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[關(guān)鍵詞]工藝原理 器件模擬與仿真 微電子技術(shù)

[中圖分類號(hào)] G420 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 2095-3437（2015）11-0112-03

0引言

西安郵電大學(xué)微電子科學(xué)與工程專業(yè)源于原計(jì)算機(jī)系的微電子學(xué)專業(yè)，2005年開(kāi)始招收第一屆本科生，專業(yè)方向設(shè)置偏向于集成電路設(shè)計(jì)。2013年，根據(jù)教育部《普通高等學(xué)校本科專業(yè)目錄（2012年）》的專業(yè)設(shè)置，將微電子學(xué)專業(yè)更名為微電子科學(xué)與工程專業(yè)。2009年至今，該專業(yè)累計(jì)培養(yǎng)本科畢業(yè)生6屆。根據(jù)歷年應(yīng)屆畢業(yè)生就業(yè)情況和研究生報(bào)考方向，我們發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體工藝方向人數(shù)比重呈現(xiàn)逐年上升的趨勢(shì)。另外，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，中西部地區(qū)半導(dǎo)體行業(yè)的投資力度也越來(lái)越大，例如韓國(guó)三星電子有限公司、西安愛(ài)立信分公司等落戶西安，半導(dǎo)體人才需求日益增加。

根據(jù)2014年，微電子科學(xué)與工程專業(yè)新一輪培養(yǎng)方案的定位，設(shè)置出半導(dǎo)體工藝、集成電路設(shè)計(jì)兩大課程體系，可實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體工藝、集成電路設(shè)計(jì)和集成電路應(yīng)用人才的個(gè)性化培養(yǎng)。半導(dǎo)體工藝課程體系除設(shè)置固體物理、半導(dǎo)體物理學(xué)、半導(dǎo)體器件物理等專業(yè)基礎(chǔ)課程外，還包含集成電路工藝原理、器件模擬與仿真、集成電路制造與測(cè)試和半導(dǎo)體工藝實(shí)習(xí)等專業(yè)課程。本課程體系是微電子技術(shù)領(lǐng)域人才培養(yǎng)的核心，旨在培養(yǎng)學(xué)生掌握集成電路制造的工藝原理、工藝流程以及實(shí)踐操作的能力，同時(shí)也是培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識(shí)的高素質(zhì)應(yīng)用型人才的關(guān)鍵。

因此，整合集成電路工藝原理與實(shí)踐課程體系的教學(xué)內(nèi)容，充分利用微電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心現(xiàn)有的硬件環(huán)境和優(yōu)勢(shì)資源，加強(qiáng)軟件設(shè)施，例如實(shí)踐教學(xué)具體組織實(shí)施方案及考核機(jī)制的建設(shè)，構(gòu)建內(nèi)容健全、結(jié)構(gòu)合理的集成電路工藝原理與實(shí)踐課程體系，對(duì)微電子科學(xué)與工程專業(yè)及相關(guān)專業(yè)的人才，尤其是半導(dǎo)體工藝人才培養(yǎng)的落實(shí)和發(fā)展具有重要意義。

一、面臨的主要問(wèn)題和解決措施

（一）教學(xué)面臨的主要問(wèn)題

課程體系是高等學(xué)校人才培養(yǎng)的主要載體，是教育思想和教育觀念付諸實(shí)踐的橋梁。集成電路工藝原理與實(shí)踐課程體系注重理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)的緊密結(jié)合，不僅讓學(xué)生充分了解、掌握集成電路制造的基本原理和工藝技術(shù)，而且逐步加強(qiáng)學(xué)生半導(dǎo)體技術(shù)生產(chǎn)實(shí)踐能力的培養(yǎng)。然而，該課程體系相關(guān)實(shí)踐環(huán)境建設(shè)與運(yùn)行維護(hù)耗費(fèi)巨大，致使大多數(shù)高等院校在該課程體系的教學(xué)上僅局限于課堂教學(xué)，無(wú)法做到理論與實(shí)踐相結(jié)合。

為解決這一問(wèn)題，學(xué)校經(jīng)過(guò)多方調(diào)研考察、洽談協(xié)商，與北京微電子技術(shù)研究所進(jìn)行校企合作，建立了半導(dǎo)體工藝聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室。通過(guò)中省共建項(xiàng)目和其他項(xiàng)目對(duì)半導(dǎo)體工藝聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室進(jìn)一步建設(shè)、完善，為微電子科學(xué)與工程專業(yè)及相關(guān)專業(yè)本科生提供了良好的工藝實(shí)踐平臺(tái)。然而，在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中，專業(yè)課程內(nèi)容不能模塊化、系統(tǒng)化，理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)嚴(yán)重脫鉤，工程型師資人員匱乏，教學(xué)效果不理想。因此，對(duì)集成電路工藝原理與實(shí)踐課程體系進(jìn)行深化改革與探索，可謂任重而道遠(yuǎn)。

（二）主要的解決措施

1.課程體系整合優(yōu)化

集成電路工藝原理與實(shí)踐課程體系服務(wù)于半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展對(duì)人才培養(yǎng)的需要。本課程體系以集成電路工藝原理、器件模擬與仿真和工藝實(shí)踐為主線，將集成電路工藝原理、半導(dǎo)體器件模擬與仿真、集成電路封裝與測(cè)試、新型材料器件課程設(shè)計(jì)和半導(dǎo)體工藝實(shí)習(xí)等課程內(nèi)容進(jìn)行整合，明確每門課程、知識(shí)的相互關(guān)系、地位和作用，找到課程內(nèi)容的銜接點(diǎn)，讓每一門課程都發(fā)揮承上啟下的作用，保證半導(dǎo)體人才培養(yǎng)的基本規(guī)格和基本質(zhì)量要求。在此基礎(chǔ)上，設(shè)置半導(dǎo)體材料、半導(dǎo)體功率器件、納米電子材料與器件等專業(yè)選修課，培養(yǎng)學(xué)生的興趣、愛(ài)好和特長(zhǎng)，以滿足個(gè)性化培養(yǎng)需要。

為解決微電子科學(xué)與工程專業(yè)本科生實(shí)踐形式單一、綜合程度不高導(dǎo)致解決實(shí)際問(wèn)題的應(yīng)用能力不足等現(xiàn)象，集成電路工藝原理與實(shí)踐課程體系在力求理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)有機(jī)融合的基礎(chǔ)上，設(shè)置微電子學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、半導(dǎo)體器件模擬仿真、半導(dǎo)體工藝實(shí)習(xí)以及新型材料器件課程設(shè)計(jì)等實(shí)踐課程，形成由簡(jiǎn)單到綜合、由綜合到創(chuàng)新的遞階實(shí)踐教學(xué)層次。通過(guò)獨(dú)立設(shè)課實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)、科研訓(xùn)練、生產(chǎn)實(shí)習(xí)、社會(huì)實(shí)踐、科技活動(dòng)和畢業(yè)設(shè)計(jì)等實(shí)踐環(huán)節(jié)達(dá)到預(yù)期的效果。同時(shí)，注重課程形式的綜合化、科研化，提高綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)比例，使實(shí)踐課程與理論課程并行推進(jìn)，貫穿整個(gè)人才培養(yǎng)過(guò)程。

2.考核體系的完善

考核體系總體上包括理論課程考核體系和實(shí)踐課程考核體系。目前，理論考核體系已基本成熟。然而，長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)教育領(lǐng)域由于實(shí)踐教學(xué)成本高、經(jīng)費(fèi)得不到保障，所以考核主體對(duì)實(shí)踐環(huán)節(jié)考核的積極性不高、重視程度不夠，導(dǎo)致考核制度不完善。集成電路工藝原理與實(shí)踐課程體系在不斷完善理論教學(xué)考核體系的同時(shí)，尤其注重實(shí)踐教學(xué)體系的改革。將教學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)過(guò)程、工藝參數(shù)和器件性能等列為考核的過(guò)程。兼顧定性與定量相結(jié)合、過(guò)程與結(jié)果相結(jié)合、課內(nèi)與課外相結(jié)合、考核與考評(píng)相結(jié)合的原則，不斷完善實(shí)踐教學(xué)的考核體系，形成以學(xué)生為中心的適應(yīng)學(xué)生能力培養(yǎng)和鼓勵(lì)探索的多元實(shí)踐教學(xué)考核體系。該體系能全面、準(zhǔn)確地反映學(xué)生的應(yīng)用能力和實(shí)際技能，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力、創(chuàng)新思維和創(chuàng)新精神，促進(jìn)人才培養(yǎng)質(zhì)量和水平的提高。

3.教學(xué)團(tuán)隊(duì)構(gòu)建

根據(jù)集成電路工藝原理與實(shí)踐課程體系對(duì)高素質(zhì)應(yīng)用型人才培養(yǎng)的需要，本教學(xué)團(tuán)隊(duì)秉承“以老帶新”的傳統(tǒng)，為青年教師配備老教授或資深教授作為指導(dǎo)教師。在日常教學(xué)過(guò)程中，由老教師對(duì)年輕教師進(jìn)行業(yè)務(wù)指導(dǎo)，負(fù)責(zé)教學(xué)質(zhì)量的監(jiān)控與授課經(jīng)驗(yàn)的傳授。在老教師的“傳、幫、帶”和示范表率作用下，青年教師間互相聽(tīng)課、交流教學(xué)心得，定期組織教學(xué)競(jìng)賽，體現(xiàn)以人為本，強(qiáng)調(diào)德才兼?zhèn)?，營(yíng)造青年教師良好的教與學(xué)氛圍。同時(shí)，課程體系團(tuán)隊(duì)積極為任課教師創(chuàng)造條件，加大隊(duì)伍培養(yǎng)建設(shè)，鼓勵(lì)教師走出去，了解企業(yè)的運(yùn)作模式，提高自身的業(yè)務(wù)能力。目前，已有多位教師到企業(yè)參觀交流、參加各種業(yè)務(wù)能力培訓(xùn)，取得了多種職業(yè)資格認(rèn)證，教師的業(yè)務(wù)能力和水平得到大幅提升。

西安郵電大學(xué)經(jīng)過(guò)多年建設(shè)和培養(yǎng)，形成了一支結(jié)構(gòu)合理、師資雄厚的教學(xué)團(tuán)隊(duì)，具有高學(xué)歷化、年輕化和工程化的特點(diǎn)。本課程體系現(xiàn)擁有任課教師15名，其中具有博士學(xué)位的教師7名，副高以上職稱的教師8名，40歲以下的教師占課程組教師總數(shù)的60%，具有工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的教師占課程組教師總數(shù)的40%。

4.實(shí)驗(yàn)環(huán)境的優(yōu)化

實(shí)驗(yàn)環(huán)境是實(shí)踐教學(xué)和科學(xué)研究的關(guān)鍵性場(chǎng)所。根據(jù)微電子科學(xué)與工程專業(yè)半導(dǎo)體工藝、集成電路兩大課程體系對(duì)人才培養(yǎng)的需要，微電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心下設(shè)微電子學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)部和集成電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)部，共計(jì)占地約1300平方米。微電子學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)部下設(shè)微電子學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)室、半導(dǎo)體工藝仿真實(shí)驗(yàn)室、半導(dǎo)體工藝實(shí)驗(yàn)室、微 / 納材料器件實(shí)驗(yàn)室、材料器件分析實(shí)驗(yàn)室。微電子學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)室，擁有霍爾效應(yīng)、高頻晶體管測(cè)試儀、四探針測(cè)試儀等常規(guī)設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)微電子學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)。半導(dǎo)體工藝仿真實(shí)驗(yàn)室，配置Silvaco、ISE和EDA等專業(yè)仿真軟件，可實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體器件工藝參數(shù)和性能的仿真。半導(dǎo)體工藝實(shí)驗(yàn)室擁有雙管氧化擴(kuò)散爐、光刻機(jī)、LP-CVD、離子束刻蝕機(jī)、磁控濺射臺(tái)、高溫快速退火和激光劃片等設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體工藝生產(chǎn)。微 / 納材料器件實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)專業(yè)，配備排風(fēng)、有害氣體報(bào)警系統(tǒng)，擁有氣氛熱處理程控高溫爐、納米球磨機(jī)、高壓反應(yīng)釜等設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)多種納米材料器件的制備。材料器件分析實(shí)驗(yàn)室，擁有吉時(shí)利4200-SCS半導(dǎo)體特性分析系統(tǒng)、太陽(yáng)能模擬器和化學(xué)工作站等設(shè)備，可完成新型材料器件的測(cè)試分析。

通過(guò)實(shí)踐教學(xué)資源配置、環(huán)境優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的整體規(guī)劃和布局;針對(duì)大型貴重精密設(shè)備配備專業(yè)操作人員，進(jìn)行定期的維護(hù)和保養(yǎng);制定大型設(shè)備的操作流程和規(guī)范，保證實(shí)踐教學(xué)的順利實(shí)施。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的建設(shè)，將為相關(guān)專業(yè)的本科生、研究生和教師在實(shí)踐教學(xué)、科研方面搭建一個(gè)良好的學(xué)術(shù)平臺(tái)。

二、改革的特色和預(yù)期成果

（一）改革的特色

1.校內(nèi)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的優(yōu)化

集成電路工藝原理與實(shí)踐課程體系的構(gòu)建，使專業(yè)培養(yǎng)方向定位更加明確、教學(xué)內(nèi)容更加明了。尤其是在教學(xué)形式上，從教學(xué)內(nèi)容整合、考核體系制定、教學(xué)團(tuán)隊(duì)形成和實(shí)驗(yàn)環(huán)境優(yōu)化等進(jìn)行了多方位、多角度的改革探索。圍繞集成電路工藝原理、半導(dǎo)體器件模擬與仿真和半導(dǎo)體工藝生產(chǎn)實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容為主線，保證半導(dǎo)體人才培養(yǎng)的基本規(guī)格和基本質(zhì)量要求;利用選修課實(shí)現(xiàn)學(xué)生專業(yè)個(gè)性化培養(yǎng)。通過(guò)合理設(shè)置理論課程與實(shí)踐課程比例、課內(nèi)課程與課外課程比例，可有效地控制教學(xué)內(nèi)容的穩(wěn)定性、機(jī)動(dòng)性，推進(jìn)課程內(nèi)容的重組與融合。同時(shí)，引領(lǐng)學(xué)生獨(dú)立思考、主動(dòng)探索，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和提高學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

2.校企合作實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的構(gòu)建

在校內(nèi)實(shí)踐教學(xué)的基礎(chǔ)上，微電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心先后與西安芯派電子科技有限公司、西安西谷微電子有限責(zé)任公司等微電子器件及測(cè)試公司建立了良好的交流合作關(guān)系。這些關(guān)系的建立，可使微電子科學(xué)與工程專業(yè)的學(xué)生在校外公司，例如在西安芯派電子科技有限公司進(jìn)行半導(dǎo)體器件再流焊工藝的實(shí)習(xí)。校內(nèi)外互補(bǔ)的工藝實(shí)踐體系構(gòu)件，使學(xué)生不僅掌握集成電路工藝實(shí)踐基本知識(shí)和原理，更能夠掌握實(shí)際行業(yè)內(nèi)集成電路工藝中需要考慮的系列問(wèn)題，從而培養(yǎng)了工程的思維方式。

（二）改革的預(yù)期成果

1.達(dá)到理論與實(shí)踐教學(xué)的有機(jī)融合

理論學(xué)習(xí)是知識(shí)傳遞過(guò)程，實(shí)踐則是知識(shí)吸收過(guò)程。實(shí)踐環(huán)節(jié)教學(xué)能鞏固、加深學(xué)生對(duì)課堂上所學(xué)知識(shí)的理解，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐技能。集成電路工藝原理與實(shí)踐課程體系，將課程體系教學(xué)內(nèi)容按層次分為半導(dǎo)體工藝原理、器件模擬與仿真和半導(dǎo)體工藝實(shí)踐三個(gè)主要部分。通過(guò)半導(dǎo)體工藝原理的學(xué)習(xí)，掌握材料器件的基本參數(shù)、性能和制備方法;通過(guò)器件模擬與仿真，了解各種制備方法、工藝參數(shù)和器件性能之間的關(guān)系;通過(guò)半導(dǎo)體工藝實(shí)踐，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性、主動(dòng)性和創(chuàng)造性，從而有效地加深對(duì)理論知識(shí)的理解，鍛煉實(shí)際動(dòng)手能力。通過(guò)理論和實(shí)踐的有機(jī)融合，可有效培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。

2.實(shí)現(xiàn)教學(xué)的開(kāi)放性

集成電路工藝原理與實(shí)踐課程體系，在理論教學(xué)方面，打破傳統(tǒng)課堂教學(xué)的局限性，充分利用現(xiàn)代多媒體技術(shù)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)，開(kāi)展互動(dòng)學(xué)習(xí)的教學(xué)模式。將傳統(tǒng)教學(xué)活動(dòng)如批改作業(yè)、討論答疑和查閱資料等傳到網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)上;開(kāi)發(fā)試題庫(kù)，建設(shè)合理的測(cè)試系統(tǒng)。在實(shí)踐教學(xué)方面，將部分實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)以錄像的形式上傳到網(wǎng)站上供學(xué)生學(xué)習(xí)、參考，部分實(shí)驗(yàn)室實(shí)行全天候的開(kāi)放，學(xué)生自主學(xué)習(xí)、管理。通過(guò)興趣小組、創(chuàng)新項(xiàng)目和開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)等多種方式，形成團(tuán)隊(duì)教師定期指導(dǎo)、高年級(jí)學(xué)生指導(dǎo)低年級(jí)學(xué)生的滾動(dòng)機(jī)制，激發(fā)學(xué)生潛在的學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新意識(shí)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和實(shí)踐動(dòng)手能力，為我校培養(yǎng)微電子技術(shù)領(lǐng)域高素質(zhì)應(yīng)用型人才奠定基礎(chǔ)。

三、結(jié)語(yǔ)

根據(jù)西安郵電大學(xué)2014年微電子科學(xué)與工程專業(yè)新一輪培養(yǎng)方案的定位及社會(huì)發(fā)展對(duì)半導(dǎo)體人才培養(yǎng)的客觀要求，本文提出集成電路工藝原理與實(shí)踐課程體系改革。本課程體系以半導(dǎo)體工藝原理、器件模擬與仿真和半導(dǎo)體工藝實(shí)踐為主線，對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行整合、修訂和完善，保證半導(dǎo)體人才培養(yǎng)的基本規(guī)格和質(zhì)量要求。根據(jù)現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)環(huán)境、實(shí)驗(yàn)設(shè)備和優(yōu)勢(shì)資源，進(jìn)行資源優(yōu)化配置，完成微電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的整體規(guī)劃布局。通過(guò)師資隊(duì)伍的建設(shè)、切實(shí)可行的實(shí)踐教學(xué)管理制度的制定，明確任課教師的職責(zé)，出臺(tái)實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量考核標(biāo)準(zhǔn)，加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的時(shí)效性。通過(guò)上述諸要素的相互協(xié)調(diào)、配合，實(shí)現(xiàn)集成電路工藝原理與實(shí)踐課程體系“非加和性”的整體效應(yīng)，促進(jìn)微電子技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用型人才培養(yǎng)質(zhì)量和水平的提高。

[ 參 考 文 獻(xiàn) ]

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篇2

【關(guān)鍵詞】集成電路 理論教學(xué) 改革探索

【基金項(xiàng)目】湖南省自然科學(xué)基金項(xiàng)目（14JJ6040）;湖南工程學(xué)院博士啟動(dòng)基金。

【中圖分類號(hào)】G642.3 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2015）08-0255-01

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，電子產(chǎn)品向著智能化、小型化和低功耗發(fā)展。集成電路技術(shù)的不斷進(jìn)步，推動(dòng)著計(jì)算機(jī)等電子產(chǎn)品的不斷更新?lián)Q代，同時(shí)也推動(dòng)著整個(gè)信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展[1]。因此，對(duì)集成電路相關(guān)人才的需求也日益增加。目前國(guó)內(nèi)不僅僅985、211等重點(diǎn)院校開(kāi)設(shè)了集成電路相關(guān)課程，一些普通本科院校也開(kāi)設(shè)了相關(guān)課程。課程的教學(xué)內(nèi)容由單純的器件物理轉(zhuǎn)變?yōu)榘M集成電路、數(shù)字集成電路、集成電路工藝、集成電路封裝與測(cè)試等[2]。隨著本科畢業(yè)生就業(yè)壓力的不斷增加，培養(yǎng)應(yīng)用型、創(chuàng)新型以及可發(fā)展型的本科人才顯得日益重要。然而，從目前我國(guó)各普通院校對(duì)集成電路的課程設(shè)置來(lái)看，存在著重傳統(tǒng)輕前沿、不因校施教、不因材施教等問(wèn)題，進(jìn)而導(dǎo)致學(xué)生對(duì)集成電路敬而遠(yuǎn)之，退避三舍，學(xué)習(xí)積極性不高，繼而導(dǎo)致學(xué)生的可發(fā)展性不好，不能適應(yīng)企業(yè)的要求。

本文結(jié)合湖南工程學(xué)院電氣信息學(xué)院電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的實(shí)際，詳細(xì)闡述了本校當(dāng)前“集成電路原理與應(yīng)用”課程理論教學(xué)中存在的問(wèn)題，介紹了該課程的教學(xué)改革措施，旨在提高本校及各兄弟院校電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)學(xué)生的專業(yè)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。

1.“集成電路原理與應(yīng)用”課程理論教學(xué)存在的主要問(wèn)題

1.1理論性強(qiáng)，課時(shí)較少

對(duì)于集成電路來(lái)說(shuō)，在講解之前，學(xué)生應(yīng)該已經(jīng)學(xué)習(xí)了以下課程，如：“固體物理”、“半導(dǎo)體物理”、“晶體管原理”等。但是，由于這些課程的理論性較強(qiáng)，公式較多，要求學(xué)生的數(shù)學(xué)功底要好。這對(duì)于數(shù)學(xué)不是很好的學(xué)生來(lái)說(shuō)，就直接導(dǎo)致了其學(xué)習(xí)興趣降低。由于目前嵌入式就業(yè)前景比較好，在我們學(xué)校，電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的學(xué)生更喜歡嵌入式方面的相關(guān)課程。而集成電路相關(guān)企業(yè)更喜歡研究生或者實(shí)驗(yàn)條件更好的985、211高校的畢業(yè)生，使得我校集成電路方向的本科畢業(yè)生找到相關(guān)的較好工作比較困難。因此，目前我校電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的發(fā)展方向定位為嵌入式，這就導(dǎo)致一些跟集成電路相關(guān)的課程，如“微電子工藝”、“晶體管原理”、“半導(dǎo)體物理”等課程都取消掉了，而僅僅保留了“模擬電子技術(shù)”和“數(shù)字電子技術(shù)”這兩門基礎(chǔ)課程。這對(duì)于集成電路課程的講授更增加了難度?！凹呻娐吩砼c應(yīng)用”課程只有56課時(shí)，理論課46課時(shí)，實(shí)驗(yàn)課10課時(shí)。只講授教材上的內(nèi)容，沒(méi)有基礎(chǔ)知識(shí)的積累，就像空中架房，沒(méi)有根基。在教材的基礎(chǔ)上額外再講授基礎(chǔ)知識(shí)的話，課時(shí)又遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。這就導(dǎo)致老師講不透，學(xué)生聽(tīng)不懂，效果很不好。

1.2重傳統(tǒng)知識(shí)，輕科技前沿

利用經(jīng)典案例來(lái)進(jìn)行課程教學(xué)是夯實(shí)集成電路基礎(chǔ)的有效手段。但是對(duì)于集成電路來(lái)說(shuō)，由于其更新?lián)Q代的速度非常快，故在進(jìn)行教學(xué)時(shí)，除了采用經(jīng)典案例來(lái)夯實(shí)基礎(chǔ)外，還需緊扣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展前沿。只有這樣才能保證人才培養(yǎng)不過(guò)時(shí)，學(xué)校培養(yǎng)的學(xué)生與社會(huì)需求不脫節(jié)。但目前在授課內(nèi)容上還只是注重傳統(tǒng)知識(shí)的講授，對(duì)于集成電路的發(fā)展動(dòng)態(tài)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(xué)生學(xué)的主要憑借，是教師搞好教書(shū)育人的具體依據(jù)，是學(xué)生獲得知識(shí)的重要工具。然而，我校目前“集成電路原理與應(yīng)用”課程采用的教材還沒(méi)有選定。如：2012年采用葉以正、來(lái)逢昌編寫(xiě)，清華大學(xué)出版社出版的《集成電路設(shè)計(jì)》;2013年采用畢查德?拉扎維編寫(xiě)，西安交通大學(xué)出版社出版的《模擬CMOS集成電路設(shè)計(jì)》;2014年采用余寧梅、楊媛、潘銀松編著，科學(xué)出版社出版的《半導(dǎo)體集成電路》。教材一直不固定的原因是還沒(méi)有找到適合我校電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)學(xué)生實(shí)際情況的教材，這就導(dǎo)致教師不能因校施教、因材施教。

2.“集成電路原理與應(yīng)用”課程理論教學(xué)改革

2.1選優(yōu)選新課程內(nèi)容，夯實(shí)基礎(chǔ)

由于我校電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的學(xué)生，沒(méi)有開(kāi)設(shè)“半導(dǎo)體物理”、“晶體管原理”、“微電子工藝”等相關(guān)基礎(chǔ)課程，因此理想的、適用于我校學(xué)生實(shí)際的教材應(yīng)該包括半導(dǎo)體器件原理、模擬集成電路設(shè)計(jì)、雙極型數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)、CMOS數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)、集成電路的設(shè)計(jì)方法、集成電路的制作工藝、集成電路的版圖設(shè)計(jì)等內(nèi)容，如表1所示。因此，在教學(xué)實(shí)踐中，本著“基礎(chǔ)、夠用”的原則，采取選優(yōu)選新的思路，盡量選擇適合我校專業(yè)實(shí)際的教材。目前，使用筆者編寫(xiě)的適合于我校學(xué)生實(shí)際的理論教學(xué)講義，理順了理論教學(xué)，實(shí)現(xiàn)了因校施教，因材施教。

表1 “集成電路原理與應(yīng)用”課程教學(xué)內(nèi)容

2.2提取科技前沿作為教學(xué)內(nèi)容，激發(fā)專業(yè)興趣

為了提高學(xué)生的專業(yè)興趣，讓他們了解“集成電路原理與應(yīng)用”課程的價(jià)值所在，在授課的過(guò)程中穿插介紹集成電路設(shè)計(jì)的前沿動(dòng)態(tài)。如：從IEEE國(guó)際固體電路會(huì)議的論文集中提取模塊、電路、仿真、工藝等最新的內(nèi)容，并將這些內(nèi)容按照門類進(jìn)行分類和總結(jié)，穿插至傳統(tǒng)的理論知識(shí)講授中，讓學(xué)生及時(shí)了解當(dāng)前集成電路設(shè)計(jì)的核心問(wèn)題。這樣不但可以激發(fā)學(xué)生的好奇心和學(xué)習(xí)興趣，還可以提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。

2.3開(kāi)展雙語(yǔ)教學(xué)互動(dòng)，提高綜合能力

目前，我國(guó)的集成電路產(chǎn)業(yè)相對(duì)于國(guó)外來(lái)說(shuō)，還存在著相當(dāng)?shù)牟罹?。要開(kāi)展雙語(yǔ)教學(xué)的原因有三：一是集成電路課程的一些基本專業(yè)術(shù)語(yǔ)都是由英文翻譯過(guò)來(lái)的;二是集成電路的研究前沿都是以英文發(fā)表在期刊上的;三是世界上主流的EDA軟件供應(yīng)商都集中在歐美國(guó)家，軟件的操作語(yǔ)言與使用說(shuō)明書(shū)都是英文的。因此，集成電路課程對(duì)學(xué)生的英語(yǔ)能力要求很高，在課堂上適當(dāng)開(kāi)展雙語(yǔ)教學(xué)互動(dòng)，無(wú)論是對(duì)于學(xué)生繼續(xù)深造，還是就業(yè)都是非常必要的。

3.結(jié)語(yǔ)

集成電路自二十世紀(jì)五十年代被提出以來(lái)，經(jīng)歷了小規(guī)模、中規(guī)模、大規(guī)模、超大規(guī)模、甚大規(guī)模，目前已經(jīng)進(jìn)入到了片上系統(tǒng)階段。雖然集成電路的發(fā)展日新月異，但目前集成電路相關(guān)人才的學(xué)校培養(yǎng)與社會(huì)需求存在很大的差距。因此，對(duì)集成電路相關(guān)課程的教學(xué)改革刻不容緩?；诖?，本文從“集成電路原理與應(yīng)用”課程理論教學(xué)出發(fā)，詳細(xì)闡述了“集成電路原理與應(yīng)用”課程教學(xué)所存在的主要問(wèn)題，并有針對(duì)性的提出了該課程教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法的改革措施，這對(duì)培養(yǎng)應(yīng)用型、創(chuàng)新型的集成電路相關(guān)專業(yè)的本科畢業(yè)生具有積極的指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)：

篇3

關(guān)鍵詞：集成電路工藝；立體化教學(xué)；探索與實(shí)踐

微電子技術(shù)是高科技和信息產(chǎn)業(yè)的核心技術(shù)，是伴隨著集成電路（IC）發(fā)展起來(lái)的高新技術(shù)，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)家安全有著舉足輕重的戰(zhàn)略作用。集成電路工藝作為電子科學(xué)與技術(shù)相關(guān)專業(yè)的專業(yè)課程，其任務(wù)是使學(xué)生掌握集成電路的主要工藝技術(shù)及相關(guān)原理，培養(yǎng)其自主解決工藝問(wèn)題的能力。課程具有實(shí)踐性強(qiáng)、理論與實(shí)踐密切結(jié)合的特點(diǎn)，目前的教學(xué)存在強(qiáng)調(diào)理論、忽視實(shí)踐的問(wèn)題，學(xué)生害怕硬件，缺乏動(dòng)手能力，不能扎實(shí)系統(tǒng)地掌握課程知識(shí)。本文對(duì)集成電路工藝的教學(xué)方法和教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了探討，搭建了“理論―模擬―實(shí)踐”的立體化教學(xué)平臺(tái)，為大學(xué)教學(xué)改革提供參考。

一、目前課程存在的問(wèn)題

1.教學(xué)模式的限制

在課程教學(xué)中，教學(xué)模式主要以理論授課為主，但是高等院校對(duì)微電子及集成電路專業(yè)的人才培養(yǎng)方式越來(lái)越強(qiáng)調(diào)對(duì)學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)，傳統(tǒng)板書(shū)和多媒體PPT演示的教學(xué)方法已經(jīng)無(wú)法滿足與實(shí)驗(yàn)教學(xué)有機(jī)的結(jié)合。

2.教學(xué)資源的缺乏

要培養(yǎng)學(xué)生具備較好的動(dòng)手能力及基本的科研素質(zhì)，在集成電路工藝實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，必須使用各種工藝設(shè)備，如擴(kuò)散爐、退火爐、光刻機(jī)、刻蝕機(jī)等，這些設(shè)備儀器價(jià)格昂貴，購(gòu)置和維護(hù)這些設(shè)備的費(fèi)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了學(xué)校的承受能力，導(dǎo)致其中部分實(shí)驗(yàn)無(wú)法開(kāi)設(shè)，降低了教學(xué)效果。

3.課程設(shè)置僵化

目前集成電路工藝的課程設(shè)置一般是采用理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)結(jié)合、理論教學(xué)和計(jì)算機(jī)模擬結(jié)合的形式，或者單獨(dú)進(jìn)行相關(guān)的課程設(shè)計(jì)，整個(gè)知識(shí)面不夠系統(tǒng)，并且考核形式比較單一，不利于學(xué)生集成電路工藝設(shè)計(jì)和分析能力的提高。

二、立體化教學(xué)在課程中的實(shí)踐

1.理論教學(xué)設(shè)計(jì)

集成電路工藝的基礎(chǔ)知識(shí)所涉及的面較廣，理論性較強(qiáng)，要求學(xué)生能夠扎實(shí)掌握半導(dǎo)體原理和器件的相關(guān)知識(shí)，能夠從前期的課程基礎(chǔ)上解釋工藝中出現(xiàn)的問(wèn)題，如外延層構(gòu)造及缺陷與器件性能間的聯(lián)系、擴(kuò)散參數(shù)與摻雜離子分布的聯(lián)系等。所以，在教學(xué)內(nèi)容的選擇上突出交叉課程的相關(guān)性，將半導(dǎo)體原理和器件的內(nèi)容融入工藝的教學(xué)內(nèi)容中，有利于電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)學(xué)生對(duì)課程體系的整體掌握。

2.模擬仿真設(shè)計(jì)

TCAD（Technology CAD） 即工藝計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)已經(jīng)在集成電路工藝中有著舉足輕重的作用，廣泛運(yùn)用于工藝優(yōu)化、控制以及設(shè)計(jì)優(yōu)化中，不但可以通過(guò)模擬芯片制備的整個(gè)工藝流程節(jié)省實(shí)驗(yàn)成本，在實(shí)驗(yàn)前后以及進(jìn)行過(guò)程中，可以隨時(shí)觀察各項(xiàng)數(shù)據(jù)，對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程和結(jié)果進(jìn)行直觀分析，從而使學(xué)生得到及時(shí)全面的認(rèn)知，改善教學(xué)效果。對(duì)理論教學(xué)中的案例進(jìn)行驗(yàn)證性和探究性模擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，可以進(jìn)一步加強(qiáng)學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握程度?；谀贤ù髮W(xué)的SILVACO―TCAD的教學(xué)軟件，同樣以熱擴(kuò)散工藝為例，如下圖所示，擴(kuò)散深度隨著擴(kuò)散時(shí)間的增加而增加，可見(jiàn)在模擬實(shí)驗(yàn)中可以便捷地修改各項(xiàng)參數(shù)，靈活設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容。

3.實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)作為教學(xué)的重要組成部分必須與理論教學(xué)相輔相成， 必須能有效地促進(jìn)學(xué)生對(duì)理論的理解，又要能在實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用相關(guān)理論，為學(xué)生獲得新的理論知識(shí)打下良好的基礎(chǔ)。目前集成電路工藝課程存在實(shí)驗(yàn)儀器貴重、精密、量少與實(shí)驗(yàn)人數(shù)多、實(shí)驗(yàn)時(shí)間短的供需矛盾，因此對(duì)于現(xiàn)有的設(shè)備一定要對(duì)實(shí)驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行正交設(shè)計(jì)，從全面實(shí)驗(yàn)中挑選出部分有代表性的點(diǎn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，注重高效率、快速、經(jīng)濟(jì)。

綜上所述，在集成電路工藝課程中，建立理論授課―TCAD工藝模擬―工藝實(shí)驗(yàn)密切結(jié)合的立體化實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，不但能豐富課程的教學(xué)內(nèi)容，而且能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也能使學(xué)生更為扎實(shí)地掌握集成電路制備的整個(gè)流程和設(shè)計(jì)方式，增強(qiáng)動(dòng)手能力，提升教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)：

篇4

兩年以上工作經(jīng)驗(yàn)|女|26歲（1990年9月10日）&nbsp

居住地：南京&nbsp

電　話：139*******（手機(jī)）&nbsp

E-mail：&nbsp

最近工作[9個(gè)月]&nbsp

公　司：XX有限公司&nbsp

行　業(yè)：電子技術(shù)/半導(dǎo)體/集成電路&nbsp

職　位：電子技術(shù)高級(jí)硬件工程師&nbsp

最高學(xué)歷&nbsp

學(xué)　歷：本科&nbsp

?！I(yè)：熱能與動(dòng)力工程&nbsp

學(xué)　校：南京理工大學(xué)&nbsp

自我評(píng)價(jià)

上進(jìn)心強(qiáng)、勤于學(xué)習(xí)能不斷提高自身的能力與綜合素質(zhì)。在未來(lái)的工作中，我將以充沛的精力，刻苦鉆研的精神來(lái)努力工作，穩(wěn)定地提高自己的工作能力，與企業(yè)同步發(fā)展。

求職意向

到崗時(shí)間：可隨時(shí)到崗

工作性質(zhì)：全職

希望行業(yè)：電子技術(shù)/半導(dǎo)體/集成電路

目標(biāo)地點(diǎn)：南京

期望月薪：面議/月

目標(biāo)職能：電子技術(shù)高級(jí)硬件工程師

工作經(jīng)驗(yàn)

2014/9 – 2015/6：XX有限公司[9個(gè)月]

所屬行業(yè)：電子技術(shù)/半導(dǎo)體/集成電路

研究部

電子技術(shù)高級(jí)硬件工程師

1.參與部門的建設(shè)和規(guī)劃，組織方案設(shè)計(jì)或進(jìn)行關(guān)鍵方案設(shè)計(jì)

2.承擔(dān)公司的硬件開(kāi)發(fā)，負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)產(chǎn)品原理圖、PCB Layout 樣板試制、協(xié)助uboot開(kāi)發(fā)，以及樣機(jī)樣板調(diào)試工作。

3.承擔(dān)硬件資源建設(shè)，設(shè)計(jì)了包括典型時(shí)鐘電路、AD9388A采集電路、TMS320DN8168小系統(tǒng)；根據(jù)市場(chǎng)和部門特點(diǎn)進(jìn)行硬件團(tuán)隊(duì)建設(shè)，進(jìn)行技術(shù)積累，設(shè)計(jì)了DVI、CVBS、4K2K等電路，快速跟進(jìn)市場(chǎng)；

2013/5 – 2014/8：XX有限公司[1年3個(gè)月]

所屬行業(yè)：電子技術(shù)/半導(dǎo)體/集成電路

研究部

電子技術(shù)高級(jí)硬件工程師

1.參與項(xiàng)目管理，以硬件設(shè)計(jì)為關(guān)鍵路徑制定項(xiàng)目管理計(jì)劃和控制項(xiàng)目進(jìn)度；

2.協(xié)助主管組織技術(shù)攻關(guān)及改造工作，對(duì)遺留的問(wèn)題進(jìn)行應(yīng)急處理；

3.協(xié)助采購(gòu)對(duì)新增供應(yīng)商的供應(yīng)能力、技術(shù)實(shí)力、質(zhì)量保證體系等進(jìn)行考察及認(rèn)定；

教育經(jīng)歷

2009/8— 2013/6 南京理工大學(xué) 熱能與動(dòng)力工程 本科

證書(shū)

2010/12 大學(xué)英語(yǔ)四級(jí)

篇5

關(guān)鍵詞：微電子學(xué)；實(shí)驗(yàn)室建設(shè)；教學(xué)改革；

1微電子技術(shù)的發(fā)展背景

美國(guó)工程技術(shù)界在評(píng)出20世紀(jì)世界最偉大的20項(xiàng)工程技術(shù)成就中第5項(xiàng)——電子技術(shù)時(shí)指出：“從真空管到半導(dǎo)體，集成電路已成為當(dāng)代各行各業(yè)智能工作的基石”。微電子技術(shù)發(fā)展已進(jìn)入系統(tǒng)集成(SOC—SystemOnChip)的時(shí)代。集成電路作為最能體現(xiàn)知識(shí)經(jīng)濟(jì)特征的典型產(chǎn)品之一，已可將各種物理的、化學(xué)的和生物的敏感器(執(zhí)行信息獲取功能)和執(zhí)行器與信息處理系統(tǒng)集成在一起，從而完成從信息獲取、處理、存儲(chǔ)、傳輸?shù)綀?zhí)行的系統(tǒng)功能。這是一個(gè)更廣義的系統(tǒng)集成芯片，可以認(rèn)為這是微電子技術(shù)又一次革命性變革。因而勢(shì)必大大地提高人們處理信息和應(yīng)用信息的能力，大大地提高社會(huì)信息化的程度。集成電路產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)值以年增長(zhǎng)率≥15%的速度增長(zhǎng)，集成度以年增長(zhǎng)率46%的速率持續(xù)發(fā)展，世界上還沒(méi)有一個(gè)產(chǎn)業(yè)能以這樣的速度持續(xù)地發(fā)展。2001年以集成電路為基礎(chǔ)的電子信息產(chǎn)業(yè)已成為世界第一大產(chǎn)業(yè)。微電子技術(shù)、集成電路無(wú)處不在地改變著社會(huì)的生產(chǎn)方式和人們的生活方式。我國(guó)信息產(chǎn)業(yè)部門準(zhǔn)備充分利用經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展和巨大市場(chǎng)的優(yōu)勢(shì)，精心規(guī)劃，重點(diǎn)扶持，力爭(zhēng)通過(guò)10年或略長(zhǎng)一段時(shí)間的努力，使我國(guó)成為世界上的微電子強(qiáng)國(guó)。為此，未來(lái)十年是我國(guó)微電子技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期。在2010年我國(guó)微電子行業(yè)要實(shí)現(xiàn)下列四個(gè)目標(biāo)：

(1)微電子產(chǎn)業(yè)要成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展新的重要增長(zhǎng)點(diǎn)和實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)的跨越。形成2950億元的產(chǎn)值，占GDP的1.6%、世界市場(chǎng)的4%，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的自給率達(dá)到30%，并且能夠拉動(dòng)2萬(wàn)多億元電子工業(yè)產(chǎn)值。從而形成了500~600億元的純利收入。

(2)國(guó)防和國(guó)家安全急需的關(guān)鍵集成電路芯片能自行設(shè)計(jì)和制造。

(3)建立起能夠良性循環(huán)的集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展、科學(xué)研究和人才培養(yǎng)體系。

(4)微電子科學(xué)研究和產(chǎn)業(yè)的標(biāo)志性成果達(dá)到當(dāng)時(shí)的國(guó)際先進(jìn)水平。

在這一背景下，隨著國(guó)內(nèi)外資本在微電子產(chǎn)業(yè)的大量投入和社會(huì)對(duì)微電子產(chǎn)品需求的急驟增加，社會(huì)急切地需要大量的微電子專門人才，僅上海市在21世紀(jì)的第一個(gè)十年，就需要微電子專門人才25萬(wàn)人左右，而目前尚不足2萬(wàn)人。也正是在這一背景下，1999年以來(lái)，全國(guó)高校中新開(kāi)辦的微電子學(xué)專業(yè)就有數(shù)十個(gè)。2002年8月教育部全國(guó)電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)在貴陽(yáng)工作會(huì)議上公布的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，相當(dāng)多的高校電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)都下設(shè)了微電子學(xué)方向。微電子技術(shù)人才的培養(yǎng)已成為各高校電子信息人才培養(yǎng)的重點(diǎn)。

2微電子學(xué)專業(yè)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的緊迫性

我國(guó)高校微電子學(xué)專業(yè)大部分由半導(dǎo)體器件或半導(dǎo)體器件物理專業(yè)轉(zhuǎn)來(lái)，這些專業(yè)的設(shè)立可追溯到20世紀(jì)50年代后期。辦學(xué)歷史雖長(zhǎng)，但由于多年來(lái)財(cái)力投入嚴(yán)重不足，而微電子技術(shù)發(fā)展迅速，國(guó)內(nèi)大陸地區(qū)除極個(gè)別學(xué)校外，其實(shí)驗(yàn)教學(xué)條件很難滿足要求。高校微電子專業(yè)實(shí)驗(yàn)室普遍落后的狀況，已成為制約培養(yǎng)合格微電子專業(yè)人才的瓶頸。

四川大學(xué)微電子學(xué)專業(yè)的發(fā)展同國(guó)內(nèi)其它院校一樣走過(guò)了一條曲折的道路。1958年設(shè)立半導(dǎo)體物理方向(專門組)，在其后的40年中，專業(yè)名稱幾經(jīng)變遷，于1998年調(diào)整為微電子學(xué)。由于社會(huì)需求強(qiáng)勁，1999年微電子學(xué)專業(yè)擴(kuò)大招生數(shù)達(dá)90多人，是以往招生人數(shù)的2倍。當(dāng)時(shí)，我校微電子學(xué)專業(yè)的辦學(xué)條件與微電子學(xué)學(xué)科發(fā)展的要求形成了強(qiáng)烈反差：實(shí)驗(yàn)室設(shè)施陳舊、容量小，教學(xué)大綱中必需的集成電路設(shè)計(jì)課程和相應(yīng)實(shí)驗(yàn)幾乎是空白；按照新的教學(xué)計(jì)劃，實(shí)施新課程和實(shí)驗(yàn)的時(shí)間緊迫，基本設(shè)施嚴(yán)重不足；教師結(jié)構(gòu)不合理，專業(yè)課程師資缺乏。

在關(guān)系到微電子學(xué)專業(yè)能否繼續(xù)生存的關(guān)鍵時(shí)期，學(xué)校組織專家經(jīng)過(guò)反復(fù)調(diào)研、論證，及時(shí)在全校啟動(dòng)了“523實(shí)驗(yàn)室建設(shè)工程”。該工程計(jì)劃在3~5年時(shí)間內(nèi)，籌集2~3億資金，集中力量創(chuàng)建5個(gè)適應(yīng)多學(xué)科培養(yǎng)創(chuàng)新人才的綜合實(shí)驗(yàn)基地；重點(diǎn)建設(shè)20個(gè)左右基礎(chǔ)(含專業(yè)及技術(shù)基礎(chǔ))實(shí)驗(yàn)中心(室)；調(diào)整組合、合理配置、重點(diǎn)改造建設(shè)30個(gè)左右具有特色的專業(yè)實(shí)驗(yàn)室?！?23實(shí)驗(yàn)室建設(shè)工程”的啟動(dòng)，是四川大學(xué)面向21世紀(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革和實(shí)驗(yàn)室建設(shè)方面的一個(gè)重要跨越。學(xué)校將微電子學(xué)專業(yè)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)列入了“523實(shí)驗(yàn)室建設(shè)工程”首批重點(diǎn)支持項(xiàng)目，2000年12月開(kāi)始分期撥款275萬(wàn)元，開(kāi)始了微電子學(xué)專業(yè)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)。怎樣將有限的資金用好，建設(shè)一個(gè)既符合微電子學(xué)專業(yè)發(fā)展方向，又滿足本科專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)要求的微電子學(xué)專業(yè)實(shí)驗(yàn)室成為我們學(xué)科建設(shè)的重點(diǎn)。

3實(shí)驗(yàn)室建設(shè)項(xiàng)目的實(shí)施

3.1整體規(guī)劃和目標(biāo)的確立

微電子技術(shù)的發(fā)展要求我們的實(shí)驗(yàn)室建設(shè)規(guī)劃、實(shí)驗(yàn)教改方案、人才培養(yǎng)目標(biāo)必須與其行業(yè)發(fā)展規(guī)劃一致，既要腳踏實(shí)地，實(shí)事求是，又必須要有前瞻性。尤其要注意國(guó)際化人才的培養(yǎng)。微電子的人才培養(yǎng)若不能實(shí)現(xiàn)國(guó)際化，就不能說(shuō)我們的人才培養(yǎng)是成功的。

基于這樣的考慮，在調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，我們將實(shí)驗(yàn)室建設(shè)整體規(guī)劃和目標(biāo)確定為：建立國(guó)內(nèi)一流的由微電子器件平面工藝與器件參數(shù)測(cè)試綜合實(shí)驗(yàn)及超大規(guī)模集成電路芯片設(shè)計(jì)綜合實(shí)驗(yàn)兩個(gè)實(shí)驗(yàn)系列構(gòu)成的微電子學(xué)專業(yè)實(shí)驗(yàn)體系，既滿足微電子學(xué)專業(yè)教學(xué)大綱要求，又適應(yīng)當(dāng)今國(guó)際微電子技術(shù)及其教學(xué)發(fā)展需求的多功能的、開(kāi)放性的微電子教學(xué)實(shí)驗(yàn)基地。我們的目標(biāo)是：

(1)建立有特色的教學(xué)體系——微電子工藝與設(shè)計(jì)并舉，強(qiáng)化理論基礎(chǔ)、強(qiáng)化綜合素質(zhì)、強(qiáng)化能力培養(yǎng)。

(2)保證寬口徑的同時(shí)，培養(yǎng)專業(yè)技能。

(3)建立開(kāi)放型實(shí)驗(yàn)室，適應(yīng)跨學(xué)科人才的培養(yǎng)。

(4)在全國(guó)微電子學(xué)專業(yè)的教學(xué)中具有一定的先進(jìn)性。

實(shí)踐中我們認(rèn)識(shí)到，要實(shí)現(xiàn)以上目標(biāo)、完成實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，必須以教學(xué)體系改革、教材建設(shè)為主線開(kāi)展工作。

3.2重組實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程體系，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和現(xiàn)代工業(yè)意識(shí)

實(shí)驗(yàn)課程體系建設(shè)的總體思路是培養(yǎng)創(chuàng)造性人才。實(shí)驗(yàn)的設(shè)置要讓學(xué)生成為實(shí)驗(yàn)的主角和與專業(yè)基礎(chǔ)理論學(xué)習(xí)相聯(lián)系的主動(dòng)者，能激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性，有專業(yè)知識(shí)縱向和橫向自主擴(kuò)展和創(chuàng)新的余地。因此該實(shí)驗(yàn)體系將是開(kāi)放式的、有層次的和與基礎(chǔ)課及專業(yè)基礎(chǔ)課密切配合的。實(shí)驗(yàn)教學(xué)的主要內(nèi)容包括必修、選修和自擬項(xiàng)目。我們反復(fù)認(rèn)真研究了教育部制定的本科微電子學(xué)專業(yè)培養(yǎng)大綱及國(guó)際上對(duì)微電子學(xué)教學(xué)提出的最新基本要求。根據(jù)專業(yè)的特點(diǎn)，充分考慮目前國(guó)內(nèi)大力發(fā)展集成電路生產(chǎn)線(新建線十條左右)和已成立近百家集成電路設(shè)計(jì)公司對(duì)人才的強(qiáng)烈需求，為新的微電子專業(yè)教學(xué)制定出由以下兩個(gè)實(shí)驗(yàn)系列構(gòu)成的微電子學(xué)專業(yè)實(shí)驗(yàn)體系。

(1)微電子器件平面工藝與器件參數(shù)測(cè)試綜合實(shí)驗(yàn)。

這是微電子學(xué)教學(xué)的重要基礎(chǔ)內(nèi)容，也是我校微電子學(xué)教學(xué)中具有特色的實(shí)驗(yàn)課程。這一實(shí)驗(yàn)系列將使學(xué)生了解和初步掌握微電子器件的主要基本工藝，工藝參數(shù)的控制方法和工藝質(zhì)量控制的主要檢測(cè)及分析方法，深刻地了解成品率在微電子產(chǎn)品生產(chǎn)中的重要性。同時(shí)，半導(dǎo)體材料特性參數(shù)的測(cè)試分析系列實(shí)驗(yàn)是配合“半導(dǎo)體物理”和“半導(dǎo)體材料”課程而設(shè)置的基本實(shí)驗(yàn)，通過(guò)整合，實(shí)時(shí)地與器件工藝實(shí)驗(yàn)配合，雖增加了實(shí)驗(yàn)教學(xué)難度，卻使學(xué)生身臨其境直觀地掌握了工藝對(duì)參數(shù)的影響、參數(shù)反饋對(duì)工藝的調(diào)整控制、了解半導(dǎo)體重要參數(shù)的測(cè)試方法并加深對(duì)其相關(guān)物理內(nèi)涵的深刻理解。這樣的綜合實(shí)驗(yàn)，對(duì)于學(xué)生深刻樹(shù)立產(chǎn)品成品率，可靠性和生產(chǎn)成本這一現(xiàn)代工業(yè)的重要意識(shí)是必不可少的。

(2)超大規(guī)模集成電路芯片設(shè)計(jì)綜合實(shí)驗(yàn)。

這是微電子學(xué)教學(xué)的重點(diǎn)基礎(chǔ)之一。教學(xué)目的是掌握超大規(guī)模集成電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原理和規(guī)則，初步掌握先進(jìn)的超大規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)工具。該系列的必修基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)共80學(xué)時(shí)，與之配套的講授課程為“超大規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”。除此而外，超大規(guī)模集成電路測(cè)試分析和系統(tǒng)開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)不僅是與“超大規(guī)模集成電路原理”和“電路系統(tǒng)”課程套配，使學(xué)生更深刻的理解和掌握集成電路的特性；同時(shí)也是與前一系列實(shí)驗(yàn)配合使學(xué)生具備自擬項(xiàng)目和獨(dú)立創(chuàng)新的理論及實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。

3.3優(yōu)化設(shè)施配置，爭(zhēng)取項(xiàng)目最佳成效

由于項(xiàng)目實(shí)施的時(shí)間緊迫、資金有限。我們非常謹(jǐn)慎地對(duì)待每一項(xiàng)實(shí)施步驟。力圖實(shí)現(xiàn)設(shè)施的優(yōu)化配置，使項(xiàng)目產(chǎn)生最佳效益。最終較好地完成了集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)體系和器件平面工藝實(shí)驗(yàn)體系的實(shí)施。具體內(nèi)容包括：

(1)集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)體系。集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室機(jī)房的建立——購(gòu)買CADENCE系統(tǒng)軟件(IC設(shè)計(jì)軟件)、ZENILE集成電路設(shè)計(jì)軟件；集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)課程體系由EDA課程及實(shí)驗(yàn)、FPGA課程及實(shí)驗(yàn)、PSPICE電路模擬及實(shí)驗(yàn)、VHDL課程及實(shí)驗(yàn)、ASIC課程及實(shí)驗(yàn)、IC設(shè)計(jì)課程及實(shí)驗(yàn)等組成。

(2)器件平面工藝實(shí)驗(yàn)體系和相關(guān)參數(shù)測(cè)試分析實(shí)驗(yàn)。結(jié)合原有設(shè)備新購(gòu)并完善平面工藝實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，包括：硼擴(kuò)、磷擴(kuò)、氧化、清洗、光刻、金屬化等；與平面工藝同步的平面工藝參數(shù)測(cè)試，包括：方塊電阻、C-V測(cè)試(高頻和準(zhǔn)靜態(tài))、I-V測(cè)試、Hall測(cè)試、膜厚測(cè)試(ELLIPSOMETRY)及其它器件參數(shù)測(cè)試(實(shí)時(shí)監(jiān)控了解器件參數(shù)，反饋控制工藝參數(shù))；器件、半導(dǎo)體材料物理測(cè)試設(shè)備，如載流子濃度、電阻率、少子壽命等。

(3)與實(shí)驗(yàn)室硬件建設(shè)配套的軟件建設(shè)和環(huán)境建設(shè)。實(shí)驗(yàn)室環(huán)境建設(shè)、實(shí)驗(yàn)室崗位設(shè)置、實(shí)驗(yàn)課程的系統(tǒng)開(kāi)設(shè)、向相關(guān)學(xué)院及專業(yè)提出已建實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放計(jì)劃、制定各項(xiàng)管理制度。

在實(shí)驗(yàn)室的階段建設(shè)中，我們分步實(shí)施、邊建邊用、急用優(yōu)先，在建設(shè)期內(nèi)就使實(shí)驗(yàn)室發(fā)揮出了良好的使用效益。

3.4強(qiáng)化管理，實(shí)行教師負(fù)責(zé)制

新的實(shí)驗(yàn)室必須要有全新的管理模式。新建實(shí)驗(yàn)室和實(shí)驗(yàn)課程的管理將根據(jù)專業(yè)教研室的特點(diǎn)，采取教研室主任和實(shí)驗(yàn)室主任統(tǒng)一協(xié)調(diào)下的教師責(zé)任制。在兩大實(shí)驗(yàn)板塊的基礎(chǔ)上，根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的布局進(jìn)一步分為4類(工藝及測(cè)試，物理測(cè)試，設(shè)計(jì)和集成電路參數(shù)測(cè)試，系統(tǒng)開(kāi)發(fā))進(jìn)行管理。原則上，實(shí)驗(yàn)設(shè)施的管理及實(shí)驗(yàn)科目的開(kāi)放由相應(yīng)專業(yè)理論課的教師負(fù)責(zé)，在項(xiàng)目的建立階段，將按前述的分工實(shí)施責(zé)任制，其責(zé)任的內(nèi)容包括：組織設(shè)備的安裝調(diào)試，設(shè)備使用規(guī)范細(xì)則的制定，實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)的編寫(xiě)等。根據(jù)專業(yè)建設(shè)的規(guī)劃，在微電子實(shí)驗(yàn)室建設(shè)告一段落后，主管責(zé)任教師將逐步由較年青的教師接任。主管責(zé)任教師的責(zé)任包括：設(shè)備的維護(hù)和保養(yǎng)，使用規(guī)范和記錄執(zhí)行情況的監(jiān)督，組織對(duì)必修和選修科目實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)的更新，組織實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放及輔導(dǎo)教師的安排，完善實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放的實(shí)施細(xì)則等。

實(shí)驗(yàn)課將是開(kāi)放式的。結(jié)合基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)室的開(kāi)放經(jīng)驗(yàn)和微電子專業(yè)實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)，要求學(xué)生在完成實(shí)驗(yàn)計(jì)劃和熟悉了設(shè)備使用規(guī)范細(xì)則的條件下，對(duì)其全面開(kāi)放。對(duì)非微電子專業(yè)學(xué)生的開(kāi)放，采取提前申請(qǐng)，統(tǒng)一完成必要的基礎(chǔ)培訓(xùn)后再安排實(shí)驗(yàn)的方式。同時(shí)將針對(duì)一些專業(yè)的特點(diǎn)編寫(xiě)與之相適應(yīng)的實(shí)驗(yàn)教材。

4取得初步成果

微電子學(xué)專業(yè)實(shí)驗(yàn)室通過(guò)近3年來(lái)的建設(shè)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)或超過(guò)了預(yù)期建設(shè)目標(biāo)，成效顯著，于2002年成功申報(bào)為&quot；四川省重點(diǎn)建設(shè)實(shí)驗(yàn)室&quot；?，F(xiàn)將取得的初步成果介紹如下：

(1)在微電子實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的促進(jìn)下，為適應(yīng)新條件下的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，我們調(diào)整了教材的選用范圍。微電子學(xué)專業(yè)主干課教材立足選用國(guó)外、國(guó)內(nèi)的優(yōu)秀教材，特別是國(guó)外能反映微電子學(xué)發(fā)展現(xiàn)狀及方向的先進(jìn)教材，我們已組織教師編撰了能反映國(guó)際上集成電路發(fā)展現(xiàn)狀的《集成電路原理》，選用了最新出版教材《大規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)》，并編撰、重寫(xiě)及使用了《集成電路設(shè)計(jì)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)》、《超大規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)》、《平面工藝實(shí)驗(yàn)》、《微電子器件原理》、《微電子器件工藝原理》等教材。

在重編實(shí)驗(yàn)教材時(shí)，改掉了&quot；使用說(shuō)明&quot；式的教材編寫(xiě)模式。力圖使實(shí)驗(yàn)教材能配合實(shí)驗(yàn)教學(xué)培養(yǎng)目標(biāo)，啟發(fā)學(xué)生的想象力和創(chuàng)造力，尤其是誘發(fā)學(xué)生的原發(fā)性創(chuàng)新能力乃至創(chuàng)新沖動(dòng)。

(2)對(duì)本科微電子學(xué)的教學(xué)計(jì)劃、教學(xué)大綱和教材進(jìn)行了深入研究和大幅度調(diào)整，并充分考慮了實(shí)驗(yàn)課與理論課的有機(jī)結(jié)合。堅(jiān)持并發(fā)展了我校微電子專業(yè)在器件工藝實(shí)驗(yàn)上的特色和優(yōu)勢(shì)，通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)課及其內(nèi)容進(jìn)行整合更新，使實(shí)驗(yàn)更具綜合性。如將過(guò)去的單一平面工藝實(shí)驗(yàn)與測(cè)試分析技術(shù)有機(jī)的結(jié)合，將原來(lái)相互脫節(jié)的芯片工藝、參數(shù)測(cè)試、物理測(cè)試等有機(jī)地整合在一起，以便充分模擬真實(shí)芯片工藝流程。使學(xué)生在獨(dú)立制造出半導(dǎo)體器件的同時(shí)，能對(duì)工藝控制進(jìn)行實(shí)時(shí)綜合分析。

(3)引入了國(guó)際上最通用、最先進(jìn)的超大規(guī)模集成電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)教學(xué)軟件(如CADENCE等)，使學(xué)生迅速地掌握超大規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)的先進(jìn)基本技術(shù)，激發(fā)其創(chuàng)造性。為了保證這一教學(xué)目的的實(shí)現(xiàn)，我們對(duì)

專業(yè)的整體教學(xué)計(jì)劃做了與之配合的調(diào)整。在第5學(xué)期加強(qiáng)了電子線路系統(tǒng)設(shè)計(jì)(如EDA、PSPICE等)的課程和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。在教學(xué)的第4學(xué)年又預(yù)留了足夠的學(xué)時(shí)，作為學(xué)生進(jìn)一步掌握這一工具的選修題目的綜合訓(xùn)練。

(4)所有的實(shí)驗(yàn)根據(jù)專業(yè)基礎(chǔ)課的進(jìn)度分段對(duì)各年級(jí)學(xué)生隨時(shí)開(kāi)放。學(xué)生根據(jù)已掌握的專業(yè)理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)選擇實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，提出實(shí)驗(yàn)路線。鼓勵(lì)學(xué)生對(duì)可提供的實(shí)驗(yàn)設(shè)施作自擬的整合，促進(jìn)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)課程的全身心的投入。

在實(shí)驗(yàn)成績(jī)的評(píng)定上，不簡(jiǎn)單地看實(shí)驗(yàn)結(jié)果的正確與否，同時(shí)注重實(shí)驗(yàn)方案的合理性和創(chuàng)造性，注重是否能對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象有較敏銳的觀察、分析和處理能力。

(5)通過(guò)送出去的辦法，把教師和實(shí)驗(yàn)人員送到器件公司、設(shè)計(jì)公司培訓(xùn)，并積極開(kāi)展了校內(nèi)、校際間的進(jìn)修培訓(xùn)。推促教師在專業(yè)基礎(chǔ)和實(shí)驗(yàn)兩方面交叉教學(xué)，提高了教師隊(duì)伍的綜合素質(zhì)。

(6)將集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)成為電子信息類本科生的生產(chǎn)實(shí)習(xí)基地，為此，我們參加了中芯國(guó)際等公司的多項(xiàng)目晶圓計(jì)劃。

加入了國(guó)內(nèi)外EDA公司的大學(xué)計(jì)劃，以利于實(shí)驗(yàn)室建設(shè)發(fā)展和提高教學(xué)質(zhì)量，如華大公司支持微電子實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，贈(zèng)送人民幣1100萬(wàn)元軟件(RFIC，SOC等微電子前沿技術(shù))已進(jìn)入實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

5結(jié)語(yǔ)

篇6

集成電路是當(dāng)今信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展的基礎(chǔ)和源動(dòng)力，已經(jīng)高度滲透與融合到國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的每個(gè)領(lǐng)域，其技術(shù)水平和發(fā)展規(guī)模已成為衡量一個(gè)國(guó)家產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力和綜合國(guó)力的重要標(biāo)志之一[1]，美國(guó)更將其視為未來(lái)20年從根本上改造制造業(yè)的四大技術(shù)領(lǐng)域之首。我國(guó)擁有全球最大、增長(zhǎng)最快的集成電路市場(chǎng)，2013年規(guī)模達(dá)9166億元，占全球市場(chǎng)份額的50%左右。近年來(lái)，國(guó)家大力發(fā)展集成電路，在上海浦東等地建立了集成電路產(chǎn)業(yè)基地，對(duì)于集成電路設(shè)計(jì)、制造、封裝、測(cè)試等方面的專門技術(shù)人才需求巨大。為了適應(yīng)產(chǎn)業(yè)需求，推進(jìn)我國(guó)集成電路發(fā)展，許多高校開(kāi)設(shè)了電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)，以培養(yǎng)集成電路方向的專業(yè)人才。集成電路版圖設(shè)計(jì)是電路設(shè)計(jì)與集成電路工藝之間必不可少的環(huán)節(jié)。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)，在從事集成電路設(shè)計(jì)工作的電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的應(yīng)屆畢業(yè)生中，由于具有更多的電路知識(shí)儲(chǔ)備，研究生的從業(yè)比例比本科生高出很多。而以集成電路版圖為代表包括集成電路測(cè)試以及工藝等與集成電路設(shè)計(jì)相關(guān)的工作，相對(duì)而言對(duì)電路設(shè)計(jì)知識(shí)的要求低很多。因而集成電路版圖設(shè)計(jì)崗位對(duì)本科生而言更具競(jìng)爭(zhēng)力。在版圖設(shè)計(jì)崗位工作若干年知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的積累也將有利于從事集成電路設(shè)計(jì)工作。因此，版圖設(shè)計(jì)工程師的培養(yǎng)也成為了上海電力學(xué)院電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)本科人才培養(yǎng)的重要方向和辦學(xué)特色。本文根據(jù)上海電力學(xué)院電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)建設(shè)的目標(biāo)，結(jié)合本校人才培養(yǎng)和專業(yè)建設(shè)目標(biāo)，就集成電路版圖設(shè)計(jì)理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行了探索和實(shí)踐。

一、優(yōu)化理論教學(xué)方法，豐富教學(xué)手段，突出課程特點(diǎn)

集成電路版圖作為一門電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)重要的專業(yè)課程，教學(xué)內(nèi)容與電子技術(shù)（模擬電路和數(shù)字電路）、半導(dǎo)體器件、集成電路設(shè)計(jì)基礎(chǔ)等先修課程中的電路理論、器件基礎(chǔ)和工藝原理等理論知識(shí)緊密聯(lián)系，同時(shí)版圖設(shè)計(jì)具有很強(qiáng)的實(shí)踐特點(diǎn)。因此，必須從本專業(yè)學(xué)生的實(shí)際特點(diǎn)和整個(gè)專業(yè)課程布局出發(fā)，注重課程與其他課程承前啟后，有機(jī)融合，摸索出一套實(shí)用有效的教學(xué)方法。在理論授課過(guò)程中從集成電路的設(shè)計(jì)流程入手，在CMOS集成電路和雙極集成電路基本工藝進(jìn)行概述的基礎(chǔ)上，從版圖基本單元到電路再到芯片循序漸進(jìn)地講授集成電路版圖結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)原理和方法，做到與上游知識(shí)點(diǎn)的融會(huì)貫通。

集成電路的規(guī)模已發(fā)展到片上系統(tǒng)（SOC）階段，教科書(shū)的更新速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于集成電路技術(shù)的發(fā)展速度。集成電路工藝線寬達(dá)到了納米量級(jí)，對(duì)于集成電路版圖設(shè)計(jì)在當(dāng)前工藝條件下出現(xiàn)的新問(wèn)題和新規(guī)則，通過(guò)查閱最新的文獻(xiàn)資料，向?qū)W生介紹版圖設(shè)計(jì)前沿技術(shù)與發(fā)展趨勢(shì)，開(kāi)拓學(xué)生視野，提升學(xué)習(xí)熱情。在課堂教學(xué)中盡量減少冗長(zhǎng)的公式和繁復(fù)的理論推導(dǎo)，將理論講解和工程實(shí)踐相結(jié)合，通過(guò)工程案例使學(xué)生了解版圖設(shè)計(jì)是科學(xué)、技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)的有機(jī)結(jié)合。比如，在有關(guān)天線效應(yīng)的教學(xué)過(guò)程中針對(duì)一款采用中芯國(guó)際（SMIC）0.18um 1p6m工藝的雷達(dá)信號(hào)處理SOC 芯片，結(jié)合跳線法和反偏二極管的天線效應(yīng)消除方法，詳細(xì)闡述版圖設(shè)計(jì)中完全修正天線規(guī)則違例的關(guān)鍵步驟，極大地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，收到了較好的教學(xué)效果。

集成電路版圖起著承接電路設(shè)計(jì)和芯片實(shí)現(xiàn)的重要作用。通過(guò)版圖設(shè)計(jì)，可以將立體的電路轉(zhuǎn)化為二維的平面幾何圖形，再通過(guò)工藝加工轉(zhuǎn)化為基于半導(dǎo)體硅材料的立體結(jié)構(gòu)[2]。集成電路版圖設(shè)計(jì)是集成電路流程中的重要環(huán)節(jié)，與集成電路工藝密切相關(guān)。為了讓學(xué)生獲得直觀、準(zhǔn)確和清楚的認(rèn)識(shí)，制作了形象生動(dòng)、圖文并茂的多媒體教學(xué)課件，將集成電路典型的設(shè)計(jì)流程、雙極和CMOS集成電路工藝流程、芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)、版圖的層次等內(nèi)容以圖片、Flash動(dòng)畫(huà)、視頻等形式進(jìn)行展示。

版圖包含了集成電路尺寸、各層拓?fù)涠x等器件相關(guān)的物理信息數(shù)據(jù)[3]。掩膜上的圖形決定著芯片上器件或連接物理層的尺寸。因此版圖上的幾何圖形尺寸與芯片上物理層的尺寸直接相關(guān)。而集成電路制造廠家根據(jù)版圖數(shù)據(jù)來(lái)制造掩膜，對(duì)于同種工藝各個(gè)foundry廠商所提供的版圖設(shè)計(jì)規(guī)則各不相同[4]。教學(xué)實(shí)踐中注意將先進(jìn)的典型芯片版圖設(shè)計(jì)實(shí)例引入課堂，例如舉出臺(tái)灣積體電路制造公司（TSMC）的45nm CMOS工藝的數(shù)模轉(zhuǎn)換器的芯片版圖實(shí)例，讓學(xué)生從當(dāng)今業(yè)界實(shí)際制造芯片的角度學(xué)習(xí)和掌握版圖設(shè)計(jì)的規(guī)則，同時(shí)切實(shí)感受到模擬版圖和數(shù)字版圖設(shè)計(jì)的藝術(shù)。

二、利用業(yè)界主流EDA工具，構(gòu)建基于完整版圖設(shè)計(jì)流程的實(shí)驗(yàn)體系

集成電路版圖設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)采用了Cadence公司的EDA工具進(jìn)行版圖設(shè)計(jì)。Cadence的EDA產(chǎn)品涵蓋了電子設(shè)計(jì)的整個(gè)流程，包括系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)、功能驗(yàn)證、集成電路（IC）綜合及布局布線、物理驗(yàn)證、PCB設(shè)計(jì)和硬件仿真建模模擬、混合信號(hào)及射頻IC設(shè)計(jì)、全定制IC設(shè)計(jì)等。全球知名半導(dǎo)體與電子系統(tǒng)公司如AMD、NEC、三星、飛利浦均將Cadence軟件作為其全球設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)。將業(yè)界主流的EDA設(shè)計(jì)軟件引入實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，有利于學(xué)生畢業(yè)后很快適應(yīng)崗位，盡快進(jìn)入角色。

專業(yè)實(shí)驗(yàn)室配備了多臺(tái)高性能Sun服務(wù)器、工作站以及60臺(tái)供學(xué)生實(shí)驗(yàn)用的PC機(jī)。服務(wù)器中安裝的Cadence 工具主要包括：Verilog HDL的仿真工具Verilog-X、電路圖設(shè)計(jì)工具Composer、電路模擬工具Analog Artist、版圖設(shè)計(jì)工具Virtuoso Layout Editing、版圖驗(yàn)證工具Dracula 和Diva、自動(dòng)布局布線工具Preview和Silicon Ensemble。

Cadence軟件是按照庫(kù)（Library）、單元（Cell）、和視圖（View）的層次實(shí)現(xiàn)對(duì)文件的管理。庫(kù)、單元和視圖三者之間的關(guān)系為庫(kù)文件是一組單元的集合，包含著各個(gè)單元的不同視圖。庫(kù)文件包括技術(shù)庫(kù)和設(shè)計(jì)庫(kù)兩種，設(shè)計(jì)庫(kù)是針對(duì)用戶設(shè)立，不同的用戶可以有不同的設(shè)計(jì)庫(kù)。而技術(shù)庫(kù)是針對(duì)工藝設(shè)立，不同特征尺寸的工藝、不同的芯片制造商的技術(shù)庫(kù)不同。為了讓學(xué)生在掌握主流EDA工具使用的同時(shí)對(duì)版圖設(shè)計(jì)流程有準(zhǔn)確、深入的理解，安排針對(duì)無(wú)錫上華公司0.6um兩層多晶硅兩層金屬（Double Poly Double Metal）混合信號(hào)CMOS工藝的一系列實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生掌握包括從電路圖的建立、版圖建立與編輯、電學(xué)規(guī)則檢查（ERC），設(shè)計(jì)規(guī)則檢查（DRC）、到電路圖-版圖一致性檢查（LVS）的完整的版圖設(shè)計(jì)流程[5]。通過(guò)完整的基于設(shè)計(jì)流程的版圖實(shí)驗(yàn)使學(xué)生能較好地掌握電路設(shè)計(jì)工具Composer、版圖設(shè)計(jì)工具Virtuoso Layout Editor以及版圖驗(yàn)證工具Dracula和Diva的使用，同時(shí)對(duì)版圖設(shè)計(jì)的關(guān)鍵步驟形成清晰的認(rèn)識(shí)。

以下以CMOS與非門為例，介紹基于一個(gè)完整的數(shù)字版圖設(shè)計(jì)流程的教學(xué)實(shí)例。

在CMOS與非門的版圖設(shè)計(jì)中，首先要求學(xué)生建立設(shè)計(jì)庫(kù)和技術(shù)庫(kù)，在技術(shù)庫(kù)中加載CSMC 0.6um的工藝的技術(shù)文件，將設(shè)計(jì)庫(kù)與技術(shù)庫(kù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)。然后在設(shè)計(jì)庫(kù)中用Composer中建立相應(yīng)的電路原理圖（schematic），進(jìn)行ERC檢查。再根據(jù)電路原理圖用Virtuoso Layout Editor工具繪制對(duì)應(yīng)的版圖（layout）。版圖繪制步驟依次為MOS晶體管的有源區(qū)、多晶硅柵極、MOS管源區(qū)和漏區(qū)的接觸孔、P+注入、N阱、N阱接觸、N+注入、襯底接觸、金屬連線、電源線、地線、輸入及輸出?；镜陌鎴D繪制完成之后，將輸入、輸出端口以及電源線和地線的名稱標(biāo)注于版圖的適當(dāng)位置處，再在Dracula工具中利用幾何設(shè)計(jì)規(guī)則文件進(jìn)行DRC驗(yàn)證。然后利用GDS版圖數(shù)據(jù)與電路圖網(wǎng)表進(jìn)行版圖與原理圖一致性檢查（LVS），修改其中的錯(cuò)誤并按最小面積優(yōu)化版圖，最后版圖全部通過(guò)檢查，設(shè)計(jì)完成。圖1和圖2分別給出了CMOS與非門的原理圖和版圖。

篇7

（嘉興學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，浙江 嘉興 314001）

基金項(xiàng)目：國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（201310354009）；浙江省錢江人才資助項(xiàng)目（QJD1302007）。

作者簡(jiǎn)介：胡慧（1994.02—），女，漢族，安徽安慶人，嘉興學(xué)院學(xué)生，專業(yè)為材料成型及控制工程。

通訊作者：鹿業(yè)波（1983—），男，山東萊蕪人，工學(xué)博士，嘉興學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，講師，研究方向?yàn)榻饘傥⒓{米材料的制備與評(píng)估。

0　前言

半導(dǎo)體技術(shù)和微電子技術(shù)是電子信息產(chǎn)業(yè)的核心技術(shù)，然而相對(duì)于國(guó)外微電子技術(shù)的發(fā)展[1]，國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體器件產(chǎn)品制造的固有質(zhì)量和應(yīng)用可靠性仍有待提高，尤其在溫度、電流密度等條件頻繁變化的環(huán)境下故障率較高[2]。集成電路的穩(wěn)定及可靠性是指在規(guī)定條件下，電路完成指定任務(wù)的能力，通常稱其為使用壽命。當(dāng)集成電路的工作條件或者工作環(huán)境超出其額定值時(shí)，器件將無(wú)法正常工作，進(jìn)而影響到整個(gè)系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性。通常工作溫度被認(rèn)為是影響集成電路壽命的重要因素，該領(lǐng)域已有較多的研究報(bào)道。另一方面，當(dāng)集成電路在頻繁開(kāi)/關(guān)過(guò)程中，電路中焦耳熱會(huì)引起的溫度循環(huán)變化，這對(duì)集成電路壽命也會(huì)產(chǎn)生不可忽視的影響[3]。D. Gerth等人[4]對(duì)集成電路中的鋁膜進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)了鋁膜上小丘的生長(zhǎng)，并分析了相應(yīng)機(jī)理，取得了有益的進(jìn)展。歐陽(yáng)斯可等人[5]采用微波等離子體加熱方法對(duì)金屬薄膜進(jìn)行熱處理，但此類研究都是僅以恒溫加熱作為研究方法，忽視了快速冷熱循環(huán)變化對(duì)薄膜材料影響的研究。日本的Shien Ri 和 Masumi Saka[6]制作了能夠?qū)崿F(xiàn)溫度快速變化的裝置，但設(shè)計(jì)復(fù)雜、制作成本較高，且操作難度較大。目前通用的高溫加熱爐加熱速率低，不能實(shí)現(xiàn)快速冷熱循環(huán)。因此，針對(duì)半導(dǎo)體材料發(fā)展研究的需要，本文設(shè)計(jì)了一種能夠?qū)崿F(xiàn)快速冷熱循環(huán)的試驗(yàn)裝置。

1　總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

利用陶瓷加熱片作為加熱源，將陶瓷加熱片安裝固定于快速升降位移機(jī)構(gòu)之上。通過(guò)伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)，使快速移動(dòng)臺(tái)帶動(dòng)加熱片實(shí)現(xiàn)上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而使金屬薄膜材料的環(huán)境溫度發(fā)生快速冷熱循環(huán)的變化，從而達(dá)到試驗(yàn)?zāi)康?。快速冷熱循環(huán)試驗(yàn)裝置如圖1所示，由快速移動(dòng)臺(tái)、伸出臂、試驗(yàn)臺(tái)、溫度控制器、水泵等幾部分組成。該裝置通過(guò)操作軟件的控制實(shí)現(xiàn)快速移動(dòng)臺(tái)的上下移動(dòng)速度、循環(huán)次數(shù)、停留時(shí)間等；溫度控制器實(shí)時(shí)檢測(cè)控制加熱片溫度；通過(guò)水泵、熱排等組成的冷卻系統(tǒng)保證承載試驗(yàn)臺(tái)表面溫度在非加熱狀態(tài)時(shí)始終維持在室溫；溫度控制器實(shí)時(shí)顯示試驗(yàn)臺(tái)溫度以保證冷卻系統(tǒng)的可靠性。

2　加熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

加熱系統(tǒng)是該裝置設(shè)計(jì)的重要部分，其組成包括伸出臂、溫度控制器、陶瓷加熱片、快速移動(dòng)臺(tái)等（如圖1所示），電路接線示意圖如圖2所示，工作原理為：溫度控制器與陶瓷加熱片相連接，通過(guò)控制器的控制作用使陶瓷加熱片穩(wěn)定于某一設(shè)定溫度，當(dāng)伸出臂上的加熱片靠近試驗(yàn)臺(tái)上的金屬薄膜材料時(shí)，金屬薄膜材料受熱溫度升高。

加熱系統(tǒng)中，伸出臂要承受力的載荷，同時(shí)受高溫的影響，通過(guò)校核計(jì)算設(shè)計(jì)采用304不銹鋼作為伸出臂材料，以保證伸出臂的平穩(wěn)性。伸出臂的規(guī)格為178×50×3.5mm，上面加工出槽用于放置陶瓷加熱片，溫度控制器的傳感器導(dǎo)線采用正方體鐵塊固定；陶瓷加熱片作為加熱系統(tǒng)中的直接加熱體，屬脆性材料，規(guī)格為48×26×2mm，額定電壓和功率分別為220V、242W，以保證試驗(yàn)中規(guī)格較小的加熱體能達(dá)到200~300℃的高溫，為考慮安全性，加熱片用小片長(zhǎng)方形鋼條壓蓋，通過(guò)螺栓連接固定于伸出臂銑出的槽內(nèi)；在鋼條與加熱片之間加入了彈簧機(jī)構(gòu)，以固定傳感器探頭，同時(shí)避免加熱片在加熱過(guò)程中因鋼板的壓迫而爆裂；溫度控制器通過(guò)控制BT穩(wěn)壓裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度的可靠控制；快速移動(dòng)臺(tái)利用滾珠絲杠傳動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，將伺服電機(jī)的圓周運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榛_(tái)的直線運(yùn)動(dòng)，其軟件系統(tǒng)是MPC08系統(tǒng)，移動(dòng)臺(tái)最大行程為600mm，最大速率可達(dá)50mm/s。

3　冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

冷卻系統(tǒng)的組成包括試驗(yàn)臺(tái)、溫度控制器、水泵、冷卻液等部分，工作原理為：當(dāng)位移機(jī)構(gòu)開(kāi)始上升時(shí)，陶瓷加熱片隨之遠(yuǎn)離試驗(yàn)臺(tái)，試驗(yàn)臺(tái)上的試樣迅速冷卻，為加快試樣冷卻速度，保證儀器的冷卻效果，設(shè)計(jì)的試驗(yàn)臺(tái)增設(shè)冷卻循環(huán)系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過(guò)水管連接各個(gè)冷卻裝置，使冷卻液在其中快速流動(dòng)從而達(dá)到較好的冷卻效果。

系統(tǒng)中,試驗(yàn)臺(tái)應(yīng)具有良好的導(dǎo)熱性，以保證試樣在冷卻狀態(tài)下可以盡量與室溫一致，同時(shí)避免試樣溫度的累積。本裝置設(shè)計(jì)采用導(dǎo)熱性較好的銅作為試驗(yàn)臺(tái)材料，并將試驗(yàn)臺(tái)上的冷卻液進(jìn)出口設(shè)計(jì)為寶塔型，使之能緊密的與水管相接，避免冷卻液的滲漏，利用工字鋼和長(zhǎng)方形鋼條固定試驗(yàn)臺(tái)于導(dǎo)柱上；循環(huán)泵規(guī)格為1206型12伏45瓦直流微型水泵；溫度控制器作用僅顯示試驗(yàn)臺(tái)表面的溫度。

4　儀器測(cè)試分析

集成電路承受的溫度一般為80℃左右，超過(guò)該極限溫度就易導(dǎo)致電子產(chǎn)品出現(xiàn)故障。快速冷熱循環(huán)裝置可在一定范圍內(nèi)任意設(shè)置加熱溫度，通過(guò)控制伸出臂的位置，可實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)臺(tái)上金屬薄膜材料溫度變化，以達(dá)到不同試驗(yàn)的要求。

裝置搭建完成后，本文對(duì)加熱效果進(jìn)行了檢測(cè)分析，利用移動(dòng)臺(tái)驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)使加熱片靠近/遠(yuǎn)離試驗(yàn)臺(tái)表面，并借助傳感器及溫度控制器，初步檢測(cè)記錄了試驗(yàn)臺(tái)表面的加熱溫度的相關(guān)數(shù)據(jù)，如圖3所示。加熱片與試驗(yàn)臺(tái)最短距離控制在10mm左右，此時(shí)，陶瓷加熱片溫度為250℃，試驗(yàn)臺(tái)表面溫度113℃（能量損失主要在于空氣流通），隨著加熱片與試驗(yàn)臺(tái)距離的增大，試驗(yàn)臺(tái)表面溫度迅速降低，當(dāng)間距達(dá)到100mm時(shí)，其表面溫度進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)，此時(shí)可認(rèn)為試驗(yàn)臺(tái)降至室溫。綜合考慮行程運(yùn)行速度、安全等因素，設(shè)置試驗(yàn)中最大行程為120mm。

通過(guò)此裝置對(duì)鋁膜進(jìn)行了初步的冷熱循環(huán)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明快速冷熱循環(huán)會(huì)使鋁膜表面出現(xiàn)大量的小丘。在之前的研究中[7]，經(jīng)過(guò)恒溫加熱的試樣表面出現(xiàn)小丘較少，因此，在加熱時(shí)間和加熱溫度相同的條件下，快速冷熱對(duì)試樣的破壞性更大。

目前溫度快速變化對(duì)半導(dǎo)體材料影響研究的相關(guān)報(bào)道較少，主要原因在于測(cè)試儀器的缺乏，本儀器的設(shè)計(jì)及制作為相關(guān)研究提供了可行性，將促進(jìn)對(duì)半導(dǎo)體電路材料失效機(jī)理的研究。

5　結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)制作了一種快速冷熱循環(huán)儀，進(jìn)行了應(yīng)用試驗(yàn)，并取得預(yù)期成果。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，該系統(tǒng)加熱穩(wěn)定，溫度變化迅速，能夠有效地控制試驗(yàn)循環(huán)次數(shù)。該試驗(yàn)儀器不僅可應(yīng)用于Al薄膜的測(cè)試研究，還可用于研究性能要求較高的其它金屬薄膜材料，如Ag、Cu等材料，通過(guò)研究溫度變化對(duì)薄膜材料的影響，可改善其在半導(dǎo)體電路中的應(yīng)用，推進(jìn)半導(dǎo)體電子行業(yè)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

［1］V. Yu. Kireev, A. S. Rapid Thermal Processing: A New Step Forward in Microelectronics Technologies[J]. Russian Microelectronics, 2001,30(4):225-235.

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篇8

關(guān)鍵詞：量子阱；器件；紅外探測(cè)器；激光器；

  1 引言

  量子阱器件,即指采用量子阱材料作為有源區(qū)的光電子器件,材料生長(zhǎng)一般是采用mocvd外廷技術(shù)。這種器件的特點(diǎn)就在于它的量子阱有源區(qū)具有準(zhǔn)二維特性和量子尺寸效應(yīng)。二維電子空穴的態(tài)密度是臺(tái)階狀分布,量子尺寸效應(yīng)決定了電子空穴不再連續(xù)分布而是集中占據(jù)著量子化第一子能級(jí),增益譜半寬大為降低、且價(jià)帶上輕重空穴的簡(jiǎn)并被解除,價(jià)帶間的吸收降低。

  2 量子阱器件基本原理

  2.1 量子阱基本原理[1]

半導(dǎo)體超晶格是指由交替生長(zhǎng)兩種半導(dǎo)體材料薄層組成的一維周期性結(jié)構(gòu).以gaas／alas半導(dǎo)體超晶格的結(jié)構(gòu)為例:在半絕緣gaas襯底上沿[001]方向外延生長(zhǎng)500nm左右的gaas薄層,而交替生長(zhǎng)厚度為幾埃至幾百埃的alas薄層。這兩者共同構(gòu)成了一個(gè)多層薄膜結(jié)構(gòu)。gaas的晶格常數(shù)為0.56351nm,alas的晶格常數(shù)為0.56622nm。由于alas的禁帶寬度比gaas的大,alas層中的電子和空穴將進(jìn)入兩邊的gaas層，“落入”gaas材料的導(dǎo)帶底,只要gaas層不是太薄,電子將被約束在導(dǎo)帶底部,且被阱壁不斷反射。換句話說(shuō),由于gaas的禁帶寬度小于alas的禁帶寬度,只要gaas層厚度小到量子尺度,那么就如同一口阱在“吸引”著載流子,無(wú)論處在其中的載流子的運(yùn)動(dòng)路徑怎樣,都必須越過(guò)一個(gè)勢(shì)壘,由于gaas層厚度為量子尺度,我們將這種勢(shì)阱稱為量子阱.

當(dāng)gaas和alas沿z方向交替生長(zhǎng)時(shí),圖2描繪了超晶格多層薄膜結(jié)構(gòu)與相應(yīng)的的周期勢(shì)場(chǎng)。其中a表示alas薄層厚度(勢(shì)壘寬度),b表示薄層厚度(勢(shì)阱寬度)。如果勢(shì)壘的寬度較大,使得兩個(gè)相鄰勢(shì)阱中的電子波函數(shù)互不重疊,那么就此形成的量子阱將是相互獨(dú)立的,這就是多量子阱。多量子阱的光學(xué)性質(zhì)與單量子阱的相同,而強(qiáng)度則是單量子阱的線性迭加。另一方面,如果兩個(gè)相鄰的量子阱間距很近,那么其中的電子態(tài)將發(fā)生耦合,能級(jí)將分裂成帶,并稱之為子能帶。而兩個(gè)相鄰的子能帶

之間又存在能隙,稱為子能隙。通過(guò)人為控制這些子能隙的寬度與子能帶,使得半導(dǎo)體微結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出多種多樣的宏觀性質(zhì)。

  2.2 量子阱器件

量子阱器件的基本結(jié)構(gòu)是兩塊n型gaas附于兩端,而中間有一個(gè)薄層,這個(gè)薄層的結(jié)構(gòu)由algaas-gaas-algaas的復(fù)合形式組成,。

在未加偏壓時(shí),各個(gè)區(qū)域的勢(shì)能與中間的gaas對(duì)應(yīng)的區(qū)域形成了一個(gè)勢(shì)阱,故稱為量子阱。電子的運(yùn)動(dòng)路徑是從左邊的n型區(qū)(發(fā)射極)進(jìn)入右邊的n型區(qū)(集電極),中間必須通過(guò)algaas層進(jìn)入量子阱,然后再穿透另一層algaas。

  量子阱器件雖然是新近研制成功的器件,但已在很多領(lǐng)域獲得了應(yīng)用,而且隨著制作水平的提高,它將獲得更加廣泛的應(yīng)用。

  3 量子阱器件的應(yīng)用

  3.1 量子阱紅外探測(cè)器

量子阱紅外探測(cè)器(qwip)是20世紀(jì)90年展起來(lái)的高新技術(shù)。與其他紅外技術(shù)相比,qwip具有響應(yīng)速度快、探測(cè)率與hgcdte探測(cè)器相近、探測(cè)波長(zhǎng)可通過(guò)量子阱參數(shù)加以調(diào)節(jié)等優(yōu)點(diǎn)。而且,利用mbe和mocvd等先進(jìn)工藝可生長(zhǎng)出高品質(zhì)、大面積和均勻的量子阱材料,容易做出大面積的探測(cè)器陣列。正因?yàn)槿绱?量子阱光探測(cè)器,尤其是紅外探測(cè)器受到了廣泛關(guān)注。

qwip是利用摻雜量子阱的導(dǎo)帶中形成的子帶間躍遷,并將從基態(tài)激發(fā)到第一激發(fā)態(tài)的電子通過(guò)電場(chǎng)作用形成光電流這一物理過(guò)程,實(shí)現(xiàn)對(duì)紅外輻射的探測(cè)。通過(guò)調(diào)節(jié)阱寬、壘寬以及algaas中al組分含量等參數(shù),使量子阱子帶輸運(yùn)的激發(fā)態(tài)被設(shè)計(jì)在阱內(nèi)(束縛態(tài))、阱外(連續(xù)態(tài))或者在勢(shì)壘的邊緣或者稍低于勢(shì)壘頂(準(zhǔn)束縛態(tài)),以便滿足不同的探測(cè)需要,獲得最優(yōu)化的探測(cè)靈敏度。因此,量子阱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)又稱為“能帶工程”是qwip最關(guān)鍵的一步。另外,由于探測(cè)器只吸收輻射垂直與阱層面的分量,因此光耦合也是qwip的重要組成部分。

  3.2 量子阱在光通訊方面的應(yīng)用

光通信是現(xiàn)代通信的主要方式,光通訊的發(fā)展需要寬帶寬、高速、大容量的光發(fā)射機(jī)和光接收機(jī),這些儀器不僅要求其體積小,質(zhì)量高,同時(shí)又要求它成本低,能夠大規(guī)模應(yīng)用,為了達(dá)到這些目的,光子集成電路(pic’s)和光電子集成電路(oeic’s)被開(kāi)發(fā)出來(lái)。但是,通常光子集成電路

和光電子集成電路是采用多次光刻,光柵技術(shù)、干濕法腐蝕技術(shù)、多次選擇外延生長(zhǎng)mocvd或mbe等復(fù)雜工藝,從而可能使銜接部位晶體質(zhì)量欠佳和器件間的耦合效率低下,影響了有源器件性能和可靠性。

近20年來(lái)發(fā)展了許多選擇量子阱無(wú)序或稱之為量子阱混合(qwi)的新方法,目的在于量子阱一次生長(zhǎng)(mocvd-qw)后,獲得在同一外延晶片上橫向不同區(qū)域具有不同的帶隙、光吸收率、光折射率和載流子遷移率,達(dá)到橫向光子集成和光電子集成的目的,這樣就避免了多次生長(zhǎng)和反復(fù)光刻的復(fù)雜工藝。

  4 結(jié)語(yǔ)

  半導(dǎo)體超晶格和量子阱材料是光電材料的最新發(fā)展,量子阱器件的優(yōu)越性使得它活躍在各種生產(chǎn)和生活領(lǐng)域。目前,在光通信、激光器研制、紅外探測(cè)儀器等方面,量子阱器件都得到了廣泛的應(yīng)用。隨之科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步,我們相信,半導(dǎo)體超晶格和量子阱材料必然在更多領(lǐng)域發(fā)揮其獨(dú)特的作用。

參考文獻(xiàn)： 

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篇9

而近年來(lái)全國(guó)工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)發(fā)生較大的變化，電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的電類課程設(shè)置，逐漸被光學(xué)類課程所取代，影響了各高校專業(yè)培養(yǎng)方案的制定。本文通過(guò)總結(jié)國(guó)內(nèi)各高校電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)基礎(chǔ)與核心課程設(shè)置的經(jīng)驗(yàn)，分析本科專業(yè)對(duì)應(yīng)于電子科學(xué)與技術(shù)一級(jí)學(xué)科所屬的各二級(jí)學(xué)科的基礎(chǔ)知識(shí)，對(duì)于將集成電路設(shè)計(jì)設(shè)置為電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)核心課程，來(lái)完善電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)課程體系設(shè)置進(jìn)行了探討。

1 全國(guó)工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)

全國(guó)工程教育認(rèn)證是我國(guó)高等教育為了融入世界得到全球高等教育界的認(rèn)可而開(kāi)展的認(rèn)證，自2007年開(kāi)始試點(diǎn)實(shí)行。近些年來(lái)，全國(guó)工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)成為各高校制定專業(yè)培養(yǎng)方案的導(dǎo)向標(biāo)準(zhǔn)。

2011年之前的標(biāo)準(zhǔn) 2011年之前的全國(guó)工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)指出，電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的本科生運(yùn)用所掌握的理論知識(shí)和技能，從事信號(hào)與信息處理的新型電子、光電子和光子材料及其元器件，以及集成電路、集成電子系統(tǒng)和光電子系統(tǒng)，包括信息光電子技術(shù)和光子器件、微納電子器件、微光機(jī)電系統(tǒng)、大規(guī)模集成電路和電子信息系統(tǒng)芯片的理論、應(yīng)用及設(shè)計(jì)和制造等方面的科研、技術(shù)開(kāi)發(fā)、教育和管理等工作。

可以看出，2011年之前的全國(guó)工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的知識(shí)要求非常強(qiáng)調(diào)電學(xué)方面的基礎(chǔ)知識(shí)，特別是集成電路和集成電子系統(tǒng)方面的知識(shí)，光學(xué)方面的知識(shí)只是作為輔助。

2012年之后的標(biāo)準(zhǔn) 2012年之后的全國(guó)工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)指出，電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)包括電動(dòng)力學(xué)、固體物理、微波與光導(dǎo)波技術(shù)、激光原理與技術(shù)等知識(shí)領(lǐng)域的核心內(nèi)容。2012年之后的全國(guó)工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的知識(shí)要求較以前有了大幅度的簡(jiǎn)化，同時(shí)也可以看出，電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)更多地強(qiáng)調(diào)了光學(xué)方面的知識(shí)，而減少了電學(xué)方面的知識(shí)要求，對(duì)于集成電路方面的知識(shí)沒(méi)有做具體要求，只是提出各高校可以根據(jù)自己的特長(zhǎng)設(shè)置特色課程。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)似乎更適合光電子科學(xué)與技術(shù)這樣的本科專業(yè)，當(dāng)然目前國(guó)內(nèi)并沒(méi)有光電子科學(xué)與技術(shù)這樣的本科專業(yè)，卻有光信息科學(xué)與技術(shù)和光電信息科學(xué)與工程這樣的本科專業(yè)，也就是說(shuō)此要求跟光學(xué)專業(yè)的要求是比較接近且有所交叉重疊的。

2 國(guó)內(nèi)高校本科專業(yè)課程設(shè)置

《電子科學(xué)與技術(shù)分教指委本科指導(dǎo)性專業(yè)規(guī)范》指出，電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)涵蓋的學(xué)科范圍廣闊，以數(shù)學(xué)和近代物理為基礎(chǔ)，研究電磁波、荷電粒子及中性粒子的產(chǎn)生、運(yùn)動(dòng)、變換及其不同媒質(zhì)相互作用的現(xiàn)象、效應(yīng)、機(jī)理和規(guī)律，并在此基礎(chǔ)上研究制造電子、光電子各種材料及元器件，以及集成電路、集成電子系統(tǒng)和光電子系統(tǒng)，并研究開(kāi)發(fā)相應(yīng)的設(shè)計(jì)、制造技術(shù)。

清華大學(xué)的電子科學(xué)與技術(shù)本科專業(yè)課程設(shè)置與2012年之后的全國(guó)工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)更為接近，在對(duì)電學(xué)方面的基礎(chǔ)知識(shí)進(jìn)行要求的同時(shí)更加強(qiáng)調(diào)了光學(xué)方面的基礎(chǔ)知識(shí)，而復(fù)旦、同濟(jì)、上海交大、浙江大學(xué)、東南大學(xué)等眾多高校的電子科學(xué)與技術(shù)本科專業(yè)更多地強(qiáng)調(diào)了集成電路、集成電子系統(tǒng)方面的知識(shí)，多數(shù)都把集成電路方面的知識(shí)作為必修的考試科目專業(yè)知識(shí)。

3 學(xué)科知識(shí)體系的對(duì)應(yīng)關(guān)系

《授予博士、碩士學(xué)位和培養(yǎng)研究生的學(xué)科、專業(yè)目錄》中指出，工科類一級(jí)學(xué)科電子科學(xué)與技術(shù)，涵蓋了物理電子學(xué)、電路與系統(tǒng)、微電子與固體電子學(xué)、電磁場(chǎng)與微波技術(shù)等4個(gè)二級(jí)學(xué)科。電子科學(xué)與技術(shù)本科專業(yè)應(yīng)該涵蓋一級(jí)學(xué)科所屬各二級(jí)學(xué)科物理電子學(xué)、電路與系統(tǒng)、微電子與固體電子學(xué)、電磁場(chǎng)與微波技術(shù)等方面的基礎(chǔ)知識(shí)，也就是說(shuō)本科專業(yè)應(yīng)該涵蓋固體物理或半導(dǎo)體物理、半導(dǎo)體器件、集成電路、電磁場(chǎng)等方面的基礎(chǔ)知識(shí)是比較合理的，這樣既有利于本科學(xué)生將來(lái)在本學(xué)科領(lǐng)域的繼續(xù)深造學(xué)習(xí)，也有利于適應(yīng)社會(huì)需要而就業(yè)。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，集成電路設(shè)計(jì)這樣的課程應(yīng)該作為電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)核心課程進(jìn)行設(shè)置，有條件的高校還可以分別設(shè)置模擬集成電路設(shè)計(jì)和數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)這樣的課程作為專業(yè)核心課程。這樣既能滿足本科指導(dǎo)性專業(yè)規(guī)范的要求，也能滿足為后續(xù)碩士博士研究生階段的繼續(xù)深造打下基礎(chǔ)，還能適應(yīng)國(guó)家大力發(fā)展集成電路設(shè)計(jì)與制造產(chǎn)業(yè)的要求。這樣就需要中國(guó)工程教育認(rèn)證協(xié)會(huì)對(duì)全國(guó)工程教育認(rèn)證的電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)做出修改，不再過(guò)多強(qiáng)調(diào)光學(xué)方面的基礎(chǔ)知識(shí)，而是更多地要求集成電路與集成電子系統(tǒng)方面的知識(shí)，這樣能引導(dǎo)國(guó)內(nèi)各高?；貧w到加強(qiáng)電學(xué)方面的知識(shí)教育的道路上來(lái)。

在我國(guó)大力支持集成電路設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的大環(huán)境下，本文對(duì)于將集成電路設(shè)計(jì)設(shè)置為電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)核心課程，來(lái)完善電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)課程體系設(shè)置進(jìn)行了探討。本文探討的內(nèi)容希望能夠?yàn)槿珖?guó)工程教育認(rèn)證電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)定提供參考，也可以為兄弟院校相關(guān)專業(yè)的課程設(shè)置提供借鑒。

參考文獻(xiàn)

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[2]中國(guó)工程教育認(rèn)證協(xié)會(huì).工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)[S].2012.

篇10

關(guān)鍵詞半導(dǎo)體材料量子線量子點(diǎn)材料光子晶體

1半導(dǎo)體材料的戰(zhàn)略地位

上世紀(jì)中葉，單晶硅和半導(dǎo)體晶體管的發(fā)明及其硅集成電路的研制成功，導(dǎo)致了電子工業(yè)革命；上世紀(jì)70年代初石英光導(dǎo)纖維材料和GaAs激光器的發(fā)明，促進(jìn)了光纖通信技術(shù)迅速發(fā)展并逐步形成了高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，使人類進(jìn)入了信息時(shí)代。超晶格概念的提出及其半導(dǎo)體超晶格、量子阱材料的研制成功，徹底改變了光電器件的設(shè)計(jì)思想，使半導(dǎo)體器件的設(shè)計(jì)與制造從“雜質(zhì)工程”發(fā)展到“能帶工程”。納米科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，將使人類能從原子、分子或納米尺度水平上控制、操縱和制造功能強(qiáng)大的新型器件與電路，必將深刻地影響著世界的政治、經(jīng)濟(jì)格局和軍事對(duì)抗的形式，徹底改變?nèi)藗兊纳罘绞健?/p>

2幾種主要半導(dǎo)體材料的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)

2.1硅材料

從提高硅集成電路成品率，降低成本看，增大直拉硅（CZ－Si）單晶的直徑和減小微缺陷的密度仍是今后CZ－Si發(fā)展的總趨勢(shì)。目前直徑為8英寸（200mm）的Si單晶已實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)，基于直徑為12英寸（300mm）硅片的集成電路（IC‘s）技術(shù)正處在由實(shí)驗(yàn)室向工業(yè)生產(chǎn)轉(zhuǎn)變中。目前300mm，0.18μm工藝的硅ULSI生產(chǎn)線已經(jīng)投入生產(chǎn)，300mm，0.13μm工藝生產(chǎn)線也將在2003年完成評(píng)估。18英寸重達(dá)414公斤的硅單晶和18英寸的硅園片已在實(shí)驗(yàn)室研制成功，直徑27英寸硅單晶研制也正在積極籌劃中。

從進(jìn)一步提高硅IC‘S的速度和集成度看，研制適合于硅深亞微米乃至納米工藝所需的大直徑硅外延片會(huì)成為硅材料發(fā)展的主流。另外，SOI材料，包括智能剝離（Smartcut）和SIMOX材料等也發(fā)展很快。目前，直徑8英寸的硅外延片和SOI材料已研制成功，更大尺寸的片材也在開(kāi)發(fā)中。

理論分析指出30nm左右將是硅MOS集成電路線寬的“極限”尺寸。這不僅是指量子尺寸效應(yīng)對(duì)現(xiàn)有器件特性影響所帶來(lái)的物理限制和光刻技術(shù)的限制問(wèn)題，更重要的是將受硅、SiO2自身性質(zhì)的限制。盡管人們正在積極尋找高K介電絕緣材料（如用Si3N4等來(lái)替代SiO2），低K介電互連材料，用Cu代替Al引線以及采用系統(tǒng)集成芯片技術(shù)等來(lái)提高ULSI的集成度、運(yùn)算速度和功能，但硅將最終難以滿足人類不斷的對(duì)更大信息量需求。為此，人們除尋求基于全新原理的量子計(jì)算和DNA生物計(jì)算等之外，還把目光放在以GaAs、InP為基的化合物半導(dǎo)體材料，特別是二維超晶格、量子阱，一維量子線與零維量子點(diǎn)材料和可與硅平面工藝兼容GeSi合金材料等，這也是目前半導(dǎo)體材料研發(fā)的重點(diǎn)。

2.2GaAs和InP單晶材料

GaAs和InP與硅不同，它們都是直接帶隙材料，具有電子飽和漂移速度高，耐高溫，抗輻照等特點(diǎn)；在超高速、超高頻、低功耗、低噪音器件和電路，特別在光電子器件和光電集成方面占有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

目前，世界GaAs單晶的總年產(chǎn)量已超過(guò)200噸，其中以低位錯(cuò)密度的垂直梯度凝固法（VGF）和水平（HB）方法生長(zhǎng)的2－3英寸的導(dǎo)電GaAs襯底材料為主；近年來(lái)，為滿足高速移動(dòng)通信的迫切需求，大直徑（4，6和8英寸）的SI－GaAs發(fā)展很快。美國(guó)莫托羅拉公司正在籌建6英寸的SI－GaAs集成電路生產(chǎn)線。InP具有比GaAs更優(yōu)越的高頻性能，發(fā)展的速度更快，但研制直徑3英寸以上大直徑的InP單晶的關(guān)鍵技術(shù)尚未完全突破，價(jià)格居高不下。

GaAs和InP單晶的發(fā)展趨勢(shì)是：

（1）。增大晶體直徑，目前4英寸的SI－GaAs已用于生產(chǎn)，預(yù)計(jì)本世紀(jì)初的頭幾年直徑為6英寸的SI－GaAs也將投入工業(yè)應(yīng)用。

（2）。提高材料的電學(xué)和光學(xué)微區(qū)均勻性。

（3）。降低單晶的缺陷密度，特別是位錯(cuò)。

（4）。GaAs和InP單晶的VGF生長(zhǎng)技術(shù)發(fā)展很快，很有可能成為主流技術(shù)。

2.3半導(dǎo)體超晶格、量子阱材料

半導(dǎo)體超薄層微結(jié)構(gòu)材料是基于先進(jìn)生長(zhǎng)技術(shù)（MBE，MOCVD）的新一代人工構(gòu)造材料。它以全新的概念改變著光電子和微電子器件的設(shè)計(jì)思想，出現(xiàn)了“電學(xué)和光學(xué)特性可剪裁”為特征的新范疇，是新一代固態(tài)量子器件的基礎(chǔ)材料。

（1）Ⅲ－V族超晶格、量子阱材料。

GaAIAs／GaAs，GaInAs／GaAs，AIGaInP／GaAs；GalnAs／InP，AlInAs／InP，InGaAsP／InP等GaAs、InP基晶格匹配和應(yīng)變補(bǔ)償材料體系已發(fā)展得相當(dāng)成熟，已成功地用來(lái)制造超高速，超高頻微電子器件和單片集成電路。高電子遷移率晶體管（HEMT），贗配高電子遷移率晶體管（P－HEMT）器件最好水平已達(dá)fmax=600GHz，輸出功率58mW，功率增益6.4db；雙異質(zhì)結(jié)雙極晶體管（HBT）的最高頻率fmax也已高達(dá)500GHz，HEMT邏輯電路研制也發(fā)展很快?；谏鲜霾牧象w系的光通信用1.3μm和1.5μm的量子阱激光器和探測(cè)器，紅、黃、橙光發(fā)光二極管和紅光激光器以及大功率半導(dǎo)體量子阱激光器已商品化；表面光發(fā)射器件和光雙穩(wěn)器件等也已達(dá)到或接近達(dá)到實(shí)用化水平。目前，研制高質(zhì)量的1.5μm分布反饋（DFB）激光器和電吸收（EA）調(diào)制器單片集成InP基多量子阱材料和超高速驅(qū)動(dòng)電路所需的低維結(jié)構(gòu)材料是解決光纖通信瓶頸問(wèn)題的關(guān)鍵，在實(shí)驗(yàn)室西門子公司已完成了80×40Gbps傳輸40km的實(shí)驗(yàn)。另外，用于制造準(zhǔn)連續(xù)兆瓦級(jí)大功率激光陣列的高質(zhì)量量子阱材料也受到人們的重視。

雖然常規(guī)量子阱結(jié)構(gòu)端面發(fā)射激光器是目前光電子領(lǐng)域占統(tǒng)治地位的有源器件，但由于其有源區(qū)極?。ā?.01μm）端面光電災(zāi)變損傷，大電流電熱燒毀和光束質(zhì)量差一直是此類激光器的性能改善和功率提高的難題。采用多有源區(qū)量子級(jí)聯(lián)耦合是解決此難題的有效途徑之一。我國(guó)早在1999年，就研制成功980nmInGaAs帶間量子級(jí)聯(lián)激光器，輸出功率達(dá)5W以上；2000年初，法國(guó)湯姆遜公司又報(bào)道了單個(gè)激光器準(zhǔn)連續(xù)輸出功率超過(guò)10瓦好結(jié)果。最近，我國(guó)的科研工作者又提出并開(kāi)展了多有源區(qū)縱向光耦合垂直腔面發(fā)射激光器研究，這是一種具有高增益、極低閾值、高功率和高光束質(zhì)量的新型激光器，在未來(lái)光通信、光互聯(lián)與光電信息處理方面有著良好的應(yīng)用前景。

為克服PN結(jié)半導(dǎo)體激光器的能隙對(duì)激光器波長(zhǎng)范圍的限制，1994年美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室發(fā)明了基于量子阱內(nèi)子帶躍遷和阱間共振隧穿的量子級(jí)聯(lián)激光器，突破了半導(dǎo)體能隙對(duì)波長(zhǎng)的限制。自從1994年InGaAs／InAIAs／InP量子級(jí)聯(lián)激光器（QCLs）發(fā)明以來(lái)，Bell實(shí)驗(yàn)室等的科學(xué)家，在過(guò)去的7年多的時(shí)間里，QCLs在向大功率、高溫和單膜工作等研究方面取得了顯著的進(jìn)展。2001年瑞士Neuchatel大學(xué)的科學(xué)家采用雙聲子共振和三量子阱有源區(qū)結(jié)構(gòu)使波長(zhǎng)為9.1μm的QCLs的工作溫度高達(dá)312K，連續(xù)輸出功率3mW.量子級(jí)聯(lián)激光器的工作波長(zhǎng)已覆蓋近紅外到遠(yuǎn)紅外波段（3－87μm），并在光通信、超高分辨光譜、超高靈敏氣體傳感器、高速調(diào)制器和無(wú)線光學(xué)連接等方面顯示出重要的應(yīng)用前景。中科院上海微系統(tǒng)和信息技術(shù)研究所于1999年研制成功120K5μm和250K8μm的量子級(jí)聯(lián)激光器；中科院半導(dǎo)體研究所于2000年又研制成功3.7μm室溫準(zhǔn)連續(xù)應(yīng)變補(bǔ)償量子級(jí)聯(lián)激光器，使我國(guó)成為能研制這類高質(zhì)量激光器材料為數(shù)不多的幾個(gè)國(guó)家之一。

目前，Ⅲ－V族超晶格、量子阱材料作為超薄層微結(jié)構(gòu)材料發(fā)展的主流方向，正從直徑3英寸向4英寸過(guò)渡；生產(chǎn)型的MBE和M0CVD設(shè)備已研制成功并投入使用，每臺(tái)年生產(chǎn)能力可高達(dá)3.75×104片4英寸或1.5×104片6英寸。英國(guó)卡迪夫的MOCVD中心，法國(guó)的PicogigaMBE基地，美國(guó)的QED公司，Motorola公司，日本的富士通，NTT，索尼等都有這種外延材料出售。生產(chǎn)型MBE和MOCVD設(shè)備的成熟與應(yīng)用，必然促進(jìn)襯底材料設(shè)備和材料評(píng)價(jià)技術(shù)的發(fā)展。

（2）硅基應(yīng)變異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料。

硅基光、電器件集成一直是人們所追求的目標(biāo)。但由于硅是間接帶隙，如何提高硅基材料發(fā)光效率就成為一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。雖經(jīng)多年研究，但進(jìn)展緩慢。人們目前正致力于探索硅基納米材料（納米Si／SiO2），硅基SiGeC體系的Si1－yCy/Si1－xGex低維結(jié)構(gòu)，Ge／Si量子點(diǎn)和量子點(diǎn)超晶格材料，Si／SiC量子點(diǎn)材料，GaN／BP／Si以及GaN／Si材料。最近，在GaN／Si上成功地研制出LED發(fā)光器件和有關(guān)納米硅的受激放大現(xiàn)象的報(bào)道，使人們看到了一線希望。

另一方面，GeSi／Si應(yīng)變層超晶格材料，因其在新一代移動(dòng)通信上的重要應(yīng)用前景，而成為目前硅基材料研究的主流。Si/GeSiMODFET和MOSFET的最高截止頻率已達(dá)200GHz，HBT最高振蕩頻率為160GHz，噪音在10GHz下為0.9db，其性能可與GaAs器件相媲美。

盡管GaAs／Si和InP／Si是實(shí)現(xiàn)光電子集成理想的材料體系，但由于晶格失配和熱膨脹系數(shù)等不同造成的高密度失配位錯(cuò)而導(dǎo)致器件性能退化和失效，防礙著它的使用化。最近，Motolora等公司宣稱，他們?cè)?2英寸的硅襯底上，用鈦酸鍶作協(xié)變層（柔性層），成功的生長(zhǎng)了器件級(jí)的GaAs外延薄膜，取得了突破性的進(jìn)展。

2.4一維量子線、零維量子點(diǎn)半導(dǎo)體微結(jié)構(gòu)材料

基于量子尺寸效應(yīng)、量子干涉效應(yīng)，量子隧穿效應(yīng)和庫(kù)侖阻效應(yīng)以及非線性光學(xué)效應(yīng)等的低維半導(dǎo)體材料是一種人工構(gòu)造（通過(guò)能帶工程實(shí)施）的新型半導(dǎo)體材料，是新一代微電子、光電子器件和電路的基礎(chǔ)。它的發(fā)展與應(yīng)用，極有可能觸發(fā)新的技術(shù)革命。

目前低維半導(dǎo)體材料生長(zhǎng)與制備主要集中在幾個(gè)比較成熟的材料體系上，如GaAlAs／GaAs，In（Ga）As／GaAs，InGaAs／InAlAs／GaAs，InGaAs／InP，In（Ga）As／InAlAs／InP，InGaAsP／InAlAs／InP以及GeSi／Si等，并在納米微電子和光電子研制方面取得了重大進(jìn)展。俄羅斯約飛技術(shù)物理所MBE小組，柏林的俄德聯(lián)合研制小組和中科院半導(dǎo)體所半導(dǎo)體材料科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的MBE小組等研制成功的In（Ga）As／GaAs高功率量子點(diǎn)激光器，工作波長(zhǎng)lμm左右，單管室溫連續(xù)輸出功率高達(dá)3.6～4W.特別應(yīng)當(dāng)指出的是我國(guó)上述的MBE小組，2001年通過(guò)在高功率量子點(diǎn)激光器的有源區(qū)材料結(jié)構(gòu)中引入應(yīng)力緩解層，抑制了缺陷和位錯(cuò)的產(chǎn)生，提高了量子點(diǎn)激光器的工作壽命，室溫下連續(xù)輸出功率為1W時(shí)工作壽命超過(guò)5000小時(shí)，這是大功率激光器的一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，至今未見(jiàn)國(guó)外報(bào)道。

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半導(dǎo)體材料研究的新進(jìn)展

在單電子晶體管和單電子存貯器及其電路的研制方面也獲得了重大進(jìn)展，1994年日本NTT就研制成功溝道長(zhǎng)度為30nm納米單電子晶體管，并在150K觀察到柵控源－漏電流振蕩；1997年美國(guó)又報(bào)道了可在室溫工作的單電子開(kāi)關(guān)器件，1998年Yauo等人采用0.25微米工藝技術(shù)實(shí)現(xiàn)了128Mb的單電子存貯器原型樣機(jī)的制造，這是在單電子器件在高密度存貯電路的應(yīng)用方面邁出的關(guān)鍵一步。目前，基于量子點(diǎn)的自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)，單光子源和應(yīng)用于量子計(jì)算的量子比特的構(gòu)建等方面的研究也正在進(jìn)行中。

與半導(dǎo)體超晶格和量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)制備相比，高度有序的半導(dǎo)體量子線的制備技術(shù)難度較大。中科院半導(dǎo)體所半導(dǎo)體材料科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的MBE小組，在繼利用MBE技術(shù)和SK生長(zhǎng)模式，成功地制備了高空間有序的InAs／InAI（Ga）As／InP的量子線和量子線超晶格結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，對(duì)InAs／InAlAs量子線超晶格的空間自對(duì)準(zhǔn)（垂直或斜對(duì)準(zhǔn)）的物理起因和生長(zhǎng)控制進(jìn)行了研究，取得了較大進(jìn)展。

王中林教授領(lǐng)導(dǎo)的喬治亞理工大學(xué)的材料科學(xué)與工程系和化學(xué)與生物化學(xué)系的研究小組，基于無(wú)催化劑、控制生長(zhǎng)條件的氧化物粉末的熱蒸發(fā)技術(shù)，成功地合成了諸如ZnO、SnO2、In2O3和Ga2O3等一系列半導(dǎo)體氧化物納米帶，它們與具有圓柱對(duì)稱截面的中空納米管或納米線不同，這些原生的納米帶呈現(xiàn)出高純、結(jié)構(gòu)均勻和單晶體，幾乎無(wú)缺陷和位錯(cuò)；納米線呈矩形截面，典型的寬度為20－300nm，寬厚比為5－10，長(zhǎng)度可達(dá)數(shù)毫米。這種半導(dǎo)體氧化物納米帶是一個(gè)理想的材料體系，可以用來(lái)研究載流子維度受限的輸運(yùn)現(xiàn)象和基于它的功能器件制造。香港城市大學(xué)李述湯教授和瑞典隆德大學(xué)固體物理系納米中心的LarsSamuelson教授領(lǐng)導(dǎo)的小組，分別在SiO2／Si和InAs／InP半導(dǎo)體量子線超晶格結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)制各方面也取得了重要進(jìn)展。

低維半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)制備的方法很多，主要有：微結(jié)構(gòu)材料生長(zhǎng)和精細(xì)加工工藝相結(jié)合的方法，應(yīng)變自組裝量子線、量子點(diǎn)材料生長(zhǎng)技術(shù)，圖形化襯底和不同取向晶面選擇生長(zhǎng)技術(shù)，單原子操縱和加工技術(shù)，納米結(jié)構(gòu)的輻照制備技術(shù)，及其在沸石的籠子中、納米碳管和溶液中等通過(guò)物理或化學(xué)方法制備量子點(diǎn)和量子線的技術(shù)等。目前發(fā)展的主要趨勢(shì)是尋找原子級(jí)無(wú)損傷加工方法和納米結(jié)構(gòu)的應(yīng)變自組裝可控生長(zhǎng)技術(shù)，以求獲得大小、形狀均勻、密度可控的無(wú)缺陷納米結(jié)構(gòu)。

2.5寬帶隙半導(dǎo)體材料

寬帶隙半導(dǎo)體材主要指的是金剛石，III族氮化物，碳化硅，立方氮化硼以及氧化物（ZnO等）及固溶體等，特別是SiC、GaN和金剛石薄膜等材料，因具有高熱導(dǎo)率、高電子飽和漂移速度和大臨界擊穿電壓等特點(diǎn)，成為研制高頻大功率、耐高溫、抗輻照半導(dǎo)體微電子器件和電路的理想材料；在通信、汽車、航空、航天、石油開(kāi)采以及國(guó)防等方面有著廣泛的應(yīng)用前景。另外，III族氮化物也是很好的光電子材料，在藍(lán)、綠光發(fā)光二極管（LED）和紫、藍(lán)、綠光激光器（LD）以及紫外探測(cè)器等應(yīng)用方面也顯示了廣泛的應(yīng)用前景。隨著1993年GaN材料的P型摻雜突破，GaN基材料成為藍(lán)綠光發(fā)光材料的研究熱點(diǎn)。目前，GaN基藍(lán)綠光發(fā)光二極管己商品化，GaN基LD也有商品出售，最大輸出功率為0.5W.在微電子器件研制方面，GaN基FET的最高工作頻率（fmax）已達(dá)140GHz，fT=67GHz，跨導(dǎo)為260ms／mm；HEMT器件也相繼問(wèn)世，發(fā)展很快。此外，256×256GaN基紫外光電焦平面陣列探測(cè)器也已研制成功。特別值得提出的是，日本Sumitomo電子工業(yè)有限公司2000年宣稱，他們采用熱力學(xué)方法已研制成功2英寸GaN單晶材料，這將有力的推動(dòng)藍(lán)光激光器和GaN基電子器件的發(fā)展。另外，近年來(lái)具有反常帶隙彎曲的窄禁帶InAsN，InGaAsN，GaNP和GaNAsP材料的研制也受到了重視，這是因?yàn)樗鼈冊(cè)陂L(zhǎng)波長(zhǎng)光通信用高T0光源和太陽(yáng)能電池等方面顯示了重要應(yīng)用前景。

以Cree公司為代表的體SiC單晶的研制已取得突破性進(jìn)展，2英寸的4H和6HSiC單晶與外延片，以及3英寸的4HSiC單晶己有商品出售；以SiC為GaN基材料襯低的藍(lán)綠光LED業(yè)已上市，并參于與以藍(lán)寶石為襯低的GaN基發(fā)光器件的竟?fàn)帯Ｆ渌鸖iC相關(guān)高溫器件的研制也取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。目前存在的主要問(wèn)題是材料中的缺陷密度高，且價(jià)格昂貴。

II－VI族蘭綠光材料研制在徘徊了近30年后，于1990年美國(guó)3M公司成功地解決了II－VI族的P型摻雜難點(diǎn)而得到迅速發(fā)展。1991年3M公司利用MBE技術(shù)率先宣布了電注入（Zn，Cd）Se／ZnSe蘭光激光器在77K（495nm）脈沖輸出功率100mW的消息，開(kāi)始了II－VI族蘭綠光半導(dǎo)體激光（材料）器件研制的。經(jīng)過(guò)多年的努力，目前ZnSe基II－VI族蘭綠光激光器的壽命雖已超過(guò)1000小時(shí)，但離使用差距尚大，加之GaN基材料的迅速發(fā)展和應(yīng)用，使II－VI族蘭綠光材料研制步伐有所變緩。提高有源區(qū)材料的完整性，特別是要降低由非化學(xué)配比導(dǎo)致的點(diǎn)缺陷密度和進(jìn)一步降低失配位錯(cuò)和解決歐姆接觸等問(wèn)題，仍是該材料體系走向?qū)嵱没氨仨氁鉀Q的問(wèn)題。

寬帶隙半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料往往也是典型的大失配異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料，所謂大失配異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料是指晶格常數(shù)、熱膨脹系數(shù)或晶體的對(duì)稱性等物理參數(shù)有較大差異的材料體系，如GaN／藍(lán)寶石（Sapphire），SiC／Si和GaN／Si等。大晶格失配引發(fā)界面處大量位錯(cuò)和缺陷的產(chǎn)生，極大地影響著微結(jié)構(gòu)材料的光電性能及其器件應(yīng)用。如何避免和消除這一負(fù)面影響，是目前材料制備中的一個(gè)迫切要解決的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題。這個(gè)問(wèn)題的解泱，必將大大地拓寬材料的可選擇余地，開(kāi)辟新的應(yīng)用領(lǐng)域。

目前，除SiC單晶襯低材料，GaN基藍(lán)光LED材料和器件已有商品出售外，大多數(shù)高溫半導(dǎo)體材料仍處在實(shí)驗(yàn)室研制階段，不少影響這類材料發(fā)展的關(guān)鍵問(wèn)題，如GaN襯底，ZnO單晶簿膜制備，P型摻雜和歐姆電極接觸，單晶金剛石薄膜生長(zhǎng)與N型摻雜，II－VI族材料的退化機(jī)理等仍是制約這些材料實(shí)用化的關(guān)鍵問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外雖已做了大量的研究，至今尚未取得重大突破。

3光子晶體

光子晶體是一種人工微結(jié)構(gòu)材料，介電常數(shù)周期的被調(diào)制在與工作波長(zhǎng)相比擬的尺度，來(lái)自結(jié)構(gòu)單元的散射波的多重干涉形成一個(gè)光子帶隙，與半導(dǎo)體材料的電子能隙相似，并可用類似于固態(tài)晶體中的能帶論來(lái)描述三維周期介電結(jié)構(gòu)中光波的傳播，相應(yīng)光子晶體光帶隙（禁帶）能量的光波模式在其中的傳播是被禁止的。如果光子晶體的周期性被破壞，那么在禁帶中也會(huì)引入所謂的“施主”和“受主”模，光子態(tài)密度隨光子晶體維度降低而量子化。如三維受限的“受主”摻雜的光子晶體有希望制成非常高Q值的單模微腔，從而為研制高質(zhì)量微腔激光器開(kāi)辟新的途徑。光子晶體的制備方法主要有：聚焦離子束（FIB）結(jié)合脈沖激光蒸發(fā)方法，即先用脈沖激光蒸發(fā)制備如Ag/MnO多層膜，再用FIB注入隔離形成一維或二維平面陣列光子晶體；基于功能粒子（磁性納米顆粒Fe2O3，發(fā)光納米顆粒CdS和介電納米顆粒TiO2）和共軛高分子的自組裝方法，可形成適用于可光范圍的三維納米顆粒光子晶體；二維多空硅也可制作成一個(gè)理想的3－5μm和1.5μm光子帶隙材料等。目前，二維光子晶體制造已取得很大進(jìn)展，但三維光子晶體的研究，仍是一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的課題。最近，Campbell等人提出了全息光柵光刻的方法來(lái)制造三維光子晶體，取得了進(jìn)展。

4量子比特構(gòu)建與材料

隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)芯片集成度不斷增高，器件尺寸越來(lái)越?。╪m尺度）并最終將受到器件工作原理和工藝技術(shù)限制，而無(wú)法滿足人類對(duì)更大信息量的需求。為此，發(fā)展基于全新原理和結(jié)構(gòu)的功能強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)是21世紀(jì)人類面臨的巨大挑戰(zhàn)之一。1994年Shor基于量子態(tài)疊加性提出的量子并行算法并證明可輕而易舉地破譯目前廣泛使用的公開(kāi)密鑰Rivest，Shamir和Adlman（RSA）體系，引起了人們的廣泛重視。

所謂量子計(jì)算機(jī)是應(yīng)用量子力學(xué)原理進(jìn)行計(jì)的裝置，理論上講它比傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)有更快的運(yùn)算速度，更大信息傳遞量和更高信息安全保障，有可能超越目前計(jì)算機(jī)理想極限。實(shí)現(xiàn)量子比特構(gòu)造和量子計(jì)算機(jī)的設(shè)想方案很多，其中最引人注目的是Kane最近提出的一個(gè)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量子計(jì)算的方案。其核心是利用硅納米電子器件中磷施主核自旋進(jìn)行信息編碼，通過(guò)外加電場(chǎng)控制核自旋間相互作用實(shí)現(xiàn)其邏輯運(yùn)算，自旋測(cè)量是由自旋極化電子電流來(lái)完成，計(jì)算機(jī)要工作在mK的低溫下。

這種量子計(jì)算機(jī)的最終實(shí)現(xiàn)依賴于與硅平面工藝兼容的硅納米電子技術(shù)的發(fā)展。除此之外，為了避免雜質(zhì)對(duì)磷核自旋的干擾，必需使用高純（無(wú)雜質(zhì)）和不存在核自旋不等于零的硅同位素（29Si）的硅單晶；減小SiO2絕緣層的無(wú)序漲落以及如何在硅里摻入規(guī)則的磷原子陣列等是實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算的關(guān)鍵。量子態(tài)在傳輸，處理和存儲(chǔ)過(guò)程中可能因環(huán)境的耦合（干擾），而從量子疊加態(tài)演化成經(jīng)典的混合態(tài)，即所謂失去相干，特別是在大規(guī)模計(jì)算中能否始終保持量子態(tài)間的相干是量子計(jì)算機(jī)走向?qū)嵱没八匦杩朔碾y題。

5發(fā)展我國(guó)半導(dǎo)體材料的幾點(diǎn)建議

鑒于我國(guó)目前的工業(yè)基礎(chǔ)，國(guó)力和半導(dǎo)體材料的發(fā)展水平，提出以下發(fā)展建議供參考。

5.1硅單晶和外延材料硅材料作為微電子技術(shù)的主導(dǎo)地位

至少到本世紀(jì)中葉都不會(huì)改變，至今國(guó)內(nèi)各大集成電路制造廠家所需的硅片基本上是依賴進(jìn)口。目前國(guó)內(nèi)雖已可拉制8英寸的硅單晶和小批量生產(chǎn)6英寸的硅外延片，然而都未形成穩(wěn)定的批量生產(chǎn)能力，更談不上規(guī)模生產(chǎn)。建議國(guó)家集中人力和財(cái)力，首先開(kāi)展8英寸硅單晶實(shí)用化和6英寸硅外延片研究開(kāi)發(fā)，在“十五”的后期，爭(zhēng)取做到8英寸集成電路生產(chǎn)線用硅單晶材料的國(guó)產(chǎn)化，并有6～8英寸硅片的批量供片能力。到2010年左右，我國(guó)應(yīng)有8～12英寸硅單晶、片材和8英寸硅外延片的規(guī)模生產(chǎn)能力；更大直徑的硅單晶、片材和外延片也應(yīng)及時(shí)布點(diǎn)研制。另外，硅多晶材料生產(chǎn)基地及其相配套的高純石英、氣體和化學(xué)試劑等也必需同時(shí)給以重視，只有這樣，才能逐步改觀我國(guó)微電子技術(shù)的落后局面，進(jìn)入世界發(fā)達(dá)國(guó)家之林。

5.2GaAs及其有關(guān)化合物半導(dǎo)體單晶材料發(fā)展建議

GaAs、InP等單晶材料同國(guó)外的差距主要表現(xiàn)在拉晶和晶片加工設(shè)備落后，沒(méi)有形成生產(chǎn)能力。相信在國(guó)家各部委的統(tǒng)一組織、領(lǐng)導(dǎo)下，并爭(zhēng)取企業(yè)介入，建立我國(guó)自己的研究、開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)聯(lián)合體，取各家之長(zhǎng)，分工協(xié)作，到2010年趕上世界先進(jìn)水平是可能的。要達(dá)到上述目的，到“十五”末應(yīng)形成以4英寸單晶為主2－3噸／年的SI－GaAs和3－5噸／年摻雜GaAs、InP單晶和開(kāi)盒就用晶片的生產(chǎn)能力，以滿足我國(guó)不斷發(fā)展的微電子和光電子工業(yè)的需術(shù)。到2010年，應(yīng)當(dāng)實(shí)現(xiàn)4英寸GaAs生產(chǎn)線的國(guó)產(chǎn)化，并具有滿足6英寸線的供片能力。

5.3發(fā)展超晶格、量子阱和一維、零維半導(dǎo)體微結(jié)構(gòu)材料的建議

（1）超晶格、量子阱材料從目前我國(guó)國(guó)力和我們已有的基礎(chǔ)出發(fā)，應(yīng)以三基色（超高亮度紅、綠和藍(lán)光）材料和光通信材料為主攻方向，并兼顧新一代微電子器件和電路的需求，加強(qiáng)MBE和MOCVD兩個(gè)基地的建設(shè)，引進(jìn)必要的適合批量生產(chǎn)的工業(yè)型MBE和MOCVD設(shè)備并著重致力于GaAlAs／GaAs，InGaAlP／InGaP，GaN基藍(lán)綠光材料，InGaAs／InP和InGaAsP／InP等材料體系的實(shí)用化研究是當(dāng)務(wù)之急，爭(zhēng)取在“十五”末，能滿足國(guó)內(nèi)2、3和4英寸GaAs生產(chǎn)線所需要的異質(zhì)結(jié)材料。到2010年，每年能具備至少100萬(wàn)平方英寸MBE和MOCVD微電子和光電子微結(jié)構(gòu)材料的生產(chǎn)能力。達(dá)到本世紀(jì)初的國(guó)際水平。

寬帶隙高溫半導(dǎo)體材料如SiC，GaN基微電子材料和單晶金剛石薄膜以及ZnO等材料也應(yīng)擇優(yōu)布點(diǎn)，分別做好研究與開(kāi)發(fā)工作。

（2）一維和零維半導(dǎo)體材料的發(fā)展設(shè)想?；诘途S半導(dǎo)體微結(jié)構(gòu)材料的固態(tài)納米量子器件，目前雖然仍處在預(yù)研階段，但極其重要，極有可能觸發(fā)微電子、光電子技術(shù)新的革命。低維量子器件的制造依賴于低維結(jié)構(gòu)材料生長(zhǎng)和納米加工技術(shù)的進(jìn)步，而納米結(jié)構(gòu)材料的質(zhì)量又很大程度上取決于生長(zhǎng)和制備技術(shù)的水平。因而，集中人力、物力建設(shè)我國(guó)自己的納米科學(xué)與技術(shù)研究發(fā)展中心就成為了成敗的關(guān)鍵。具體目標(biāo)是，“十五”末，在半導(dǎo)體量子線、量子點(diǎn)材料制備，量子器件研制和系統(tǒng)集成等若干個(gè)重要研究方向接近當(dāng)時(shí)的國(guó)際先進(jìn)水平；2010年在有實(shí)用化前景的量子點(diǎn)激光器，量子共振隧穿器件和單電子器件及其集成等研發(fā)方面，達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，并在國(guó)際該領(lǐng)域占有一席之地?？梢灶A(yù)料，它的實(shí)施必將極大地增強(qiáng)我國(guó)的經(jīng)濟(jì)和國(guó)防實(shí)力。