摘 要:在分析了国内外微电子学专业教学现状的基础上, 对改革其教学内容进行了探讨, 并结合河南大学的实情提出具体的实施建议。实施结果表明,该课程设置取得了一定的成绩,具有一定的可行性。
关键词:课程改革 集成电路设计 微电子学
中图分类号:G642.3文献标识码:A 文章编号:1673-1875(2010)02-036-01
一、概述
集成电路设计与集成系统专业是2003年教育部针对国内对集成电路设计和系统设计人才大量需求的现状而最新设立的本科专业之一,核心是微电子技术,是在微电子技术专业的基础之上结合当今信息技术的发展而形成的新的工科性专业。其理论部分主要涵盖固体物理、量子力学、半导体物理等基础理论;技术类部分涵盖了微电子、制造工艺技术、集成电路设计技术的众多内容,它是多学科交叉,高技术密集的学科,是现代电子信息科技的核心技术。随着电子信息产业的发展,集成电路设计与集成系统专业的学生主要学习数理基础知识、集成电路设计技术和电子系统集成所必须的电路、计算机、信号处理、通信等知识。通过课程设计、实验、生产实习和毕业设计环节,学习各种工具的使用,使学生将所学理论基础知识逐渐转化为实际的集成电路设计和系统集成等技能。
二、集成电路设计课程改革的动力是微电子技术的发展
国内的微电子学专业基本上是在教育部1998 年重新修订本科专业目录后相继改造或重组而成的, 其前身为半导体、微电子技术、计算机、电路与系统等专业或学科, 教学内容概括起来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, 其各有特点。
我们认为,集成电路设计专业应该通过理论与实践相结合的培养模式,以培养既具有坚实的理论基础,又具有丰富的集成电路开发、电子系统集成和工程管理能力的复合型和应用型高级集成电路和电子系统集成人才为目标,同时,又要重视本专业的发展前沿和相关专业知识的拓展,开阔学生的视野,注重培养学生的动手能力。只有这样,才能满足社会需要,才能满足各种层次人才培养的要求,才能适应微电子技术的发展需要,也是我们进行相关课程改革的基本方向。
三、课程设置
集成电路设计与集成系统专业的课程设置我们认为应当以在适应当前微电子技术发展的基础之上,以提高学生的素质、技能、视野为基本出发点。为此我们把课程简单的分为理论必修课、实践必修课、选修课和毕业设计课题,理论必修课主要突出学生应具有良好的专业背景知识,具有理论大师的素质,而且其中至少要有一门为双语教学;实践必修课则突出学生动手的技能和创造性思维的技能;而选修课要突出学生视野的开阔,既在本专业方向上要了解最新的技术发展动态,又在相关交叉专业上掌握最基本的理论知识。
1.理论课必修课设置。集成电路设计是微电子技术的核心,而微电子学是一门综合性很强的边缘学科,其中包括了半导体器件物理、集成电路工艺和集成电路及系统的设计、测试等多方面的内容;涉及了固体物理学、量子力学、热力学与统计物理学、材料科学、电子线路、信号处理、计算机辅助设计、测试和加工、图论、化学等多个领域。为此我们对国内像清华大学、北京大学、复旦大学、上海交通大学等十几所高校的微电子学专业课程进行了调研,经过我们对调研资料的分析和总结,我们认为集成电路设计与集成系统专业的理论必修课应当包含的课程有以下课程: 数学物理方法、量子力学、固体物理、半导体物理、半导体器件物理、半导体材料及工艺原理、模拟集成电路分析与设计、数字集成电路分析与设计集成电路工艺技术、集成电路版图设计基础。
2.实践必修课设置。实践课的设置应在满足学生的基本设计技能上重点强调提高学生的动手能力和创造性思维能力。
为了培养学生的创新能力, 应加大设计性实验的开发力度。另外,还要强化学生在实验教学中的主体地位,以培养学生的创造性思维和实践能力。根据本专业的特点,我们认为设计性实验主要包含一些设计语言和常用电路设计仿真软件以及IC设计软件的使用,经过我们对国内一些科研院所、高校研究生院以及设计企业进行了相关的调研,认为实践课应包含C语言、硬件描述语言、PFGA设计技术、集成电路EDA设计技术、MATLAB程序设计、其它一些向PSPICE等电路设计与仿真软件。
3.选修课设置。由于现在高校都实行学分制,所以学生必修的课程有限,所以不足的地方应以选修课的形式补充。而且就集成电路的发展而言,SOC和微机电系统是以后主要的发展方向之一,因此在本专业选修课程上,应有电磁场与电磁波、SOC设计原理、超大规模集成电路(VL S I) 设计原理、专用集成电路(A S IC) 设计、微机械加工技术、集成电路测试技术等作为选修课程。
在相关交叉专业课程上,由于目前集成电路设计最多的是在通讯类芯片上,而热点是在处理器、射频类芯片等,所以我们选择通讯原理、数字信号处理、计算机体系结构、传感器原理、高频电子线路、光电技术等选修课程。
4.毕业设计课题选择。在课毕业设计中,将基础理论与项目实践有机地结合起来,可以培养学生的创新能力。其中,选题是关键, 也是一个难点。选题的原则我们认为:一要符合本专业的背景,这样才能提高学生的专业素质为项目实践能力的培养提供空间;二是题目要让学生感兴趣,兴趣是唤起学生学习主动性和积极性的内动力,是创新实践活动的主要推动力。为此我们设置的课题有集成电路的电路设计、集成电路的版图设计,半导体器件的设计等方面的内容。
四、成绩与不足
我校自2003年起获准在物理与电子学院开设电子信息科学与技术专业,培养方向为集成电路设计, 该方向填补了省内空白, 为我校优化和调整专业结构、适应市场经济发展提供了良好的机遇。为此我们对该方向的课程设置进行了以上探讨并从2007年下半年开始实施,实施的结果的表明新的课程设置取得了明显的效果,近年来电子信息专业的考研率和就业率在院里均名列前茅;在2009年考研中,我校电子信息专业的三位同学在没有达到复试线的情况下被复旦大学半导体工艺方向破格录取;另外两位同学在复试排名非常落后的情况下成功被电子科技大学数字集成电路设计方向录取;而部分学生在参加苏州中科集成电路设计中心的版图培训中成绩均名列前茅,获得了培训方的高度评价。以上情况都说明了我校电子信息专业同学的专业知识背景以及专业素质都得到了广泛的认可。以上虽然取得了一定的成绩,但还有许多不足之处,如在教材选取方面、理论课以及实践课的深度方面、教师素质的提高方面、最前沿专业知识的介绍方面还需进一步的努力。但我们相信,在我们不断的努力下,不断探索改革下,一定会把我们的电子信息技术专业越办越好。