面向IC培養的微電子課程論文

　　我國集成電路發(fā)展起步于1965年，但因體制等眾多原因，與國外差距越來(lái)越大；進(jìn)入20世紀80年代，由于國內半導體器件和集成電路生產(chǎn)缺乏競爭力，受到進(jìn)口元器件的沖擊，很多半導體器件廠(chǎng)被迫下馬或轉產(chǎn)，相應地很多高校的半導體或集成電路專(zhuān)業(yè)也被迫取消；進(jìn)入90年代中期，由于微型計算機的發(fā)展、普及以及通信等信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，對集成電路芯片的需求量越來(lái)越大，國家開(kāi)始加大對微電子行業(yè)的支持力度；在教育部1998年頒布的《普通高等學(xué)校本科專(zhuān)業(yè)目錄》中，重新確立了微電子學(xué)專(zhuān)業(yè)的地位；[1]并先后頒布了《關(guān)于印發(fā)鼓勵軟件產(chǎn)業(yè)和集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展若干政策的通知》（國發(fā)[2000]18號）和《教育部、科技部關(guān)于批準有關(guān)高等學(xué)校建設國家集成電路人才培養基地的通知》（教高[2003]2號），可見(jiàn)集成電路產(chǎn)業(yè)是我國當前重點(diǎn)扶持發(fā)展的新經(jīng)濟時(shí)代的基礎產(chǎn)業(yè)之一。

　　經(jīng)過(guò)十來(lái)年的重新發(fā)展，我國已經(jīng)初步形成了芯片設計、芯片制造、芯片封裝和測試三業(yè)并舉、比較協(xié)調發(fā)展的集成電路產(chǎn)業(yè)格局；在行業(yè)區域布局上已經(jīng)初步形成了四大半導體行業(yè)重鎮，即以上海為龍頭的長(cháng)三角地區，以北京、天津為核心的環(huán)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]制造業(yè)的技術(shù)工藝已進(jìn)入國際主流領(lǐng)域，測試和封裝技術(shù)接近國際水平，與之不協(xié)調的是我國IC設計人才缺口巨大。微電子學(xué)專(zhuān)業(yè)是培養IC設計人才的專(zhuān)業(yè)之一，研究和制定面向IC設計人才培養的微電子學(xué)專(zhuān)業(yè)的理論與實(shí)踐相結合的課程體系是十分重要的。

　　一、我國IC設計專(zhuān)業(yè)人才現狀

　　我國IC設計專(zhuān)業(yè)人才目前正面臨著(zhù)人才總量嚴重不足、供需矛盾突出，人才層次結構不合理、地區分布不平衡以及人才流向與地區經(jīng)濟發(fā)展關(guān)系明顯等問(wèn)題。國家教育部、科技部共同于2003年7月確定了9個(gè)國家級集成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(xué)、上海交大、電子科大、東南大學(xué)、華中科大作為IC設計人才培養基地，其目標是到2010年培養高層次集成電路設計人才4萬(wàn)人，工藝人才1萬(wàn)人，為我國的集成電路設計與制造進(jìn)入世界第一方陣提供高素質(zhì)人才保證。[3]隨后又先后增加了天津大學(xué)、華南理工、哈工大等多所大學(xué)作為國家級IC人才培養基地，旨在加快集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展的步伐，大力培養集成電路設計人才，滿(mǎn)足社會(huì )對集成電路設計人才的需求。雖然我國IC設計所占的集成電路產(chǎn)業(yè)結構比重在逐年遞增，但是截止到2007年底還低于20%，仍以代工制造和封裝測試為主，導致自主品牌相對較少，創(chuàng )新能力較弱，開(kāi)發(fā)能力和產(chǎn)品設計能力弱，生產(chǎn)技術(shù)和高檔產(chǎn)品主要靠引進(jìn)，高級設計人才和開(kāi)發(fā)人才缺乏；國內集成電路產(chǎn)業(yè)自有知識產(chǎn)權匱乏，技術(shù)嚴重受制于人，已經(jīng)成為制約我國集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸。[2]

　　根據來(lái)自IC設計行業(yè)的信息表明，目前國內從事IC設計五年以上的專(zhuān)業(yè)人員有相當大一部分來(lái)自物理學(xué)、電子信息工程等專(zhuān)業(yè)畢業(yè)的人員。我國目前針對IC設計人才培養的高等學(xué)校專(zhuān)業(yè)主要是集成電路設計與集成系統專(zhuān)業(yè)以及微電子學(xué)專(zhuān)業(yè)；其中集成電路設計與集成系統專(zhuān)業(yè)于2001年在電子科技大學(xué)獲準設立，目前國內設有該專(zhuān)業(yè)的高校僅有16所；微電子學(xué)專(zhuān)業(yè)一般涵蓋集成電路工藝開(kāi)發(fā)、集成電路中的器件和材料研究、集成電路（IC）設計三個(gè)方面的培養目標，[1]國內設有該專(zhuān)業(yè)的高校有52所。針對微電子學(xué)專(zhuān)業(yè)不同的培養目標，科學(xué)合理地設置課程體系不僅能夠保證人才培養質(zhì)量，還能夠提升其就業(yè)競爭力。

　　二、面向IC設計的微電子學(xué)專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)

　　微電子學(xué)是一門(mén)極為活躍的新型學(xué)科，也是近年來(lái)非常熱門(mén)的專(zhuān)業(yè)之一；主要研究新型電子器件以及集成器件的開(kāi)發(fā)、制造，集成電路的設計、計算機輔助集成電路分析，各種電子器件及材料的基礎理論、新型結構、制造工藝和測試技術(shù)。面向IC設計的微電子學(xué)專(zhuān)業(yè)主要具有：門(mén)檻高、內容新、發(fā)展更新快、學(xué)科交叉性強、與產(chǎn)業(yè)聯(lián)系緊密、高投入、與世界同步、畢業(yè)生就業(yè)服務(wù)的范圍具有國際性等特點(diǎn)。

　　IC設計屬于交叉學(xué)科，其內涵并不像其他專(zhuān)業(yè)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(shù)、計算機應用、通訊原理、控制原理、半導體器件、EDA軟件應用、數字信號處理等多學(xué)科專(zhuān)業(yè)；此外，面向IC設計的微電子學(xué)專(zhuān)業(yè)實(shí)踐性很強，對學(xué)生運用知識解決問(wèn)題的能力、總結實(shí)踐經(jīng)驗并發(fā)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(chuàng )新的能力都有很高的要求。[4]

　　三、面向IC設計的微電子學(xué)專(zhuān)業(yè)課程體系構建

　　面向IC設計方向的微電子學(xué)專(zhuān)業(yè)的培養，除了應該使學(xué)生具有良好文化修養，掌握微電子學(xué)的基本理論和基本知識，受到科學(xué)實(shí)驗與科學(xué)思維的.基本訓練，具有良好科學(xué)素養，掌握大規模集成電路及新型半導體器件的設計、制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、器件性能分析和版圖設計等的基本能力外，還應使學(xué)生較完整地了解和掌握IC設計、綜合、驗證、測試、應用的整個(gè)流程；既掌握IC設計技術(shù)又懂得集成系統技術(shù)；既有扎實(shí)的理論基礎，又有較強的應用能力；既了解集成電路應用、生產(chǎn)制造又懂得IC產(chǎn)業(yè)的管理；既可以承擔實(shí)際芯片產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，又可進(jìn)行更深入的科學(xué)研究與創(chuàng )新。

　　根據面向IC設計方向的微電子學(xué)專(zhuān)業(yè)的特點(diǎn)及培養目標，結合我們多年的教學(xué)實(shí)踐及作者在IC設計企業(yè)的實(shí)踐經(jīng)驗，提出了具有我校特色的微電子專(zhuān)業(yè)的課程體系。將面向IC設計方向的微電子專(zhuān)業(yè)的課程體系設置為五個(gè)部分，這五個(gè)部分既有循序漸進(jìn)，又有相互交織，具體情況如下：

　�。�1）公共基礎課。主要完成大學(xué)物理、高等數學(xué)、外語(yǔ)以及“兩課”、科學(xué)的世界觀(guān)與方法論等人文學(xué)科的高等基本修養教育。大學(xué)物理和高等數學(xué)是理工科的基石；由于半導體技術(shù)發(fā)展極其迅速，新的技術(shù)和標準多是源自國外，所以IC企業(yè)對學(xué)生外語(yǔ)的要求很高，一般都要求員工閱讀英文原文資料甚至撰寫(xiě)英文報告；科學(xué)的世界觀(guān)和方法論對人才成長(cháng)（如組織能力、團隊精神、道德修養等）非常重要，除了可通過(guò)這一部分的教學(xué)完成， 還需要在其他相關(guān)課程的學(xué)習和實(shí)踐中不斷豐富。

　�。�2）專(zhuān)業(yè)基礎課。主要包括電子技術(shù)基礎和計算機基礎。電子技術(shù)基礎需完成學(xué)科所需的專(zhuān)業(yè)基礎知識的學(xué)習，以電路分析、模擬電子電路、數字電路、信號與系統、電磁場(chǎng)等課程及其實(shí)驗為主；IC設計離不開(kāi)計算機這一有力的工具，所以應該加強計算機方面的教學(xué)，計算機技術(shù)基礎課程主要是完成計算機應用、計算機原理以及程序設計等方面的課程。通過(guò)這些課程的學(xué)習和實(shí)踐，培養學(xué)生電子和計算機方面的基本能力，開(kāi)拓學(xué)生的思維。

　�。�3）專(zhuān)業(yè)主干課。主干課應該為一些技術(shù)含量比較高、能使學(xué)生畢業(yè)后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、集成電路原理、半導體集成電路、集成電路工藝原理、半導體材料、固體物理等課程，以其為主線(xiàn)構成學(xué)科要求的階梯訓練系統。

　�。�4）專(zhuān)業(yè)方向課程。微電子學(xué)專(zhuān)業(yè)主要面向工藝、器件和材料、IC設計三個(gè)方面，應該多開(kāi)一些專(zhuān)業(yè)方向性比較強的課程，供學(xué)生根據興趣及各自希望的發(fā)展方向進(jìn)行選擇。對于IC設計專(zhuān)業(yè)方向的課程，應該包括集成電路分析與設計、EDA技術(shù)、硬件描述語(yǔ)言、IC設計基礎與實(shí)踐、ASIC設計、SoC軟硬件協(xié)同設計、集成電路邏輯綜合驗證技術(shù)、版圖設計、集成電路測試與可測性等等一些實(shí)踐性較強的課程，進(jìn)一步培養了學(xué)生的知識綜合能力、自學(xué)能力和實(shí)踐動(dòng)手能力。

　�。�5）實(shí)踐課程。微電子是一門(mén)實(shí)踐性很強的學(xué)科，因此在努力提高理論教學(xué)的同時(shí)，必須加強對實(shí)踐環(huán)節的教學(xué)和管理，提高學(xué)生的動(dòng)手能力�？砷_(kāi)設半導體材料和器件測試實(shí)驗、集成電路系統設計實(shí)驗、集成電路測試和系統開(kāi)發(fā)實(shí)驗等實(shí)驗課程。

　　此外，實(shí)驗教學(xué)應貫穿課堂教學(xué)的始終，部分專(zhuān)業(yè)基礎課程應配備相應的實(shí)驗課時(shí)來(lái)完善教學(xué)；部分課程（如模擬電路和數字電路等）應該單獨設置實(shí)驗課，實(shí)現從最簡(jiǎn)單的示波器使用，到制作比較完整的PCB板；有些課程（如IC設計基礎與實(shí)踐、EDA技術(shù)等）應以實(shí)驗教學(xué)為主。開(kāi)設兩到三個(gè)階段的課程設計，課程設計Ⅰ要求學(xué)生獨立完成一塊有一定難度的PCB電路的制作與調試， 課程設計Ⅱ要求學(xué)生用集成電路設計軟件完成一定規模電路的前仿真、版圖設計及后仿真等設計，經(jīng)歷模擬或數字集成電路設計的整個(gè)過(guò)程。加強畢業(yè)實(shí)習和畢業(yè)設計的過(guò)程及質(zhì)量管理，爭取安排學(xué)生到IC企業(yè)進(jìn)行實(shí)習，每個(gè)學(xué)生的畢業(yè)設計時(shí)間應不少于3個(gè)月。

　　四、結束語(yǔ)

　　集成電路產(chǎn)業(yè)是當前新經(jīng)濟時(shí)代的基礎產(chǎn)業(yè)，在國民經(jīng)濟、國防建設以及現代信息化社會(huì )中起著(zhù)極其重要的戰略意義，培養該專(zhuān)業(yè)優(yōu)秀的IC設計人才離不開(kāi)一個(gè)科學(xué)的課程體系。本文結合近五年的教學(xué)實(shí)踐及兩年多的IC企業(yè)實(shí)踐經(jīng)驗，對面向IC設計人才培養的微電子學(xué)專(zhuān)業(yè)課程體系進(jìn)行了探討，對該專(zhuān)業(yè)的知識結構和課程體系的進(jìn)一步研究與實(shí)踐及培養優(yōu)秀的IC設計人才具有一定的指導意義。