蔡志匡+王子軒+胡善文

摘要：微電子課程設(shè)計是微電子等專業(yè)本科學(xué)生必修的一門專業(yè)實驗課，是理論性和實踐性都非常強的一門課程。本文針對微電子等專業(yè)的本科生，改革微電子課程設(shè)計課程內(nèi)容和方法，形成一套完整的課程內(nèi)容，涵蓋從微電子工藝器件，到集成電路設(shè)計。

關(guān)鍵詞：微電子；課程設(shè)計；教學(xué)體系；改革研究

中圖分類號：G642.0 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）51-0083-02

一、改革研究背景

微電子課程設(shè)計是微電子等專業(yè)本科學(xué)生必修的一門專業(yè)實驗課，是理論性和實踐性都非常強的一門課程[1-4]。微電子課程設(shè)計涉及了集成電路設(shè)計、半導(dǎo)體物理、半導(dǎo)體器件、工藝及材料等多個專業(yè)方面。筆者經(jīng)過多年的教學(xué)與實踐，總結(jié)分析后發(fā)現(xiàn)如下兩點不足：

1.課程內(nèi)容主要集中在電路方面，忽略了對微電子工藝及器件方面的教學(xué)與考核。對于微電子專業(yè)的本科生而言，該實驗應(yīng)該重點包括兩部分內(nèi)容——微電子工藝與器件、集成電路設(shè)計。其中，微電子工藝與器件主要包括微電子工藝模擬、微電子器件模擬和MEMS器件模擬三個模塊，相關(guān)軟件有Sentaurus Process、Taurus MEDICI、ANSYS等。學(xué)生掌握完成各種半導(dǎo)體器件的工藝方案設(shè)計、工藝參數(shù)優(yōu)化、直流特性分析、交流特性分析、頻率特性分析和簡單門電路的器件級模擬，加深學(xué)生對專業(yè)知識的理解和把握，培養(yǎng)設(shè)計創(chuàng)新能力[5]。

2.在電路方面，現(xiàn)有的教學(xué)內(nèi)容過多偏重于模擬部分。課程應(yīng)該加強數(shù)字集成電路的講解。傳統(tǒng)的集成電路主要分為數(shù)字集成電路和模擬集成電路兩部分，主要軟件有Cadence、Actel Designer、ADS等設(shè)計軟件。通過EDA軟件，實現(xiàn)不同層次和復(fù)雜度的模擬、數(shù)字集成電路設(shè)計實驗。完整的電路實驗可以切實提高學(xué)生的實踐能力，增強就業(yè)競爭力。

二、改革研究目標(biāo)和思路

本文研究目標(biāo)是針對微電子等專業(yè)的本科生，依托南京郵電大學(xué)電子科學(xué)與工程實驗教學(xué)中心良好的軟硬件環(huán)境，改革微電子課程設(shè)計課程內(nèi)容和方法，形成一套完整的課程內(nèi)容，涵蓋從微電子工藝器件，到集成電路設(shè)計。要求學(xué)生掌握半導(dǎo)體材料特性測試技術(shù)、微電子技術(shù)工藝參數(shù)測試分析技術(shù)和微電子器件設(shè)計與參數(shù)提取技術(shù)，能夠熟練使用集成電路EDA工具軟件，獨立完成基本電路設(shè)計。改革對加深學(xué)生對微電子專業(yè)知識的系統(tǒng)理解和掌握，培養(yǎng)設(shè)計創(chuàng)新能力，提高就業(yè)競爭力有著良好的推動作用[6]。

改革主要思路是將課程內(nèi)容分成兩部分，即微電子器件的設(shè)計及模型參數(shù)的提取、集成電路設(shè)計，根據(jù)團隊中各個老師的研究方向，安排專人進行課程內(nèi)容建設(shè)，設(shè)計出符合本科生知識背景的專業(yè)實驗。特別針對器件級和電路級的銜接，制定出可行的實驗內(nèi)容。本課程要求學(xué)生先修完大學(xué)物理實驗，半導(dǎo)體物理，半導(dǎo)體器件，微電子學(xué)概論，模擬電子技術(shù)，數(shù)字集成電路設(shè)計，微電子制造技術(shù)和計算機輔助設(shè)計等理論課程后，再進行本課程的學(xué)習(xí)。

三、改革研究內(nèi)容

為了緊跟當(dāng)今科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，進一步加強微電子專業(yè)學(xué)生的綜合基礎(chǔ)知識和專業(yè)素養(yǎng)，了解集成電路的整個設(shè)計流程，本改革全面系統(tǒng)地進行了涉及從微電子工藝、器件、模型、IC設(shè)計等整個流程。旨在培養(yǎng)學(xué)生運用Sentaurus，ICCAP，Candece，Synopsys等EDA軟件進行微電子工藝，器件模型以及IC集成電路設(shè)計，熟悉從工藝，器件至電路的整個設(shè)計流程，能進行工藝級，器件級和電路級的設(shè)計工作[7]。改革內(nèi)容主要包括如下兩部分：

1.微電子器件的設(shè)計及模型參數(shù)的提取。利用Sentaurus和ICCAP等仿真軟件，進行集成電路工藝和器件的設(shè)計與模擬，然后對于建立的器件結(jié)構(gòu)進行相關(guān)模型參數(shù)的提取。具體包括：①器件結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)；②器件特性的表征；③器件模型參數(shù)的提取。

2.集成電路設(shè)計。①模擬集成電路模塊包括了從最基本的單管放大器到具有較為完整功能的集成電路芯片的設(shè)計內(nèi)容，借助于實驗內(nèi)容的推進，學(xué)生可以實現(xiàn)從電路設(shè)計、電路仿真、版圖設(shè)計、版圖驗證、芯片測試的模擬集成電路設(shè)計流程。②數(shù)字集成電路模塊可以完成包括數(shù)字集成電路前端和后端實驗內(nèi)容，學(xué)生可以完成從系統(tǒng)定義、RTL綜合、時序分析、可測性設(shè)計到版圖實現(xiàn)的完整數(shù)字集成電路設(shè)計流程[8]。并且配備了先進的集成電路測試系統(tǒng)，做到虛擬仿真與實際硬件仿真相結(jié)合，進行復(fù)雜系統(tǒng)功能的驗證。

四、改革研究意義

1.加強學(xué)生對整個集成電路設(shè)計流程的掌握，充實南京郵電大學(xué)微電子專業(yè)面向“卓越工程師”培養(yǎng)的實踐教學(xué)體系的建設(shè)，提高學(xué)生們的實踐操作能力，加深對理論知識的理解和掌握。

2.重構(gòu)優(yōu)化現(xiàn)有的微電子專業(yè)設(shè)計課程安排，針對當(dāng)今先進集成電路設(shè)計，形成涉及從微電子底端（工藝級和器件級）至頂端（電路級和系統(tǒng)級）的一整套課程設(shè)計。

3.培養(yǎng)學(xué)生對微電子相關(guān)的EDA軟件的學(xué)習(xí)與使用，并形成一批具有理論基礎(chǔ)、能提高學(xué)生EDA使用技能的創(chuàng)新項目，提升學(xué)生們的創(chuàng)新意識，培養(yǎng)他們探索新事物的勇氣，使他們更加適應(yīng)新世紀(jì)的挑戰(zhàn)。

五、總結(jié)

改革內(nèi)容涉及了微電子工藝、器件制作、參數(shù)提取以及IC電路設(shè)計，這些知識和技能的培養(yǎng)是作為微電子專業(yè)學(xué)生必備的，同時也是學(xué)生后續(xù)進入研究生階段從事微電子相關(guān)科學(xué)研究的基礎(chǔ)；改革中涉及到的各種EDA軟件的學(xué)習(xí)與使用，均是當(dāng)今先進集成電路設(shè)計中正在使用的，這些技能的學(xué)習(xí)與掌握有助于提高學(xué)生們的綜合素質(zhì)，提升他們將來畢業(yè)后的就業(yè)競爭力，也有助于加快我國的現(xiàn)代化建設(shè)，實現(xiàn)“中國夢”。

參考文獻：

[1]方玉明，夏曉娟，吉新村，等.微電子專業(yè)課程體系結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究[J].教育教學(xué)論壇，2014（4）：33-35.

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[8]周金運，胡義華，吳福根.電子科學(xué)技術(shù)本科專業(yè)課程設(shè)置改革的依據(jù)與實踐[J].廣東工業(yè)大學(xué)學(xué)報（社會科學(xué)版），2003，（02）：66-67.

Research on the Reform of the Teaching System of Microelectronics Course Design

CAI Zhi-kuang，WANG Zi-xuan，HU Shan-wen

（College of Electronic Science and Engineering，Nanjing University of Posts and Telecommunications，Nanjing，Jiangsu 210023，China）

Abstract：Microelectronics course design is a required course for the microelectronics undergraduate students，which is a course of theory and practice. In this paper，for the microelectronics and other professional undergraduate students，reform the content and methods of microelectronic curriculum design，form a complete set of curriculum content，covering from microelectronic technology and device，to integrated circuit design.

Key words：microelectronics；course design；teaching system；reform research