導(dǎo)語：如何才能寫好一篇集成電路工藝原理，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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關(guān)鍵詞：集成電路工藝原理；教學(xué)內(nèi)容；教學(xué)方法

作者簡(jiǎn)介：湯乃云（1976-），女，江蘇鹽城人，上海電力學(xué)院電子科學(xué)與技術(shù)系，副教授。（上海?200090）

基金項(xiàng)目：本文系上海自然科學(xué)基金（B10ZR1412400）、上海市科技創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃地方院校能力建設(shè)項(xiàng)目（10110502200）資助的研究成果。

中圖分類號(hào)：G642.0?????文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A?????文章編號(hào)：1007-0079（2012）29-0046-01

微電子產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展急需大量的高質(zhì)量集成電路人才。優(yōu)秀的集成電路設(shè)計(jì)工程師需要具備一定工藝基礎(chǔ)，集成電路工藝設(shè)計(jì)和操作人員更需要熟悉工藝原理及技術(shù)，以便獲得性能優(yōu)越、良率高的集成電路芯片。因此“集成電路工藝原理”是微電子專業(yè)、電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)和其他相關(guān)專業(yè)一門重要的專業(yè)課程，其主要內(nèi)容是介紹VLSI制造的主要工藝方法與原理，培養(yǎng)學(xué)生掌握半導(dǎo)體關(guān)鍵工藝方法及其原理，熟悉集成電路芯片制作的工藝流程，并具有一定工藝設(shè)計(jì)及分析、解決工藝問題的能力。課程的實(shí)踐性、技術(shù)性很強(qiáng)，需要大量的實(shí)踐課程作為補(bǔ)充。但是超大規(guī)模集成電路的制造設(shè)備價(jià)格昂貴，環(huán)境條件要求苛刻，運(yùn)轉(zhuǎn)與維護(hù)費(fèi)用很大，國(guó)內(nèi)僅有幾所大學(xué)擁有供科研、教學(xué)用的集成電路工藝線或工藝試驗(yàn)線，很多高校開設(shè)的實(shí)驗(yàn)課程僅為最基本的半導(dǎo)體平面工藝實(shí)驗(yàn)，僅可以實(shí)現(xiàn)氧化、擴(kuò)散、光刻和淀積等單步工藝，而部分學(xué)校僅能開設(shè)工藝原理理論課程。所以，如何在理論教學(xué)的模式下，理論聯(lián)系實(shí)踐、提高教學(xué)質(zhì)量，通過課程建設(shè)和教學(xué)改革，改善集成電路工藝原理課程的教學(xué)效果是必要的。如何利用多種可能的方法開展工藝實(shí)驗(yàn)的教學(xué)、加強(qiáng)對(duì)本專業(yè)學(xué)生科學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰蛯?shí)際工作能力以及專業(yè)素質(zhì)的培養(yǎng)、提高微電子工藝課程的教學(xué)質(zhì)量，是教師所面臨的緊迫問題。

一、循序漸進(jìn)，有增有減，科學(xué)安排教學(xué)內(nèi)容

1.選擇優(yōu)秀教材

集成電路的復(fù)雜性一直以指數(shù)增長(zhǎng)的速度不斷增加，同時(shí)國(guó)內(nèi)的集成電路工藝技術(shù)與發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)差距較大，故首先考慮選用引進(jìn)的優(yōu)秀國(guó)外教材。本課程首選教材是國(guó)外電子與通信教材系列中美國(guó)James D.Plummer著的《硅超大規(guī)模集成電路工藝技術(shù)—理論、實(shí)踐與模型》中文翻譯本。這本教材的內(nèi)容豐富、全面介紹了集成電路制造過程中的各工藝步驟；同時(shí)技術(shù)先進(jìn)，該書包含了集成電路工藝中一些前沿技術(shù)，如用于亞0.125μm工藝的最新技術(shù)、淺槽隔離以及雙大馬士革等工藝。另外，該書與其他硅集成電路工藝技術(shù)的教科書相比，具有顯著的兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)：其一是在書中第一章就介紹了一個(gè)完整的工藝過程。在教學(xué)過程中，一開始就對(duì)整個(gè)芯片的全部制造過程進(jìn)行全面的介紹，有且與學(xué)生正確建立有關(guān)后續(xù)章節(jié)中將要討論的各個(gè)不同的特定工藝步驟之間的相互聯(lián)系；其二是貫穿全書的從實(shí)際工藝中提取的“活性”成分及工藝設(shè)計(jì)模擬實(shí)例。這些模擬實(shí)例有助于清楚地顯示如氧化層的生長(zhǎng)過程、摻雜劑的濃度分布情況或薄膜淀積的厚度等工藝參數(shù)隨著時(shí)間推進(jìn)的發(fā)展變化，有助于學(xué)生真正認(rèn)識(shí)和理解各種不同工藝步驟之間極其復(fù)雜的相互作用和影響。同時(shí)通過對(duì)這些模擬工具的學(xué)習(xí)和使用，有助于理論聯(lián)系實(shí)際，提高實(shí)踐教學(xué)效果。因而本教材是一本全面、先進(jìn)和可讀性強(qiáng)的專業(yè)書籍。

2.科學(xué)安排教學(xué)內(nèi)容

如前所述，本課程的目的是使學(xué)生掌握半導(dǎo)體芯片制造的工藝和基本原理，并具有一定的工藝設(shè)計(jì)和分析能力。本課程僅32學(xué)時(shí)，而教材分11章，共602頁，所以課堂授課內(nèi)容需要精心選擇。一方面，選擇性地使用教材內(nèi)容。對(duì)非關(guān)鍵工藝，如第1章的半導(dǎo)體器件，如PN二極管、雙極型晶體管等知識(shí)已經(jīng)在前續(xù)基礎(chǔ)課程“半導(dǎo)體物理2”和“半導(dǎo)體器件3”中詳細(xì)介紹，所以在課堂上不進(jìn)行講授。另一方面，合理安排教材內(nèi)容的講授次序。教材在講授晶片清洗后即進(jìn)入光刻內(nèi)容，考慮工藝流程的順序進(jìn)行教學(xué)更有利于學(xué)生理解，沒有按照教條的章節(jié)順序，教學(xué)內(nèi)容改變?yōu)榘凑涨逑?、氧化、擴(kuò)散、離子注入、光刻、薄膜淀積、刻蝕、后端工藝、工藝集成等順序進(jìn)行。

另一方面，關(guān)注集成電路工藝的最新進(jìn)展，及時(shí)將目前先進(jìn)、主流的工藝技術(shù)融入課程教學(xué)中，如在課堂教學(xué)中介紹INTEL公司即將投產(chǎn)的采用了22nm工藝的代號(hào)為“Ivy Bridge”的處理器等。同時(shí)，積極邀請(qǐng)企業(yè)工程師或?qū)＜议_展專題報(bào)告，將課程教學(xué)和行業(yè)工藝技術(shù)緊密結(jié)合，提高學(xué)生的積極性及主動(dòng)性，提高教學(xué)效果。

3.引導(dǎo)自主學(xué)習(xí)

半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)正飛速發(fā)展，需要隨時(shí)跟蹤集成電路制造工藝的發(fā)展動(dòng)態(tài)、技術(shù)前沿以及遇到的挑戰(zhàn)，給學(xué)生布置若干集成電路工藝發(fā)展前沿與技術(shù)動(dòng)態(tài)相關(guān)的專題，讓學(xué)生自行查閱、整理資料，每一專題選派同學(xué)在課堂上給大家講解。例如，在第一章講解集成電路工藝發(fā)展歷史時(shí)，要求同學(xué)前往國(guó)際半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)規(guī)劃網(wǎng)站，閱讀最新年份的國(guó)際半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展路線圖，完成如最小特征指標(biāo)、工作電壓等相關(guān)技術(shù)指數(shù)的整理并作圖說明發(fā)展趨勢(shì)等。這樣一方面激發(fā)了學(xué)生的求知欲，另一方面培養(yǎng)學(xué)生自我學(xué)習(xí)提高專業(yè)知識(shí)的能力。

二、豐富教學(xué)手段，進(jìn)行多樣化、形象化教學(xué)

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關(guān)鍵詞：現(xiàn)代；光纖通信；光電集成；路集成電路；設(shè)計(jì)分析

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2016）24-0042-02

Abstract： in today's society is the information of the rapidly developing society， all kinds of high and new technology emerges unceasingly， the communication system is particularly important， communication system and the integrated circuit has been inseparable. How to make use of integrated circuit technology to design high performance integrated circuit of the electronic information technology industry is an urgent need to solve the problem. This article will briefly introduced the optical fiber communication optoelectronic integrated circuit design and analysis process.

Key words： modern； optical fiber communication； photoelectric integration； road integrated circuit； design and analysis

隨著國(guó)家的發(fā)展，社會(huì)的進(jìn)步，人類的生活已經(jīng)離不開通信方式了，各種各樣的交流活動(dòng)都是需要通訊的傳遞的。不管我們通過何種方式、何種途徑，只要將我們想要傳遞的信息傳遞到另外一個(gè)地方，就是稱為通信。古代所傳遞信息的方式方法也是多種多樣的。但是它們相對(duì)來說特別落后，時(shí)間也會(huì)非常地久。而現(xiàn)代的通信方式中，電話通信是應(yīng)用最廣泛的一種。

1 什么是光纖通信

近幾年來，隨著技術(shù)的進(jìn)步，電信管理體制的改革以及電信市場(chǎng)的全面開放，光纖通信的發(fā)展呈現(xiàn)了一番全新的景象。所謂光纖通信就是一種以光線為傳媒的通信方式，利用廣播實(shí)現(xiàn)信息的傳送。光纖通訊就是以光導(dǎo)纖維作為信號(hào)傳輸介質(zhì)的通訊系統(tǒng)。具有抗干擾性好，超高帶寬等特點(diǎn)。

如今社會(huì)我們使用的光纖通信有許多的優(yōu)點(diǎn)，例如，它可以傳輸頻帶寬、通信容量大；傳輸損耗低、中繼距離長(zhǎng)；線徑細(xì)、重量輕，原料為石英，節(jié)省金屬材料，這樣一來，節(jié)約了許多資源和能源，有利于資源合理地開發(fā)和使用；絕緣、抗電磁干擾性能強(qiáng)；還具有抗腐蝕能力強(qiáng)、抗輻射能力強(qiáng)、可繞性好、無電火花、泄露小、保密性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)它也可以用在特殊環(huán)境或者軍事行動(dòng)中。

光纖通信的原理是：在發(fā)送端首先要把傳送的信息變成電信號(hào)，然后調(diào)制到激光器發(fā)出的激光束上，使光的強(qiáng)度隨電信號(hào)的幅度變化而變化，并通過光纖發(fā)送出去；在接收端，檢測(cè)器收到光信號(hào)后把它變換成電信號(hào)，經(jīng)解調(diào)后恢復(fù)原信息。

隨著信息技術(shù)傳輸速度日益更新，光纖技術(shù)已得到廣泛的重視和應(yīng)用。在多微機(jī)電梯系統(tǒng)中，光纖的應(yīng)用充分滿足了大量的數(shù)據(jù)通信正確、可靠、高速傳輸和處理的要求。光纖技術(shù)在電梯上的應(yīng)用，大大提高了整個(gè)控制系統(tǒng)的反應(yīng)速度，使電梯系統(tǒng)的并聯(lián)群控性能有了明顯提高。電梯上所使用的光纖通信裝置主要由光源、光電接收器和光纖組成。

2 集成電路的實(shí)現(xiàn)

集成工藝技術(shù)也就是在最近的一二十年取得了飛速的發(fā)展。隨著元器件尺寸大小的不斷減小，集成電路的集成速度也在不斷地提高。發(fā)展迅速的集成電路工藝技術(shù)為通信系統(tǒng)的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。當(dāng)下，利用光電集成電路實(shí)現(xiàn)的光的發(fā)射和接收裝置已經(jīng)被各個(gè)實(shí)驗(yàn)室所廣泛使用。光電集成電路在單片上集成的光和電元件越來越多了，這就是光電集成電路速度越來越快的原因。

3 光纖通信現(xiàn)狀

光纖通信技術(shù)的發(fā)展帶動(dòng)了光纖產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步。想要實(shí)現(xiàn)光發(fā)射與光電集成電路是非常容易的，但是想要實(shí)現(xiàn)高速系統(tǒng)的混合集成是非常困難的。由于毫米波信號(hào)是狹窄的，所以可以使用混合集成工藝來實(shí)現(xiàn)毫米波系統(tǒng)，我們可以這樣來設(shè)計(jì)集成電路及其組成部分，使其波段上的輸入和輸出阻抗保持在大約50歐姆左右，即使用50歐姆的傳輸線來連接元器件和集成電路。此外，例如激光驅(qū)動(dòng)、時(shí)鐘恢復(fù)、數(shù)據(jù)判決、復(fù)接、光接收放大等各種類型的模擬、數(shù)字、混合集成電路依然可以輕松實(shí)現(xiàn)，這是因?yàn)殡娐芬部梢栽O(shè)計(jì)成輸入輸出是50歐姆的阻抗。想要利用混合方法實(shí)現(xiàn)高速光發(fā)射機(jī)與接收機(jī)的真正困難所在是激光二極管和光檢測(cè)器的阻抗不是50歐姆。尤其是激光二極管，他的非線性無法進(jìn)行混合集成的。沒有合適的匹配網(wǎng)絡(luò)將基帶數(shù)據(jù)信號(hào)從激光二極管連接到驅(qū)動(dòng)器或者從光檢測(cè)器連接到前置放大器上，就會(huì)大大地降低了系統(tǒng)的操作性能。這樣相比利用光發(fā)送和光接收的集成電路來實(shí)現(xiàn)是十分簡(jiǎn)便的。利用光集成電路實(shí)現(xiàn)光發(fā)射和接收不僅可靠性高而且成本低。但是用光電集成電路也是具有一定的挑戰(zhàn)性的，制作光元件和電子電路所需要的材料是存在一定的差別的?，F(xiàn)在制造高速光發(fā)射和接受光電集成電路在光傳輸系統(tǒng)中是十分必要的。這個(gè)設(shè)計(jì)工藝的難點(diǎn)在于要形成材料，即適合制造光電器件和電子電路所需要的制作材料，此外還要設(shè)計(jì)出光電集成電路。現(xiàn)實(shí)很殘酷，大家仍需努力。

4 光電集成電路

光發(fā)射機(jī)光電集成電路一般是由同一底上的激光二極管和驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成的。集成電路其中包括了電子元器件結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)、激光、激光二極管、電阻器、晶體管等電子元件的制造，其中光電元件和金屬化連接是比較困難的。在外延生長(zhǎng)的襯底上，大概需要三個(gè)工序來集成光電集成電路，分別為制作激光二極管、制作電子電路、進(jìn)行光電元件之間的連接。首先要制作激光二極管，激光二極管的P型區(qū)域歐姆接觸層通過 蒸發(fā)形成金屬狀態(tài)，隨后利用光刻法來生成激光二極管的大概區(qū)間，然后進(jìn)行濕法刻蝕形成接觸激光二極管的N區(qū)區(qū)間，最后在活性離子刻蝕體系中完成刻蝕過程，直到遇到AGAAS層后停止刻蝕過程。AGAAS層能隔離電子電路機(jī)構(gòu)和激光結(jié)構(gòu)，形成一種薄膜電阻，從而形成第一金屬層和空氣橋兩個(gè)連接層。我們通常采用空氣橋連接激光二極管的P區(qū)，采用第一金屬層連接激光二極管的N區(qū)，這樣就能很好地實(shí)現(xiàn)激光二極管和電子電路層的連接。這就實(shí)現(xiàn)了一個(gè)量子激光器的光電集成電路了。制作光電集成電路的芯片也是存在一定的難度的，目前端面反射激光鏡的干腐蝕技術(shù)尚未成熟，只能用解離的方法來完成，所以說集成激光驅(qū)動(dòng)器電路還有很大的空間有待開發(fā)。

光電集成電路分別是由光檢測(cè)器、前置放大器以及主放大器構(gòu)成的，這其中包括數(shù)據(jù)判決器、時(shí)鐘恢復(fù)和分接電路。光檢測(cè)器的集成是光電集成電路中最重要的一個(gè)部分，而金屬-半導(dǎo)體-金屬光檢測(cè)器（MSM）因?yàn)橹恍枰俨襟E的追加工藝，和如名字一般較為實(shí)惠且廣泛的材料在雪崩類型光電檢測(cè)器和p-i-n被廣泛運(yùn)用的同時(shí)也被單片集成光接收機(jī)廣泛的使用著。

在設(shè)計(jì)中第一級(jí)為基本放大單元，是共源放大電路且?guī)в性簇?fù)載，電阻的反饋由電壓并聯(lián)負(fù)反饋，電平位移級(jí)使用的是兩級(jí)源級(jí)跟隨器，它被接入到后面，與此同時(shí)，又需要引進(jìn)一個(gè)肖特基二極管，這樣就起到了一個(gè)降低反饋點(diǎn)的直流電平所特需的水平的作用，達(dá)到了這樣一個(gè)效果后，在偏低壓的條件下，電路同樣可以正常工作。

5 主要工藝流程

第一步，我們要準(zhǔn)備好充足的材料，對(duì)材料進(jìn)行結(jié)構(gòu)和參數(shù)方面的設(shè)計(jì)計(jì)算，并確定材料的外延生長(zhǎng)，來確定集成方式及集成所需要的元器件。第二步，對(duì)PD臺(tái)面進(jìn)行腐蝕，首先腐蝕掉INP層露出HEMT的帽層，把MSM保留在芯片上，即通過把PD臺(tái)面以外的PD層材料腐蝕掉來露出HEMT層。第三步就是進(jìn)行器件的隔離工作，仍然使用臺(tái)面腐蝕的辦法將HEMT和PD元器件之間隔離起來，想要實(shí)現(xiàn)比較好的隔離效果就一定要準(zhǔn)確的腐蝕到半絕緣襯底上。最后就是保護(hù)芯片的工作了，在芯片表面沉淀一層介質(zhì)，這樣不僅保護(hù)了芯片表面還成為了源漏的輔助剝離介質(zhì)。

6 結(jié)束語

光纖通信技術(shù)作為通信產(chǎn)業(yè)中的支柱，是我們現(xiàn)如今社會(huì)中使用最多的通信方式。即使在現(xiàn)在的社會(huì)當(dāng)中，光纖通信技術(shù)得到了十分穩(wěn)定有效的發(fā)展，但是現(xiàn)在科技發(fā)展如此之快，越來越多的新技術(shù)涌現(xiàn)出來，我國(guó)的通信技術(shù)水平也得到了明顯的改善與提高，光纖通信的使用范圍和價(jià)值也在悄悄地?cái)U(kuò)張。但是光纖通信技術(shù)為了迎合網(wǎng)絡(luò)時(shí)代，必須有更高層次的發(fā)展，才能占據(jù)市場(chǎng)的主流地位。我相信隨著光通信技術(shù)更加深入地發(fā)展，光纖通信一定會(huì)對(duì)整個(gè)通信行業(yè)甚至社會(huì)的進(jìn)步起到舉足輕重的作用。

參考文獻(xiàn)：

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[3] 湯乃云.“集成電路工藝原理”課程建設(shè)與教學(xué)改革探討[J].中國(guó)電力教育，2012（29）.

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關(guān)鍵詞：版圖設(shè)計(jì)；集成電路；教學(xué)與實(shí)踐

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2014）06-0153-02

目前，集成電路設(shè)計(jì)公司在招聘新版圖設(shè)計(jì)員工時(shí)，都希望找到已經(jīng)具備一定工作經(jīng)驗(yàn)的，并且熟悉本行業(yè)規(guī)范的設(shè)計(jì)師。但是，IC設(shè)計(jì)這個(gè)行業(yè)圈并不大，招聘人才難覓，不得不從其他同行業(yè)挖人才或通過獵頭公司。企業(yè)不得不付出很高的薪資，設(shè)計(jì)師才會(huì)考慮跳槽，于是一些企業(yè)將招聘新員工目標(biāo)轉(zhuǎn)向了應(yīng)屆畢業(yè)生或在校生，以提供較低薪酬聘用員工或?qū)嵙?xí)方式來培養(yǎng)適合本公司的版圖師。一些具備版圖設(shè)計(jì)知識(shí)的即將畢業(yè)學(xué)生就進(jìn)入了IC設(shè)計(jì)行業(yè)。但是，企業(yè)通常在招聘時(shí)或是畢業(yè)生進(jìn)入企業(yè)一段時(shí)間后發(fā)現(xiàn)，即使是懂點(diǎn)版圖知識(shí)的新員工，電路和工藝的知識(shí)差強(qiáng)人意，再就是行業(yè)術(shù)語與設(shè)計(jì)軟件使用不夠熟練、甚至不懂。這就要求我們?cè)诎鎴D教學(xué)時(shí)滲入電路與工藝等知識(shí)，使學(xué)生明確其中緊密關(guān)聯(lián)關(guān)系，樹立電路、工藝以及設(shè)計(jì)軟件為版圖設(shè)計(jì)服務(wù)的理念。

一、企業(yè)對(duì)IC版圖設(shè)計(jì)的要求分析

集成電路設(shè)計(jì)公司在招聘版圖設(shè)計(jì)員工時(shí)，除了對(duì)員工的個(gè)人素質(zhì)和英語的應(yīng)用能力等要求之外，大部分是考查專業(yè)應(yīng)用的能力。一般都會(huì)對(duì)新員工做以下要求：熟悉半導(dǎo)體器件物理、CMOS或BiCMOS、BCD集成電路制造工藝；熟悉集成電路（數(shù)字、模擬）設(shè)計(jì)，了解電路原理，設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)；熟悉Foundry廠提供的工藝參數(shù)、設(shè)計(jì)規(guī)則；掌握主流版圖設(shè)計(jì)和版圖驗(yàn)證相關(guān)EDA工具；完成手工版圖設(shè)計(jì)和工藝驗(yàn)證[1，2]。另外，公司希望合格的版圖設(shè)計(jì)人員除了懂得IC設(shè)計(jì)、版圖設(shè)計(jì)方面的專業(yè)知識(shí)，還要熟悉Foundry廠的工作流程、制程原理等相關(guān)知識(shí)[3]。正因?yàn)槠湫枰莆盏闹R(shí)面廣，而國(guó)內(nèi)學(xué)校開設(shè)這方面專業(yè)比較晚，IC版圖設(shè)計(jì)工程師的人才缺口更為巨大，所以擁有一定工作經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)工程師，就成為各設(shè)計(jì)公司和獵頭公司爭(zhēng)相角逐的人才[4，5]。

二、針對(duì)企業(yè)要求的版圖設(shè)計(jì)教學(xué)規(guī)劃

1.數(shù)字版圖設(shè)計(jì)。數(shù)字集成電路版圖設(shè)計(jì)是由自動(dòng)布局布線工具結(jié)合版圖驗(yàn)證工具實(shí)現(xiàn)的。自動(dòng)布局布線工具加載準(zhǔn)備好的由verilog程序經(jīng)過DC綜合后的網(wǎng)表文件與Foundry提供的數(shù)字邏輯標(biāo)準(zhǔn)單元版圖庫文件和I/O的庫文件，它包括物理庫、時(shí)序庫、時(shí)序約束文件。在數(shù)字版圖設(shè)計(jì)時(shí)，一是熟練使用自動(dòng)布局布線工具如Encounter、Astro等，鑒于很少有學(xué)校開設(shè)這門課程，可以推薦學(xué)生自學(xué)或是參加專業(yè)培訓(xùn)。二是數(shù)字邏輯標(biāo)準(zhǔn)單元版圖庫的設(shè)計(jì)，可以由Foundry廠提供，也可由公司自定制標(biāo)準(zhǔn)單元版圖庫，因此對(duì)于初學(xué)者而言設(shè)計(jì)好標(biāo)準(zhǔn)單元版圖使其符合行業(yè)規(guī)范至關(guān)重要。

2.模擬版圖設(shè)計(jì)。在模擬集成電路設(shè)計(jì)中，無論是CMOS還是雙極型電路，主要目標(biāo)并不是芯片的尺寸，而是優(yōu)化電路的性能，匹配精度、速度和各種功能方面的問題。作為版圖設(shè)計(jì)者，更關(guān)心的是電路的性能，了解電壓和電流以及它們之間的相互關(guān)系，應(yīng)當(dāng)知道為什么差分對(duì)需要匹配，應(yīng)當(dāng)知道有關(guān)信號(hào)流、降低寄生參數(shù)、電流密度、器件方位、布線等需要考慮的問題。模擬版圖是在注重電路性能的基礎(chǔ)上去優(yōu)化尺寸的，面積在某種程度上說仍然是一個(gè)問題，但不再是壓倒一切的問題。在模擬電路版圖設(shè)計(jì)中，性能比尺寸更重要。另外，模擬集成電路版圖設(shè)計(jì)師作為前端電路設(shè)計(jì)師的助手，經(jīng)常需要與前端工程師交流，看是否需要版圖匹配、布線是否合理、導(dǎo)線是否有大電流流過等，這就要求版圖設(shè)計(jì)師不僅懂工藝而且能看懂模擬電路。

3.逆向版圖設(shè)計(jì)。集成電路逆向設(shè)計(jì)其實(shí)就是芯片反向設(shè)計(jì)。它是通過對(duì)芯片內(nèi)部電路的提取與分析、整理，實(shí)現(xiàn)對(duì)芯片技術(shù)原理、設(shè)計(jì)思路、工藝制造、結(jié)構(gòu)機(jī)制等方面的深入洞悉。因此，對(duì)工藝了解的要求更高。反向設(shè)計(jì)流程包括電路提取、電路整理、分析仿真驗(yàn)證、電路調(diào)整、版圖提取整理、版圖繪制驗(yàn)證及后仿真等。設(shè)計(jì)公司對(duì)反向版圖設(shè)計(jì)的要求較高，版圖設(shè)計(jì)工作還涵蓋了電路提取與整理，這就要求版圖設(shè)計(jì)師不僅要深入了解工藝流程；而且還要熟悉模擬電路和數(shù)字標(biāo)準(zhǔn)單元電路工作原理。

三、教學(xué)實(shí)現(xiàn)

1.數(shù)字版圖。數(shù)字集成電路版圖在教學(xué)時(shí)，一是掌握自動(dòng)布局布線工具的使用，還需要對(duì)UNIX或LINUX系統(tǒng)熟悉，尤其是一些常用的基本指令；二是數(shù)字邏輯單元版圖的設(shè)計(jì)，目前數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)大都采用CMOS工藝，因此，必須深入學(xué)習(xí)CMOS工藝流程。在教學(xué)時(shí)，可以做個(gè)形象的PPT，空間立體感要強(qiáng)，使學(xué)生更容易理解CMOS工藝的層次、空間感。邏輯單元版圖具體教學(xué)方法應(yīng)當(dāng)采用上機(jī)操作并配備投影儀，教師一邊講解電路和繪制版圖，一邊講解軟件的操作、設(shè)計(jì)規(guī)則、畫版圖步驟、注意事項(xiàng)，學(xué)生跟著一步一步緊隨教師演示學(xué)習(xí)如何畫版圖，同時(shí)教師可適當(dāng)調(diào)整教學(xué)速度，適時(shí)停下來檢查學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，若有錯(cuò)加以糾正。這樣，教師一個(gè)單元版圖講解完畢，學(xué)生亦完成一個(gè)單元版圖。亦步亦趨、步步跟隨，學(xué)生的注意力更容易集中，掌握速度更快。課堂講解完成后，安排學(xué)生實(shí)驗(yàn)以鞏固所學(xué)。邏輯單元版圖教學(xué)內(nèi)容安排應(yīng)當(dāng)采用目前常用的單元，并具有代表性、擴(kuò)展性，使學(xué)生可以舉一反三，擴(kuò)展到整個(gè)單元庫。具體單元內(nèi)容安排如反相器、與非門/或非門、選擇器、異或門/同或門、D觸發(fā)器與SRAM等。在教授時(shí)一定要注意符合行業(yè)規(guī)范，比如單元的高度、寬度的確定要符合自動(dòng)布局布線的要求；單元版圖一定要最小化，如異或門與觸發(fā)器等常使用傳輸門實(shí)現(xiàn)，繪制版圖時(shí)注意晶體管源漏區(qū)的合并；大尺寸晶體管的串并聯(lián)安排合理等。

2.模擬版圖。模擬集成電路版圖設(shè)計(jì)更注重電路的性能實(shí)現(xiàn)，經(jīng)常需要與前端電路設(shè)計(jì)工程師交流。因此，版圖教學(xué)時(shí)教師須要求學(xué)生掌握模擬集成電路的基本原理，學(xué)生能識(shí)CMOS模擬電路，與前端電路工程師交流無障礙。同時(shí)也要求學(xué)生掌握工藝對(duì)模擬版圖的影響，熟練運(yùn)用模擬版圖的晶體管匹配、保護(hù)環(huán)、Dummy晶體管等關(guān)鍵技術(shù)。在教學(xué)方法上，依然采用數(shù)字集成電路版圖的教學(xué)過程，實(shí)現(xiàn)教與學(xué)的同步。在內(nèi)容安排上，一是以運(yùn)算放大器為例，深入講解差分對(duì)管、電流鏡、電容的匹配機(jī)理，版圖匹配時(shí)結(jié)構(gòu)采用一維還是二維，具體是如何布局的，以及保護(hù)環(huán)與dummy管版圖繪制技術(shù)。二是以帶隙基準(zhǔn)電壓源為例，深入講解N阱CMOS工藝下雙極晶體管PNP與電阻匹配的版圖繪制技術(shù)。在教學(xué)時(shí)需注意晶體管與電阻并聯(lián)拆分的合理性、電阻與電容的類型與計(jì)算方法以及布線的規(guī)范性。

3.逆向版圖設(shè)計(jì)。逆向集成電路版圖設(shè)計(jì)需要學(xué)生掌握數(shù)字標(biāo)準(zhǔn)單元的命名規(guī)范、所有標(biāo)準(zhǔn)單元電路結(jié)構(gòu)、常用模擬電路的結(jié)構(gòu)以及芯片的工藝，要求學(xué)生熟悉模擬和數(shù)字集成單元電路。這樣才可以在逆向提取電路與版圖時(shí)，做到準(zhǔn)確無誤。教學(xué)方法同樣還是采用數(shù)字集成電路版圖教學(xué)流程，達(dá)到學(xué)以致用。教學(xué)內(nèi)容當(dāng)以一個(gè)既含數(shù)字電路又含模擬電路的芯片為例。為了提取數(shù)字單元電路，需講解foundry提供的標(biāo)準(zhǔn)單元庫里的單元電路與命名規(guī)范。在提取單元電路教學(xué)時(shí)，說明數(shù)字電路需要?dú)w并同類圖形，例如與非門、或非門、觸發(fā)器等，同樣的圖形不要分析多次。強(qiáng)調(diào)學(xué)生注意電路的共性、版圖布局與布線的規(guī)律性，做到熟能生巧。模擬電路的提取與版圖繪制教學(xué)要求學(xué)生掌握模擬集成電路常用電路結(jié)構(gòu)與工作原理，因?yàn)槟嫦蛟O(shè)計(jì)軟件提出的元器件符號(hào)應(yīng)該按照易于理解的電路整理，使其他人員也能看出你提取電路的功能，做到準(zhǔn)確通用規(guī)范性。

集成電路版圖設(shè)計(jì)教學(xué)應(yīng)面向企業(yè)，按照企業(yè)對(duì)設(shè)計(jì)工程師的要求來安排教學(xué)，做到教學(xué)與實(shí)踐的緊密結(jié)合。從教學(xué)開始就向?qū)W生灌輸IC行業(yè)知識(shí)，定位準(zhǔn)確，學(xué)生明確自己應(yīng)該掌握哪些相關(guān)知識(shí)。本文從集成電路數(shù)字版圖、模擬版圖和逆向設(shè)計(jì)版圖這三個(gè)方面就如何開展教學(xué)可以滿足企業(yè)對(duì)版圖工程師的要求展開探討，安排教學(xué)有針對(duì)性。在教學(xué)方法與內(nèi)容上做了分析探討，力求讓學(xué)生在畢業(yè)后可以順利進(jìn)入IC行業(yè)做出努力。

參考文獻(xiàn)：

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關(guān)鍵詞：ULSI Low-K介質(zhì) Cu互連

中圖分類號(hào)：TN47 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2013）04（c）-0119-02

如今，半導(dǎo)體工業(yè)飛速發(fā)展，人們對(duì)于電子產(chǎn)品的功能和體積也提出了進(jìn)一步的要求，因而，提高集成電路的集成度、應(yīng)用新式材料和新型布線系統(tǒng)以縮小產(chǎn)品體積、提高產(chǎn)品穩(wěn)定性勢(shì)在必行。根據(jù)Moore定律，IC上可容納的晶體管數(shù)目，約每隔18個(gè)月便會(huì)增加一倍，性能也將提升一倍。日益減小的導(dǎo)線寬度和間距與日益提升的晶體管密度促使越來越多的人把目光投向了低介電常數(shù)材料在ULSI中的應(yīng)用。另一方面，金屬鋁（Al）是芯片中電路互連導(dǎo)線的主要材料，然而，由表1可知，金屬銅（Cu）的電阻率比金屬鋁（Al）低40%左右，且應(yīng)用Al會(huì)產(chǎn)生更明顯的互聯(lián)寄生效應(yīng)。因而應(yīng)用金屬銅（Cu）代替金屬鋁（Al）作為互連導(dǎo)線主要材料就成為集成電路工藝發(fā)展的必然方向[1]。（如表1）

1 低介電常數(shù)材料（Low-K）

一直以來，有著極好熱穩(wěn)定性、抗?jié)裥缘亩趸瑁⊿iO2）是金屬互連線路間使用的主要絕緣材料。如今，低介電常數(shù)材料（Low-K）因其優(yōu)良特性，逐步在IC產(chǎn)業(yè)被推廣應(yīng)用。

Low-K材料基本可以分為無機(jī)聚合物與有機(jī)聚合物這兩大類，常見Low-K材料有：納米多孔SiO2、SiOF氟硅玻璃（FSG）、SiOC碳摻雜的氧化硅（Black Diamond）、SiC：N氮摻雜的碳化硅HSQ（Hydrogen Silsesquioxane）、空氣隙。Low-K材料制備及其介電常數(shù)值見表2。

現(xiàn)階段的研究認(rèn)為，通過降低材料的自身極性與增加材料中的空隙密度是主要的兩種降低材料介電常數(shù)的方法。首先，從降低材料自身極性的方法來看，包括降低材料中電子極化率（electronic polarizability），離子極化率（ionic polarizability）以及分子極化率（dioplar polarizability）等方法[2]。

此外，由Debye方程：（式中為材料介電常數(shù)，為真空介電常數(shù)，與分別為電子極化和分子形變極化，N為分子密度），不難看出，可以通過增加材料中的空隙密度從而達(dá)到降低材料的分子密度，這就是降低介電常數(shù)的第二種方法。

針對(duì)上文所述的第一種方法中，在SiO2中摻雜F元素制成SiOF（亦即FSG，見表2）的方法在0.18μm技術(shù)工藝中得到了廣泛的應(yīng)用。而且，人們發(fā)現(xiàn)，通過在SiO2中摻雜C元素能夠在降低材料的介電常數(shù)上獲得更好的效果。其原理是：利用了材料中形成，以Si-C和C-C鍵為基礎(chǔ)的低極性網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，達(dá)到了降低材料介電常數(shù)的效果?；诖隧?xiàng)的研究，諸如無定形碳薄膜的研究，已可以將材料的介電常數(shù)降低到3.0或更低[3]。

2 互連線材料――銅（Cu）

隨著集成電路（IC）的發(fā)展，電路特征尺寸不斷縮小，芯片內(nèi)部連線密度不斷提高，金屬布線層數(shù)急速增加（見圖3），隨之而來的是器件門延遲的相對(duì)縮小和互連延遲的相對(duì)增加，增加的互連線電阻R和寄生電容C使互連線的時(shí)間常數(shù)RC大幅度的提高（見圖4）。互連中的電阻（R）和電容（C）所產(chǎn)生的寄生效應(yīng)（Parasitic effects）越來越明顯。

在深亞微米（0.25μm及其以下）工藝下，互連延遲已經(jīng)超過門延遲成為制約各項(xiàng)性能的主要瓶頸[4]。由于互連寄生效應(yīng)，電路的性能將受到嚴(yán)重的影響，如功耗增加、信號(hào)失真、連線間以及層間的串?dāng)_噪音（crosstalk noise）等。因而尋找并采用低阻率金屬以代替金屬鋁便成為集成工藝發(fā)展的必然方向，此舉通過減小互連線串聯(lián)電阻，可達(dá)到有效減少互連線RC延遲的目的。

Cu是目前采用最廣泛的互連材料，它有Al所不能比擬的優(yōu)良性質(zhì)。在抗電遷移率、熔點(diǎn)、熱功率等方面，Cu比其他金屬有更好的綜合特性。更重要的是Cu的電阻率僅為Al的60%（見表1），這樣能有效地降低時(shí)延。

然而，Cu互連線的引入也帶了許多新的問題。

首先，其帶來了許多新的可靠性問題，原因有：（1）新技術(shù)的被迫引用。Cu互連工藝的發(fā)展道路并不平坦，光刻和污染的問題使得Cu互連的應(yīng)用進(jìn)展緩慢[5]。為了防止和解決Cu的污染和難以刻蝕的問題，Cu互連關(guān)鍵工藝中需要引入阻擋層、化學(xué)機(jī)械拋光（CMP）平坦化、專門的通孔技術(shù)與通孔材料，以及殘余雜質(zhì)的清潔等工藝。（2）Al（Cu）有穩(wěn)定的界面，而銅卻沒有穩(wěn)定的界面[6]。對(duì)Al（Cu）合金而言，顆粒邊界的激活能為0.80～0.96 eV，與界面或內(nèi)部相比是最小的，故Al（Cu）中，顆粒邊界擴(kuò)散占主導(dǎo)地位。同理，Cu中界面擴(kuò)散占主導(dǎo)地位。（3）加工后不同的連線結(jié)構(gòu)。Al連線工藝是平面工藝；而Cu互連工藝則是全新的3D微結(jié)構(gòu)。

此外，Cu互連工藝還引人了新的失效機(jī)理，就是電化學(xué)失效機(jī)理，它可能導(dǎo)致Cu金屬連線間的短路[7]。對(duì)于Cu互連工藝多層互連，信號(hào)的失真、連線間的信號(hào)串?dāng)_等也是尚待解決的問題。

對(duì)于Cu互連系統(tǒng)而言，Cu的可靠性只是一個(gè)重要方面，它還包括Low-k介質(zhì)層、Cu與介質(zhì)層的集成等可靠性問題。

不過，雙大馬士革工藝（Dual Dama scene）和CMP技術(shù)的出現(xiàn)使得Cu互連工藝得到了突破性的發(fā)展。

近年來，Yos Shacham-Diamand等人提出了銀（Ag）互連技術(shù)[8]。在相互傳輸延遲的性能方面，采用Ag比Cu互連導(dǎo)電材料有7%的改進(jìn)。以Ag為導(dǎo)線的器件可承受比Cu為導(dǎo)線器件更密集的電路排列，還可進(jìn)一步減少所需金屬層數(shù)目，以進(jìn)一步減少生產(chǎn)成本。然而，Ag互連無論是在電遷移、應(yīng)力遷移方面，還是在與其他材料的粘附性、集成兼容性等，都遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及Cu互連[9]。因此Ag互連技術(shù)目前不具備大規(guī)模代替Cu互連技術(shù)的條件。

4 結(jié)語

Low-K介質(zhì)與Cu互連技術(shù)的出現(xiàn)推動(dòng)了對(duì)集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。本文對(duì)Low-K介質(zhì)與Cu連線的原理與應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，得出今后IC產(chǎn)業(yè)中絕緣介質(zhì)材料與互連引線材料的發(fā)展趨勢(shì)：（1）具有介電常數(shù)低，熱穩(wěn)定性好，耐酸堿，易于圖形化和腐蝕，機(jī)械強(qiáng)度大，可靠性高，擊穿場(chǎng)強(qiáng)高，熱導(dǎo)率高等特性的Low-K介質(zhì)將會(huì)得到更加廣泛的應(yīng)用。（2）基于大馬士革結(jié)構(gòu)的互連技術(shù)及相關(guān)技術(shù)的改進(jìn)與發(fā)展，使得Cu互連技術(shù)取代傳統(tǒng)Al互連技術(shù)成為目前主導(dǎo)的互連技術(shù)。Ag互連技術(shù)由于技術(shù)尚未成熟暫時(shí)不能大規(guī)模取代Cu互連技術(shù)。

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關(guān)鍵詞：電子科學(xué)與技術(shù)；課程建設(shè)；實(shí)踐創(chuàng)新能力

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2017）25-0103-02

電子科學(xué)與技術(shù)作為信息技術(shù)發(fā)展的基石，伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)字技術(shù)、移動(dòng)通信技術(shù)、多媒體技術(shù)和W絡(luò)技術(shù)的出現(xiàn)得到了迅猛的發(fā)展，從初期的小規(guī)模集成電路（SSI）發(fā)展到今天的巨大規(guī)模集成電路（GSI），成為使人類社會(huì)進(jìn)入了信息化時(shí)代的先導(dǎo)技術(shù)。電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)是國(guó)家重點(diǎn)扶植的學(xué)科，本專業(yè)作為信息領(lǐng)域的核心學(xué)科，培養(yǎng)國(guó)家急需的電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)高級(jí)人才。

在新的歷史條件下，開展電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)課程建設(shè)的改革與實(shí)踐研究是非常必要的，這對(duì)于培養(yǎng)出具有知識(shí)、能力、素質(zhì)協(xié)調(diào)發(fā)展的微電子技術(shù)應(yīng)用型創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才具有重要的指導(dǎo)意義和戰(zhàn)略意義。本文依據(jù)電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)本科生課程建設(shè)的實(shí)際情況，詳細(xì)分析了本專業(yè)在課程建設(shè)過程中存在的問題，提出了關(guān)于電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)課程建設(shè)的幾點(diǎn)改革方案，并進(jìn)行了一定的探索性實(shí)踐。

一、目前課程建設(shè)中存在的一些問題

1.在課程設(shè)置方面，與行業(yè)發(fā)展結(jié)合不緊密，缺乏專業(yè)特色和課程群的建設(shè)，課程之間缺少有效地銜接，難以滿足當(dāng)前人才培養(yǎng)的需求。本專業(yè)的課程設(shè)置應(yīng)當(dāng)以培養(yǎng)具有扎實(shí)的微電子技術(shù)領(lǐng)域理論基礎(chǔ)和工程實(shí)踐能力，能從事超大規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)、半導(dǎo)體器件和集成電路工藝制造以及相關(guān)電子信息技術(shù)應(yīng)用工作的高級(jí)工程技術(shù)人才和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才為培養(yǎng)目標(biāo)來進(jìn)行課程建設(shè)。

2.在創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)方面，存在重理論教學(xué)和課堂教學(xué)，缺乏必要的實(shí)踐環(huán)節(jié)，尤其是創(chuàng)新實(shí)踐環(huán)節(jié)的教學(xué)，相關(guān)實(shí)踐和實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段和教學(xué)方法過于單一，僅在教師課堂教學(xué)講授范例和實(shí)驗(yàn)過程的基礎(chǔ)上，指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行課程實(shí)驗(yàn)，學(xué)生按照課程實(shí)驗(yàn)手冊(cè)上的具體步驟逐一進(jìn)行操作，完成課程所要求的實(shí)驗(yàn)。單一的實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐教學(xué)方式難以提升學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐和動(dòng)手能力，更難以實(shí)現(xiàn)對(duì)所學(xué)知識(shí)的實(shí)踐和靈活運(yùn)用，難以滿足當(dāng)前強(qiáng)調(diào)以實(shí)踐為主，培養(yǎng)實(shí)踐型創(chuàng)新人才的要求。

二、課程建設(shè)改革的目的與任務(wù)

結(jié)合集成電路行業(yè)未來的發(fā)展趨勢(shì)以及電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)總體就業(yè)前景和對(duì)人才的需求結(jié)構(gòu)。根據(jù)我國(guó)電子科學(xué)與技術(shù)產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀和發(fā)展需求，通過對(duì)電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的課程建設(shè)進(jìn)行改革，重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)工程實(shí)訓(xùn)與創(chuàng)新實(shí)踐，在課程教學(xué)中體現(xiàn)“激發(fā)興趣、夯實(shí)基礎(chǔ)、引導(dǎo)創(chuàng)新、全面培養(yǎng)”的教學(xué)方針。重新規(guī)劃專業(yè)培養(yǎng)方案和課程設(shè)置，以集成電路工藝與設(shè)計(jì)為重點(diǎn)，設(shè)置課程群，構(gòu)建新的科學(xué)的課程體系，突出特色，強(qiáng)化能力培養(yǎng)。

三、課程建設(shè)改革的具體內(nèi)容

人才培養(yǎng)目標(biāo)以厚基礎(chǔ)、寬口徑、重實(shí)踐、偏工程為宗旨，培養(yǎng)具有扎實(shí)的微電子技術(shù)領(lǐng)域理論基礎(chǔ)和工程實(shí)踐能力，能從事超大規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)、半導(dǎo)體器件和集成電路工藝制造以及相關(guān)電子信息技術(shù)應(yīng)用工作的高級(jí)工程技術(shù)人才和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才。以大規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)、制造和工藝、電子器件和半導(dǎo)體材料、光電子技術(shù)應(yīng)用等方面為專業(yè)特色進(jìn)行課程建設(shè)改革，具體的改革內(nèi)容如下。

1.課程設(shè)置。首先，根據(jù)本專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)要求按需設(shè)課，明確設(shè)課目的，并注意專業(yè)通識(shí)課、專業(yè)基礎(chǔ)課、專業(yè)限選課和專業(yè)任選課之間的銜接與學(xué)時(shí)比例，加強(qiáng)集成電路設(shè)計(jì)與集成電路工藝方面的課程設(shè)置，突出微電子技術(shù)方向的特色，明確專業(yè)的發(fā)展目標(biāo)和方向，將相關(guān)課程設(shè)置為課程群，通過相關(guān)課程的有效銜接，突出能力培養(yǎng)。其次，隨著電子科學(xué)與技術(shù)的不斷發(fā)展，注重本專業(yè)課程設(shè)置的不斷更新和調(diào)整。

2.教學(xué)方式。首先，加強(qiáng)對(duì)青年教師的培養(yǎng)和訓(xùn)練，注重講課、實(shí)驗(yàn)、考試及課下各個(gè)環(huán)節(jié)的相互結(jié)合，即課堂與課下相結(jié)合，講課與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，平時(shí)與考試相結(jié)合。其次，講課中注重講解和啟發(fā)相結(jié)合，板書和多媒體相結(jié)合；實(shí)驗(yàn)中注重方法和原理相結(jié)合，知識(shí)和能力相結(jié)合；考試中注重面上與重點(diǎn)相結(jié)合，概念與計(jì)算相結(jié)合，開卷與閉卷相結(jié)合，重點(diǎn)開展課程的網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)，將相關(guān)實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)錄像上網(wǎng)，通過網(wǎng)絡(luò)教學(xué)加強(qiáng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐能力培養(yǎng)和提高。第三，注重雙語課程的開設(shè)與優(yōu)秀經(jīng)典教材的使用相結(jié)合，雙語課程與國(guó)際該課程接軌。

四、結(jié)語

科學(xué)與技術(shù)專業(yè)課程建設(shè)應(yīng)當(dāng)圍繞電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)和專業(yè)特色，通過制訂適用集成電路人才培養(yǎng)目標(biāo)的培養(yǎng)方案、課程設(shè)置、實(shí)驗(yàn)體系和教學(xué)計(jì)劃，突出集成電路工藝與設(shè)計(jì)實(shí)踐環(huán)節(jié)，進(jìn)而有效地提高實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量，為培養(yǎng)具有實(shí)踐創(chuàng)新能力的科技創(chuàng)新型人才奠定了基礎(chǔ)。

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Reform and Exploration of Course Construction of Electronic Science and Technology

CHEN Li-ying

（School of Electronics and Information Engineering，Tianjin Polytechnic University，Tianjin 300387，China）

篇6

關(guān)鍵詞：電子科學(xué)與技術(shù)；集成電路設(shè)計(jì)；平臺(tái)建設(shè)；IC產(chǎn)業(yè)

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2014）08-0270-03

國(guó)家教育部于2007年正式啟動(dòng)了高等學(xué)校本科教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革工程（簡(jiǎn)稱“質(zhì)量工程”），其建設(shè)的重要內(nèi)容之一就是使高校培養(yǎng)的理工科學(xué)生具有較強(qiáng)的實(shí)踐動(dòng)手能力，更好地適應(yīng)社會(huì)和市場(chǎng)的需求[1]。為此，我校作為全國(guó)獨(dú)立學(xué)院理事單位于2007年6月通過了ISO2000：9001質(zhì)量管理體系認(rèn)證[2]，同時(shí)確立了“質(zhì)量立校、人才強(qiáng)校、文化興?！比蠛诵膽?zhàn)略，深入推進(jìn)內(nèi)涵式發(fā)展，全面提高人才培養(yǎng)質(zhì)量。對(duì)于質(zhì)量工程采取了多方面多角度的措施：加強(qiáng)教學(xué)改革項(xiàng)目工程；鼓勵(lì)參加校內(nèi)學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目立項(xiàng)，（大學(xué)生創(chuàng)新基金項(xiàng)目）；積極參加國(guó)家、省級(jí)等電子設(shè)計(jì)大賽；有針對(duì)性地對(duì)人才培養(yǎng)方案進(jìn)行大幅度的調(diào)整，增大課程實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)占課程的比例從原來的15%提高到25%以上，并且對(duì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目作了改進(jìn)，提高綜合性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的比重；同時(shí)增加專業(yè)實(shí)踐課程，強(qiáng)調(diào)學(xué)生的應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力；課程和畢業(yè)設(shè)計(jì)更注重選題來源，題目比以前具有更強(qiáng)的針對(duì)性，面向?qū)I(yè)，面向本地就業(yè)市場(chǎng)。不僅如此，學(xué)院還建立了創(chuàng)業(yè)孵化中心、建立了實(shí)驗(yàn)中心等。通過這些有效的措施，努力提高學(xué)生的綜合素質(zhì)、創(chuàng)新和應(yīng)用能力。除了學(xué)校對(duì)電子信息類專業(yè)整體進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃和建設(shè)外，各個(gè)二級(jí)學(xué)院都以“質(zhì)量工程”建設(shè)為出發(fā)點(diǎn)和立足點(diǎn)，從專業(yè)工程的角度出發(fā)，努力探索各個(gè)專業(yè)新的發(fā)展思路和方向。由于集成電路設(shè)計(jì)是高校電子科學(xué)與技術(shù)、微電子學(xué)等相關(guān)專業(yè)的主要方向，因此與之相關(guān)的課程和平臺(tái)建設(shè)成為該專業(yè)工程探索的重點(diǎn)。通過對(duì)當(dāng)前國(guó)內(nèi)外高校該專業(yè)方向培養(yǎng)方案分析，設(shè)置的課程主要強(qiáng)調(diào)模擬/數(shù)字電路方向，相應(yīng)的課程體系為此服務(wù)，人才培養(yǎng)方案設(shè)置與之相對(duì)應(yīng)的理論和實(shí)踐教學(xué)體系；同時(shí)建立相應(yīng)的實(shí)習(xí)、實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)。由此，依據(jù)電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的特點(diǎn)，結(jié)合本專業(yè)學(xué)生的層次和專業(yè)面向，同時(shí)依據(jù)本地的人才需求深度和廣度，對(duì)以往的人才培養(yǎng)方案進(jìn)行革新，建立面向中山IC產(chǎn)業(yè)的集成電路設(shè)計(jì)專業(yè)應(yīng)用型的設(shè)計(jì)平臺(tái)。另外，從課程體系出發(fā)，強(qiáng)化IC設(shè)計(jì)的模擬集成電路后端版圖設(shè)計(jì)和驗(yàn)證，使學(xué)生在實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)中得到實(shí)際的訓(xùn)練。通過這些改革既可有效地幫助學(xué)生迅速融入IC設(shè)計(jì)業(yè)，也為進(jìn)入IC制造行業(yè)提高層次到新高度。

一、軟件設(shè)計(jì)平臺(tái)在集成電路設(shè)計(jì)業(yè)的重要性

自從1998年高等學(xué)校擴(kuò)大招生以來，高校規(guī)模發(fā)展很快，在校大學(xué)生的人數(shù)比十五年前增長(zhǎng)了10倍。高校的基礎(chǔ)設(shè)施和設(shè)備的投入呈現(xiàn)不斷增長(zhǎng)的趨勢(shì)，學(xué)校的辦學(xué)條件不斷改善，同時(shí)，各個(gè)高校對(duì)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)也在持續(xù)增大，然而在實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的過程中，盡管投入的資金量在不斷增大，但出現(xiàn)的現(xiàn)象是重視專業(yè)儀器和設(shè)備的投入，忽視專業(yè)設(shè)計(jì)軟件的購置，這可能是由于長(zhǎng)期以來形成的重有形實(shí)體、輕無形設(shè)計(jì)軟件，然而這種意識(shí)給專業(yè)發(fā)展必將帶來不利影響。對(duì)于IC專業(yè)來說，該專業(yè)主要面向集成電路的生產(chǎn)、測(cè)試和設(shè)計(jì)，其中集成電路設(shè)計(jì)業(yè)是最具活力、最有增長(zhǎng)效率的一塊，即使是在國(guó)際金融危機(jī)的2009年，中國(guó)的IC設(shè)計(jì)業(yè)不僅沒有像半導(dǎo)體行業(yè)那樣同比下降10%，反而逆勢(shì)增長(zhǎng)9.1%；在2010年，國(guó)際金融危機(jī)剛剛緩和，中國(guó)IC設(shè)計(jì)業(yè)的同比增速又快速攀升到45%；2011年全行業(yè)銷售額為624.37億元，2012年比2012年增長(zhǎng)8.98%達(dá)到680.45億元，集成電路行業(yè)不僅增長(zhǎng)速度快，發(fā)展前景好，而且可以滿足更多的高校學(xué)生就業(yè)和創(chuàng)業(yè)。為了滿足IC設(shè)計(jì)行業(yè)的要求，必須建設(shè)該行業(yè)需求的集成電路軟件設(shè)計(jì)平臺(tái)。眾所周知集成電路行業(yè)制造成本相對(duì)較高，這就要求設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)電路產(chǎn)品時(shí)盡量做到一次流片成功，而要實(shí)現(xiàn)這種目標(biāo)需要建設(shè)電路設(shè)計(jì)驗(yàn)證的平臺(tái)，即集成電路設(shè)計(jì)專業(yè)軟件設(shè)計(jì)平臺(tái)。通過軟件平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)：電路原理拓?fù)鋱D的構(gòu)建及參數(shù)仿真和優(yōu)化、針對(duì)具體集成電路工藝尺寸生產(chǎn)線的版圖設(shè)計(jì)和驗(yàn)證、對(duì)版圖設(shè)計(jì)的實(shí)際性能進(jìn)行仿真并與電路原理圖仿真對(duì)照、提供給制造廠商具體的GDSII版圖文件。軟件平臺(tái)實(shí)際上已經(jīng)達(dá)到驗(yàn)證的目的，因此，對(duì)于集成電路設(shè)計(jì)專業(yè)的學(xué)生或工作人員來說，軟件設(shè)計(jì)平臺(tái)的建設(shè)特別重要，如果沒有軟件設(shè)計(jì)平臺(tái)也就無法培養(yǎng)出真正的IC設(shè)計(jì)人才。因此，在培養(yǎng)具有專業(yè)特色的應(yīng)用型人才的號(hào)召下，學(xué)院不斷加大實(shí)驗(yàn)室建設(shè)[3]，從電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)角度出發(fā)，建設(shè)IC軟件設(shè)計(jì)平臺(tái)，為本地區(qū)域發(fā)展和行業(yè)發(fā)展服務(wù)。

二、建設(shè)面向中山本地市場(chǎng)IC應(yīng)用平臺(tái)

近年來，學(xué)校從自身建設(shè)的實(shí)際情況出發(fā)，減少因?qū)嶒?yàn)經(jīng)費(fèi)緊張帶來的困境，積極推動(dòng)學(xué)院集成電路設(shè)計(jì)專業(yè)方向的人才培養(yǎng)。教學(xué)單位根據(jù)集成電路設(shè)計(jì)的模塊特點(diǎn)確定合適的軟件設(shè)計(jì)平臺(tái)，原理拓?fù)鋱D的前端電路仿真采用PSPICE軟件工具，熟悉電路仿真優(yōu)化過程；后端采用L-EDIT版圖軟件工具，應(yīng)用實(shí)際生產(chǎn)廠家的雙極或CMOS工藝線來設(shè)計(jì)電路的版圖，并進(jìn)行版圖驗(yàn)證。這種處理方法雖然暫時(shí)性解決前端和后端電路及版圖仿真的問題，但與真正的系統(tǒng)設(shè)計(jì)集成電路相對(duì)出入較大，不利于形成IC的系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力。2010年12月國(guó)家集成電路設(shè)計(jì)深圳產(chǎn)業(yè)化基地中山園區(qū)成立，該園區(qū)對(duì)集成電路設(shè)計(jì)人才的要求變得非常迫切，客觀上推進(jìn)了學(xué)院對(duì)IC產(chǎn)業(yè)的人才培養(yǎng)力度，建立面向中山IC產(chǎn)業(yè)的專業(yè)應(yīng)用型設(shè)計(jì)平臺(tái)變得刻不容緩[4]，同時(shí)，新的人才培養(yǎng)方案也應(yīng)聲出臺(tái)，促進(jìn)了具有一定深度的教學(xué)改革。

1.軟件平臺(tái)建設(shè)。從目前集成電路設(shè)計(jì)軟件使用的廣泛性和系統(tǒng)性來看，建設(shè)面向市場(chǎng)的應(yīng)用平臺(tái)，應(yīng)該是學(xué)校所使用的與實(shí)際設(shè)計(jì)公司或其他單位的軟件一致，使得所培養(yǎng)的IC設(shè)計(jì)人才能與將來的就業(yè)工作實(shí)現(xiàn)無縫對(duì)接，從而提高市場(chǎng)對(duì)所培養(yǎng)的集成電路設(shè)計(jì)人才的認(rèn)可度，同時(shí)也可大大提高學(xué)生對(duì)專業(yè)設(shè)計(jì)的能力和信心[5]。遵循這個(gè)原則，選擇Cadence軟件作為建設(shè)平臺(tái)設(shè)計(jì)軟件，這不僅因?yàn)樵摴臼侨蜃畲蟮碾娮釉O(shè)計(jì)技術(shù)、程序方案服務(wù)和設(shè)計(jì)服務(wù)供應(yīng)商，EDA軟件產(chǎn)品涵蓋了電子設(shè)計(jì)的整個(gè)流程，包括系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)，功能驗(yàn)證，IC綜合及布局布線，模擬、混合信號(hào)及射頻IC設(shè)計(jì)，全定制集成電路設(shè)計(jì)，IC物理驗(yàn)證，PCB設(shè)計(jì)和硬件仿真建模，而且通過大學(xué)計(jì)劃合作，可以大幅度的降低購置軟件所需資金，從而從根本上解決學(xué)校實(shí)驗(yàn)室建設(shè)軟件費(fèi)用昂貴的問題。另外，從中山乃至珠三角其他城市的IC行業(yè)中，各個(gè)單位都普遍采用該系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件，而且選用該軟件更有利于剛剛起步的中山集成電路設(shè)計(jì)，也更加有利于該產(chǎn)業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化和專業(yè)化，乃至進(jìn)一步的發(fā)展和壯大。

2.針對(duì)中山IC產(chǎn)業(yè)設(shè)計(jì)。定位于面向本地產(chǎn)業(yè)的IC應(yīng)用型人才，就必須以中山IC產(chǎn)業(yè)為培養(yǎng)特色人才的出發(fā)點(diǎn)。中山目前有一批集成電路代工生產(chǎn)和設(shè)計(jì)的公司，主要有中山市奧泰普微電子有限公司、芯成微電子公司、深電微電子科技有限公司、木林森股份有限公司等，能進(jìn)行IC設(shè)計(jì)、工藝制造和測(cè)試封裝，主要生產(chǎn)功率半導(dǎo)體器件和IC、應(yīng)用于家電等消費(fèi)電子、節(jié)能照明等。日前奧泰普公司的0.35微米先進(jìn)工藝生產(chǎn)線預(yù)計(jì)快速投產(chǎn)，該單位的發(fā)展對(duì)本地IC人才需求有極大的推動(dòng)力，推動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)微電子專業(yè)的積極性，而這些也有力地支持本地IC企業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。因此，建立面向本地集成電路產(chǎn)業(yè)的軟件設(shè)計(jì)平臺(tái)，有利于專業(yè)人才的培養(yǎng)、準(zhǔn)確定位，并形成了本地優(yōu)勢(shì)和特色。

3.教學(xué)實(shí)踐改革。為了提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，形成專業(yè)特色，必須對(duì)人才培養(yǎng)方案進(jìn)行修改。在人才培養(yǎng)方案中通過增加實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的比例，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中除了原有驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)外、還增加了綜合性或設(shè)計(jì)性的實(shí)驗(yàn)，這種變化將有助于學(xué)生從被動(dòng)實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)到主動(dòng)實(shí)驗(yàn)的綜合和設(shè)計(jì)，提高學(xué)生對(duì)知識(shí)的靈活運(yùn)用和動(dòng)手能力，從而為培養(yǎng)應(yīng)用型的人才打下良好的基礎(chǔ)。除此之外，與集成電路代工企業(yè)及芯片應(yīng)用公司建立合作關(guān)系。學(xué)生在學(xué)習(xí)期間到這些單位進(jìn)行在崗實(shí)習(xí)和培訓(xùn)，可以將所學(xué)的專業(yè)理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)當(dāng)中去，形成無縫對(duì)接；而從單位招聘人才角度上來說，可以節(jié)約人力資源培訓(xùn)成本，招到單位真正需要的崗位人才。因此，合作雙方在找到相互需求的基礎(chǔ)上，形成有效的合作機(jī)制。①課程改革。針對(duì)獨(dú)立學(xué)院培養(yǎng)應(yīng)用型人才的特點(diǎn)，除了培養(yǎng)方案上增加多元化教育課程之外，主要是強(qiáng)調(diào)實(shí)踐教學(xué)的改革，增加綜合實(shí)驗(yàn)課程，如：《現(xiàn)代電子技術(shù)綜合設(shè)計(jì)》計(jì)32學(xué)時(shí)、《微電子學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)》計(jì)40學(xué)時(shí)、《EDA綜合實(shí)驗(yàn)》為32學(xué)時(shí)、《集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)》為40學(xué)時(shí)，其相應(yīng)的課程學(xué)時(shí)數(shù)從以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主的16個(gè)學(xué)時(shí)，增加到現(xiàn)在32學(xué)時(shí)以上的帶有綜合性或設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的綜合實(shí)踐課程。這種變化不僅是實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的課時(shí)加大，而且是實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的改進(jìn)，也是實(shí)踐綜合能力的增強(qiáng)，有利于學(xué)生形成專業(yè)應(yīng)用能力。②與單位聯(lián)合的IC設(shè)計(jì)基地。IC設(shè)計(jì)基地主要立足于兩個(gè)方面：一是立足于本地IC企業(yè)或設(shè)計(jì)公司；二是立足于IC代工和集成電路設(shè)計(jì)應(yīng)用。前者主要利用本地資源就近的優(yōu)勢(shì)，學(xué)生參觀、實(shí)習(xí)都比較方便，同時(shí)也有利于學(xué)校與用人單位之間的良好溝通，提高雙方的認(rèn)可度和贊同感。如：中山市奧泰普微電子有限公司、木林森股份有限公司等。后者從生產(chǎn)角度和設(shè)計(jì)應(yīng)用出發(fā)，帶領(lǐng)學(xué)生到IC代工企業(yè)參觀，初步了解集成電路的生產(chǎn)過程，企業(yè)的架構(gòu)、規(guī)劃和發(fā)展遠(yuǎn)景。也可根據(jù)公司的人才需要，選派部分學(xué)生到公司在崗實(shí)習(xí)[6]。如：深圳方正微電子有限公司、廣州南科集成電子有限公司等。通過這些方式不僅可以增強(qiáng)學(xué)生對(duì)專業(yè)知識(shí)的應(yīng)用能力，而且有利于學(xué)生對(duì)IC單位的深入了解，為本校專業(yè)應(yīng)用型人才找到一種行之有效的就業(yè)之路。

三、集成電路設(shè)計(jì)平臺(tái)的實(shí)效性

從2002年創(chuàng)辦電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)以來，學(xué)校特別重視集成電路相關(guān)的實(shí)驗(yàn)室建設(shè)。從初期的晶體管器件和集成塊性能測(cè)量，硅片的少子壽命、C-V特性、方阻等測(cè)量，發(fā)展到探針臺(tái)的芯片級(jí)的性能測(cè)試，在此期間為了滿足更多的學(xué)生實(shí)驗(yàn)、興趣小組和畢業(yè)設(shè)計(jì)的要求，微電子實(shí)驗(yàn)室的已經(jīng)過三次擴(kuò)張和升級(jí)，其建設(shè)規(guī)模和實(shí)驗(yàn)水平得到了大幅度的提升。另外，為培養(yǎng)本科學(xué)生集成電路的設(shè)計(jì)能力，提高應(yīng)用性能力，學(xué)校還建立了集成電路CAD實(shí)驗(yàn)室，以電路原理圖仿真設(shè)計(jì)為重點(diǎn)，著重應(yīng)用L-Edit版圖軟件工具，進(jìn)行基本的集成電路版圖設(shè)計(jì)及驗(yàn)證，對(duì)提升學(xué)生集成電路設(shè)計(jì)應(yīng)用能力取得了一定的效果。目前，為了大力提高本科教學(xué)質(zhì)量，提升辦學(xué)水平，重點(diǎn)對(duì)實(shí)踐課程和IC軟件設(shè)計(jì)平臺(tái)進(jìn)行了改革。學(xué)校開設(shè)了專門實(shí)踐訓(xùn)練課程，如：集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。從以前的16學(xué)時(shí)課內(nèi)驗(yàn)證設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)提升為32學(xué)時(shí)獨(dú)立的集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)實(shí)踐課程，內(nèi)容從以驗(yàn)證為主的實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)變?yōu)橐栽O(shè)計(jì)和綜合為主的實(shí)驗(yàn)，整體應(yīng)用設(shè)計(jì)水平進(jìn)行了大幅度的提升，有利于培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用和動(dòng)手能力。不僅如此，對(duì)集成電路的設(shè)計(jì)軟件也進(jìn)行了升級(jí)，從最初的用Pspice和Hspice軟件進(jìn)行電路圖仿真，L-Edit軟件工具的后端版圖設(shè)計(jì)，升級(jí)為應(yīng)用系統(tǒng)的專業(yè)軟件平臺(tái)設(shè)計(jì)工具Cadence進(jìn)行前后端的設(shè)計(jì)仿真驗(yàn)證等，并采用開放實(shí)驗(yàn)室模式，使得學(xué)生的系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力得到一定程度的提升，提高了系統(tǒng)認(rèn)識(shí)和項(xiàng)目設(shè)計(jì)能力。通過IC系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件平臺(tái)的建設(shè)和實(shí)踐教學(xué)課程改革，使得學(xué)生對(duì)電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的性質(zhì)和內(nèi)容了解更加全面，對(duì)專業(yè)知識(shí)學(xué)習(xí)的深度和廣度也得到進(jìn)一步提高，從而增強(qiáng)了專業(yè)學(xué)習(xí)的興趣，提高了自信心。此外，其他專業(yè)的學(xué)生也開始轉(zhuǎn)到本專業(yè)，從事集成電路設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)，并對(duì)集成電路流片產(chǎn)生濃厚的興趣。除此之外，學(xué)生利用自己在外實(shí)踐實(shí)習(xí)的機(jī)會(huì)給學(xué)校引進(jìn)研究性的開發(fā)項(xiàng)目，這些都為本專業(yè)的發(fā)展形成很好的良性循環(huán)。在IC設(shè)計(jì)平臺(tái)的影響下，本專業(yè)繼續(xù)報(bào)考碩士研究生的學(xué)生特別多，約占學(xué)生比例的45%左右。經(jīng)過這幾年的努力，2003、2004、2005、2006級(jí)都有學(xué)生在碩士畢業(yè)后分別被保送或考上電子科技大學(xué)、華南理工大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)、香港城市大學(xué)的博士。從這些學(xué)生的反饋意見了解到，他們對(duì)學(xué)校在IC設(shè)計(jì)平臺(tái)建設(shè)評(píng)價(jià)很高，對(duì)他們進(jìn)一步深造起到了很好的幫助作用。不僅如此，已經(jīng)畢業(yè)在本行業(yè)工作的學(xué)生也對(duì)IC設(shè)計(jì)平臺(tái)有很好的評(píng)價(jià)：通過該軟件設(shè)計(jì)平臺(tái)不僅熟悉了集成電路設(shè)計(jì)的工藝庫、集成電路工藝流程和相應(yīng)的工藝參數(shù)，而且也熟悉版圖的設(shè)計(jì)，這對(duì)于從事IC代工工作起到很好的幫助作用。現(xiàn)在已經(jīng)有多屆畢業(yè)的學(xué)生在深圳方正微電子公司、中山奧泰普微電子有限公司工作。另外，還有許多學(xué)生從事集成電路應(yīng)用設(shè)計(jì)工作，主要分布于中山LED照明產(chǎn)業(yè)等。

通過IC軟件設(shè)計(jì)平臺(tái)建設(shè)，配合以實(shí)踐教學(xué)改革，使得學(xué)生所學(xué)理論知識(shí)和實(shí)際能力直接與市場(chǎng)實(shí)現(xiàn)無縫對(duì)接，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐動(dòng)手能力，增強(qiáng)了學(xué)生的自信心。另外，利用與企業(yè)合作的生產(chǎn)實(shí)習(xí)，可以使得學(xué)生得到更好的工作鍛煉，為將來的工作打下良好的基礎(chǔ)。實(shí)踐證明，建設(shè)面向中山IC產(chǎn)業(yè)的集成電路設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)，尋求高校與公司更緊密的新的合作模式，符合我校人才培養(yǎng)發(fā)展模式方向，對(duì)IC設(shè)計(jì)專業(yè)教學(xué)改革，培養(yǎng)滿足本地區(qū)乃至整個(gè)社會(huì)的高素質(zhì)應(yīng)用型人才，具有特別重要的作用。

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篇7

關(guān)鍵詞：工程需求；集成電路設(shè)計(jì)；實(shí)踐；驗(yàn)證

中圖分類號(hào)：G647 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2013）44-0089-02

集成電路設(shè)計(jì)是學(xué)科交叉特性顯著的一個(gè)學(xué)科，且其發(fā)展日新月異，技術(shù)更新非常快，而其主要的更新點(diǎn)體現(xiàn)在工藝水平、設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)手段上。例如，在設(shè)計(jì)SOC等大規(guī)模集成電路時(shí)，設(shè)計(jì)者首先要全方位地把握系統(tǒng)的主體框架，另外還要注重各個(gè)環(huán)節(jié)中的細(xì)節(jié)，有效利用EDA軟件來精確地實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)并驗(yàn)證其正確性。目前大多數(shù)高校開設(shè)的集成電路設(shè)計(jì)課程融入了多媒體教學(xué)，但多媒體教學(xué)多局限于PPT課件教學(xué)，雖然在教學(xué)內(nèi)容上與過去的板書教學(xué)相比得到了很大的擴(kuò)充，但從教學(xué)體系上說對(duì)于工程化設(shè)計(jì)流程的介紹缺乏連貫性、完整性，各個(gè)知識(shí)點(diǎn)的介紹相對(duì)來說較為孤立，學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解無法融會(huì)貫通，對(duì)工程化設(shè)計(jì)的理解停留在概念的層面上。目前課程安排中普遍采用理論教學(xué)為主，存在實(shí)踐環(huán)節(jié)過少、實(shí)踐環(huán)節(jié)不成完備體系等問題。學(xué)生工程實(shí)踐能力不能得到有效提升，用人單位需要花大量的時(shí)間和人力對(duì)應(yīng)屆學(xué)生進(jìn)行培訓(xùn)；學(xué)生容易產(chǎn)生挫折情緒，不能快速適應(yīng)崗位需求。本教改通過對(duì)目前國(guó)內(nèi)急需集成電路設(shè)計(jì)人才的現(xiàn)狀的思考，對(duì)集成電路設(shè)計(jì)課程的教學(xué)進(jìn)行改革，實(shí)施以工程需求為導(dǎo)向，以工程界典型數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)和驗(yàn)證流程為主線的閉環(huán)式教學(xué)。在國(guó)家急需系統(tǒng)級(jí)集成電路設(shè)計(jì)實(shí)用型工程人才的指導(dǎo)思想下，在工科院校要培養(yǎng)能為社會(huì)所用工程人才的辦學(xué)宗旨下，以開發(fā)學(xué)生潛力、提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)積極性為目的，結(jié)合用人單位的用人需求，我院集成電路設(shè)計(jì)課程嘗試閉環(huán)教育，即課程的章節(jié)設(shè)置參照工程界數(shù)字集成電路系統(tǒng)的典型設(shè)計(jì)流程，知識(shí)內(nèi)容涵蓋從設(shè)計(jì)到流片生產(chǎn)甚至測(cè)試的每一個(gè)環(huán)節(jié)，而每一個(gè)重要環(huán)節(jié)都有工程實(shí)驗(yàn)與之相對(duì)應(yīng)，形成完備的閉環(huán)知識(shí)體系。本教改項(xiàng)目閉環(huán)教育可分為理論教育環(huán)節(jié)和實(shí)驗(yàn)教育環(huán)節(jié)。

一、理論教育環(huán)節(jié)

閉環(huán)教育中的理論教育以工程界大型數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)的典型流程為教學(xué)切入點(diǎn)，然后以該流程為主線介紹各個(gè)階段涉及的理論知識(shí)和可供使用的EDA軟件，每次進(jìn)入下一設(shè)計(jì)階段的講解前，都會(huì)重新鏈接至流程圖，見圖1所示。反復(fù)出現(xiàn)的設(shè)計(jì)流程圖，一方面可以加深學(xué)生對(duì)設(shè)計(jì)流程的印象；另一方面針對(duì)當(dāng)前內(nèi)容在流程中出現(xiàn)的位置，突出當(dāng)前設(shè)計(jì)階段與系統(tǒng)設(shè)計(jì)的整體關(guān)聯(lián)，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)各個(gè)設(shè)計(jì)階段的設(shè)計(jì)目的、設(shè)計(jì)方法、EDA軟件中參數(shù)設(shè)定偏重點(diǎn)的理解。這種教育方法區(qū)別于傳統(tǒng)的單純的由點(diǎn)及面的教育方法，避免出現(xiàn)只見樹木不見森林的情況，能夠在注重細(xì)節(jié)的同時(shí)加強(qiáng)整體觀念。

二、實(shí)踐教育環(huán)節(jié)

實(shí)踐教育環(huán)節(jié)主要是指與理論教育相配套結(jié)合的系列實(shí)驗(yàn)。針對(duì)每個(gè)設(shè)計(jì)階段都安排相應(yīng)的較為全面的實(shí)驗(yàn)，與該階段的理論知識(shí)形成閉環(huán)。而且，所有的實(shí)驗(yàn)基本可按照從系統(tǒng)設(shè)計(jì)開始到流片、測(cè)試的完整設(shè)計(jì)流程串接起來。

圖1 大型數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)的典型流程

實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書撰寫了前端設(shè)計(jì)內(nèi)容，在數(shù)字集成電路系統(tǒng)初期的系統(tǒng)分析、功能模塊劃分、具體硬件語言描述編譯階段，加入以硬件語言描述、編譯、仿真為偏重的上機(jī)實(shí)驗(yàn)，目的是學(xué)習(xí)良好的系統(tǒng)全局觀，掌握過硬的代碼編寫能力，并將設(shè)計(jì)下載至FPGA中作為初步的硬件設(shè)計(jì)驗(yàn)證手段；撰寫了后端設(shè)計(jì)內(nèi)容，采用Cadence公司的自動(dòng)布局布線器SE進(jìn)行布局布線，介紹面向數(shù)字化集成電路的標(biāo)準(zhǔn)化單元概念及其相關(guān)工藝庫文件的作用，著重講授從網(wǎng)表到版圖的轉(zhuǎn)化過程以及需要注意的問題，如電源網(wǎng)絡(luò)的合理布局、時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)的時(shí)序匹配及平衡扇出等方面的考慮。利用版圖編輯器Virtuoso Layout進(jìn)行版圖驗(yàn)證，介紹標(biāo)準(zhǔn)單元版圖與定制版圖的區(qū)別、版圖設(shè)計(jì)與工藝制程的關(guān)系，重點(diǎn)在于使學(xué)生在對(duì)版圖建立感性認(rèn)識(shí)的同時(shí)對(duì)IP保護(hù)有更深層次的理解。Verilog仿真器進(jìn)行版圖后仿真實(shí)驗(yàn)，強(qiáng)調(diào)版圖寄生參數(shù)對(duì)系統(tǒng)功能、時(shí)序的影響，后仿真時(shí)序文件反標(biāo)的含義；明確后仿真對(duì)于保證設(shè)計(jì)正確性的意義；培養(yǎng)認(rèn)真負(fù)責(zé)的驗(yàn)證思想。

實(shí)踐教育環(huán)節(jié)大致分為前端設(shè)計(jì)階段、后端設(shè)計(jì)階段、測(cè)試階段。

1.前端設(shè)計(jì)階段。在數(shù)字集成電路系統(tǒng)初期的系統(tǒng)分析、功能模塊劃分、具體硬件語言描述編譯階段，加入以硬件語言描述、編譯、仿真為偏重的上機(jī)實(shí)驗(yàn)，目的是學(xué)習(xí)良好的系統(tǒng)全局觀，掌握過硬的代碼編寫能力，并將設(shè)計(jì)下載至FPGA中作為初步的硬件設(shè)計(jì)驗(yàn)證手段。

2.后端設(shè)計(jì)階段。針對(duì)數(shù)字集成電路的特點(diǎn)，安排面向MPW流片的實(shí)驗(yàn)，介紹將電路轉(zhuǎn)化為高可靠性版圖的主要步驟。該實(shí)驗(yàn)分三個(gè)階段：①采用Cadence公司的自動(dòng)布局布線器SE進(jìn)行布局布線，介紹面向數(shù)字化集成電路的標(biāo)準(zhǔn)化單元概念及其相關(guān)工藝庫文件的作用，著重講授從網(wǎng)表到版圖的轉(zhuǎn)化過程以及需要注意的問題，如電源網(wǎng)絡(luò)的合理布局、時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)的時(shí)序匹配及平衡扇出等方面的考慮；②版圖編輯器Virtuoso Layout進(jìn)行版圖驗(yàn)證，介紹標(biāo)準(zhǔn)單元版圖與定制版圖的區(qū)別、版圖設(shè)計(jì)與工藝制程的關(guān)系，重點(diǎn)在于使學(xué)生在對(duì)版圖建立感性認(rèn)識(shí)的同時(shí)對(duì)IP保護(hù)有更深層次的理解；③Verilog仿真器進(jìn)行版圖后仿真實(shí)驗(yàn)，強(qiáng)調(diào)版圖寄生參數(shù)對(duì)系統(tǒng)功能和時(shí)序的影響、后仿真時(shí)序文件反標(biāo)的含義，明確后仿真對(duì)于保證設(shè)計(jì)正確性的意義，培養(yǎng)認(rèn)真負(fù)責(zé)的驗(yàn)證思想。

篇8

關(guān)鍵詞：微電子工藝，整合教學(xué)，生產(chǎn)實(shí)習(xí)

The combination of Microelectronics processing course/experiment/production practice

Wang Wei， Tian Li， Fu Qiang

Harbin Institute of Technology， Harbin， 150001， China

Abstract： This paper presents a new teaching mode for the course “Microelectronics processing”. According to the character of this course， the teaching mode， the content， the teaching materials and teaching method were adjusted. The teaching modes were improved by the combination of practice and theory. With this new teaching mode， the Microelectronics processing course/experiment/production practices were offered for the undergraduates. The preliminary results indicated that the students and other leading teachers under the same course group held the positive attitudes towards this new teaching mode. The teaching evaluation result is “A+”.

Key words： Microelectronics processing； improved teaching mode； production practice

20世紀(jì)80年代初，J. M. 德克特勒首次提出了“最終的整合目標(biāo)”這一概念，它成為整合學(xué)業(yè)理論的基礎(chǔ)[1]。最初，這一理論被應(yīng)用在歐洲大學(xué)為適應(yīng)教學(xué)大綱的學(xué)業(yè)整合方面。整合教學(xué)實(shí)際上是一種以能力為導(dǎo)向的教學(xué)方法[2]，它力圖通過整合來發(fā)展學(xué)生的能力，使學(xué)生能在某一情境中調(diào)動(dòng)所學(xué)知識(shí)、技能，以及其他資源來完成目標(biāo)。近年來，整合教學(xué)受到普遍關(guān)注，整合教學(xué)法已被應(yīng)用于各層次的教學(xué)實(shí)踐，在國(guó)內(nèi)高校中也開始出現(xiàn)應(yīng)用整合教學(xué)法進(jìn)行專業(yè)課教學(xué)的報(bào)道[3，4]。

“微電子工藝”“微電子系列實(shí)驗(yàn)”“生產(chǎn)實(shí)習(xí)”是微電子課程群中教學(xué)內(nèi)容相近，教學(xué)形式不同的3門專業(yè)課程，我校對(duì)其進(jìn)行了整合教學(xué)研究，提出了新的教學(xué)模式，編寫了涵蓋這3種形式教學(xué)內(nèi)容的教材，設(shè)計(jì)了教學(xué)方案，并進(jìn)行了初步實(shí)施及評(píng)價(jià)。

1 微電子工藝課程分析

1.1 原課程安排

“微電子工藝”是當(dāng)前高校電子類本科專業(yè)的核心課程，其教學(xué)目的是使學(xué)生掌握硅集成電路芯片制造工藝的基本原理和方法，了解微電子產(chǎn)品制造關(guān)鍵技術(shù)及其發(fā)展方向。而“微電子系列實(shí)驗(yàn)”和“生產(chǎn)實(shí)習(xí)”是與“微電子工藝”課程內(nèi)容關(guān)聯(lián)性很強(qiáng)的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)?！拔㈦娮酉盗袑?shí)驗(yàn)”是獨(dú)立設(shè)置的實(shí)驗(yàn)課程，其教學(xué)目的是使學(xué)生掌握硅芯片關(guān)鍵工藝的實(shí)驗(yàn)、檢測(cè)技術(shù)和常用儀器的使用方法?！吧a(chǎn)實(shí)習(xí)”則是通過組織學(xué)生到現(xiàn)代化企業(yè)參觀學(xué)習(xí)，在工藝線上直接參與生產(chǎn)實(shí)踐[5]，使之了解微電子產(chǎn)品的生產(chǎn)過程，行業(yè)發(fā)展動(dòng)態(tài)，從而提高他們解決問題的能力及綜合素質(zhì)。本質(zhì)上，這3門課程是教學(xué)形式不同，但教學(xué)內(nèi)容相近的一個(gè)課程模塊。在當(dāng)前的教學(xué)大綱中，這3門課程都是獨(dú)立開設(shè)的，通常在大三上學(xué)期分別開出40學(xué)時(shí)的工藝課、20學(xué)時(shí)的系列實(shí)驗(yàn)和4周的生產(chǎn)實(shí)習(xí)。因此，“微電子工藝”課堂教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)結(jié)合的較為松散，總學(xué)時(shí)數(shù)也偏多。

1.2 教學(xué)現(xiàn)狀分析

“微電子工藝”具有涉及知識(shí)面寬，綜合性強(qiáng)，理論與實(shí)踐結(jié)合緊密的特點(diǎn)。若只采取課堂教學(xué)，對(duì)毫無實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的學(xué)生而言，課程涉及的技術(shù)性內(nèi)容繁雜，知識(shí)點(diǎn)多且分散，全面理解學(xué)習(xí)內(nèi)容的難度大。在為2009級(jí)學(xué)生開出本課程之后進(jìn)行了問卷調(diào)查。其中“對(duì)工藝課知識(shí)的理解程度”這一問題，在58張答卷中只有1人選擇“能全部理解”，約60%的學(xué)生選擇“大部分理解”（如圖1所示）。

在對(duì)微電子課程群中其他相關(guān)，如“微電子器件原理”“集成電路設(shè)計(jì)”等課程主講教師進(jìn)行的調(diào)研中，普遍認(rèn)為若將各自獨(dú)立開設(shè)的“微電子工藝”“微電子系列實(shí)驗(yàn)”和“生產(chǎn)實(shí)習(xí)”作為一個(gè)課程模塊進(jìn)行整合教學(xué)，穿插授課，更有利于學(xué)生學(xué)習(xí)。

2 課程整合研究

2.1 課程整合

首先在培養(yǎng)計(jì)劃上將“微電子工藝”“微電子系列實(shí)驗(yàn)”和“生產(chǎn)實(shí)習(xí)”整合為課堂/實(shí)驗(yàn)/實(shí)習(xí)一個(gè)微電子工藝課程模塊，該課程模塊的教學(xué)目標(biāo)為：培養(yǎng)熟知國(guó)內(nèi)外先進(jìn)微電子關(guān)鍵工藝，并具有一定工藝設(shè)計(jì)、分析，以及解決實(shí)際工藝問題能力的人才。

通過對(duì)原課程內(nèi)容分析，將微電子工藝課程模塊中3部分內(nèi)容都進(jìn)行了優(yōu)化（如圖2所示）。該課程模塊由一個(gè)課程組在大三上學(xué)期連續(xù)穿插教學(xué)，以避免教學(xué)內(nèi)容的重復(fù)。因此，可以在不壓縮教學(xué)內(nèi)容、不降低教學(xué)效果的前提下，將授課學(xué)時(shí)數(shù)定為：講課40學(xué)時(shí)/實(shí)驗(yàn)16學(xué)時(shí)/生產(chǎn)實(shí)習(xí)3周，與原課時(shí)數(shù)相比有了較大縮減。

課程組在原微電子工藝課程講義基礎(chǔ)上，結(jié)合微電子工藝學(xué)發(fā)展現(xiàn)狀，編寫了涵蓋3種教學(xué)形式、內(nèi)容的教材：《集成電路制造技術(shù)—原理與工藝》。該教材已于2010年9月由電子工業(yè)出版社出版，并基于此教材制作了多媒體課件。

2.2教學(xué)模式的整合

課程組設(shè)計(jì)了微電子工藝課程模塊的整合教學(xué)模式（如圖3所示）。整個(gè)教學(xué)過程是師生共同參與的、動(dòng)態(tài)的、雙向的信息傳播過程。

課堂教學(xué)采取講課為主，自學(xué)討論為輔的形式，課后穿插參觀微電子生產(chǎn)線等實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。教師講授教材各單元、章節(jié)中的重點(diǎn)、難點(diǎn)，課堂上設(shè)置問答等少量的“教”“學(xué)”互動(dòng)形式。其他內(nèi)容采?。航處熓紫忍岢鰡栴}，再組織學(xué)生在課堂上自學(xué)，然后展開討論，最后進(jìn)行歸納總結(jié)。這既調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，又能提高學(xué)習(xí)效率。為避免出現(xiàn)只有部分學(xué)習(xí)積極性高的學(xué)生參與課堂討論的現(xiàn)象，教師隨機(jī)抽取學(xué)生回答問題，并作為平時(shí)成績(jī)記錄。在課堂學(xué)習(xí)階段，組織學(xué)生參觀微電子生產(chǎn)工藝線，讓他們?cè)趯?shí)際生產(chǎn)情景中理解課堂講授的相關(guān)內(nèi)容。

課堂教學(xué)之后進(jìn)入實(shí)驗(yàn)和晶體管制作實(shí)踐教學(xué)階段。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目是針對(duì)關(guān)鍵工藝參數(shù)進(jìn)行測(cè)試，以及有關(guān)芯片性能測(cè)量設(shè)置的實(shí)驗(yàn)，因此將其穿插在晶體管芯片制作過程中進(jìn)行。

3 整合教學(xué)的初步實(shí)施及評(píng)價(jià)

受原教學(xué)計(jì)劃限制，在2011年秋季學(xué)期末，主要開出了整合后的微電子工藝課程模塊課堂教學(xué)部分，其他內(nèi)容在2012年春季學(xué)期初開出。

3.1 對(duì)教材的評(píng)價(jià)

采用新編的《集成電路制造技術(shù)—原理與工藝》教材和多媒體課件進(jìn)行了課堂教學(xué)。課程結(jié)束后進(jìn)行的問卷調(diào)查表明，學(xué)生對(duì)新編教材和課件的滿意度較高（如圖4所示）。

另外，從電子工業(yè)出版社的統(tǒng)計(jì)結(jié)果來看，盡管該教材是受眾面很小的專業(yè)課教材，但自2010年9月出版至今，已售出4 000余冊(cè)，被國(guó)內(nèi)數(shù)十家高校選作微電子工藝或集成電路工藝基礎(chǔ)等課程的教材使用。由此可以說該教材得到了同行的普遍認(rèn)可。

3.2 課堂教學(xué)方法及評(píng)價(jià)

在以整合教學(xué)模式進(jìn)行的“微電子工藝”課堂教學(xué)實(shí)踐中，每次課的前幾分鐘都進(jìn)行了提問，以便督促學(xué)生在課后復(fù)習(xí)，并引出本次課教學(xué)內(nèi)容；課堂上講授了基本單項(xiàng)工藝的原理、模型、物理基礎(chǔ)，以及基本方法等重要內(nèi)容；而對(duì)于大量工藝技術(shù)與設(shè)備等內(nèi)容，先提出問題，再組織學(xué)生自學(xué)后討論，最后進(jìn)行歸納總結(jié)；對(duì)學(xué)生回答問題和討論發(fā)言都作為平時(shí)成績(jī)進(jìn)行記錄。在課堂教學(xué)期間，組織學(xué)生參觀了哈工大微電子平面工藝線，以利于他們對(duì)基本工藝方法與設(shè)備等內(nèi)容的理解。

從課程結(jié)束后所作的問卷調(diào)查可知，學(xué)生喜歡的教學(xué)方式與實(shí)際所采用的授課方式大體一致（如圖5所示）。學(xué)生對(duì)本課程的評(píng)教結(jié)果為“A+”。而且，微電子課程群后續(xù)課程主講教師也反映：這屆學(xué)生的微電子工藝基礎(chǔ)知識(shí)較扎實(shí)。

3.3 實(shí)踐教學(xué)及評(píng)價(jià)

微電子工藝的實(shí)驗(yàn)和實(shí)習(xí)是在我校微電子實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的。首先開設(shè)了“高純水制備”“微電子清洗”兩個(gè)講座；然后學(xué)生自制了晶體管，進(jìn)行了工藝實(shí)驗(yàn)；最后，組織學(xué)生參觀了哈爾濱晶體管有限公司的器件生產(chǎn)工藝線。

在圖2中，把晶體管制作劃分為了6個(gè)關(guān)鍵工序。因此，學(xué)生自制晶體管也分為6個(gè)組，要求每個(gè)組負(fù)責(zé)一個(gè)關(guān)鍵工序：確定工藝條件、進(jìn)行工藝操作、解決出現(xiàn)的問題、記錄工藝現(xiàn)象、條件、參數(shù)等。這樣盡管學(xué)生人數(shù)較多（全系64人），也能保證每名學(xué)生都參與到自制晶體管和相關(guān)的生產(chǎn)管理過程中來。另外，鼓勵(lì)學(xué)生在完成自己組工作之外參與其他組的工作。在整個(gè)實(shí)踐教學(xué)過程中學(xué)生積極性很高，充分發(fā)揮出各自的綜合能力。

從學(xué)生遞交的總結(jié)報(bào)告來看，這次微電子工藝實(shí)踐教學(xué)效果很好，學(xué)生們普遍認(rèn)為：提高了動(dòng)手能力，學(xué)會(huì)了分析、解決問題的方法，更重要的是培養(yǎng)了團(tuán)隊(duì)意識(shí)和團(tuán)隊(duì)合作能力。對(duì)今后的學(xué)習(xí)與工作都有較大幫助。

4 結(jié)束語

我校對(duì)“微電子工藝”“微電子系列實(shí)驗(yàn)”和“生產(chǎn)實(shí)習(xí)”這3門教學(xué)形式不同，內(nèi)容相近課程進(jìn)行的教學(xué)整合研究表明：在專業(yè)課程教學(xué)改革中，將課堂教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)整合為一個(gè)專業(yè)課程模塊，建立統(tǒng)一的課程體系，編寫涵蓋理論與實(shí)踐2方面內(nèi)容的教材，由一個(gè)課程組進(jìn)行連續(xù)穿插授課，這種整合教學(xué)模式是可行的，教學(xué)效果良好，同時(shí)又減少了授課學(xué)時(shí)數(shù)。

參考文獻(xiàn)

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[2] 汪凌.整合教學(xué)法：為了學(xué)生素質(zhì)的發(fā)展[J].全球教育展望，2007，36（10）：3-7.

[3] 張園.整合教學(xué)法在模擬電子技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用[J].科教文匯.2011.10（下）：58-59.

[4] 桂峰，孫靜亞，梁娟.“環(huán)境監(jiān)測(cè)”課程理論與實(shí)驗(yàn)教學(xué)整合初步研究[J].科教文匯，2010，12（下）：54，65.

篇9

【關(guān)鍵詞】數(shù)模轉(zhuǎn)換器 零點(diǎn)誤差 滿刻度誤差 積分非線性誤差 微分非線性誤差 電源電壓抑制比

1 概述

TLC5615是一款電壓輸出型的10位數(shù)模轉(zhuǎn)換器，帶有高阻態(tài)緩沖參考輸入端，輸出電壓是參考電壓的兩倍，單電源5V條件下工作，數(shù)字控制部分是由3線的串行總線組成，CMOS兼容端口很容易與標(biāo)準(zhǔn)的微處理器、微控制器配套使用。TLC5615接收16位數(shù)據(jù)字，產(chǎn)生模擬輸出信號(hào)。數(shù)字輸入端帶有施密特觸發(fā)器可防止噪聲干擾。數(shù)字通信協(xié)議包括SPITM、QSPITM、MicrowireTM標(biāo)準(zhǔn)。TLC5615內(nèi)部包括一個(gè)16位移位寄存器，上電復(fù)位模塊，10位DAC寄存器，數(shù)字控制邏輯模塊和跟蹤獲取模塊等幾部分。主要完成將16位串行數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，參考電壓為2.048V，電壓輸出模擬信號(hào)是參考電壓的2倍4.096V。

2 測(cè)試技術(shù)

半導(dǎo)體集成電路的測(cè)試是集成電路研制、生產(chǎn)過程中不可或缺的重要環(huán)節(jié)，通過對(duì)器件功能及靜態(tài)參數(shù)、動(dòng)態(tài)參數(shù)的測(cè)試，可以篩選出功能、性能不滿足要求的器件，以保證產(chǎn)品質(zhì)量。在電路的研制過程中通過對(duì)器件的測(cè)試，可以驗(yàn)證設(shè)計(jì)版圖的正確性，找出存在的問題，并為設(shè)計(jì)更改提供依據(jù)，也為工藝開發(fā)提供指導(dǎo)性意見。本電路屬于數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，測(cè)試難度大，測(cè)試方法復(fù)雜，主要包括功能測(cè)試、靜態(tài)參數(shù)測(cè)試、動(dòng)態(tài)參數(shù)測(cè)試，而靜態(tài)參數(shù)的測(cè)試是數(shù)模轉(zhuǎn)換電路測(cè)試的關(guān)鍵。目前國(guó)內(nèi)、國(guó)際上一些大型ATE測(cè)試設(shè)備均能實(shí)現(xiàn)數(shù)模轉(zhuǎn)換器電路的測(cè)試。下面以Teradyne公司的J750測(cè)試系統(tǒng)為平臺(tái)介紹一下TLC5615型數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的測(cè)試。

2.1 功能測(cè)試

功能測(cè)試是首先根據(jù)電路的工作原理編制系統(tǒng)可識(shí)別的二進(jìn)制的功能測(cè)試碼點(diǎn)，然后根據(jù)電路工作時(shí)序，通過J750測(cè)試系統(tǒng)對(duì)功能測(cè)試碼點(diǎn)進(jìn)行時(shí)序調(diào)制，再應(yīng)用J750測(cè)試系統(tǒng)上任意波形發(fā)生器模塊產(chǎn)生斜波信號(hào)施加到電路數(shù)據(jù)輸入端，通過電源模塊給電路電源施加電壓，通過電壓電流單元模塊給其它輸入端施加輸入信號(hào)，捕捉輸出的模擬信號(hào)，通過比較器與期望的模擬信號(hào)進(jìn)行比較，從而判定器件工作是否正常，實(shí)現(xiàn)器件的功能測(cè)試。工作時(shí)序如圖1所示。

2.2 靜態(tài)參數(shù)測(cè)試

本電路的靜態(tài)參數(shù)主要包括INL積分非線性誤差，DNL微分非線性誤差，EZS零點(diǎn)誤差、EG增益誤差和PSSR電源電壓抑制比。

2.2.1 獲得斜波曲線

首先是給DAC數(shù)字輸入端施加一個(gè)低頻率的“斜波臺(tái)階”信號(hào)，即從全0碼到全1碼，重復(fù)施加一定次數(shù)（比如8次，16次等）的某個(gè)輸入數(shù)碼后，再重復(fù)施加相同次數(shù)的下一個(gè)輸入數(shù)碼，最終形成一個(gè)比較均勻“寬度”的臺(tái)階數(shù)據(jù)信號(hào)；然后設(shè)置高精度數(shù)字化儀表的采樣速率與DAC轉(zhuǎn)換速率相等，運(yùn)行向量，使數(shù)字化儀表采集DAC每一個(gè)輸入數(shù)碼對(duì)應(yīng)的模擬輸出值，最后將數(shù)字化儀表存儲(chǔ)的數(shù)字量按比例因子轉(zhuǎn)換成實(shí)際的電壓值，得到的應(yīng)該是“斜波臺(tái)階”電壓數(shù)據(jù)，去除每個(gè)“臺(tái)階”兩端跳躍的、不穩(wěn)定的電壓值，將每個(gè)“臺(tái)階”中間的電壓值進(jìn)行平均，最終得到一條測(cè)試轉(zhuǎn)換曲線，如圖2所示，并由此計(jì)算出DAC的靜態(tài)參數(shù)值。

2.2.3 PSSR電源電壓抑制比的計(jì)算

PSSR電源電壓抑制比的計(jì)算是通過測(cè)試電源電壓在4.5V和5.5V時(shí)的零點(diǎn)誤差和滿刻度誤差計(jì)算出來的。即：

PSSRZS（零點(diǎn)）=EZS（VDD=5.5V）-EZS（VDD=4.5V）

PSSRFS（滿刻度點(diǎn)）=EG（VDD=5.5V）-EG（VDD=4.5V）

2.3 動(dòng)態(tài)參數(shù)測(cè)試

動(dòng)態(tài)參數(shù)主要包括信噪失真比和跟時(shí)序有關(guān)的交流的參數(shù)。

信噪失真比是指基波分量與噪聲及諧波分量總和的比值。該參數(shù)的測(cè)試是在輸入滿刻度碼的情況下，在參考輸入端施加1VPP+2.048DC幅值、1KHz頻率的正弦波信號(hào)，對(duì)模擬輸出的正弦波通過傅里葉變換，計(jì)算出信噪失真比。其他交直流參數(shù)的測(cè)試與數(shù)字電路測(cè)試原理和方法一致，這里不再贅述。

3 結(jié)束語

較詳細(xì)的介紹了一款電壓型10位數(shù)模轉(zhuǎn)換器電路在J750測(cè)試系統(tǒng)上的測(cè)試，重點(diǎn)研究了幾種靜態(tài)參數(shù)的測(cè)試和計(jì)算方法，為測(cè)試系統(tǒng)上數(shù)模轉(zhuǎn)換器電路的測(cè)試提供了參考方法。

參考文獻(xiàn)

[1]National Semiconductor Corporation All rights reserved，Nicholas “Nick” Gray，2004.

[2]Datasheet，Texas Instruments Incorporated，2000.

作者簡(jiǎn)介

于祥苓（1976-） ，女，遼寧省葫蘆島市人，蒙古族。大學(xué)本科學(xué)歷。現(xiàn)為中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十七研究所高級(jí)工程師。主要從事集成電路測(cè)試技術(shù)研究。

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關(guān)鍵詞： 集成電路測(cè)試； 自動(dòng)測(cè)試設(shè)備； 測(cè)試向量； 向量生成

中圖分類號(hào)： TN964?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2014）06?0122?03

Analysis of IC test principle and vector generation method

集成電路測(cè)試（IC測(cè)試）主要的目的是將合格的芯片與不合格的芯片區(qū)分開，保證產(chǎn)品的質(zhì)量與可靠性。隨著集成電路的飛速發(fā)展，其規(guī)模越來越大，對(duì)電路的質(zhì)量與可靠性要求進(jìn)一步提高，集成電路的測(cè)試方法也變得越來越困難。因此，研究和發(fā)展IC測(cè)試，有著重要的意義。而測(cè)試向量作為IC測(cè)試中的重要部分，研究其生成方法也日漸重要。

1 IC測(cè)試

1.1 IC測(cè)試原理

IC測(cè)試是指依據(jù)被測(cè)器件（DUT）特點(diǎn)和功能，給DUT提供測(cè)試激勵(lì)（X），通過測(cè)量DUT輸出響應(yīng)（Y）與期望輸出做比較，從而判斷DUT是否符合格。圖1所示為IC測(cè)試的基本原理模型。

根據(jù)器件類型，IC測(cè)試可以分為數(shù)字電路測(cè)試、模擬電路測(cè)試和混合電路測(cè)試。數(shù)字電路測(cè)試是IC測(cè)試的基礎(chǔ)，除少數(shù)純模擬IC如運(yùn)算放大器、電壓比較器、模擬開關(guān)等之外，現(xiàn)代電子系統(tǒng)中使用的大部分IC都包含有數(shù)字信號(hào)。

數(shù)字IC測(cè)試一般有直流測(cè)試、交流測(cè)試和功能測(cè)試。

1.2 功能測(cè)試

功能測(cè)試用于驗(yàn)證IC是否能完成設(shè)計(jì)所預(yù)期的工作或功能。功能測(cè)試是數(shù)字電路測(cè)試的根本，它模擬IC的實(shí)際工作狀態(tài)，輸入一系列有序或隨機(jī)組合的測(cè)試圖形，以電路規(guī)定的速率作用于被測(cè)器件，再在電路輸出端檢測(cè)輸出信號(hào)是否與預(yù)期圖形數(shù)據(jù)相符，以此判別電路功能是否正常。其關(guān)注的重點(diǎn)是圖形產(chǎn)生的速率、邊沿定時(shí)控制、輸入/輸出控制及屏蔽選擇等[1]。

功能測(cè)試分靜態(tài)功能測(cè)試和動(dòng)態(tài)功能測(cè)試。靜態(tài)功能測(cè)試一般是按真值表的方法，發(fā)現(xiàn)固定型（Stuck?at）故障[2]。動(dòng)態(tài)功能測(cè)試則以接近電路工作頻率的速度進(jìn)行測(cè)試，其目的是在接近或高于器件實(shí)際工作頻率的情況下，驗(yàn)證器件的功能和性能。

功能測(cè)試一般在ATE（Automatic Test Equipment）上進(jìn)行，ATE測(cè)試可以根據(jù)器件在設(shè)計(jì)階段的模擬仿真波形，提供具有復(fù)雜時(shí)序的測(cè)試激勵(lì)，并對(duì)器件的輸出進(jìn)行實(shí)時(shí)的采樣、比較和判斷。

1.3 交流參數(shù)測(cè)試

交流（AC）參數(shù)測(cè)試是以時(shí)間為單位驗(yàn)證與時(shí)間相關(guān)的參數(shù)，實(shí)際上是對(duì)電路工作時(shí)的時(shí)間關(guān)系進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量諸如工作頻率、輸入信號(hào)輸出信號(hào)隨時(shí)間的變化關(guān)系等。常見的測(cè)量參數(shù)有上升和下降時(shí)間、傳輸延遲、建立和保持時(shí)間以及存儲(chǔ)時(shí)間等。交流參數(shù)最關(guān)注的是最大測(cè)試速率和重復(fù)性能，然后為準(zhǔn)確度。

1.4 直流參數(shù)測(cè)試

直流測(cè)試是基于歐姆定律的，用來確定器件參數(shù)的穩(wěn)態(tài)測(cè)試方法。它是以電壓或電流的形式驗(yàn)證電氣參數(shù)。直流參數(shù)測(cè)試包括：接觸測(cè)試、漏電流測(cè)試、轉(zhuǎn)換電平測(cè)試、輸出電平測(cè)試、電源消耗測(cè)試等。

直流測(cè)試常用的測(cè)試方法有加壓測(cè)流（FVMI）和加流測(cè)壓（FIMV）[3]，測(cè)試時(shí)主要考慮測(cè)試準(zhǔn)確度和測(cè)試效率。通過直流測(cè)試可以判明電路的質(zhì)量。如通過接觸測(cè)試判別IC引腳的開路/短路情況、通過漏電測(cè)試可以從某方面反映電路的工藝質(zhì)量、通過轉(zhuǎn)換電平測(cè)試驗(yàn)證電路的驅(qū)動(dòng)能力和抗噪聲能力。

直流測(cè)試是IC測(cè)試的基礎(chǔ)，是檢測(cè)電路性能和可靠性的基本判別手段。

1.5 ATE測(cè)試平臺(tái)

ATE（Automatic Test Equipment）是自動(dòng)測(cè)試設(shè)備，它是一個(gè)集成電路測(cè)試系統(tǒng)，用來進(jìn)行IC測(cè)試。一般包括計(jì)算機(jī)和軟件系統(tǒng)、系統(tǒng)總線控制系統(tǒng)、圖形存儲(chǔ)器、圖形控制器、定時(shí)發(fā)生器、精密測(cè)量單元（PMU）、可編程電源和測(cè)試臺(tái)等。

系統(tǒng)控制總線提供測(cè)試系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)接口卡的連接。圖形控制器用來控制測(cè)試圖形的順序流向，是數(shù)字測(cè)試系統(tǒng)的CPU。它可以提供DUT所需電源、圖形、周期和時(shí)序、驅(qū)動(dòng)電平等信息。

2 測(cè)試向量及其生成

測(cè)試向量（Test Vector）的一個(gè)基本定義是：測(cè)試向量是每個(gè)時(shí)鐘周期應(yīng)用于器件管腳的用于測(cè)試或者操作的邏輯1和邏輯0數(shù)據(jù)。這一定義聽起來似乎很簡(jiǎn)單，但在真實(shí)應(yīng)用中則復(fù)雜得多。因?yàn)檫壿?和邏輯0是由帶定時(shí)特性和電平特性的波形代表的，與波形形狀、脈沖寬度、脈沖邊緣或斜率以及上升沿和下降沿的位置都有關(guān)系。

2.1 ATE測(cè)試向量

在ATE語言中，其測(cè)試向量包含了輸入激勵(lì)和預(yù)期存儲(chǔ)響應(yīng)，通過把兩者結(jié)合形成ATE的測(cè)試圖形。這些圖形在ATE中是通過系統(tǒng)時(shí)鐘上升和下降沿、器件管腳對(duì)建立時(shí)間和保持時(shí)間的要求和一定的格式化方式來表示的。格式化方式一般有RZ（歸零）、RO（歸1）、NRZ（非歸零）和NRZI（非歸零反）等[4]。

圖2為RZ和R1格式化波形，圖3為NRZ和NRZI格式化波形。

RZ數(shù)據(jù)格式，在系統(tǒng)時(shí)鐘的起始時(shí)間T0，RZ測(cè)試波形保持為“0”，如果在該時(shí)鐘周期圖形存儲(chǔ)器輸出圖形數(shù)據(jù)為“1”，則在該周期的時(shí)鐘周期期間，RZ測(cè)試波形由“0”變換到“1”，時(shí)鐘結(jié)束時(shí)，RZ測(cè)試波形回到“0”。若該時(shí)鐘周期圖形存儲(chǔ)器輸出圖形數(shù)據(jù)為“0”，則RZ測(cè)試波形一直保持為“0”，在時(shí)鐘信號(hào)周期內(nèi)不再發(fā)生變化。歸“1”格式（R1）與RZ相反。

非歸“0”（NRZ）數(shù)據(jù)格式，在系統(tǒng)時(shí)鐘起始時(shí)間T0，NRZ測(cè)試波形保持T0前的波形，根據(jù)本時(shí)鐘周期圖形文件存儲(chǔ)的圖形數(shù)據(jù)在時(shí)鐘的信號(hào)沿變化。即若圖形文件存儲(chǔ)數(shù)據(jù)為“1”，那么在相應(yīng)時(shí)鐘邊沿，波形則變化為“1”。NRZI波形是NRZ波形的反相。

在ATE中，通過測(cè)試程序?qū)r(shí)鐘周期、時(shí)鐘前沿、時(shí)鐘后沿和采樣時(shí)間的定義，結(jié)合圖形文件中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，形成實(shí)際測(cè)試時(shí)所需的測(cè)試向量。

ATE測(cè)試向量與EDA設(shè)計(jì)仿真向量不同，而且不同的ATE，其向量格式也不盡相同。以JC?3165型ATE為例，其向量格式如圖4所示。

ATE向量信息以一定格式的文件保存，JC?3165向量文件為 *.MDC文件。在ATE測(cè)試中，需將*.MDC文件通過圖形文件編譯器，編譯成測(cè)試程序可識(shí)別的*.MPD文件。在測(cè)試程序中，通過裝載圖形命令裝載到程序中。

圖4 ATE測(cè)試向量格式

2.2 ATE測(cè)試向量的生成

對(duì)簡(jiǎn)單的集成電路，如門電路，其ATE測(cè)試向量一般可以按照ATE向量格式手工完成。而對(duì)于一些集成度高，功能復(fù)雜的IC，其向量數(shù)據(jù)龐大，一般不可能依據(jù)其邏輯關(guān)系直接寫出所需測(cè)試向量，因此，有必要探尋一種方便可行的方法，完成ATE向量的生成。

在IC設(shè)計(jì)制造產(chǎn)業(yè)中，設(shè)計(jì)、驗(yàn)證和仿真是不可分離的。其ATE測(cè)試向量生成的一種方法是，從基于EDA工具的仿真向量（包含輸入信號(hào)和期望的輸出），經(jīng)過優(yōu)化和轉(zhuǎn)換，形成ATE格式的測(cè)試向量。

依此，可以建立一種向量生成方法。利用EDA工具建立器件模型，通過建立一個(gè)Test bench仿真驗(yàn)證平臺(tái)，對(duì)其提供測(cè)試激勵(lì)，進(jìn)行仿真，驗(yàn)證仿真結(jié)果，將輸入激勵(lì)和輸出響應(yīng)存儲(chǔ)，按照ATE向量格式，生成ATE向量文件。其原理如圖5所示。

2.3 測(cè)試平臺(tái)的建立

（1） DUT模型的建立

① 164245模型：在Modelsim工具下用Verilog HDL語言[5]，建立164245模型。164245是一個(gè)雙8位雙向電平轉(zhuǎn)換器，有4個(gè)輸入控制端：1DIR，1OE，2DIR，2OE；4組8位雙向端口：② 緩沖器模型：建立一個(gè)8位緩沖器模型，用來做Test bench與164245之間的數(shù)據(jù)緩沖，通過在Test bench總調(diào)用緩沖器模塊，解決Test bench與164245模型之間的數(shù)據(jù)輸入問題。

（2） Test bench的建立

依據(jù)器件功能，建立Test bench平臺(tái)，用來輸入仿真向量。

通過Test bench 提供測(cè)試激勵(lì)，經(jīng)過緩沖區(qū)接口送入DUT，觀察DUT輸出響應(yīng)，如果滿足器件功能要求，則存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，經(jīng)過處理按照ATE圖形文件格式產(chǎn)生*.MDC文件；若輸出響應(yīng)有誤，則返回Test bench 和DUT模型進(jìn)行修正。其原理框圖可表示如圖6所示。

（3） 仿真和驗(yàn)證

通過Test bench 給予相應(yīng)的測(cè)試激勵(lì)進(jìn)行仿真，得到預(yù)期的結(jié)果，實(shí)現(xiàn)了器件功能仿真，并獲得了測(cè)試圖形。圖7和圖8為部分仿真結(jié)果。

在JC?3165的*.MDC圖形文件中，對(duì)輸入引腳，用“1”和“0”表示高低電平；對(duì)輸出引腳，用“H”和“L”表示高低電平；“X”則表示不關(guān)心狀態(tài)。由于在仿真時(shí)，輸出也是“0”和“1”，因此在驗(yàn)證結(jié)果正確后，對(duì)輸出結(jié)果進(jìn)行了處理，分別將“0”和“1”轉(zhuǎn)換為“L”和“H”，然后放到存儲(chǔ)其中，最后生成*.MDC圖形文件。

3 結(jié) 論

本文在Modelsim環(huán)境下，通過Verilog HDL語言建立一個(gè)器件模型，搭建一個(gè)驗(yàn)證仿真平臺(tái)，對(duì)164245進(jìn)行了仿真，驗(yàn)證了164245的功能，同時(shí)得到了ATE所需的圖形文件，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期所要完成的任務(wù)。

隨著集成電路的發(fā)展，芯片設(shè)計(jì)水平的不斷提高，功能越來越復(fù)雜，測(cè)試圖形文件也將相當(dāng)復(fù)雜且巨大，編寫出全面、有效，且基本覆蓋芯片大多數(shù)功能的測(cè)試圖形文件逐漸成為一種挑戰(zhàn)，在ATE上實(shí)現(xiàn)測(cè)試圖形自動(dòng)生成已不可能。因此，有必要尋找一種能在EDA工具和ATE測(cè)試平臺(tái)之間的一種靈活通訊的方法。

目前常用的一種方法是，通過提取EDA工具產(chǎn)生的VCD仿真文件中的信息，轉(zhuǎn)換為ATE測(cè)試平臺(tái)所需的測(cè)試圖形文件[6]，這需要對(duì)VCD文件有一定的了解，也是進(jìn)一步的工作。

參考文獻(xiàn)

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