面向IC培養(yǎng)的微電子課程論文
我國(guó)集成電路發(fā)展起步于1965年，但因體制等眾多原因，與國(guó)外差距越來(lái)越大；進(jìn)入20世紀(jì)80年代，由于國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體器件和集成電路生產(chǎn)缺乏競(jìng)爭(zhēng)力，受到進(jìn)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(zhuān)業(yè)也被迫取消；進(jìn)入90年代中期，由于微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展、普及以及通信等信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，對(duì)集成電路芯片的需求量越來(lái)越大，國(guó)家開(kāi)始加大對(duì)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(lì)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(guó)發(fā)[2000]18號(hào)）和《教育部、科技部關(guān)于批準(zhǔn)有關(guān)高等學(xué)校建設(shè)國(guó)家集成電路人才培養(yǎng)基地的通知》（教高[2003]2號(hào)），可見(jiàn)集成電路產(chǎn)業(yè)是我國(guó)當(dāng)前重點(diǎn)扶持發(fā)展的新經(jīng)濟(jì)時(shí)代的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)之一。
經(jīng)過(guò)十來(lái)年的重新發(fā)展，我國(guó)已經(jīng)初步形成了芯片設(shè)計(jì)、芯片制造、芯片封裝和測(cè)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(zhǎng)三角地區(qū)，以北京、天津?yàn)楹诵牡沫h(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(jìn)入國(guó)際主流領(lǐng)域，測(cè)試和封裝技術(shù)接近國(guó)際水平，與之不協(xié)調(diào)的是我國(guó)IC設(shè)計(jì)人才缺口巨大。微電子學(xué)專(zhuān)業(yè)是培養(yǎng)IC設(shè)計(jì)人才的專(zhuān)業(yè)之一，研究和制定面向IC設(shè)計(jì)人才培養(yǎng)的微電子學(xué)專(zhuān)業(yè)的理論與實(shí)踐相結(jié)合的課程體系是十分重要的。
一、我國(guó)IC設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)人才現(xiàn)狀
我國(guó)IC設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)人才目前正面臨著人才總量嚴(yán)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(jì)發(fā)展關(guān)系明顯等問(wèn)題。國(guó)家教育部、科技部共同于2003年7月確定了9個(gè)國(guó)家級(jí)集成電路人才培養(yǎng)基地的宏偉計(jì)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(jì)人才培養(yǎng)基地，其目標(biāo)是到2010年培養(yǎng)高層次集成電路設(shè)計(jì)人才4萬(wàn)人，工藝人才1萬(wàn)人，為我國(guó)的集成電路設(shè)計(jì)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(guó)家級(jí)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(jì)人才，滿足社會(huì)對(duì)集成電路設(shè)計(jì)人才的需求。雖然我國(guó)IC設(shè)計(jì)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(cè)試為主，導(dǎo)致自主品牌相對(duì)較少，創(chuàng)新能力較弱，開(kāi)發(fā)能力和產(chǎn)品設(shè)計(jì)能力弱，生產(chǎn)技術(shù)和高檔產(chǎn)品主要靠引進(jìn)，高級(jí)設(shè)計(jì)人才和開(kāi)發(fā)人才缺乏；國(guó)內(nèi)集成電路產(chǎn)業(yè)自有知識(shí)產(chǎn)權(quán)匱乏，技術(shù)嚴(yán)重受制于人，已經(jīng)成為制約我國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸。[2]
根據(jù)來(lái)自IC設(shè)計(jì)行業(yè)的信息表明，目前國(guó)內(nèi)從事IC設(shè)計(jì)五年以上的專(zhuān)業(yè)人員有相當(dāng)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(guó)目前針對(duì)IC設(shè)計(jì)人才培養(yǎng)的高等學(xué)校專(zhuān)業(yè)主要是集成電路設(shè)計(jì)與集成系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)以及微電子學(xué)專(zhuān)業(yè)；其中集成電路設(shè)計(jì)與集成系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)于2001年在電子科技大學(xué)獲準(zhǔn)設(shè)立，目前國(guó)內(nèi)設(shè)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(shè)計(jì)三個(gè)方面的培養(yǎng)目標(biāo)，[1]國(guó)內(nèi)設(shè)有該專(zhuān)業(yè)的高校有52所。針對(duì)微電子學(xué)專(zhuān)業(yè)不同的培養(yǎng)目標(biāo)，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(jìng)爭(zhēng)力。
二、面向IC設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)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(cè)試技術(shù)。面向IC設(shè)計(jì)的微電子學(xué)專(zhuān)業(yè)主要具有：門(mén)檻高、內(nèi)容新、發(fā)展更新快、學(xué)科交叉性強(qiáng)、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(guó)際性等特點(diǎn)。
IC設(shè)計(jì)屬于交叉學(xué)科，其內(nèi)涵并不像其他專(zhuān)業(yè)那樣清晰和單一，人才培養(yǎng)涉及知識(shí)很廣，包括微電子器件與電路、電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)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(hào)處理等多學(xué)科專(zhuān)業(yè)；此外，面向IC設(shè)計(jì)的微電子學(xué)專(zhuān)業(yè)實(shí)踐性很強(qiáng)，對(duì)學(xué)生運(yùn)用知識(shí)解決問(wèn)題的能力、總結(jié)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)并發(fā)現(xiàn)新知識(shí)的能力、團(tuán)隊(duì)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(jì)的微電子學(xué)專(zhuān)業(yè)課程體系構(gòu)建
面向IC設(shè)計(jì)方向的微電子學(xué)專(zhuān)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(shí)，受到科學(xué)實(shí)驗(yàn)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(jì)、制造及測(cè)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(jì)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(jì)、綜合、驗(yàn)證、測(cè)試、應(yīng)用的整個(gè)流程；既掌握IC設(shè)計(jì)技術(shù)又懂得集成系統(tǒng)技術(shù)；既有扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，又有較強(qiáng)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(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(jù)面向IC設(shè)計(jì)方向的微電子學(xué)專(zhuān)業(yè)的特點(diǎn)及培養(yǎng)目標(biāo)，結(jié)合我們多年的教學(xué)實(shí)踐及作者在IC設(shè)計(jì)企業(yè)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，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(shè)計(jì)方向的微電子專(zhuān)業(yè)的課程體系設(shè)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(chǔ)課。主要完成大學(xué)物理、高等數(shù)學(xué)、外語(yǔ)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(biāo)準(zhǔn)多是源自國(guó)外，所以IC企業(yè)對(duì)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(bào)告；科學(xué)的世界觀和方法論對(duì)人才成長(zhǎng)（如組織能力、團(tuán)隊(duì)精神、道德修養(yǎng)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(xí)和實(shí)踐中不斷豐富。
�。�2）專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課。主要包括電子技術(shù)基礎(chǔ)和計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)。電子技術(shù)基礎(chǔ)需完成學(xué)科所需的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)，以電路分析、模擬電子電路、數(shù)字電路、信號(hào)與系統(tǒng)、電磁場(chǎng)等課程及其實(shí)驗(yàn)為主；IC設(shè)計(jì)離不開(kāi)計(jì)算機(jī)這一有力的工具，所以應(yīng)該加強(qiáng)計(jì)算機(jī)方面的教學(xué)，計(jì)算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)課程主要是完成計(jì)算機(jī)應(yīng)用、計(jì)算機(jī)原理以及程序設(shè)計(jì)等方面的課程。通過(guò)這些課程的學(xué)習(xí)和實(shí)踐，培養(yǎng)學(xué)生電子和計(jì)算機(jī)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(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(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(shè)計(jì)三個(gè)方面，應(yīng)該多開(kāi)一些專(zhuān)業(yè)方向性比較強(qiáng)的課程，供學(xué)生根據(jù)興趣及各自希望的發(fā)展方向進(jìn)行選擇。對(duì)于IC設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)方向的課程，應(yīng)該包括集成電路分析與設(shè)計(jì)、EDA技術(shù)、硬件描述語(yǔ)言、IC設(shè)計(jì)基礎(chǔ)與實(shí)踐、ASIC設(shè)計(jì)、SoC軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)、集成電路邏輯綜合驗(yàn)證技術(shù)、版圖設(shè)計(jì)、集成電路測(cè)試與可測(cè)性等等一些實(shí)踐性較強(qiáng)的課程，進(jìn)一步培養(yǎng)了學(xué)生的知識(shí)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(qiáng)的學(xué)科，因此在努力提高理論教學(xué)的同時(shí)，必須加強(qiáng)對(duì)實(shí)踐環(huán)節(jié)的教學(xué)和管理，提高學(xué)生的動(dòng)手能力�？砷_(kāi)設(shè)半導(dǎo)體材料和器件測(cè)試實(shí)驗(yàn)、集成電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、集成電路測(cè)試和系統(tǒng)開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)等實(shí)驗(yàn)課程。
此外，實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)貫穿課堂教學(xué)的始終，部分專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程應(yīng)配備相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)課時(shí)來(lái)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(dú)設(shè)置實(shí)驗(yàn)課，實(shí)現(xiàn)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(shè)計(jì)基礎(chǔ)與實(shí)踐、EDA技術(shù)等）應(yīng)以實(shí)驗(yàn)教學(xué)為主。開(kāi)設(shè)兩到三個(gè)階段的課程設(shè)計(jì)，課程設(shè)計(jì)Ⅰ要求學(xué)生獨(dú)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(jì)Ⅱ要求學(xué)生用集成電路設(shè)計(jì)軟件完成一定規(guī)模電路的前仿真、版圖設(shè)計(jì)及后仿真等設(shè)計(jì)，經(jīng)歷模擬或數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)的整個(gè)過(guò)程。加強(qiáng)畢業(yè)實(shí)習(xí)和畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程及質(zhì)量管理，爭(zhēng)取安排學(xué)生到IC企業(yè)進(jìn)行實(shí)習(xí)，每個(gè)學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)間應(yīng)不少于3個(gè)月。
四、結(jié)束語(yǔ)
集成電路產(chǎn)業(yè)是當(dāng)前新經(jīng)濟(jì)時(shí)代的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)、國(guó)防建設(shè)以及現(xiàn)代信息化社會(huì)中起著極其重要的戰(zhàn)略意義，培養(yǎng)該專(zhuān)業(yè)優(yōu)秀的IC設(shè)計(jì)人才離不開(kāi)一個(gè)科學(xué)的課程體系。本文結(jié)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(yàn)，對(duì)面向IC設(shè)計(jì)人才培養(yǎng)的微電子學(xué)專(zhuān)業(yè)課程體系進(jìn)行了探討，對(duì)該專(zhuān)業(yè)的知識(shí)結(jié)構(gòu)和課程體系的進(jìn)一步研究與實(shí)踐及培養(yǎng)優(yōu)秀的IC設(shè)計(jì)人才具有一定的指導(dǎo)意義。