集成电路的工艺设计范文

导语：如何才能写好一篇集成电路的工艺设计，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公文云整理的十篇范文，供你借鉴。

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关键词 制冷技术；集成电路制造；宽温区；大功率；高精度

中图分类号：TN305.94 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）12-0105-02

集成电路制造工艺复杂性与装备精密性对温度控制技术提出宽温区、大功率、超精密等严格要求。如刻蚀工艺设备中，由于不同刻蚀方法要求反应腔内的温度不同，需要冷却系统输出温度范围在-20℃～80℃、精度优于±0.5℃的循环冷却介质。硅片基底进行薄膜化学气相沉积工艺时，反应腔内温度达到300℃～1000℃，对冷却系统的温控精度要求不高，主要目的是带走内部大量热量，制冷功率达到100 kW、甚至更高。纳米级（100 nm）光刻机要求内部投影镜头和关键区域的温度稳定在±0.01℃，随着光刻工艺特征线宽（CD）的不断减小该指标还需不断提高，为此要求冷却系统输出的冷却介质的温度控制精度在±0.01℃。

冷却系统中制冷技术是最为关键的技术，制冷技术的选择恰当直接决定水冷系统的指标实现、方案复杂性与经济性等。

1 冷却系统介绍与制冷技术分析

上述冷却系统是专用提供温度、压力、流量受控的循环冷却介质的设备。它对内部加热、制冷执行器进行控制，实现内部循环冷却介质的温度控制，并与被控设备进行管路连接后，输送循环冷却介质至被控设备进行热交换，最终实现对被控设备的温度控制、热量转移的功能。如图1所示水冷系统主要由加热器、制冷系统、水泵、水箱、传感器、冷却水进出口组成，包含循环冷却介质回路、冷却水回路。制冷系统的主要作用是将循环冷却介质带出的热量通过热交换转移至工厂冷却水，最终带出设备。

制冷技术主要有三种方法，利用物质相变的吸热效应实现制冷；利用气体膨胀产生的冷效应进行制冷；利用半导体的热电效应实现制冷。其中以物质相变原理的蒸汽压缩式制冷最为常见，具有制冷效率高、冷却温度低的特点。压缩式制冷适合温度达到-20℃的低温冷却场合，并且对冷量控制技术的研究目前也有很大进展，如数码蜗旋式变频压缩机控制技术、PWM电子膨胀阀等，能够实现较高的温控精度。

热电制冷技术是利用直流电经过不同导体时发生热量转移的原理，利用热电制冷原理制造出的制冷元器件称为半导体制冷片，可以通过调节它电流的大小实现冷量的调节，具有调节精度高、制冷功率小的特点。此外，制冷片的冷却效率与它冷、热面的温差有很大关系，为保证一定的冷却效率，冷热面的温差需要控制在一定范围内，这限制了热电制冷的制冷温度。虽然光刻机内部投影镜头和关键区域的温度控制精度要求高，但主要用来平衡环境空气的温度波动及传感器、板卡的热量，冷却功率小，并且温度点在20℃左右。因此，热电制冷技术十分适合于光刻工艺设备的超精密温度控制。

此外转移热量也可以通过冷却水与循环冷却介质直接进行热交换器实现，即通过水、水强制对流的方式。该方式的传热系数达到2000 W/（m2·k）～15000W/（m2·k），在热交换两侧温差较大时可以实现很大的热交换功率。硅片基底进行薄膜化学气相沉积工艺中，对温度点没有严格精度要求，主要作用是带出大量热量、冷却反应腔体的温度，水、水热交换的制冷方式比较适合。

2 蒸汽压缩制冷系统

蒸汽压缩制冷系统如图2所示：制冷系统由压缩机、冷凝器、气液分离器、干燥过滤器、示液镜、膨胀阀和蒸发器组成。冷却水回路包括水力调节阀，循环冷却介质回路包括流量调节阀。压缩机制冷系统中的蒸发温度是较为恒定温度点，循环冷却介质温度为-20℃时蒸发温度一般设置略低-20℃，如果循环冷却介质的温度变为80℃将造成蒸发温度过高引起高低报警。为此，在高温工况下通过循环冷却介质回路的流量调节阀在换热前进行分流，避免了压缩机高低压报警。控制系统设计采用逻辑PID控制，运用PID算法分别对电子膨胀阀、流量调节阀和加热器的输出量进行调节，其中电子膨胀阀PID控制旨在监控压缩机吸气温度，避免吸气温度过高引起高、低压报警；流量调节阀PID控制旨在控制混流完成后循环冷却介质的温度，使它略低于设定工况；最终通过加热PID控制实现出水口优于±0.5℃的温度控制。

3 热电制冷技术

半导体制冷片经过直流电经过后会形成冷、热端，利用它的冷端可以进行制冷。如图3所示，将制冷片的冷、热端分别贴在冷端散热器与热端散热器，循环冷却介质经过冷端散热器被冷却，半导体制冷片将热量转移至热端散热器，最终冷却水经过热端散热器将热量带走。半导体制冷片与金属壁间为热传导，冷却水、循环冷却介质在散热器内为对流换热。

设计冷、热端散热器时需进行对流换热分析、热传导分析，还应考虑制冷片的温差与制冷量的关系、循环水的温控范围、冷却水的温度波动范围，以及目标制冷功率与最大电流等。降低半导体制冷片冷、热端的温差可以提高制冷效率。热端散热器的换热系数应设计大于冷端散热器，因为它除了转移循环冷却介质带出的热量外还要带出半导体制冷片自身发热的热量。通过控制半导体制冷片的供电电流大小来实现制冷量的调节，供电电路包括功率控制器、整流桥、保护元件等，功率控制器根据输入的控制信号调节输出三相电压的大小，整流桥将交流电压转换为直流电，供给制冷片。温度控制器根据实际温度与目标温度的差值，经处理器的算法运算，最终向功率控制器输出模拟量的控制信号。

4 水、水热交换制冷

循环冷却介质通过换热器与厂务供应的冷却水进行热交换来实现制冷。如图4所示，循环水回路包括温度传感器、流量调节阀；冷却水回路包括温度传感器、流量传感器、流量调节阀。循环冷却介质温度的调节是通过调节与冷却水发生热交换的支路流量实现，温度传感器、流量调节阀形成温度反馈控制系统。冷却水的温度与流量会影响制冷功率，因此在冷却水回路中增加温度、流量传感器进行监测。热交换器的设计与对流量调节阀控制是该方案的关键。

根据厂务冷却水的技术参数及使用工况确定热交换器的设计输入的参数：循环冷却介质侧的最低进水温度48℃、出水温度33℃、制冷功率100 kW、流量100 L/min；冷却水进水最高温度18℃、出水温度43℃、流量60 L/min；经分析换热系数为4350 W/（m2*K）、换热面积2.3 m2。选用西门子两通阀对流量进行调节，选型时应考虑最小调节量、响应时间。选用欧姆龙PLC作为控制器，根据循环冷却介质的当前温度与设定温度对两通阀的开度进行调节，实现温度控制，选用科宝公司流量传感器、温度传感器对冷却水流量、温度进行监测。该方案主要换热器与流量调节阀，简单、经济性高。

5 结论

集成电路制造工艺设备的温度控制涉及宽温区、大功率、超精密的复杂要求，制冷技术是温控技术的关键。本文分析上述温控特点与制冷技术，对宽温区（-20℃～80℃）场合提出蒸汽压缩式制冷方式，对大功率换热（100 kW）场合提出水、水热交换的制冷方式，对超精密（±0.01℃）场合提出热电制冷方式并对各方案的原理实现、控制技术进行探讨，提出旁通式蒸汽压缩机制冷技术、基于流量调节的温度反馈控制系统、基于半导体制冷片的制冷系统设计等。

参考文献

[1]机械工程师手册编委会.机械工程师手册[M].机械工程出版社，2007.

[2]姚汉民，胡松，刑延文.光学投影曝光微纳加工技术[M].北京工业大学出版社，2006.

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1、推行限额设计。

推行限额设计有利于强化设计人员对工程全过程的造价意识，有利于经济管理人员及时进行造价计算，为设计人员提供信息，使勘测设计小组内部形成有机整体，克服设计深度不够及勘测设计相互脱节的现象，改变设计过程不算账、设计完成见分晓的现象，使投资达到动态控制的目的。同时，推行限额设计还可以促使设计和造价人员进行项目全寿命费用的分析，使他们不仅要考虑项目一次性投资，还要考虑施工阶段和运行后的经济费用。比如：在电力线路工程项目设计过程中对于主变容量选择、主接线方案的确定和线路选线定位以及在雷区的防雷、冰区的避冰、抗冰、防冰、融冰等对运行成本影响较大设计方案的优化时，就有利于设计人员进行全面分析、仔细考虑，认真权衡，最大限度降低工程成本，在投资限额内控制好工程造价。

2、实行ISO 9000系列质量管理体系认证。

ISO 9000系列质量管理体系认证是近几年来我国从国际标准化组织引进的一种企业管理模式，勘测设计单位全面实行ISO 9000系列质量管理体系认证有很多优势：通过第三方认证，取得质量管理体系认证证书，证实其有能力稳定地提供满足顾客和适用法律法规要求的产品；取得质量管理体系认证证书，勘测设计人员可在第三方的监督和内部审核管理约束下自觉按照体系文件中的勘测和设计过程控制程序以及后评价程序进行项目的勘测设计和后评价分析，对进一步提高工程质量，有效控制工程造价成本，有良好的效果；取得质量管理体系认证证书，可以提升勘测设计单位的形象和信誉，增强勘测设计单位在设计市场的竞争能力。因此，有关部门应加大力度督促勘测设计单位申报和完成质量管理体系认证工作，将勘测设计单位是否通过质量管理体系认证视为进入勘测设计市场的准入条件之一。

3、健全设计单位经济责任制，严格控制工程成本，提高竞争意识。设计单位和主管部门对于设计节约和浪费应制定明确的奖罚标准，促使设计人员提高自身素质和相互间竞争能力，增强为业主控制投资成本的意识。

4、提高工程设计、造价人员的素质和加强设计、造价人员的管理。

电力线路工程的新工艺、新方法发展和运用很快，作为一个合格的工程设计、造价人员，除必须懂得和掌握全面的专业知识和相关知识以外，还需不断的补充新的知识。近几年，我国经济和社会都得到了极大地发展，人们的物质文化水平也得到了极大地提高。为了满足社会发展的需要，电力工程建设的数量也在逐渐增加，这就对工程造价的控制提出了更高的要求。而从事工程造价控制的工作人员也需要在工作中注意提高自己的水平，这样才能更好的确保工程质量。造价工作人员存在的问题现在从事造价管理的工作人员主要存在以下问题：没有受过培训就上岗；没有实际工作经验；素质水平低；不能真正掌握工作方法，只会照搬公式；责任心差；没有熟练地掌握施工技术；报价不可行。提高报价准确度的具体措施提高报价准确度的方法。对预算中所涉及的内容要准确且熟练地掌握。在进行预算管理时所涉及的定额子目数量特别多，所使用的数据数量也极为庞大，所以要想掌握这些内容不是非常容易的。这就要求工作人员要定期参加培训班，通过系统的学习才能掌握这些基本功，明确各个定额之间存在的差别。施工技术是报价的来源和基础，所以报价工作人员必须掌握各种施工技术。因此，建议有关部门和设计单位要根据实际情况经常组织设计、造价人员进行培训和学习，不定期的对设计、造价人员进行考核。同时，要加强工程设计、造价人员的管理，在实际工作中，设计人员和造价人员要紧密配合相互协调，根据设计委托进行现场调查，选择方案，既要克服片面强调节约、忽视技术，又要反对重技术、轻经济、设计保守等现象。特别是造价人员应该及时对项目投资进行分析比较，反馈造价信息，能动地指导设计，使设计方案在满足生产要求的前提下节约投资。

5、切实全面推行电力线路工程设计监理制。

工程项目的进度，不仅受施工进度的影响，而且设计阶段的工作，往往会直接影响着整个工程的进度。如土建与设备各专业之间因缺乏协调而出现矛盾时，施工单位很难按图施工，只得催业主找设计单位几经周折才能解决，影响了工程进度和工序的正常开展。还有设计变更，设计质量的好坏也对工程进度有重要影响。此外，由于业主没有足够的工程经验积累，在设计初期不能提出高质量的设计任务书，影响设计质量，在施工过程还需经常修改设计，给工程项目的进度控制带来困难，从而影响工程进度控制带来困难，从而影响工程进度目标的实现。

因此，监理单位受业主委托进行工程设计监理时，应落实专门人员对设计进度实施动态控制。在设计工作开始之前，首先应由监理工程师审查设计单位所编制的进度计划的合理性；在进度计划实施过程中，监理工程师应定期检查设计工作的实际完成情况，并与计划进度进行比较分析，一旦发现偏差，就应在分析原因的基础上提出措施，以加快设计工作进度，同时控制设计质量，使设计错误和变更不发生或少发生，尽可能使设计图纸在保质、保量的前提下，按规定时间提供，从而使工程项目在拟定的进度目标内实现。到如今，虽然工程监理制在工程建设领域内已实行多年了，但从目前的电力线路工程设计现状来看，设计监理的推广还不广泛。究其原因有很多，其中主要有两点：一是对电力线路工程设计监理的重要性认识还不足；二是电力线路工程设计监理人才缺乏。因此，主管单位一方面应尽快建立电力线路设计监理资质的审批条件，加强电力线路工程设计监理人才的培训考核和注册，制定电力线路工程设计监理工作职责。另一方面应通过行政手段保证电力线路工程设计监理广度，为电力线路工程设计监理的全面社会化提供条件。

6、建立专业的电力部门造价信息网。

及时准确的向造价人员传递国家与电力建设投资控制有关的法律、法规、定额标准、政策文件、价格水平及与造价有关的指数。广辟信息来源，及时发现问题并解决处理，使工程造价得到有效控制并适应市场经济发展需要。

7、定期公布各项造价指数。

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关键词：集成电路工艺原理；教学内容；教学方法

作者简介：汤乃云（1976-），女，江苏盐城人，上海电力学院电子科学与技术系，副教授。（上海?200090）

基金项目：本文系上海自然科学基金（B10ZR1412400）、上海市科技创新行动计划地方院校能力建设项目（10110502200）资助的研究成果。

中图分类号：G642.0?????文献标识码：A?????文章编号：1007-0079（2012）29-0046-01

微电子产业的快速发展急需大量的高质量集成电路人才。优秀的集成电路设计工程师需要具备一定工艺基础，集成电路工艺设计和操作人员更需要熟悉工艺原理及技术，以便获得性能优越、良率高的集成电路芯片。因此“集成电路工艺原理”是微电子专业、电子科学与技术专业和其他相关专业一门重要的专业课程，其主要内容是介绍VLSI制造的主要工艺方法与原理，培养学生掌握半导体关键工艺方法及其原理，熟悉集成电路芯片制作的工艺流程，并具有一定工艺设计及分析、解决工艺问题的能力。课程的实践性、技术性很强，需要大量的实践课程作为补充。但是超大规模集成电路的制造设备价格昂贵，环境条件要求苛刻，运转与维护费用很大，国内仅有几所大学拥有供科研、教学用的集成电路工艺线或工艺试验线，很多高校开设的实验课程仅为最基本的半导体平面工艺实验，仅可以实现氧化、扩散、光刻和淀积等单步工艺，而部分学校仅能开设工艺原理理论课程。所以，如何在理论教学的模式下，理论联系实践、提高教学质量，通过课程建设和教学改革，改善集成电路工艺原理课程的教学效果是必要的。如何利用多种可能的方法开展工艺实验的教学、加强对本专业学生科学实验能力和实际工作能力以及专业素质的培养、提高微电子工艺课程的教学质量，是教师所面临的紧迫问题。

一、循序渐进，有增有减，科学安排教学内容

1.选择优秀教材

集成电路的复杂性一直以指数增长的速度不断增加，同时国内的集成电路工艺技术与发达国家和地区差距较大，故首先考虑选用引进的优秀国外教材。本课程首选教材是国外电子与通信教材系列中美国James D.Plummer著的《硅超大规模集成电路工艺技术—理论、实践与模型》中文翻译本。这本教材的内容丰富、全面介绍了集成电路制造过程中的各工艺步骤；同时技术先进，该书包含了集成电路工艺中一些前沿技术，如用于亚0.125μm工艺的最新技术、浅槽隔离以及双大马士革等工艺。另外，该书与其他硅集成电路工艺技术的教科书相比，具有显著的两个优点：其一是在书中第一章就介绍了一个完整的工艺过程。在教学过程中，一开始就对整个芯片的全部制造过程进行全面的介绍，有且与学生正确建立有关后续章节中将要讨论的各个不同的特定工艺步骤之间的相互联系；其二是贯穿全书的从实际工艺中提取的“活性”成分及工艺设计模拟实例。这些模拟实例有助于清楚地显示如氧化层的生长过程、掺杂剂的浓度分布情况或薄膜淀积的厚度等工艺参数随着时间推进的发展变化，有助于学生真正认识和理解各种不同工艺步骤之间极其复杂的相互作用和影响。同时通过对这些模拟工具的学习和使用，有助于理论联系实际，提高实践教学效果。因而本教材是一本全面、先进和可读性强的专业书籍。

2.科学安排教学内容

如前所述，本课程的目的是使学生掌握半导体芯片制造的工艺和基本原理，并具有一定的工艺设计和分析能力。本课程仅32学时，而教材分11章，共602页，所以课堂授课内容需要精心选择。一方面，选择性地使用教材内容。对非关键工艺，如第1章的半导体器件，如PN二极管、双极型晶体管等知识已经在前续基础课程“半导体物理2”和“半导体器件3”中详细介绍，所以在课堂上不进行讲授。另一方面，合理安排教材内容的讲授次序。教材在讲授晶片清洗后即进入光刻内容，考虑工艺流程的顺序进行教学更有利于学生理解，没有按照教条的章节顺序，教学内容改变为按照清洗、氧化、扩散、离子注入、光刻、薄膜淀积、刻蚀、后端工艺、工艺集成等顺序进行。

另一方面，关注集成电路工艺的最新进展，及时将目前先进、主流的工艺技术融入课程教学中，如在课堂教学中介绍INTEL公司即将投产的采用了22nm工艺的代号为“Ivy Bridge”的处理器等。同时，积极邀请企业工程师或专家开展专题报告，将课程教学和行业工艺技术紧密结合，提高学生的积极性及主动性，提高教学效果。

3.引导自主学习

半导体产业正飞速发展，需要随时跟踪集成电路制造工艺的发展动态、技术前沿以及遇到的挑战，给学生布置若干集成电路工艺发展前沿与技术动态相关的专题，让学生自行查阅、整理资料，每一专题选派同学在课堂上给大家讲解。例如，在第一章讲解集成电路工艺发展历史时，要求同学前往国际半导体产业规划网站，阅读最新年份的国际半导体技术发展路线图，完成如最小特征指标、工作电压等相关技术指数的整理并作图说明发展趋势等。这样一方面激发了学生的求知欲，另一方面培养学生自我学习提高专业知识的能力。

二、丰富教学手段，进行多样化、形象化教学

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【关键词】集成电路版图；教学方法；改革

集成电路版图设计是集成电路设计的最终结果，版图质量的优劣直接关系到整个芯片的性能和经济性，因此，如何培养学生学好集成电路版图设计技术，具备成为合格的版图设计工程师的基本潜质，是摆在微电子专业老师面前的一个普遍难题。如何破解这个难题，我们做了以下探索。

一、突出实践，理论配合

传统的《集成电路版图设计》课程采取理论教育优先，学生对于版图的基本理论和设计规则非常熟悉，但动手实践能力缺乏培养，往往在学生毕业后进入集成电路设计企业还需二次培训版图设计能力，造成了严重的人力资源浪费。这是由于没有清晰的认识《集成电路版图设计》课程的性质，造成对它的讲授还是采取传统教学方式：老师讲，学生听，偏重理论，缺乏实践，影响到学生在工作中面临实际设计电路能力的发挥。《集成电路版图设计》是一门承接系统、电路、工艺、EDA技术的综合性课程，如果按照传统方式授课，课程的综合性和实践性无法得到体现，违背了课程应有的自身规律，教学效果和实用意义不能满足工业界的要求。我们在重新思考课程的本质特点后，采取了实践先行，理论配合的教学方法，具体如下：集成电路版图是根据逻辑与电路功能和性能要求，以及工艺水平要求来设计光刻用的掩膜图形，实现芯片设计的最终输出。版图是一组相互套合的图形，各层版图相应于不同的工艺步骤，每一层版图使用不同的图案来表示。我们首先讲授版图设计工具EDA软件的使用，让学生掌握EDA软件的每一个主要功能，从图形的选择、材料的配置，让学生从感性角度认识实际的版图设计是如何开展的，每一个步骤是如何使用软件完成的，整体芯片版图设计的流程有哪些规定，学生此时设计的版图可能不是很精确和完美，但学生对于什么是版图和如何设计版图有了初步的感性认识，建立起版图设计的基本概念，对于后续的学习奠定了牢实的实践基础，此时再去讲授版图设计理论知识，学生更能理解深层的工艺知识和半导体理论，真正做到了知行合一，实践先行的教育理念，对学生能力的培养大有裨益。

二、注重细节，加强引导

传统方式讲授《集成电路版图设计》理论占大部分时间，学生知道二极管、晶体管、场效应管、电阻、电容等基本元器件的工作原理和构成要素，但是在版图设计中，这些元器件为什么要这样设计，其实内心中充满着疑惑和不解。针对学生的疑惑，我们从工艺细节入手来解决这个问题。作为集成电路版图设计者，首先要熟悉工艺条件和期间物理，才能确定晶体管的具体尺寸、连线的宽度、间距、各次掩膜套刻精度等。版图设计的规则也是由工艺来确定的，掌握了工艺也就掌握了版图设计的钥匙。我们将通用工艺文件的每一条规则向学生讲解，通用元器件的规则整理出它们的共性，最小宽度、长度、间距的尺寸提醒学生要记忆，不同芯片生产厂的工艺对比学习和研究，学生在这一系列规则的学习过程中，慢慢理解熟悉了工艺规则文件的组织构成及学习要点，能够举一反三的在不同工艺规则下，设计同一种元器件的版图，即使电路元器件的数量巨大，电路拓扑关系复杂，在老师耐心的讲解下，学生也能够依据工艺规则设计出符合要求的版图，这都是在理解了工艺规则细节的基础上完成的。所以，关注细节，加强引导，是提高学生学习效果的一个重要方法。

三、完善考核机制，争取比赛练兵

学生成绩的提高，合理完善的考核机制不可或缺。以往《集成电路版图设计》课程的考核主要是理论知识作业和课程报告，学生的学习效果和实际动手能力没有得到考核，造成不能全面评价学生的学习成绩。我们采取项目形式，全方位考核学生的学习效果。根据知识点，将通用模拟电路分成五大类，每个大类提取出经典的电路10种，使用主流芯片加工厂的生产工艺，由经验丰富的老师把它们的版图全部设计出来，作为库单元放在服务器中供学生参考。在学生充分理解库单元实例的基础上，将以往设计的一些实用电路布置给学生，要求在规定的时间内，设计出合格的版图，以此作为最终的考核结果。学生在学习课程期间，可以接触到不同工艺、不同结构的多种类电路，而且必须在规定的时间内设计出版图，这极大的促进了他们学习的积极性和时间观念。学生在设计版图的过程中，会遇到多种问题，他们会采取问老师答疑，和同学讨论的多种方式解决，不仅能督促他们平时上课认真听讲，而且对遇到的问题也能多角度思考，最重要的是他们亲自动手设计版图，将工艺、电路、器件综合考虑，在约定的时间内能力得到极大提高。老师根据学生上传至服务器中设计的不同项目版图打分，而且将每个项目的得分出具详细的报告，对学生的成绩进行点评。学生通过查阅报告，能够知道课程学习的缺点和得分项，为下一次提高设计成绩是一个很好的参考。除了日常学习设计版图项目，学生可以争取参加微电子专业的一些比赛，通过比赛体会一些具有挑战性的版图设计项目，来提高学生在实际场景下如何发挥设计能力和项目组织能力，为他们未来进入职场从事版图设计工作奠定坚实的专业能力和实际解决问题能力。

四、总结

《集成电路版图设计》课程是一门兼具理论基础和实践锻炼想结合的课程，对它的讲授不仅需要扎实的理论基础，还需合理的实践环节配合，才能取得良好的教学效果。

参考文献

[1]Christopher Saint/Judy Saint.集成电路版图基础-实用指南[M].北京:清华大学出版社,2006(10).

[2]蔡懿慈.超大规模集成电路设计导论[M].北京:清华大学出版社,2005(10.

[3]编委会.最新高等院校实验室建设与管理及教学指导手册[M].北京:中国教育出版社,2006(11).

基金项目：北方工业大学教育教学改革和课程建设基金。

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关键词：摩尔定律；晶体管；电子信息产业

中图分类号：TN-9 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）23-0170-02

一、引言

摩尔定律是由英特尔（Intel）创始人之一戈登・摩尔（Gordon Moore）在搜集1959年至1965年集成电路上晶体管数量的数据的基础上，于1965年4月提出的[1]。即当价格不变时，集成电路上可容纳的晶体管数目，约每隔18个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。戈登・摩尔提出摩尔定律后的几年内，世界多数半导体公司按照这个定律制定了产品更新策略。1969年，摩尔和朋友建立英特尔公司并制定电子信息产业标准。此后，英特尔公司生产的大量产品都验证了摩尔定律的准确性。直到目前，全球仍有多数知名半导体制造公司一直遵循摩尔定律进行产品生产，如英特尔、高通、AMD、ST等[2]。

摩尔定律核心是不断增加的晶体管的数目，以及更强大的性能和更高的集成度，这也会带来一系列问题，如设计者需要使用各种方法来解决高温问题[3]。但这却能促进制作工艺的提升和集成电路中晶体管数目的增加。一方面，更强大的性能来源于更多晶体管数目；另一方面，制作工艺的更新也促进性能的提升。很多制造集成电路的工艺被英特尔公司使用，比如180nm，90nm，65nm，45nm，32nm等，来也将有14nm和10nm[4]。其他半导体制造公司也有各自的制作工艺，如台积电公司等。

基于以上问题和相关介绍，从1965年起，几乎所有的半导体厂商都遵循了摩尔定律。每一次进步都使得集成电路上能容纳更多的晶体管，并且带来更低廉的价格。然而，在摩尔定律提出的40年以来，也出现了一些问题，一度让人们怀疑摩尔定律是否会被终结[5-6]。但是摩尔定律一直发展到了今天，在未来几年内也会一直有效。

二、摩尔定律与晶体管数目

1.晶体管数目增加的影响。摩尔定律的经典结论是，当价格不变时，集成电路上可容纳的晶体管数目，约每隔18个月增加一倍，性能也提升一倍。不断增加的晶体管数量意味着更强大的性能，包括更多的功能和更快的运行速度。集成电路功能可以不断提升。例如，原来的8051单片机没有集成片上模数转换，而现在的单片机如集成Cortex-M3内核的STM32内部集成了模数转换模块。这些模块的增加给工程设计带来很多便利，在印刷电路板上不再需要额外的集成电路，并且可以提高传感器的精确度，在AMD的Tahiti XT中集成了4，312，711，873个三极管[7]。最近几年，提出了一个新的概念――片上系统（Soc）。片上系统的集成电路可以拥有更强大的系统功能、更低廉的价格以及更低的耗电量和更小的供电电压。同时，更多的晶体管意味着更快的运行速度。目前最大的个人CPU I7-3970X拥有22.7亿个晶体管[8]，而上一代最大的个人CPU I7-990X拥有10.17亿个晶体管[9]。目前最大个人电脑的核心部件如表1所示。

2.晶体管数目对温度的影响。工程设计人员希望通过增加单位面积里晶体管的数量来提高性能，并希望通过更先进的制造工艺来控制温度。所以新型集成电路的温度并不会比之前集成电路的低。如今，设计者也可以使用其他途径来解决温度问题。多数电脑使用风扇或者水冷，甚至液氮来冷却。为了更有效率地对集成电路进行冷却，冷却技术需要不断地进行改进和提高。现今集成电路冷却业是一个大产业并且不断发展，世界上有很多专注于此的公司。

三、摩尔定律与价格

当价格不变时，集成电路上可容纳的晶体管数目，约每隔18个月增加一倍，性能也将提升一倍。因为集成电路的价格主要来源于制作工艺提升的费用，更先进的制作设备需要更先进的生产技术和工厂来支持，而集成电路原料的价格可以忽略。英特尔公司在设计集成电路之外，也建立了先进的工厂来保证制造工艺。建造工厂需要花费大量的物理与财力，所以需要通过增加产品的数量并增加工厂的工作年限来减少生产集成电路的平均费用。台积电是一个非常著名的集成电路制造代工公司，它使用了另一种方法来减少生产集成电路的平均费用。NVDIA，AMD，Qualcomm以及一些其他的集成电路设计公司都是台积电的客户。通过帮助大量的集成电路设计公司生产集成电路，台积电可以生产出大量的产品来提供建设厂房所需要的花费。第一台计算机是为了计算炮弹弹道而生产的，所以拥有足够的军费支持。而工业中费用的问题不能忽视，所以集成电路变得越来越廉价，嵌入式系统也被运用在工业控制中。因为嵌入式系统低廉的价格，除了工业控制之外，其他很多领域也在使用单集成电路微处理器。例如智能家居、智能手机、无人飞机等等。在各个领域中广泛运用的电子设备是使我们的生活能变得更智能更现代的原因之一。在摩尔提出摩尔定律的1965年，这些智能化生活都是不可想象的。

四、摩尔定律未来发展趋势

1965年提出的摩尔定律对世界来说是一个重大事件。而现在，我们将怎样评价它48年来对世界的影响？不管怎样，摩尔定律巨大的影响是不可否认的。在摩尔的眼里，摩尔定律所揭示的速度是不可能永远持续下去的[3]。一些文章认为摩尔定律将会因为漏电流和高温被终结[5]。一些其他的观点则认为导致摩尔定律终结的原因是制造商不能收回研发和建造工厂的巨大成本[6]。一个半导体工业协会出版的名为“未来技术发展蓝图”的文件指出，10nm级的工艺是关键，因为以往的机械制作工艺将不能达到其制造的所需要求[6]。关于摩尔定律的继续发展和未来影响，我们有以下看法。

第一，首先是制造工艺上的一些问题。依照目前的发展趋势，有两个方面的问题越来越明显，就是关于漏电流和高温。这些问题需要通过制造工艺的进步来解决。摩尔曾经指出漏电流将会限制摩尔定律发展，当晶体管的尺寸不断减小，漏电流的影响将使得功耗增大。如果设计者不断减小晶体管的尺寸，电流将变得越来越大并烧毁晶体管。

得益于3D晶体管技术，这个由于漏电流产生的问题暂时得到了解决，集成电路还可以工作在更低的驱动电压下。关于温度，由于更先进的制造工艺，在保持同样晶体管数量和性能下，新型号的集成电路的温度总会低于旧型号的集成电路。在奔腾4时代，英特尔不能很好地解决高温的问题。但得益于多核技术，英特尔推出了名为酷睿的产品来解决这个问题。现在，很多移动平台集成电路供应商都使用多核技术来解决高温的问题。同时，为了控制功耗在100W以下，一个叫ARM的著名集成电路公司推出了一个名为big.little的新异构计算解决方案，这个架构将功耗高、性能强的处理器，与功耗低、性能弱的处理器封装在一起。并希望借此能提高处理器的效率，产生能达到高性能但功耗低的处理器。

各种新出现的技术问题将导致发展放缓。首先在于集成电路的制造方面，比如当集成电路达到10nm数量级时，光学加工手段将会取代机械加工手段。英特尔使用疝灯产生的远紫外线来雕刻集成电路，IBM使用X光，这将可能解决工艺尺寸的问题，比如制造14nm尺寸的芯片。如果新的制造手段将被发现，将继续提高集成电路性能。再看看其他方面的限制，比如耗电问题。目前芯片性能的进步很快，但同时也会增加耗电量。这些都可能是集成电路发展的一个不可逾越的瓶颈，导致摩尔定律不再适用，电子信息产业不再迅速发展。

而对于工艺的更新速度，可以参考英特尔的策略，根据英特尔提出的“Tick-Tock”战略，在接下来的一年，将会有7nm和5nm制作工艺的集成电路推出。当“Tick”年来到，集成电路的制程将会更新；而“Tock”年到来时，集成电路的微处理器架构将会更新[9]。

第二，财务因素是每个公司发展的决定性因素。一些专家认为公司无法负担起建设新厂房所需要的大量资金。新的集成电路所带来的利润不足以让公司支付这些费用并盈利，集成电路的更新速度将会放缓。目前，英特尔正在以色列建设10nm生产工艺的工厂。在电子信息产业发展早期，硬件能力的增长跟不上软件需求发展的速度（软件设计总是需要更高性能的硬件），所以对硬件的性能提升有很大的需求，每次硬件的增长都被快速地应用在软件上。而现在软件的复杂性增长已经趋于平缓，而不是继续高速复杂化。比如新一代的Windows 8操作系统对硬件的要求甚至低于老一代操作系统Windows 7[8]。一直致力于提高芯片性能的英特尔也推出了功耗更低和超低电压CPU，由英特尔极力推广的超极本逐渐成为了未来笔记本的发展方向。另一方面因为大多数用户并不需要如此强劲的性能，而更加看重用户体验，加上购买高性能处理器的花费太高，导致技术进步的速度受到限制。比如只有少部分中国人使用昂贵的I7处理器。如果不能有效地控制成本，并且没有大量的市场需求，集成电路性能提高的速度将大大放缓。

第三，全新的制造材料将改变集成电路的发展方向。在晶体管发明以前，没有人能预料到今天电子信息产业的繁荣。也许我们能使用新的材料或者技术来改变现状。我们可以考虑使用其他的半导体元素代替硅元素制作晶体管，比如元素周期表上第三和第五族的元素。利用它们不同的属性，提高芯片的性能。但这可能仅仅是权宜之计，因为它们可能也会遇到与硅元素相同的问题。石墨烯也是一个很有希望的晶体管材料。但是它也有很多问题，比如没有足够的带隙，人们对它的了解也不足够充分。这些材料和技术目前都处于探索之中，未来也许也会有新技术出现，并带来革命性的改变。如果将来的某个发明，改变了集成电路性能提升的方式，或者产生了新的计算机技术，取代了现有的集成电路工作原理，那么摩尔定律可能将不再适用。

五、结论

由本文的研究分析可以得出，目前集成电路的发展还会遵循摩尔定律，并伴随电子信息产业的飞速发展。而若干年以后，集成电路和电子信息产业的发展速度将会放缓。此外，集成电路性能提升的方式也可能会发生改变。

目前，电子信息产业发展飞速，如同大多数工业产业一样，由刚刚兴起时的发展困难到随后的一个高速发展时期，然后又逐渐趋向平稳。在电子信息产业中，这种现象可能出现在五年后，也可能在十年或者二十年以后。但这一天一定会到来，没有人可以打破这个基本的自然规律。在未来几年内，摩尔定律还将适用，电子信息产业仍将快速蓬勃发展。在未来的某天，摩尔定律将失去它的价值，电子信息产业也将会以其他的形式和方向继续发展。

参考文献：

[1]Nam Sung Kim，Leakage current：Moore’s Law Meets Static Power[J].the IEEE Computer Society. December 2003：68-75.

[2]陶然.守望摩尔定律[J].电子产品世界，2010，（6）：2-4.

[3]沈建苗.摩尔定律是否有未来[J].微电脑世界.2011，（9）：12-15.

[4]Desktop 3rd Generation Intel Core Processor Family，Desktop Intel Pentium Processor Family，and Desktop Intel Celeron Processor Family[EB].http：///content/dam/www/public/us/en/documents/datasheets/3rd-gen-core-desktop-vol-2-datasheet.pdf，January 2013.

[5]齐书阳.摩尔定律会终结吗[J].电脑爱好者，2013，（8）.

[6]赵佶.摩尔定律何时会失效[J].半导体信息，2012，（5）：4-8.

[7]Mike Mantor. White Paper|AMD GRAPHICS CORES NEXT （GCN） ARCHITECTURE[EB].http：///cn/Documents/GCN_Architecture_whitepaper.pdf，August，28，2012.

[8]Intel Core i7-900 Desktop Processor Extreme Edition Series and Intel Core i7-900 Desktop Processor Series on 32-nm Process[EB]. http：///content/dam/www/public/us/en/documents/datasheets/core-i7-900-ee-and-desktop-processor-series-datasheet-vol-1.pdf，February，2010.

篇6

1 微电子专业介绍

以集成电路设计、制造与应用为代表的微电子学是现展最迅速的高科技应用性学科之一。四川信息职业学院微电子学专业主要是培养掌握集成电路、微电子系统的设计、制造工艺和设计软件系统，能在微电子及相关领域从事科研、教学、工程技术及技术管理等工作的高级技能人才。

2 加强微电子综合实训室建设的必要性

四川信息职业学院在微电子专业教学过程中，之前的实践性课程主要是以专业课程的实验形式开展的。比如在集成电路制作工艺实训、集成电路版图设计专题实习、集成电路设计基础及CAD和微电子专业实训等课程里，学生主要是通过专业仿真软件、虚拟设备来感知课程的实践性，无法动手，只能看，不能“摸”。这种按照专业课程划分实验课的方式，跟真正的集成电路及半导体器件的制造岗位及其相连岗位环境之间还是有很大差距的，这些实验只具备虚拟验证演示，很难使学生的实际动手能力得到锻炼。学生若是只凭看或是在电脑上虚拟仿真学习微电子知识，而不能对当今集成的电路封装和测试有一个全方位的认识，这样的学习效果堪比盲人摸象，自然是很难满足对应企业的岗位需求的。

为了更贴近市场需求，四川信息职业学院重新制定人才培养方案。通过加强实训室的建设，来完善职业技术人才的培养机制，从而体现学校的人才培养目标是向社会输送职业化的高技能型人才。微电子综合实训室的创建，促使现有课程的教学模式得以改革，“教学内容工程化”使得学生更好地从技术上手，再到头脑的理论武装。

3 微电子综合实训室的建设目标与思路

目的就是为四川信息职业学院微电子专业学生的学习和掌握微电子技术知识提供一种有效的技术保障。实验室的建设要体现四川信息职业学院着眼未来，从科技、环保的角度充分体现可持续发展思想，能够承载集成电路制作工艺实训、集成电路版图设计专题实习、集成电路设计基础及CAD和微电子专业实训等课程，注重节约能源和优化环境，极大地提高微电子从宏观到微观展示功能，使之成为四川省智能化实验室典范。

建设思路：结合四川信息职业学院开展实验的基本功能，从当前实际出发，考虑长期需要，坚持开放性，保证可扩充性，坚持经济性、实用性，保证可靠性、先进性，模块化结构、设计灵活、便于维护，基础建设立足于长远，应用系统满足近期需要。

4 微电子综合实训室的说明

1）本实验实训装置共分七大系列，每个系列都是以微电子的工艺环节为单位，每一个子系统又都由若干个实训台和实训屏架所组成，每一个实训台和实训屏架都能独立工作，相关实训台和实训屏架的子系统之间还能互通互联，进行各种网络型的综合实训及演示。同时每个子系统都能根据自身发展的需要进行独立升级，而不影响其他各子系统的功能。所以具有较强的先进性、拓展性和开放性。主要设备包含光刻机、超声波铝丝焊线机、金丝球焊线机、台式无铅回流焊机、丝印机、烘干机、金相试样抛光机、晶体管图示仪、四探针电阻率测试仪等。

2）每个实验实训装置子系统都不仅适用于学生进行器材认识和安装、系统软硬件操作、版图设计、光刻掩膜版设计、光刻工艺、光刻缺陷分析及排除等技能的实训操练，也适用于教师进行实验和实训的教学演示、故障设置、学生考核及相应的成绩评定等。所以能较好地满足教学的实用性、方便性和可操作性要求。

3）每个实验实训装置子系统的所有设备和器材均为现实工程中使用的主流产品，不仅具有典型性，并具有较大的市场占有率，一般是集成电路制造厂商比较常用及典型的器材，或是同国家各考证鉴定所的考证设备相一致的器材，品牌一般为国内知名或国外品牌，且全部符合有关国家标准。产品的设计与集成电路制造、测试环境贴近，能够全面体现集成电路的设计、安装、连接、设置、调试等的全部过程，能体现职业教育的特点，表现系统的应用效果，构建教、学、用一体化的环境。因此，具有较强的真实性和现场感。

4）每个实验实训装置子系统兼顾集成电路“系统控制制造工艺”及“版图设计”两个方面，又以工艺部分为重点。工艺部分全部实现动手操作。在实训期间，学生着装进入“车间”；能够全程虚拟操作和部分动手来实现氧化、扩散和LPCVD工艺以及离子注入与退火；亲自完成光刻工艺、刻蚀工艺、溅射工艺；能手工完成电参数测试；整个工作条件要实现超净环境和动力条件管理。

5 实验室装修、UPS电源

四川信息职业学院微电子实验室保障系统由实验室装修、UPS系统、防雷系统和接地系统四部分组成。墙面、地面、天花板均需做防尘、防静电、恒温等装修处理：要求设计成洁净实验室（进行无尘、恒温、恒湿处理）；对洁净实验室进行防静电建筑材料的整体装修；对洁净实验室配备加湿机等静电防护设备。

配电系统保障设备用电可靠性，预留适当的冗余，单相负荷的配置，三相平衡。设置市电多功能插座，采用防鼠咬电缆。强弱电分开，避免长距离平行走线。电源电波50 Hz波形中，不应混杂其他干扰电波，特别不应有高频电波干扰。

实验室内的照明应分正常照明灯、长明灯及应急照明灯三种照明方式。应急照明主要是在正常照明线路上取一路连接到UPS电源上，当发生断电时即可自动切换到UPS电源。UPS系统的设计目标是为实验室内设备提供后备电源支持，是整个弱电系统的重要组成部分。

UPS系统的主要功能要求是对电源保护有要求的用电负载分别进行集中供电电源管理，对相应的智能化设备提供纯净、稳定的后备电源，充分保证展馆内各弱电系统正常稳定工作。

6 结束语

四川信息职业学院微电子综合实训室建成后，创建了教、学、做的实训平台，学院微电子技术专业学生的动手本领在模拟真实化工作现场实训平台上得到充足的锻炼，职业本领、操纵技能（对动作方式的一种概括，是按一定的方式反复练习或模仿而形成熟练的技术动作）在集成电路工艺、测试技术的项目实训中有长足的进步，提升了学生的就业竞争本领，取得很好的成效。

参考文献

[1]孙兴民，赵兰庚.高职高专院校实训室建设的探讨[J].实验技术与管理，2005（6）：120-123.

篇7

【关键词】集成电路版图；SN7400；逆向解析

1.引言

随着我国微电子产业的蓬勃发展，集成电路自主设计需求迅速增加[1][2]。集成电路设计分为正向设计和逆向设计[3]。正向设计是根据芯片的功能要求设计电路，仿真验证后进行版图设计，再进行设计规则检验、电路和版图比较检验，最后进行后仿真检验。逆向设计是首先对已有的芯片采用化学方法进行分层拍照和提取纵向参数。从版图照片上提取电路，仿真验证后，根据现有的工艺条件，借鉴解析版图进行版图设计，最终达到指标要求[4]。集成电路版图设计是科学性和艺术性的结合，需要长期的实践才能设计出优秀产品，为了节约成本和学习先进经验，经常需要研究性能优良芯片的版图结构，相互借鉴，提高产品质量。

本文对SN7400芯片进行了逆向解析，通过研究掌握了该芯片的设计思想和单元器件结构，对于双极型集成电路设计是十分有益的。

2.芯片分层拍照

本文解析的SN7400芯片是双列直插式塑料封装，共14个管脚，包含四个二输入与非门。根据芯片编号规则判断为双极工艺制造。

首先将芯片放到浓硝酸中加热去掉封装，用去离子水冲洗、吹干后在显微镜下拍照铝层照片。再将芯片放到盐酸溶液中漂洗去掉铝层，用去离子水冲洗、吹干后放到氢氟酸溶液中去掉二氧化硅层，经去离子水冲洗、吹干后用染色剂染色，杂质浓度高部分颜色变深，冲洗、吹干后在显微镜下对去铝层（有源层）芯片拍照[5]。

采用图形编辑软件分别对两层照片进行拼接，获得版图照片。

3.单元结构

有铝层和去铝层照片表明芯片四个二输入与非门结构相同，只要分析一个与非门即可。该芯片一个二输入与非门无铝版图照片如图1所示。其中1A和1B为输入端，1Y为输出端。

该芯片是P衬底和N外延层，与非门主要由NPN晶体管、电阻和二极管构成。NPN晶体管结构如图2所示。

图2（a）和（b）分别为纵向NPN晶体管版图和剖面图。纵向NPN晶体管由于性能比PNP晶体管好，因此是双极工艺的主要使用晶体管。隔离区为P+注入，采用结隔离技术，隔离区接低电平，保证隔离区反偏[6]。图2（c）为二发射极NPN晶体管版图，作为与非门的输入端，这种设计既减少了面积又提高了输入晶体管匹配度。图2（d）为隔离岛合并器件版图，是由一个NPN晶体管、一个二极管和一个基区电阻构成，该设计减少了版图面积和寄生参数。

图3为电阻和二极管版图。图3（a）为基区电阻的版图，集成电路电阻的阻值是通过方块电阻计算的，基区方块电阻典型值为100～200Ω/，电阻越长阻值越大，电阻越宽阻值越小。图3（b）为二极管版图，外延层隔离岛为N区，隔离区为P区。

4.电路图和仿真

根据SN7400芯片的铝层和去铝层版图照片提取了一个二输入与非门电路如图4（a）所示。采用Pspice软件对电路图进行瞬态仿真，其中电源电压为5V，输入信号高电平为3.5V，低电平为0.2V，仿真结果如图4（b）所示。结果表明该电路实现了与非门的逻辑功能，电路提取正确。

5.结论

本文采用化学方法对SN7400芯片进行了分层拍照，提取了电路图，仿真验证正确。从芯片的版图分析，该芯片采用NPN晶体管、PN结二极管和基区电阻等器件单元，四个与非门版图一致且对称布局。该芯片采用典型的双极工艺，为了节省面积采用共用隔离区方法，为提高匹配度采用多发射极晶体管。电路为典型的TTL与非门电路。该芯片的版图布局体现了设计的合理性和科学性。

参考文献

[1]雷瑾亮，张剑，马晓辉.集成电路产业形态的演变和发展机遇[J].中国科技论坛，2013，7：34-39.

[2]汪娣娣，丁辉文.浅析我国集成电路布图设计的知识产权保护——我国集成电路企业应注意的相关问题[J].半导体技术，2003，28：14-17.

[3]朱正涌，张海洋，等.半导体集成电路[M].北京：清华大学出版社，2009.

[4]曾庆贵.集成电路版图设计[M].北京：机械工业出版社， 2008.

[5]王健，樊立萍.CD4002B芯片解析在版图教学中的应用[J].中国电力教育，2012，31：50-51.

[6]Hastings，A.模拟电路版图的艺术[M].北京：电子工业出版社，2008.

作者简介：

王健（1965—），男，辽宁沈阳人，硕士，沈阳化工大学信息工程学院副教授，研究方向：微机电系统设计。

篇8

【关键词】集成电路；EDA；项目化

0 前言

21世纪是信息时代，信息社会的快速发展对集成电路设计人才的需求激增。我国高校开设集成电路设计课程的相关专业，每年毕业的人数远远满足不了市场的需求，因此加大相关专业人才的培养力度是各大高校的当务之急。针对这种市场需求，我校电子信息工程专业电子方向致力于培养基础知识扎实，工程实践动手能力强的集成电路设计人才[1]。

针对集成电路设计课程体系，进行课程教学改革。教学改革的核心是教学课程体系的改革，包括理论教学内容改革和实践教学环节改革，旨在改进教学方法，提高教学质量，现已做了大量的实际工作，取得了一定的教学成效。改革以集成电路设计流程为主线，通过对主流集成电路开发工具Tanner Pro EDA设计工具的学习和使用，让学生掌握现代设计思想和方法，理论与实践并重，熟悉从系统建模到芯片版图设计的全过程，培养学生具备从简单的电路设计到复杂电子系统设计的能力，具备进行集成电路设计的基本专业知识和技能。

1 理论教学内容的改革

集成电路设计课程的主要内容包括半导体材料、半导体制造工艺、半导体器件原理、模拟电路设计、数字电路设计、版图设计及Tanner EDA工具等内容，涉及到集成电路从选材到制造的不同阶段。传统的理论课程教学方式，以教师讲解为主，板书教学，但由于课程所具有的独特性，在介绍半导体材料和半导体工艺时，主要靠教师的描述，不直观形象，因此引进计算机辅助教学。计算机辅助教学是对传统教学的补充和完善，以多媒体教学为主，结合板书教学，以图片形式展现各种形态的半导体材料，以动画的形式播放集成电路的制造工艺流程，每一种基本电路结构都给出其典型的版图照片，使学生对集成电路建立直观的感性认识，充分激发教师和学生在教学活动中的主动性和互动性，提高教学效率和教学质量。

2 实践教学内容的改革

实践教学的目的是依托主流的集成电路设计实验平台，让学生初步掌握集成电路设计流程和基本的集成电路设计能力，为今后走上工作岗位打下坚实的基础。传统的教学方式是老师提前编好实验指导书，学生按照实验指导书的要求，一步步来完成实验。传统的实验方式不能很好调动学生的积极性，再加上考核方式比较单一，学生对集成电路设计的概念和流程比较模糊，为了打破这种局面，实践环节采用与企业密切相关的工程项目来完成。项目化实践环节可以充分发挥学生的主动性，使学生能够积极参与到教学当中，从而更好的完成教学目标，同时也能够增强学生的工程意识和合作意识。

实践环节选取CMOS带隙基准电压源作为本次实践教学的项目。该项目来源于企业，是数模转换器和模数转换器的一个重要的组成模块。本项目从电路设计、电路仿真、版图设计、版图验证等流程对学生做全面的训练，使学生对集成电路设计流程有深刻的认识。学生要理解CMOS带隙基准电压源的原理，参与到整个设计过程中，对整个电路进行仿真测试，验证其功能的正确性，然后进行各个元件的设计及布局布线，最后对版图进行了规则检查和一致性检查，完成整个电路的版图设计和版图原理图比对，生成GDS II文件用于后续流片[2]。

CMOS带隙基准电压源设计项目可分为四个部分启动电路、提供偏置电路、运算放大器和带隙基准的核心电路部分。电路设计可由以下步骤来完成：

1）子功能块电路设计及仿真；

2）整体电路参数调整及优化；

3）基本元器件NMOS/PMOS的版图；

4）基本单元与电路的版图；

5）子功能块版图设计和整体版图设计；

6）电路设计与版图设计比对。

在整个项目化教学过程，参照企业项目合作模式将学生分为4个项目小组，每个小组完成一部分电路设计及版图设计，每个小组推选一名专业能力较强且具有一定组织能力的同学担任组长对小组进行管理。这样做可以在培养学生设计能力的同时，加强学生的团队合作意识。在整个项目设计过程中，以学生探索和讨论为主，教师起引导作用，给学生合理的建议，引导学生找出解决问题的方法。项目完成后，根据项目实施情况对学生进行考核，实现应用型人才培养的目标。

3 教学改革效果与创新

理论教学改革采用计算机辅助教学，以多媒体教学为主，结合板书教学，对集成电路材料和工艺有直观感性的认识，学生的课堂效率明显提高，课堂气氛活跃，师生互动融洽。实践环节改革通过项目化教学方式，学生对该课程的学习兴趣明显提高，设计目标明确，在设计过程中学会了查找文献资料，学会与人交流，沟通的能力也得到提高。同时项目化教学方式使学生对集成电路的设计特点及设计流程有了整体的认识和把握，对元件的版图设计流程有了一定的认识。学生已经初步掌握了集成电路的设计方法，但要达到较高的设计水平，设计出性能良好的器件，还需要在以后的工作中不断总结经验[3]。

4 存在问题及今后改进方向

集成电路设计课程改革虽然取得了一定的成果，但仍存在一些问题：由于微电子技术发展速度很快，最新的行业技术在课堂教学中体现较少；学生实践能力不高，动手能力不强。

针对上述问题，我们提出如下解决方法：

1）在课堂教学中及时引进行业最新发展趋势和（下转第220页）（上接第235页）技术，使学生能够及时接触到行业前沿知识，增加与企业的合作；

2）加大实验室开放力度，建立一个开放的实验室供学生在课余时间自由使用，为学生提供实践机会，并且鼓励能力较强的学生参与到教师研项目当中。

【参考文献】

[1]段吉海.“半导体集成电路”课程建设与教学实践[J].电气电子教学学报，2007，05（29）.

篇9

在回顾国家集成电路产业投资基金投资情况时，丁文武指出，从成立至2015年12月底，国家集成电路产业投资基金累计决策投资28个项目，承诺投资约426亿元，实际出资约262亿元。在集成电路制造、设计、封装测试、装备、材料等各环节的承诺投资总额的比重，分别达到45%、38%、11%、3%和3%。

在芯片制造领域，主要围绕三个方面开展工作：一是关注先进工艺。大力支持中芯国际，促进了其12英寸生产工艺的建设，未来还将继续加大对中芯国际的支持。二是围绕特色工艺，先后支持了杭州士兰微建设8英寸的生产线。三是在有机化合物半导体领域，支持了厦门三安光电的建设。

在设计领域，重点扶持这个领域的龙头企业，增强其在移动通信领域的竞争优势。支持北斗导航芯片、国产打印机芯片等细分行业优势企业。同时也投资了部分公开上市的设计企业（Pro-IPO），以平衡基金整体收益。

在封测领域，覆盖了长电科技、通富微电和华天科技三大骨干企业，支持其开展跨国并购，提高先进封装测试水平和产能，引导三家企业发挥比较优势开展差异化竞争。此外，国家集成电路产业投资基金还支持了装备领域、材料领域，支持集成电路生态建设领域等。

在谈到未来国家集成电路产业投资基金的工作重点时，丁文武指出，国家集成电路产业投资基金将继续贯彻《国家集成电路产业发展推进纲要》，坚持市场化运作、专业化管理的原则，进一步完善工作机制，加大对芯片制造业的投资力度，投资布局从“面覆盖”向“点突破”转变，投资工作重心从“注重投资前”向“投前投后并重”转变。

首先是要扎实推进存储器等一些重大项目。中国每年进口的集成电路芯片里1/4是存储器。这是一个巨大的需求，如果完全依靠海外供应，对产业发展和信息安全，都是很大的制约和挑战，所以把存储器作为国家战略进行推动。

其次，着力支持中芯国际等大企业提升可持续发展能力。丁文武说，2015年我们已经对中芯国际进行了支持，也在考虑其他大型龙头制造企业。

篇10

以集成电路为龙头的信息技术产业是国家战略性新兴产业中的重要基础性和先导性支柱产业。国家高度重视集成电路产业的发展,2000年,国务院颁发了《国务院关于印发鼓励软件产业和集成电路产业发展若干政策的通知》(18号文件),2011年1月28日,国务院了《国务院关于印发进一步鼓励软件产业和集成电路产业发展若干政策的通知》,2011年12月24日,工业和信息化部印发了《集成电路产业“十二五”发展规划》,我国集成电路产业有了突飞猛进的发展。然而,我国的集成电路设计水平还远远落后于产业发展水平。2013年,全国进口产品金额最大的类别是集成电路芯片,超过石油进口。2014年3月5日,国务院总理在两会上的政府工作报告中,首次提到集成电路(芯片)产业,明确指出,要设立新兴产业创业创新平台,在新一代移动通信、集成电路、大数据、先进制造、新能源、新材料等方面赶超先进,引领未来产业发展。2014年6月,国务院颁布《国家集成电路产业发展推进纲要》,加快推进我国集成电路产业发展,10月底1200亿元的国家集成电路投资基金成立。集成电路设计人才是集成电路产业发展的重要保障。2010年,我国芯片设计人员达不到需求的10%,集成电路设计人才的培养已成为当前国内高等院校的一个迫切任务[1]。为满足市场对集成电路设计人才的需求,2001年,教育部开始批准设置“集成电路设计与集成系统”本科专业[2]。

我校2002年开设电子科学与技术本科专业,期间,由于专业调整,暂停招生。2012年,电子科学与技术专业恢复本科招生,主要专业方向为集成电路设计。为提高人才培养质量,提出了集成电路设计专业创新型人才培养模式[3]。本文根据培养模式要求,从课程体系设置、课程内容优化两个方面对集成电路设计方向的专业课程体系进行改革和优化。

一、专业课程体系存在的主要问题

1.不太重视专业基础课的教学。“专业物理”、“固体物理”、“半导体物理”和“晶体管原理”是集成电路设计的专业基础课,为后续更好地学习专业方向课提供理论基础。如果基础不打扎实,将导致学生在学习专业课程时存在较大困难,更甚者将导致其学业荒废。例如,如果没有很好掌握MOS晶体管的结构、工作原理和工作特性,学生在后面学习CMOS模拟放大器和差分运放电路时将会是一头雾水,不可能学得懂。

但国内某些高校将这些课程设置为选修课,开设较少课时量,学生不能全面、深入地学习;有些院校甚至不开设这些课程[4]。比如,我校电子科学与技术专业就没有开设“晶体管原理”这门课程,而是将其内容合并到“模拟集成电路原理与设计”这门课程中去。

2.课程开设顺序不合理。专业基础课、专业方向课和宽口径专业课之间存在环环相扣的关系,前者是后者的基础,后者是前者理论知识的具体应用。并且,在各类专业课的内部也存在这样的关系。如果在前面的知识没学好的基础上,开设后面的课程,将直接导致学生学不懂,严重影响其学习积极性。例如:在某些高校的培养计划中,没有开设“半导体物理”,直接开设“晶体管原理”,造成了学生在学习“晶体管原理”课程时没有“半导体物理”课程的基础,很难进入状态,学习兴趣受到严重影响[5]。具体比如在学习MOS晶体管的工作状态时,如果没有半导体物理中的能带理论,就根本没办法掌握阀值电压的概念,以及阀值电压与哪些因素有关。

3. 课程内容理论性太强,严重打击学生积极性。“专业物理”、“固体物理”、“半导体物理”和“晶体管原理”这些专业基础课程本身理论性就很强,公式推导较多,并且要求学生具有较好的数学基础。而我们有些教师在授课时,过分强调公式推导以及电路各性能参数的推导,而不是侧重于对结构原理、工作机制和工作特性的掌握,使得学生(尤其是数学基础较差的学生)学习起来很吃力,学习的积极性受到极大打击[6]。

二、专业课程体系改革的主要措施

1“。 4+3+2”专业课程体系。形成“4+3+2”专业课程体系模式:“4”是专业基础课“专业物理”、“半导体物理”、“固体物理”和“晶体管原理”;“3”是专业方向课“集成电路原理与设计”、“集成电路工艺”和“集成电路设计CAD”;“2”是宽口径专业课“集成电路应用”、“集成电路封装与测试”,实行主讲教师负责制。依照整体优化和循序渐进的原则,根据学习每门专业课所需掌握的基础知识,环环相扣,合理设置各专业课的开课先后顺序,形成先专业基础课,再专业方向课,然后宽口径专业课程的开设模式。

我校物理与电子科学学院本科生实行信息科学大类培养模式,也就是三个本科专业

大学一年级、二年级统一开设课程,主要开设高等数学、线性代数、力学、热学、电磁学和光学等课程,重在增强学生的数学、物理等基础知识,为各专业后续专业基础课、专业方向课的学习打下很好的理论基础。从大学三年级开始,分专业开设专业课程。为了均衡电子科学与技术专业学生各学期的学习负担,大学三年级第一学期开设“理论物理导论”和“固体物理与半导体物理”两门专业基础课程。其中“固体物理与半导体物理”这门课程是将固体物理知识和半导体物理知识结合在一起,课时量为64学时,由2位教师承担教学任务,其目的是既能让学生掌握后续专业方向课学习所需要的基础知识,又不过分增加学生的负担。大学三年级第二学期开设“电子器件基础”、“集成电路原理与设计”、“集成电路设计CAD”和“微电子工艺学”等专业课程。由于“电子器件基础”是其他三门课程学习的基础,为了保证学习的延续性,拟将“电子器件基础”这门课程的开设时间定为学期的1~12周,而其他3门课程的开课时间从第6周开始,从而可以保证学生在学习专业方向课时具有高的学习效率和大的学习兴趣。另外,“集成电路原理与设计”课程设置96学时,由2位教师承担教学任务。并且,先讲授“CMOS模拟集成电路原理与设计”的内容,课时量为48学时,开设时间为6~17周;再讲授“CMOS数字集成电路原理与设计”的内容,课时量为48学时,开设时间为8~19周。大学四年级第一学期开设“集成电路应用”和“集成电路封装与测试技术”等宽口径专业课程,并设置其为选修课,这样设置的目的在于:对于有意向考研的同学,可以减少学习压力,专心考研;同时,对于要找工作的同学,可以更多了解专业方面知识,为找到好工作提供有力保障。 2.优化专业课程的教学内容。由于我校物理与电子科学学院本科生采用信息科学大类培养模式,专业课程要在大学三年级才能开始开设,时间紧凑。为实现我校集成电路设计人才培养目标,培养紧跟集成电路发展前沿、具有较强实用性和创新性的集成电路设计人才,需要对集成电路设计方向专业课程的教学内容进行优化。其学习重点应该是掌握基础的电路结构、电路工作特性和电路分析基本方法等,而不是纠结于电路各性能参数的推导。

在“固体物理与半导体物理”和“晶体管原理”等专业基础课程教学中,要尽量避免冗长的公式及烦琐的推导,侧重于对基本原理及特性的物理意义的学习,以免削弱学生的学习兴趣。MOS器件是目前集成电路设计的基础,因此,在“晶体管原理”中应当详细讲授MOS器件的结构、工作原理和特性,而双极型器件可以稍微弱化些。

对于专业方向课程,教师不但要讲授集成电路设计方面的知识,也要侧重于集成电路设计工具的使用,以及基本的集成电路版图知识、集成电路工艺流程,尤其是CMOS工艺等相关内容的教学。实验实践教学是培养学生的知识应用能力、实际动手能力、创新能力和社会适应能力的重要环节。因此,在专业方向课程中要增加实验教学的课时量。例如,在“CMOS模拟集成电路原理与设计”课程中,总课时量为48学时不变,理论课由原来的38学时减少至36学时,实验教学由原来的10学时增加至12个学时。36学时的理论课包含了单级运算放大器、差分运算放大器、无源/有源电流镜、基准电压源电路、开关电路等多种电路结构。12个学时的实验教学中2学时作为EDA工具学习,留给学生10个学时独自进行电路设计。从而保证学生更好地理解理论课所学知识,融会贯通,有效地促进教学效果,激发学生的学习兴趣。