微电子课程体系研究与实践

张法碧,洪 莉,赵秋明

(桂林电子科技大学信息与通信学院,广西桂林541004)

由于微电子技术发展迅速,对专业人才的培养提出了新的要求[1]。如何建立适应形势发展的微电子课程体系这一课题值得深入研究。

1 专业定位

目前,国内的微电子学专业大致可分为三种类型,即微电子技术类、半导体物理类以及电路与系统类。目前一些微电子技术类课程仍强调半导体分立器件、单元电路和中小规模集成电路等方面的知识,忽视了现代微电子学发展趋势,内容显得陈旧。某些半导体物理类课程将重点放在半导体理论、半导体材料和微观效应等方面,理论性强,但是对“路”的概念有所轻视。当前电路与系统类课程从系统级电路出发,主要以专用电路的形式讲授集成电路设计的方法和手段,可以顺应当今发展的潮流,但却对微电子学的基础知识有所忽视。随着设计的深入,将会面临专业人才水平无法提高的困境[2,3]。

现在,西部区域经济的发展对微电子技术专业人才的需求量很大,而华南和华中地区开设微电子专业的高校不多。考虑到微电子人才培养费用很高,实验设施昂贵等因素,如何结合我校的特色,大力发展具有西部特色的微电子专业,是值得考虑的问题。

从目前的微电子技术发展来看,最缺乏的是集成电路的设计人才。由于我校信息与通信专业历史悠久,因此把专业定位在:培养具有信息与通信特色的集成电路设计人才。这样的定位不需要专业实验室提供制作半导体器件的大型实验设备,可以减少教学资金的投入。但这要求学生不仅掌握微电子的相关知识,还应掌握通信系统的相关知识。

2 课程体系设置改革

课程体系设置包括:公共基础课、专业基础必修课和专业限选课。公共基础课包含数学类、外语类和体育等。专业基础必修课按照三条主线进行设置:系统类课程、电子电路类课程和微电子基础类课程。其中,系统类课程包含“C语言”、“信号与系统"、“信号处理”和“通信原理”等;电子电路类课程包含“电路分析基础”、“模拟电子电路”、“数字逻辑”和“高频电子电路”等;微电子基础类课程包含“固体物理”、“半导体物理”、“微电子技术基础”和“电磁场与微波技术”等。并且,电子电路类课程与微电子基础类课程通过“半导体集成电路”、“IC设计基础与实践”两门课程进行交叉融合。专业限选课是基础课程的提升与应用,包含了半导体工艺、模拟集成电路、数字集成电路和射频集成电路等方面。课程有“数字系统设计基础”、“微机原理”、“集成电路工艺”、“现代模拟集成电路”、“VLSI设计基础”、“ASIC设计原理”和“射频集成电路设计”等。另外,还开设了专业任选课。专业任选课是对专业课的有力补充,学生可以在多门课程中任意选择,拓宽学生的知识面。

课程体系设置主要有如下的特点。

(1)教学内容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”,又加强了“电路与系统”和“通信系统”等电子系统方面知识的学习。

(2)专业课程涵盖了集成电路设计的数字、模拟、数模混合及射频等方面。

(3)实验与课程体系紧密结合。“半导体物理”和“微电子技术基础”等课程的实验可以加深学生对课程内容的理解与掌握。电子电路系列实验可深化学生对电路设计的理解,集成电路系列设计实验使得学生能完成整个IC设计。

(4)软件设计贯穿课程始终,从最初的C语言程序,到利用Protel等软件制版,再到利用硬件描述语言实现逻辑设计与仿真。进一步则可以利用Cadence等大型软件完成集成电路前端到后端的设计,可以全面提高学生的设计能力。

(5)在课程体系中实现了外语不断线计划,从大学英语到半导体物理双语教学,信号处理采用外文教材,再到专业外语的学习等,加强了学生的外文文献阅读能力。

(6)对课程体系进行了调整:把“通信原理”课程由专业限选课改为必修课,加强学生对于通信系统知识的掌握,以便更好地设计通信集成电路;增加特色课程“IC设计基础与实践”的学时,要求学生在课程后期能用相关软件来进行电路和版图设计;根据培养具有通信特色的集成电路设计人才的专业定位,削减了“集成电路工艺”学时;理顺先修与后续课程的衔接问题,修订了教学计划,调整了相关专业课程的教学内容以免出现重复。

3 实践教学改革

(1)实验教学贯穿课堂教学的始终,大部分的专业课程都配备了相应的实验课程来完善教学,包括验证性实验和设计性实验。

(2)部分实验单独设课,例如:电路分析、模拟电路和数字电路等系列实验,实现从最简单的示波器使用,到制作比较完整的PCB板。

(3)开设两个阶段的课程设计,本专业“课程设计Ⅰ”要求学生独立完成一块有一定难度的PCB板制作,“课程设计Ⅱ”要求学生用集成电路设计软件完成一个芯片的制作。

(4)加强集成电路设计类实验,增加特色课程“IC设计基础与实践”学时,要求学生用集成电路设计软件来完成集成电路设计的全部流程。

4 结语

我院不仅对课程体系和实践教学方面进行了改革,同时在教学方法和师资队伍建设方面做了大量细致的工作。学生普遍反映,通过学习后对于半导体基础知识、集成电路和系统类系列知识掌握比较扎实,有助于学生的继续深造;而且让学生在动手能力方面有所增强,不仅能进行板级电路的设计与调试,更能进行FPGA和集成电路芯片的设计,为日后工作打下了坚实的基础。

[1] 汪慧兰.微电子技术课程设置与改革初探.呼和浩特:内蒙古电大学刊,2008,(11):100-101

[2] 解光军.微电子学专业教学内容及教学方式改革的探讨.合肥:合肥工业大学学报(社会科学版),2002,(06):22-24

[3] 李斌.微电子技术专业教学计划改革初探.南京:电气电子教学学报,2007,(S1):55-56