本书首先描述集成电路的整体概念，结合集成电路的最新发展及特点，阐述实际应用对集成电路的性能需求。在此基础上，重点对CMOS数字集成电路的原理与分析方法进行讲解，简单讲述数字集成电路的理论基础，引出数字集成电路中的关键核心器件MOS晶体管的基本原理、制作工艺、寄生效应及典型电路，重点介绍CMOS数字集成电路的相关内容。全书共10章，主要内容包括：集成电路概述、MOS晶体管、CMOS集成电路制造工艺、集成电路互连线、CMOS反相器、CMOS逻辑门电路、CMOS逻辑功能部件、时序逻辑电路、半导体存储器、CMOS集成电路输入/输出电路及封装。本书提供配套的电子课件PPT、习题参考答案、知识图谱、二维码彩图、教学大纲、教学指南等。 本书可以作为高等院校电子科学与技术、微电子科学与工程、集成电路设计与集成系统等相关专业的专业基础课程的教材，也可以作为相关领域科研、工程人员的参考书。
余宁梅，（日本）东北大学工学博士，西安理工大学教授、博士生导师，陕西省高等学校教学指导委员会电子信息类工作委员会委员。陕西省高等学校教学名师、国家精品资源共享课程负责人、电子科学与技术国家级一流本科专业负责人、基于国家级特色专业的电子科学与技术核心课程教学团队带头人。主要从事集成电路设计技术的研究与人才培养。主讲“半导体集成电路”“数字系统设计”和“数字集成电路”等课程。已发表研究论文200余篇，获国家发明专利授权50余项。获陕西省科技进步奖一等奖1项、技术发明奖二等奖1项，西安市科学技术奖一等奖2项。主编教材2部，培养博士和硕士研究生200余人。
第1章 集成电路概述 1
1.1 半导体集成电路的基本概念 1
1.2 集成电路的分类 3
1.3 数字集成电路基础 5
1.3.1 基于开关的基本数字逻辑门 5
1.3.2 数字集成电路的功能 7
1.4 数字集成电路的发展与应用 7
1.4.1 数字集成电路的发展 7
1.4.2 数字集成电路的应用 9
本章小结 10
习题1 10
第2章 MOS晶体管 12
2.1 MOS晶体管的结构与工作原理 12
2.1.1 MOS晶体管的结构 12
2.1.2 MOS晶体管的工作原理 13
2.2 MOS晶体管的电学特性 15
2.2.1 MOS晶体管的基本电流方程 15
2.2.2 MOS晶体管的电流-电压特性 19
2.2.3 MOS晶体管的阈值电压 21
2.3 MOS晶体管的小尺寸效应 24
2.3.1 沟道长度调制效应 24
2.3.2 MOS晶体管的二级效应 25
2.4 MOS的亚阈值特性 27
2.5 MOS晶体管的电容 29
2.5.1 MOS栅极电容 29
2.5.2 漏源pn结的结电容 32
2.6 小尺寸MOS晶体管 33
2.6.1 SOI MOS晶体管 33
2.6.2 应变硅MOS晶体管 34
2.6.3 FinFET MOS晶体管 35
本章小结 37
习题2 37
第3章 CMOS集成电路制造工艺 39
3.1 半导体集成电路中MOS器件的形成 39
3.1.1 MOS晶体管的结构参数设计 39
3.1.2 CMOS集成电路器件的基本结构 41
3.2 CMOS集成电路的平面工艺流程 42
3.2.1 n阱CMOS工艺 42
3.2.2 p阱CMOS工艺 52
3.3 MOS集成电路中的有源寄生效应 53
3.3.1 场区寄生MOSFET 53
3.3.2 寄生双极型晶体管 54
3.3.3 CMOS集成电路中的闩锁效应 55
3.4 深亚微米CMOS集成电路工艺 58
3.4.1 深亚微米CMOS集成电路工艺流程 58
3.4.2 铜互连工艺 59
本章小结 62
习题3 62
第4章 集成电路互连线 63
4.1 集成电路中的互连线 63
4.1.1 互连线的种类 63
4.1.2 互连线的寄生电阻 66
4.1.3 互连线的寄生电容 66
4.1.4 多层互连线 70
4.2 互连线延迟 72
4.2.1 互连线RC模型 72
4.2.2 互连线等电位区域 74
4.2.3 长互连线的驱动 75
本章小结 76
习题4 77
第5章 CMOS反相器 78
5.1 CMOS反相器的结构 78
5.1.1 反相器的基本概念 78
5.1.2 CMOS反相器的电路结构 80
5.2 CMOS反相器的静态特性 81
5.2.1 CMOS反相器的传输特性 81
5.2.2 CMOS反相器的逻辑阈值 84
5.2.3 CMOS反相器的有效高/低电平输入 85
5.2.4 CMOS反相器的噪声容限 86
5.3 CMOS反相器的瞬态特性 88
5.3.1 CMOS反相器的上升时间和下降时间 90
5.3.2 CMOS反相器的延迟时间 92
5.4 其他结构反相器 95
5.4.1 三态反相器 95
5.4.2 迟滞反相器 96
本章小结 98
习题5 99
第6章 CMOS逻辑门电路 100
6.1 基本CMOS静态逻辑门 100
6.2 CMOS复合逻辑门 103
6.2.1 异或门 104
6.2.2 复合逻辑门电路的构成方法 105
6.3 MOS管的串并联特性 106
6.3.1 晶体管串联的情况 106
6.3.2 晶体管并联的情况 107
6.3.3 晶体管尺寸的设计 108
6.4 CMOS静态逻辑门的功耗 110
6.4.1 CMOS静态逻辑门功耗的组成 110
6.4.2 降低电路功耗的方法 114
6.5 CMOS静态逻辑门的延迟 118
6.5.1 延迟时间的估算方法 118
6.5.2 缓冲器最优化设计 124
6.6 功耗和延迟的折中 125
6.7 传输门逻辑电路 127
6.7.1 基本的传输门 127
6.7.2 常见的传输门逻辑电路 130
6.8 动态逻辑电路 134
6.8.1 基本CMOS动态逻辑电路的工作原理 134
6.8.2 CMOS动态逻辑电路的优缺点 136
6.8.3 多米诺逻辑 137
6.8.4 动态逻辑电路中存在的问题及解决方法 140
本章小结 144
习题6 144
第7章 CMOS逻辑功能部件 146
7.1 多路开关 146
7.2 二进制译码器 148
7.3 二进制加法器和进位链 149
7.3.1 二进制加法 150
7.3.2 一位全加器电路设计 151
7.3.3 多位加法器电路设计 156
7.4 算术逻辑单元和移位器 161
7.5 乘法器 165
7.5.1 二进制乘法运算基础 165
7.5.2 二进制乘法器的电路实现 166
本章小结 171
习题7 172
第8章 时序逻辑电路 175
8.1 电压信号的存储机理 176
8.1.1 基于正反馈的静态存储 176
8.1.2 基于电荷保持的动态存储 177
8.2 电平敏感锁存器 178
8.2.1 SR静态锁存器 178
8.2.2 时钟控制SR静态锁存器 180
8.2.3 静态D锁存器 181
8.2.4 动态D锁存器 184
8.3 边沿敏感触发器 184
8.3.1 D触发器的重要参数 185
8.3.2 主从结构D触发器 185
8.3.3 脉冲触发型D触发器 193
8.4 带复位信号的D触发器 193
8.4.1 同步复位D触发器 194
8.4.2 异步复位D触发器 194
8.5 D触发器的应用 195
8.5.1 计数器 195
8.5.2 信号同步与脉宽整形 197
8.5.3 串并/并串转换电路 199
8.5.4 时序电路的时序约束 200
8.6 集成电路中的时钟 203
8.6.1 时钟信号 203
8.6.2 时钟树参数 204
8.6.3 时钟转换时间 206
本章小结 207
习题8 207
第9章 半导体存储器 209
9.1 半导体存储器概述 209
9.1.1 半导体存储器的分类 209
9.1.2 半导体存储器的相关性能参数 210
9.1.3 半导体存储器的结构 211
9.2 非挥发性只读存储器（ROM） 212
9.2.1 掩膜型ROM的基本存储单元 212
9.2.2 MOS-OR和MOS-NOR型ROM 213
9.2.3 MOS-NAND型ROM 217
9.2.4 预充电式ROM 218
9.2.5 一次性可编程ROM 219
9.3 非挥发性读/写存储器 219
9.3.1 可擦除可编程ROM（EPROM） 220
9.3.2 电可擦除可编程ROM（E2PROM） 223
9.3.3 Flash存储器 226
9.4 挥发性读/写存储器 228
9.4.1 SRAM 229
9.4.2 DRAM 232
9.5 存储器外围电路 235
9.5.1 地址译码器 235
9.5.2 灵敏放大器 238
9.6 新型非挥发性存储器 243
9.6.1 铁电存储器 243
9.6.2 相变存储器 244
9.6.3 磁阻存储器 245
本章小结 246
习题9 246
第10章 CMOS集成电路输入/输出电路及封装 248
10.1 输出电路 248
10.1.1 前驱动电路 249
10.1.2 后驱动电路 250
10.2 输入电路 251
10.3 静电放电保护 251
10.3.1 ESD放电模型 252
10.3.2 全芯片ESD保护体系 254
10.3.3 典型ESD器件和电路 255
10.4 芯片封装 257
10.4.1 基本概念 257
10.4.2 封装工艺流程 258
10.4.3 封装类型 261
10.4.4 先进封装技术 261
本章小结 262
习题10 262
参考文献 264
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