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1、微电子导论Introduction to microelectronics课程代码：05410078学分：1.5学时：24 （其中：课堂教学学时：24实验学时：0上机学时：0课程实践学时:0 ）先修课程：大学物理、电路、模拟电子技术适用专业：电子信息科学与技术教材：微电子概论，郝跃，高等教育出版社，2011年6月第2版一、课程性质与课程目标（一）课程性质（需说明课程对人才培养方面的贡献）微电子导论课程是工科院校电子信息工程、电字信息科学类非微电子专业在微电 子、半导体器件与制造方面具有入门性质的基础理论课。该门课程主要介绍了微电子学 开展史、半导体器件、制造工艺、集成电路设计及微电子系统设计方
2、法概述以及计算机 辅助设计技术。本课程的开设为专业学生在微电子领域拓展知识结构、从事微电子技术 研究和集成电路的开发提供初步理论基础。（二）课程目标（根据课程特点和对毕业要求的贡献，确定课程目标。应包括知识目标和能力 目标。）通过课程学习，学生可以获得半导体器件物理基础、微电子制造技术、微电子系统 设计方法等基础知识，培养分析微电子电路系统设计原理、微电子制造工艺方法、微电 子系统设计方法的初步能力，拓宽专业视界，对以后的专业学习中开展电子电路创新设 计、毕业设计等实践环节的学习起着铺垫作用，并为选拔、培养研究生或优秀人才出国 深造，以及为微电子生产技术领域的应用打下基础。通过本课程的学习，学
3、生能基本掌 握微电子学科开展、半导体器件的物理基础、制造工艺及集成电路基础设计方法等知识。课程知识目标1： 了解微电子的内涵、开展规律及开展历程，能区别与电子管时 代技术的差异和优势，了解微电子领域的开展前沿技术现状。课程知识目标2： 了解集成电路的各种分类方法，学会对目前市场的微电子IC 产品简单归类及分析。课程知识目标3：理解集成电路制造的几个阶段和各自的特点。 能力；掌握是指对教学内容正确理解，能够应用所学知识解决问题；理解是指对教学内 容基本理解，能基本应用知识解决问题；了解是指对教学内容具有基本认识，能为今后 进一步学习打下基础。3 .采用多媒体与板书相结合的教学手段，授课过程可以结
4、合案例、讨论与随机测试 等互动教学方式。4 .每章课后布置47条作业，注重提炼知识加应用，覆盖面主要知识点。5 .本课程的考核方式为闭卷考试。在授课过程中做23次阶段测验，将阶段测验 作为平时成绩，课程最终成绩为平时与期末考试的综合。2017年9月1日课程知识目标4：掌握集成器件物理基础知识，包括半导体材料种类、特性及能 带模型原理，半导体导电机理及半导体方程表述，PN结的形成机制，PN结与二极管伏 安特性、模型、小信号特性，双极型晶体管放大原理、输入输出特性及工作区的界定， JFET与MOSFET的结构、输入输出特性及工作区界定。课程知识目标5：掌握平面工艺的概念、双极型器件平面工艺基本流程
5、和MOS结 构器件平面工艺流程，基础结构PN结的基本平面工艺流程、制造要求及带隔离PN结平 面工艺要点。课程知识目标6：掌握平面工艺中主要工艺方法的氧化工艺、扩散及离子注入技 术、光刻和刻蚀、外延及金属化、封装及隔离技术基本原理及设备特点。课程知识目标7： 了解集成电路的主要设计规那么：微米设计规那么与入设计规那么基 本含义及各自优点，理解IC中无源器件（电阻、电容及电感等）的工艺制造方法，双 极IC电路典型结构设计方法及应用场合，CMOSIC电路典型结构设计方法及应用场合， 各种内部寄生效应的形成机理及优化方法。课程知识目标8： 了解微电子系统中基本典型单元双极器件和CMOS器件的种类及 基
6、本结构、制造幅员工艺，常见半导体存储器结构原理、专用集成电路和新型系统级芯 片概念及设计方法。课程知识目标9： 了解微电子领域主要的电子设计自动化开展现状、主要平台软 件工具、建模特点及设计流程。课程能力目标10：能够正确认知微电子技术及产品的归类及技术特点。课程能力目标11：会应用半导体器件物理理论知识、半导体方程简单分析计算半 导体材料内部载流子浓度、分布、电导率（电阻率），PN结势垒电压、结厚度、结电容 等。课程能力目标12：能将双极型器件（二极管与三极管）和场效应器件（JFET和 MOSFET）的建模参数方法应用到实际电路和器件仿真参数设置安排工作中。课程能力目标13：应用双极型器件（
7、二极管与三极管）和场效应器件（JFET和 MOSFET）的输入输出特性，分析计算电路工作点及进行器件工作状态界定。课程能力目标13：能运用平面工艺知以设计简单双极和MOS典型电路结构的工艺 流程及选择设备种类，考虑到结构设计的合理优化。课程能力目标14：学会幅员设计规那么及识图，能考察典型单元电路结构与其幅员 对应关系以及幅员设计方法的优缺点。课程能力目标15：能运用微电子系统设计的观点方法来分析IC内部电路结构。课程能力目标16：可以学会用某种微电子软件工具设计简单的微电子电路结构, 并进行简单参数设计和器件电路模拟。注：工程类专业通识课程的课程目标应覆盖相应的工程教育认证毕业要求通用标准；
8、（三）课程目标与专业毕业要求指标点的对应关系（认证专业专业必修课程填写）本课程支撑专业培养计划中毕业要求指标点1-1、1-2、6-2o1 .毕业要求1:掌握数学与自然科学的知识，能将其应用于电子信息科学与 技术问题的建模与分析。2 .毕业要求1-2.掌握电路、电子技术等工程基础知识，具有分析和解决电子信 息科学与技术基础问题的能力。3 .毕业要求6-2. 了解与电子信息科学与技术相关的技术标准、产业政策和行 业规范。求指标点课程目标毕业要求1-1毕业要求1-2毕业要求6-2课程知识目标1课程知识目标2课程知识目标3课程知识目标4q课程知识目标5课程知识目标6q课程知识目标7q课程知识目标8课程
9、知识目标9q课程能力目标10注：课程目标与毕业要求指标点对接的单元格中可输入“/”，也可标注“H、M、课程能力目标117课程能力目标12V课程能力目标13q课程能力目标14课程能力目标15课程能力目标16q二、课程内容与教学要求（按章撰写）第1章概论（一）课程内容1.1微电子技术和集成电路的开展历程L2集成电路的分类1.3集成电路制造特点和本书学习要点主要知识点：微电子的概念、开展及IC归类，能力点：对常见微电子产品归类及认 识。（二）教学要求（1） 了解微电子学科与半导体集成电路开展历程及其技术经济规律（2）理解IC基本分类方法 （3）初步理解集成电路的设计流程与制造技术，电路系统设计幅员设
10、计和优化集成电路的加工制造集成电路的封装集成电路的测试和分析（三）重点与难点重点:重点:开展现状及技术特点。难点:分类方法及微电子产品认识。集成器件物理基础（一）课程内容2.1半导体及其能带模型2.2半导体的导电性2.3 PN结和晶体二极管2.4双极型晶体管2.5 JFET与MESFET器件基础2.6 MOS场效应晶体管主要知识点：半导体材料特性、导电机理及器件结构，能力点：分析计算半导体 内部载流子浓度、电阻率等参数。（二）教学要求（1）理解半导体建模方法，对于半导体共价键结构、半导体的能带模型、费米分 布函数，要能结合模型图做简单分析；（2）在引入本征半导体概念基础上展开，熟悉非本征载流子
11、的导电机理，半导 体基本理论方程式的含义与简单应用；（3）掌握PN结理论及主要特性分析，了解二极管等效电路模型和二极管应用， Pspice模拟的参数设置；（4）掌握双极晶体管的直流放大原理，影响晶体管直流特性的其他因素，频率 特性，了解晶体管模型和模型参数，Pspice模拟的参数设置；（5）理解JFET与MOS晶体管器件结构与电流控制原理、电路符号，直流输出 特性的定性分析，直流转移特性，了解JFET等效电路和模型参数，硅栅MOS结构和 自对准技术，Pspice模拟的参数设置。（三）重点与难点重点：PN结、双极型晶体管、MOS器件工作机理。难点：应用半导体方程计算器件结构参数。第3章 集成电路
12、制造工艺（一）课程内容3.1硅平面工艺基本流程3.2氧化工艺3.3扩散工艺3.4离子注入技术3.5光 刻工艺3.6制版工艺3.7外延工艺3.8金属化工艺3.9引线封装3.10隔离技术 3.11绝缘物上硅3.12 CMOS集成电路工艺流程主要知识点：平面工艺概念、分类，每一类工艺作用、应用场合及特点，能力点： 设计简单工艺流程及设备认知。（二）教学要求（1）理解平面工艺的基本概念、基本工艺类型，PN结隔离双极IC工艺基本流程;（2）掌握SiO2薄膜在集成电路中的作用及SiO2生长方法检验方法；（3）扩散原理及常用扩散方法，了解扩散层质量检测方法；（4）离子注入技术的特点及离子注入设备；(5)理解
13、光刻工艺的特征尺寸概念、光刻工艺过程，常用曝光技术、制版工艺过程;(6)理解外延生长原理，拓宽了解外延新技术；(7) 了解金属化、键合、封装知识；(8)掌握双极IC中的基本隔离技术：PN结隔离、介质-PN结混合隔离、介质隔 离、MOSIC的隔离、CMOS工艺流程等知识，了解SOI技术。(三)重点与难点重点：氧化、掺杂及光刻技术的原理理解。难点：工艺流程简单设计及相应设备认知第4章集成电路设计(一)课程内容4.1集成电路中的无源元件与互连线4.2双极集成器件和电路设计4.3 MOS集成器件和电路设计4.4双极和MOS集成电路比拟主要知识点：双极和MOS典型单元结构及其特点。能力点：比拟区分各类单
14、元电路结构优缺点。(二)教学要求(1)掌握电容器、电阻器模型，理解集成电路互连线对性能影响，学会对双极晶体 管的寄生参数分析、比拟BJT的纵向结构设计和横向结构设计特性及优缺点，初步了解 幅员设计原理及缩放原那么；了解硅栅CMOS器件中寄生电阻、寄生电容的概念；(2) 了解比拟微电子制造的三种工艺特点。(三)重点与难点重点：双极和MOS典型单元结构。难点：电路的幅员结构识别。第5章微电子系统设计(一)课程内容5.1双极数字电路单元电路设计5.2 MOS数字电路单元电路设计5.3半导体 存储器电路5.4专用集成电路（ASIC）设计方法主要知识点：双极与MOS数字IC基本单元电路分类及基本形式、存
15、储器及IC设 计方法，能力点：理解大规模IC设计规那么与方法。（二）教学要求（1） 了解TTL电路、ECL电路、产匕电路的特点及应用；（2）掌握NMOS电路、CMOS逻辑电路原理及分析（3） 了解随机存取存储器、掩模编程ROM原理，学会对各类半导体存储器的比 较；（4）掌握专用集成电路设计分类，设计原那么，重点理解门阵列设计方法、可编 程逻辑器件设计方法。（三）重点与难点重点：存储器分类及原理。难点：SOC设计方法的理解。第6章 集成电路计算机辅助设计（一）课程内容6.1计算机辅助设计的基本概念6.2电路和系统设计描述6.3电路模拟6.4 计算机辅助幅员设计主要知识点：EDA概念及实现方法、流
16、程、工具，能力点：利用软件电路进行 简单电路模拟设计。（二）教学要求（1）了解计算机辅助设计（CAD）和设计自动化（DA）方法及优缺点，拓宽了解 集成电路正向CAD过程和集成电路的逆向设计方法；（2） 了解利用OrCAD/CaptureCIS软件进行电路和系统设计的描述、电路图绘制、 熟悉元器件符号库和建库模块、元器件符号标准；（3） 了解PSpice软件的基本电路特性分析功能，电路优化设计方法，幅员图形设 计软件L-EDIT,器件模拟及模拟数字电路CAD方法（三）重点与难点重点：EDA设计方法及一般流程。难点：利用软件电路进行简单电路模拟设计。第7章IC设计举例与设计实践（一）课程内容7.1
17、双极模拟电路设计实例7.2 CMOS数字电路设计实例主要知识点：举例说明典型双极模拟电路和CMOS数字电路实际过程。能力点：比拟分析两类电路设计特点，电路仿真。（二）教学要求以H A741为例理解IC直流工作状态分析及运算放大器幅员设计。（三）重点与难点重点：另种工艺电路的设计过程。难点：理解参数设置与计算。三、学时分配及教学方法注：1.课程实践学时按相关专业培养计划列入表格；章（按序填写）教学形式及学时分配主要教学方法支撑的课程目标课堂 教学实验上机课程 实践小 计第1章2讲授法+讨论法1、 2、 3、 10第2章4讲授法+讨论法4、 11、 12、 13第3章6讲授法+讨论法5、 6、 1
18、3第4章4讲授法+讨论法7、14第5章4讲授法+讨论法8、15第6章2讲授法+讨论法9、16第7章2讲授法+讨论法7、14合计242.主要教学方法包括讲授法、讨论法、演示法、研究型教学方法（基于问题、工程、案例 等教学方法）等。五、课程考核注：1.分学期设置和考核的课程应按学期分别填写上表。考核形式考核要求考核权重备注平时作业每章课后完成约47个习题， 主要考核学生对每章知识点 的复习、理解和掌握度5%取平均值阶段测试（含出勤参与 度）授课过程中做23次课堂测 验，作为平时成绩15%取平均值期末考试考试方式：闭卷。试卷题型包 括选择题、名词解释、判断简 单、计算题3大类80%2 .考核形式主要
19、包括课堂表现、平时作业、阶段测试、期中考试、期末考试、大作业、小 论文、工程设计和作品等。3 .考核要求包括作业次数、考试方式（开卷、闭卷）、工程设计要求等。4 .考核权重指该考核方式或途径在总成绩中所占比重。*本课程毕业要求达成度计算计算方法： 错误！ 未找到引 用源。2 .评价值=目标值（权重值）x课程支撑指标点平均分课程支撑毕业要求指标点对应的总分六、参考书目及学习资料（书名，主编，出版社，出版时间及版次）1张兴 黄如刘晓彦主编.微电子学概论（第二版）.北京：北京大学出版社,2005 年2吴德馨主编.现代微电子技术.北京：化学工业出版社,2003年3（美）DonaldA.Neamen编.半导体器件导论.北京：清华大学出版,2006年七、大纲说明（内容可包括课程基本要求、习题要求及其它一些必要的说明）1 .本大纲中设定要求针对24学时L5学分电子信息科学与技术专业“微电子导论” 课程的基本要求，如果特殊需要，可在此基础上，根据情况加深，加宽。2 .本大纲将课程教学内容的要求分为四个档次，即熟练掌握、掌握、理解和了解。 熟练掌握是指对教学内容理解正确、透彻、清楚，并具有应用所学知识解决实际问题的