集成电路设计与工艺范文
时间：2023-12-05 17:55:37
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篇1
关键词：集成电路工艺原理；教学内容；教学方法
作者简介：汤乃云（1976-），女，江苏盐城人，上海电力学院电子科学与技术系，副教授。（上海?200090）
基金项目：本文系上海自然科学基金（B10ZR1412400）、上海市科技创新行动计划地方院校能力建设项目（10110502200）资助的研究成果。
中图分类号：G642.0?????文献标识码：A?????文章编号：1007-0079（2012）29-0046-01
微电子产业的快速发展急需大量的高质量集成电路人才。优秀的集成电路设计工程师需要具备一定工艺基础，集成电路工艺设计和操作人员更需要熟悉工艺原理及技术，以便获得性能优越、良率高的集成电路芯片。因此“集成电路工艺原理”是微电子专业、电子科学与技术专业和其他相关专业一门重要的专业课程，其主要内容是介绍VLSI制造的主要工艺方法与原理，培养学生掌握半导体关键工艺方法及其原理，熟悉集成电路芯片制作的工艺流程，并具有一定工艺设计及分析、解决工艺问题的能力。课程的实践性、技术性很强，需要大量的实践课程作为补充。但是超大规模集成电路的制造设备价格昂贵，环境条件要求苛刻，运转与维护费用很大，国内仅有几所大学拥有供科研、教学用的集成电路工艺线或工艺试验线，很多高校开设的实验课程仅为最基本的半导体平面工艺实验，仅可以实现氧化、扩散、光刻和淀积等单步工艺，而部分学校仅能开设工艺原理理论课程。所以，如何在理论教学的模式下，理论联系实践、提高教学质量，通过课程建设和教学改革，改善集成电路工艺原理课程的教学效果是必要的。如何利用多种可能的方法开展工艺实验的教学、加强对本专业学生科学实验能力和实际工作能力以及专业素质的培养、提高微电子工艺课程的教学质量，是教师所面临的紧迫问题。
一、循序渐进，有增有减，科学安排教学内容
1.选择优秀教材
集成电路的复杂性一直以指数增长的速度不断增加，同时国内的集成电路工艺技术与发达国家和地区差距较大，故首先考虑选用引进的优秀国外教材。本课程首选教材是国外电子与通信教材系列中美国James D.Plummer著的《硅超大规模集成电路工艺技术—理论、实践与模型》中文翻译本。这本教材的内容丰富、全面介绍了集成电路制造过程中的各工艺步骤；同时技术先进，该书包含了集成电路工艺中一些前沿技术，如用于亚0.125μm工艺的最新技术、浅槽隔离以及双大马士革等工艺。另外，该书与其他硅集成电路工艺技术的教科书相比，具有显著的两个优点：其一是在书中第一章就介绍了一个完整的工艺过程。在教学过程中，一开始就对整个芯片的全部制造过程进行全面的介绍，有且与学生正确建立有关后续章节中将要讨论的各个不同的特定工艺步骤之间的相互联系；其二是贯穿全书的从实际工艺中提取的“活性”成分及工艺设计模拟实例。这些模拟实例有助于清楚地显示如氧化层的生长过程、掺杂剂的浓度分布情况或薄膜淀积的厚度等工艺参数随着时间推进的发展变化，有助于学生真正认识和理解各种不同工艺步骤之间极其复杂的相互作用和影响。同时通过对这些模拟工具的学习和使用，有助于理论联系实际，提高实践教学效果。因而本教材是一本全面、先进和可读性强的专业书籍。
2.科学安排教学内容
如前所述，本课程的目的是使学生掌握半导体芯片制造的工艺和基本原理，并具有一定的工艺设计和分析能力。本课程仅32学时，而教材分11章，共602页，所以课堂授课内容需要精心选择。一方面，选择性地使用教材内容。对非关键工艺，如第1章的半导体器件，如PN二极管、双极型晶体管等知识已经在前续基础课程“半导体物理2”和“半导体器件3”中详细介绍，所以在课堂上不进行讲授。另一方面，合理安排教材内容的讲授次序。教材在讲授晶片清洗后即进入光刻内容，考虑工艺流程的顺序进行教学更有利于学生理解，没有按照教条的章节顺序，教学内容改变为按照清洗、氧化、扩散、离子注入、光刻、薄膜淀积、刻蚀、后端工艺、工艺集成等顺序进行。
另一方面，关注集成电路工艺的最新进展，及时将目前先进、主流的工艺技术融入课程教学中，如在课堂教学中介绍INTEL公司即将投产的采用了22nm工艺的代号为“Ivy Bridge”的处理器等。同时，积极邀请企业工程师或专家开展专题报告，将课程教学和行业工艺技术紧密结合，提高学生的积极性及主动性，提高教学效果。
3.引导自主学习
半导体产业正飞速发展，需要随时跟踪集成电路制造工艺的发展动态、技术前沿以及遇到的挑战，给学生布置若干集成电路工艺发展前沿与技术动态相关的专题，让学生自行查阅、整理资料，每一专题选派同学在课堂上给大家讲解。例如，在第一章讲解集成电路工艺发展历史时，要求同学前往国际半导体产业规划网站，阅读最新年份的国际半导体技术发展路线图，完成如最小特征指标、工作电压等相关技术指数的整理并作图说明发展趋势等。这样一方面激发了学生的求知欲，另一方面培养学生自我学习提高专业知识的能力。
二、丰富教学手段，进行多样化、形象化教学
篇2
【关键词】集成电路；EDA；项目化
0 前言
21世纪是信息时代，信息社会的快速发展对集成电路设计人才的需求激增。我国高校开设集成电路设计课程的相关专业，每年毕业的人数远远满足不了市场的需求，因此加大相关专业人才的培养力度是各大高校的当务之急。针对这种市场需求，我校电子信息工程专业电子方向致力于培养基础知识扎实，工程实践动手能力强的集成电路设计人才[1]。
针对集成电路设计课程体系，进行课程教学改革。教学改革的核心是教学课程体系的改革，包括理论教学内容改革和实践教学环节改革，旨在改进教学方法，提高教学质量，现已做了大量的实际工作，取得了一定的教学成效。改革以集成电路设计流程为主线，通过对主流集成电路开发工具Tanner Pro EDA设计工具的学习和使用，让学生掌握现代设计思想和方法，理论与实践并重，熟悉从系统建模到芯片版图设计的全过程，培养学生具备从简单的电路设计到复杂电子系统设计的能力，具备进行集成电路设计的基本专业知识和技能。
1 理论教学内容的改革
集成电路设计课程的主要内容包括半导体材料、半导体制造工艺、半导体器件原理、模拟电路设计、数字电路设计、版图设计及Tanner EDA工具等内容，涉及到集成电路从选材到制造的不同阶段。传统的理论课程教学方式，以教师讲解为主，板书教学，但由于课程所具有的独特性，在介绍半导体材料和半导体工艺时，主要靠教师的描述，不直观形象，因此引进计算机辅助教学。计算机辅助教学是对传统教学的补充和完善，以多媒体教学为主，结合板书教学，以图片形式展现各种形态的半导体材料，以动画的形式播放集成电路的制造工艺流程，每一种基本电路结构都给出其典型的版图照片，使学生对集成电路建立直观的感性认识，充分激发教师和学生在教学活动中的主动性和互动性，提高教学效率和教学质量。
2 实践教学内容的改革
实践教学的目的是依托主流的集成电路设计实验平台，让学生初步掌握集成电路设计流程和基本的集成电路设计能力，为今后走上工作岗位打下坚实的基础。传统的教学方式是老师提前编好实验指导书，学生按照实验指导书的要求，一步步来完成实验。传统的实验方式不能很好调动学生的积极性，再加上考核方式比较单一，学生对集成电路设计的概念和流程比较模糊，为了打破这种局面，实践环节采用与企业密切相关的工程项目来完成。项目化实践环节可以充分发挥学生的主动性，使学生能够积极参与到教学当中，从而更好的完成教学目标，同时也能够增强学生的工程意识和合作意识。
实践环节选取CMOS带隙基准电压源作为本次实践教学的项目。该项目来源于企业，是数模转换器和模数转换器的一个重要的组成模块。本项目从电路设计、电路仿真、版图设计、版图验证等流程对学生做全面的训练，使学生对集成电路设计流程有深刻的认识。学生要理解CMOS带隙基准电压源的原理，参与到整个设计过程中，对整个电路进行仿真测试，验证其功能的正确性，然后进行各个元件的设计及布局布线，最后对版图进行了规则检查和一致性检查，完成整个电路的版图设计和版图原理图比对，生成GDS II文件用于后续流片[2]。
CMOS带隙基准电压源设计项目可分为四个部分启动电路、提供偏置电路、运算放大器和带隙基准的核心电路部分。电路设计可由以下步骤来完成：
1）子功能块电路设计及仿真；
2）整体电路参数调整及优化；
3）基本元器件NMOS/PMOS的版图；
4）基本单元与电路的版图；
5）子功能块版图设计和整体版图设计；
6）电路设计与版图设计比对。
在整个项目化教学过程，参照企业项目合作模式将学生分为4个项目小组，每个小组完成一部分电路设计及版图设计，每个小组推选一名专业能力较强且具有一定组织能力的同学担任组长对小组进行管理。这样做可以在培养学生设计能力的同时，加强学生的团队合作意识。在整个项目设计过程中，以学生探索和讨论为主，教师起引导作用，给学生合理的建议，引导学生找出解决问题的方法。项目完成后，根据项目实施情况对学生进行考核，实现应用型人才培养的目标。
3 教学改革效果与创新
理论教学改革采用计算机辅助教学，以多媒体教学为主，结合板书教学，对集成电路材料和工艺有直观感性的认识，学生的课堂效率明显提高，课堂气氛活跃，师生互动融洽。实践环节改革通过项目化教学方式，学生对该课程的学习兴趣明显提高，设计目标明确，在设计过程中学会了查找文献资料，学会与人交流，沟通的能力也得到提高。同时项目化教学方式使学生对集成电路的设计特点及设计流程有了整体的认识和把握，对元件的版图设计流程有了一定的认识。学生已经初步掌握了集成电路的设计方法，但要达到较高的设计水平，设计出性能良好的器件，还需要在以后的工作中不断总结经验[3]。
4 存在问题及今后改进方向
集成电路设计课程改革虽然取得了一定的成果，但仍存在一些问题：由于微电子技术发展速度很快，最新的行业技术在课堂教学中体现较少；学生实践能力不高，动手能力不强。
针对上述问题，我们提出如下解决方法：
1）在课堂教学中及时引进行业最新发展趋势和（下转第220页）（上接第235页）技术，使学生能够及时接触到行业前沿知识，增加与企业的合作；
2）加大实验室开放力度，建立一个开放的实验室供学生在课余时间自由使用，为学生提供实践机会，并且鼓励能力较强的学生参与到教师研项目当中。
【参考文献】
[1]段吉海.“半导体集成电路”课程建设与教学实践[J].电气电子教学学报，2007，05（29）.
篇3
关键词：电子科学与技术；实验教学体系；微电子人才
作者简介：周远明（1984-），男，湖北仙桃人，湖北工业大学电气与电子工程学院，讲师；梅菲（1980-），女，湖北武汉人，湖北工业大学电气与电子工程学院，副教授。（湖北 武汉 430068）
中图分类号：G642.423 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）29-0089-02
电子科学与技术是一个理论和应用性都很强的专业，因此人才培养必须坚持“理论联系实际”的原则。专业实验教学是培养学生实践能力和创新能力的重要教学环节，对于学生综合素质的培养具有不可替代的作用，是高等学校培养人才这一系统工程中的一个重要环节。[1，2]
一、学科背景及问题分析
1.学科背景
21世纪被称为信息时代，信息科学的基础是微电子技术，它属于教育部本科专业目录中的一级学科“电子科学与技术”。微电子技术一般是指以集成电路技术为代表，制造和使用微小型电子元器件和电路，实现电子系统功能的新型技术学科，主要涉及研究集成电路的设计、制造、封装相关的技术与工艺。[3]由于实现信息化的网络、计算机和各种电子设备的基础是集成电路，因此微电子技术是电子信息技术的核心技术和战略性技术，是信息社会的基石。此外，从地方发展来看，武汉东湖高新区正在全力推进国家光电子信息产业基地建设，形成了以光通信、移动通信为主导，激光、光电显示、光伏及半导体照明、集成电路等竞相发展的产业格局，电子信息产业在湖北省经济建设中的地位日益突出，而区域经济发展对人才的素质也提出了更高的要求。
湖北工业大学电子科学与技术专业成立于2007年，完全适应国家、地区经济和产业发展过程中对人才的需求，建设专业方向为微电子技术，毕业生可以从事电子元器件、集成电路和光电子器件、系统（激光器、太能电池、发光二极管等）的设计、制造、封装、测试以及相应的新产品、新技术、新工艺的研究与开发等相关工作。电子科学与技术专业自成立以来，始终坚持以微电子产业的人才需求为牵引，遵循微电子科学的内在客观规律和发展脉络，坚持理论教学与实验教学紧密结合，致力于培养基础扎实、知识面广、实践能力强、综合素质高的微电子专门人才，以满足我国国民经济发展和国防建设对微电子人才的迫切需求。
2.存在的问题与影响分析
电子科学与技术是一个理论和应用性都很强的专业，因此培养创新型和实用型人才必须坚持“理论联系实际”的原则。要想培养合格的应用型人才，就必须建设配套的实验教学平台。然而目前人才培养有“产学研”脱节的趋势，学生参与实践活动不论是在时间上还是在空间上都较少。建立完善的专业实验教学体系是电子科学与技术专业可持续发展的客观前提。
二、建设思路
电子科学与技术专业实验教学体系包括基础课程实验平台和专业课程实验平台。基础课程实验平台主要包括大学物理实验、电子实验和计算机类实验；专业课程实验平台即微电子实验中心，是本文要重点介绍的部分。在实验教学体系探索过程中重点考虑到以下几个方面的问题：
第一，突出“厚基础、宽口径、重应用、强创新”的微电子人才培养理念。微电子人才既要求具备扎实的理论基础（包括基础物理、固体物理、器件物理、集成电路设计、微电子工艺原理等），又要求具有较宽广的系统知识（包括计算机、通信、信息处理等基础知识），同时还要具备较强的实践创新能力。因此微电子实验教学环节强调基础理论与实践能力的紧密结合，同时兼顾本学科实践能力与创新能力的协同训练，将培养具有创新能力和竞争力的高素质人才作为实验教学改革的目标。
第二，构建科学合理的微电子实验教学体系，将“物理实验”、“计算机类实验”、“专业基础实验”、“微电子工艺”、“光电子器件”、“半导体器件课程设计”、“集成电路课程设计”、“微电子专业实验”、“集成电路专业实验”、“生产实习”和“毕业设计”等实验实践环节紧密结合，相互贯通，有机衔接，搭建以提高实践应用能力和创新能力为主体的“基本实验技能训练实践应用能力训练创新能力训练”实践教学体系。
第三，兼顾半导体工艺与集成电路设计对人才的不同要求。半导体的产业链涉及到设计、材料、工艺、封装、测试等不同领域，各个领域对人才的要求既有共性，也有个性。为了扩展大学生知识和技能的适应范围，实验教学必须涵盖微电子技术的主要方面，特别是目前人才需求最为迫切的集成电路设计和半导体工艺两个领域。
第四，实验教学与科学研究紧密结合，推动实验教学的内容和形式与国内外科技同步发展。倡导教学与科研协调发展，教研相长，鼓励教师将科研成果及时融化到教学内容之中，以此提升实验教学质量。
三、建设内容
微电子是现代电子信息产业的基石，是我国高新技术发展的重中之重，但我国微电子技术人才紧缺，尤其是集成电路相关人才严重不足，培养高质量的微电子技术人才是我国现代化建设的迫切需要。微电子学科实践性强，培养的人才需要具备相关的测试分析技能和半导体器件、集成电路的设计、制造等综合性的实践能力及创新意识。
电子科学与技术专业将利用经费支持建设一个微电子实验教学中心，具体包括四个教学实验室：半导体材料特性与微电子技术工艺参数测试分析实验室、微电子器件和集成电路性能参数测试与应用实验室、集成电路设计实验室、科技创新实践实验室。使学生具备半导体材料特性与微电子技术工艺参数测试分析、微电子器件、光电器件参数测试与应用、集成电路设计、LED封装测试等方面的实践动手和设计能力，巩固和强化现代微电子技术和集成电路设计相关知识，提升学生在微电子技术领域的竞争力，培养学生具备半导体材料、器件、集成电路等基本物理与电学属性的测试分析能力。同时，本实验平台主要服务的本科专业为“电子科学与技术”，同时可以承担“通信工程”、“电子信息工程”、“计算机科学与技术”、“电子信息科学与技术”、“材料科学与工程”、“光信息科学与技术”等10余个本科专业的部分实践教学任务。
（1）半导体材料特性与微电子技术工艺参数测试分析实验室侧重于半导体材料基本属性的测试与分析方法，目的是加深学生对半导体基本理论的理解，掌握相关的测试方法与技能，包括半导体材料层错位错观测、半导体材料电阻率的四探针法测量及其EXCEL数据处理、半导体材料的霍尔效应测试、半导体少数载流子寿命测量、高频MOS C-V特性测试、PN结显示与结深测量、椭偏法测量薄膜厚度、PN结正向压降温度特性实验等实验项目。完成形式包括半导体专业实验课、理论课程的实验课时等。
（2）微电子器件和集成电路性能参数测试与应用实验室侧重于半导体器件与集成电路基本特性、微电子工艺参数等的测试与分析方法，目的是加深学生对半导体基本理论、器件参数与性能、工艺等的理解，掌握相关的技能，包括器件解剖分析、用图示仪测量晶体管的交（直）流参数、MOS场效应管参数的测量、晶体管参数的测量、集成运算放大器参数的测试、晶体管特征频率的测量、半导体器件实验、光伏效应实验、光电导实验、光电探测原理综合实验、光电倍增管综合实验、LD/LED光源特性实验、半导体激光器实验、电光调制实验、声光调制实验等实验项目。完成形式包括半导体专业实验课、理论课程的实验课时、课程设计、创新实践、毕业设计等。
（3）集成电路设计实验室侧重于培养学生初步掌握集成电路设计的硬件描述语言、Cadence等典型的器件与电路及工艺设计软件的使用方法、设计流程等，并通过半导体器件、模拟集成电路、数字集成电路的仿真、验证和版图设计等实践过程具备集成电路设计的能力，目的是培养学生半导体器件、集成电路的设计能力。以美国Cadence公司专业集成电路设计软件为载体，完成集成电路的电路设计、版图设计、工艺设计等训练课程。完成形式包括理论课程的实验课时、集成电路设计类课程和理论课程的上机实践等。
（4）科技创新实践实验室则向学生提供发挥他们才智的空间，为他们提供验证和实现自由命题或进行科研的软硬件条件，充分发挥他们的想象力，目的是培养学生的创新意识与能力，包括LED封装、测试与设计应用实训和光电技术创新实训。要求学生自己动手完成所设计器件或电路的研制并通过测试分析，制造出满足指标要求的器件或电路。目的是对学生进行理论联系实际的系统训练，加深对所需知识的接收与理解，初步掌握半导体器件与集成电路的设计方法和对工艺技术及流程的认知与感知。完成形式包括理论课程的实验课时、创新实践环节、生产实践、毕业设计、参与教师科研课题和国家级、省级和校级的各类科技竞赛及课外科技学术活动等。
四、总结
本实验室以我国微电子科学与技术的人才需求为指引，遵循微电子科学的发展规律，通过实验教学来促进理论联系实际，培养学生的科学思维和创新意识，系统了解与掌握半导体材料、器件、集成电路的测试分析和半导体器件、集成电路的设计、工艺技术等技能，最终实现培养基础扎实、知识面宽、实践能力强、综合素质高、适应范围广的具有较强竞争力的微电子专门人才的目标，以满足我国国民经济发展和国防建设对微电子人才的迫切需求。
参考文献：
[1]刘瑞，伍登学.创建培养微电子人才教学实验基地的探索与实践[J].实验室研究与探索，2004，（5）：6-9.
篇4
关键词：电子科学与技术；集成电路设计；平台建设；IC产业
中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）08-0270-03
国家教育部于2007年正式启动了高等学校本科教学质量与教学改革工程（简称“质量工程”），其建设的重要内容之一就是使高校培养的理工科学生具有较强的实践动手能力，更好地适应社会和市场的需求[1]。为此，我校作为全国独立学院理事单位于2007年6月通过了ISO2000：9001质量管理体系认证[2]，同时确立了“质量立校、人才强校、文化兴校”三大核心战略，深入推进内涵式发展，全面提高人才培养质量。对于质量工程采取了多方面多角度的措施：加强教学改革项目工程；鼓励参加校内学生创新项目立项，（大学生创新基金项目）；积极参加国家、省级等电子设计大赛；有针对性地对人才培养方案进行大幅度的调整，增大课程实验学时，实验学时占课程的比例从原来的15%提高到25%以上，并且对实验项目作了改进，提高综合性和设计性实验的比重；同时增加专业实践课程，强调学生的应用能力和创新能力；课程和毕业设计更注重选题来源，题目比以前具有更强的针对性，面向专业，面向本地就业市场。不仅如此，学院还建立了创业孵化中心、建立了实验中心等。通过这些有效的措施，努力提高学生的综合素质、创新和应用能力。除了学校对电子信息类专业整体进行统筹规划和建设外，各个二级学院都以“质量工程”建设为出发点和立足点，从专业工程的角度出发，努力探索各个专业新的发展思路和方向。由于集成电路设计是高校电子科学与技术、微电子学等相关专业的主要方向，因此与之相关的课程和平台建设成为该专业工程探索的重点。通过对当前国内外高校该专业方向培养方案分析，设置的课程主要强调模拟/数字电路方向，相应的课程体系为此服务，人才培养方案设置与之相对应的理论和实践教学体系；同时建立相应的实习、实践教学平台。由此，依据电子科学与技术专业的特点，结合本专业学生的层次和专业面向，同时依据本地的人才需求深度和广度，对以往的人才培养方案进行革新，建立面向中山IC产业的集成电路设计专业应用型的设计平台。另外，从课程体系出发，强化IC设计的模拟集成电路后端版图设计和验证，使学生在实践教学环节中得到实际的训练。通过这些改革既可有效地帮助学生迅速融入IC设计业，也为进入IC制造行业提高层次到新高度。
一、软件设计平台在集成电路设计业的重要性
自从1998年高等学校扩大招生以来，高校规模发展很快，在校大学生的人数比十五年前增长了10倍。高校的基础设施和设备的投入呈现不断增长的趋势，学校的办学条件不断改善，同时，各个高校对实验室的建设也在持续增大，然而在实验室建设的过程中，尽管投入的资金量在不断增大，但出现的现象是重视专业仪器和设备的投入，忽视专业设计软件的购置，这可能是由于长期以来形成的重有形实体、轻无形设计软件，然而这种意识给专业发展必将带来不利影响。对于IC专业来说，该专业主要面向集成电路的生产、测试和设计，其中集成电路设计业是最具活力、最有增长效率的一块，即使是在国际金融危机的2009年，中国的IC设计业不仅没有像半导体行业那样同比下降10%，反而逆势增长9.1%；在2010年，国际金融危机刚刚缓和，中国IC设计业的同比增速又快速攀升到45%；2011年全行业销售额为624.37亿元，2012年比2012年增长8.98%达到680.45亿元，集成电路行业不仅增长速度快，发展前景好，而且可以满足更多的高校学生就业和创业。为了满足IC设计行业的要求，必须建设该行业需求的集成电路软件设计平台。众所周知集成电路行业制造成本相对较高，这就要求设计人员在设计电路产品时尽量做到一次流片成功，而要实现这种目标需要建设电路设计验证的平台，即集成电路设计专业软件设计平台。通过软件平台可以实现：电路原理拓扑图的构建及参数仿真和优化、针对具体集成电路工艺尺寸生产线的版图设计和验证、对版图设计的实际性能进行仿真并与电路原理图仿真对照、提供给制造厂商具体的GDSII版图文件。软件平台实际上已经达到验证的目的，因此，对于集成电路设计专业的学生或工作人员来说，软件设计平台的建设特别重要，如果没有软件设计平台也就无法培养出真正的IC设计人才。因此，在培养具有专业特色的应用型人才的号召下，学院不断加大实验室建设[3]，从电子科学与技术专业角度出发，建设IC软件设计平台，为本地区域发展和行业发展服务。
二、建设面向中山本地市场IC应用平台
近年来，学校从自身建设的实际情况出发，减少因实验经费紧张带来的困境，积极推动学院集成电路设计专业方向的人才培养。教学单位根据集成电路设计的模块特点确定合适的软件设计平台，原理拓扑图的前端电路仿真采用PSPICE软件工具，熟悉电路仿真优化过程；后端采用L-EDIT版图软件工具，应用实际生产厂家的双极或CMOS工艺线来设计电路的版图，并进行版图验证。这种处理方法虽然暂时性解决前端和后端电路及版图仿真的问题，但与真正的系统设计集成电路相对出入较大，不利于形成IC的系统设计能力。2010年12月国家集成电路设计深圳产业化基地中山园区成立，该园区对集成电路设计人才的要求变得非常迫切，客观上推进了学院对IC产业的人才培养力度，建立面向中山IC产业的专业应用型设计平台变得刻不容缓[4]，同时，新的人才培养方案也应声出台，促进了具有一定深度的教学改革。
1.软件平台建设。从目前集成电路设计软件使用的广泛性和系统性来看，建设面向市场的应用平台，应该是学校所使用的与实际设计公司或其他单位的软件一致，使得所培养的IC设计人才能与将来的就业工作实现无缝对接，从而提高市场对所培养的集成电路设计人才的认可度，同时也可大大提高学生对专业设计的能力和信心[5]。遵循这个原则，选择Cadence软件作为建设平台设计软件，这不仅因为该公司是全球最大的电子设计技术、程序方案服务和设计服务供应商，EDA软件产品涵盖了电子设计的整个流程，包括系统级设计，功能验证，IC综合及布局布线，模拟、混合信号及射频IC设计，全定制集成电路设计，IC物理验证，PCB设计和硬件仿真建模，而且通过大学计划合作，可以大幅度的降低购置软件所需资金，从而从根本上解决学校实验室建设软件费用昂贵的问题。另外，从中山乃至珠三角其他城市的IC行业中，各个单位都普遍采用该系统设计软件，而且选用该软件更有利于刚刚起步的中山集成电路设计，也更加有利于该产业的标准化和专业化，乃至进一步的发展和壮大。
2.针对中山IC产业设计。定位于面向本地产业的IC应用型人才，就必须以中山IC产业为培养特色人才的出发点。中山目前有一批集成电路代工生产和设计的公司，主要有中山市奥泰普微电子有限公司、芯成微电子公司、深电微电子科技有限公司、木林森股份有限公司等，能进行IC设计、工艺制造和测试封装，主要生产功率半导体器件和IC、应用于家电等消费电子、节能照明等。日前奥泰普公司的0.35微米先进工艺生产线预计快速投产，该单位的发展对本地IC人才需求有极大的推动力，推动学生学习微电子专业的积极性，而这些也有力地支持本地IC企业的长远发展。因此，建立面向本地集成电路产业的软件设计平台，有利于专业人才的培养、准确定位，并形成了本地优势和特色。
3.教学实践改革。为了提高人才培养质量，形成专业特色，必须对人才培养方案进行修改。在人才培养方案中通过增加实践教学环节的比例，实验项目中除了原有验证性的实验外、还增加了综合性或设计性的实验，这种变化将有助于学生从被动实验学习到主动实验的综合和设计，提高学生对知识的灵活运用和动手能力，从而为培养应用型的人才打下良好的基础。除此之外，与集成电路代工企业及芯片应用公司建立合作关系。学生在学习期间到这些单位进行在岗实习和培训，可以将所学的专业理论知识应用于实际生产当中去，形成无缝对接；而从单位招聘人才角度上来说，可以节约人力资源培训成本，招到单位真正需要的岗位人才。因此，合作双方在找到相互需求的基础上，形成有效的合作机制。①课程改革。针对独立学院培养应用型人才的特点，除了培养方案上增加多元化教育课程之外，主要是强调实践教学的改革，增加综合实验课程，如：《现代电子技术综合设计》计32学时、《微电子学综合实验》计40学时、《EDA综合实验》为32学时、《集成电路设计实验》为40学时，其相应的课程学时数从以验证性实验为主的16个学时，增加到现在32学时以上的带有综合性或设计性实验的综合实践课程。这种变化不仅是实践教学环节的课时加大，而且是实验项目的改进，也是实践综合能力的增强，有利于学生形成专业应用能力。②与单位联合的IC设计基地。IC设计基地主要立足于两个方面：一是立足于本地IC企业或设计公司；二是立足于IC代工和集成电路设计应用。前者主要利用本地资源就近的优势，学生参观、实习都比较方便，同时也有利于学校与用人单位之间的良好沟通，提高双方的认可度和赞同感。如：中山市奥泰普微电子有限公司、木林森股份有限公司等。后者从生产角度和设计应用出发，带领学生到IC代工企业参观，初步了解集成电路的生产过程，企业的架构、规划和发展远景。也可根据公司的人才需要，选派部分学生到公司在岗实习[6]。如：深圳方正微电子有限公司、广州南科集成电子有限公司等。通过这些方式不仅可以增强学生对专业知识的应用能力，而且有利于学生对IC单位的深入了解，为本校专业应用型人才找到一种行之有效的就业之路。
三、集成电路设计平台的实效性
从2002年创办电子科学与技术专业以来，学校特别重视集成电路相关的实验室建设。从初期的晶体管器件和集成块性能测量，硅片的少子寿命、C-V特性、方阻等测量，发展到探针台的芯片级的性能测试，在此期间为了满足更多的学生实验、兴趣小组和毕业设计的要求，微电子实验室的已经过三次扩张和升级，其建设规模和实验水平得到了大幅度的提升。另外，为培养本科学生集成电路的设计能力，提高应用性能力，学校还建立了集成电路CAD实验室，以电路原理图仿真设计为重点，着重应用L-Edit版图软件工具，进行基本的集成电路版图设计及验证，对提升学生集成电路设计应用能力取得了一定的效果。目前，为了大力提高本科教学质量，提升办学水平，重点对实践课程和IC软件设计平台进行了改革。学校开设了专门实践训练课程，如：集成电路设计实验。从以前的16学时课内验证设计实验提升为32学时独立的集成电路设计实验实践课程，内容从以验证为主的实验转变为以设计和综合为主的实验，整体应用设计水平进行了大幅度的提升，有利于培养学生的应用和动手能力。不仅如此，对集成电路的设计软件也进行了升级，从最初的用Pspice和Hspice软件进行电路图仿真，L-Edit软件工具的后端版图设计，升级为应用系统的专业软件平台设计工具Cadence进行前后端的设计仿真验证等，并采用开放实验室模式，使得学生的系统设计能力得到一定程度的提升，提高了系统认识和项目设计能力。通过IC系统设计软件平台的建设和实践教学课程改革，使得学生对电子科学与技术专业的性质和内容了解更加全面，对专业知识学习的深度和广度也得到进一步提高，从而增强了专业学习的兴趣，提高了自信心。此外，其他专业的学生也开始转到本专业，从事集成电路设计学习，并对集成电路流片产生浓厚的兴趣。除此之外，学生利用自己在外实践实习的机会给学校引进研究性的开发项目，这些都为本专业的发展形成很好的良性循环。在IC设计平台的影响下，本专业继续报考硕士研究生的学生特别多，约占学生比例的45%左右。经过这几年的努力，2003、2004、2005、2006级都有学生在硕士毕业后分别被保送或考上电子科技大学、华南理工大学、复旦大学、香港城市大学的博士。从这些学生的反馈意见了解到，他们对学校在IC设计平台建设评价很高，对他们进一步深造起到了很好的帮助作用。不仅如此，已经毕业在本行业工作的学生也对IC设计平台有很好的评价：通过该软件设计平台不仅熟悉了集成电路设计的工艺库、集成电路工艺流程和相应的工艺参数，而且也熟悉版图的设计，这对于从事IC代工工作起到很好的帮助作用。现在已经有多届毕业的学生在深圳方正微电子公司、中山奥泰普微电子有限公司工作。另外，还有许多学生从事集成电路应用设计工作，主要分布于中山LED照明产业等。
通过IC软件设计平台建设，配合以实践教学改革，使得学生所学理论知识和实际能力直接与市场实现无缝对接，培养了学生的创新意识和实践动手能力，增强了学生的自信心。另外，利用与企业合作的生产实习，可以使得学生得到更好的工作锻炼，为将来的工作打下良好的基础。实践证明，建设面向中山IC产业的集成电路设计实践教学平台，寻求高校与公司更紧密的新的合作模式，符合我校人才培养发展模式方向，对IC设计专业教学改革，培养满足本地区乃至整个社会的高素质应用型人才，具有特别重要的作用。
参考文献：
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集成电路是当今信息技术产业高速发展的基础和源动力，已经高度渗透与融合到国民经济和社会发展的每个领域，其技术水平和发展规模已成为衡量一个国家产业竞争力和综合国力的重要标志之一[1]，美国更将其视为未来20年从根本上改造制造业的四大技术领域之首。我国拥有全球最大、增长最快的集成电路市场，2013年规模达9166亿元，占全球市场份额的50%左右。近年来，国家大力发展集成电路，在上海浦东等地建立了集成电路产业基地，对于集成电路设计、制造、封装、测试等方面的专门技术人才需求巨大。为了适应产业需求，推进我国集成电路发展，许多高校开设了电子科学与技术专业，以培养集成电路方向的专业人才。集成电路版图设计是电路设计与集成电路工艺之间必不可少的环节。据相关统计，在从事集成电路设计工作的电子科学与技术专业的应届毕业生中，由于具有更多的电路知识储备，研究生的从业比例比本科生高出很多。而以集成电路版图为代表包括集成电路测试以及工艺等与集成电路设计相关的工作，相对而言对电路设计知识的要求低很多。因而集成电路版图设计岗位对本科生而言更具竞争力。在版图设计岗位工作若干年知识和经验的积累也将有利于从事集成电路设计工作。因此，版图设计工程师的培养也成为了上海电力学院电子科学与技术专业本科人才培养的重要方向和办学特色。本文根据上海电力学院电子科学与技术专业建设的目标，结合本校人才培养和专业建设目标，就集成电路版图设计理论和实验教学环节进行了探索和实践。
一、优化理论教学方法，丰富教学手段，突出课程特点
集成电路版图作为一门电子科学与技术专业重要的专业课程，教学内容与电子技术（模拟电路和数字电路）、半导体器件、集成电路设计基础等先修课程中的电路理论、器件基础和工艺原理等理论知识紧密联系，同时版图设计具有很强的实践特点。因此，必须从本专业学生的实际特点和整个专业课程布局出发，注重课程与其他课程承前启后，有机融合，摸索出一套实用有效的教学方法。在理论授课过程中从集成电路的设计流程入手，在CMOS集成电路和双极集成电路基本工艺进行概述的基础上，从版图基本单元到电路再到芯片循序渐进地讲授集成电路版图结构、设计原理和方法，做到与上游知识点的融会贯通。
集成电路的规模已发展到片上系统（SOC）阶段，教科书的更新速度远远落后于集成电路技术的发展速度。集成电路工艺线宽达到了纳米量级，对于集成电路版图设计在当前工艺条件下出现的新问题和新规则，通过查阅最新的文献资料，向学生介绍版图设计前沿技术与发展趋势，开拓学生视野，提升学习热情。在课堂教学中尽量减少冗长的公式和繁复的理论推导，将理论讲解和工程实践相结合，通过工程案例使学生了解版图设计是科学、技术和经验的有机结合。比如，在有关天线效应的教学过程中针对一款采用中芯国际（SMIC）0.18um 1p6m工艺的雷达信号处理SOC 芯片，结合跳线法和反偏二极管的天线效应消除方法，详细阐述版图设计中完全修正天线规则违例的关键步骤，极大地激发了学生的学习兴趣，收到了较好的教学效果。
集成电路版图起着承接电路设计和芯片实现的重要作用。通过版图设计，可以将立体的电路转化为二维的平面几何图形，再通过工艺加工转化为基于半导体硅材料的立体结构[2]。集成电路版图设计是集成电路流程中的重要环节，与集成电路工艺密切相关。为了让学生获得直观、准确和清楚的认识，制作了形象生动、图文并茂的多媒体教学课件，将集成电路典型的设计流程、双极和CMOS集成电路工艺流程、芯片内部结构、版图的层次等内容以图片、Flash动画、视频等形式进行展示。
版图包含了集成电路尺寸、各层拓扑定义等器件相关的物理信息数据[3]。掩膜上的图形决定着芯片上器件或连接物理层的尺寸。因此版图上的几何图形尺寸与芯片上物理层的尺寸直接相关。而集成电路制造厂家根据版图数据来制造掩膜，对于同种工艺各个foundry厂商所提供的版图设计规则各不相同[4]。教学实践中注意将先进的典型芯片版图设计实例引入课堂，例如举出台湾积体电路制造公司（TSMC）的45nm CMOS工艺的数模转换器的芯片版图实例，让学生从当今业界实际制造芯片的角度学习和掌握版图设计的规则，同时切实感受到模拟版图和数字版图设计的艺术。
二、利用业界主流EDA工具，构建基于完整版图设计流程的实验体系
集成电路版图设计实验采用了Cadence公司的EDA工具进行版图设计。Cadence的EDA产品涵盖了电子设计的整个流程，包括系统级设计、功能验证、集成电路（IC）综合及布局布线、物理验证、PCB设计和硬件仿真建模模拟、混合信号及射频IC设计、全定制IC设计等。全球知名半导体与电子系统公司如AMD、NEC、三星、飞利浦均将Cadence软件作为其全球设计的标准。将业界主流的EDA设计软件引入实验教学环节，有利于学生毕业后很快适应岗位，尽快进入角色。
专业实验室配备了多台高性能Sun服务器、工作站以及60台供学生实验用的PC机。服务器中安装的Cadence 工具主要包括：Verilog HDL的仿真工具Verilog-X、电路图设计工具Composer、电路模拟工具Analog Artist、版图设计工具Virtuoso Layout Editing、版图验证工具Dracula 和Diva、自动布局布线工具Preview和Silicon Ensemble。
Cadence软件是按照库（Library）、单元（Cell）、和视图（View）的层次实现对文件的管理。库、单元和视图三者之间的关系为库文件是一组单元的集合，包含着各个单元的不同视图。库文件包括技术库和设计库两种，设计库是针对用户设立，不同的用户可以有不同的设计库。而技术库是针对工艺设立，不同特征尺寸的工艺、不同的芯片制造商的技术库不同。为了让学生在掌握主流EDA工具使用的同时对版图设计流程有准确、深入的理解，安排针对无锡上华公司0.6um两层多晶硅两层金属（Double Poly Double Metal）混合信号CMOS工艺的一系列实验让学生掌握包括从电路图的建立、版图建立与编辑、电学规则检查（ERC），设计规则检查（DRC）、到电路图-版图一致性检查（LVS）的完整的版图设计流程[5]。通过完整的基于设计流程的版图实验使学生能较好地掌握电路设计工具Composer、版图设计工具Virtuoso Layout Editor以及版图验证工具Dracula和Diva的使用，同时对版图设计的关键步骤形成清晰的认识。
以下以CMOS与非门为例，介绍基于一个完整的数字版图设计流程的教学实例。
在CMOS与非门的版图设计中，首先要求学生建立设计库和技术库，在技术库中加载CSMC 0.6um的工艺的技术文件，将设计库与技术库进行关联。然后在设计库中用Composer中建立相应的电路原理图（schematic），进行ERC检查。再根据电路原理图用Virtuoso Layout Editor工具绘制对应的版图（layout）。版图绘制步骤依次为MOS晶体管的有源区、多晶硅栅极、MOS管源区和漏区的接触孔、P+注入、N阱、N阱接触、N+注入、衬底接触、金属连线、电源线、地线、输入及输出。基本的版图绘制完成之后，将输入、输出端口以及电源线和地线的名称标注于版图的适当位置处，再在Dracula工具中利用几何设计规则文件进行DRC验证。然后利用GDS版图数据与电路图网表进行版图与原理图一致性检查（LVS），修改其中的错误并按最小面积优化版图，最后版图全部通过检查，设计完成。图1和图2分别给出了CMOS与非门的原理图和版图。
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【关键词】集成电路 理论教学 改革探索
【基金项目】湖南省自然科学基金项目（14JJ6040）;湖南工程学院博士启动基金。
【中图分类号】G642.3 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2015）08-0255-01
随着科学技术的不断进步，电子产品向着智能化、小型化和低功耗发展。集成电路技术的不断进步，推动着计算机等电子产品的不断更新换代，同时也推动着整个信息产业的发展[1]。因此，对集成电路相关人才的需求也日益增加。目前国内不仅仅985、211等重点院校开设了集成电路相关课程，一些普通本科院校也开设了相关课程。课程的教学内容由单纯的器件物理转变为包含模拟集成电路、数字集成电路、集成电路工艺、集成电路封装与测试等[2]。随着本科毕业生就业压力的不断增加，培养应用型、创新型以及可发展型的本科人才显得日益重要。然而，从目前我国各普通院校对集成电路的课程设置来看，存在着重传统轻前沿、不因校施教、不因材施教等问题，进而导致学生对集成电路敬而远之，退避三舍，学习积极性不高，继而导致学生的可发展性不好，不能适应企业的要求。
本文结合湖南工程学院电气信息学院电子科学与技术专业的实际，详细阐述了本校当前“集成电路原理与应用”课程理论教学中存在的问题，介绍了该课程的教学改革措施，旨在提高本校及各兄弟院校电子科学与技术专业学生的专业兴趣，培养学生的创新意识。
1.“集成电路原理与应用”课程理论教学存在的主要问题
1.1理论性强，课时较少
对于集成电路来说，在讲解之前，学生应该已经学习了以下课程，如：“固体物理”、“半导体物理”、“晶体管原理”等。但是，由于这些课程的理论性较强，公式较多，要求学生的数学功底要好。这对于数学不是很好的学生来说，就直接导致了其学习兴趣降低。由于目前嵌入式就业前景比较好，在我们学校，电子科学与技术专业的学生更喜欢嵌入式方面的相关课程。而集成电路相关企业更喜欢研究生或者实验条件更好的985、211高校的毕业生，使得我校集成电路方向的本科毕业生找到相关的较好工作比较困难。因此，目前我校电子科学与技术专业的发展方向定位为嵌入式，这就导致一些跟集成电路相关的课程，如“微电子工艺”、“晶体管原理”、“半导体物理”等课程都取消掉了，而仅仅保留了“模拟电子技术”和“数字电子技术”这两门基础课程。这对于集成电路课程的讲授更增加了难度。“集成电路原理与应用”课程只有56课时，理论课46课时，实验课10课时。只讲授教材上的内容，没有基础知识的积累，就像空中架房，没有根基。在教材的基础上额外再讲授基础知识的话，课时又远远不够。这就导致老师讲不透，学生听不懂，效果很不好。
1.2重传统知识，轻科技前沿
利用经典案例来进行课程教学是夯实集成电路基础的有效手段。但是对于集成电路来说，由于其更新换代的速度非常快，故在进行教学时，除了采用经典案例来夯实基础外，还需紧扣产业的发展前沿。只有这样才能保证人才培养不过时，学校培养的学生与社会需求不脱节。但目前在授课内容上还只是注重传统知识的讲授，对于集成电路的发展动态和科技前沿则很少涉及。
1.3不因校施教，因材施教
教材作为教师教和学生学的主要凭借，是教师搞好教书育人的具体依据，是学生获得知识的重要工具。然而，我校目前“集成电路原理与应用”课程采用的教材还没有选定。如：2012年采用叶以正、来逢昌编写，清华大学出版社出版的《集成电路设计》;2013年采用毕查德・拉扎维编写，西安交通大学出版社出版的《模拟CMOS集成电路设计》;2014年采用余宁梅、杨媛、潘银松编著，科学出版社出版的《半导体集成电路》。教材一直不固定的原因是还没有找到适合我校电子科学与技术专业学生实际情况的教材，这就导致教师不能因校施教、因材施教。
2.“集成电路原理与应用”课程理论教学改革
2.1选优选新课程内容，夯实基础
由于我校电子科学与技术专业的学生，没有开设“半导体物理”、“晶体管原理”、“微电子工艺”等相关基础课程，因此理想的、适用于我校学生实际的教材应该包括半导体器件原理、模拟集成电路设计、双极型数字集成电路设计、CMOS数字集成电路设计、集成电路的设计方法、集成电路的制作工艺、集成电路的版图设计等内容，如表1所示。因此，在教学实践中，本着“基础、够用”的原则，采取选优选新的思路，尽量选择适合我校专业实际的教材。目前，使用笔者编写的适合于我校学生实际的理论教学讲义，理顺了理论教学，实现了因校施教，因材施教。
表1 “集成电路原理与应用”课程教学内容
2.2提取科技前沿作为教学内容，激发专业兴趣
为了提高学生的专业兴趣，让他们了解“集成电路原理与应用”课程的价值所在，在授课的过程中穿插介绍集成电路设计的前沿动态。如：从IEEE国际固体电路会议的论文集中提取模块、电路、仿真、工艺等最新的内容，并将这些内容按照门类进行分类和总结，穿插至传统的理论知识讲授中，让学生及时了解当前集成电路设计的核心问题。这样不但可以激发学生的好奇心和学习兴趣，还可以提高学生的创新能力。
2.3开展双语教学互动，提高综合能力
目前，我国的集成电路产业相对于国外来说，还存在着相当的差距。要开展双语教学的原因有三：一是集成电路课程的一些基本专业术语都是由英文翻译过来的;二是集成电路的研究前沿都是以英文发表在期刊上的;三是世界上主流的EDA软件供应商都集中在欧美国家，软件的操作语言与使用说明书都是英文的。因此，集成电路课程对学生的英语能力要求很高，在课堂上适当开展双语教学互动，无论是对于学生继续深造，还是就业都是非常必要的。
3.结语
集成电路自二十世纪五十年代被提出以来，经历了小规模、中规模、大规模、超大规模、甚大规模，目前已经进入到了片上系统阶段。虽然集成电路的发展日新月异，但目前集成电路相关人才的学校培养与社会需求存在很大的差距。因此，对集成电路相关课程的教学改革刻不容缓。基于此，本文从“集成电路原理与应用”课程理论教学出发，详细阐述了“集成电路原理与应用”课程教学所存在的主要问题，并有针对性的提出了该课程教学内容和教学方法的改革措施，这对培养应用型、创新型的集成电路相关专业的本科毕业生具有积极的指导意义。
参考文献：
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关键词 片上系统设计导论 集成电路设计 项目化教学
中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1002-7661（2015）17-0010-02
随着半导体工艺和集成电路设计技术的发展，集成电路的规模可以达上亿个晶体管，已经发展到片上系统SoC（System on Chip）。现代片上系统（SoC）是利用IP核（Intellectual Property Core）复用和深亚微米技术，采用软件和硬件结合的设计和验证方法，在一块芯片上实现复杂的功能。它广泛应用于汽车、医疗设备、手机和其他消费电子，其应用领域的市场应用结构如图1所示。
图1 2013年集成电路设计市场应用结构
图2 2008-2014年集成电路行业的产值
2008年以来，我国集成电路产业总产值从2107亿元增长到2915亿元。2014年，据国家统计局统计，共生产集成电路1015.5亿块，同比增长12.4%，增幅高于上年7.1个百分点；集成电路行业销售产值同比增长8.7%，增幅高于上年0.1个百分点。集成电路行业的产值如图2所示。
近年来，半导体集成电路产业在国家政策支持下发展迅速，因此对人才的需求在不断增加。据权威机构报道，2010年以来，中国IC产业对设计工程师的需求将达到30万人以上，并且逐年增加，但目前国内实际人才数量相较于需求远远不够。高校是人才培养的摇篮，但高校大多数教授基础概念，并了解基本的设计流程和设计方法，远不能满足行业的要求。
针对这一现象，《片上系统（SoC）设计导论》课程将结合《固体物理》《半导体物理》《数字集成电路设计》《模拟集成电路设计》《VHDL语言》等多门课程，以项目化教学的形式进行教学，并且对其进行探讨。
一、采用项目化教学改善学生只会理论、不会设计的现状
（1）解决SoC设计与相关课程之间的内部联系，教学内容主要涉猎到相类似的部分，通过将一个大项目分解成几个小项目，通过逐渐加大项目的难度，使学生在项目中逐渐加深了对知识点的理解，并且将课程的主要内容相互衔接与融合，形成完整的SoC设计概念。例如通过对矩阵加法器的项目分解如下几个小项目来实现，具体项目如图3所示。通过这些项目设计过程完整地训练，既培养了较强的SoC设计能力，还提升了学生的择业面。
图3 项目流程图
（2）项目中会先有示例，然后引导学生对分解的小项目做设计，熟悉设计流程和设计方法，而且解决了理论教学与实践教学相脱节的问题，转变了传统的理论教学方式，达到较好的教学效果。
二、 通过PDCA戴明环的方式改善设计的产品不能用的问题
（1）在SoC设计的过程中，通过跟踪课内外学生设计中反应的问题，对项目难易度的进行调整，提高学生的综合素质，逐步锻炼和培养学生的自主学习、团结协作等能力。
（2）结合新的技术或者领域，对项目进行适当的调整，在基础层上让学生边学边做，在单个简单的模块中进行训练，最后实现复杂的项目要求的功能，达到SoC设计能力的提高。
通过PDCA戴明环的方式来持续改进教学方法，对教学内容和教学计划进行合理和高效的修改。PDCA戴明环如图4所示。
图4 PDCA循环
三、小结
教师指导学生设计一个完整的项目，其中包括需求、硬件设计、软件设计、验证等部分。学生不仅掌握了基本概念，也提高了设计实践能力，更提升了团队意识。《片上系统（SoC）设计导论》课程项目化教学改变了传统的理论课教学方式，以目标为导向，以设计作为考核标准，充分发挥了学生的能动性和协作能力，使学生理论与实践齐头并进，缩短了与集成电路设计人才的距离。
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1 微电子专业介绍
以集成电路设计、制造与应用为代表的微电子学是现展最迅速的高科技应用性学科之一。四川信息职业学院微电子学专业主要是培养掌握集成电路、微电子系统的设计、制造工艺和设计软件系统，能在微电子及相关领域从事科研、教学、工程技术及技术管理等工作的高级技能人才。
2 加强微电子综合实训室建设的必要性
四川信息职业学院在微电子专业教学过程中，之前的实践性课程主要是以专业课程的实验形式开展的。比如在集成电路制作工艺实训、集成电路版图设计专题实习、集成电路设计基础及CAD和微电子专业实训等课程里，学生主要是通过专业仿真软件、虚拟设备来感知课程的实践性，无法动手，只能看，不能“摸”。这种按照专业课程划分实验课的方式，跟真正的集成电路及半导体器件的制造岗位及其相连岗位环境之间还是有很大差距的，这些实验只具备虚拟验证演示，很难使学生的实际动手能力得到锻炼。学生若是只凭看或是在电脑上虚拟仿真学习微电子知识，而不能对当今集成的电路封装和测试有一个全方位的认识，这样的学习效果堪比盲人摸象，自然是很难满足对应企业的岗位需求的。
为了更贴近市场需求，四川信息职业学院重新制定人才培养方案。通过加强实训室的建设，来完善职业技术人才的培养机制，从而体现学校的人才培养目标是向社会输送职业化的高技能型人才。微电子综合实训室的创建，促使现有课程的教学模式得以改革，“教学内容工程化”使得学生更好地从技术上手，再到头脑的理论武装。
3 微电子综合实训室的建设目标与思路
目的就是为四川信息职业学院微电子专业学生的学习和掌握微电子技术知识提供一种有效的技术保障。实验室的建设要体现四川信息职业学院着眼未来，从科技、环保的角度充分体现可持续发展思想，能够承载集成电路制作工艺实训、集成电路版图设计专题实习、集成电路设计基础及CAD和微电子专业实训等课程，注重节约能源和优化环境，极大地提高微电子从宏观到微观展示功能，使之成为四川省智能化实验室典范。
建设思路：结合四川信息职业学院开展实验的基本功能，从当前实际出发，考虑长期需要，坚持开放性，保证可扩充性，坚持经济性、实用性，保证可靠性、先进性，模块化结构、设计灵活、便于维护，基础建设立足于长远，应用系统满足近期需要。
4 微电子综合实训室的说明
1）本实验实训装置共分七大系列，每个系列都是以微电子的工艺环节为单位，每一个子系统又都由若干个实训台和实训屏架所组成，每一个实训台和实训屏架都能独立工作，相关实训台和实训屏架的子系统之间还能互通互联，进行各种网络型的综合实训及演示。同时每个子系统都能根据自身发展的需要进行独立升级，而不影响其他各子系统的功能。所以具有较强的先进性、拓展性和开放性。主要设备包含光刻机、超声波铝丝焊线机、金丝球焊线机、台式无铅回流焊机、丝印机、烘干机、金相试样抛光机、晶体管图示仪、四探针电阻率测试仪等。
2）每个实验实训装置子系统都不仅适用于学生进行器材认识和安装、系统软硬件操作、版图设计、光刻掩膜版设计、光刻工艺、光刻缺陷分析及排除等技能的实训操练，也适用于教师进行实验和实训的教学演示、故障设置、学生考核及相应的成绩评定等。所以能较好地满足教学的实用性、方便性和可操作性要求。
3）每个实验实训装置子系统的所有设备和器材均为现实工程中使用的主流产品，不仅具有典型性，并具有较大的市场占有率，一般是集成电路制造厂商比较常用及典型的器材，或是同国家各考证鉴定所的考证设备相一致的器材，品牌一般为国内知名或国外品牌，且全部符合有关国家标准。产品的设计与集成电路制造、测试环境贴近，能够全面体现集成电路的设计、安装、连接、设置、调试等的全部过程，能体现职业教育的特点，表现系统的应用效果，构建教、学、用一体化的环境。因此，具有较强的真实性和现场感。
4）每个实验实训装置子系统兼顾集成电路“系统控制制造工艺”及“版图设计”两个方面，又以工艺部分为重点。工艺部分全部实现动手操作。在实训期间，学生着装进入“车间”；能够全程虚拟操作和部分动手来实现氧化、扩散和LPCVD工艺以及离子注入与退火；亲自完成光刻工艺、刻蚀工艺、溅射工艺；能手工完成电参数测试；整个工作条件要实现超净环境和动力条件管理。
5 实验室装修、UPS电源
四川信息职业学院微电子实验室保障系统由实验室装修、UPS系统、防雷系统和接地系统四部分组成。墙面、地面、天花板均需做防尘、防静电、恒温等装修处理：要求设计成洁净实验室（进行无尘、恒温、恒湿处理）；对洁净实验室进行防静电建筑材料的整体装修；对洁净实验室配备加湿机等静电防护设备。
配电系统保障设备用电可靠性，预留适当的冗余，单相负荷的配置，三相平衡。设置市电多功能插座，采用防鼠咬电缆。强弱电分开，避免长距离平行走线。电源电波50 Hz波形中，不应混杂其他干扰电波，特别不应有高频电波干扰。
实验室内的照明应分正常照明灯、长明灯及应急照明灯三种照明方式。应急照明主要是在正常照明线路上取一路连接到UPS电源上，当发生断电时即可自动切换到UPS电源。UPS系统的设计目标是为实验室内设备提供后备电源支持，是整个弱电系统的重要组成部分。
UPS系统的主要功能要求是对电源保护有要求的用电负载分别进行集中供电电源管理，对相应的智能化设备提供纯净、稳定的后备电源，充分保证展馆内各弱电系统正常稳定工作。
6 结束语
四川信息职业学院微电子综合实训室建成后，创建了教、学、做的实训平台，学院微电子技术专业学生的动手本领在模拟真实化工作现场实训平台上得到充足的锻炼，职业本领、操纵技能（对动作方式的一种概括，是按一定的方式反复练习或模仿而形成熟练的技术动作）在集成电路工艺、测试技术的项目实训中有长足的进步，提升了学生的就业竞争本领，取得很好的成效。
参考文献
[1]孙兴民，赵兰庚.高职高专院校实训室建设的探讨[J].实验技术与管理，2005（6）：120-123.
篇9
关键词： 电子科学与技术 培养目标 课程体系建设
1.引言
常州工学院立足于常州，服务于长三角地区，该地区是国内电子行业和产业的发达地区之一，对电子类人才的需求量非常大。随着该地区经济发展和产业结构升级，社会对人才的需求逐步呈现出多样化和高层次化的要求。面对新形势的发展需要，培养适应社会经济发展和行业技术升级要求的应用型本科人才成为当务之急。电子科学与技术专业的人才培养需要符合口径宽、适应性强、基础扎实、发展潜力大等要求，因此课程体系的建设十分重要。
2.人才培养目标
培养方案和培养目标的制定要充分考虑相关高校、社会的需求，以及学校与专业的具体情况等各方面因素，并以行业技术进步、企事业单位需求和毕业生的反馈为参考依据。
通过对电子科学与技术专业的调研，以社会需求为导向，确定理论基础实、口径宽、实践能力强、知识结构合理的全面培养模式和培养目标，以综合素质培养和工程技术应用能力培养为主线，统筹编排课程体系，充分考虑和遵循学生的认知规律，以学生为主体，制定一套切实可行的、适合应用型本科人才的电子科学与技术专业培养方案和人才培养目标，以适应市场对电子工程技术人才的需求，提高学生的实践和创新能力，从而增强学生的就业竞争力。
电子科学与技术专业的人才培养目标为：适应信息产业化的发展需要，培养具有良好思想道德素质和科学文化素质的应用型本科人才，使学生具有扎实的基础知识和专业知识，具备设计、制造与生产实践能力，具有不断学习进步与更新知识的能力，能够及时跟踪并掌握新理论和新技术，在电子电路与系统、电子材料与元器件、半导体工艺等领域从事分析、设计、制造与测试等工作。为了实现以上人才培养目标，在培养计划的制订尤其是课程体系建设方面提出了更高要求。
3.课程体系建设
为了实现培养计划和人才培养目标，电子科学与技术专业的课程体系建设主要包括以下内容。
（1）课程体系模块化、层次化的应用能力培养体系。
课程体系以应用能力培养为核心，分为学校级、学院级和系部级三个层次。学校级通识课程模块层次教授电子科学与技术专业的基础知识，主要包括基本数学能力、英语能力、物理能力、计算机能力及思想道德法律等基本知识。构建以电气学院专业基础课程模块层次为电类一级学科为基础的知识结构培养体系，学院基础的培养为知识面的拓宽打下良好基础。系部级的电子科学与技术专业课程培养为毕业生的就业和继续深造提供专业技术知识。分级课程建设体系造就了毕业生基础知识扎实、理论知识雄厚、专业技术知识丰富、动手能力强等特点。
（2）理论与实际应用相结合的专业课程建设。
专业课程体系分为理论基础课程和实际应用课程两个层面，除了必备的工程数学与物理知识外，在专业知识方面，逐步建立电子材料、制造工艺、电子器件、基本单元电路、宏单元、子系统及系统的课程体系，打通自顶向下和自底向上的知识培养通路。以半导体物理和器件物理核心的课程体系构成了微电子学与固体电子学的理论基础，为制造工艺和电路设计提供知识的基本结构。以信号与系统、电路设计与测试的核心课程体系作为电路的理论基础，为电路方面能力的培养形成电子系统的知识基本结构。知识结构的分层次化、理论与实际相结合的培养体系覆盖了整个电子科学与技术专业的知识能力点，全方位培养毕业生的理论基础与工程实践能力，重点培养从系统角度审视具体电子技术的能力。
（3）以微电子技术为主干的专业课程体系。
电子科学与技术专业的知识以微电子技术为核心，可以划分为两大体系：第一是半导体材料、器件和制造工艺；第二是集成电路设计与测试。在半导体材料、器件和制造工艺上，除了传统与新型集成电路方面的应用，还与相关新型电光源、光伏材料与器件、光电材料与器件在知识结构上具有互通性。均以半导体材料为核心，引申到其他半导体材料与器件，在理论与实际应用和制造工艺上具有相似性。集成电路设计与测试涵盖了微电子和光电子技术的电路与测试方面的内容，在电路方面，新型电光源的器件、核心芯片、驱动电路等，光伏器件与电路、光电子电路与信号检测，与标准集成电路设计与应用具有共同性。在测试方面，涵盖了电学测试与可靠性测试，完整地建立了功能测试与性能测试的基本概念。电子科学与技术专业的另一个特色是在设计与应用电子系统时，具备其他专业所不具备的电路工艺与器件的底层知识，从而在电子系统的设计与分析中具备更强的理解能力。
（4）全方位的课程实践能力培养体系。
电子科学与技术专业的课程体系以理论与实践相结合为设置理念，在课内实验、课内实践、独立授课实验、课程设计、科研实践、实习及毕业设计等方面全方位构建实验实践体系，重点培养毕业生的动手能力和实践能力。除了电气学院的实验中心和实验室外，电子科学与技术专业有两个专业实验室：集成电路设计实验室和集成电路测试实验室。为教学、科研提供全方位的服务。集成电路设计实验室主要提供学生在系统设计、电路设计、器件与工艺实验等方面的专用软件。集成电路测试实验室主要提供电路测试、半导体材料、半导体器件、半导体工艺等各方面的实验。在电子技术的材料、器件、电路设计、制造、测试等流程方面提供全方位服务。在实验室开放上，实验室开放给所有教师与学生使用，鼓励学生进入实验室参与教师的科研与参与毕业设计。
（5）教学与科研结合，校企结合的工程技术能力培养体系。
电子科学与技术专业的教师承担了多项纵向与横向项目，系部鼓励教师与学生一起参与科研项目，为学生实验实践能力的培养提供良好的实验实践平台和科研平台，从而从项目角度提供给学生实训机会。在校企产学研联盟方面，电子科学与技术专业紧密联系常州和周边地区的企业，如银河电子、天合光能、常州普美、常州欧智等多家企业，形成校企联盟。参考卓越计划的实施，电子科学与技术专业经常邀请外校和企业专家对学生开展前沿性科学讲座与培训，为毕业生的能力培养和就业提供指导。
4.实践的效果
通过培养方案与人才培养目标的制定，重点进行电子科学与技术专业的课程体系建设，并通过多年教学与科研实践，进行以下方面的实践，取得了良好效果。
（1）完善电子科学与技术专业的课程体系，建立材料、器件、工艺、电路、测试和系统的能力点分布。
（2）从社会需求角度和人才知识结构出发，逐步对课程体系进行调整，增强课程体系之间的内在联系，减少或删除部分实用性不强的课程，增设社会急需的专业课程。
（3）强调应用能力培养，强化理论知识教学，增加实践教学环节，增强学生的实践应用能力，培养学生综合应用电子科学与技术专业知识的能力。
（4）探索开设提高学生动手能力和操作能力的集中性实践环节和创新环节，探讨校企结合培养人才的新模式。
根据对本校历届电子科学与技术专业本科毕业生的跟踪调查，九成以上的毕业生去向为长三角地区，平均每年有20%的毕业生进入国内知名高校读研继续深造，其余进入各企事业单位。通过对接收毕业生的各高校、企事业单位，以及毕业生进行的调查和反馈，本校电子科学与技术专业的课程体系建设能够培养学生扎实的理论知识和熟练的实践能力，有利于学生做好职业生涯规划，能够促进毕业生快速进入新领域和岗位，用人单位满意度高。
5.结语
通过几年对电子科学与技术专业课程体系的建设与实践，基础课、专业基础课和专业课的设置逐步得到了发展和优化，梳理清楚了本专业各方面能力的培养，知识点和能力点的分布更系统化和体系化，并通过实践进行了验证和完善，为毕业生的就业和进一步深造打下了坚实的基础。
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篇10
关键词： 微电子学专业微电子技术课程教学改革
在当今的信息时代，微电子学的应用已经深入国民经济的各个领域。微电子技术的发展需要大量的多种多样的人才，既需要设计和制造的人才，又需要科研和教学的人才，也需要管理和市场开发等方面的人才。因此，微电子学专业与其他专业一样要培养高素质的专门人才，在业务素质方面，要培养出既具有扎实的理论基础又具有很强的技术意识和技术能力的人才，培养出具有微电子背景的理工科复合型专业人才，以适应现代化建设和社会发展的需求。
一、课程现状
由于受传统办学模式的影响很深，学生的学习能力、适应环境的能力还不强。
1.课程设置和教学内容在一定程度上脱离实际需要。许多课程的内容和实施计划与其他本科专业有相当的雷同，这对基础相对薄弱的学校学生来说可谓是难上加难，导致掌握的基础知识不坚实。
2.工程教育的非工程化现象严重，学生能力的培养与当前电子技术实际需要的技能结合不紧密；教学内容重复，层次不分明，衔接不科学，注重每门课程理论体系的完整性，但轻视课程之间的横向联系。
3.重视教材的编写，轻视专业建设和课程的开发。
4.授课方式单一，重视教师的主导作用，轻视学生学习的主动性、自主性，实施“以讲为主”的教学方法仍然偏重，不利于学生能力的培养。
5.实践性教学环节薄弱，许多学校对许多课程的教学实施手段与要求相距甚远。
二、教学内容的改革
1.微电子学专业的学生必须掌握电子线路的基本概念理论和方法，必须系统地学习电路分析基础、模拟电子技术基础和数字电子技术基础等电子线路的基础知识。但是这些基础课程与微电子专业课程的内容有许多重复之处，比如：《电子线路》教材中的内容与微电子学专业的《集成电路设计原理》等课程中的内容有许多重复。为了避免重复，需要有合理的开课时间安排，如《电子线路》课程应安排在《集成电路设计原理》之前，这样有利于合并课程中相互重叠的部分，既节约课时，又保证学生的系统学习。随着大规模集成电路和电子计算机的迅速发展，电子电路分析与设计方法发生了重大的变革，以电子计算机辅助分析与设计为基础的电子设计自动化技术已广泛应用于电子电路、集成电路与系统的设计之中，它改变了以定量估算和电路实验为基础的传统设计方法，成为现代电子系统设计中的关键技术之一，是必不可少的工具与手段。因此，微电子技术专业课程内容应该增加计算机辅助分析与设计，可以与集成电路课程紧密结合起来，以适应教学改革的需要。
2.加强计算机的训练与应用，EDA设计技术是微电子技术的重要技术之一，集成电路的整个设计过程都普遍使用计算机辅助或电子自动化设计技术的工具，以计算机为基础，因此培养的学生必须具有很强的计算机应用和电路开发能力。学生在本科四年学习过程中要结合不同时期的学习内容，不断地进行计算机训练。不仅在硬件方面，而且在软件方面，都要进行严格的训练。在学习《计算机基础》、《B语言》、《微机原理及应用》、《算法与数据结构》等计算机基础课程期间，要结合上机训练和编写基本的程序，使学生熟悉计算机的基本原理和基本软件的使用。同时，要不断地更新和补充教学内容，把最新的技术内容引入教学中，对学生进行培养训练。
三、教学方法的改革
工程性、系统性和适用性强是该课程的显著特点。大部分学生在学完这门课程后，只是了解了一些专业术语，掌握了一些基本原理及方法，但理论知识运用不够灵活，稍微复杂的电路图就看不懂了，也不会分析和调试电路，更谈不上设计和制作电路。长期以来，学生对这门课程的学习普遍感到比较吃力，甚至一些学生由于在学习该课程时产生了畏惧感，在以后的学习中凡是遇到跟模拟电路有关联的课程都不自觉地带有畏难情绪，从而影响了后续相关专业课程的学习，许多老师反映难教，教学效果比较差。所以必须对传统的教学手段进行改进。
1.授课。学生注意力的高低，是评判教学成功与否的一个重要指标。微电子技术课程知识点多、内容抽象，学习过程中困难大。传统的教学手段以板书和理论分析讲授为主。这样的教学过程，学生在学习时听起来、看起来枯燥乏味，注意力常常不集中，对于该课程中很多抽象的概念难以理解，讲课效率低下。而多媒体课件融图、文、声为一体，动静结合，把看、听、说、写、想结合在一起，图文并茂、视听结合，富有吸引力，能引起学生的无意注意，使学生的注意力稳定集中，可以更好地增强听课效果。教师交替使用几种授课方法可有效引导学生将注意力集中到教学中来，从而保证教学质量。
2.开展课堂讨论。把时间留给学生，充分调动学生的学习自主性在教学过程中，专门抽出时间留作课堂讨论，以学生独立自主学习为前提，以课外文献阅读为讨论内容，通过科研专题讨论的形式，为学生提供充分自由的表达、质疑、探究、讨论问题的机会，将自己所学知识应用于解决实际问题。这样可调动学生的积极性，促使他们自己去获取知识以及发现问题、提出问题、分析问题、解决问题，从而开发学生的智力，培养自学能力及创新能力。
3.实验和仿真。在集成电路设计及CAD技术教学内容中加入实践环节，在讲授理论知识的基础上增加VHDL模拟、电路模拟、器件模拟、工艺模拟的实验教学内容，充分利用学校的EDA实验资源，在实验中利用可视化的技术使原本抽象、实验难度大、成本高或无法演示的内容形象化、可视化，使复杂、枯燥的内容变得直观、有趣、容易理解，从而充分调动学生的积极性，增强实验效果，适时进行简练清晰的解说，给学生留下深刻的印象，使学习变得轻松而愉快，提高学生的学习兴趣，深化理论学习，为后续课程的学习和走上工作岗位打下坚实的基础。在集成电路制造工艺讲授过程中，尽可能地组织学生参观各类先进的半导体制作工艺相关实验室，提高学生对制作工艺的感性认识，培养学生以后从事微电子行业的兴趣。
随着计算机硬件的飞速进步和软件技术的迅猛发展，虚拟仿真技术成为当前流行的新型教学手段。传统的实验教学手段，由于实验室购置的设备和仪器，特别是微电子专业的实验设备价格高昂、操作复杂、容易损伤，同学们很难得到上机锻炼的机会。而使用基于虚拟仿真技术的教学方式，过程简单灵活，交互方式多样，结果直观明了，既能培养学生的动手能力和分析、综合能力，又能提高学习兴趣，激发学生的创造性。虚拟仿真技术在微电子专业教学中的应用主要体现在两个方面：一是在电路设计方面，基于电子设计自动化EDA技术实现对电子线路（包括集成电路与版图）的模拟仿真；二是在微电子工艺与器件方面，基于半导体工艺和器件的计算机辅助技术TCAD实现对微电子制造工艺和半导体器件结构及工作过程的仿真与演示。使用仿真软件所提供的强大功能，包括软件所具有的可升级性，在课堂和实验中通过软件设计微电子电路、工艺和器件，在屏幕上模拟其功能，可使教学概念清晰，内容生动，过程可视，还能够大幅节省实验设备的购置和维护费用，经济高效。
4.课程设计。课程设计可以培养学生综合分析、实际动手能力，同时能够培养学生独立解决问题、探索创新能力及组织所学知识的能力，更为重要的是这些设计能增加学生学习的趣味性。教师要组织带有研制产品意义的综合性应用课题，指导学生小组做设计。学生可以事先对自己的设计方案进行仿真研究，然后实施，从而节省设计时间，节约体力和精力。课程设计应激发学生的科研兴趣，活跃学生的思维，开阔学生的知识面，促进学生对所学知识的综合运用，培养学生独研究的能力，提升实验教学的整体质量和水平。例如以研制有新技术指标要求的集成温度传感器为课题，让学生首先利用计算机做电路综合、模拟调整、仿真、版图设计与验证并制备出掩模版，然后投片到芯片测试，根据测试结果分析问题，必要时返回进行第二次、第三次设计和投片。这个阶段要增加工艺制备实践的环节，注意工艺技术的培养。当然，要在毕业设计的有限时间中成功地研制出一个新的微电子产品是不大可能的，但是，把这种有创新意义的课题让学生去实践，对培养学生的创新能力会起很大的作用。
四、结语
目前，我国人才供求结构中存在着严重的“所供非所求，所教非所需”的不对称现象：一方面，我国对集成电路设计师的需求达几十万，人才缺口很大，另一方面，我国每年却有大批的大学生毕业后找不到工作，造成巨大的就业压力。要解决这一问题，高校教育要针对我国集成电路制造和设计人才缺乏的现状探索新型的高水平、复合型的集成电路人才培养模式，面向市场，及时了解微电子产业的人才需求情况，根据市场需要，及时调整教学体系，确定人才培养方向，探索新的教学模式，有效提高教学质量，培养适合时展需要的人才。
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