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中圖分類號：G424 文獻標識碼：A DOI：10.16400/ki.kjdkz.2016.01.047

The Research of Experimental Teaching on "Integrated Circuit

Process Foundation" in Independent College

WEN Yi， HU Yunfeng

（University of Electronic Science and Technology of China， Zhongshan Institute， Zhongshan， Guangdong 528402）

Abstract Combining electronic science and technology applied talents training model in independence colleges， the experimental teaching was discussed on the "integrated circuit process foundation" course. The course was composed of simulation multimedia teaching system， basic semiconductor planar process experiment， process simulation software and school-enterprise cooperation. With the author's teaching practice， the enthusiasm of students was trying to effectively mobilized， and the development of students' learning ability and practical ability to train qualified electronic information applied talents was promoted.

Key words applied talents; integrated circuit process foundation; experimental teaching

0 引言

微電子技術和產業在國民經濟中具有舉足輕重的地位。高校的電子科學與技術專業以培養微電子學領域的高層次工程技術人才為目標，學生畢業后能從事電子器件、集成電路和集成系統的設計和制造，以及相關的新技術、新產品、新工藝的研制與開發等方面工作。

“集成電路工藝基礎”是電子科學與技術專業的一門核心課程，講授半導體器件和集成電路制造的單項工藝基本原理和整體工藝流程。本課程是電子科學與技術專業課程體系中的重要環節，也是學生知識結構的必要組成部分。通過本課程的學習，學生應該具備一定工藝分析、設計以及解決工藝問題的能力。

集成電路工藝實驗作為“集成電路工藝基礎”課程的課內實驗，是電子科學與技術專業的專業課教學的重要組成部分，具有實踐性很強、實踐和理論結合緊密的特點。加強工藝實驗教學對于培養高質量的集成電路專業人才十分必要。但是集成電路的制造設備價格昂貴，環境條件要求苛刻，限制了工藝實驗教學在高校的開展。國內僅少數重點大學能夠承受巨大的運營費用，擁有簡化的集成電路工藝線或工藝試驗線供科研、教學使用。而大多數學校只能依靠到研究所或Foundry廠進行參觀式的實習來解決工藝實驗問題，這對于學生實踐能力的培養是遠遠不夠的。

我院電子科學與技術專業成立于2003年，現每屆招收本科生約120人，多年內為珠三角地區培養了大量專業人才。隨著集成電路技術日新月異的發展，對從業人員的要求也不斷升級，所以工藝實驗教學也必須與時俱進。作為獨立學院，如何結合自身實際地進行工藝實驗室建設、采用多種方法手段開展工藝實驗的教學，提高集成電路工藝課程的教學質量，是我們所面臨的緊迫問題。本文以“集成電路工藝基礎”實驗教學實踐為研究對象，針對獨立學院學生理論基礎較為薄弱，動手熱情比較高的特點，就該課程教學內容和教學方式進行了探討。

1 “集成電路工藝基礎”的實驗教學

“集成電路工藝基礎”具有涉及知識面廣，教學內容信息量大，綜合性強，理論與實踐結合緊密的特點，課程教學難度相對較大。同時獨立學院相應配套的實驗教學設備較為缺乏。為了提高學生對該課程的興趣，取得更好的實驗教學效果，讓學生能將理論應用于實踐，具有較強的集成電路生產實踐和設計開發能力，筆者從如下幾方面對實驗教學進行了嘗試。

1.1 工藝模擬多媒體教學系統

運用傳統的教學方法，很難讓學生理解抽象的器件結構和工藝流程并產生興趣。我院購置了清華大學微電子所的集成電路工藝多媒體教學系統，幫助學生對集成電路工藝流程有一個全面生動的認識。該系統提供擴散、氧化和離子注入三項工藝設備的操作模擬，充分利用多媒體技術，將聲光電等多種素材進行合理的處理，做到圖文聲像并茂，力爭使抽象的知識形象化，獲得直觀、豐富、生動的教學效果。該系統涉及大量的集成電路制造實際場景與特殊細節，能較全面地展示Foundry廠的集成電路生產環境和工藝流程。內容豐富、身臨其境的工藝模擬能大大提高學生的學習興趣，幫助學生理解理論知識。

此外，在工藝課程的課堂教學過程中，嘗試利用學生自學討論作為輔助的形式。針對某些章節，老師課前提出問題，安排學生分組準備，自習上網收集最新的與集成電路工藝實驗相關的資料，整理中、英文文獻，制作內容生動的PPT在課堂上演示并展開討論，最后歸納總結。這樣既培養了學生利用網絡進行自學和小組合作作學習的習慣，提高網上查找、整理資料的能力，也為老師的多媒體課件制作提供了素材，豐富了老師的教學內容。

1.2 基礎的半導體平面工藝實驗

學院一直非常重視電子科學與技術專業的建設問題，在實驗室配置方面的資金投入力度比較大。在學院領導的大力支持下，近年來實驗室購置了一批集成電路工藝實驗設備和儀器，如光刻機、涂膠機、氧化反應室、磁控濺射設備、半導體特性測試系統和掃描電子顯微鏡等，為集成電路工藝實驗教學的開展打下了良好的物質基礎 。

在集成電路專業教學中，工藝實驗是非常重要的環節;讓學生進行實際操作，對于培養應用型人才也是非常必要的。通過調研考察兄弟院校的工藝實驗開展情況，結合我院的實際情況和條件，確定了我院電子科學與技術專業的基礎半導體平面工藝實驗項目，如氧化（硅片熱氧化實驗）、擴散（硅片摻雜實驗）、光刻（硅片上選擇刻蝕窗口的實驗）、淀積（PVD、CVD薄膜制備的實驗）等。

這些設備和儀器，除了用于工藝課程實驗教學外，平時還開放給本科生畢業設計、學生創新項目及研究生科研等。通過實際動手操作，使學生能將所學理論知識運用到實際中，既培養了學生的實際操作能力，又引導學生在實踐中掌握分析問題、解決問題的科學方法，加深了對集成電路工藝技術和原理的理解。

1.3 工藝仿真軟件

現代集成電路的發展離不開計算機技術的支持，所以要重視計算機仿真在課程中的作用。TCAD（Technology Computer Aided Design）產品是研究、設計與開發半導體器件和工藝所必需的先進工具。它可以準確地模擬研究所和Foundry廠里的集成電路工藝流程，對由該工藝流程制作出的半導體器件的性能進行仿真，也能設計與仿真太陽能電池、納米器件等新型器件。

利用美國SILVACO公司的TCAD產品，筆者為工藝課程開設了課內仿真實驗，實驗項目包括薄膜電阻、二極管、NMOS等基本器件的設計和工藝流程仿真。通過ATHENA和ATLAS軟件教學，指導學生仿真設計基本的半導體器件，模擬工藝流程，從而鞏固所學理論知識，使學生將工藝和以前學過的半導體器件的內容融合起來。學生在計算機上通過軟件進行仿真實驗，既可以深入研究仿真的工藝流程細節，又可以彌補由于設備條件的制約帶來的某些實驗項目暫時無法開出的不足。

1.4 校企合作

培養應用型人才還必須結合校企合作。珠三角地區是微電子產業的聚集地，企業眾多，行業發展前景好。加強校企聯系，可以做到合作共贏，共同發展。通過組織學生到半導體生產測試企業參觀實習，如深圳方正微電子、珠海南科、中山木林森LED等，讓學生親身體驗半導體企業的生產過程，感受集成電路工廠的生產環境，了解本行業國內外發展的概況，從而彌補課堂教學的不足，激發學生學習熱情，引導學生畢業后從事相關工作。目前，學院與這些半導體生產測試企業建立了良好的合作關系，每屆畢業生都有進入上述企業工作的。他們在工作崗位上表現良好，獲得用人單位的好評，既為企業輸送了合格人才，也為往后學生的職業規劃樹立了榜樣，拓展了學生的就業渠道。

2 結束語

經過筆者幾年來的實踐，在“集成電路工藝基礎”課程的實驗教學中，對教學內容和教學方式進行了改進，形式多樣，互為補充，內容全面、新穎，注重學生實踐技能的培養，對提高學生整體素質起到了積極作用，實現了教學質量的提高。當然，“集成電路工藝基礎”課程的實驗教學還有很大的改進空間，我們還需要在實踐中不斷地改革與探索，將其逐步趨于完善，使其在培養獨立學院應用型人才的過程中發揮巨大的作用。

參考文獻

[1] 王紅航，張華斌，羅仁澤.“微電子工藝基礎”教學的應用能力培養[J].電氣電子教學學報，2009.31（2）.

[2] 王蔚，田麗，付強.微電子工藝課/實驗/生產實習的整合研究[J].中國現代教育裝備，2012.23.

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關鍵詞： 電子科學與技術專業；集成電路工藝學課程；教學改革

Key words： electronic science and technology major; IC technology courses; teaching reform

中圖分類號：G42文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2011）13-0223-01

1 信息時代需要優秀的電子科學與技術專業的人才

電子科學與技術專業具有多學科滲透、應用性強、主要服務于IC行業等鮮明特點。能夠從事電子科學與技術領域的研究、設計、開發、應用和管理的高級人才。目前國內開設電子科學與技術專業的學校有：天津大學、電子科技大學、西安電子科技大學、北京理工大學、北京航空航天大學等幾十所學校。通過本課程的學習應使學生對集成電路工藝學中的基本概念、基本技術和基本器件有比較全面、系統的認識，培養學生分析和解決工程技術問題的能力，為進一步學習相關專業課打下基礎。主要研究氧化、擴散和離子注入等相關技術。使學生掌握光刻、刻蝕和蒸發濺射等的基本概念及基本技術，對集成電路工藝學有比較全面、系統的認識和了解。

2 我校電子科學與技術專業本科人才的培養目標

該專業畢業生應獲得以下幾方面的知識和能力：①掌握信息科學、電子學和計算機科學學科的基本理論、基本知識；②微電子技術系統及其決策支持與安全防護系統的分析與設計方法和研制技術；③具有使用計算機和儀器設備解決工程問題的能力；④具有創新意識和獨立獲取新知識的能力。

3 電子科學與技術專業集成電路工藝學課程教學改革探討

3.1 集成電路工藝學的內涵 集成電路工藝學是利用研磨、拋光、氧化、擴散、光刻、外延生長、蒸發等一整套平面工藝技術，在一小塊硅單晶片上同時制造晶體管、二極管、電阻和電容等元件，并且采用一定的隔離技術使各元件在電性能上互相隔離。然后在硅片表面蒸發鋁層并用光刻技術刻蝕成互連圖形，使元件按需要互連成完整電路，制成半導體單片集成電路。隨著單片集成電路從小、中規模發展到大規模、超大規模集成電路，平面工藝技術也隨之得到發展。例如，擴散摻雜改用離子注入摻雜工藝；紫外光常規光刻發展到一整套微細加工技術，如采用電子束曝光制版、等離子刻蝕、反應離子銑等；外延生長又采用超高真空分子束外延技術；采用化學汽相淀積工藝制造多晶硅、二氧化硅和表面鈍化薄膜；互連細線除采用鋁或金以外，還采用了化學汽相淀積重摻雜多晶硅薄膜和貴金屬硅化物薄膜，以及多層互連結構等工藝。

3.2 電子科學與技術專業集成電路工藝學課程教學改革措施

3.2.1 教學內容 ①授課體系和重點；課程根據電子科學與技術專業方向的學生培養要求，著重從硅工藝的角度出發，理論方面力求清楚易懂，闡述微電子學基礎、半導體物理基礎、光電現象和光電效應，重點介紹常用工藝原理、特性和參數。為了更好的運用硅基器件，對各類器件的電路也作了詳細的分析，同時給出實際應用系統舉例。②所講授的知識要緊跟科學發展前沿；集成電路工藝學教科書對于迅猛發展的集成電路工藝學來說，既是基本的，又是滯后的，教師授課時如果按教材講解，往往會帶來知識陳舊、講課形式單一、內容枯燥乏味的后果，造成學生學習積極性下降。因此在教學過程中刪掉一些陳舊過時的內容，及時補充和更新教學內容，增添一些現代集成電路工藝學的前沿知識，特別是體現本學科專業特色的一些前沿知識，從而緊跟集成電路工藝學的前沿，給學生提供充分的科學探索和求真的空間。③注重課程與專業應用領域間的聯系；專業課可理解為某一學科的基礎課程，是通向學科廣闊領域的橋梁。它的基本功能是引導學生明確學科專業發展方向，使其在日后的學習工作中能自如的在該學科專業的深度和廣度上鉆研、拓展。因此在講授課程各部分內容時，電子科學專業的應用領域緊密相連。例如針對硅片生產應用領域，在課程講授過程中可適當加入集成電路制造技術的應用熱點以及在IC行業中的應用等方面的內容，使該專業的學生了解所學課程內容在該領域的應用、研究熱點及發展前景。

3.2.2 教學方法 ①利用現代教育技術的各種多媒體技術和網絡技術進行教學，例如投影、幻燈、錄像等多媒體資料，充分發揮其信息容量大、方便快捷、形象直觀、教學效率高的優勢。這樣使用這些教學工具，既使教師能方便清楚地講授專業課中的各種圖片資料內容，又省去了教師課堂現場作圖的時間，在有限的時間內能講授更多的內容，提高了講課的信息量。因此教師要積極制作教學課件、開發利用網絡上豐富的信息資源，下載適合學生閱讀的科研論文，并推薦給學生參考。這是開拓學生視野，培養學生自學意識和科研意識的有效方法。②采用講座與講授相結合的教學方法。在進行基礎理論教學的適當時機，安排集成電路方面科技知識的專題講座，穿插現代集成電路科技知識，使學生既強化基礎理論訓練，又熟悉了解較多的現代集成電路科技知識，激發學習興趣，培養學生的科研意識。

3.2.3 教學目標 在集成電路課程改革中，把教學目標從以科學知識教育為主轉變為實現科學教育和人文教育的融合，培養敢于創新、善于思索、具有團隊協作精神的21世紀新型人才。長期以來，我國大學文、理、工分校，存在著科學教育與人文教育的脫離，造成理工科生的人文文化知識和文科生的科學常識知之甚少。針對電子科學與技術的工科學生，應在進行科學知識教育的同時注重培養其人文精神，例如在講解集成電路課程中的科學概念、原理、方法時可提到發現科學規律的動機，提到科學家如何通過艱苦的努力甚至犧牲生命取得創新，以及這些成果的應用對社會可能造成的影響等，從而使之潛移默化地對學生進行自然的而不是勉強的人文教育。

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1.引言

21世紀是科技飛速發展的世紀，集成電路制造業是一項戰略性的基礎產業，《集成電路工藝》是電子科學與技術專業重要的專業課，其目的是使學生學習和掌握VLSI的主要工藝技術與原理，熟悉工藝設備的特點，培養工藝設計及解決工藝問題的能力。課程具有實踐性很強、理論與實踐結合緊密的特點，為學生以后進行工程設計和科研工作打下良好基礎。本課程的目的是使學生對微電子關鍵工藝及其原理有較為完整和系統的概念，并具有一定工藝設計、分析和解決工藝問題的能力。結合多年教學工作實際，我提出了幾點教學改革設想［1］［2］。

2.教學內容的選取

2.1教材的選取。

本課程首選教材是《硅集成電路工藝》。該書有三個優點：一是內容全面豐富。不僅詳細介紹了芯片制造中的各項關鍵工藝，而且介紹了支持這些工藝的設備，以及每一道工藝的質量檢測和故障排除。二是工藝技術先進。該書吸收了當今最發達技術資料，如化學機械拋光、淺槽隔離等工藝，因此本教材是一本很全面、很先進和可讀性非常強的專業書籍。

2.2教學內容的選取。

本課程的目的是使學生掌握半導體芯片制造的工藝和基本原理，并具有一定的工藝設計和分析能力。本課程32學時，而教材內容章節很多，所以課堂授課內容需要精心選擇。一方面，選擇性地使用教材內容。對非關鍵工藝，如教材中的4―6章主要介紹半導體制造中的空穴及缺陷等內容，要舍棄，可供學生課后自己閱讀。另一方面，查閱相關資料，對教材內容做必要的補充。由于教材側重技術介紹，在工藝原理方面涉及甚少，作為電子科學技術專業的本科生，有必要掌握關鍵工藝的物理基礎和原理，因此任課老師需要廣泛查閱相關資料，對教材內容做必要的、有益的補充。如離子注入摻雜工藝，選用的教材僅作為一節簡單介紹，其基礎和原理更是少之又少，必須找出相應詳細的介紹。再者，氧化過程中雜質的再分布對器件特性影響是不容忽視的，工藝過程需要考慮，也需要做相應補充，《集成電路工藝基礎》中這部分內容有較大價值［3］。

3.豐富多彩的教學方式

3.1多媒體教學，事半功倍。

多媒體教學方式如今已廣泛使用，在本課程教學中使用多媒體教學符合教學內容特點的要求，因為有大量的工藝流程和工藝實施后的硅片剖面圖，只有通過多媒體才能使學生有直觀、清楚的認識。教材中提供了大量結構剖面圖和設備圖，如果完全靠老師板書，教學內容和效果將不易理解，而采用多媒體教學則能達到事半功倍的效果。

3.2教學互動，讓學生走上講臺。

教學互動非常重要。學生對動態和前沿比較感興趣，易激發其求知欲，抓住學生這一特點，可以給學生布置幾個與集成電路工藝動態和前沿相關的題目，讓學生課后查閱、整理資料，寫成專題小論文，還可開設專題小論壇，每一專題請一位有興趣的同學制作課件在課堂上給大家講解。這種方式將課堂時間和空間進行延伸，使學生由課堂被動聽講變為課后主動學習、消化。這樣一方面能培養學生通過網絡學習工藝知識的習慣，并在不斷查閱資料中積累、豐富了專業知識。另一方面能鍛煉學生走上講臺“準教師”的思維能力和語言表達能力。

3.3加強實驗教學，理論用于實踐。

在教學過程中，要堅持理論和實踐相結合的原則。建議開設最基本的半導體平面工藝實驗，如氧化、擴散、離子注入、光刻沉積。實驗要求每組學生用拋光硅片，通過氧化、光刻、等工序制備晶體管，是一個典型的綜合性、研究型實驗。通過實驗教學，學生既能培養動手能力，又能掌握科學的分析問題的方法，加深對半導體平面工藝技術和原理的理解，激發學習興趣。本課程在大學三年級下學期開設。

3.4將專家學者請進高校課堂。

我們充分利用與國內外高等院校和科研單位進行研究合作與學術交流的同時，在專業課授課過程中，還邀請有一定知名度的專家學者來我校作專題學術報告。由于他們長期從事某一領域的科學研究，十分熟悉該領域的最新發展趨勢，因此可以系統地將這些信息傳遞給學生。這樣做不僅大大擴充了學生的知識面，提高了他們的思維能力，而且進一步激發了他們的專業課學習熱情和強烈的進取心。近五年來，我們先后邀請包括中科院半導體等單位多名專家為我校的客座教授或兼職教授，分別做了關于微電子方面的多場專題學術報告，均受到了廣大教師與學生的一致好評。

4.結語

《集成電路工藝》是電子科學與技術專業本科生的一門重要的專業課程，本課程的目的是使學生掌握集成電路制造工藝和基本原理。學生專業知識和能力的獲取，一方面是通過將理論應用于實驗來驗證和強化，另一方面通過理論課學習獲得。通過開發多媒體教學軟件，精心選擇優秀教材、及時更新教學內容、開設綜合性實驗、布置設計性作業、安排專題報告、改革考核方式等環節，提高課程教學質量，培養具有創新能力、滿足21世紀所需的專業技術人才。

參考文獻：

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二、針對企業要求的版圖設計教學規劃

1.數字版圖設計。數字集成電路版圖設計是由自動布局布線工具結合版圖驗證工具實現的。自動布局布線工具加載準備好的由verilog程序經過DC綜合后的網表文件與Foundry提供的數字邏輯標準單元版圖庫文件和I/O的庫文件，它包括物理庫、時序庫、時序約束文件。在數字版圖設計時，一是熟練使用自動布局布線工具如Encounter、Astro等，鑒于很少有學校開設這門課程，可以推薦學生自學或是參加專業培訓。二是數字邏輯標準單元版圖庫的設計，可以由Foundry廠提供，也可由公司自定制標準單元版圖庫，因此對于初學者而言設計好標準單元版圖使其符合行業規范至關重要。2.模擬版圖設計。在模擬集成電路設計中，無論是CMOS還是雙極型電路，主要目標并不是芯片的尺寸，而是優化電路的性能，匹配精度、速度和各種功能方面的問題。作為版圖設計者，更關心的是電路的性能，了解電壓和電流以及它們之間的相互關系，應當知道為什么差分對需要匹配，應當知道有關信號流、降低寄生參數、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上去優化尺寸的，面積在某種程度上說仍然是一個問題，但不再是壓倒一切的問題。在模擬電路版圖設計中，性能比尺寸更重要。另外，模擬集成電路版圖設計師作為前端電路設計師的助手，經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、導線是否有大電流流過等，這就要求版圖設計師不僅懂工藝而且能看懂模擬電路。3.逆向版圖設計。集成電路逆向設計其實就是芯片反向設計。它是通過對芯片內部電路的提取與分析、整理，實現對芯片技術原理、設計思路、工藝制造、結構機制等方面的深入洞悉。因此，對工藝了解的要求更高。反向設計流程包括電路提取、電路整理、分析仿真驗證、電路調整、版圖提取整理、版圖繪制驗證及后仿真等。設計公司對反向版圖設計的要求較高，版圖設計工作還涵蓋了電路提取與整理，這就要求版圖設計師不僅要深入了解工藝流程；而且還要熟悉模擬電路和數字標準單元電路工作原理。

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浙江省教育改革走在全國前列，從2014屆開始，通用技術中的《電子控制技術》作為高考的選考內容，這對于全省通用技術教師教學來說是個嚴峻的挑戰。大多數教師不是電子技術專業出身，有些從物理教師轉行過來，更甚的是從生物、化學、文科等教師中轉行過來，對電子技術專業知識相當的匱乏，且現使用的蘇教版《電子控制技術》教材，沒有經過教學實踐檢驗，所以教材中有些錯誤的內容沒有訂正。這樣情況下，我們有必要對555集成電路有全面的正確認識，并能分析其在電路中的工作原理和實際應用。

一、555集成電路命名規則和常見封裝形式

555集成電路芯片的生產廠家眾多，常見的有NE555、CA555、MC7555、CB7555.那它們的命名規則是怎樣的呢？

如果用TTL工藝制作的稱為雙極型集成電路，用CMOS工藝制作的稱為CMOS集成電路。所有雙極型集成電路型號最后3位數碼都是555；所有CMOS產品型號最后4位數碼都命名為7555；如果一個芯片上集成兩個555并共用一組電源叫雙定時器。雙極型雙定時器產品命名為556；CMOS雙定時器命名為7556。雙極型和CMOS型555定時器的功能和外部引腳的排列完全相同。

雙極型的555集成電路工作電壓為4.5V―15V，第3腳輸出（驅動電流）可達200mA，可直接驅動小型繼電器，但缺點是靜態電流也偏大。

CMOS型的7555集成電路工作電壓2―18V，靜態電流很小，只有80uA，特別適合于使用電池、低電源電壓場合。但7555的第3腳驅動電流很小，只有1mA，不能直接驅動繼電器，需要通過三極管的放大來驅動繼電器。

二、555芯片等效電路結構及工作原理

（1）555等效功能電路圖。

雖然很多半導體器件公司都生產各自型號的555集成電路，但其內部電路大同小異，且都具有相同的引腳功能端。

555集成電路內部等效電路圖

555集成電路由3個阻值為5kΩ的電阻組成的分壓器（555由此得名）、兩個電壓比較器C1和C2、基本RS觸發器、放電三極管TD和緩沖反相器G3組成。虛線邊沿標注的數字為管腳號。其中1腳為接地端；2腳為低電平觸發端，由此輸入低電平觸發脈沖；6腳為高電平觸發端，由此輸入高電平觸發脈沖；4腳為復位端，輸入負脈沖（或使其電壓低于0.7V）可使555定時器直接復位；5腳為電壓控制端，在此端外加電壓可以改變比較器的參考電壓，不用時，經0.01uF的電容接地，以防止引入干擾；7腳為放電端，555定時器輸出低電平時，放電晶體管TD導通，外接電容元件通過TD放電；3腳為輸出端，輸出高電壓約低于電源電壓1V―3V，輸出電流可達200mA，因此可直接驅動繼電器、發光二極管、指示燈等；8腳為電源端，可在5V―15V范圍內使用。

（2）555集成電路工作原理分析

5腳經0.01uF電容接地，以防止引入干擾；比較器C1比較電壓為2/3VCC，C2的比較電壓為1/3VCC。

①當R（__）=0時，Q（__）=1，uo=0，T飽和導通。

②當R（__）=1、UTH>2VCC/3、UTR（____）>VCC/3時，C1=0、C2=1，Q（__）=1、Q=0，uo=0，T飽和導通。

③當R（__）=1、UTHVCC/3時，C1=1、C2=1，Q（__）、Q不變，uo不變，T狀態不變。

④當R（__）=1、UTH

三、教材555電路案例分析

案例1.雞蛋孵化溫度控制器的設計電路圖如下（教材P99頁）

對于這個電路圖根據我們之前對555原理的分析，發現教材對該電路的設計和分析有錯誤：

（1）圖中三個箭頭處應加上圓點，表示電路是連接的。

（2）將 CB7555 改為 NE555，因CB7555 是 CMOS 型的集成電路，輸出電流只有1mA，驅動能力不夠。NE55是雙極型集成電路，能輸出200mA，能直接驅動繼電器。

（3）文字描述有誤。這里的 555 是工作于雙穩態。

把熱敏電阻Rt1放入盛有37℃的水的燒杯中，調節可變電阻Rp1，使NE555的2腳電壓低于VCC/3，6腳的電壓低于2VCC/3，3腳輸出高電平，點亮V1，繼電器觸點J-1閉合，電熱器開始加熱。

案例2 555電路組成的水箱閉環電子控制系統電路圖（教材P104頁）

電路分析如下：

當水位低于b點時，555電路中的AC和BC都斷開，所以2腳和6腳輸入都是低電平，由555邏輯功能表分析可知，3腳輸出高電平，V4飽和導通，繼電器J吸合，電動機M工作抽水。由于3腳高電平，所以V1導通，打水指示燈亮。7腳輸出狀態是高電平V2截止，有水指示燈不亮。

電動機M抽水時，水位上升，如果在ab之間，相當于BC導通，AC斷開，則2腳輸入為高電平（大于VCC/3），6腳為低電平（小于2VCC/3），由555邏輯功能表分析可知，3腳輸出狀態不變，由原來的狀態決定，即3腳輸出高電平，V4飽和導通，繼電器J吸合，電動機M還是繼續工作抽水；由于3腳高電平，所以V1導通，打水指示燈亮。7腳輸出狀態是高電平V2截止，有水指示燈不亮。

當水位到達a時，AC接通，6腳主電平（大于2VCC/3），則3腳和7腳輸出低電平，則V4和V1截止，繼電器J斷開，電動機M停止抽水，V1打水指示燈滅。由于7腳低電平，則V2導通，則有水指示燈亮。

當水位下降時，AC斷開，BC接通，則6腳輸入是低電平（小于2VCC/3），而2腳輸入是高電平（大于VCC/3），3腳輸出狀態保持不變，即輸出為低電平，抽水機不工作。

當水位下降到b時，電路工作情況跟（1）一樣，抽水機又工始工作，又重復前面的周期運行情況。

以上是對教材兩例的糾錯和電路原理分析，但555電路的應用有很多種，如接成單穩態電路，可用在555觸摸定時開關和定時器；還可以外接電容器，組成多諧振蕩器，我們教師首先掌握555電路等效功能電路和基本的邏輯關系，對于實際電路也可以通過上面例子的分析方法，相信一定能理解其他555電路工作原理的，在電子控制技術教學中會更加得心應用，心中有底氣。

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中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）34-0076-02

以集成電路為龍頭的信息技術產業是國家戰略性新興產業中的重要基礎性和先導性支柱產業。國家高度重視集成電路產業的發展，2000年，國務院頒發了《國務院關于印發鼓勵軟件產業和集成電路產業發展若干政策的通知》（18號文件），2011年1月28日，國務院了《國務院關于印發進一步鼓勵軟件產業和集成電路產業發展若干政策的通知》，2011年12月24日，工業和信息化部印發了《集成電路產業“十二五”發展規劃》，我國集成電路產業有了突飛猛進的發展。然而，我國的集成電路設計水平還遠遠落后于產業發展水平。2013年，全國進口產品金額最大的類別是集成電路芯片，超過石油進口。2014年3月5日，國務院總理在兩會上的政府工作報告中，首次提到集成電路（芯片）產業，明確指出，要設立新興產業創業創新平臺，在新一代移動通信、集成電路、大數據、先進制造、新能源、新材料等方面趕超先進，引領未來產業發展。2014年6月，國務院頒布《國家集成電路產業發展推進綱要》，加快推進我國集成電路產業發展，10月底1200億元的國家集成電路投資基金成立。集成電路設計人才是集成電路產業發展的重要保障。2010年，我國芯片設計人員達不到需求的10%，集成電路設計人才的培養已成為當前國內高等院校的一個迫切任務[1]。為滿足市場對集成電路設計人才的需求，2001年，教育部開始批準設置“集成電路設計與集成系統”本科專業[2]。

我校2002年開設電子科學與技術本科專業，期間，由于專業調整，暫停招生。2012年，電子科學與技術專業恢復本科招生，主要專業方向為集成電路設計。為提高人才培養質量，提出了集成電路設計專業創新型人才培養模式[3]。本文根據培養模式要求，從課程體系設置、課程內容優化兩個方面對集成電路設計方向的專業課程體系進行改革和優化。

一、專業課程體系存在的主要問題

1.不太重視專業基礎課的教學。“專業物理”、“固體物理”、“半導體物理”和“晶體管原理”是集成電路設計的專業基礎課，為后續更好地學習專業方向課提供理論基礎。如果基礎不打扎實，將導致學生在學習專業課程時存在較大困難，更甚者將導致其學業荒廢。例如，如果沒有很好掌握MOS晶體管的結構、工作原理和工作特性，學生在后面學習CMOS模擬放大器和差分運放電路時將會是一頭霧水，不可能學得懂。但國內某些高校將這些課程設置為選修課，開設較少課時量，學生不能全面、深入地學習；有些院校甚至不開設這些課程[4]。比如，我校電子科學與技術專業就沒有開設“晶體管原理”這門課程，而是將其內容合并到“模擬集成電路原理與設計”這門課程中去。

2.課程開設順序不合理。專業基礎課、專業方向課和寬口徑專業課之間存在環環相扣的關系，前者是后者的基礎，后者是前者理論知識的具體應用。并且，在各類專業課的內部也存在這樣的關系。如果在前面的知識沒學好的基礎上，開設后面的課程，將直接導致學生學不懂，嚴重影響其學習積極性。例如：在某些高校的培養計劃中，沒有開設“半導體物理”，直接開設“晶體管原理”，造成了學生在學習“晶體管原理”課程時沒有“半導體物理”課程的基礎，很難進入狀態，學習興趣受到嚴重影響[5]。具體比如在學習MOS晶體管的工作狀態時，如果沒有半導體物理中的能帶理論，就根本沒辦法掌握閥值電壓的概念，以及閥值電壓與哪些因素有關。

3.課程內容理論性太強，嚴重打擊學生積極性。“專業物理”、“固體物理”、“半導體物理”和“晶體管原理”這些專業基礎課程本身理論性就很強，公式推導較多，并且要求學生具有較好的數學基礎。而我們有些教師在授課時，過分強調公式推導以及電路各性能參數的推導，而不是側重于對結構原理、工作機制和工作特性的掌握，使得學生（尤其是數學基礎較差的學生）學習起來很吃力，學習的積極性受到極大打擊[6]。

二、專業課程體系改革的主要措施

1.“4+3+2”專業課程體系。形成“4+3+2”專業課程體系模式：“4”是專業基礎課“專業物理”、“半導體物理”、“固體物理”和“晶體管原理”；“3”是專業方向課“集成電路原理與設計”、“集成電路工藝”和“集成電路設計CAD”；“2”是寬口徑專業課“集成電路應用”、“集成電路封裝與測試”，實行主講教師負責制。依照整體優化和循序漸進的原則，根據學習每門專業課所需掌握的基礎知識，環環相扣，合理設置各專業課的開課先后順序，形成先專業基礎課，再專業方向課，然后寬口徑專業課程的開設模式。

我校物理與電子科學學院本科生實行信息科學大類培養模式，也就是三個本科專業大學一年級、二年級統一開設課程，主要開設高等數學、線性代數、力學、熱學、電磁學和光學等課程，重在增強學生的數學、物理等基礎知識，為各專業后續專業基礎課、專業方向課的學習打下很好的理論基礎。從大學三年級開始，分專業開設專業課程。為了均衡電子科學與技術專業學生各學期的學習負擔，大學三年級第一學期開設“理論物理導論”和“固體物理與半導體物理”兩門專業基礎課程。其中“固體物理與半導體物理”這門課程是將固體物理知識和半導體物理知識結合在一起，課時量為64學時，由2位教師承擔教學任務，其目的是既能讓學生掌握后續專業方向課學習所需要的基礎知識，又不過分增加學生的負擔。大學三年級第二學期開設“電子器件基礎”、“集成電路原理與設計”、“集成電路設計CAD”和“微電子工藝學”等專業課程。由于“電子器件基礎”是其他三門課程學習的基礎，為了保證學習的延續性，擬將“電子器件基礎”這門課程的開設時間定為學期的1～12周，而其他3門課程的開課時間從第6周開始，從而可以保證學生在學習專業方向課時具有高的學習效率和大的學習興趣。另外，“集成電路原理與設計”課程設置96學時，由2位教師承擔教學任務。并且，先講授“CMOS模擬集成電路原理與設計”的內容，課時量為48學時，開設時間為6～17周；再講授“CMOS數字集成電路原理與設計”的內容，課時量為48學時，開設時間為8～19周。大學四年級第一學期開設“集成電路應用”和“集成電路封裝與測試技術”等寬口徑專業課程，并設置其為選修課，這樣設置的目的在于：對于有意向考研的同學，可以減少學習壓力，專心考研；同時，對于要找工作的同學，可以更多了解專業方面知識，為找到好工作提供有力保障。

2.優化專業課程的教學內容。由于我校物理與電子科學學院本科生采用信息科學大類培養模式，專業課程要在大學三年級才能開始開設，時間緊湊。為實現我校集成電路設計人才培養目標，培養緊跟集成電路發展前沿、具有較強實用性和創新性的集成電路設計人才，需要對集成電路設計方向專業課程的教學內容進行優化。其學習重點應該是掌握基礎的電路結構、電路工作特性和電路分析基本方法等，而不是糾結于電路各性能參數的推導。

在“固體物理與半導體物理”和“晶體管原理”等專業基礎課程教學中，要盡量避免冗長的公式及煩瑣的推導，側重于對基本原理及特性的物理意義的學習，以免削弱學生的學習興趣。MOS器件是目前集成電路設計的基礎，因此，在“晶體管原理”中應當詳細講授MOS器件的結構、工作原理和特性，而雙極型器件可以稍微弱化些。

對于專業方向課程，教師不但要講授集成電路設計方面的知識，也要側重于集成電路設計工具的使用，以及基本的集成電路版圖知識、集成電路工藝流程，尤其是CMOS工藝等相關內容的教學。實驗實踐教學是培養學生的知識應用能力、實際動手能力、創新能力和社會適應能力的重要環節。因此，在專業方向課程中要增加實驗教學的課時量。例如，在“CMOS模擬集成電路原理與設計”課程中，總課時量為48學時不變，理論課由原來的38學時減少至36學時，實驗教學由原來的10學時增加至12個學時。36學時的理論課包含了單級運算放大器、差分運算放大器、無源/有源電流鏡、基準電壓源電路、開關電路等多種電路結構。12個學時的實驗教學中2學時作為EDA工具學習，留給學生10個學時獨自進行電路設計。從而保證學生更好地理解理論課所學知識，融會貫通，有效地促進教學效果，激發學生的學習興趣。

三、結論

集成電路產業是我國國民經濟發展與社會信息化的重要基礎，而集成電路設計人才是集成電路產業發展的關鍵。本文根據調研結果，分析目前集成電路設計本科專業課程體系存在的主要問題，結合我校實際情況，對我校電子科學與技術專業集成電路設計方向的專業課程體系進行改革，提出“4+3+2”專業課程體系，并對專業課程講授內容進行優化。從而滿足我校集成電路設計專業創新型人才培養模式的要求，為培養實用創新型集成電路設計人才提供有力保障。

參考文獻：

[1]段智勇，弓巧俠，羅榮輝，等.集成電路設計人才培養課程體系改革[J].電氣電子教學學報，2010，（5）.

[2]方卓紅，曲英杰.關于集成電路設計與集成系統本科專業課程體系的研究[J].科技信息，2007，（27）.

[3]謝海情，唐立軍，文勇軍.集成電路設計專業創新型人才培養模式探索[J].電力教育，2013，（28）.

篇（7）

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）30-0070-02

21世紀被稱為信息時代，電子科學與技術在信息、能源、材料、航天、生命、環境、軍事和民用等科技領域將獲得更廣泛的應用，必然導致電子科學與技術產業的迅猛發展。這種產業化趨勢反過來對本專業的鞏固、深化、提高和發展起到積極的促進作用，也對人才的培養提出了更高的要求。因此，本文從人才的社會需求出發，結合我校實際情況，進行了本科專業培養方案的改革探索，并詳細介紹了培養方案的制定情況。

一、人才的社會需求情況

目前，我校電子科學與技術專業的本科畢業生主要面向長三角地區龐大的微電子、光電子、光伏和新能源行業，市場對專業人才的需求基本上是供不應求的。但是也應該注意到電子科學與技術產業的分布不均，分類較細，且發展變化較快。另外，電子科學與技術產業結構具有多樣性，既有勞動密集型的大型企業、大公司，更多的是小公司和小企業；既有國有企業和私營企業，更有合資、獨資的外企。因此，社會需求與本專業畢業生的供需矛盾還會繼續存在。

二、專業的培養目標和定位

本專業培養具備微電子、光電子領域的寬厚專業基礎知識，熟練實驗技能，能掌握電子材料、電子器件、微電子和光電子系統的新工藝、新技術研究開發和設計技能，有較強的工程實踐能力，能夠在該領域從事各種電子材料、元器件、光電材料及器件、集成電路的設計、制造和相應的新產品、新技術、新工藝的研究、開發和管理工作工程技術人才。并且結合我校“大工程觀”人才培養特色，依據“卓越工程師”教育理念下工程技術型人才培養的原則，培養適應微電子和新興光電行業乃至區域社會經濟建設需求的工程技術型人才。

三、本科培養方案制定的思路

電子科學與技術專業培養方案參照工程教育認證的要求，以及專業下設微電子、光電子材料與器件兩個本科培養方向的思路制定。注重培養學生的專業基礎知識和實踐工程能力，使畢業生能滿足長三角地區微電子、光電子和新能源行業發展的需求。微電子方向的課程設置專注于電子材料與電子器件、集成電路與系統設計方面，光電子材料與器件方向則偏向于光電信息、光電材料與光電器件方面。

四、本科培養方案的改革探索

要實現電子科學與技術專業的培養目標，適應電子信息產業的不斷發展，并結合我校學科發展方向和特色，對電子科學與技術專業本科人才培養方案進行了研究，并對省內外幾所高校電子科學與技術專業的培養方案進行調研，最終形成了富有特色的電子科學與技術專業人才培養方案，主要內容如下：

1.培養方案的模塊化設計。在設計電子科學與技術專業本科培養方案的整體框架時，根據“加強基礎、拓寬專業、培養能力”和培養工程技術型人才的辦學理念下，專業培養方案分人文與社會科學、專業基礎和專業課三個模塊，下設微電子和光電子材料與器件兩個專業方向。學生在前兩年學習相同的課程，到大三時根據自己的興趣選擇專業方向，選修各自方向的專業課。由于兩個方向的不同培養要求，因此在專業基礎選修課、專業必修課和專業選修課方面設置限選模塊，每個專業方向必須修滿相應的學分才能畢業。

2.改革專業基礎課程。專業基礎課程是為專業課程奠定基礎，因此，在保留了原有電子信息類專業通常所開設的電子類課程外，增加了與專業相關的課程，如EDA技術、通信原理、數字信號處理、物理光學、應用光學、激光原理與技術等課程，刪減了原先與物理類相關的一些課程，如物理學史、原子物理、熱力學與統計物理學等，并刪減了一些計算機軟件類課程，如C++程序設計、計算機在材料科學中的應用等。專業基礎選修課程分方向限選模塊，兩個專業方向對應有不同的專業基礎選修課程。

3.優化專業課程。專業課程是整個專業教育中的主干部分，微電子方向的課程設置緊緊圍繞半導體和集成電路設計方向，開設有集成電路設計、微電子工藝原理與技術、工藝與器件可靠性分析、半導體測試技術、現代電子材料及元器件、集成電路工藝與器件模擬等課程。光電子材料與器件方向圍繞光電材料和光纖通信方向，開設光電子材料與器件、光電檢測原理與技術、太陽能電池原理與技術、光纖傳感原理與技術、光纖通信技術等課程。另外專業課程里面還設置有專業實驗，通過加強實驗環節，訓練學生的動手操作能力，增強學生的理論知識。

五、與省內外專業人才培養的區別

具有電子科學與技術專業的各大高校分布在不同的地區，服務于不同的區域經濟，這就要求專業學生的培養具有區域化、差異化。我們分析了杭州電子科技大學、浙江工業大學、蘇州大學、南京理工大學和徐州工程學院這五所不同地區、不同層次高校的電子科學與技術專業的培養方案。不僅使我們能學習到其他高校的先進辦學理念、合理的課程設置體系，也可以發現與其他高校之間的差異。具體表現為以下幾個方面：

1.專業定位。各個學校的電子科學與技術專業依據自身的師資力量、辦學條件、區域經濟要求確定專業的發展定位。杭州電子科技大學的電子科學與技術專業依托1個教育部重點實驗室、2個國家級實驗教學示范中心、3個省部級重點實驗室，人才培養定位于能從事電子元器件、電子電路乃至電子集成系統的設計和開發等方面工作的工程技術人才。浙江工業大學的電子科學與技術專業主要培養光通信、電子電路系統、集成電路設計等方面的人才。蘇州大學的電子科學與技術專業定位在培養能夠在電路與系統、集成電路與系統等領域從事各類系統級、板級和芯片級研發工作的高級工程技術人才。南京理工大學的電子科學與技術專業主要是突出光電技術和微電子與信息處理學科的交叉和融合，以光電成像探測理論與技術及微電子理論與技術為專業特色。徐州工程學院的電子科學與技術專業主要定位在培養能從事光電子材料與器件開發的工程技術人才。而我校的電子科學與技術專業定位于服務長三角地區半導體和新能源行業，培養能從事集成電路設計與開發、光電子材料與器件的研發等工作的工程技術人才。

2.課程體系。杭州電子科技大學的電子科學與技術專業培養學生設計、開發電子元器件、電子電路系統、電子集成系統的能力，在課程設置上開設了通信電子電路、EDA技術、薄膜物理與技術、電子材料與電子器件、電子系統設計與實踐、集成電路設計、嵌入式系統原理和應用、現代DSP技術及應用等專業課程。浙江工業大學的電子科學與技術專業培養學生設計、開發電子電路系統、集成電路系統的能力，開設了電路原理、模電數電、通信電子線路、集成電路設計、光纖通信原理、光網絡技術、數字信號處理等專業課程，以及電子線路CAD實驗、單片機綜合實驗、通信原理實驗、通信電子線路大型實驗、微電子基礎實驗、半導體器件仿真大型實驗、集成電路設計大型實驗等實驗類課程。蘇州大學的電子科學與技術專業培養學生設計與開發電路與系統、集成電路與系統，從事各類系統級、板級和芯片級研發工作的能力，開設了信號與系統、電磁場與電磁波、高頻電路設計與制作、電子線路CAD、CMOS模擬集成電路設計、VLSI設計基礎等專業課程，以及電子技術基礎實驗、信號與電路基礎實驗、電子線路實驗、電子系統綜合設計實驗等實驗類課程。南京理工大學培養學生從事光電子器件、光電系統和集成電路的設計、開發、應用的能力，開設了信號與系統、光學、光電信號處理、光輻射測量、光電子器件、光電成像技術、超大規模集成電路設計、光電子技術、顯示技術、光電檢測技術、數字圖像處理、半導體集成電路、集成電路測試技術、微電子技術、光電子線路、電視原理等專業課程。徐州工程學院的電子科學與技術專業培養學生設計與開發光電子材料與器件的能力，開設有信號與系統、光電子學、光電子技術、激光原理與技術、光伏材料等專業課程，以及模擬電路課程設計、數字電路課程設計、單片機原理課程設計等實踐性課程。我校的電子科學與技術專業主要培養學生集成電路設計、光電子材料與器件的設計與制備能力，開設有半導體物理學、半導體器件原理、MEMS技術、微電子工藝原理與技術、薄膜材料及制備技術、工藝與器件可靠性分析、集成電路工藝與器件模擬、EDA技術、通信原理、數字信號處理、光電子材料與器件、光電檢測原理與技術、太陽能電池原理與技術、光纖通信技術等專業課程，以及近代物理實驗、專業實驗等實驗類課程。

3.人才培養特色。杭州電子科技大學的電子科學與技術專業的人才培養特色是注重集成電路設計、系統集成方面能力的培養。浙江工業大學的人才培養注重光纖通信、集成電路設計方面能力的培養。蘇州大學的人才培養注重電路與系統設計、集成電路與系統設計方面能力的培養。南京理工大學的人才培養注重光電技術和微電子與信息處理學科的交叉和融合，以光電成像探測理論與技術及微電子理論與技術為專業特色。徐州工程學院的人才培養注重光電材料與器件方面能力的培養。我校的人才培養注重電子材料與電子器件的設計與開發、集成電路設計方面能力的培養。

參考文獻：

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1.引言

集成電路工藝學是以半導體學為理論基礎，研究半導體制造工藝過程的科學[1]。沈陽化工大學的集成電路工藝學課程是電子科學與技術專業的主干課，結合本科教學，增強實踐能力，培養創新人才為培養目標[2]。本文結合集成電路工藝學實驗這門課程，立足于現有的硬件平臺，從學生的身心發展角度出發，討論了實驗課教學存在的問題，并針對問題提出了人性化的改進方法。

2.集成電路工藝學實驗現狀及存在的問題

2.1實驗前期準備不足。

實驗教師備課不充分。實驗課堂問題是層出不窮的，隨機的，原因也是無法預知的。因此要求教師對實驗原理準確把握，對實驗儀器熟練操作。而在現實中大部分教師的課前準備工作需要提高。再者學生課前不預習，等到實驗的時候現看實驗指導書，完全按照實驗指導書的步驟做實驗。

2.2教學過于依賴實驗教師。

實驗課上，有的學生不預習，只是單一按照實驗指導書上的步驟做實驗，遇到問題自己不思考，問老師，有的老師不引導學生，直接告訴學生怎么做，有的甚至直接把實驗數據都給學生做出來了，導致學生動手能力很差，依賴程度增強。學生在實驗過程中僅僅需要進行簡單的連接，便可得到“理想”結果。使得實驗課的價值大打折扣，也使得學生有理由不用在實驗前做準備。

2.3注重結果，忽略實驗過程。

實驗是考查學生動手能力的課程。但是它仍舊是一門需要考查的課程，現有的考評方式較大的因素取決于最后考試時的表現，由于實驗本身的不確定性，以及一些隨機問題，導致實驗結果和預期的存在較大的偏差，甚至有的學生做完后沒得到實驗結果，這樣有可能使得學生的分數大打折扣，導致學生一味重復老師所要求的實驗，嚴格點說就是學生只關注了所謂的考點。至于實驗課的目的和意義學生是不會重視的。

3.實驗教學改革

3.1應用網絡作為實驗教學的平臺。

我們還積極采用該課程的網絡課件，學生通過網絡課件學習本實驗，該課程的教學大綱、考試大綱、實驗大綱、教學課件、模擬試題習題案例、最新發展動態等，均可由學生在網上直接查到。還可以跟學習好的同學和任課教師進行實時溝通、交流。學生通過網絡課件參加測試。學生的平時測驗、中期總結等可通過網絡教學平臺，進行設計、評分，并按學院的統一要求，通過校園網將成績錄入“學生成績管理系統”，從而加速學生的信息傳送，便于學生及時查閱成績和學校教務部門快速管理。

3.2實驗分組統一授予成績。

在實驗課程開始前，對所有做實驗的學生進行分組，按照自愿結合和強弱搭配的原則，實施小組長負責管理模式。一個小組在實驗階段是一個小的團隊，小組的總成績為每個學生的成績。通過小組實驗模式，有利于學生間的交流、研究，更有助于發揮團隊協作能力。同時也降低了過分重視期末考試成績的情況，使得考評方式更加人性化。

3.3加強實驗教學，理論用于實踐。

在教學過程中，堅持理論和實踐相結合的原則。建議開設最基本的半導體平面工藝實驗，如氧化、擴散、離子注入、光刻、沉積。實驗要求每組學生用拋光硅片，通過氧化、光刻、等工序制備晶體管，是一個典型的綜合性、研究型實驗。通過實驗教學，既培養了學生的動手能力，又使學生掌握了科學的分析問題的方法。

4.實驗內容和方式的創新。

本專業原有實驗教學設備中，有驗證性實驗所占的比例較大，其中實驗內容又多以服務于理論教學而設計。這類實驗不利于培養學生的創新思維和創新能力。而綜合性和設計性實驗能從多角度、多層次、多方位、多途徑鍛煉學生，并對學生進行提問，提高學生分析問題和解決問題的能力，同時也是培養學生實踐能力和創新能力的重要手段。按照現有實驗條件，我們首先對已有的實驗設備進行了整合，通過調試和添加一些新的器件，把現有的6個實驗中的3個變為綜合性實驗，例如氧化工藝實驗，原有的實驗通過創新改革后，達到以督促學生培養嚴謹客觀的科研態度、規范正確的操作手法、獨立思考和自主學習的能力，等等。

5.結語

上述實驗教學改革，得到了學生的一致認同，改革調整了學生的知識結構，使學生實現從知識型向能力型、由單一型向復合型、從模仿型向創新型的轉變。

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一、引言

微電子技術與國家科技發展密切相關，是21世紀我國重點發展的技術方向。在新形勢下，無論軍用還是民用方面都對微電子方向人才有強烈需求。高校微電子專業是以培養能在微電子學領域內，從事半導體器件、集成電路設計、制造和相應的新產品、新技術、新工藝的研究和開發等方面工作的高級應用型科技人才為目標的。因此，要求學生不僅要具備堅實的理論基礎，還需具備突出的專業能力和創新能力，滿足行業的快速發展和社會需求。

目前我國微電子行業中，微電子工藝研究相對于器件和集成電路設計研究工作是滯后的，處于不平衡發展狀態，為使行業發展更均衡，需要加強微電子工藝人才的培養。微電子工藝是微電子專業中非常重要的專業課，主要研究微電子器件與集成電路制造工藝原理與技術。微電子器件與集成電路尺寸都是在微米甚至納米量級，導致在理論學習過程中，學生理解有一定的困難，因此需要通過開設微電子工藝實驗課程加深和鞏固知識內容，使學生更加直接地接觸微電子行業核心技術，了解半導體器件、集成電路生產制造加工的技術方法，從而促進學生對微電子工藝等課程的學習。因此，微電子工藝實驗教學可以有效地彌補理論教學的局限性和抽象性，促進學生對理論課的理解和提高學生的動手能力。

二、課程分析

微電子工藝課程要求掌握制造集成電路所涉及的外延、氧化、摻雜、光刻、刻蝕、化學氣相淀積、物理氣相淀積、金屬化等技術的原理與方法，熟悉雙極型和M0s集成電路的制造工藝流程，了解集成電路的新工藝和新技術。微電子技術的發展是遵循摩爾定律，快速發展變化的，雖然工程教育要求教學最新最前沿的技術，但微電子設備價格昂貴，運轉與維護費用很高，任何高校都很難不斷升級換代；而且集成電路制造技術的更新迭代主要是在摻雜技術、光刻技術、電極制造技術方面進行了技術改進，在其他方面還都是相似的，因此，在高校中單純追求工藝先進的實驗教學是不現實的。基于此，結合實際教學資源情況，建設主流、典型工藝技術的工藝實驗線，并開展理論聯系實踐的實驗教學是微電子工藝實驗室建設的重點。通過實驗使學生更牢固地掌握晶體管及簡單Ic的整個工藝制造技術，學會測試晶體管重要參數，以及初步了解集成電路工藝制造過程。

黑龍江大學微電子工藝實驗室已建立數十年，之前受到設備的限制，所開設的實驗都是分立的，不能完全按工藝流程完成器件的制作，沒有形成有機整體，學生缺乏對晶體管制作工藝流程的整體認識。經過不斷發展和學校的大量投入，目前該實驗室擁有一條微電子平面工藝線，主要的設備包括磁控濺射設備、電子束蒸發設備、CVD化學氣相淀積系統、光刻機、離子刻蝕機、擴散爐、氧化爐、超聲壓焊機、燒結爐等。這些設備保證了微電子工藝實驗能夠按晶體管制作工藝流程順序完成制作。同時實驗室配備了測試環節所必須的顯微鏡、電阻率測試儀、探針測試臺、半導體特性圖示儀等檢測儀器，通過實驗能進一步加深學生對微電子工藝制造過程的了解。實踐證明，以上實驗內容對學生掌握知識和開拓視野起到十分重要的作用，效果顯著。該實驗室多年來一直開展本科生教學和本科生畢業設計、研究生畢業設計、各類創新實驗項目等教學、科研工作。

三、實驗教學的開展

為了達到理論實踐相互支撐與關聯，通過實驗促進理論學習，筆者根據微電子專業特點，開展了微電子工藝實驗的教學改革。在原有的微電子平面工藝實驗的基礎上，建立由實驗內容的設置、多媒體工藝視頻、實際操作的工藝實驗、實驗考核方法和參觀學習五部分組成的教學方式，形成有效的實踐教學，加強了學生對制造技術和工藝流程的整體的認識，培養了學生對半導體器件原理研究的興趣，使學生對將來從事半導體工藝方面的研究充滿信心。

（一）實驗內容的設置

實驗內容主要包括四部分：

1.教師提供給學生難易不同的器件結構（二極管、三極管、MOS管等），學生可以自主選擇；

2.根據器件結構，計算機輔助軟件設計器件制作的工藝流程；

3.通過實驗室提供的儀器設備完成器件制作；

4.測試器件性能參數。

通過這樣設置，既能掌握微電子工藝的基本理論，又能通過實驗分析完善工藝參數，使學生完全參與其中。

（二）多媒體工藝視頻

為了讓學生對集成電路設計和微電子制造工藝有直觀的認識。結合實際的實驗教學過程，制作全程相關單項工藝技術、流程及設備操作視頻演示資料，同時強調工藝制作過程中安全操作和注意事項，防止危險的發生。

（三）實際操作的工藝實驗

工藝實驗涵蓋清洗、氧化、擴散、光刻、制版、蒸鍍、燒結、壓焊等主要工序，為學生親自動手制作半導體器件和制造集成電路提供了一個完整的實驗條件。學生根據所學的理論知識了解器件結構、確定工藝條件、按照流程完成器件的制作。保證每名學生都參與到器件制作過程中。同時每個單項工序時間和內容采取預約制，實現開放式實驗教學。

、

（四）實驗考核方法

在實驗教學環節中，實驗考核是重要的教學質量評價手段。實驗著重對動手能力和綜合分析問題的能力及創新能力進行考核。主要考核內容包括：

1.器件工藝設計：考核設計器件制作流程的合理性；

2.工藝實驗：考核現場工藝操作是否規范，選用的工藝條件是否合理；

3.測試結果：考核制作器件的測試結果；

4.實驗分析報告：考核分析問題和解決問題能力，并最終給出綜合成績。

（五）參觀學習

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【基金項目】湖南省自然科學基金項目（14JJ6040）;湖南工程學院博士啟動基金。

【中圖分類號】G642.3 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2015）08-0255-01

隨著科學技術的不斷進步，電子產品向著智能化、小型化和低功耗發展。集成電路技術的不斷進步，推動著計算機等電子產品的不斷更新換代，同時也推動著整個信息產業的發展[1]。因此，對集成電路相關人才的需求也日益增加。目前國內不僅僅985、211等重點院校開設了集成電路相關課程，一些普通本科院校也開設了相關課程。課程的教學內容由單純的器件物理轉變為包含模擬集成電路、數字集成電路、集成電路工藝、集成電路封裝與測試等[2]。隨著本科畢業生就業壓力的不斷增加，培養應用型、創新型以及可發展型的本科人才顯得日益重要。然而，從目前我國各普通院校對集成電路的課程設置來看，存在著重傳統輕前沿、不因校施教、不因材施教等問題，進而導致學生對集成電路敬而遠之，退避三舍，學習積極性不高，繼而導致學生的可發展性不好，不能適應企業的要求。

本文結合湖南工程學院電氣信息學院電子科學與技術專業的實際，詳細闡述了本校當前“集成電路原理與應用”課程理論教學中存在的問題，介紹了該課程的教學改革措施，旨在提高本校及各兄弟院校電子科學與技術專業學生的專業興趣，培養學生的創新意識。

1.“集成電路原理與應用”課程理論教學存在的主要問題

1.1理論性強，課時較少

對于集成電路來說，在講解之前，學生應該已經學習了以下課程，如：“固體物理”、“半導體物理”、“晶體管原理”等。但是，由于這些課程的理論性較強，公式較多，要求學生的數學功底要好。這對于數學不是很好的學生來說，就直接導致了其學習興趣降低。由于目前嵌入式就業前景比較好，在我們學校，電子科學與技術專業的學生更喜歡嵌入式方面的相關課程。而集成電路相關企業更喜歡研究生或者實驗條件更好的985、211高校的畢業生，使得我校集成電路方向的本科畢業生找到相關的較好工作比較困難。因此，目前我校電子科學與技術專業的發展方向定位為嵌入式，這就導致一些跟集成電路相關的課程，如“微電子工藝”、“晶體管原理”、“半導體物理”等課程都取消掉了，而僅僅保留了“模擬電子技術”和“數字電子技術”這兩門基礎課程。這對于集成電路課程的講授更增加了難度。“集成電路原理與應用”課程只有56課時，理論課46課時，實驗課10課時。只講授教材上的內容，沒有基礎知識的積累，就像空中架房，沒有根基。在教材的基礎上額外再講授基礎知識的話，課時又遠遠不夠。這就導致老師講不透，學生聽不懂，效果很不好。

1.2重傳統知識，輕科技前沿

利用經典案例來進行課程教學是夯實集成電路基礎的有效手段。但是對于集成電路來說，由于其更新換代的速度非常快，故在進行教學時，除了采用經典案例來夯實基礎外，還需緊扣產業的發展前沿。只有這樣才能保證人才培養不過時，學校培養的學生與社會需求不脫節。但目前在授課內容上還只是注重傳統知識的講授，對于集成電路的發展動態和科技前沿則很少涉及。

1.3不因校施教，因材施教

教材作為教師教和學生學的主要憑借，是教師搞好教書育人的具體依據，是學生獲得知識的重要工具。然而，我校目前“集成電路原理與應用”課程采用的教材還沒有選定。如：2012年采用葉以正、來逢昌編寫，清華大學出版社出版的《集成電路設計》;2013年采用畢查德?拉扎維編寫，西安交通大學出版社出版的《模擬CMOS集成電路設計》;2014年采用余寧梅、楊媛、潘銀松編著，科學出版社出版的《半導體集成電路》。教材一直不固定的原因是還沒有找到適合我校電子科學與技術專業學生實際情況的教材，這就導致教師不能因校施教、因材施教。

2.“集成電路原理與應用”課程理論教學改革

2.1選優選新課程內容，夯實基礎

由于我校電子科學與技術專業的學生，沒有開設“半導體物理”、“晶體管原理”、“微電子工藝”等相關基礎課程，因此理想的、適用于我校學生實際的教材應該包括半導體器件原理、模擬集成電路設計、雙極型數字集成電路設計、CMOS數字集成電路設計、集成電路的設計方法、集成電路的制作工藝、集成電路的版圖設計等內容，如表1所示。因此，在教學實踐中，本著“基礎、夠用”的原則，采取選優選新的思路，盡量選擇適合我校專業實際的教材。目前，使用筆者編寫的適合于我校學生實際的理論教學講義，理順了理論教學，實現了因校施教，因材施教。

表1 “集成電路原理與應用”課程教學內容

2.2提取科技前沿作為教學內容，激發專業興趣

為了提高學生的專業興趣，讓他們了解“集成電路原理與應用”課程的價值所在，在授課的過程中穿插介紹集成電路設計的前沿動態。如：從IEEE國際固體電路會議的論文集中提取模塊、電路、仿真、工藝等最新的內容，并將這些內容按照門類進行分類和總結，穿插至傳統的理論知識講授中，讓學生及時了解當前集成電路設計的核心問題。這樣不但可以激發學生的好奇心和學習興趣，還可以提高學生的創新能力。

2.3開展雙語教學互動，提高綜合能力

目前，我國的集成電路產業相對于國外來說，還存在著相當的差距。要開展雙語教學的原因有三：一是集成電路課程的一些基本專業術語都是由英文翻譯過來的;二是集成電路的研究前沿都是以英文發表在期刊上的;三是世界上主流的EDA軟件供應商都集中在歐美國家，軟件的操作語言與使用說明書都是英文的。因此，集成電路課程對學生的英語能力要求很高，在課堂上適當開展雙語教學互動，無論是對于學生繼續深造，還是就業都是非常必要的。

3.結語

集成電路自二十世紀五十年代被提出以來，經歷了小規模、中規模、大規模、超大規模、甚大規模，目前已經進入到了片上系統階段。雖然集成電路的發展日新月異，但目前集成電路相關人才的學校培養與社會需求存在很大的差距。因此，對集成電路相關課程的教學改革刻不容緩。基于此，本文從“集成電路原理與應用”課程理論教學出發，詳細闡述了“集成電路原理與應用”課程教學所存在的主要問題，并有針對性的提出了該課程教學內容和教學方法的改革措施，這對培養應用型、創新型的集成電路相關專業的本科畢業生具有積極的指導意義。

篇（11）

1.引言

微電子技術是隨著集成電路，尤其是大規模集成電路發展起來的一門新技術。微電子產業包括系統電路設計，器件物理，工藝技術，材料制備，自動測試及封裝等一系列專門的技術的產業。微電子產業發展非常迅速，它已經滲透到了國民經濟的各個領域，特別是以集成電路為關鍵技術的電子戰和信息戰都要依托于微電子產業。

微電子技術是微電子產業的核心，是在電子電路和系統的超小型化和微型化的過程中逐漸形成和發展起來的。微電子技術也是信息技術的基礎和心臟，是當今發展最快的技術之一。近年來，微電子技術已經開始向相關行業滲透，形成新的研究領域。

2.微電子技術概述

2.1 認識微電子

微電子技術的發展水平已經成為衡量一個國家科技進步和綜合國力的重要標志之一。因此，學習微電子，認識微電子，使用微電子，發展微電子，是信息社會發展過程中，當代大學生所渴求的一個重要課程。

生活在當代的人們，沒有不使用微電子技術產品的，如人們每天隨身攜帶的手機；工作中使用的筆記本電腦，乘坐公交、地鐵的IC卡，孩子玩的智能電子玩具，在電視上欣賞從衛星上發來的電視節目等等，這些產品與設備中都有基本的微電子電路。微電子的本領很大，但你要看到它如何工作卻相當難，例如有一個像我們頭腦中起記憶作用的小硅片―它的名字叫存儲器，是電腦的記憶部分，上面有許許多多小單元，它與神經細胞類似，這種小單元工作一次所消耗的能源只有神經元的六十分之一，再例如你手中的電話，將你的話音從空中發射出去并將對方說的話送回來告訴你，就是靠一種叫“射頻微電子電路”或叫“微波單片集成電路”進行工作的。它們會將你要表達的信息發送給對方，甚至是通過通信衛星發送到地球上的任何地方。其傳遞的速度達到300000KM/S，即以光速進行傳送，可實現雙方及時通信。

“微電子”不是“微型的電子”，其完整的名字應該是“微型電子電路”，微電子技術則是微型電子電路技術。微電子技術對我們社會發展起著重要作用，是使我們的社會高速信息化，并將迅速地把人類帶入高度社會化的社會。“信息經濟”和“信息社會”是伴隨著微電子技術發展所必然產生的。

2.2 微電子技術的基礎材料――取之不盡的硅

位于元素周期表第14位的硅是微電子技術的基礎材料，硅的優點是工作溫度高，可達200攝氏度；二是能在高溫下氧化生成二氧化硅薄膜，這種氧化硅薄膜可以用作為雜質擴散的掩護膜，從而能使擴散、光刻等工藝結合起來制成各種結構的電路，而氧化硅層又是一種很好的絕緣體，在集成電路制造中它可以作為電路互聯的載體。此外，氧化硅膜還是一種很好的保護膜，它能防止器件工作時受周圍環境影響而導致性能退化。第三個優點是受主和施主雜質有幾乎相同的擴散系數。這就為硅器件和電路工藝的制作提供了更大的自由度。硅材料的這些優越性能促成了平面工藝的發展，簡化了工藝程序，降低了制造成本，改善了可靠性，并大大提高了集成度，使超大規模集成電路得到了迅猛的發展。

2.3 集成電路的發展過程

20世紀晶體管的發明是整個微電子發展史上一個劃時代的突破。從而使得電子學家們開始考慮晶體管的組合與集成問題，制成了固體電路塊―集成電路。從此，集成電路迅速從小規模發展到大規模和超大規模集成電路，如圖1所示。

圖1 集成電路發展示意圖

集成電路的分類方法很多，按領域可分為：通用集成電路和專用集成電路；按電路功能可分為：數字集成電路、模擬集成電路和數模混合集成電路；按器件結構可分為：MOS集成電路、雙極型集成電路和BiIMOS集成電路；按集成電路集成度可分為：小規模集成電路SSI、中規模集成電路MSI、大規模集成電路LSI、超導規模集成電路VLSI、特大規模集成電路ULSI和巨大規模集成電路CSI。

隨著微電子技術的發展，出現了集成電路（IC），集成電路是微電子學的研究對象，其正在向著高集成度、低功耗、高性能、高可靠性的方向發展。

2.4 走進人們生活的微電子

IC卡，是現代微電子技術的結晶，是硬件與軟件技術的高度結合。存儲IC卡也稱記憶IC卡，它包括有存儲器等微電路芯片而具有數據記憶存儲功能。在智能IC卡中必須包括微處理器，它實際上具有微電腦功能，不但具有暫時或永久存儲、讀取、處理數據的能力，而且還具備其他邏輯處理能力，還具有一定的對外界環境響應、識別和判斷處理能力。

IC卡在人們工作生活中無處不在，廣泛應用于金融、商貿、保健、安全、通信及管理等多種方面，例如：移動電話卡，付費電視卡，公交卡，地鐵卡，電子錢包，識別卡，健康卡，門禁控制卡以及購物卡等等。IC卡幾乎可以替代所有類型的支付工具。

隨著IC技術的成熟，IC卡的芯片已由最初的存儲卡發展到邏輯加密卡裝有微控制器的各種智能卡。它們的存儲量也愈來愈大，運算功能越來越強，保密性也愈來愈高。在一張卡上賦予身份識別，資料（如電話號碼、主要數據、密碼等）存儲，現金支付等功能已非難事，“手持一卡走遍天下”將會成為現實。

3.微電子技術發展的新領域

微電子技術是電子科學與技術的二級學科。電子信息科學與技術是當代最活躍，滲透力最強的高新技術。由于集成電路對各個產業的強烈滲透，使得微電子出現了一些新領域。

3.1 微機電系統

MEMS（Micro-Electro-Mechanical systems）微機電系統主要由微傳感器、微執行器、信號處理電路和控制電路、通信接口和電源等部件組成，主要包括微型傳感器、執行器和相應的處理電路三部分，它融合多種微細加工技術，并將微電子技術和精密機械加工技術、微電子與機械融為一體的系統。是在現代信息技術的最新成果的基礎上發展起來的高科技前沿學科。

當前，常用的制作MEMS器件的技術主要由三種：一種是以日本為代表的利用傳統機械加工手段，即利用大機械制造小機械，再利用小機械制造微機械的方法，可以用于加工一些在特殊場合應用的微機械裝置，如微型機器人，微型手術臺等。第二種是以美國為代表的利用化學腐蝕或集成電路工藝技術對硅材料進行加工，形成硅基MEMS器件，它與傳統IC工藝兼容，可以實現微機械和微電子的系統集成，而且適合于批量生產，已成為目前MEMS的主流技術，第三種是以德國為代表的LIGA（即光刻，電鑄如塑造）技術，它是利用X射線光刻技術，通過電鑄成型和塑造形成深層微結構的方法，人們已利用該技術開發和制造出了微齒輪、微馬達、微加速度計、微射流計等。

MEMS的應用領域十分廣泛，在信息技術，航空航天，科學儀器和醫療方面將起到分別采用機械和電子技術所不能實現的作用。

3.2 生物芯片

生物芯片（Bio chip）將微電子技術與生物科學相結合的產物，它以生物科學基礎，利用生物體、生物組織或細胞功能，在固體芯片表面構建微分析單元，以實現對化合物、蛋白質、核酸、細胞及其他生物組分的正確、快速的檢測。目前已有DNA基因檢測芯片問世。如Santford和Affymetrize公司制作的DNA芯片包含有600余種DNA基本片段。其制作方法是在玻璃片上刻蝕出非常小的溝槽，然后在溝槽中覆蓋一層DNA纖維，不同的DNA纖維圖案分別表示不同的DNA基本片段。采用施加電場等措施可使一些特殊物質反映出某些基因的特性從而達到檢測基因的目的。以DNA芯片為代表的生物工程芯片將微電子與生物技術緊密結合，采用微電子加工技術，在指甲大小的硅片上制作包含多達20萬種DNA基本片段的芯片。DNA芯片可在極短的時間內檢測或發現遺傳基因的變化，對遺傳學研究、疾病診斷、疾病治療和預防、轉基因工程等具有極其重要的作用。生物工程芯片是21世紀微電子領域的一個熱點并且具有廣闊的應用前景。

3.3 納米電子技術

在半導體領域中，利用超晶格量子阱材料的特性研制出了新一代電子器件，如：高電子遷移晶體管（HEMT），異質結雙極晶體管（HBT），低閾值電流量子激光器等。

在半導體超薄層中，主要的量子效應有尺寸效應、隧道效應和干涉效應。這三種效應，已在研制新器件時得到不同程度的應用。

（1）在FET中，采用異質結構，利用電子的量子限定效應，可使施主雜質與電子空間分離，從而消除了雜質散射，獲得高電子遷移率，這種晶體管，在低場下有高跨度，工作頻率，進入毫米波，有極好的噪聲特性。

（2）利用諧振隧道效應制成諧振隧道二極管和晶體管。用于邏輯集成電路，不僅可以減小所需晶體管數目，還有利于實現低功耗和高速化。

（3）制成新型光探測器。在量子阱內，電子可形成多個能級，利用能級間躍遷，可制成紅外線探測器。

利用量子線、量子點結構作激光器的有源區，比量子阱激光器更加優越。在量子遂道中，當電子通過隧道結時，隧道勢壘兩側的電位差發生變化，如果勢壘的靜電能量的變化比熱能還大，那么就能對下一個電子隧道結起阻礙作用。基于這一原理，可制作放大器件，振蕩器件或存儲器件。

量子微結構大體分為微細加工和晶體生長兩大類。

4.微電子技術的主要研究方向

目前微電子技術正朝著三個方向發展。第一，繼續增大晶圓尺寸并縮小特征尺寸。第二，集成電路向系統芯片（system on chip，SOC）方向發展。第三，微電子技術與其他領域相結合將產生新產業和新學科，如微機電系統和生物芯片。隨著微電子學與其他學科的交叉日趨深入，相關的新現象，新材料，新器件的探索日益增加，光子集成如光電子集成技術也不斷發展，這些研究的不斷深入，彼此間的交叉融合，將是未來的研究方向。

參考文獻

[1]高勇，喬世杰，陳曦.集成電路設計技術[M].科學出版社，2011.

[2]常青，陶華敏，肖山竹，盧煥章.微電子技術概論[M].國防工業出版社，2006.

[3]王穎.集成電路版圖設計與TannerEDA工具的使用[M].西安電子科技大學出版社，2009.

[4]畢克允.微電子技術[M].國防工業出版社，2000.

[5]于寶明，金明.電子信息[M].東南大學出版社，2010.