微电子科学与工程专业实验体系探索与实践

微电子科学与工程专业实验体系探索与实践
摘要：近年来随着经济社会的发展进步，我国高校的微电子实验教学对专业人
才的培养发挥着极其重要的作用。

本文简单介绍了微电子课程实验中的两条线实
验体系，阐述了如何逐步推进专业实践训练，提出具有本专业特色的教学体系。

以期对我国集成电路产业的发展提供一些参考。

关键词：微电子；实验体系；专业实践
一引言
微电子技术是近半个世纪以来发展迅猛的一门高科技应用性学科，是电子信
息科学技术的先导和核心，被誉为现代信息产业的心脏和高科技的原动力 [1]。

最近几年，虽然在国家的推动下微电子行业取得了很多成绩，但依然存在产品自给
率低等很多问题。

中国的芯片百分之九十靠进口，中国的制作工艺和国外差了不
止两代的技术，高端的芯片已经成为了中国的第一大进口物品。

中兴通讯被制裁
事件是我国微电子技术落后的集中体现。

究其原因，很重要一方面是微电子相关
产业人才缺口巨大。

可以这么说：微电子人才的数量决定了微电子产业的规模；
微电子人才的质量决定了微电子产业的发展质量；微电子人才的高度，决定了微
电子产业在全球的地位；微电子人才强，集成电路产业才强。

西方发达国家就是
培养了优质的人才，才能打造出强大的集成电路产业。

然而据估算，到2020 年，我国集成电路需求人才量可达72万人。

而现在仅有40 万人，缺口达30多万人。

目前我国每年与集成电路相关的各个学科，无论设计、还是制造，专业毕业生仅
为两万人左右，与市场的需求量极不匹配。

高端人才在集成电路设计、制造、设备、材料多个环节极度缺乏。

二课程实验体系设置
微电子行业是一个对于知识体系、能力结构和实践经验要求较高的行业，高
校作为人才培养的主阵地，应加快推动微电子相关学科建设，并且更加应该增强
高校微电子人才实践能力培养，积极推动人才的“供给侧结构性改革”。

而要实现
该目标，必须建立起合理的专业实验体系，以满足国家和社会的需求。

微电子人
才一方面需求半导体物理器件及工艺类的知识、另外一方面同时需要集成电路设
计系列知识。

这两方面的知识相互依托、互相渗透，缺一不可。

因此实验体系要
全面反映本专业的系统性知识。

既加重本专业基础课程如半导体物理与器件物理
工艺的实验,又要加强电路与系统的实践。

我校微电子科学与工程专业目前通过整
合现有实验课程，加强理论教学与实验教学的结合，进行课程体系与实验教材体
系建设，逐渐发展成以“集成电路设计“与“微电子工艺”为主线的实验体系。

（一）集成电路设计实验体系
集成电路设计实验体系主要开展超大规模集成电路设计的实验教学。

教学目
的是使学生掌握超大规模集成电路设计的基本原理和方法,包括全定制设计方法和
基于 FPGA CPLD 的设计方法 , 初步掌握用于集成电路设计的EDA(Electronic Design Automation) 软件工具的使用 [2]。

针对上述教学目的和要求，微电子科学与工程
系开设了由浅入深、由宽到精的实验体系。

具体开设相关实验课程有：C 语言程
序设计实验、电路分析基础实验、信号处理与系统分析实验 --> 数字逻辑实验、
通信电子电路实验、模拟电子技术实验、通信原理实验 -> 硬件描述语言实验、电
子电路设计软件实验、单片机原理及应用实验 -->IC 设计实验。

可以看出，实验以电路设计为主线，穿插融合信号与系统及通信相关实验，使得学生能够对系统设
计有相关了解，加深理解电路设计的目的与用途。

（二）微电子器件和工艺实验体系
微电子器件和工艺实验体系主要是使学生了解和初步掌握微电子器件的基本
工艺原理、工艺参数的控制方法、微电子器件特性参数的测试分析方法、电子材
料制备与测试的方法。

该实验系列对应的教学课程包括“半导体物理”“微电子器件
基础”“集成电路工艺”等，均采用了课内实验方法。

实验内容主要包含：半导体电
阻率测试、霍尔效应、光电效应、半导体相关器件特效测试、C-V 特性测试等。

另外，集成电路工艺相关实验正在建设中，拟通过集成电路工艺线进行实验，完
成从样品清洗和腐蚀、薄膜生长、氧化工艺到光刻的全流程实验，强化学生的工
艺动手能力。

三专业实践训练体系建设
除了开设专门的实验课程，或者是与课程相关的实验项目外，还设置了系列课
题性质的实践项目：课程设计与毕业设计体系。

该体系由浅入深，由简单到复杂
的顺序为：基础工程设计—>专业工程设计—>生产实习—>毕业设计，通过该系列
实践体系逐步强化学生的实践应用能力。

1. 基础工程设计。

为了适应技术进步发展的需要，我们对基础工程设计进行
了较大改革，由原来设计一种简单实用的电路变为了面向更加专业的设计。

基础
工程设计内容主要是集成电路版图的识别与提取。

通过该实训，使得学生能够进
一步练习与理解半导体器件与集成电路相关内容，并且掌握工程常用单元电路版
图的结构与特点，为设计电路打下基础。

2. 专业工程设计。

在基础工程设计的基础上，要求学生通过应用微电子相关
课程的基本理论，基本知识与基本技能，自主设计比较简单的集成电路，要求完
成从原理图设计到版图设计与验证的全部流程。

通过该工程设计培养学生的创新
意识，提高学生的动手能力和分析问题、解决问题的能力。

3. 生产实习。

学生通过生产实习，了解微电子器件、集成电路设计与系统集
成等领域的研究、设计、制造、应用、管理与开发的基本过程，熟悉企业生产的
各种组织模式、管理模式，对毕业后所从事的工作有初步的认识。

学习企业广大
科技工作者和一线工人的先进思想、严谨的工作作风和奉献精神。

4. 毕业设计。

本专业学生的毕业设计主要是培养学生在微电子技术、IC 设计、EDA 技术、SOC 技术等方面的综合设计、制作及调试能力，完成学生从学习岗位
到工作岗位的初步过度。

通过毕业设计工作，应使学生受到高级工程技术人才所
必须具备的资料检索、文献查阅、理论分析、制定设计方案、计算与绘图、实验
测试、数据处理、综合分析、论文撰写等诸方面能力的培养。

5. 课外环节。

课外环节主要包括开放实验室、大学生科协、电子竞赛培训基地、大学生创新基地、校企共建实验室实习、培训等方面，依托这些开放场地，
积极从各方面开展各项活动，大力提高学生的工程设计能力，开拓学生创新思维
视野，为学生进入企业打下良好基础。

四结束语
微电子科学与工程专业旨在培养适应行业和地方需求，能在微电子科学与工
程及相关领域从事科学研究、应用开发、产品设计、技术管理等工作的高素质应
用型工程人才。

从毕业生的反映来看，本专业的实验体系设置符合当今社会对人
才的要求。

当然，实验体系需要不断适应形势发展，因此也是一项长期的工程，
需要坚持不懈才能适应社会发展的需求。

参考文献
[1] 张法碧，洪莉 . 微电子课程体系研究与实践[J]. 电气电子教学学报，2010，
（32）37-38.
[2] 毛建波，易茂祥，张天畅 . 微电子学专业实验室建设的探索与实践 [J]. 实验室研究与探索，2005，（24）118-119.
[3] 姚佳飞 , 郭宇锋 , 李曼 . 雨课堂在《微电子学导论》课程教学中的实践与探索 [J]. 教育现代化 ,2018,5(53):222-224.
[4] 尹康 , 周前能 , 张丽 ,等 . 微电子专业半导体物理课程教学改革初探 [J]. 教育现代化 ,2018,5(45):50-52.
[5] 吴元庆,刘春梅 , 吴志颖 , 等.“ 转动课堂” 模式下微电子科学与工程专业实践教学的研究与探索 [J].教育现代化化 ,2017,4(11):61-62+67.
[6] 吴元庆,刘春梅 , 吴志颖,等.“ 转动课堂” 模式下微电子科学与工程专业实践教学的研究与探索 [J]. 教育现代化 ,2017,4(11):61-62+67.。