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1、大一计算机作业胡孔志院 （系）： 航天学院电子科学与技术系 专 业：电子信息科学与技术学号： 1152120229 指导教师：金野 2015年11月12日 计算机作业 题 目 国际知名大学在微电子方面成就简介及概论 专 业 电子信息科学与技术学 号 1152120229 学 生 胡孔志 指 导 教 师 金野 摘 要在这篇论文中，学习电子信息科学与技术即微电子专业的我将着重介绍当今世界上在微电子领域处于突出地位的知名大学在微电子方面的科研成就，取得成就的原因以及其独具特色的地方，包括教学方式，科研条件等。更进一步地揭示电子信息科学与技术与计算思维的密切关系，及计算思维在微电子领域的重要作用。并表
2、达一些自己对微电子发展的个人思考。关键词：知名大学；科研成就；原因；教学；科研；计算思维；个人思考。AbstractIn this paper, the study of electronic information science and technology, which will focus on the research achievements in the field of microelectronics in the world, the reason for the achievement and the unique place, including teaching me
3、thods, scientific research conditions and so on. To further reveal the close relationship between electronic information science and technology, and the important role of Computational Thinking in the field of microelectronics. And express some personal thinking about the development of micro electr
4、onics. Key words: famous university; research achievements; reason; teaching; scientific research; thinking.第1章 绪 论1.1 课题背景及研究的目的和意义现如今，虽然我国在微电子方面有着飞快地发展，但仍然与部分发达国家有一定的差距；虽然我校现在在电子信息科许与技术专业已有一定的成就，但与国内及国外的一些知名大学相比，仍显不足。所以在这篇论文中着重介绍国内外其他大学的科研状况，我们要取长补短，为我国、我校在微电子方面的飞快发展做好准备。并尝试联系计算思维，让计算思维为微电子的发展贡献力量
5、。1.2 微电子及其相关理论的发展概况简述在微电子方面的发展，有学者这样说道；“如今，以集成电路（IC）为核心的微电子技术与产业已进入纳米电子时代。在这个时代，纳米电子器件所独有的一些物理及电学特性使得传统 IC 设计、工艺、封装和测试面临一系列新的考验。如互连延迟的增加、信号完整性 (SI) 、天线效应(AE)和电迁移(EM)等16。对于 IC 设计，应注重体现系统芯片（SoC,system on a chip）的设计思想，将可测性设计（DFT）和可制造性设计（DFM）贯穿到设计工作中。一些新工艺与新材料的相继应用，可抑制或减小由于IC器件特征尺寸（CD）缩小所引起的许多消极效应。如，栅氧化
6、层厚度为几个纳米时，为减小栅漏电而采用较厚的高介电常数材料(high-k)；应用镶嵌工艺制备铜作为金属互连材料以减小信号延时等。为了适应设计和工艺的革新需要，IC 封装和测试也必须在技术上做相应的跟进和提升。1 DFT、DFM 、IP 核复用和系统芯片成为IC 设计的重要发展方向随着微电子系统复杂度和 IC 芯片集成度越来越高，现有的设计、制造、封装和测试等方面正遇到严峻的挑战。基于可测性设计（DFT）和可制造性设计（DFM）方案是应对这些挑战的可行方法7。IC 设计通常要面对两种复杂性硅复杂性和系统复杂性，即特征工艺尺寸（CD）的缩小和新材料、新器件的引入带来的复杂性，以及受到越来越小 CD
7、 和用户对增加功能、降低成本以及更短上市时间要求所驱动的晶体管数量的指数增长带来的复杂性。如果按照传统的方法设计，必然会引起制造成本的上升，成品率的下降，测试成本的增加，甚至根本无法测试等问题。因此，必须在 IC 设计时就事先考虑到产品的可制造性和可测试性。目前，DFT 和 DFM 已经逐步应用于 IC 超深亚微米/纳米制造工艺和系统芯片（SoC）中。SoC 是在单一基片上实现信号的采集、转换、存储、处理和I/O 等功能的系统。SoC 的设计涵盖算法、软件和硬件三方面, SoC 的可测性设计已经成为 SoC 技术中至关重要的部分8。超深亚微米/纳米器件更容易发生击穿、漏电和桥接等故障。为此，新
8、型高速 DFT 成为保证芯片良率、降低测试成本的关键所在。虽然 DFM不属于最新的技术，但其重要性在纳米器件的严重成率问题出现后日益显现。DFM 要求在产品设计时将可制造性作为结构设计的一项基本评价准则，以避免不必要的过高制造要求，从而尽量减少不必要的生费用浪费。在过去数年间，DFM（主要是分辨率强技术，RET）一直是保证 IC 良率的关键。今后 DFM的发展方向是在设计和制造之间建立更具鲁棒性的通信链路，以期获得更高的成品率。IC 设计与制造在进入纳米时代后，已经成为密不可分的一个整体，成为前向设计与制造数据反馈相互融合的一个更为复杂的过程。”9“当代微电子技术和产业的飞速进步，对传统的 I
9、C设计、工艺、封装和测试等方面带来许多机遇和挑战。可测性设计、可制造性设计和 IP 核复用成为 IC 设计的重要发展方向。随着 IC 特征尺寸缩小到纳米量级，出现一些新的物理和电学现象，促使 IC 在制造工艺技术和材料上进行重大变革。IC 设计和工艺的革新，又使得 IC 封装和测试技术呈现出一些新的特点。所有这些，提升了微电子产品的性价比，拓展了市场，推动了微电子技术和产业的蓬勃发展。”9第2章 各知名大学在微电子领域成就简介2.1 微电子领域中的顶尖大学外国中，在微电子领域以麻省理工学院、加州理工学院、斯坦福大学最为突出；在国内，在此领域以清华大学、复旦大学较为领先。接下来以次顺序介绍。2.
10、2 麻省理工学院这是一所著名大学，其在微电子方面科研成就及教学方式都有很多可取之处，其科研成就甚多，在此不再列举，而是着重与教学模式。在不久前，麻省理工学院的工程和计算机科学系对本科生课程设置进行了一定的修改,突出强调实践应用、加强核心课程的实验教学理念，突出系统，而不是器件、强化软硬件的联系。有部分笔者对其微电子器件和电路进行了探析。“传统的入门课程通常是先介绍模型概念，再通过实验课验证，而麻省理工学院颠覆了这一传统教法。改革后的两门入门课完全是基于实验课的，其目的是通过学生直接参与实验来归纳模型，加强概念认知，鼓励探索。这两门入门课面向该系 3 个专业所有的学生，其中入门 2 要求以入门
11、1 为预备课。入门 1 中实验基于移动机器人平台，学生可以通过计算机软件、线性系统、电路以及人工智能算法等技术来探索或实现自己的想法。入门 2 的实验教学以通信为例，探索信号、系统与网络。该课程划分成 3 个层次，从开始的伏-伏模拟信号级，通过比特-比特数字演绎，拓展到分组-分组的网络级。完成相应的入门课程学习，就可以进入基础课学习，然后再学习专业基础课。由图 1 可知，应用电磁学和电路与电子需要电气工程入门 1 为预备课，而信号与系统和计算机架构要求入门 2 为其预备课，要求学生从这四门基础课中选择三门。其后的业基础课也是四门中选三门，另有一门实验课。本文所讨论的微电子器件和电路是一门专业基
12、础课，其前期的基础课程是电路与电子。课程教学分教师课堂讲授和讨论课(复习课)两种形式进行。伴随老师的课堂讲授，学生需要阅读大量的资料和课本的相关章节。在讨论课上会有很多生动的例子，学生可以增加感性认识，复习老师讲授的内容。教师对学生的指导有：1.辅导：助教会为学生各小组每周安排几次每次一小时的课程辅导。2.选定教材：Howe, R. T., and C. G. Sodini. Microelectronics: An IntegratedApproach. Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall, 1996. ISBN: 0135885183.3. 选定资料
13、：Fonstad, C. G. Microelectronic Devices and Circuits. New York, NY:McGraw-Hill, 1994. ISBN: 0070214964.Sedra, A. S., and K. C. Smith.Microelectronic Circuits. 4th ed.New York, NY: Oxford University Press, 1998. ISBN:0195116631.Pierret, R. F. Semiconductor Device Fundamentals. Upper SaddleRiver, NJ:
14、Prentice Hall, 1995. ISBN: 0201543931.4.分发资料：由教师在讲授和复习课时适当的分发。5.考核与评价测验：共 2 次，开卷。期末考试：开卷，可带计算器。作业：共 10 次，有严格的递交时限。课程设计：1 次电路设计，要求使用 SPICE,不接受过后提交。其它：最终书面成绩也考虑其它因素，如授课老师、指导老师或助教对学生掌握课程的评估等因素。 表 3 计分比例计分按如表 3 中给出的比例确定。该课程允许和鼓励学生合作或以小组形式完成作业和课程设计，各方在撰写作业书时必须明确相关合作。该课程的作业不是可以通过小组分解而完成的，因此即使存在合作，最终递交的书面报
15、告也必须是每个人单独的工作。6.课程教学目标通过本课程学习，可掌握如下内容：半导体物理：解释半导体物理基本概念及器件应用半导体器件：描述、解释和分析重要半导体器件的工作特性基于物理的模型：基于物理的器件和电路模型解释、描述和利用复杂度分级可变的半导体器件满足特定需求选择合适模型以及应用该模型来分析多单元电路 电路分析：分析和设计线性放大器和数字应用的微电子电路设计：面对集成器件和电路设计问题，提出设计思路探究解决方案7.课程教学大纲解释和应用半导体概念，如漂移、扩散、施主和受主、多数和少数载流子、非平衡载流子注入、少数载流子寿命、电中性以及静态等解释基本物理特性和 p-n 结二极管的工作原理、MOS 电容、BJT 和 MOSFET；对这些器件描述和应用简单的大信号电路模型，如电荷存储单元。为非线性电子器件（具大信号特性）构建小信号（增量）线性等效电路（LEC）模型，针对 p-n 二极管、BJT 和 MOSFET 理解和应用标准 LEC 模型。内容 百分比测验 1 15%测验 2 15%
