微電子技術

主幹課程

主幹理論課：固體物理基礎、半導體物理基礎、半導體器件與測量、半導體材料、半導體製造技術、微電子封裝技術、半導體可靠性技術、數字邏輯設計、模擬電路、集成電路原理、集成電路設計、電工基礎、模擬電子線路、數字電路、工程化學、電路CAD基礎、可編程邏輯器件、專業英語、電子測量、單片機原理、品質管理。

主幹實踐課：集成電路製造實訓、半導體器件測量實訓、半導體器件課程設計、半導體工藝課程設計、集成電路設計課程設計、微電子綜合課程設計、電工實訓、電子整機裝配實訓、計算機組裝與維護實訓、電路CAD課程設計。

專業證書

全國計算機等級考試一級證書；勞動部頒發的：半導體集成電路裝調工中級證書（或半導體晶元製造中級工）等。

就業方向

主要面向微電子產品的生產企業和經營單位，從事半導體晶元，電子元器件的製造、封裝與測試、檢驗、質量控制、設備維護、工藝改進以及中小規模半導體集成電路版圖設計等技術工作，生產管理和微電子產品的採購、銷售及服務工作。

微電子系統和電路的設計概念，與分立元件電路的設計概念有原則上的不同。例如，設計一個分立元件電路，常常要考慮節省有源元件，使系統的功耗、體積、成本下降。但對超大規模集成電路，增加晶體管數目往往並不會增加很多麻煩，可通過版圖來實現，其他工序並不增加。但是，由於空間的限制，布線問題卻十分突出，必須盡量減少連線。微電子系統和電路的設計必須緊密聯繫器件、版圖、工藝製造等整個過程來統一考慮。實際上，系統、電路、器件、測試圖案和版圖是結合工藝條件一起設計的。設計不僅要求功能正確、性能好、可靠性有保證，而且要盡量使晶元面積減小。微電子集成晶元一經制出就無法調試。調試工作包括校核、優化等，必須在設計過程中由軟體來執行。集成系統或電路晶元一般是大批量生產的，所以，設計的好壞影響極大。為此，微電子系統或電路要依靠計算機輔助進行設計。除了研究邏輯、電路、時序、工藝、器件和版圖等各項計算機輔助設計程序以外，把這些程序結合在一起，加入各步的校核和優化程序，用一個統一的資料庫和管理系統來指揮執行，也就是組成一個大規模或超大規模集成的設計系統，使設計全部自動化。現代超大規模集成和大規模集成按設計方法可分為大批量生產的常用電路和按用戶需要設計的定製集成電路兩大類。前一類產品如存儲器、微處理機等需要量大，產值很高，需要十分精細的設計，力求面積最小，性能最好，而成品率又最高。在這類產品的設計中迄今仍有許多人工介入，各類計算機程序主要是輔助。后一類產品用量較小，製造成本、晶元面積往往不是主要的，而設計和製造周期及其成本則是主要的。邏輯電路有三種設計方法。①母片法：由工廠設計含有一定數量（幾百以至幾千）的門電路或觸發器等單元電路，排成陣列。晶元中所有單元尺寸全部一致，晶元大小對一定的型號也是固定的。陣列周圍往往還設計有一定數量的輸入輸出電路或其他介面電路，陣列間設定了一定的布線通道。用戶（或委託廠家）可以按需要選定特定型號的晶元，然後利用布線程序選定單元並進行布線，以取得具有所需功能的集成電路晶元。只需按用戶實際需要進行布線設計和製作特定的版，所以，這種電路也叫作半用戶電路。由於用戶設計是以已有的基本陣列晶元為基礎的，這種設計方法叫作母片法。通常的門陣列晶元就是按這種方法設計的。②多元胞法：其單元可以是有一定數量的門、觸發器和其他功能塊，版圖存儲在資料庫中。晶元中單元結構及其排布有一定的規則，如單元寬度必須相同，長度可以任意，必須按行排列，引線頭分別在單元的一側或兩側等。這些規定都是為了簡化布線。人們可以根據用戶的需要，調用庫中的各種單元和功能塊，然後利用程序進行布局和布線，實現最後的晶元設計。多元胞法的設計靈活性顯然比母片法高。晶元上沒有空餘單元，所以，晶元利用率也比一般門陣列要高。③任意元胞法（積木塊法）：此法對單元沒有形狀大小的限制，因而靈活性和晶元利用率更高。但布局、布線的演演算法更複雜，實際上還處於研究階段。

隨著科技的迅猛發展，信息技術，電子技術，自動化技術及計算機技術日漸融合，成為當今社會科技領域的重要支柱技術，任何領域的研發工作都與這些技術緊密聯繫，而他們的相互交叉，相互滲透，也越來越密切。

作為信息科技的前沿應包括下面一些內容：微電子學與納米電子學；RISC精簡指令系統與并行計算技術；Multimedia（多媒體）與Virtual Reality（虛擬現實，（又稱靈境）技術；軟體工程、CASE軟體工程開發環境以及根據人的一般思維方法和認知過程去開發的面向對象的軟體技術；自動控制（除了第一、第二代控制理論及系統外，還有模糊控制、人工智慧、神經網路的理論與系統等），最後是與近代通信相關的科技……我們從微電子學與納米電子學、電子計算機科技與現代通信這幾個方面做簡要介紹。

微電子學與納米電子學

微電子技術是現代電子信息技術的直接基礎，它的發展有力推動了通信技術，計算機技術和網路技術的迅速發展，成為衡量一個國家科技進步的重要標誌。美國貝爾研究所的三位科學家因研製成功第一個結晶體三極體，獲得1956年諾貝爾物理學獎。晶體管成為集成電路技術發展的基礎，現代微電子技術就是建立在以集成電路為核心的各種半導體器件基礎上的高新電子技術。集成電路的生產始於1959年，其特點是體積小、重量輕、可靠性高、工作速度快。衡量微電子技術進步的標誌要在三個方面：一是縮小晶元中器件結構的尺寸，即縮小加工線條的寬度；二是增加晶元中所包含的元器件的數量，即擴大集成規模；三是開拓有針對性的設計應用。

大規模集成電路指每一單晶矽片上可以集成製作一千個以上的元器件。集成度在一萬至十萬以上元器件的為超大規模集成電路。國際上80年代大規模和超大規模集成電路光刻標準線條寬度為0．7一0．8微米，集成度為108 。90年代的標準線條寬度為0．3一0．5微米，集成度為109。集成電路有專用電路(如鐘錶、照相機、洗衣機等電路)和通用電路。通用電路中最典型的是存貯器和處理器，應用極為廣泛。計算機的換代就取決於這兩項集成電路的集成規模。

存貯器是具有信息存貯能力的器件。隨著集成電路的發展，半導體存貯器已大範圍地取代過去使用的磁性存貯器，成為計算機進行數字運算和信息處理過程中的信息存貯器件。存貯器的大小(或稱容量)常以位元組為單位，位元組則以大寫字母B表示，存貯器晶元的集成度已以百萬位(MB)為單位。目前，實驗室已做出8MB的動態存貯器晶元。一個漢字佔用2個位元組，也就是說，400萬漢字可以放入指甲大小的一塊矽片上。動態存貯器的集成度以每3年翻兩番的速度發展。

中央處理器(CPU)是集成電路技術的另一重要方面，其主要功能是執行“指令”進行運算或數據處理。現代計算機的CPU通常由數十萬到數百萬晶體管組成。70年代，隨著微電子技術的發展，促使一個完整的CPU可以製作在一塊指甲大小的矽片上。度量CPU性能最重要的指標是“速度”，即看它每秒鐘能執行多少條指令。60年代初，最快的CPU每秒能執行100萬條指令（常縮寫成MIPS)。1991年，高檔微處理器的速度已達5000萬一8000萬次。現在繼續提高CPU速度的精簡指令系統技術(即將複雜指令精減、減少)以及并行運算技術(同時并行地執行若干指令)正在發展中。在這個領域，美國矽谷的英特爾公司一直處於領先地位。

此外，光學與電子學的結合，成為光電子技術，被稱為尖端中的尖端，為微電子技術的進一步發展找到了新的出路。美國《時代》雜誌預測：“21世紀將成為光電子時代。”其主要領有激光技術、紅外技術、光纖通信技術等。

微電子技術與大規模集成電路、超大規模集成電路

小型化集成系統

微電子學給人類帶來了半個世紀的繁榮。目前國際上集成電路生產線已普遍採用8圓片，0.35um工藝。我國集成電路的大生產水平發展也很快。1995年已經達到了6'1.2um的水平，IC產量到2000年可望達到年產10億塊。1995年4月，中科院微電子中心已開發出0.8um的CMOS工藝，在5.0×5.7mm 面積上集成了26000隻晶體管、輸出管腳數為72，製成了通用的模糊控制集成塊。

高密度電子組裝技術

集成電路IC實際上完成了晶元級的電子組裝，有著極高的互聯密度。那麼，能不能將高集成鵲腖SI/VLSI/ULSI（大規模/超大規模/特大規模集成電路）和ASIC/FPGA/EPLD（專用IC/現場可編程門陣列/電可擦除可編程的邏輯器件）等組裝在一起實現集成電路的功能集成呢？這就是SMT（表面安裝技術）、HWSI（混合大圓片規模集成技術）和3D（三維組裝技術）。這些技術，推動著電子設備和產品繼續向薄輕短小發展，在片狀元件的小型化和自動安裝設備所能處理的元件尺寸已瀕臨極限的今天，起著關鍵的作用。進入90年代，代表性技術則輪到了MCM，人稱多晶元組裝時代，到2000年即下世紀初，將是WSI/HWSI/3D時代！WSI是將複雜的電子電路集成在一個大圓片上。將IC晶元，MCM和WSI進行三維迭裝的3D組裝突破了二維的限制，使組裝密度更上一層樓。

納米電子學

近幾十年來，電子計算機已歷經了幾代的更迭，而代代更迭都是以存儲或處理信息的基本電子學單元的尺度變化為標誌的。從80年代開始，科學家開始探索特徵尺寸為納米量級的電子學，納米電子學主要研究以掃描隧道顯微鏡為工具的單原子或單分子操縱技術。這些技術都有可能在納米量級進行加工，目前已形成納米量級的、信息存儲器，存儲狀態已維持一個月以上，希圖用此技術去製作16GB的存儲器。德國的福克斯博士等制出了原子開關，達到了比現今晶元高100萬倍的存儲容量，獲得了莫里斯獎。量子力學告訴我們，電子與光同時都具有粒子波的特性，今天的微電子學和光電子器件將縮到。0.1線寬，電子的波動性質再也不能忽視，把電子視為一種純粹粒子的半導體理論基礎已經動搖。這時電子所表現出來的波動特徵和擁有的量子功能就是納米電子學的任務。納米電子學有更多誘人之處。科學家們已經預言，納米電子學將導致一場電子技術的革命！