的汲極(Lightly-Doped Drain Formation) 12-12

12-3-6 摻雜復晶矽 (Poly-silicon Doping) 12-12

12-4 離子佈植製程實務(Problems in Ion Implantation) 12-13

12-4-1 晶圓冷卻 (Wafer Cooling) 12-13

12-4-2 光阻問題(Resist Problems) 12-13

12-4-3 電荷中和 (Charge Neutralization) 12-14

12-3-4 微塵與汙染 (Dust and Contamination) 12-14

習題 12-16

　　第13章　微影蝕刻術(一) 13-1

13-1　微影蝕刻技術(Lithography) 13-2

13-2　光罩之製作(Fabrication of Mask) 13-2

13-3　光微影術(photolithography) 13-5

13-4 微影術之光源(Photolithographic sources) 13-11

13-4-1 X光微影(X-ray Lithography) 13-12

13-4-2 電子束微影(Electron Beam Lithography) 13-15

習題 13-18

　　第14章　微影蝕刻術(二) 14-1

14-1　濕、乾蝕刻(Wet and Dry Etching) 14-2

14-2　濕蝕刻(Wet Etching) 14-2

14-3　乾蝕刻(Dry Etching) 14-3

14-3-1 電漿反應器中基闆被覆區之生成機製(mechanism of sheath formation onsubstrate in plasma reactor)

14-3-2 底切與非均嚮性蝕刻(undercut and anisotropic etching) 14-5

14-4 乾蝕刻反應器 (Dry Etching Reactors) 14-6

14-4-1 電容耦閤式電漿反應器 (CapacitanceCoupled Plasma Reactor) 14-7

14-4-2電感耦閤式電漿反應器 (InductanceCoupled Plasma Reactor-ICP) 14-8

習題 14-10

　　第15章　化學氣相沉積 15-1

15-1　化學氣相瀋積概念 (Introduction of CVD) 15-2

15-2　化學氣相瀋積流程(CVD Procedures) 15-5

15-3　低壓化學氣相沉積(LPCVD-Low Pressure CVD) 15-10

15-4 電漿化學氣相沉積(PCVD-Plasma CVD) 15-10

15-5 光照射化學氣相沉積 (Photo CVD) 15-11

15-6 液相沉積法 (Liquid Phase Deposition) 15-11

習題 15-12 ty.

　　第16章　金屬接觸與蒸著 16-1

16-1 金屬化之要求 (MetallizationRequirements) 16-2

16-2　真空蒸著(Vacuum Deposition) 16-8

16-3 蒸著技術(Deposition Techniques) 16-3

16-4　真空蒸著程序 (Vacuum DepositionProcedure) 16-12

16-5 閤金/退火(Alloy/Anneal) 16-14

16-6 銅製程技術(Copper Processes) 16-15

習題 16-18

　　第17章　製程潔淨控製與安全(一) 17-1

17-1 潔淨程序與藥品　(Cleaning Procedures and Chemical

17-2　水 (Water) 17-4

17-3 空氣/無塵室 (Air/Clean Room) 17-5

17-4 人員 (Personnel) 17-8

17-5 化學藥品 (Chemicals) 17-9

17-6　氣體 (Gases) 17-11

習題 17-12

　　第18章　製程潔淨控製與安全(二) 18-1

18-1　高壓氣瓶 (High Pressure Cyclinder) 18-2

18-1-1 高壓氣瓶之使用 18-3

18-2　壓力調節器 (Regulator) 18-4

18-3 吹淨 (Blow Up) 18-5

18-4 洩漏偵測 (Leak Check) 18-5

18-5 設備上應注意事項 (Equipment Check) 18-5

18-6 廢氣之排放 (Exhaust) 18-6

18-6-1 氣體排放 18-6

18-6-2 排放氣體的除害 18-7

18-7　緊急時應注意事項 (Emergency) 18-10

18-7-1 洩漏氣體時的緊急處置 18-10

18-7-2 發生火警時的緊急處置 18-10

18-7-3 中毒時的緊急處置 18-11

18-7-4 預 防 18-11

習題 18-12

　　第19章　半導體元件之縮小化 19-1

19-1 金氧半電晶體之縮小化 (Scaling of MOSTransistor) 19-2

19-2　短通道效應 (short-channel effects) 19-4

19-2-1　速度飽和效應(velocity saturation) 19-4

19-2-2 通道長度調變效應 (channel-lengthmodulation) 19-6

19-2-3 次臨界電流效應 (subthreshold current) 19-7

19-2-4 擊穿效應 (punchthrough) 19-8

19-2-5 CMOS閂啓 (latch-up) 19-9

習題 19-11

　　第20章　積體電路封裝 20-1

20-1　積體電路封裝 (IC Package) 20-2

20-1-1 積體電路中半導體元件失效的主因(IC Failure Analysis) 20-2

20-1-2 封裝的目的 (Target of Packaging) 20-2

20-1-3 積體電路封裝材料的要求 (MaterialReguirement) 20-3

20-2　封裝分類 (Classification) 20-3

20-3　封裝流程 (Packaging Flow Chart) 20-5

20-3-1 背麵研磨 (Back-Side Grinding) 20-5

20-3-2 晶粒揀選 (Chip Sorting) 20-5

20-3-3 晶圓切割 ( Sawing) 20-6

20-3-4 銲晶 (Die Attaching) 20-8

20-3-5 銲綫 (Wire Bonding) 20-8

20-3-6 封膠 (Molding) 20-12

20-3-7 電鍍 (Solder Plating) 20-12

20-3-8 彎腳成形 (Forming) 20-13

20-3-9 最後測試 (Final Testing) 20-14

20-3-10 打包 (Packing) 20-14

评分☆☆☆☆☆

話說，最近真的覺得在颱灣這個科技島上，想要不瞭解半導體行業，幾乎是不可能的任務。我自己雖然不直接從事IC製造，但身邊的朋友、親戚很多都和這個産業息息相關，聊天時經常聽到一些專有名詞，聽得雲裏霧裏的。《矽元件與積體電路製程(修訂版)》這本書，我本來是抱著“學習一下，至少能聽懂大傢說話”的心態去看的，結果完全超乎我的預期！ 這本書的敘述方式真的非常吸引人，它不是那種冷冰冰的學術論文，而是像一個經驗豐富的老師，用一種循序漸進的方式，把你帶入到半導體製造的世界裏。一開始，我以為會充斥著各種我看不懂的化學式和物理公式，結果作者巧妙地將這些復雜的原理，通過清晰的圖示和生活化的比喻展現齣來。比如，在講解“摻雜”這個概念時，作者就用“給純淨水加糖”來類比，瞬間就讓一個原本抽象的概念變得觸手可及。

评分☆☆☆☆☆

這本《矽元件與積體電路製程(修訂版)》真的是近期最讓我驚喜的專業書籍之一！身在颱灣這個科技産業的重鎮，從學生時期就對半導體産業充滿好奇，畢業後更是投身其中，每天接觸的都是和 IC 相關的各種知識。我一直覺得，要真正理解一個産業，不能隻停留在錶麵的産品，而是要深入到最根本的製造流程。這本書恰恰滿足瞭我這個需求。 從初翻書頁開始，我就被它條理清晰的敘事方式所吸引。作者用非常紮實的理論基礎，搭配生動形象的圖解，將矽元件的誕生到最終集成到電路闆上的整個過程，娓娓道來。我特彆喜歡它在講解各個製程環節時，會深入到材料科學的層麵，比如在介紹光刻技術時，不隻是講流程，還會解釋為什麼需要特定波長的光、光刻膠的化學性質如何影響分辨率等等，這些細節對於我們這些在生産綫上摸爬滾打的人來說，簡直是醍醐灌頂。而且，書中對不同製程技術的發展曆程也有詳細的梳理，讓我們能夠看到技術是如何一步步演進，剋服瞭哪些難關，這對於理解當前技術瓶頸和未來發展方嚮非常有幫助。

评分☆☆☆☆☆

說實話，剛拿到《矽元件與積體電路製程(修訂版)》的時候，我抱著一種“看看就好”的心態。畢竟我本身也不是讀電子工程背景的，對這些技術術語總有點望而卻步。但是，這本書的寫法真的讓我颳目相看！它不是那種枯燥乏味的教科書，而是像一位經驗豐富的前輩，用一種非常接地氣的方式，一步步引導你走進這個復雜的世界。 最讓我印象深刻的是，作者在講解很多抽象概念的時候，會舉一些很貼近生活的例子。比如，在講到晶體管的開關原理時，他會用傢裏的電燈開關來類比，瞬間就把原本高深的物理概念變得容易理解。而且，書中對不同製程工藝的優缺點分析也特彆到位，不會隻強調某一種技術有多麼先進，而是會從成本、效率、應用場景等多個維度去考量，這讓我覺得作者的分析非常客觀和全麵。對於我們這些非專業人士來說，能夠通過這本書對 IC 産業有一個宏觀且深入的認識，真的是一件非常難得的事情。

评分☆☆☆☆☆

不得不說，《矽元件與積體電路製程(修訂版)》這本書，就像一股清流，徹底刷新瞭我對這類專業書籍的認知。我本身是文科背景，平日裏對理工科的知識總是敬而遠之，但最近因為工作需要，需要對半導體産業有所瞭解，朋友便推薦瞭這本書。 一開始我有點猶豫，擔心會看不懂，但翻開之後，我簡直欲罷不能。作者的文字非常流暢，一點也不像那種乾巴巴的教科書。更讓我驚喜的是，書中大量的圖錶和示意圖，將原本復雜的製程步驟，描繪得一目瞭然。我尤其喜歡作者在講解一些關鍵概念時，會進行類比和比喻，比如在解釋“光刻”時，他會用“照相”來比喻，這讓我一個完全不懂行的人，也能快速抓住核心要點。 而且，這本書的編排也非常用心，每個章節都像是在講述一個完整的故事，從矽的提純，到晶圓的生長，再到各種復雜的蝕刻、沉積、光刻工藝，最後到封裝測試，整個流程銜接得天衣無縫。即使是其中的專業術語，作者也會在初次齣現時進行詳細的解釋，並配以插圖，讓人不會感到睏惑。我感覺，這本書不僅僅是給理工科學生看的，對於任何想瞭解現代科技是如何誕生的讀者來說，都是一本不可多得的佳作。

评分☆☆☆☆☆

我從事半導體工藝製程的工作已經有七八年的時間瞭，手上看過不少相關的書籍，但《矽元件與積體電路製程(修訂版)》這本書，絕對是我近幾年來遇到的最“對胃口”的一本。尤其是它在“修訂版”這個名字上就體現瞭作者與時俱進的態度，這一點讓我非常欣賞。 我特彆關注書中關於新一代製程技術的部分，比如 EUV 光刻、3D 堆疊技術等。這些都是我們日常工作中經常會接觸到，甚至是正在研發攻剋的關鍵技術。書中的講解，不僅僅是羅列瞭技術名詞，而是深入剖析瞭這些技術背後的原理、麵臨的挑戰以及未來的發展趨勢。作者對於每個製程步驟的細節描述都非常到位，比如在講解刻蝕過程時，對不同刻蝕方法（乾法、濕法）的機理、優缺點以及在實際應用中的考量都進行瞭詳細的闡述，這對於我這樣的基層工程師來說，是極具參考價值的。