時間：2023-06-04 10:47:05
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇集成電路工藝，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
關(guān)鍵詞： 集成電路工藝學(xué) 實驗教學(xué) 教學(xué)改革
1.引言
集成電路工藝學(xué)是以半導(dǎo)體學(xué)為理論基礎(chǔ)，研究半導(dǎo)體制造工藝過程的科學(xué)[1]。沈陽化工大學(xué)的集成電路工藝學(xué)課程是電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的主干課，結(jié)合本科教學(xué)，增強實踐能力，培養(yǎng)創(chuàng)新人才為培養(yǎng)目標(biāo)[2]。本文結(jié)合集成電路工藝學(xué)實驗這門課程，立足于現(xiàn)有的硬件平臺，從學(xué)生的身心發(fā)展角度出發(fā)，討論了實驗課教學(xué)存在的問題，并針對問題提出了人性化的改進方法。
2.集成電路工藝學(xué)實驗現(xiàn)狀及存在的問題
2.1實驗前期準(zhǔn)備不足。
實驗教師備課不充分。實驗課堂問題是層出不窮的，隨機的，原因也是無法預(yù)知的。因此要求教師對實驗原理準(zhǔn)確把握，對實驗儀器熟練操作。而在現(xiàn)實中大部分教師的課前準(zhǔn)備工作需要提高。再者學(xué)生課前不預(yù)習(xí)，等到實驗的時候現(xiàn)看實驗指導(dǎo)書，完全按照實驗指導(dǎo)書的步驟做實驗。
2.2教學(xué)過于依賴實驗教師。
實驗課上，有的學(xué)生不預(yù)習(xí)，只是單一按照實驗指導(dǎo)書上的步驟做實驗，遇到問題自己不思考，問老師，有的老師不引導(dǎo)學(xué)生，直接告訴學(xué)生怎么做，有的甚至直接把實驗數(shù)據(jù)都給學(xué)生做出來了，導(dǎo)致學(xué)生動手能力很差，依賴程度增強。學(xué)生在實驗過程中僅僅需要進行簡單的連接，便可得到“理想”結(jié)果。使得實驗課的價值大打折扣，也使得學(xué)生有理由不用在實驗前做準(zhǔn)備。
2.3注重結(jié)果，忽略實驗過程。
實驗是考查學(xué)生動手能力的課程。但是它仍舊是一門需要考查的課程，現(xiàn)有的考評方式較大的因素取決于最后考試時的表現(xiàn)，由于實驗本身的不確定性，以及一些隨機問題，導(dǎo)致實驗結(jié)果和預(yù)期的存在較大的偏差，甚至有的學(xué)生做完后沒得到實驗結(jié)果，這樣有可能使得學(xué)生的分數(shù)大打折扣，導(dǎo)致學(xué)生一味重復(fù)老師所要求的實驗，嚴(yán)格點說就是學(xué)生只關(guān)注了所謂的考點。至于實驗課的目的和意義學(xué)生是不會重視的。
3.實驗教學(xué)改革
3.1應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)作為實驗教學(xué)的平臺。
我們還積極采用該課程的網(wǎng)絡(luò)課件，學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)課件學(xué)習(xí)本實驗，該課程的教學(xué)大綱、考試大綱、實驗大綱、教學(xué)課件、模擬試題習(xí)題案例、最新發(fā)展動態(tài)等，均可由學(xué)生在網(wǎng)上直接查到。還可以跟學(xué)習(xí)好的同學(xué)和任課教師進行實時溝通、交流。學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)課件參加測試。學(xué)生的平時測驗、中期總結(jié)等可通過網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，進行設(shè)計、評分，并按學(xué)院的統(tǒng)一要求，通過校園網(wǎng)將成績錄入“學(xué)生成績管理系統(tǒng)”，從而加速學(xué)生的信息傳送，便于學(xué)生及時查閱成績和學(xué)校教務(wù)部門快速管理。
3.2實驗分組統(tǒng)一授予成績。
在實驗課程開始前，對所有做實驗的學(xué)生進行分組，按照自愿結(jié)合和強弱搭配的原則，實施小組長負責(zé)管理模式。一個小組在實驗階段是一個小的團隊，小組的總成績?yōu)槊總€學(xué)生的成績。通過小組實驗?zāi)Ｊ剑欣趯W(xué)生間的交流、研究，更有助于發(fā)揮團隊協(xié)作能力。同時也降低了過分重視期末考試成績的情況，使得考評方式更加人性化。
3.3加強實驗教學(xué)，理論用于實踐。
在教學(xué)過程中，堅持理論和實踐相結(jié)合的原則。建議開設(shè)最基本的半導(dǎo)體平面工藝實驗，如氧化、擴散、離子注入、光刻、沉積。實驗要求每組學(xué)生用拋光硅片，通過氧化、光刻、等工序制備晶體管，是一個典型的綜合性、研究型實驗。通過實驗教學(xué)，既培養(yǎng)了學(xué)生的動手能力，又使學(xué)生掌握了科學(xué)的分析問題的方法。
4.實驗內(nèi)容和方式的創(chuàng)新。
本專業(yè)原有實驗教學(xué)設(shè)備中，有驗證性實驗所占的比例較大，其中實驗內(nèi)容又多以服務(wù)于理論教學(xué)而設(shè)計。這類實驗不利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力。而綜合性和設(shè)計性實驗?zāi)軓亩嘟嵌取⒍鄬哟巍⒍喾轿弧⒍嗤緩藉憻拰W(xué)生，并對學(xué)生進行提問，提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力，同時也是培養(yǎng)學(xué)生實踐能力和創(chuàng)新能力的重要手段。按照現(xiàn)有實驗條件，我們首先對已有的實驗設(shè)備進行了整合，通過調(diào)試和添加一些新的器件，把現(xiàn)有的6個實驗中的3個變?yōu)榫C合性實驗，例如氧化工藝實驗，原有的實驗通過創(chuàng)新改革后，達到以督促學(xué)生培養(yǎng)嚴(yán)謹客觀的科研態(tài)度、規(guī)范正確的操作手法、獨立思考和自主學(xué)習(xí)的能力，等等。
5.結(jié)語
上述實驗教學(xué)改革，得到了學(xué)生的一致認同，改革調(diào)整了學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)，使學(xué)生實現(xiàn)從知識型向能力型、由單一型向復(fù)合型、從模仿型向創(chuàng)新型的轉(zhuǎn)變。
參考文獻：
當(dāng)今社會是信息化發(fā)展迅猛的社會，各種高新技術(shù)不斷涌現(xiàn)出來，通信系統(tǒng)顯得尤為重要，通信系統(tǒng)與集成電路已經(jīng)密不可分了。如何利用集成電路工藝設(shè)計出高性能的集成電路是電子信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)急需解決的問題。該文將要簡要介紹光纖通信光電集成電路工藝設(shè)計分析。
關(guān)鍵詞：
現(xiàn)代；光纖通信；光電集成；路集成電路；設(shè)計分析
隨著國家的發(fā)展，社會的進步，人類的生活已經(jīng)離不開通信方式了，各種各樣的交流活動都是需要通訊的傳遞的。不管我們通過何種方式、何種途徑，只要將我們想要傳遞的信息傳遞到另外一個地方，就是稱為通信。古代所傳遞信息的方式方法也是多種多樣的。但是它們相對來說特別落后，時間也會非常地久。而現(xiàn)代的通信方式中，電話通信是應(yīng)用最廣泛的一種。
1什么是光纖通信
近幾年來，隨著技術(shù)的進步，電信管理體制的改革以及電信市場的全面開放，光纖通信的發(fā)展呈現(xiàn)了一番全新的景象。所謂光纖通信就是一種以光線為傳媒的通信方式，利用廣播實現(xiàn)信息的傳送。光纖通訊就是以光導(dǎo)纖維作為信號傳輸介質(zhì)的通訊系統(tǒng)。具有抗干擾性好，超高帶寬等特點。如今社會我們使用的光纖通信有許多的優(yōu)點，例如，它可以傳輸頻帶寬、通信容量大；傳輸損耗低、中繼距離長；線徑細、重量輕，原料為石英，節(jié)省金屬材料，這樣一來，節(jié)約了許多資源和能源，有利于資源合理地開發(fā)和使用；絕緣、抗電磁干擾性能強；還具有抗腐蝕能力強、抗輻射能力強、可繞性好、無電火花、泄露小、保密性強等優(yōu)點，同時它也可以用在特殊環(huán)境或者軍事行動中。光纖通信的原理是：在發(fā)送端首先要把傳送的信息變成電信號，然后調(diào)制到激光器發(fā)出的激光束上，使光的強度隨電信號的幅度變化而變化，并通過光纖發(fā)送出去；在接收端，檢測器收到光信號后把它變換成電信號，經(jīng)解調(diào)后恢復(fù)原信息。隨著信息技術(shù)傳輸速度日益更新，光纖技術(shù)已得到廣泛的重視和應(yīng)用。在多微機電梯系統(tǒng)中，光纖的應(yīng)用充分滿足了大量的數(shù)據(jù)通信正確、可靠、高速傳輸和處理的要求。光纖技術(shù)在電梯上的應(yīng)用，大大提高了整個控制系統(tǒng)的反應(yīng)速度，使電梯系統(tǒng)的并聯(lián)群控性能有了明顯提高。電梯上所使用的光纖通信裝置主要由光源、光電接收器和光纖組成。
2集成電路的實現(xiàn)
集成工藝技術(shù)也就是在最近的一二十年取得了飛速的發(fā)展。隨著元器件尺寸大小的不斷減小，集成電路的集成速度也在不斷地提高。發(fā)展迅速的集成電路工藝技術(shù)為通信系統(tǒng)的發(fā)展奠定了堅實的基礎(chǔ)。當(dāng)下，利用光電集成電路實現(xiàn)的光的發(fā)射和接收裝置已經(jīng)被各個實驗室所廣泛使用。光電集成電路在單片上集成的光和電元件越來越多了，這就是光電集成電路速度越來越快的原因。
3光纖通信現(xiàn)狀
光纖通信技術(shù)的發(fā)展帶動了光纖產(chǎn)業(yè)的進步。想要實現(xiàn)光發(fā)射與光電集成電路是非常容易的，但是想要實現(xiàn)高速系統(tǒng)的混合集成是非常困難的。由于毫米波信號是狹窄的，所以可以使用混合集成工藝來實現(xiàn)毫米波系統(tǒng)，我們可以這樣來設(shè)計集成電路及其組成部分，使其波段上的輸入和輸出阻抗保持在大約50歐姆左右，即使用50歐姆的傳輸線來連接元器件和集成電路。此外，例如激光驅(qū)動、時鐘恢復(fù)、數(shù)據(jù)判決、復(fù)接、光接收放大等各種類型的模擬、數(shù)字、混合集成電路依然可以輕松實現(xiàn)，這是因為電路也可以設(shè)計成輸入輸出是50歐姆的阻抗。想要利用混合方法實現(xiàn)高速光發(fā)射機與接收機的真正困難所在是激光二極管和光檢測器的阻抗不是50歐姆。尤其是激光二極管，他的非線性無法進行混合集成的。沒有合適的匹配網(wǎng)絡(luò)將基帶數(shù)據(jù)信號從激光二極管連接到驅(qū)動器或者從光檢測器連接到前置放大器上，就會大大地降低了系統(tǒng)的操作性能。這樣相比利用光發(fā)送和光接收的集成電路來實現(xiàn)是十分簡便的。利用光集成電路實現(xiàn)光發(fā)射和接收不僅可靠性高而且成本低。但是用光電集成電路也是具有一定的挑戰(zhàn)性的，制作光元件和電子電路所需要的材料是存在一定的差別的。現(xiàn)在制造高速光發(fā)射和接受光電集成電路在光傳輸系統(tǒng)中是十分必要的。這個設(shè)計工藝的難點在于要形成材料，即適合制造光電器件和電子電路所需要的制作材料，此外還要設(shè)計出光電集成電路。現(xiàn)實很殘酷，大家仍需努力。
4光電集成電路
光發(fā)射機光電集成電路一般是由同一底上的激光二極管和驅(qū)動電路構(gòu)成的。集成電路其中包括了電子元器件結(jié)構(gòu)的生長、激光、激光二極管、電阻器、晶體管等電子元件的制造，其中光電元件和金屬化連接是比較困難的。在外延生長的襯底上，大概需要三個工序來集成光電集成電路，分別為制作激光二極管、制作電子電路、進行光電元件之間的連接。首先要制作激光二極管，激光二極管的P型區(qū)域歐姆接觸層通過蒸發(fā)形成金屬狀態(tài)，隨后利用光刻法來生成激光二極管的大概區(qū)間，然后進行濕法刻蝕形成接觸激光二極管的N區(qū)區(qū)間，最后在活性離子刻蝕體系中完成刻蝕過程，直到遇到AGAAS層后停止刻蝕過程。AGAAS層能隔離電子電路機構(gòu)和激光結(jié)構(gòu)，形成一種薄膜電阻，從而形成第一金屬層和空氣橋兩個連接層。我們通常采用空氣橋連接激光二極管的P區(qū)，采用第一金屬層連接激光二極管的N區(qū)，這樣就能很好地實現(xiàn)激光二極管和電子電路層的連接。這就實現(xiàn)了一個量子激光器的光電集成電路了。制作光電集成電路的芯片也是存在一定的難度的，目前端面反射激光鏡的干腐蝕技術(shù)尚未成熟，只能用解離的方法來完成，所以說集成激光驅(qū)動器電路還有很大的空間有待開發(fā)。光電集成電路分別是由光檢測器、前置放大器以及主放大器構(gòu)成的，這其中包括數(shù)據(jù)判決器、時鐘恢復(fù)和分接電路。光檢測器的集成是光電集成電路中最重要的一個部分，而金屬-半導(dǎo)體-金屬光檢測器（MSM）因為只需要少步驟的追加工藝，和如名字一般較為實惠且廣泛的材料在雪崩類型光電檢測器和p-i-n被廣泛運用的同時也被單片集成光接收機廣泛的使用著。在設(shè)計中第一級為基本放大單元，是共源放大電路且?guī)в性簇撦d，電阻的反饋由電壓并聯(lián)負反饋，電平位移級使用的是兩級源級跟隨器，它被接入到后面，與此同時，又需要引進一個肖特基二極管，這樣就起到了一個降低反饋點的直流電平所特需的水平的作用，達到了這樣一個效果后，在偏低壓的條件下，電路同樣可以正常工作。
5主要工藝流程
第一步，我們要準(zhǔn)備好充足的材料，對材料進行結(jié)構(gòu)和參數(shù)方面的設(shè)計計算，并確定材料的外延生長，來確定集成方式及集成所需要的元器件。第二步，對PD臺面進行腐蝕，首先腐蝕掉INP層露出HEMT的帽層，把MSM保留在芯片上，即通過把PD臺面以外的PD層材料腐蝕掉來露出HEMT層。第三步就是進行器件的隔離工作，仍然使用臺面腐蝕的辦法將HEMT和PD元器件之間隔離起來，想要實現(xiàn)比較好的隔離效果就一定要準(zhǔn)確的腐蝕到半絕緣襯底上。最后就是保護芯片的工作了，在芯片表面沉淀一層介質(zhì)，這樣不僅保護了芯片表面還成為了源漏的輔助剝離介質(zhì)。
6結(jié)束語
光纖通信技術(shù)作為通信產(chǎn)業(yè)中的支柱，是我們現(xiàn)如今社會中使用最多的通信方式。即使在現(xiàn)在的社會當(dāng)中，光纖通信技術(shù)得到了十分穩(wěn)定有效的發(fā)展，但是現(xiàn)在科技發(fā)展如此之快，越來越多的新技術(shù)涌現(xiàn)出來，我國的通信技術(shù)水平也得到了明顯的改善與提高，光纖通信的使用范圍和價值也在悄悄地擴張。但是光纖通信技術(shù)為了迎合網(wǎng)絡(luò)時代，必須有更高層次的發(fā)展，才能占據(jù)市場的主流地位。我相信隨著光通信技術(shù)更加深入地發(fā)展，光纖通信一定會對整個通信行業(yè)甚至社會的進步起到舉足輕重的作用。
參考文獻：
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[3]湯乃云.“集成電路工藝原理”課程建設(shè)與教學(xué)改革探討[J].中國電力教育,2012(29).
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關(guān)鍵詞：版圖設(shè)計；集成電路；教學(xué)與實踐
中圖分類號：G642.0 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）06-0153-02
目前，集成電路設(shè)計公司在招聘新版圖設(shè)計員工時，都希望找到已經(jīng)具備一定工作經(jīng)驗的，并且熟悉本行業(yè)規(guī)范的設(shè)計師。但是，IC設(shè)計這個行業(yè)圈并不大，招聘人才難覓，不得不從其他同行業(yè)挖人才或通過獵頭公司。企業(yè)不得不付出很高的薪資，設(shè)計師才會考慮跳槽，于是一些企業(yè)將招聘新員工目標(biāo)轉(zhuǎn)向了應(yīng)屆畢業(yè)生或在校生，以提供較低薪酬聘用員工或?qū)嵙?xí)方式來培養(yǎng)適合本公司的版圖師。一些具備版圖設(shè)計知識的即將畢業(yè)學(xué)生就進入了IC設(shè)計行業(yè)。但是，企業(yè)通常在招聘時或是畢業(yè)生進入企業(yè)一段時間后發(fā)現(xiàn)，即使是懂點版圖知識的新員工，電路和工藝的知識差強人意，再就是行業(yè)術(shù)語與設(shè)計軟件使用不夠熟練、甚至不懂。這就要求我們在版圖教學(xué)時滲入電路與工藝等知識，使學(xué)生明確其中緊密關(guān)聯(lián)關(guān)系，樹立電路、工藝以及設(shè)計軟件為版圖設(shè)計服務(wù)的理念。
一、企業(yè)對IC版圖設(shè)計的要求分析
集成電路設(shè)計公司在招聘版圖設(shè)計員工時，除了對員工的個人素質(zhì)和英語的應(yīng)用能力等要求之外，大部分是考查專業(yè)應(yīng)用的能力。一般都會對新員工做以下要求：熟悉半導(dǎo)體器件物理、CMOS或BiCMOS、BCD集成電路制造工藝；熟悉集成電路（數(shù)字、模擬）設(shè)計，了解電路原理，設(shè)計關(guān)鍵點；熟悉Foundry廠提供的工藝參數(shù)、設(shè)計規(guī)則；掌握主流版圖設(shè)計和版圖驗證相關(guān)EDA工具；完成手工版圖設(shè)計和工藝驗證[1，2]。另外，公司希望合格的版圖設(shè)計人員除了懂得IC設(shè)計、版圖設(shè)計方面的專業(yè)知識，還要熟悉Foundry廠的工作流程、制程原理等相關(guān)知識[3]。正因為其需要掌握的知識面廣，而國內(nèi)學(xué)校開設(shè)這方面專業(yè)比較晚，IC版圖設(shè)計工程師的人才缺口更為巨大，所以擁有一定工作經(jīng)驗的設(shè)計工程師，就成為各設(shè)計公司和獵頭公司爭相角逐的人才[4，5]。
二、針對企業(yè)要求的版圖設(shè)計教學(xué)規(guī)劃
1.數(shù)字版圖設(shè)計。數(shù)字集成電路版圖設(shè)計是由自動布局布線工具結(jié)合版圖驗證工具實現(xiàn)的。自動布局布線工具加載準(zhǔn)備好的由verilog程序經(jīng)過DC綜合后的網(wǎng)表文件與Foundry提供的數(shù)字邏輯標(biāo)準(zhǔn)單元版圖庫文件和I/O的庫文件，它包括物理庫、時序庫、時序約束文件。在數(shù)字版圖設(shè)計時，一是熟練使用自動布局布線工具如Encounter、Astro等，鑒于很少有學(xué)校開設(shè)這門課程，可以推薦學(xué)生自學(xué)或是參加專業(yè)培訓(xùn)。二是數(shù)字邏輯標(biāo)準(zhǔn)單元版圖庫的設(shè)計，可以由Foundry廠提供，也可由公司自定制標(biāo)準(zhǔn)單元版圖庫，因此對于初學(xué)者而言設(shè)計好標(biāo)準(zhǔn)單元版圖使其符合行業(yè)規(guī)范至關(guān)重要。
2.模擬版圖設(shè)計。在模擬集成電路設(shè)計中，無論是CMOS還是雙極型電路，主要目標(biāo)并不是芯片的尺寸，而是優(yōu)化電路的性能，匹配精度、速度和各種功能方面的問題。作為版圖設(shè)計者，更關(guān)心的是電路的性能，了解電壓和電流以及它們之間的相互關(guān)系，應(yīng)當(dāng)知道為什么差分對需要匹配，應(yīng)當(dāng)知道有關(guān)信號流、降低寄生參數(shù)、電流密度、器件方位、布線等需要考慮的問題。模擬版圖是在注重電路性能的基礎(chǔ)上去優(yōu)化尺寸的，面積在某種程度上說仍然是一個問題，但不再是壓倒一切的問題。在模擬電路版圖設(shè)計中，性能比尺寸更重要。另外，模擬集成電路版圖設(shè)計師作為前端電路設(shè)計師的助手，經(jīng)常需要與前端工程師交流，看是否需要版圖匹配、布線是否合理、導(dǎo)線是否有大電流流過等，這就要求版圖設(shè)計師不僅懂工藝而且能看懂模擬電路。
3.逆向版圖設(shè)計。集成電路逆向設(shè)計其實就是芯片反向設(shè)計。它是通過對芯片內(nèi)部電路的提取與分析、整理，實現(xiàn)對芯片技術(shù)原理、設(shè)計思路、工藝制造、結(jié)構(gòu)機制等方面的深入洞悉。因此，對工藝了解的要求更高。反向設(shè)計流程包括電路提取、電路整理、分析仿真驗證、電路調(diào)整、版圖提取整理、版圖繪制驗證及后仿真等。設(shè)計公司對反向版圖設(shè)計的要求較高，版圖設(shè)計工作還涵蓋了電路提取與整理，這就要求版圖設(shè)計師不僅要深入了解工藝流程；而且還要熟悉模擬電路和數(shù)字標(biāo)準(zhǔn)單元電路工作原理。
三、教學(xué)實現(xiàn)
1.數(shù)字版圖。數(shù)字集成電路版圖在教學(xué)時，一是掌握自動布局布線工具的使用，還需要對UNIX或LINUX系統(tǒng)熟悉，尤其是一些常用的基本指令；二是數(shù)字邏輯單元版圖的設(shè)計，目前數(shù)字集成電路設(shè)計大都采用CMOS工藝，因此，必須深入學(xué)習(xí)CMOS工藝流程。在教學(xué)時，可以做個形象的PPT，空間立體感要強，使學(xué)生更容易理解CMOS工藝的層次、空間感。邏輯單元版圖具體教學(xué)方法應(yīng)當(dāng)采用上機操作并配備投影儀，教師一邊講解電路和繪制版圖，一邊講解軟件的操作、設(shè)計規(guī)則、畫版圖步驟、注意事項，學(xué)生跟著一步一步緊隨教師演示學(xué)習(xí)如何畫版圖，同時教師可適當(dāng)調(diào)整教學(xué)速度，適時停下來檢查學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，若有錯加以糾正。這樣，教師一個單元版圖講解完畢，學(xué)生亦完成一個單元版圖。亦步亦趨、步步跟隨，學(xué)生的注意力更容易集中，掌握速度更快。課堂講解完成后，安排學(xué)生實驗以鞏固所學(xué)。邏輯單元版圖教學(xué)內(nèi)容安排應(yīng)當(dāng)采用目前常用的單元，并具有代表性、擴展性，使學(xué)生可以舉一反三，擴展到整個單元庫。具體單元內(nèi)容安排如反相器、與非門/或非門、選擇器、異或門/同或門、D觸發(fā)器與SRAM等。在教授時一定要注意符合行業(yè)規(guī)范，比如單元的高度、寬度的確定要符合自動布局布線的要求；單元版圖一定要最小化，如異或門與觸發(fā)器等常使用傳輸門實現(xiàn)，繪制版圖時注意晶體管源漏區(qū)的合并；大尺寸晶體管的串并聯(lián)安排合理等。
2.模擬版圖。模擬集成電路版圖設(shè)計更注重電路的性能實現(xiàn)，經(jīng)常需要與前端電路設(shè)計工程師交流。因此，版圖教學(xué)時教師須要求學(xué)生掌握模擬集成電路的基本原理，學(xué)生能識CMOS模擬電路，與前端電路工程師交流無障礙。同時也要求學(xué)生掌握工藝對模擬版圖的影響，熟練運用模擬版圖的晶體管匹配、保護環(huán)、Dummy晶體管等關(guān)鍵技術(shù)。在教學(xué)方法上，依然采用數(shù)字集成電路版圖的教學(xué)過程，實現(xiàn)教與學(xué)的同步。在內(nèi)容安排上，一是以運算放大器為例，深入講解差分對管、電流鏡、電容的匹配機理，版圖匹配時結(jié)構(gòu)采用一維還是二維，具體是如何布局的，以及保護環(huán)與dummy管版圖繪制技術(shù)。二是以帶隙基準(zhǔn)電壓源為例，深入講解N阱CMOS工藝下雙極晶體管PNP與電阻匹配的版圖繪制技術(shù)。在教學(xué)時需注意晶體管與電阻并聯(lián)拆分的合理性、電阻與電容的類型與計算方法以及布線的規(guī)范性。
3.逆向版圖設(shè)計。逆向集成電路版圖設(shè)計需要學(xué)生掌握數(shù)字標(biāo)準(zhǔn)單元的命名規(guī)范、所有標(biāo)準(zhǔn)單元電路結(jié)構(gòu)、常用模擬電路的結(jié)構(gòu)以及芯片的工藝，要求學(xué)生熟悉模擬和數(shù)字集成單元電路。這樣才可以在逆向提取電路與版圖時，做到準(zhǔn)確無誤。教學(xué)方法同樣還是采用數(shù)字集成電路版圖教學(xué)流程，達到學(xué)以致用。教學(xué)內(nèi)容當(dāng)以一個既含數(shù)字電路又含模擬電路的芯片為例。為了提取數(shù)字單元電路，需講解foundry提供的標(biāo)準(zhǔn)單元庫里的單元電路與命名規(guī)范。在提取單元電路教學(xué)時，說明數(shù)字電路需要歸并同類圖形，例如與非門、或非門、觸發(fā)器等，同樣的圖形不要分析多次。強調(diào)學(xué)生注意電路的共性、版圖布局與布線的規(guī)律性，做到熟能生巧。模擬電路的提取與版圖繪制教學(xué)要求學(xué)生掌握模擬集成電路常用電路結(jié)構(gòu)與工作原理，因為逆向設(shè)計軟件提出的元器件符號應(yīng)該按照易于理解的電路整理，使其他人員也能看出你提取電路的功能，做到準(zhǔn)確通用規(guī)范性。
集成電路版圖設(shè)計教學(xué)應(yīng)面向企業(yè)，按照企業(yè)對設(shè)計工程師的要求來安排教學(xué)，做到教學(xué)與實踐的緊密結(jié)合。從教學(xué)開始就向?qū)W生灌輸IC行業(yè)知識，定位準(zhǔn)確，學(xué)生明確自己應(yīng)該掌握哪些相關(guān)知識。本文從集成電路數(shù)字版圖、模擬版圖和逆向設(shè)計版圖這三個方面就如何開展教學(xué)可以滿足企業(yè)對版圖工程師的要求展開探討，安排教學(xué)有針對性。在教學(xué)方法與內(nèi)容上做了分析探討，力求讓學(xué)生在畢業(yè)后可以順利進入IC行業(yè)做出努力。
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關(guān)鍵詞：微電子工藝；創(chuàng)新性；實驗教學(xué)
一、引言
微電子技術(shù)與國家科技發(fā)展密切相關(guān)，是21世紀(jì)我國重點發(fā)展的技術(shù)方向。在新形勢下，無論軍用還是民用方面都對微電子方向人才有強烈需求。高校微電子專業(yè)是以培養(yǎng)能在微電子學(xué)領(lǐng)域內(nèi)，從事半導(dǎo)體器件、集成電路設(shè)計、制造和相應(yīng)的新產(chǎn)品、新技術(shù)、新工藝的研究和開發(fā)等方面工作的高級應(yīng)用型科技人才為目標(biāo)的。因此，要求學(xué)生不僅要具備堅實的理論基礎(chǔ)，還需具備突出的專業(yè)能力和創(chuàng)新能力，滿足行業(yè)的快速發(fā)展和社會需求。
目前我國微電子行業(yè)中，微電子工藝研究相對于器件和集成電路設(shè)計研究工作是滯后的，處于不平衡發(fā)展?fàn)顟B(tài)，為使行業(yè)發(fā)展更均衡，需要加強微電子工藝人才的培養(yǎng)。微電子工藝是微電子專業(yè)中非常重要的專業(yè)課，主要研究微電子器件與集成電路制造工藝原理與技術(shù)。微電子器件與集成電路尺寸都是在微米甚至納米量級，導(dǎo)致在理論學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生理解有一定的困難，因此需要通過開設(shè)微電子工藝實驗課程加深和鞏固知識內(nèi)容，使學(xué)生更加直接地接觸微電子行業(yè)核心技術(shù)，了解半導(dǎo)體器件、集成電路生產(chǎn)制造加工的技術(shù)方法，從而促進學(xué)生對微電子工藝等課程的學(xué)習(xí)。因此，微電子工藝實驗教學(xué)可以有效地彌補理論教學(xué)的局限性和抽象性，促進學(xué)生對理論課的理解和提高學(xué)生的動手能力。
二、課程分析
微電子工藝課程要求掌握制造集成電路所涉及的外延、氧化、摻雜、光刻、刻蝕、化學(xué)氣相淀積、物理氣相淀積、金屬化等技術(shù)的原理與方法，熟悉雙極型和M0s集成電路的制造工藝流程，了解集成電路的新工藝和新技術(shù)。微電子技術(shù)的發(fā)展是遵循摩爾定律，快速發(fā)展變化的，雖然工程教育要求教學(xué)最新最前沿的技術(shù)，但微電子設(shè)備價格昂貴，運轉(zhuǎn)與維護費用很高，任何高校都很難不斷升級換代；而且集成電路制造技術(shù)的更新迭代主要是在摻雜技術(shù)、光刻技術(shù)、電極制造技術(shù)方面進行了技術(shù)改進，在其他方面還都是相似的，因此，在高校中單純追求工藝先進的實驗教學(xué)是不現(xiàn)實的。基于此，結(jié)合實際教學(xué)資源情況，建設(shè)主流、典型工藝技術(shù)的工藝實驗線，并開展理論聯(lián)系實踐的實驗教學(xué)是微電子工藝實驗室建設(shè)的重點。通過實驗使學(xué)生更牢固地掌握晶體管及簡單Ic的整個工藝制造技術(shù)，學(xué)會測試晶體管重要參數(shù)，以及初步了解集成電路工藝制造過程。
黑龍江大學(xué)微電子工藝實驗室已建立數(shù)十年，之前受到設(shè)備的限制，所開設(shè)的實驗都是分立的，不能完全按工藝流程完成器件的制作，沒有形成有機整體，學(xué)生缺乏對晶體管制作工藝流程的整體認識。經(jīng)過不斷發(fā)展和學(xué)校的大量投入，目前該實驗室擁有一條微電子平面工藝線，主要的設(shè)備包括磁控濺射設(shè)備、電子束蒸發(fā)設(shè)備、CVD化學(xué)氣相淀積系統(tǒng)、光刻機、離子刻蝕機、擴散爐、氧化爐、超聲壓焊機、燒結(jié)爐等。這些設(shè)備保證了微電子工藝實驗?zāi)軌虬淳w管制作工藝流程順序完成制作。同時實驗室配備了測試環(huán)節(jié)所必須的顯微鏡、電阻率測試儀、探針測試臺、半導(dǎo)體特性圖示儀等檢測儀器，通過實驗?zāi)苓M一步加深學(xué)生對微電子工藝制造過程的了解。實踐證明，以上實驗內(nèi)容對學(xué)生掌握知識和開拓視野起到十分重要的作用，效果顯著。該實驗室多年來一直開展本科生教學(xué)和本科生畢業(yè)設(shè)計、研究生畢業(yè)設(shè)計、各類創(chuàng)新實驗項目等教學(xué)、科研工作。
三、實驗教學(xué)的開展
為了達到理論實踐相互支撐與關(guān)聯(lián)，通過實驗促進理論學(xué)習(xí)，筆者根據(jù)微電子專業(yè)特點，開展了微電子工藝實驗的教學(xué)改革。在原有的微電子平面工藝實驗的基礎(chǔ)上，建立由實驗內(nèi)容的設(shè)置、多媒體工藝視頻、實際操作的工藝實驗、實驗考核方法和參觀學(xué)習(xí)五部分組成的教學(xué)方式，形成有效的實踐教學(xué)，加強了學(xué)生對制造技術(shù)和工藝流程的整體的認識，培養(yǎng)了學(xué)生對半導(dǎo)體器件原理研究的興趣，使學(xué)生對將來從事半導(dǎo)體工藝方面的研究充滿信心。
（一）實驗內(nèi)容的設(shè)置
實驗內(nèi)容主要包括四部分：
1.教師提供給學(xué)生難易不同的器件結(jié)構(gòu)（二極管、三極管、MOS管等），學(xué)生可以自主選擇；
2.根據(jù)器件結(jié)構(gòu)，計算機輔助軟件設(shè)計器件制作的工藝流程；
3.通過實驗室提供的儀器設(shè)備完成器件制作；
4.測試器件性能參數(shù)。
通過這樣設(shè)置，既能掌握微電子工藝的基本理論，又能通過實驗分析完善工藝參數(shù)，使學(xué)生完全參與其中。
（二）多媒體工藝視頻
為了讓學(xué)生對集成電路設(shè)計和微電子制造工藝有直觀的認識。結(jié)合實際的實驗教學(xué)過程，制作全程相關(guān)單項工藝技術(shù)、流程及設(shè)備操作視頻演示資料，同時強調(diào)工藝制作過程中安全操作和注意事項，防止危險的發(fā)生。
（三）實際操作的工藝實驗
工藝實驗涵蓋清洗、氧化、擴散、光刻、制版、蒸鍍、燒結(jié)、壓焊等主要工序，為學(xué)生親自動手制作半導(dǎo)體器件和制造集成電路提供了一個完整的實驗條件。學(xué)生根據(jù)所學(xué)的理論知識了解器件結(jié)構(gòu)、確定工藝條件、按照流程完成器件的制作。保證每名學(xué)生都參與到器件制作過程中。同時每個單項工序時間和內(nèi)容采取預(yù)約制，實現(xiàn)開放式實驗教學(xué)。
、
（四）實驗考核方法
在實驗教學(xué)環(huán)節(jié)中，實驗考核是重要的教學(xué)質(zhì)量評價手段。實驗著重對動手能力和綜合分析問題的能力及創(chuàng)新能力進行考核。主要考核內(nèi)容包括：
1.器件工藝設(shè)計：考核設(shè)計器件制作流程的合理性；
2.工藝實驗：考核現(xiàn)場工藝操作是否規(guī)范，選用的工藝條件是否合理；
3.測試結(jié)果：考核制作器件的測試結(jié)果；
4.實驗分析報告：考核分析問題和解決問題能力，并最終給出綜合成績。
（五）參觀學(xué)習(xí)
參觀學(xué)習(xí)有助于學(xué)生全面了解本行業(yè)國內(nèi)外發(fā)展的概況及先進的設(shè)備、現(xiàn)代化的生產(chǎn)車間和工藝水平。每年帶領(lǐng)學(xué)生參觀中國電子科技集團公司第49研究所、海格集團等企事業(yè)單位，安排相應(yīng)技術(shù)人員進行講座和交流，使學(xué)生學(xué)習(xí)到更多的寶貴經(jīng)驗和實踐知識。
數(shù)字集成電路低功耗優(yōu)化設(shè)計
隨著科技的不斷發(fā)展和進步，在集成電路領(lǐng)域當(dāng)中，數(shù)字集成電路的增長速度飛快，在各種新技術(shù)的應(yīng)用之下，集成電路系統(tǒng)的集成度和復(fù)雜度也有了很大的提升。對著移動設(shè)備、便攜設(shè)備的廣泛應(yīng)用，使得數(shù)字集成電路面臨著越來越嚴(yán)峻的功耗問題。因此，在數(shù)字集成電路的未來發(fā)展當(dāng)中，低功耗優(yōu)化設(shè)計已經(jīng)成為一個主要的發(fā)展趨勢，在數(shù)字集成電路的工藝制造、電路設(shè)計等方面，都發(fā)揮著巨大的作用。
一、低功耗優(yōu)化設(shè)計的方法和技術(shù)
對于可移動、便攜式的數(shù)字系統(tǒng)來說，功耗具有很大的作用。因此在設(shè)計數(shù)字電路的時候，應(yīng)當(dāng)分析其功耗問題。在設(shè)計數(shù)字集成電路的過程中，要對功耗、面積、性能等加以考慮。而在這些方面，存在著相互關(guān)聯(lián)和約束的關(guān)系。因此，在對數(shù)字電路性能加以滿足的前提下，對設(shè)計方案和技術(shù)進行選擇，從而實現(xiàn)低功耗優(yōu)化設(shè)計。具體來說，應(yīng)當(dāng)平衡性能、面積、功耗方面的關(guān)系，防止發(fā)生浪費的情況。對專用集成電路進行高效應(yīng)用，對結(jié)構(gòu)和算法進行優(yōu)化，同時對工藝和器件進行改進。
二、數(shù)字集成電路的低功耗優(yōu)化設(shè)計
1、門級
在數(shù)字集成電路的低功耗優(yōu)化設(shè)計中，門級低功耗優(yōu)化設(shè)計技術(shù)具有較為重要的作用，其中包含著很多不同的技術(shù)，例如路徑平衡、時許調(diào)整、管腳置換、們尺寸優(yōu)化、公因子提取、單元映射等。其中，單元映射是在設(shè)計電路中，在邏輯單元、門級網(wǎng)表之間，進行合理的布局布線。公因子提取法能夠?qū)壿嬌疃冗M行降低、對電路翻轉(zhuǎn)進行減小、對邏輯網(wǎng)絡(luò)進行簡化從而降低功耗。路徑平衡則是針對不同路徑的延遲時間，對其進行改變，從而降低功耗。
2、系統(tǒng)級
系統(tǒng)級低功耗優(yōu)化設(shè)計當(dāng)中，主要包括了軟硬件劃分、功耗管理、指令優(yōu)化等技術(shù)。其中，軟硬件劃分主要是對硬件和軟件在抽象描述的監(jiān)督，對其電路邏輯功能加以實現(xiàn)，通過對方案的綜合對比，選擇低功耗優(yōu)化設(shè)計方案。功耗管理是針對電路設(shè)計不同的工作模式，將空閑模塊掛起，從而降低功耗。而指令優(yōu)化則包含指令壓縮、指令編碼優(yōu)化、指令集提取等，通過對讀取速度、密度的提升，使功耗得到降低。
3、版圖級
在版圖級低功耗優(yōu)化設(shè)計中，需要對互聯(lián)、器件等同時進行優(yōu)化，對著集成電路工藝的發(fā)展，器件尺寸的減小，功耗也就自然降低。同時由于具有更快的開關(guān)速度，因此可以根基不同情況，在電路設(shè)計中選擇合適的器件進行優(yōu)化。而對于系統(tǒng)來說，互聯(lián)作為連接器件的導(dǎo)線，對于系統(tǒng)性能也有著很大的影響。在信號布線的過程中，可以增加關(guān)鍵、時鐘、地、電源等信號以及高活動性信號的橫截面，從而降低功耗和延時。
4、算法級
在算法級低功耗優(yōu)化設(shè)計當(dāng)中，需要對速度、面積、功耗等約束條件加以考慮，從而對電路體系編碼、結(jié)構(gòu)等進行優(yōu)化。在通常情況下，為了提升電路質(zhì)量、降低電路功耗，會采用提高速度、增加面積等方法來實現(xiàn)。算法級低功耗優(yōu)化設(shè)計與門級、寄存器傳輸級不同，這兩者都是對電路的基本結(jié)構(gòu)首先進行確定，然后對電路結(jié)構(gòu)再進行低功耗優(yōu)化調(diào)整。在算法級低功耗優(yōu)化設(shè)計當(dāng)中，主要包括并行結(jié)構(gòu)、流水線、總線編碼、預(yù)計算等技術(shù)。
5、電路級
在電路級低功耗優(yōu)化設(shè)計中，NMOS管陣列構(gòu)成的PDN完成了邏輯功能，其中只需要少量額晶體管，具有較快的開關(guān)速度，同時由于具有較低的負載電容，不存在短路電流。在電源與第之間，沒有電流通路，因此不會產(chǎn)生靜態(tài)功耗，對于總體功耗的降低有著很大的幫助。同時，在應(yīng)用的異步電路當(dāng)中，在穩(wěn)定狀態(tài)時，輸入信號才會翻轉(zhuǎn)，從而避免了輸入信號之間的競爭冒險，也避免了功耗浪費。
6、工藝級
在工藝級低功耗優(yōu)化設(shè)計中，主要包括按比例縮小、封裝等技術(shù)。隨著技術(shù)的發(fā)展，系統(tǒng)擁有了更高的集成度，器件尺寸得以減小、電容得以降低，在芯片之間，通信量也有所下降，因此功耗也能夠得到有效的控制。其中主要包括了互連線、晶體管的按比例縮小。芯片應(yīng)當(dāng)進行封裝，充分與外界相隔離，從而避免外界雜質(zhì)造成腐蝕，降低其電氣性能。而在封裝過程中，對于芯片功耗有著很大的影響。通過合理的進行封裝，能夠更好的進行散熱，從而是功耗得到降低。
7、寄存器傳輸級
在設(shè)計數(shù)字集成電路的過程中，寄存器傳輸級是一種同步數(shù)字電路的抽象模型，根據(jù)存儲器、寄存器、總線、組合邏輯裝置等邏輯單元之間數(shù)字信號的流動所建立的。在當(dāng)前的數(shù)字設(shè)計中，工作流程是寄存器傳輸級上的主要設(shè)計，根據(jù)寄存器傳輸級的描述，邏輯綜合工具對低級別的電路描述進行構(gòu)建。在寄存器傳輸級的低功耗優(yōu)化設(shè)計當(dāng)中，主要包括了門控時鐘、存儲器分塊訪問、操作數(shù)隔離、操作數(shù)變形、寄存器傳輸級代碼優(yōu)化等方法。
隨著科技的不斷發(fā)展，在當(dāng)前社會中，越來越多的移動設(shè)備和便攜設(shè)備出現(xiàn)在人們的生活中，因此，數(shù)字集成電路也正在得到更加廣泛的應(yīng)用。而在電路設(shè)計當(dāng)中，功耗問題始終是一個較為重點的問題，因此，應(yīng)當(dāng)對數(shù)字集成電路進行低功耗優(yōu)化設(shè)計，從而降低電路功耗，提升電路效率。
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硅通孔技術(shù)（TSV）是三維集成電路設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)之一，本文從其制備、應(yīng)用于系統(tǒng)中的性能參數(shù)及其意義、具體設(shè)計主要思路三個方面，對TSV在三維集成電路設(shè)計中的基礎(chǔ)概況進行分析探討。
【關(guān)鍵詞】硅通孔技術(shù) 三維集成電路 設(shè)計原則
三維集成電路是指多層面構(gòu)建集成電路，可進一步擴展布局空間，減少線路相互之間的干擾，解決信號擁堵問題，擴大頻寬，降低功耗，最終提高系統(tǒng)性能。3D封裝是三維集成電路關(guān)鍵技術(shù)，主要包括裸片堆疊封裝、疊層封裝與封裝內(nèi)堆疊三種具體實現(xiàn)形式，各有優(yōu)劣。貫穿硅通孔技術(shù)（TSV）是一種系統(tǒng)級架構(gòu)技術(shù)，可實現(xiàn)層級間裸片互聯(lián)，是目前最先進、應(yīng)用最廣泛的互聯(lián)方式之一。本次研究就基于硅通孔技術(shù)的三維集成電路基本設(shè)計進行概述與分析。
1 TSV制備
TSV制備工藝據(jù)通孔制作工藝順序可分為先通孔與后通孔兩種，先通孔是指在制備IC時同時通孔，后者是指在制備IC后通孔。
前通孔主要特征包括：（1）工藝在CMOS或BEOL制備前應(yīng)用；（2）在元件設(shè)計階段即介入應(yīng)用；（3）需嚴(yán)格的CD控制；（4）通孔寬度為5-20μm；（5）深寬比AR3：1-10：1。而后通孔主要特征為：（1）工藝在BEOL或TSV鍵合（Bonding）制備后應(yīng)用；（2）在設(shè)計階段后期介入；（3）CD控制較寬松；（4）通孔寬度20-50μm；（5）深寬比AR3：1-15：1。
通孔刻蝕技術(shù)是TSV技術(shù)的核心，強調(diào)通孔尺寸一致性，無殘渣，形成需達到一定速度，規(guī)格設(shè)計具有一定靈活性，目前僅有IBM及其部分代工廠掌握該核心技術(shù)。通孔刻蝕技術(shù)主要可分為博世工藝技術(shù)、激光刻蝕技術(shù)，兩者各有優(yōu)劣。博士工藝孔徑大小、數(shù)目、深度無特殊要求，但孔徑側(cè)面較粗糙，材料成本高，需要光刻。激光刻蝕僅適用于>10μm孔徑通孔，孔徑數(shù)目也受吞吐量影響，但通孔側(cè)壁表明光滑，耗材低，無需光刻。
通孔后，TSV需進行填充，涉及通孔絕緣、淀積與電鍍多個工藝步驟，使用材料包括硅烷、正硅酸丁酯等。填充時需要考慮填充絕緣、沉積溫度等多個方面因素，一個細節(jié)的疏忽都可能影響通孔性能，進而影響系統(tǒng)穩(wěn)定性與功效。目前，主要填充技術(shù)包括濺射沉積、均勻淀積，但考慮到成本因素，電鍍銅是目前應(yīng)用最廣泛的硅通孔填充方式。
最后為實現(xiàn)晶體TSV互聯(lián)，需應(yīng)用TSV鍵合技術(shù)，目前最常用的鍵合技術(shù)包括金屬-金屬鍵合、氧化物共熔鍵合與高分子黏結(jié)鍵合。三種鍵合技術(shù)各有優(yōu)劣，應(yīng)用均十分廣泛，但均只適用于滿足電學(xué)特性的光滑鍵合表面，不能進行機械表面與電學(xué)特性表面鍵合，金屬-金屬鍵合有望打破這種限制。
2 反映TSV性能的參數(shù)及其意義
2.1 互聯(lián)延時
全局互聯(lián)普遍被認為是集成系統(tǒng)性能提升的設(shè)計瓶頸，全局互聯(lián)產(chǎn)生的連線延時決定系統(tǒng)時鐘頻率與速度傳輸限，創(chuàng)造一種更有效的互聯(lián)策略已成為當(dāng)今電路設(shè)計中研究熱點。緩沖器插入式目前應(yīng)用最廣泛的一種縮短全局互聯(lián)延時的設(shè)計，使用靈活，有助于減少硅通孔數(shù)目與集成密度，進而降低互聯(lián)延時效應(yīng)，提高系統(tǒng)性能，降低誤差。
2.2 互聯(lián)功耗
互聯(lián)功耗與系統(tǒng)電路規(guī)模與集成密度有關(guān)，目前，互聯(lián)電容已取代門電路成為片上功耗與動態(tài)功耗主導(dǎo)因素，插入緩沖器后功耗與全局互聯(lián)規(guī)模有關(guān)。應(yīng)用硅通孔三維互聯(lián)構(gòu)架，可減少互聯(lián)需要，但卻需要更多的緩沖器，增加片上功耗，在設(shè)計PSV時，需充分考慮PSV功耗。
3 TSV三維集成具體設(shè)計主要思路
3.1 阻抗特性差異
三維集成雖然可緩解不同材料、工藝差異所產(chǎn)生的串?dāng)_噪聲，降低混合技術(shù)同化復(fù)雜度與電路模塊電磁干擾，最終降低成本，提高效效能，但與此同時，三維設(shè)計也增加了阻抗差異。阻抗差異后是源層互聯(lián)固有缺陷，應(yīng)用TSV技術(shù)互聯(lián)則增加了阻抗差異，進一步放大了這種缺陷。因此將TSV應(yīng)用三維集成系統(tǒng)構(gòu)架中，需綜合考慮阻抗差異，盡力減少阻抗差異對互聯(lián)信號的影響，避免信號發(fā)生反射或失真。
3.2 熱管理與優(yōu)化
電路工作之中不可避免的發(fā)散熱量，熱效應(yīng)已成為影響集成電路功效、元件可靠性的重要因素之一。三維集成技術(shù)增加了芯片物理層數(shù)，頂端物理層與散熱片距離顯著增加；三維集成技術(shù)縮短了物理尺寸，芯片功耗密度顯著增加，熱效應(yīng)增加，芯片內(nèi)溫度上升，可能造成元件性能下降，電遷移失敗，甚至可能造成物理損毀。應(yīng)用TSV技術(shù)，可能影響整個芯片熱擴散效果、途徑，因此在設(shè)計TSV系統(tǒng)構(gòu)架時，需對熱擴散進行預(yù)測，分析芯片內(nèi)外溫度分布，并提出熱優(yōu)化技術(shù)與策略，降低消熱阻。目前常采用的熱優(yōu)化技術(shù)策略為減薄襯底厚度，降低散熱片等效熱阻，熱驅(qū)動優(yōu)化，布局優(yōu)化，熱通孔插入，等。
4 碳納米管TSV設(shè)計
碳納米管具有優(yōu)良的電熱傳輸特性，平均自由程較長，耐高溫，是一種較理想的互聯(lián)材料，具有較大的發(fā)展?jié)摿ΑＬ技{米管電流承載密度極限遠高于銅，電子遷移穩(wěn)定，有助于克服承載不穩(wěn)定性TSV技術(shù)這一固有缺陷。碳納米管具有一維導(dǎo)體特性，熱特性較高，熱傳導(dǎo)率極高，可達到3000～8000W/m-K，將碳納米管應(yīng)用于TSV集成可極大的提高系統(tǒng)散熱能力。
5 小結(jié)
硅通孔技術(shù)是三維集成電路制造核心技術(shù)之一，其技術(shù)水平直接影響系統(tǒng)性能、穩(wěn)定性。電路設(shè)計工作者，在應(yīng)用TSV技術(shù)過程中，應(yīng)盡量采用時下成熟的TSV制備技術(shù)，把握具體設(shè)計思路，從提升系統(tǒng)整體性能出發(fā)，提升設(shè)計水平。同時，應(yīng)具有創(chuàng)新、探索精神，積極嘗試引入新材料、技術(shù)與理念，大膽嘗試，開闊設(shè)計思路，以探索更優(yōu)的設(shè)計方案。
參考文獻
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作者簡介
祝竹（1983-），女，安徽省宣城市人。2006年畢業(yè)于合肥學(xué)院，電子信息工程專業(yè)。現(xiàn)為宣城職業(yè)技術(shù)學(xué)院電工與電子技術(shù)專業(yè)教師。研究方向為電工技術(shù)與汽車電子類。
【關(guān)鍵詞】集成電路 理論教學(xué) 改革探索
【基金項目】湖南省自然科學(xué)基金項目（14JJ6040）;湖南工程學(xué)院博士啟動基金。
【中圖分類號】G642.3 【文獻標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2015）08-0255-01
隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步，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)的不斷進步，推動著計算機等電子產(chǎn)品的不斷更新?lián)Q代，同時也推動著整個信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展[1]。因此，對集成電路相關(guān)人才的需求也日益增加。目前國內(nèi)不僅僅985、211等重點院校開設(shè)了集成電路相關(guān)課程，一些普通本科院校也開設(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，從目前我國各普通院校對集成電路的課程設(shè)置來看，存在著重傳統(tǒng)輕前沿、不因校施教、不因材施教等問題，進而導(dǎo)致學(xué)生對集成電路敬而遠之，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)的實際，詳細闡述了本校當(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。
1.“集成電路原理與應(yīng)用”課程理論教學(xué)存在的主要問題
1.1理論性強，課時較少
對于集成電路來說，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，公式較多，要求學(xué)生的數(shù)學(xué)功底要好。這對于數(shù)學(xué)不是很好的學(xué)生來說，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驗條件更好的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。這對于集成電路課程的講授更增加了難度。“集成電路原理與應(yīng)用”課程只有56課時，理論課46課時，實驗課10課時。只講授教材上的內(nèi)容，沒有基礎(chǔ)知識的積累，就像空中架房，沒有根基。在教材的基礎(chǔ)上額外再講授基礎(chǔ)知識的話，課時又遠遠不夠。這就導(dǎo)致老師講不透，學(xué)生聽不懂，效果很不好。
1.2重傳統(tǒng)知識，輕科技前沿
利用經(jīng)典案例來進行課程教學(xué)是夯實集成電路基礎(chǔ)的有效手段。但是對于集成電路來說，由于其更新?lián)Q代的速度非常快，故在進行教學(xué)時，除了采用經(jīng)典案例來夯實基礎(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)不過時，學(xué)校培養(yǎng)的學(xué)生與社會需求不脫節(jié)。但目前在授課內(nèi)容上還只是注重傳統(tǒng)知識的講授，對于集成電路的發(fā)展動態(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，是教師搞好教書育人的具體依據(jù)，是學(xué)生獲得知識的重要工具。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有選定。如：2012年采用葉以正、來逢昌編寫，清華大學(xué)出版社出版的《集成電路設(shè)計》;2013年采用畢查德?拉扎維編寫，西安交通大學(xué)出版社出版的《模擬CMOS集成電路設(shè)計》;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有找到適合我校電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)學(xué)生實際情況的教材，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，夯實基礎(chǔ)
由于我校電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的學(xué)生，沒有開設(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、雙極型數(shù)字集成電路設(shè)計、CMOS數(shù)字集成電路設(shè)計、集成電路的設(shè)計方法、集成電路的制作工藝、集成電路的版圖設(shè)計等內(nèi)容，如表1所示。因此，在教學(xué)實踐中，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)實際的教材。目前，使用筆者編寫的適合于我校學(xué)生實際的理論教學(xué)講義，理順了理論教學(xué)，實現(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”課程的價值所在，在授課的過程中穿插介紹集成電路設(shè)計的前沿動態(tài)。如：從IEEE國際固體電路會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)容按照門類進行分類和總結(jié)，穿插至傳統(tǒng)的理論知識講授中，讓學(xué)生及時了解當(dāng)前集成電路設(shè)計的核心問題。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開展雙語教學(xué)互動，提高綜合能力
目前，我國的集成電路產(chǎn)業(yè)相對于國外來說，還存在著相當(dāng)?shù)牟罹唷Ｒ_展雙語教學(xué)的原因有三：一是集成電路課程的一些基本專業(yè)術(shù)語都是由英文翻譯過來的;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)商都集中在歐美國家，軟件的操作語言與使用說明書都是英文的。因此，集成電路課程對學(xué)生的英語能力要求很高，在課堂上適當(dāng)開展雙語教學(xué)互動，無論是對于學(xué)生繼續(xù)深造，還是就業(yè)都是非常必要的。
3.結(jié)語
集成電路自二十世紀(jì)五十年代被提出以來，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)與社會需求存在很大的差距。因此，對集成電路相關(guān)課程的教學(xué)改革刻不容緩。基于此，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)所存在的主要問題，并有針對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：
微電子技術(shù)是建立在以集成電路為核心的各種半導(dǎo)體器件上的技術(shù)．其主要包括系統(tǒng)電路設(shè)計、器件物理、工藝技術(shù)、材料制備、自動測試以及封裝、組裝等一系列的技術(shù)。該技術(shù)在很多方面都發(fā)揮了其重要的作用，如在生活中我們所使用的手機、電子計算機、醫(yī)療器械、移動電視等一系列的電子產(chǎn)品；還有軍事方面的武器如衛(wèi)星通信、原子彈等一系列的武器裝備中。
二、微電子的現(xiàn)狀
首先我們來介紹一F微電子的發(fā)展史，它主要經(jīng)歷以下幾個階段。第一個階段：1947年巴丁和布拉頓發(fā)明了點接觸式的晶體管；第二個階段：1958年TI公司制造出世界第一塊集成電路芯片：第三個階段：20世紀(jì)70年代進入MOS時代。那么，為什么微電子能得以發(fā)展并且發(fā)展的如此迅速昵?正是由于Mos管的高集成性和低功耗、放大倍數(shù)高等優(yōu)點，所以到70年代就進入了MOS的時代并一直發(fā)展到現(xiàn)在。盡管帥s管有哪些優(yōu)點，但這并不意味著M0s管已完全取代了晶體管的地位；在一些對速度和驅(qū)動能力要求非常高的系統(tǒng)中還是要用到晶體管。
微電子發(fā)展的如此迅速那就是否就意味著其發(fā)展的道路是一帆風(fēng)順呢?顯然是否定的。在微電子發(fā)展的過程中我們遇到了許許多多的方面困難，如工藝方面、材料方面、封裝測試方面和設(shè)計等方面都遇到了重重地障礙。其中集成電路工藝技術(shù)主要包括擴散、光刻、刻蝕、離子注入、薄膜生長以及拋光等技術(shù)。微電子在材料方面的困難豐要是隨著微電子器件尺寸的減小，一些材料已經(jīng)不能很好的滿足微電子發(fā)展的需求，人們已經(jīng)不在局限于Si、Ge、GaAs、等一些材料，而是也開始研究高K柵介質(zhì)、低K互連介質(zhì)、碳化硅(SIC)、新型化合物等半導(dǎo)體材料。在工藝方面的困難主要是隨著微電子器件尺寸的減小，其最小的特征尺寸已經(jīng)進入到納米數(shù)量級；這使得器件之間產(chǎn)生相互影響，進而影響電路的性能，嚴(yán)重的阻礙了微電子行業(yè)的發(fā)展。這就需要政府投入大量的財力和人力來進行新器件、新工藝的研究。同時在光刻技術(shù)的研究和開發(fā)中，以光子為基礎(chǔ)的光刻技術(shù)種類很多，但產(chǎn)業(yè)化前景較好的主要是紫外(U)光刻技術(shù)、深紫外(DUv)光刻技術(shù)、極紫外(EUV)光刻技術(shù)和X射線(X-ray)光刻技術(shù)，但是由于特征尺寸越來越小這使得光刻技術(shù)面臨一定的困難，①這就使得工藝線必須使用波長更短的光源。從早期的水銀燈到現(xiàn)在使用的遠紫外線，甚至使用研究中的粒子束。②導(dǎo)致光刻以及掩膜成本急劇上升。③光刻時小尺寸圖形所產(chǎn)生的干涉和衍射效應(yīng)使得光刻圖案失真越來越嚴(yán)重。在測試方面由于現(xiàn)在的電路集成度愈來越高，這使得集成電路的封裝與測試也越來越困難，而且在封裝測試后芯片成品率也不高，這也是制約微電子發(fā)展的一個重要的因素。
三、微電子對中國未來經(jīng)濟發(fā)展的意義
微電子的發(fā)展在我國的經(jīng)濟發(fā)展和軍事力量的發(fā)展中占有十分重要的地位。同時微電子對人們生活水平產(chǎn)生了重大的影響。在生活水平方面隨著微電子的發(fā)展人們的生活水平也在不斷地提高。如家用電器的功能的增加和性能增強提高了人們生活質(zhì)量，而且隨著微電子的發(fā)展許多電器價格都非常便宜。在軍事方面的意義：不僅提高作戰(zhàn)軍事裝備和作戰(zhàn)平臺的性能(如雷達和導(dǎo)航系統(tǒng)等)，而且導(dǎo)致新式武器和裝備的產(chǎn)生，同時，微電子技術(shù)改變了傳統(tǒng)的作戰(zhàn)方式，這將會從近距離戰(zhàn)爭發(fā)展到未來的遠距離的電子信息戰(zhàn)。只有把微電子發(fā)展起來，一個國家才可以真正的強大起來．如近幾年來我國的海權(quán)一直都得不到保護正是由于我國海上防衛(wèi)能力還不夠強大，歸根到底是由于設(shè)備技術(shù)的落后，所以只有大力發(fā)展微電子我國才能夠在未來真正成為科技強國。
四、微電子發(fā)展的趨勢
微電子學(xué)是一門發(fā)展十分迅速的學(xué)科，而且微電子集成電路的發(fā)展一直都遵循“摩爾定律”。所謂的“摩爾定律”是指集成電路上可容納的晶體管數(shù)目，約每隔18個月便會增加一倍，性能也將提升一倍，當(dāng)價格不變時；或者說，每一美元所能買到的電腦性能，將每隔18個月翻兩倍以上。21世界的微電子發(fā)展趨勢主要有：第一、各國的微電子都在向減小器件尺寸方面和集成度不斷提高方面發(fā)展，即微電子特征尺寸將由微米一亞微米一深亞微米一納米甚至更小。尤其是國外發(fā)達國家正在向0．1微米以下的工藝發(fā)展，這更加拉大了我國與發(fā)達國家之間的差距。第二、發(fā)展片上系統(tǒng)(SOC)。其主要是將傳感器、執(zhí)行單元和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)集成在一塊芯片上，從而完成信息的采樣、處理等功能。第三、微電子技術(shù)與其它學(xué)科結(jié)合的產(chǎn)物。如她Ms技術(shù)，它是微電子技術(shù)與機械、力學(xué)、光學(xué)等領(lǐng)域結(jié)合的產(chǎn)物；還有用于醫(yī)療的生物芯片，其豐要微電子技術(shù)與生物工程技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。
五、微電子發(fā)展的策略
縱觀近幾年來我國微電子的發(fā)展情況可知，我國微電子行業(yè)嚴(yán)重缺乏技術(shù)人員，特別是集成電路設(shè)計工程師。由這一國情也就決定了我國未來幾年微電子的發(fā)展方向以及人才的培養(yǎng)方向。微電子是衡量一個國家綜合國力的重要指標(biāo)，同時也在我國經(jīng)濟發(fā)展以及國家安全方面占有舉足輕重的地位，這就需要我們國家重視對微電子的發(fā)展，對微電子人才的培養(yǎng)。關(guān)于微電子的發(fā)展我提幾條意見：①根據(jù)國內(nèi)微電子專業(yè)發(fā)展情況，大量培養(yǎng)微電子專業(yè)人才已經(jīng)是迫在眉睫。同時，在培養(yǎng)人才的過程中我們也更應(yīng)該注意人才培養(yǎng)的質(zhì)量。②應(yīng)該根據(jù)微電子專業(yè)的市場需求培養(yǎng)多層次、專業(yè)化人才，加強學(xué)校和企業(yè)的合作，了解企業(yè)需要的人才類型，加強各個高校在微電子學(xué)方面研究成果的交流。同時我們也應(yīng)該注重理論聯(lián)系實際；為學(xué)生提供實習(xí)的機會也是必不可少的，這樣就可以培養(yǎng)學(xué)生的實際動手能力。③時刻了解國外微電子發(fā)展動態(tài)，專業(yè)課程可以直接采用或參考國際最新的優(yōu)秀教材；聘請具有豐富實踐經(jīng)驗的專家教授進行授課；創(chuàng)造機會，鼓勵教師與企業(yè)合作進行研發(fā)項目，了解實際應(yīng)用需求，并據(jù)此來完善各高校教學(xué)大綱。
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關(guān)鍵詞 半導(dǎo)體器件 半導(dǎo)體物理 教學(xué)思考
中圖分類號：G642 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1002-7661（2017）02-0058-02
隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，微電子技術(shù)已滲透到滲透到國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域。《半導(dǎo)體器件物理》是微電子技術(shù)的理論基礎(chǔ)，是理解半導(dǎo)體器件內(nèi)部工作原理的課程，是分析器件物理結(jié)構(gòu)、材料參數(shù)與器件電學(xué)性質(zhì)之間的聯(lián)系，其提供了半導(dǎo)體物理與電子電路設(shè)計間的物理邏輯與數(shù)學(xué)聯(lián)系，是基于CMOS工藝設(shè)計集成電路的必備知識。因而，在教學(xué)過程中，如何將物理圖像、數(shù)學(xué)模型與電子電路設(shè)計間的關(guān)系講解清楚，讓學(xué)生從物理和集成電路設(shè)計的角度深層次理解半導(dǎo)體器件成為授課關(guān)鍵。
一、教學(xué)內(nèi)容與預(yù)期
《半導(dǎo)體器件物理》是微電子科學(xué)與工程專業(yè)的重要專業(yè)基礎(chǔ)課程，是在半導(dǎo)體物理課程基礎(chǔ)上繼續(xù)開展器件物理的分析、建模和應(yīng)用，具有物理理論抽象、概念細節(jié)多、半導(dǎo)體物理與電路等學(xué)科知識相交叉等特點，學(xué)生學(xué)習(xí)較為困難。基于此，本課程授課以施敏先生著的《半導(dǎo)體器件物理》為主要教材，依據(jù)教學(xué)大綱和學(xué)生未來的工作實踐，對《半導(dǎo)體器件物理》課程教學(xué)內(nèi)容進行了調(diào)整、充實和刪減。具體來說《半導(dǎo)體器件物理》教學(xué)內(nèi)容可分為以下幾部分：1）介紹半導(dǎo)體材料、PN結(jié)、半導(dǎo)體表面的特性等，2）講解雙極型、MOS型晶體管的結(jié)構(gòu)和工作原理，3）分析幾種有重要應(yīng)用的半導(dǎo)體器件，如功率MOSFET、IGBT和光電器件等。[1，2]期望學(xué)生接受教學(xué)后的預(yù)期能力：1）能夠深入理解半導(dǎo)體器件關(guān)鍵物理概念和能帶理論；2）能夠?qū)雽?dǎo)體物理與半導(dǎo)體PN結(jié)的行為結(jié)合起來理解分析；3）能夠以半導(dǎo)體PN結(jié)為基礎(chǔ)理解幾種不同的半導(dǎo)體器件；4）能夠理解和提出新型半導(dǎo)體器件設(shè)計中的關(guān)鍵物理和電學(xué)問題。
二、教學(xué)方法及學(xué)生能力目標(biāo)
本課程以課堂授課為主，同時引入小組和班級討論、課后建模實踐等互動教學(xué)方法，培養(yǎng)學(xué)生構(gòu)建器件物理圖像、建模和與電子電路設(shè)計綜合聯(lián)系的能力，獨立發(fā)現(xiàn)、分析、解決器件問題的能力。同時基于《半導(dǎo)體器件物理》課程的特點，在教學(xué)手段上采用板書公式推導(dǎo)與多媒體器件模型演示為主，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源為輔，同時邀請集成電路產(chǎn)業(yè)半導(dǎo)體器件資深專家講座等形式，提高學(xué)生掌握知識和設(shè)計實踐的能力，提高教學(xué)質(zhì)量。讓學(xué)生漸進達到如下能力：（1）知道基本概念，（2）從理論上理解和解釋，（3）能夠根據(jù)器件理論做出計算、模擬和實際的器件應(yīng)用，（4）對器件進行綜合、設(shè)計、分析；（5）對器件能夠從物理和電學(xué)的角度做出專業(yè)評價。
三、學(xué)生學(xué)習(xí)效果評價方式
為了客觀評價每個學(xué)生的實際學(xué)習(xí)效果和激勵學(xué)習(xí)興趣，改革評價方式是十分必要的。在期末閉卷考試基礎(chǔ)上，對成績評價方式作如下新探索：增加平時成績比例，每個月進行一次小測試，針對幾個集成電路廣泛應(yīng)用的建模理論和半導(dǎo)體器件，要求學(xué)生從半導(dǎo)體物理的角度作出獨立的分析報告，可以在課后查閱文獻資料，并在后續(xù)課堂上進行交流討論，增強學(xué)生獨立思考與實踐動手能力，培養(yǎng)學(xué)生深度器件分析能力。
課堂教學(xué)改革需要教師不斷思考、總結(jié)與創(chuàng)新，即要傳授知識，又要與學(xué)生互動反饋，讓學(xué)生更深刻迅速的理解專業(yè)知識，并能靈活的實踐運用。
參考文獻：
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[2]Donald Neamen著.趙毅強等譯.半導(dǎo)體物理與器件[M].北京：電子工業(yè)出版社，2013.
[3]楊虹等.面向21世紀(jì)的微電子技術(shù)人才培養(yǎng)-微電子技術(shù)專業(yè)本科生教學(xué)計劃的制訂[J]，重慶郵電大學(xué)學(xué)報，2004.
【關(guān)鍵詞】IC產(chǎn)業(yè)集群升級地方政府作用政策建議
【中圖分類號】F291.1 【文獻標(biāo)識碼】A 【文章編號】1004-6623（2012）05-0089-04
一、上海IC集群總體概況
上海IC集群，是以IC制造為重點，包括IC設(shè)計、封裝、測試、原材料、光掩膜，以及模具、設(shè)備生產(chǎn)和維護、人才培訓(xùn)等相關(guān)配套服務(wù)的較為完整的IC地方產(chǎn)業(yè)網(wǎng)絡(luò)。上海IC集群的空間范圍，是以張江高科技園區(qū)為核心、延伸到金橋出口加工區(qū)和外高橋保稅區(qū)的浦東微電子產(chǎn)業(yè)帶（核心區(qū)），和漕河涇、松江、青浦為擴展區(qū)的IC產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)。其中芯片制造業(yè)代表企業(yè)有中芯國際集成電路制造有限公司、上海宏力半導(dǎo)體制造有限公司和上海華虹NEC電子有限公司；芯片設(shè)計企業(yè)代表有展訊通訊（上海）有限公司、AMD；封裝測試企業(yè)代表有安靠和日月光等；設(shè)備材料業(yè)企業(yè)代表有中微半導(dǎo)體設(shè)備（深厚）有限公司和盛美半導(dǎo)體設(shè)備有限公司。
上海IC集群，在全國占有非常重要的地位。多年銷售收入在全國集成電路產(chǎn)業(yè)中占據(jù)1/3以上的份額（表1）。從產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)看，芯片制造業(yè)、設(shè)計、封裝測試等產(chǎn)業(yè)都占有114以上的比重。
公共服務(wù)平臺建設(shè)一直是上海營造產(chǎn)業(yè)環(huán)境，提高產(chǎn)業(yè)高端技術(shù)的研發(fā)實力、加快高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化步伐的重要抓手。國家在上海建立了第一個國家級集成電路產(chǎn)業(yè)基地、第一家集成電路設(shè)計專業(yè)孵化器，目前集成電路產(chǎn)業(yè)的公共服務(wù)平臺主要有上海集成電路研發(fā)中心、上海集成電路技術(shù)與產(chǎn)業(yè)促進中心、上海硅知識產(chǎn)權(quán)交易中心和上海集成電路測試技術(shù)平臺。上海集成電路研發(fā)中心擁有開放的集成電路工藝技術(shù)研發(fā)和中試平臺。主要業(yè)務(wù)包括為行業(yè)提供技術(shù)來源和知識產(chǎn)權(quán)保護、工藝研發(fā)和驗證服務(wù)，面向設(shè)計企業(yè)開發(fā)特色工藝模塊和人才實訓(xùn)等。上海集成電路測試技術(shù)平臺則以政府補貼、有償共享的方式，為集成電路開發(fā)和生產(chǎn)企業(yè)提供專業(yè)測試技術(shù)服務(wù)。
二、上海IC集群升級面臨的主要問題
1.產(chǎn)業(yè)規(guī)模偏小，盈利能力弱
上海集成電路產(chǎn)業(yè)的整體發(fā)展還處于初始階段，突出表現(xiàn)為產(chǎn)業(yè)規(guī)模小，單體規(guī)模小，盈利能力弱。在產(chǎn)業(yè)構(gòu)成上，2009年上海IC設(shè)計業(yè)銷售收入為36.5億元、制造業(yè)為146.7億元、封測業(yè)為183.7億元，僅為臺灣新竹IC的1/25、1/11和1/4。同國際先進集成電路企業(yè)比較，上海集成電路企業(yè)在規(guī)模和盈利能力上均有很大的差距。中芯國際為上海最大的集成電路制造企業(yè)，與全球第一的代工廠的臺積電相比，銷售收入僅為臺積電的15%，盈利能力更是相差甚遠。中芯國際與新加坡特許半導(dǎo)體銷售收入分列全球第三、四位，但前者毛利率僅為后者的1/3。展訊作為上海最大的設(shè)計公司，在銷售收入、研發(fā)投入和盈利能力等方面，與國際著名設(shè)計公司都存在較大差距。
2.在全球價值鏈中處于低端環(huán)節(jié)
上海IC地方產(chǎn)業(yè)網(wǎng)絡(luò)，是以代工制造環(huán)節(jié)嵌入生產(chǎn)者驅(qū)動的價值鏈當(dāng)中，主要從事一般元器件的生產(chǎn)以及整機的加工和組裝。設(shè)計公司弱小，制造封裝測試環(huán)節(jié)規(guī)模最大，近年IC產(chǎn)業(yè)3/4以上銷售收入來源于制造和封裝測試等低價值鏈環(huán)節(jié)。由于IC產(chǎn)業(yè)是知識技術(shù)、資本密集型產(chǎn)業(yè)，全球IC產(chǎn)業(yè)價值鏈由研發(fā)設(shè)計力量強大、制程技術(shù)先進，并掌握系統(tǒng)集成核心技術(shù)的美、歐、日的IDM（整合元器件制造）公司控制。他們通過制定規(guī)制、標(biāo)準(zhǔn)和監(jiān)督規(guī)則、標(biāo)準(zhǔn)的實施，來整合價值鏈的價值創(chuàng)造活動，最終獲取了價值創(chuàng)造的絕大部分。
3.周邊地區(qū)形成了對上海IC集群的強勁競爭和挑戰(zhàn)
除集成電路設(shè)計業(yè)落后、中高級技術(shù)人員不足的制約因素外，商務(wù)成本提高也使得上海IC集群面臨挑戰(zhàn)。雖然集成電路業(yè)特別強調(diào)企業(yè)網(wǎng)絡(luò)的完善性，但是商務(wù)成本（包括土地成本、勞動力成本等）等因素也會顯著影響產(chǎn)業(yè)鏈上某些環(huán)節(jié)的分布。土地作為一種不可再生資源，近年來隨著上海經(jīng)濟的發(fā)展而價格飛漲，上海的勞動力成本與周邊的蘇州、無錫相比也逐漸喪失優(yōu)勢。集成電路企業(yè)選址時不得不權(quán)衡上海的集聚效應(yīng)帶來的成本降低、較高的要素成本與預(yù)期利潤。一些集成電路制造廠投資項目最終主要因為上海的商務(wù)成本過高而選擇了上海周邊地區(qū)，2008及2009年江蘇省的銷售收入已超過上海市，成為國內(nèi)集成電路第一大省。近兩三年隨著武漢新芯12英寸生產(chǎn)線、成都成芯和重慶渝德8英寸生產(chǎn)線建成投產(chǎn)、英特爾成都封裝測試工廠投產(chǎn)以及西安應(yīng)用材料公司技術(shù)中心的建設(shè)，中西部地區(qū)IC產(chǎn)業(yè)發(fā)展的勢頭不可小覷。
4.國際硅周期和金融危機對上海IC集群的沖擊
2000年以來，隨著全球化的推進、跨國公司的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移，上海IC集群經(jīng)歷了快速發(fā)展階段后，遭遇了前所未有的國際集成電路行業(yè)和金融危機的巨大沖擊。從銷售收入來看，2001年到2004年翻了一番，2003至2006年年均增長率達到50%。到2007年步入硅周期，全球集成電路產(chǎn)業(yè)不景氣，上海集成電路產(chǎn)業(yè)僅實現(xiàn)銷售收入389.5億元，同比增長2.5%.增速明顯放緩。受到國際半導(dǎo)體市場的影響，2008—2009年上海IC產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)負增長，2009年銷售收入降為402億元，增長率為一12%，比同期全國IC產(chǎn)業(yè)銷售收入跌幅還多1個百分點，這說明，上海IC產(chǎn)業(yè)遭遇了較全國更大的沖擊。
三、推進上海IC集群升級的政策建議
1.科學(xué)制定上海IC集群規(guī)劃，實施價值模塊協(xié)同網(wǎng)戰(zhàn)略
一是要找準(zhǔn)上海IC集群在全球和全國價值鏈中的位置。隨著國家實施“國家科技重大專項”和本市加緊實施推進“高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化”等項目，抓住整機業(yè)與集成電路設(shè)計業(yè)的聯(lián)動環(huán)節(jié)，形成從集成電路設(shè)計、制造、封裝測試到產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的大產(chǎn)業(yè)鏈，確立產(chǎn)業(yè)升級路線圖，確立上海IC在全國IC設(shè)計業(yè)及其產(chǎn)業(yè)化的領(lǐng)先地位，并推動上海IC集群在全球價值鏈中的位置不斷攀升。
二是調(diào)整和優(yōu)化區(qū)域產(chǎn)業(yè)布局及定位。科學(xué)分析浦東、松江、紫竹園區(qū)的產(chǎn)業(yè)鏈優(yōu)勢環(huán)節(jié)，每個園區(qū)確立1～2個優(yōu)勢環(huán)節(jié)，其余非優(yōu)勢環(huán)節(jié)給予鼓勵政策轉(zhuǎn)移到相應(yīng)園區(qū)，避免過度競爭，資源浪費。張江重點發(fā)展集成電路設(shè)計和微電子裝備；外高橋發(fā)展集成電路封裝測試；金橋建設(shè)國家級通信產(chǎn)業(yè)基地，重點集聚和發(fā)展移動通訊設(shè)備和光機電一體化；康橋發(fā)展以華碩公司為標(biāo)桿企業(yè)的手機、個人電腦等消費類終端產(chǎn)品。
三是實施價值模塊協(xié)同網(wǎng)絡(luò)（VMCN）戰(zhàn)略。模塊協(xié)同網(wǎng)絡(luò)是通過加強集群內(nèi)相關(guān)企業(yè)間的水平聯(lián)系，通過協(xié)作、創(chuàng)新、競爭全面滿足市場的差異化需求，將模塊供應(yīng)商、業(yè)務(wù)流程與系統(tǒng)管理等結(jié)合在一起，形成強大、集成、靈敏的全球化模塊化產(chǎn)業(yè)集群。上海IC集群可以發(fā)揮地方政府的優(yōu)勢，將集群內(nèi)的大量同類型本地企業(yè)，協(xié)同組織，建立復(fù)雜的水平聯(lián)系網(wǎng)絡(luò)，協(xié)同集群內(nèi)中介服務(wù)機構(gòu)、大學(xué)和科研機構(gòu)等區(qū)域本地行為主體，組成靈活敏捷、協(xié)同互補的動態(tài)經(jīng)濟體系，有效實現(xiàn)價值創(chuàng)造過程的網(wǎng)絡(luò)化整合，并通過企業(yè)和不同知識背景、知識結(jié)構(gòu)的不同行為主體的知識交流與碰撞，激發(fā)集群創(chuàng)新發(fā)生。在有效利用全球網(wǎng)絡(luò)的同時，積極實施本土化戰(zhàn)略，增加網(wǎng)絡(luò)的密度，拓寬相互學(xué)習(xí)的界面。
2.加快IC產(chǎn)業(yè)整合轉(zhuǎn)型，提升創(chuàng)新能力
對上海IC產(chǎn)業(yè)來說，加快整合轉(zhuǎn)型，促進產(chǎn)業(yè)集聚和企業(yè)做大做強，同樣是IC集群升級的緊迫需要。應(yīng)抓住國家鼓勵產(chǎn)業(yè)整合重組的機遇，采取強有力的扶持措施，通過政策、資金和市場引導(dǎo)等途徑，對產(chǎn)品技術(shù)水平高和市場前景好的企業(yè)，加快整合IC芯片制造、設(shè)計企業(yè)，建立自主可控的集成電路產(chǎn)業(yè)體系，盡快形成幾個上規(guī)模的企業(yè)，為培育世界級集成電路企業(yè)作準(zhǔn)備。以IC產(chǎn)業(yè)航母，撬動龍頭企業(yè)的跨國混合網(wǎng)絡(luò)，加速集群國際知識的獲取、吸收、創(chuàng)造性運用，從而為本地IC集群的跨越式升級創(chuàng)造條件。要從自身實際出發(fā)，加快技術(shù)和產(chǎn)品創(chuàng)新速度。要以《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要》確定的16個國家重大專項重點提升集成電路企業(yè)研發(fā)創(chuàng)新能力、突破核心技術(shù)的機遇，引導(dǎo)本地企業(yè)根據(jù)國內(nèi)市場的實際需求加大新產(chǎn)品的開發(fā)力度，快速占領(lǐng)新興市場，增加企業(yè)競爭力。
3.爭取國家和地方的政策支持，實施積極的人才戰(zhàn)略
一是落實2008年財稅1號文有關(guān)優(yōu)惠政策，國家規(guī)劃布局內(nèi)軟件企業(yè)涵蓋重點集成電路設(shè)計企業(yè)，將集成電路設(shè)計企業(yè)認定為“生產(chǎn)型企業(yè)”，享受出口退稅政策，使其在國內(nèi)完成設(shè)計后順利投入生產(chǎn)出口到國內(nèi)外市場，并將集成電路產(chǎn)業(yè)優(yōu)惠政策覆蓋半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈諸環(huán)節(jié)。二是對公司的跨國研發(fā)給予財政政策支持，取消“出口”和“進口”的雙向稅賦成本，規(guī)定企業(yè)在國外的研發(fā)專利可以作為國內(nèi)企業(yè)申報高新技術(shù)企業(yè)的依據(jù)，可以享受相關(guān)稅收減免的優(yōu)惠政策。三是鼓勵地方企業(yè)利用中國本土大學(xué)、科研院所等與國外相應(yīng)機構(gòu)的“非贏利合作”關(guān)系，建立國外有關(guān)法律、科技制度的“專家咨詢庫”，通過“迂回”戰(zhàn)略間接嵌入到西方知識網(wǎng)絡(luò)，從而脫離于跨國公司獨立發(fā)展奠定基礎(chǔ)。
IC產(chǎn)業(yè)是知識密集型產(chǎn)業(yè)，專業(yè)化、高端人才對于IC集群的升級至關(guān)重要。可以借鑒國外的發(fā)展經(jīng)驗，制定高工資、低（零）個人所得稅、股權(quán)獎勵等優(yōu)惠的人才吸引政策，吸引海外集成電路設(shè)計、制造、管理專家前來工作。可以通過提高員工待遇。加強產(chǎn)業(yè)間的網(wǎng)絡(luò)聯(lián)動來進一步強化企業(yè)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢。同時重視技術(shù)人才的培養(yǎng)，為基層作業(yè)員、技工、工程師提供較好的專業(yè)素質(zhì)培訓(xùn)。這樣的措施對設(shè)計企業(yè)和制造企業(yè)都是至關(guān)重要的。當(dāng)然，要從根本上解決上海IC人才問題，地方政府必須制定積極人才政策，將人才待遇與戶籍制度、住房、社會保障、配偶工作、子女教育與就業(yè)統(tǒng)籌考慮，使人才引得來、留得住。
4.充分發(fā)揮協(xié)會、企業(yè)管理咨詢服務(wù)平臺職能
建議政府及其相關(guān)部門“抓大放小”，將具體事務(wù)性職能交由協(xié)會辦理。在建立產(chǎn)業(yè)同盟方面，建議進一步發(fā)揮好行業(yè)協(xié)會的作用，促進和推動lC產(chǎn)業(yè)的協(xié)同發(fā)展。可以授權(quán)協(xié)會實施或參與產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟的培育、建設(shè)和運作，構(gòu)建公共服務(wù)平臺，通過協(xié)會的推進來形成產(chǎn)學(xué)研結(jié)合的運行機制，發(fā)揮協(xié)會在行業(yè)管理中的主體作用。可以參考香港政府和香港工程師協(xié)會的做法，以政府（工程類）公務(wù)員的要求對協(xié)會的會員標(biāo)準(zhǔn)進行認定。在提升企業(yè)自主創(chuàng)新能力方面，政府和市、區(qū)兩級行業(yè)協(xié)會結(jié)合起來，具體放手讓協(xié)會去做。提供孵化樓的同時，為中小企業(yè)提供更加優(yōu)質(zhì)的創(chuàng)業(yè)服務(wù)；打造風(fēng)險投資機構(gòu)積聚地，重點培養(yǎng)有自主創(chuàng)新的重點企業(yè)。通過行業(yè)協(xié)會，促成IC產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟。
1.實訓(xùn)室建設(shè)
為了滿足本專業(yè)的發(fā)展需求，完善“3模塊4階段”的人才培養(yǎng)模式，構(gòu)建“項目任務(wù)驅(qū)動、理實一體化”相結(jié)合的教學(xué)模式，形成科學(xué)的學(xué)生學(xué)業(yè)評價體系，在原有基礎(chǔ)上擴建和完善我校本專業(yè)實訓(xùn)基地，打造“理實一體化”、“工學(xué)結(jié)合”的教學(xué)環(huán)境。校企合作，建設(shè)兩條80工位的SMT與THT相結(jié)合的生產(chǎn)線，變消耗性實訓(xùn)為生產(chǎn)性實訓(xùn)，在原基礎(chǔ)上改建增設(shè)電子技術(shù)、電工技術(shù)、電氣控制與安裝、空調(diào)與制冷設(shè)備安裝維修等10余間理實一體化教學(xué)功能教室。
2.實訓(xùn)文化建設(shè)
根據(jù)現(xiàn)代電子技術(shù)日新月異、普及面廣、技術(shù)性強的特點，強調(diào)企業(yè)文化進校園、進課堂、進學(xué)生頭腦，對照企業(yè)生產(chǎn)規(guī)程創(chuàng)建實訓(xùn)文化環(huán)境。主要包含專業(yè)理念、企業(yè)文化、職業(yè)素養(yǎng)、培養(yǎng)目標(biāo)、職業(yè)道德、工藝要求、安全規(guī)范、操作流程、操作規(guī)程、專業(yè)前景、制度管理等內(nèi)容。
二、實施“項目任務(wù)驅(qū)動、理實一體化”結(jié)合的教學(xué)模式
將學(xué)習(xí)內(nèi)容項目模塊化、項目單元化，通過項目內(nèi)容的確定，層層分任務(wù)，如電子產(chǎn)品的設(shè)計及生產(chǎn)，就是通過嚴(yán)格細分項目任務(wù)來實施的，以真正體現(xiàn)電子技術(shù)應(yīng)用的專業(yè)特點。在教學(xué)中，教師根據(jù)項目內(nèi)容細分任務(wù)，也有利于教學(xué)任務(wù)的實施，有利于知識與技能的輔導(dǎo)，也有利于培養(yǎng)學(xué)生的團結(jié)協(xié)作精神。學(xué)生在完成任務(wù)的過程中，培養(yǎng)職業(yè)意識和專業(yè)技能，實現(xiàn)從專業(yè)知識的學(xué)習(xí)到方法能力的培養(yǎng)。在教學(xué)中體現(xiàn)師生“教、學(xué)、做”融為一體的過程。如學(xué)生在理論知識指導(dǎo)下進行電子產(chǎn)品裝配，通過產(chǎn)品裝配印證和鞏固專業(yè)理論，在“由學(xué)到做”中體會，在“由做到學(xué)”中深化，最終達到激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)主觀能動性，促進教學(xué)質(zhì)量提高的目的。
1.項目任務(wù)驅(qū)動，直觀感受、親身體驗
實驗內(nèi)容設(shè)計以產(chǎn)品或工程為載體，項目化、層層任務(wù)分解，前后相互融會貫通，實驗實訓(xùn)過程和結(jié)果盡可能通過聲、光、電等體現(xiàn)，同時先易后難，先簡后繁。如在做三極管放大電路及靜態(tài)工作點測量實驗時，若只進行電路的焊接和測量，學(xué)生對三極管放大作用無直觀體會，印象和理解都不深。若再增加一級射極輸出器和駐極體話筒、耳機(揚聲器)構(gòu)成助聽器，通過輸入與輸出聲音的前后對比，學(xué)生對放大電路放大作用有了直觀認識；同理也可用信號發(fā)生器輸入信號，通過示波器觀察電路工作點對信號波形的影響。在電路工作點正常和不正常時，仔細聽聲音的變化，直觀了解什么是信號失真。
2.理實一體化，聯(lián)系實際、學(xué)以致用
請進企業(yè)專家?guī)ьI(lǐng)專業(yè)教師、與企業(yè)生產(chǎn)聯(lián)系，同時為學(xué)生指導(dǎo)實訓(xùn)項目，把優(yōu)化后的師資與優(yōu)化后的理實一體化功能實訓(xùn)室相結(jié)合，如通過調(diào)頻收音機、報警器、功放等實際生產(chǎn)項目為例指導(dǎo)學(xué)生自己組裝、檢修，通過其結(jié)構(gòu)進一步掌握工藝組裝方面的知識，學(xué)習(xí)由多個單元電路組合成一個電子產(chǎn)品及電路功能轉(zhuǎn)換方面的知識，通過原理圖、裝配圖、印刷板圖的結(jié)合，提高學(xué)生讀圖識圖地能力。通過對實際產(chǎn)品的組裝、調(diào)試培養(yǎng)學(xué)生的操作能力。引入調(diào)試維修產(chǎn)品的基本概念，培養(yǎng)學(xué)生測試元件基本量的操作能力。其次，注意發(fā)展學(xué)生求異思維和創(chuàng)新能力，鼓勵學(xué)生獨立設(shè)計實驗方案，正確選擇實驗儀器，預(yù)測觀察現(xiàn)象，得出有關(guān)結(jié)論。具體講，首先引導(dǎo)學(xué)生弄清課題含義，明確實驗?zāi)康模瑔l(fā)他們運用已有知識和技能設(shè)計實驗方案；然后讓他們“八仙過海，各顯其能”。對此教師不要輕易裁決，可引導(dǎo)學(xué)生從步驟是否簡便、操作是否準(zhǔn)確、技能是否熟練、結(jié)論是否可靠等方面進行比較、分析；最后再讓學(xué)生去實踐，在實踐中去探索、去創(chuàng)新。
3.擴展前沿知識、開闊眼界
“現(xiàn)在中國最缺的就是自主研發(fā)的能力和素養(yǎng)。我們要做的就是打造完全民族自主知識產(chǎn)權(quán)的軟件，成為材料設(shè)計、器件模擬計算軟件領(lǐng)域全球的引領(lǐng)者。”在位于上海張江國家自主創(chuàng)新示范區(qū)的鴻之微科技（上海）股份有限公司（以下簡稱鴻之微）寫字樓辦公室里，創(chuàng)始人、董事長曹榮根坐在《中國經(jīng)濟信息》記者面前，描繪了一幅可期的未來藍圖。
鴻之微做的事情并不普通，甚至有些難懂。這是一家致力于開發(fā)材料設(shè)計軟件、集成電路工藝參數(shù)提取軟件及集成電路器件設(shè)計軟件的科技公司。其開發(fā)的計算軟件基于最先進的量子力學(xué)理論，從原子水平出發(fā)，在不需要任何實驗參數(shù)的情況下，進行材料和器件的計算和設(shè)計。
曹榮根常常為了如何把這件事向大眾解釋地更加通俗易懂而傷透腦筋。不過，懂行的人早已拋出橄欖枝，加入這項不普通的事業(yè)中。2016年初，創(chuàng)業(yè)服務(wù)機構(gòu)茄子燴就已密切關(guān)注了鴻之微的發(fā)展，為其提供定制的企業(yè)成長支持，幫助其完善商業(yè)模式和公司結(jié)構(gòu)梳理，使鴻之微從一個外人眼中的科研機構(gòu)成功轉(zhuǎn)型為尖端技術(shù)型公司，并輔導(dǎo)鴻之微完成股改，在2016年底順利完成上海股權(quán)托管交易中心科技創(chuàng)新板掛牌。2017年初，鴻之微獲得新疆投資發(fā)展集團下屬的大西部成長產(chǎn)業(yè)投資基金和茄子燴千萬級A輪聯(lián)合投資。
如今，鴻之微已走向正軌，曹榮根覺得是時候讓所有人都知道這個名字了。
探路與布局
鴻之微提供軟件開發(fā)、軟件設(shè)計服務(wù)、材料云計算、材料數(shù)據(jù)庫服務(wù)、軟硬件一體機五個維度的服務(wù)內(nèi)容，并以集成電路、光電為第一階段核心產(chǎn)業(yè)應(yīng)用方向。
做任何新的產(chǎn)品，第一個步驟就是材料設(shè)計。而鴻之微的產(chǎn)品正是最前端的材料設(shè)計軟件，它既是材料學(xué)術(shù)領(lǐng)域的重要研究工具，又是智能制造最為尖端、最難攻克的核心技術(shù)。鴻之微擁有的材料設(shè)計軟件開發(fā)技術(shù)已經(jīng)處于全球領(lǐng)先水準(zhǔn)，這些技術(shù)主要應(yīng)用在新材料的研究與設(shè)計上，而作為工業(yè)自動化最為成熟的集成電路行業(yè)，該應(yīng)用已經(jīng)完全成熟。
高等院校、科研院所是鴻之微目前的主要服務(wù)對象，而集成電路和光電相關(guān)的企業(yè)是鴻之微產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的長遠目標(biāo)。“材料設(shè)計是按行業(yè)劃分的，集成電路是里面最特殊的一個設(shè)計，是利用軟件最成熟的行業(yè)。”據(jù)曹榮根介紹，我國集成電路領(lǐng)域一年進口額高達2000億美金，市場需求接近全球1/3，但是我國集成電路產(chǎn)值不足全球的7%，對海外技術(shù)服務(wù)依賴嚴(yán)重，上游環(huán)節(jié)甚至完全依賴海外客戶。其中，全球集成電路上游設(shè)計軟件市場一直被Synopsys、Cadence和Mentor Graphic 三家傳統(tǒng)巨頭壟斷，搶占了該板塊70%以上的份額，我國尚無一家上市企業(yè)有開展此項業(yè)務(wù)的能力。
因此，這也成為鴻之微最為看重的一個未來應(yīng)用領(lǐng)域。鴻之微自主研發(fā)的Device Studio 、Nanodcal、TCAD軟件，未來可以作為集成電路產(chǎn)業(yè)上游軟件服務(wù)商，提供材料、器件與工藝設(shè)計服務(wù)，在極小尺寸的集成電路器件模擬領(lǐng)域，是全球范圍內(nèi)最先進的軟件。“從產(chǎn)品發(fā)展角度出發(fā)，我們預(yù)計在2020年左右，在集成電路產(chǎn)業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)一個億的‘小目標(biāo)’。”曹榮根說。
除此之外，鴻之微還創(chuàng)立了良好的產(chǎn)學(xué)研模式。公司與清華大學(xué)帥志剛教授合作，將他領(lǐng)導(dǎo)的團隊自主研發(fā)的有機電致發(fā)光材料（OLED）件MOMAP推向了市場，客戶遍及歐美及亞洲，在有機光電材料領(lǐng)域有很高的知名度，萬潤、京東方、三星、TCL等知名企業(yè)都是該產(chǎn)品的見證者。
“我們正在與華為、中興談合作，”作為國內(nèi)第一家在此領(lǐng)域試水的探路者，面對謹慎的工業(yè)產(chǎn)業(yè)用戶，除了保證產(chǎn)品的準(zhǔn)確度，更多需要的是耐心。開發(fā)企業(yè)用戶是一個相對漫長的過程，在公司初期，曹榮根把目光更多放在了高校科研院所上。
“我們的第一個用戶是深圳大學(xué)，接著是上海大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)。”把產(chǎn)品植入高校，再從高校滲透到企業(yè)，這是曹榮根的策略，也是一個相對緩慢的產(chǎn)業(yè)化布局，但確實收到了不錯的效果。2016年，鴻之微在63所高校里拿下了訂單。“朋友開玩笑說，你們公司就像蝗蟲一樣，掃過了各大高校。”曹榮根說，今年還將有望增加140多個學(xué)校。
鴻之微科技的技術(shù)還可以運用在量子器件、人工生物、先進電池、智能照明、存儲器等產(chǎn)業(yè)中，輔助其完成相關(guān)的材料研發(fā)與設(shè)計，并且每一個市場都是增量市場。“我們計劃在2020年前推出多款技術(shù)領(lǐng)先的材料設(shè)計軟件，大致分布在電子材料、合金、生物科技等領(lǐng)域。”曹榮根說。
從學(xué)術(shù)到產(chǎn)業(yè)
在鴻之微成立之前，曹榮根的角色是復(fù)旦大學(xué)材料科學(xué)系材料物理與化學(xué)博士、年輕講師，幫多家集成電路公司做過技術(shù)服務(wù)。他說自己“沒那么書生氣，也沒那么一根筋”。
2011年，曹榮根去香港做訪問學(xué)者，遇到了加拿大皇家科學(xué)院院士、加拿大麥吉爾大學(xué)物理系教授郭鴻，他的主要研究領(lǐng)域為納米電子學(xué)電輸運理論，電子器件物理，材料物理，統(tǒng)計物理和計算物理。郭鴻院士長久以來的夙愿就是將產(chǎn)品從學(xué)術(shù)界帶到工業(yè)界，并填補中國在集成電路和新材料領(lǐng)域的技術(shù)空白。在與郭鴻的頭腦風(fēng)暴中，曹榮根看到了未來的機會，以及心目中的首席科學(xué)家。
對于郭鴻來說，曹榮根也是把他的產(chǎn)品實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化最合適的人選，不僅有深厚的理論研究背景，還清楚知道產(chǎn)業(yè)的需求，具備一定的商業(yè)運作能力。2014年6月，郭鴻與曹榮根一拍即合，三個月后，鴻之微成立，而當(dāng)初做這個決定，他們只用了兩個小時。
鴻之微成立后獲得上海市張江高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)的關(guān)注與支持。2014年獲得上海張江國際自主創(chuàng)新示范區(qū)專項發(fā)展基金重大項目支持，并獲得上海市金橋區(qū)政府的300萬元扶持基金。
曹榮根為鴻之微的發(fā)展制定了一個20年規(guī)劃，并親自搭建起鴻之微的公司架構(gòu)，這是一個很有特色的架構(gòu)，曹榮根稱之為“學(xué)術(shù)共享模式”，也是國內(nèi)第一家用此種模式運作的企業(yè)。鴻之微的研發(fā)體系下有四個分支：鴻之微科學(xué)研究院、鴻之微聯(lián)合研究中心、鴻之微大學(xué)和鴻之微創(chuàng)新協(xié)會。
科學(xué)研究院是支撐其研發(fā)體系的關(guān)鍵一環(huán)，由鴻之微首席科學(xué)家郭鴻擔(dān)任院長和負責(zé)人，通過鴻之微在科學(xué)領(lǐng)域的影響力，吸引國內(nèi)外知名科學(xué)家加入科學(xué)顧問團，進行學(xué)術(shù)交流，幫助產(chǎn)品研發(fā)。曹榮根說，“如果碰到很重要、想要研發(fā)的東西，我們會先從學(xué)術(shù)層面和科學(xué)家合作，從學(xué)術(shù)層面進行研究，這些研究結(jié)果既是學(xué)術(shù)成果，也是新產(chǎn)品最核心的技術(shù)，我們會在此基礎(chǔ)上進行研發(fā)，形成新產(chǎn)品。”
鴻之微以“學(xué)術(shù)共享”的模式，獲得優(yōu)質(zhì)技術(shù)的二次開發(fā)授權(quán)，并以較低成本完成商業(yè)轉(zhuǎn)化，讓科學(xué)家在學(xué)術(shù)成果基礎(chǔ)上變?yōu)楫a(chǎn)品大腦，共同打造出國際一流軟件產(chǎn)品，這種獨特模式形成的高技術(shù)壁壘也成為其最具競爭力的優(yōu)勢。
鴻之微大學(xué)與聯(lián)合研究中心是與高校進行的合作，鴻之微在高校設(shè)立教學(xué)點，由公司的培訓(xùn)人員及在校的老師進行培訓(xùn)，讓學(xué)生短時間內(nèi)擁有使用一個軟件的能力，用曹榮根的話說，有點像“職業(yè)化的研究生培訓(xùn)”。“我們并不只是為了賺錢，更重要的是提升我國材料類領(lǐng)域的科研水準(zhǔn)，這也是我們的公司的核心價值觀之一。”2017年，鴻之微將繼續(xù)加強與高校的合作，使高校成為產(chǎn)品的培訓(xùn)基地和出口。
經(jīng)過兩年的發(fā)展，鴻之微成功實現(xiàn)中型科技公司規(guī)模，其中負責(zé)技術(shù)研發(fā)和技術(shù)支持的相關(guān)專業(yè)領(lǐng)域的碩士、博士就有20余人。如今鴻之微已擁有多個完全自主知識產(chǎn)權(quán)的材料及器件設(shè)計軟件，包括1個全球?qū)＠?0項軟件著作權(quán)，31個國內(nèi)專利。從2015年的快速擴張，到2016年開始盈利，2017年，在曹榮根看來，將是開始嘗試產(chǎn)業(yè)化的一年。
未來已來
2015年，國務(wù)院印發(fā)《中國制造2025》，部署全面推進實施制造強國戰(zhàn)略，明確了包括新材料在內(nèi)的十大領(lǐng)域的發(fā)展目標(biāo)。2016年，《“十三五”國家科技創(chuàng)新規(guī)劃》出臺，指出，要在實施好“核高基”（核心電子器件、高端通用芯片、基礎(chǔ)軟件）、集成電路裝備、寬帶移動通信、數(shù)控機床等已有國家科技重大專項基礎(chǔ)上，面向2030年，再選擇一批體現(xiàn)國家戰(zhàn)略意圖的重大科技項目和工程，力爭有所突破。
2017年全國兩會上，國務(wù)院總理在作政府工作報告時表示，要“全面實施戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃，加快新材料、人工智能、集成電路、生物制藥、第五代移動通信等技術(shù)研發(fā)和轉(zhuǎn)化”，“新材料、集成電路”再次出現(xiàn)在政府工作報告中。
“中國制造2025”中有一個極為重要但卻極其薄弱的h節(jié)，就是材料與工藝設(shè)計，只有擁有了這項技術(shù)，中國的智能制造業(yè)才能真正實現(xiàn)自主化與國產(chǎn)化。
無疑，鴻之微搭上了這趟未來的順風(fēng)車，已然到達風(fēng)口。目前在集成電路行業(yè)設(shè)計輔助軟件有3大巨頭，壟斷了90億美金左右的市場，而新材料領(lǐng)域尚無巨頭出現(xiàn)。鴻之微在該領(lǐng)域尚未大規(guī)模進入產(chǎn)業(yè)市場，但其所在的集成電路行業(yè)、新材料行業(yè)均為萬億級市場，也是我國大力扶持的朝陽行業(yè)，未來增長空間巨大。
在曹榮根看來，賺錢并不是第一且唯一的。盡管有盈利需求，但他和郭鴻，和他的團隊都有同樣的愿望，那就是提升國內(nèi)材料領(lǐng)域的研究水準(zhǔn)，做出世界領(lǐng)先的擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的軟件，填補國內(nèi)市場的技術(shù)空白。
“在中國最缺的就是研發(fā)的能力和素養(yǎng)，”曹榮根對此感受頗深，“我曾經(jīng)分別對國內(nèi)和國外的企業(yè)去講鴻之微做的事情，國內(nèi)很多企業(yè)老總聽不懂我講的東西，但國外企業(yè)的職業(yè)經(jīng)理人卻一聽就懂。”原因在于，國外企業(yè)會專門有一支研發(fā)隊伍，而在中國，擁有研發(fā)隊伍的企業(yè)鳳毛麟角，大企業(yè)在研發(fā)方面進度緩慢，小企業(yè)更承擔(dān)不起研發(fā)的巨額費用。
