微电子课程设计教学体系改革研究论文

2021-06-14 论文

　　摘要：微电子课程设计是微电子等专业本科学生必修的一门专业实验课，是理论性和实践性都非常强的一门课程。本文针对微电子等专业的本科生，改革微电子课程设计课程内容和方法，形成一套完整的课程内容，涵盖从微电子工艺器件，到集成电路设计。

　　关键词：微电子；课程设计；教学体系；改革研究

　　一、改革研究背景

　　微电子课程设计是微电子等专业本科学生必修的一门专业实验课，是理论性和实践性都非常强的一门课程[1—4]。微电子课程设计涉及了集成电路设计、半导体物理、半导体器件、工艺及材料等多个专业方面。笔者经过多年的教学与实践，总结分析后发现如下两点不足：

　　1。课程内容主要集中在电路方面，忽略了对微电子工艺及器件方面的教学与考核。对于微电子专业的本科生而言，该实验应该重点包括两部分内容——微电子工艺与器件、集成电路设计。其中，微电子工艺与器件主要包括微电子工艺模拟、微电子器件模拟和MEMS器件模拟三个模块，相关软件有Sentaurus Process、Taurus MEDICI、ANSYS等。学生掌握完成各种半导体器件的工艺方案设计、工艺参数优化、直流特性分析、交流特性分析、频率特性分析和简单门电路的器件级模拟，加深学生对专业知识的理解和把握，培养设计创新能力[5]。

　　2。在电路方面，现有的教学内容过多偏重于模拟部分。课程应该加强数字集成电路的讲解。传统的集成电路主要分为数字集成电路和模拟集成电路两部分，主要软件有Cadence、Actel Designer、ADS等设计软件。通过EDA软件，实现不同层次和复杂度的模拟、数字集成电路设计实验。完整的电路实验可以切实提高学生的实践能力，增强就业竞争力。

　　二、改革研究目标和思路

　　本文研究目标是针对微电子等专业的本科生，依托南京邮电大学电子科学与工程实验教学中心良好的软硬件环境，改革微电子课程设计课程内容和方法，形成一套完整的课程内容，涵盖从微电子工艺器件，到集成电路设计。要求学生掌握半导体材料特性测试技术、微电子技术工艺参数测试分析技术和微电子器件设计与参数提取技術，能够熟练使用集成电路EDA工具软件，独立完成基本电路设计。改革对加深学生对微电子专业知识的系统理解和掌握，培养设计创新能力，提高就业竞争力有着良好的推动作用[6]。

　　改革主要思路是将课程内容分成两部分，即微电子器件的设计及模型参数的提取、集成电路设计，根据团队中各个老师的研究方向，安排专人进行课程内容建设，设计出符合本科生知识背景的专业实验。特别针对器件级和电路级的衔接，制定出可行的实验内容。本课程要求学生先修完大学物理实验，半导体物理，半导体器件，微电子学概论，模拟电子技术，数字集成电路设计，微电子制造技术和计算机辅助设计等理论课程后，再进行本课程的学习。

　　三、改革研究内容

　　为了紧跟当今科学技术的飞速发展，进一步加强微电子专业学生的综合基础知识和专业素养，了解集成电路的整个设计流程，本改革全面系统地进行了涉及从微电子工艺、器件、模型、IC设计等整个流程。旨在培养学生运用Sentaurus，ICCAP，Candece，Synopsys等EDA软件进行微电子工艺，器件模型以及IC集成电路设计，熟悉从工艺，器件至电路的整个设计流程，能进行工艺级，器件级和电路级的设计工作[7]。改革内容主要包括如下两部分：

　　1。微电子器件的设计及模型参数的提取。利用Sentaurus和ICCAP等仿真软件，进行集成电路工艺和器件的'设计与模拟，然后对于建立的器件结构进行相关模型参数的提取。具体包括：①器件结构的实现；②器件特性的表征；③器件模型参数的提取。

　　2。集成电路设计。①模拟集成电路模块包括了从最基本的单管放大器到具有较为完整功能的集成电路芯片的设计内容，借助于实验内容的推进，学生可以实现从电路设计、电路仿真、版图设计、版图验证、芯片测试的模拟集成电路设计流程。②数字集成电路模块可以完成包括数字集成电路前端和后端实验内容，学生可以完成从系统定义、RTL综合、时序分析、可测性设计到版图实现的完整数字集成电路设计流程[8]。并且配备了先进的集成电路测试系统，做到虚拟仿真与实际硬件仿真相结合，进行复杂系统功能的验证。

　　四、改革研究意义

　　1。加强学生对整个集成电路设计流程的掌握，充实南京邮电大学微电子专业面向“卓越工程师”培养的实践教学体系的建设，提高学生们的实践操作能力，加深对理论知识的理解和掌握。

　　2。重构优化现有的微电子专业设计课程安排，针对当今先进集成电路设计，形成涉及从微电子底端（工艺级和器件级）至顶端（电路级和系统级）的一整套课程设计。

　　3。培养学生对微电子相关的EDA软件的学习与使用，并形成一批具有理论基础、能提高学生EDA使用技能的创新项目，提升学生们的创新意识，培养他们探索新事物的勇气，使他们更加适应新世纪的挑战。

　　五、总结

　　改革内容涉及了微电子工艺、器件制作、参数提取以及IC电路设计，这些知识和技能的培养是作为微电子专业学生必备的，同时也是学生后续进入研究生阶段从事微电子相关科学研究的基础；改革中涉及到的各种EDA软件的学习与使用，均是当今先进集成电路设计中正在使用的，这些技能的学习与掌握有助于提高学生们的综合素质，提升他们将来毕业后的就业竞争力，也有助于加快我国的现代化建设，实现“中国梦”。

　　参考文献：

　　[1]方玉明，夏晓娟，吉新村，等。微电子专业课程体系结构优化研究[J]。教育教学论坛，2014（4）：33—35。

　　[2]姜岩峰，张晓波，杨兵，等。微电子实践教学内容的研究和改革[C]。北京高教学会实验室工作研究会2007年学术研讨会论文集，2007：88—89。

　　[3]李衛，方玉明，徐跃，等。微电子专业实验教学改革和探索[J]。考试：教研版，2013，（3）：19—19。

　　[4]王莉，梁齐，张广斌。微电子专业课程建设与教学改革的探索[J]。中国现代教育装备，2008，（10）：92—93。

　　[5]梁齐，杨明武，刘声雷，张彦，陈士荣，宣晓峰。微电子工艺实验教学模式探索[J]。实验室科学，2008，（01）：45—46。

　　[6]毛剑波，易茂祥，张天畅。微电子学专业实验室建设的探索与实践[J]。实验室研究与探索，2005，（12）：78—79。

　　[7]杨虹，冯世娟。面向21世纪的微电子技术人才培养——微电子技术专业本科生教学计划的制订[J]。重庆邮电学院学报（社会科学版），2004，（S1）：24—25。

　　[8]周金运，胡义华，吴福根。电子科学技术本科专业课程设置改革的依据与实践[J]。广东工业大学学报（社会科学版），2003，（02）：66—67。