面向IC培養(yǎng)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，與國外差距越來越大；進入20世紀80年代，由于國內(nèi)半導(dǎo)體器件和集成電路生產(chǎn)缺乏競爭力，受到進口元器件的沖擊，很多半導(dǎo)體器件廠被迫下馬或轉(zhuǎn)產(chǎn)，相應(yīng)地很多高校的半導(dǎo)體或集成電路專業(yè)也被迫取消；進入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越大，國家開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)校本科專業(yè)目錄》中，重新確立了微電子學(xué)專業(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(shè)國家集成電路人才培養(yǎng)基地的通知》（教高[2003]2號），可見集成電路產(chǎn)業(yè)是我國當(dāng)前重點扶持發(fā)展的新經(jīng)濟時代的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)之一。
經(jīng)過十來年的重新發(fā)展，我國已經(jīng)初步形成了芯片設(shè)計、芯片制造、芯片封裝和測試三業(yè)并舉、比較協(xié)調(diào)發(fā)展的集成電路產(chǎn)業(yè)格局；在行業(yè)區(qū)域布局上已經(jīng)初步形成了四大半導(dǎo)體行業(yè)重鎮(zhèn)，即以上海為龍頭的長三角地區(qū)，以北京、天津為核心的環(huán)渤海地區(qū)，以成都、西安為中心城市的中西部地區(qū)，以及以廣州、深圳為中心的珠三角地區(qū)；[2]制造業(yè)的技術(shù)工藝已進入國際主流領(lǐng)域，測試和封裝技術(shù)接近國際水平，與之不協(xié)調(diào)的是我國IC設(shè)計人才缺口巨大。微電子學(xué)專業(yè)是培養(yǎng)IC設(shè)計人才的專業(yè)之一，研究和制定面向IC設(shè)計人才培養(yǎng)的微電子學(xué)專業(yè)的理論與實踐相結(jié)合的課程體系是十分重要的。
一、我國IC設(shè)計專業(yè)人才現(xiàn)狀
我國IC設(shè)計專業(yè)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(jié)構(gòu)不合理、地區(qū)分布不平衡以及人才流向與地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展關(guān)系明顯等問題。國家教育部、科技部共同于2003年7月確定了9個國家級集成電路人才培養(yǎng)基地的宏偉計劃；選定了北大、清華、復(fù)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(shè)計人才培養(yǎng)基地，其目標是到2010年培養(yǎng)高層次集成電路設(shè)計人才4萬人，工藝人才1萬人，為我國的集成電路設(shè)計與制造進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(yǎng)基地，旨在加快集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展的步伐，大力培養(yǎng)集成電路設(shè)計人才，滿足社會對集成電路設(shè)計人才的需求。雖然我國IC設(shè)計所占的集成電路產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)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(dǎo)致自主品牌相對較少，創(chuàng)新能力較弱，開發(fā)能力和產(chǎn)品設(shè)計能力弱，生產(chǎn)技術(shù)和高檔產(chǎn)品主要靠引進，高級設(shè)計人才和開發(fā)人才缺乏；國內(nèi)集成電路產(chǎn)業(yè)自有知識產(chǎn)權(quán)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(jù)來自IC設(shè)計行業(yè)的信息表明，目前國內(nèi)從事IC設(shè)計五年以上的專業(yè)人員有相當(dāng)大一部分來自物理學(xué)、電子信息工程等專業(yè)畢業(yè)的人員。我國目前針對IC設(shè)計人才培養(yǎng)的高等學(xué)校專業(yè)主要是集成電路設(shè)計與集成系統(tǒng)專業(yè)以及微電子學(xué)專業(yè)；其中集成電路設(shè)計與集成系統(tǒng)專業(yè)于2001年在電子科技大學(xué)獲準設(shè)立，目前國內(nèi)設(shè)有該專業(yè)的高校僅有16所；微電子學(xué)專業(yè)一般涵蓋集成電路工藝開發(fā)、集成電路中的器件和材料研究、集成電路（IC）設(shè)計三個方面的培養(yǎng)目標，[1]國內(nèi)設(shè)有該專業(yè)的高校有52所。針對微電子學(xué)專業(yè)不同的培養(yǎng)目標，科學(xué)合理地設(shè)置課程體系不僅能夠保證人才培養(yǎng)質(zhì)量，還能夠提升其就業(yè)競爭力。
二、面向IC設(shè)計的微電子學(xué)專業(yè)特點
微電子學(xué)是一門極為活躍的新型學(xué)科，也是近年來非常熱門的專業(yè)之一；主要研究新型電子器件以及集成器件的開發(fā)、制造，集成電路的設(shè)計、計算機輔助集成電路分析，各種電子器件及材料的基礎(chǔ)理論、新型結(jié)構(gòu)、制造工藝和測試技術(shù)。面向IC設(shè)計的微電子學(xué)專業(yè)主要具有：門檻高、內(nèi)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。
IC設(shè)計屬于交叉學(xué)科，其內(nèi)涵并不像其他專業(yè)那樣清晰和單一，人才培養(yǎng)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(yīng)用、通訊原理、控制原理、半導(dǎo)體器件、EDA軟件應(yīng)用、數(shù)字信號處理等多學(xué)科專業(yè)；此外，面向IC設(shè)計的微電子學(xué)專業(yè)實踐性很強，對學(xué)生運用知識解決問題的能力、總結(jié)實踐經(jīng)驗并發(fā)現(xiàn)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(shè)計的微電子學(xué)專業(yè)課程體系構(gòu)建
面向IC設(shè)計方向的微電子學(xué)專業(yè)的培養(yǎng)，除了應(yīng)該使學(xué)生具有良好文化修養(yǎng)，掌握微電子學(xué)的基本理論和基本知識，受到科學(xué)實驗與科學(xué)思維的.基本訓(xùn)練，具有良好科學(xué)素養(yǎng)，掌握大規(guī)模集成電路及新型半導(dǎo)體器件的設(shè)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(shè)計等的基本能力外，還應(yīng)使學(xué)生較完整地了解和掌握IC設(shè)計、綜合、驗證、測試、應(yīng)用的整個流程；既掌握IC設(shè)計技術(shù)又懂得集成系統(tǒng)技術(shù)；既有扎實的理論基礎(chǔ)，又有較強的應(yīng)用能力；既了解集成電路應(yīng)用、生產(chǎn)制造又懂得IC產(chǎn)業(yè)的管理；既可以承擔(dān)實際芯片產(chǎn)品的開發(fā)，又可進行更深入的科學(xué)研究與創(chuàng)新。
根據(jù)面向IC設(shè)計方向的微電子學(xué)專業(yè)的特點及培養(yǎng)目標，結(jié)合我們多年的教學(xué)實踐及作者在IC設(shè)計企業(yè)的實踐經(jīng)驗，提出了具有我校特色的微電子專業(yè)的課程體系。將面向IC設(shè)計方向的微電子專業(yè)的課程體系設(shè)置為五個部分，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(chǔ)課。主要完成大學(xué)物理、高等數(shù)學(xué)、外語以及“兩課”、科學(xué)的世界觀與方法論等人文學(xué)科的高等基本修養(yǎng)教育。大學(xué)物理和高等數(shù)學(xué)是理工科的基石；由于半導(dǎo)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(xué)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(yǎng)等）非常重要，除了可通過這一部分的教學(xué)完成， 還需要在其他相關(guān)課程的學(xué)習(xí)和實踐中不斷豐富。
�。�2）專業(yè)基礎(chǔ)課。主要包括電子技術(shù)基礎(chǔ)和計算機基礎(chǔ)。電子技術(shù)基礎(chǔ)需完成學(xué)科所需的專業(yè)基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)，以電路分析、模擬電子電路、數(shù)字電路、信號與系統(tǒng)、電磁場等課程及其實驗為主；IC設(shè)計離不開計算機這一有力的工具，所以應(yīng)該加強計算機方面的教學(xué)，計算機技術(shù)基礎(chǔ)課程主要是完成計算機應(yīng)用、計算機原理以及程序設(shè)計等方面的課程。通過這些課程的學(xué)習(xí)和實踐，培養(yǎng)學(xué)生電子和計算機方面的基本能力，開拓學(xué)生的思維。
�。�3）專業(yè)主干課。主干課應(yīng)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(yīng)工作的核心課程，具體包括半導(dǎo)體物理、微電子器件原理、集成電路原理、半導(dǎo)體集成電路、集成電路工藝原理、半導(dǎo)體材料、固體物理等課程，以其為主線構(gòu)成學(xué)科要求的階梯訓(xùn)練系統(tǒng)。
�。�4）專業(yè)方向課程。微電子學(xué)專業(yè)主要面向工藝、器件和材料、IC設(shè)計三個方面，應(yīng)該多開一些專業(yè)方向性比較強的課程，供學(xué)生根據(jù)興趣及各自希望的發(fā)展方向進行選擇。對于IC設(shè)計專業(yè)方向的課程，應(yīng)該包括集成電路分析與設(shè)計、EDA技術(shù)、硬件描述語言、IC設(shè)計基礎(chǔ)與實踐、ASIC設(shè)計、SoC軟硬件協(xié)同設(shè)計、集成電路邏輯綜合驗證技術(shù)、版圖設(shè)計、集成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(yǎng)了學(xué)生的知識綜合能力、自學(xué)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(xué)科，因此在努力提高理論教學(xué)的同時，必須加強對實踐環(huán)節(jié)的教學(xué)和管理，提高學(xué)生的動手能力�？砷_設(shè)半導(dǎo)體材料和器件測試實驗、集成電路系統(tǒng)設(shè)計實驗、集成電路測試和系統(tǒng)開發(fā)實驗等實驗課程。
此外，實驗教學(xué)應(yīng)貫穿課堂教學(xué)的始終，部分專業(yè)基礎(chǔ)課程應(yīng)配備相應(yīng)的實驗課時來完善教學(xué)；部分課程（如模擬電路和數(shù)字電路等）應(yīng)該單獨設(shè)置實驗課，實現(xiàn)從最簡單的示波器使用，到制作比較完整的PCB板；有些課程（如IC設(shè)計基礎(chǔ)與實踐、EDA技術(shù)等）應(yīng)以實驗教學(xué)為主。開設(shè)兩到三個階段的課程設(shè)計，課程設(shè)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(diào)試， 課程設(shè)計Ⅱ要求學(xué)生用集成電路設(shè)計軟件完成一定規(guī)模電路的前仿真、版圖設(shè)計及后仿真等設(shè)計，經(jīng)歷模擬或數(shù)字集成電路設(shè)計的整個過程。加強畢業(yè)實習(xí)和畢業(yè)設(shè)計的過程及質(zhì)量管理，爭取安排學(xué)生到IC企業(yè)進行實習(xí)，每個學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計時間應(yīng)不少于3個月。
四、結(jié)束語
集成電路產(chǎn)業(yè)是當(dāng)前新經(jīng)濟時代的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，在國民經(jīng)濟、國防建設(shè)以及現(xiàn)代信息化社會中起著極其重要的戰(zhàn)略意義，培養(yǎng)該專業(yè)優(yōu)秀的IC設(shè)計人才離不開一個科學(xué)的課程體系。本文結(jié)合近五年的教學(xué)實踐及兩年多的IC企業(yè)實踐經(jīng)驗，對面向IC設(shè)計人才培養(yǎng)的微電子學(xué)專業(yè)課程體系進行了探討，對該專業(yè)的知識結(jié)構(gòu)和課程體系的進一步研究與實踐及培養(yǎng)優(yōu)秀的IC設(shè)計人才具有一定的指導(dǎo)意義。