面向IC培養的微電子課程論文
面向IC培養的微電子課程論文
我國積體電路發展起步於1965年，但因體制等眾多原因，與國外差距越來越大；進入20世紀80年代，由於國內半導體器件和積體電路生產缺乏競爭力，受到進口元器件的衝擊，很多半導體器件廠被迫下馬或轉產，相應地很多高校的半導體或積體電路專業也被迫取消；進入90年代中期，由於微型計算機的發展、普及以及通訊等資訊產業的發展，對積體電路晶片的需求量越來越大，國家開始加大對微電子行業的支援力度；在教育部1998年頒佈的《普通高等學校本科專業目錄》中，重新確立了微電子學專業的地位；[1]並先後頒佈了《關於印發鼓勵軟體產業和積體電路產業發展若干政策的通知》（國發[2000]18號）和《教育部、科技部關於批准有關高等學校建設國家積體電路人才培養基地的通知》（教高[2003]2號），可見積體電路產業是我國當前重點扶持發展的新經濟時代的基礎產業之一。
經過十來年的重新發展，我國已經初步形成了晶片設計、晶片製造、晶片封裝和測試三業並舉、比較協調發展的積體電路產業格局；在行業區域佈局上已經初步形成了四大半導體行業重鎮，即以上海為龍頭的長三角地區，以北京、天津為核心的環渤海地區，以成都、西安為中心城市的中西部地區，以及以廣州、深圳為中心的珠三角地區；[2]製造業的技術工藝已進入國際主流領域，測試和封裝技術接近國際水平，與之不協調的是我國IC設計人才缺口巨大。微電子學專業是培養IC設計人才的專業之一，研究和制定面向IC設計人才培養的微電子學專業的理論與實踐相結合的課程體系是十分重要的。
一、我國IC設計專業人才現狀
我國IC設計專業人才目前正面臨著人才總量嚴重不足、供需矛盾突出，人才層次結構不合理、地區分佈不平衡以及人才流向與地區經濟發展關係明顯等問題。國家教育部、科技部共同於2003年7月確定了9個國家級積體電路人才培養基地的宏偉計劃；選定了北大、清華、復旦、浙大、西安電子科技大學、上海交大、電子科大、東南大學、華中科大作為IC設計人才培養基地，其目標是到2010年培養高層次積體電路設計人才4萬人，工藝人才1萬人，為我國的積體電路設計與製造進入世界第一方陣提供高素質人才保證。[3]隨後又先後增加了天津大學、華南理工、哈工大等多所大學作為國家級IC人才培養基地，旨在加快積體電路產業發展的步伐，大力培養積體電路設計人才，滿足社會對積體電路設計人才的需求。雖然我國IC設計所佔的積體電路產業結構比重在逐年遞增，但是截止到2007年底還低於20%，仍以代工製造和封裝測試為主，導致自主品牌相對較少，創新能力較弱，開發能力和產品設計能力弱，生產技術和高檔產品主要靠引進，高階設計人才和開發人才缺乏；國內積體電路產業自有智慧財產權匱乏，技術嚴重受制於人，已經成為制約我國積體電路產業發展的瓶頸。[2]
根據來自IC設計行業的資訊表明，目前國內從事IC設計五年以上的專業人員有相當大一部分來自物理學、電子資訊工程等專業畢業的人員。我國目前針對IC設計人才培養的高等學校專業主要是積體電路設計與整合系統專業以及微電子學專業；其中積體電路設計與整合系統專業於2001年在電子科技大學獲准設立，目前國內設有該專業的高校僅有16所；微電子學專業一般涵蓋積體電路工藝開發、積體電路中的器件和材料研究、積體電路（IC）設計三個方面的培養目標，[1]國內設有該專業的高校有52所。針對微電子學專業不同的培養目標，科學合理地設定課程體系不僅能夠保證人才培養質量，還能夠提升其就業競爭力。
二、面向IC設計的微電子學專業特點
微電子學是一門極為活躍的新型學科，也是近年來非常熱門的專業之一；主要研究新型電子器件以及整合器件的開發、製造，積體電路的設計、計算機輔助積體電路分析，各種電子器件及材料的基礎理論、新型結構、製造工藝和測試技術。面向IC設計的微電子學專業主要具有：門檻高、內容新、發展更新快、學科交叉性強、與產業聯絡緊密、高投入、與世界同步、畢業生就業服務的範圍具有國際性等特點。
IC設計屬於交叉學科，其內涵並不像其他專業那樣清晰和單一，人才培養涉及知識很廣，包括微電子器件與電路、電子技術、計算機應用、通訊原理、控制原理、半導體器件、EDA軟體應用、數字訊號處理等多學科專業；此外，面向IC設計的微電子學專業實踐性很強，對學生運用知識解決問題的能力、總結實踐經驗並發現新知識的能力、團隊合作的能力、與人溝通和交流的能力以及創新的能力都有很高的要求。[4]
三、面向IC設計的微電子學專業課程體系構建
面向IC設計方向的微電子學專業的培養，除了應該使學生具有良好文化修養，掌握微電子學的基本理論和基本知識，受到科學實驗與科學思維的.基本訓練，具有良好科學素養，掌握大規模積體電路及新型半導體器件的設計、製造及測試所必需的基本理論和方法，具有電路分析、工藝分析、器件效能分析和版圖設計等的基本能力外，還應使學生較完整地瞭解和掌握IC設計、綜合、驗證、測試、應用的整個流程；既掌握IC設計技術又懂得整合系統技術；既有紮實的理論基礎，又有較強的應用能力；既瞭解積體電路應用、生產製造又懂得IC產業的管理；既可以承擔實際晶片產品的開發，又可進行更深入的科學研究與創新。
根據面向IC設計方向的微電子學專業的特點及培養目標，結合我們多年的教學實踐及作者在IC設計企業的實踐經驗，提出了具有我校特色的微電子專業的課程體系。將面向IC設計方向的微電子專業的課程體系設定為五個部分，這五個部分既有循序漸進，又有相互交織，具體情況如下：
（1）公共基礎課。主要完成大學物理、高等數學、外語以及“兩課”、科學的世界觀與方法論等人文學科的高等基本修養教育。大學物理和高等數學是理工科的基石；由於半導體技術發展極其迅速，新的技術和標準多是源自國外，所以IC企業對學生外語的要求很高，一般都要求員工閱讀英文原文資料甚至撰寫英文報告；科學的世界觀和方法論對人才成長（如組織能力、團隊精神、道德修養等）非常重要，除了可透過這一部分的教學完成， 還需要在其他相關課程的學習和實踐中不斷豐富。
（2）專業基礎課。主要包括電子技術基礎和計算機基礎。電子技術基礎需完成學科所需的專業基礎知識的學習，以電路分析、類比電子電路、數位電路、訊號與系統、電磁場等課程及其實驗為主；IC設計離不開計算機這一有力的工具，所以應該加強計算機方面的教學，計算機技術基礎課程主要是完成計算機應用、計算機原理以及程式設計等方面的課程。透過這些課程的學習和實踐，培養學生電子和計算機方面的基本能力，開拓學生的思維。
（3）專業主幹課。主幹課應該為一些技術含量比較高、能使學生畢業後迅速適應工作的核心課程，具體包括半導體物理、微電子器件原理、積體電路原理、半導體積體電路、積體電路工藝原理、半導體材料、固體物理等課程，以其為主線構成學科要求的階梯訓練系統。
（4）專業方向課程。微電子學專業主要面向工藝、器件和材料、IC設計三個方面，應該多開一些專業方向性比較強的課程，供學生根據興趣及各自希望的發展方向進行選擇。對於IC設計專業方向的課程，應該包括積體電路分析與設計、EDA技術、硬體描述語言、IC設計基礎與實踐、ASIC設計、SoC軟硬體協同設計、積體電路邏輯綜合驗證技術、版圖設計、積體電路測試與可測性等等一些實踐性較強的課程，進一步培養了學生的知識綜合能力、自學能力和實踐動手能力。
（5）實踐課程。微電子是一門實踐性很強的學科，因此在努力提高理論教學的同時，必須加強對實踐環節的教學和管理，提高學生的動手能力。可開設半導體材料和器件測試實驗、積體電路系統設計實驗、積體電路測試和系統開發實驗等實驗課程。
此外，實驗教學應貫穿課堂教學的始終，部分專業基礎課程應配備相應的實驗課時來完善教學；部分課程（如類比電路和數位電路等）應該單獨設定實驗課，實現從最簡單的示波器使用，到製作比較完整的PCB板；有些課程（如IC設計基礎與實踐、EDA技術等）應以實驗教學為主。開設兩到三個階段的課程設計，課程設計Ⅰ要求學生獨立完成一塊有一定難度的PCB電路的製作與除錯， 課程設計Ⅱ要求學生用積體電路設計軟體完成一定規模電路的前模擬、版圖設計及後模擬等設計，經歷模擬或數字積體電路設計的整個過程。加強畢業實習和畢業設計的過程及質量管理，爭取安排學生到IC企業進行實習，每個學生的畢業設計時間應不少於3個月。
四、結束語
積體電路產業是當前新經濟時代的基礎產業，在國民經濟、國防建設以及現代資訊化社會中起著極其重要的戰略意義，培養該專業優秀的IC設計人才離不開一個科學的課程體系。本文結合近五年的教學實踐及兩年多的IC企業實踐經驗，對面向IC設計人才培養的微電子學專業課程體系進行了探討，對該專業的知識結構和課程體系的進一步研究與實踐及培養優秀的IC設計人才具有一定的指導意義。