Alan Hastings（艾伦·黑斯廷斯）毕业于美国佛罗里达大学电气工程专业，德州仪器公司院士（TI Fellow），模拟集成电路设计和版图领域的权威，在集成电路的设计、制造及可靠性分析、制造工艺、模拟电路版图设计等方面积累了深厚的理论知识和丰富的实践经验。他的研究和工作成果对模拟集成电路的发展产生了重要影响。
Alan Hastings不仅是一位杰出的工程师，也是一位热心的教育者。他在佛罗里达大学电气与计算机工程系设立了Alan Hastings Faculty Fellow奖学金，支持在电气工程领域有杰出贡献的教授，并多年来一直在该系的外部咨询委员会任职，为行业和学术界之间的合作与交流做出贡献。

适读人群 ：电子科学与技术、微电子、固体电子等相关专业高年级本科生和研究生，以及专业版图设计人员和模拟电路设计人员
本书是模拟集成电路版图设计领域的权威著作，自出版以来一直受到广大读者的欢迎。本书首先介绍了半导体器件物理、模拟集成电路的典型制造工艺，以及常见器件的失效机理；其次着重探讨了各类无源元件（包括电阻、电容和电感）的寄生效应、版图设计及匹配性问题，以及不同类型的二极管、双极型晶体管和场效应晶体管的版图设计与典型应用；最后讨论了有关器件合并、保护环、静电防护结构，以及构造焊盘、组装管芯等专题知识。这些相关内容既可以用作集成电路科学与工程专业高年级本科生和研究生课程的授课材料，对于模拟集成电路的版图设计人员也极具参考价值。

至今，硅材料仍然是占主导地位的半导体材料，MOS晶体管也仍然是最常见的有源器件之一。晶体管的栅极长度在不断缩短，每个管芯上的晶体管数量已经增长到几十万。更先进的混合信号工艺已经开始使用镶嵌的铜互连工艺。基于准分子激光的扫描式光刻机已经在很大程度上取代了I线步进式光刻机。新建的晶圆片制造厂已经开始使用12 in（约300 mm）的晶圆。浅沟槽隔离工艺在很大程度上取代了硅的局部氧化（LOCOS）工艺，同时还出现了很多更高功率和更高密度的封装技术。光学邻近效应的校正变得更加复杂，设计规则检查（DRC）的规则集现在有数千条规则。简言之，世界已经发生了变化，本书的前一版（以下简称第2版）也已经变得有些过时了。
当我在2018年年初开始修改第2版时，我很快就意识到我不能简单地添加几段或插入几张图片，但是，如果做太多的改动就会对本书的逻辑关系和连贯性造成不可挽回的损害。本书紧跟第2版的脚步，但是又是自成一体的作品，具有完整性和系统性。
下面概述本书各章内容，并对第2版的改动范围和改动内容进行简要说明。第1章讨论了器件物理，只做了一些微小的更新。第2章讨论了半导体工艺和制造，对硅刻蚀、隔离、晶圆片键合、化学机械抛光、单/双大马士革镶嵌铜互连、封装等内容进行了更新。新增了第3章，该章介绍了版图编辑器的基本原理、交换文件格式、设计规则和图形生成。第4章讨论了代表性工艺，保留了标准的双极型工艺和多晶硅栅CMOS工艺，尽管这些工艺已经不再普遍使用，但是这部分内容有助于读者理解这些工艺的原理，从中所学到的知识还可以应用于更复杂的工艺过程中。第4章还在第2版的基础上对于模拟BiCMOS工艺的内容进行了扩展，不仅仅局限于CMOS工艺，还涉及了DMOS晶体管的内容。
第5章对第2版的内容做了彻底修订，包括自加热效应和导电细丝、布莱奇（Blech）效应、竹节结构、电迁移、过电压应力测试（OVST）、人体金属模型（HMM）、潜在天线效应、RoHS指令及其对封装材料的影响、巨型同位素效应、正偏置温度不稳定性（PBTI），以及高-低结阻挡少数载流子的流动。第6章讨论了电阻拐角的影响、硅化钛电阻的C49相与C54相，并对电压非线性和电导率调制进行了更详细的分析，新增了电阻的氢化与脱氢（涵盖锥形缺陷的影响）、薄膜电阻和可编程熔丝等，并对非易失性存储器的微调进行了更深入的讨论。第7章给出了描述边缘杂散电容的方程，讨论了降额使用非晶态电介质、结电容、抗反射涂层和横向通量电容，新增了沟槽电容和对集成电感的寄生效应的深入分析。
第8章对第2版的内容进行了实质性修改，新增了邻近效应的内容（包含光刻效应、阱邻近效应和微负载等），重点介绍了氢化效应，给出了计算阵列电容的公式，定量地解释了共质心版图的规则，引入了器件分段来说明分段长度的选择如何影响匹配，讨论了机械应力对电容的影响、热滞后和长期漂移。
第9章给出了埃伯斯-莫尔（Ebers-Moll）模型和小信号模型，对准饱和现象进行了更深入的讨论，给出了本征饱和电压，增加了柯克（Kirk）效应，展示了更多类型的基于CMOS工艺的双极型晶体管，讨论了截止频率fT的意义和计算方法。第10章讨论了双极型晶体管的应用，包含了对安全工作区的更深入的分析［包括正向偏置安全工作区（FBSOA）和反向偏置安全工作区（RBSOA）］，增加了典型的射频SiGe晶体管的版图布局，给出了机械应力对双极型晶体管的影响，以及压电结效应。第11章讨论了理想因子，给出了描述肖特基二极管特性的方程，更详细地探讨了功率二极管和多晶硅二极管，并举例说明了模拟BiCMOS工艺。
第12章讨论了场效应晶体管，包括对小信号模型、速度饱和效应、短沟道效应和窄沟道效应的讨论，以及对器件跨导和阈值电压的更深入的分析，介绍了亚阈值导电，给出了亚阈值斜率因子，对非易失性存储器进行了扩展，最后介绍了结型场效应晶体管（JFET）。第13章讨论了MOS晶体管的应用，新增了许多内容，从讨论导通损耗和开关损耗开始，舍弃了以前版本中对金属化电阻的不准确分析，引入了三分之一律，讨论了栅传输延迟，对安全工作区进行了全新彻底的分析，即重点介绍了电热安全工作区和Spirito效应。该章还介绍了一种嵌入式部分叉指感测场效应晶体管，扩展了对DMOS晶体管的讨论，展示了介质RESURF和V形槽MOS晶体管，并对口袋注入的影响进行了更详细的讨论。该章新增了关于阱邻近效应和扩散长度的讨论，以及机械应力对MOS晶体管的影响，最后给出了压阻系数。
第14章是专题讨论，在保留第2版中器件合并和保护环的基础上有了很大扩充。该章专门介绍了ESD保护，并对许多具体的器件应用进行了说明和分析。第15章对第2版做了重大改变，以对数据库分割和层次结构的讨论开始，提供了关于数据库建设的一般性建议，讨论并举例说明了划片道框架，新增了焊料凸点和铜柱的使用，以及更多关于电迁移的内容。

译者序
前言
致谢
第1章　器件物理1
　1.1　半导体1
　1.2　PN结9
　1.3　双极型晶体管18
　1.4　MOS晶体管22
　1.5　结型场效应晶体管28
　1.6　本章小结30
　习题30
　参考文献32
第2章　半导体制造33
　2.1　硅制造工艺33
　2.2　图形化35
　2.3　氧化层的生长与去除37
　2.4　扩散与离子注入43
　2.5　硅的淀积与刻蚀48
　2.6　隔离51
　2.7　金属互连55
　2.8　组装64
　2.9　本章小结67
　习题67
　参考文献69
第3章　版图70
　3.1　版图编辑器71
　3.2　设计规则79
　3.3　图形生成88
　3.4　本章小结93
　习题93
　参考文献94
第4章　代表性工艺95
　4.1　标准的双极型工艺95
　4.2　多晶硅栅CMOS工艺106
　4.3　模拟BiCMOS工艺119
　4.4　本章小结136
　习题136
第5章　失效机理139
　5.1　电过应力139
　5.2　沾污155
　5.3　表面效应158
　5.4　少数载流子注入175
　5.5　本章小结187
　习题188
　参考文献190
第6章　电阻191
　6.1　电阻率与方块电阻191
　6.2　电阻的版图193
　6.3　电阻值的变化195
　6.4　电阻的寄生效应200
　6.5　不同类型电阻的比较202
　6.6　调整电阻值214
　6.7　本章小结223
　习题224
　参考文献225
第7章　电容与电感226
　7.1　电容226
　7.2　电感247
　7.3　本章小结254
　习题254
　参考文献256
第8章　电阻和电容的失配与匹配257
　8.1　失配257
　8.2　失配的原因259
　8.3　匹配规则295
　8.4　本章小结303
　习题303
　参考文献305
第9章　双极型晶体管306
　9.1　双极型晶体管的工作原理307
　9.2　标准双极型小信号晶体管315
　9.3　CMOS与BiCMOS工艺中的小信号双极型晶体管333
　9.4　本章小结348
　习题348
　参考文献350
第10章　双极型晶体管的应用351
　10.1　功率双极型晶体管351
　10.2　匹配双极型晶体管369
　10.3　双极型晶体管匹配规则382
　10.4　本章小结387
　习题388
　参考文献390
第11章　二极管391
　11.1　标准双极型工艺二极管392
　11.2　CMOS及BiCMOS工艺二极管404
　11.3　匹配二极管414
　11.4　本章小结420
　习题420
　参考文献421
第12章　场效应晶体管422
　12.1　MOS晶体管工作原理422
　12.2　构造CMOS晶体管435
　12.3　非易失性存储器460
　12.4　结型场效应晶体管467
　12.5　本章小结472
　习题472
　参考文献474
第13章　MOS晶体管的应用475
　13.1　功率MOS晶体管475
　13.2　匹配MOS晶体管504
　13.3　MOS晶体管的匹配规则522
　13.4　本章小结527
　习题527
　参考文献529
第14章　专题讨论530
　14.1　器件合并530
　14.2　少数载流子保护环540
　14.3　单层金属互连546
　14.4　静电保护550
　14.5　本章小结573
　习题573
　参考文献576
第15章　组装管芯577
　15.1　管芯面积估算577
　15.2　布图规划585
　15.3　构建焊块环589
　15.4　人工顶层互连599
　15.5　最终版图检查608
　15.6　本章小结610
　习题610
附录612
　附录A　立方晶体的米勒指数612
　附录B　版图设计规则范例613
　附录C　数学推导617
　附录D　三分之一律628