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2023年微电子专业系列课程建设与教学改革总结报告课程总结报告格式 微电子专业系列课程建设与教学改革 总 结 报 告 近年来国内的集成电路（以下简称：IC）产业迎来了蓬勃发展时期，社会对IC人才在数量和质量两方面都提出了更高的要求。在四川地区，Intel IC封装厂（投资3.7亿美元）、乐山菲尼克斯IC生产线（投资2亿美元）、美国芯源（MPS）公司的IC研发、设计和封装测试（投资0.12亿美元）、中芯国际IC封装厂（投资1.7亿美元），以及众多IC设计公司的建立，都须要大量高质量的与国际接轨的IC人才。“微电子专业系列课程建设与教学改革” 项目正是在国内微电子行业和四川省IC产业的这种新的需求背景下进行的。 本项目于2000年10月，由四川省教化厅立项为“四川省高等教化面对21世纪教改项目”。在省教化厅的正确指导下，电子科技高校对项目高度重视，严密组织实施，经过课题组11位老师（2位教授博导、5位副教授、1位讲师、3位助教）4年多的辛勤劳动，重点针对提高本科生培育质量，取得如下显著成果： 在课程方面，本项目新开本科生新课程5门、显著改进本科生专业基础课1门、新开大型综合性本科生试验课1门、新开本科生专业试验7个、正式出版教材2本，编写试验指导教材8本。先后获得校教学成果奖一等奖2项、校试验教学成果二等奖1项、校教学成果奖三等奖1项（参见附件2）。 在教改方面，本项目在电子科大成都学院（原电子科大-国腾微电子学院），一方面，制定并实施了一套全新的课程设置方案，着力培育微电子与电子系统复合性人才；另一个面，在国内首创探究了“因材施教，实践一年”的新的本科生教化方式。 以下从系列专业课程建设、教学改革、创新点和成果应用状况几个方面对项目进行总结。 第一部分 微电子专业系列课程建设 本项目“微电子专业系列课程建设”针对两方面的学科建设需求。其一，顺应国家半导体IC产业发展，我校于2023年起，获国家教化部批准设立“集成电 路设计与集成系统专业”（以下简称：“IC设计” 专业）。该新专业须要一批起支撑作用的专业骨干课程。其二，我校微电子技术专业，自1956年建校时开办以来，以IC为代表的专业技术迅猛发展，尽管在课程设置方面，也不断有一些调整，但是，距离行业发展和用人单位的需求仍有相当大的差距。在专业课和专业基础课方面，更是存在课程老化问题。例如：在本项目立项的2000年时的专业课和专业基础课设置与改革开放之初1978年（77级）的课程设置比较，没有太大的区分。而在这期间，硅IC技术己经完整地走完了从中、小规模（SS、MS）到大规模（LS），再到超大规模（VLSI）和超超大规模（ULSI）历程。可见，微电子技术老专业的课程更新也是非常急迫须要的。 本项目下列课程和试验形成了“IC设计专业”新专业的专业主干课程；使“微电子技术”老专业的专业课门数增加了30%，本科生专业试验数增加70%；详细状况如下： （一） 新开设本科生课程5门 IC设计与制造 “IC设计”、微电子技术专业C类必修课，学时：56，学分：3.5。 与传统的IC工艺课不同，该课程，要求学生在驾驭IC各工序工艺原理的同时还要驾驭IC版图设计技能，熟识驾驭IC版图平面与芯片工艺剖面关系，形成学生的IC工艺与版图完整的设计实力。 详细内容参见附件3。 电子设计自动化 “IC设计”、微电子技术专业C类必修课，学时：48，学分：3。 该课程应用了四川省重点科技攻关项目 “8位RISC单片机VLSI芯片” 成果（2023-2023）；开设的目的是使学生驾驭采纳HDL进行数字电路设计的方法，学会基本的VHDL的语句和编程，初步驾驭自顶向下数字电路与系统设计的实力。 详细内容参见附件4。 超大规模集成电路（VLSI）设计 “IC设计”、微电子技术专业C类必修课，C类必修课，学时：48，学分：3。 该课程应用了四川省重点科技攻关项目 “VLSI芯片多目标支持设计技术” 成果（2023-2023）；开设的目的是使学生驾驭大规模集成电路设计方法，学会基本的Verilog HDL的语句和编程，初步驾驭运用EDA工具进行VLSI自动布局布线，（APR）技术。 详细内容参见附件5。 新型半导体材料与器件 “IC设计”、微电子技术专业D类选修课，学时：32，学分：2。 该课程应用了八.五国家重点科技攻关“HEMT器件探讨”成果（1991-1995）；开设的目的是使学生驾驭化合物半导体中载流子的瞬态输运、二维电子气、超晶格、异质结、杂质和缺陷等基础理论；了解化合物半导体材料的制备技术和新型的超高频、超高速器件（HEMT、HBT、RTD）工作原理。 详细内容参见附件6。 微电子前沿VLSI中的可重构技术 “IC设计”、微电子技术专业D类选修课，学时：16，学分：1。 该课程应用了国家863科技攻关VLSI SOC专项“可编程逻辑器件核开发”成果（2023.1-2023.12）；开设的目的是使学生了解集成电路中的可重构芯片技术；驾驭各种可编程逻辑器件的工作原理和单片可编程逻辑系统SoPC的基本概念。特殊要通过对可编程逻辑器件的演化历程的了解驾驭各种可编程逻辑器件的区分与联系，从而为熟识地选用可编程逻辑器件构造电子系统，开发VLSI芯片打好基础。 详细内容参见附件7。 （二）显著改进本科生专业基础课半导体物理1门。 对历史悠久的专业基础课半导体物理教学内容做到了系统、全面改进。刚好把教学改革、教学探讨成果（多媒体网页和电子教案）和学科最新发展成 果（如低维结构的激子探讨动态、宽带隙半导体）引入教学；对于基础性与先进性，经典与现代的关系处理得当。该课程改进有以下两点突出特点： （1）多媒体网页半导体物理课件 这是针对经典专业课程之一半导体物理而开发的多媒体网页，是现代化手段和教学方法的改革，具备肯定规模，并能常常保持更新。它包含了较为完整的教学信息，由电子教案、习题与解答、试验资料、教学大纲、重点难点、关键词查询和动画观赏等几大板块构成。其中，在线电子教案中动态嵌入的反映抽象物理过程与原理的动画成为该课件的一项重要特色。网页课件既是独立的在线网络教材，也是课堂教学的现代化延长和多样化表现形式。 （2）电子教案 全部教学内容全部采纳老师自编的电子教案，内容浓缩了老师们多年的教案精髓；同时，在电子教案中引入动画，形象生动地动态展示抽象的概念和过程，充分体现了现代化教学手段的优势。 详细内容参见附件8。 （三）新开设本科生大型综合性试验课程1门 首先，本项目在学校学科建设经费中立项（学校投入55万元），将利用率不高的两条IC工艺流水线改造成了本科生IC工艺试验平台。再进一步，本项目将工艺试验平台又与学校211建设项目“大规模集成电路设计中心”（学 校投入550万元）和“四川省VLSI设计重点试验室”（学校投入5万元）的资源整合起来开出了集成电路设计与制造综合性试验课程。 该综合性试验课程内容针对IC设计、工艺制造和探针测试（中测）全流程。本科生动手进行IC版图设计、芯片制造诸工序试验并通过探针测试芯片验证设计与工艺流片结果。通过试验过程，学生对IC设计与制造有了全面的相识和体会。该综合性试验详细新开出三个学生试验，即： 试验1. “集成电路工艺全流程试验”； 试验2. “集成电路芯片测试试验”； 试验3. “集成电路版图设计”。 详细内容参见附件9. （四）新开设本科生专业试验7项 以下两项试验针对超大规模集成电路（VLSI）设计，得到学校学科建设经费 20万元资助。 现场可编程门阵列（FPGA）试验 现场可编程门阵列（FPGA）是数字电路的硬件实现形式之一，该试验使本科生能够通过FPGA验证自己的VHDL数字电路设计，驾驭数字集成电路设计的硬件仿真验证方法。详细内容参见附件10。 大规模集成电路设计与验证明验 该试验使本科生有机会运用大型电子设计自动化EDA软件，Cadence, 实践VLSI芯片设计，并测试验证自己的IC芯片设计，以熟识VLSI芯片设计全流程，驾驭芯片测试方法。详细内容参见附件11。 以下5项试验主要针对半导体物理、固体物理和微电子器件等专业基础课，得到学校学科建设经费 25万元资助。 MOS结构高频C-V特性测量试验 该试验课程开设的目的是利用以大型精密测试设备Keithly 82 WIN C-V 测试系统为核心的试验，分析监控集成电路制造工艺的材料和器件。详细内容参见附件12。 三角波电压扫描法测SiO2层中可动离子密度 该试验课程开设的目的是使学生直观相识SiO2层中可动离子，驾驭MIS 结构和MOS晶体管牢靠性物理及失效机理作基本分析的实力。详细内容参见附件13。 高频光电导衰减法测量硅（锗）单晶少子寿命 该试验课程开设的目的是使学生直观相识“半导体中的非平衡少数载流子的存在时间”这一基本半导体器件物理概念。有助于加深学生对半导体器件与IC的物理本质的相识。详细内容参见附件14。 霍尔效应测试 该试验课程开设的目的是使学生直观相识“半导体霍尔效应”这一基本半导体物理概念。驾驭迁移率这一重要半导体材料和器件参数的测试方法。详细内容参见附件15。 椭偏法测薄膜厚度和折射率 该试验课程开设的目的是使学生驾驭半导体器件和IC制造工艺中必需进行的固体薄膜参数测试方法。详细内容参见附件16。 （五）正式出版教材2本 电子设计自动化快速入门教程，作者：李平，157页，19万字，高等教化出版社，2023.7（参见附件17）。 电子设计自动化的核心是硬件描述语言HDL，VHDL是在电子系统设计中应用较多的HDL，此前已有一些教材，但是，我们在探讨工作和教学工作中发觉，己有教材一般均条理不甚清晰，较为繁杂，篇幅太长，难以在较少学时数内使学生基本驾驭VHDL。本项目教材条理清晰，深化浅出，特殊针对本科生教学需求，受到学生普遍好评。本项目教材除作为本科生课堂教材外，还作为探讨生班教材和大量本科生、探讨生毕业论文写作的重要参考书。 化合物半导体材料与器件，作者：谢孟贤，刘诺，33.7万字，高等学校电子信息类规划教材，电子科技高校出版社，2000.9（参见附件18）。 该教材是国内第一本系统反映化合物材料与器件的前沿发展的正式教 材。介绍了化合物半导体中载流子的瞬态输运、二维电子气、超晶格、异质结等先进的基础理论和基本概念以及化合物半导体材料的制备技术。重点阐述了近年来新出现的新型的超高频、超高速器件（HEMT、HBT、RTD）等重要的微电子技术新的发展方向。 （六）编写试验教材（试验指导书）8本，共153页。详细内容参见附件7-14。 其次部分 教学改革 一、全新的课程设置方案 依据IC行业和用人单位须要，在电子科大成都学院“IC设计”专业制定并 实施了一套全新的课程设置方案。该方案显著地区分于“微电子技术”老专业的课程设置方案，显著增加了通讯、单片机等电路与系统课程，着眼于培育微电子与电子系统的复合人才。参见附件19。 二、因材施教的新的教化方式 择优选择部分得才兼备的学生，在第三年级，到公司、探讨所等单位进行“实践一年”，第四年级重新回到学校学习。即用“实践一年”取代了以前的为时半年的“毕业设计” 及“生产实习”等实践环节。该方案受到学生本人、学生家长的普遍欢迎。参见附件20。 第三部分 成果创新点 新开设5门IC设计相关本科生新课程和8项相关试验 由此形成了“IC设计与集成系统”新专业（2023年新开设）的支撑性主干课程；使“微电子技术”老专业（1956年开设）的专业课门数增加了30%，本科生专业试验数增加70%。新课程和试验均以科研为基础，如硬件描述语言电路与IC设计、学生多目标芯片投片试验等，很好地体现了高等教化的前沿性。 结合专业特点，创新地提出并实现IC设计与制造综合性试验 由此使全学院本科生都能亲自设计、制作、测试IC芯片，从而使本科生的培育质量显著提高；实现了与国际先进的培育方式相同，在国内处于领先水平。 专业课程设置和本科生培育方式的首创探究 制定并实施了一套全新课程设置方案，有利于培育用人单位急需的兼备微电子与电路系统学问的复合性人才。 在国内首创：“因材施教，实践一年”新教学模式。受到学生本人、学生家长普遍欢迎。 教材建设与现代教化技术应用 出版了2本新教材；设计制作1项多媒体网页，新法教学。 第四部分 应用状况 本项目成果应用状况可概括为： 一、全部新开和改进的专业课程以及新开试验均应用于了电子科大微固学院和 电子科大-国腾微电子学院全体微电子相关专业全体本科生。包括：本部IC设计专业、微电子技术专业；国腾微电子学院IC设计专业全体本科生。 二、 集成电路设计与制造综合性试验自2023年起，被微固学院列为全学 院本科生必修课，除对上述范围学生出外，还向“固体电子专业”、“应用化学”本科生开放 三、大规模集成电路设计与验证明验己列为校公选试验课，向全校微电子、 通讯、计算机、自动限制等与线路与系统有关专业本科生开放，向他们供应验证自己大规模集成电路芯片设计的手段，供应多目标芯片（MPW）支持IC设计平台。 四、本项目全部课程和试验，按安排将向2023年第一次招生的“微电子学”理 科专业本科生开出。 五、本项目教学改革针对电子科大-国腾微电子学院全体微电子相关专业全体 本科生。 第四部分 结束语 本项目理论与试验并重的一系列新课程的开出极大地变更了微电子相关专业本科人才培育的面貌；使微电子人才培育的质量得到了显著的提高；使本科学生能够学到成体系的先进的IC相关学问和技能；弥补了传统微电子技术专业教学没有这些课程的缺陷；结合现代化多媒体教学手段的充分运用，模索出了一套有效的培育高质量微电子人才的方法。详细体现在以下几个方面： 1. IC设计与制造和IC设计与制造综合性试验使学生具有了工艺设计和版图设计、版图编辑实力。通过课程教学和试验，学生经验了IC版图设计、IC工艺和芯片测试全过程。 2. 电子设计自动化、超大规模集成电路（VLSI）设计和微电子前沿VLSI中的可重构技术及相关试验使学生具有了正向设计数字IC 或电路与系统的实力。 3. 新型半导体材料与器件和半导体测试综合性试验给学生打下了 坚实的理论基础，使学生对新材料、新器件和新型测试技术有了深刻的了解，开拓了学生的视野，激发学生学习爱好。 本项目为培育微电子与电子系统的复合人才，而创新制定的“IC设计”专业新的课程设置方案正在国腾微电子学院三个年级实施。 该学院2023级有近一半的学生能够通过双向选择到公司、探讨所“实践一年”，己经表现出新课程设置方案的优越性。目前，参加“实践一年”的同学与家长普遍非常满足。 特殊是同学们普遍反映现在才有了明确的学习目的，以前是家长“要我学”，现在是“我要学”。惊慌而有序的IC设计工作本身对学生起到了很好的教化作用。学生学习的主动性、自主性得到普遍提高，明显，他们目前的状态非常有利于他们大四回校学习。此项改革己经取得了阶段性胜利。 总之：本项目从多个层面，较深化地探讨了如何更好地培育微电子专业人才，在微电子专业系列课程建设与教学改革方面进行了较深化的创新实践。