時間：2023-06-04 10:47:05
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇集成電路工藝，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
1.引言
集成電路工藝學是以半導體學為理論基礎，研究半導體制造工藝過程的科學[1]。沈陽化工大學的集成電路工藝學課程是電子科學與技術專業的主干課，結合本科教學，增強實踐能力，培養創新人才為培養目標[2]。本文結合集成電路工藝學實驗這門課程，立足于現有的硬件平臺，從學生的身心發展角度出發，討論了實驗課教學存在的問題，并針對問題提出了人性化的改進方法。
2.集成電路工藝學實驗現狀及存在的問題
2.1實驗前期準備不足。
實驗教師備課不充分。實驗課堂問題是層出不窮的，隨機的，原因也是無法預知的。因此要求教師對實驗原理準確把握，對實驗儀器熟練操作。而在現實中大部分教師的課前準備工作需要提高。再者學生課前不預習，等到實驗的時候現看實驗指導書，完全按照實驗指導書的步驟做實驗。
2.2教學過于依賴實驗教師。
實驗課上，有的學生不預習，只是單一按照實驗指導書上的步驟做實驗，遇到問題自己不思考，問老師，有的老師不引導學生，直接告訴學生怎么做，有的甚至直接把實驗數據都給學生做出來了，導致學生動手能力很差，依賴程度增強。學生在實驗過程中僅僅需要進行簡單的連接，便可得到“理想”結果。使得實驗課的價值大打折扣，也使得學生有理由不用在實驗前做準備。
2.3注重結果，忽略實驗過程。
實驗是考查學生動手能力的課程。但是它仍舊是一門需要考查的課程，現有的考評方式較大的因素取決于最后考試時的表現，由于實驗本身的不確定性，以及一些隨機問題，導致實驗結果和預期的存在較大的偏差，甚至有的學生做完后沒得到實驗結果，這樣有可能使得學生的分數大打折扣，導致學生一味重復老師所要求的實驗，嚴格點說就是學生只關注了所謂的考點。至于實驗課的目的和意義學生是不會重視的。
3.實驗教學改革
3.1應用網絡作為實驗教學的平臺。
我們還積極采用該課程的網絡課件，學生通過網絡課件學習本實驗，該課程的教學大綱、考試大綱、實驗大綱、教學課件、模擬試題習題案例、最新發展動態等，均可由學生在網上直接查到。還可以跟學習好的同學和任課教師進行實時溝通、交流。學生通過網絡課件參加測試。學生的平時測驗、中期總結等可通過網絡教學平臺，進行設計、評分，并按學院的統一要求，通過校園網將成績錄入“學生成績管理系統”，從而加速學生的信息傳送，便于學生及時查閱成績和學校教務部門快速管理。
3.2實驗分組統一授予成績。
在實驗課程開始前，對所有做實驗的學生進行分組，按照自愿結合和強弱搭配的原則，實施小組長負責管理模式。一個小組在實驗階段是一個小的團隊，小組的總成績為每個學生的成績。通過小組實驗模式，有利于學生間的交流、研究，更有助于發揮團隊協作能力。同時也降低了過分重視期末考試成績的情況，使得考評方式更加人性化。
3.3加強實驗教學，理論用于實踐。
在教學過程中，堅持理論和實踐相結合的原則。建議開設最基本的半導體平面工藝實驗，如氧化、擴散、離子注入、光刻、沉積。實驗要求每組學生用拋光硅片，通過氧化、光刻、等工序制備晶體管，是一個典型的綜合性、研究型實驗。通過實驗教學，既培養了學生的動手能力，又使學生掌握了科學的分析問題的方法。
4.實驗內容和方式的創新。
本專業原有實驗教學設備中，有驗證性實驗所占的比例較大，其中實驗內容又多以服務于理論教學而設計。這類實驗不利于培養學生的創新思維和創新能力。而綜合性和設計性實驗能從多角度、多層次、多方位、多途徑鍛煉學生，并對學生進行提問，提高學生分析問題和解決問題的能力，同時也是培養學生實踐能力和創新能力的重要手段。按照現有實驗條件，我們首先對已有的實驗設備進行了整合，通過調試和添加一些新的器件，把現有的6個實驗中的3個變為綜合性實驗，例如氧化工藝實驗，原有的實驗通過創新改革后，達到以督促學生培養嚴謹客觀的科研態度、規范正確的操作手法、獨立思考和自主學習的能力，等等。
5.結語
上述實驗教學改革，得到了學生的一致認同，改革調整了學生的知識結構，使學生實現從知識型向能力型、由單一型向復合型、從模仿型向創新型的轉變。
參考文獻：
當今社會是信息化發展迅猛的社會，各種高新技術不斷涌現出來，通信系統顯得尤為重要，通信系統與集成電路已經密不可分了。如何利用集成電路工藝設計出高性能的集成電路是電子信息技術產業急需解決的問題。該文將要簡要介紹光纖通信光電集成電路工藝設計分析。
關鍵詞：
現代；光纖通信；光電集成；路集成電路；設計分析
隨著國家的發展，社會的進步，人類的生活已經離不開通信方式了，各種各樣的交流活動都是需要通訊的傳遞的。不管我們通過何種方式、何種途徑，只要將我們想要傳遞的信息傳遞到另外一個地方，就是稱為通信。古代所傳遞信息的方式方法也是多種多樣的。但是它們相對來說特別落后，時間也會非常地久。而現代的通信方式中，電話通信是應用最廣泛的一種。
1什么是光纖通信
近幾年來，隨著技術的進步，電信管理體制的改革以及電信市場的全面開放，光纖通信的發展呈現了一番全新的景象。所謂光纖通信就是一種以光線為傳媒的通信方式，利用廣播實現信息的傳送。光纖通訊就是以光導纖維作為信號傳輸介質的通訊系統。具有抗干擾性好，超高帶寬等特點。如今社會我們使用的光纖通信有許多的優點，例如，它可以傳輸頻帶寬、通信容量大；傳輸損耗低、中繼距離長；線徑細、重量輕，原料為石英，節省金屬材料，這樣一來，節約了許多資源和能源，有利于資源合理地開發和使用；絕緣、抗電磁干擾性能強；還具有抗腐蝕能力強、抗輻射能力強、可繞性好、無電火花、泄露小、保密性強等優點，同時它也可以用在特殊環境或者軍事行動中。光纖通信的原理是：在發送端首先要把傳送的信息變成電信號，然后調制到激光器發出的激光束上，使光的強度隨電信號的幅度變化而變化，并通過光纖發送出去；在接收端，檢測器收到光信號后把它變換成電信號，經解調后恢復原信息。隨著信息技術傳輸速度日益更新，光纖技術已得到廣泛的重視和應用。在多微機電梯系統中，光纖的應用充分滿足了大量的數據通信正確、可靠、高速傳輸和處理的要求。光纖技術在電梯上的應用，大大提高了整個控制系統的反應速度，使電梯系統的并聯群控性能有了明顯提高。電梯上所使用的光纖通信裝置主要由光源、光電接收器和光纖組成。
2集成電路的實現
集成工藝技術也就是在最近的一二十年取得了飛速的發展。隨著元器件尺寸大小的不斷減小，集成電路的集成速度也在不斷地提高。發展迅速的集成電路工藝技術為通信系統的發展奠定了堅實的基礎。當下，利用光電集成電路實現的光的發射和接收裝置已經被各個實驗室所廣泛使用。光電集成電路在單片上集成的光和電元件越來越多了，這就是光電集成電路速度越來越快的原因。
3光纖通信現狀
光纖通信技術的發展帶動了光纖產業的進步。想要實現光發射與光電集成電路是非常容易的，但是想要實現高速系統的混合集成是非常困難的。由于毫米波信號是狹窄的，所以可以使用混合集成工藝來實現毫米波系統，我們可以這樣來設計集成電路及其組成部分，使其波段上的輸入和輸出阻抗保持在大約50歐姆左右，即使用50歐姆的傳輸線來連接元器件和集成電路。此外，例如激光驅動、時鐘恢復、數據判決、復接、光接收放大等各種類型的模擬、數字、混合集成電路依然可以輕松實現，這是因為電路也可以設計成輸入輸出是50歐姆的阻抗。想要利用混合方法實現高速光發射機與接收機的真正困難所在是激光二極管和光檢測器的阻抗不是50歐姆。尤其是激光二極管，他的非線性無法進行混合集成的。沒有合適的匹配網絡將基帶數據信號從激光二極管連接到驅動器或者從光檢測器連接到前置放大器上，就會大大地降低了系統的操作性能。這樣相比利用光發送和光接收的集成電路來實現是十分簡便的。利用光集成電路實現光發射和接收不僅可靠性高而且成本低。但是用光電集成電路也是具有一定的挑戰性的，制作光元件和電子電路所需要的材料是存在一定的差別的。現在制造高速光發射和接受光電集成電路在光傳輸系統中是十分必要的。這個設計工藝的難點在于要形成材料，即適合制造光電器件和電子電路所需要的制作材料，此外還要設計出光電集成電路。現實很殘酷，大家仍需努力。
4光電集成電路
光發射機光電集成電路一般是由同一底上的激光二極管和驅動電路構成的。集成電路其中包括了電子元器件結構的生長、激光、激光二極管、電阻器、晶體管等電子元件的制造，其中光電元件和金屬化連接是比較困難的。在外延生長的襯底上，大概需要三個工序來集成光電集成電路，分別為制作激光二極管、制作電子電路、進行光電元件之間的連接。首先要制作激光二極管，激光二極管的P型區域歐姆接觸層通過蒸發形成金屬狀態，隨后利用光刻法來生成激光二極管的大概區間，然后進行濕法刻蝕形成接觸激光二極管的N區區間，最后在活性離子刻蝕體系中完成刻蝕過程，直到遇到AGAAS層后停止刻蝕過程。AGAAS層能隔離電子電路機構和激光結構，形成一種薄膜電阻，從而形成第一金屬層和空氣橋兩個連接層。我們通常采用空氣橋連接激光二極管的P區，采用第一金屬層連接激光二極管的N區，這樣就能很好地實現激光二極管和電子電路層的連接。這就實現了一個量子激光器的光電集成電路了。制作光電集成電路的芯片也是存在一定的難度的，目前端面反射激光鏡的干腐蝕技術尚未成熟，只能用解離的方法來完成，所以說集成激光驅動器電路還有很大的空間有待開發。光電集成電路分別是由光檢測器、前置放大器以及主放大器構成的，這其中包括數據判決器、時鐘恢復和分接電路。光檢測器的集成是光電集成電路中最重要的一個部分，而金屬-半導體-金屬光檢測器（MSM）因為只需要少步驟的追加工藝，和如名字一般較為實惠且廣泛的材料在雪崩類型光電檢測器和p-i-n被廣泛運用的同時也被單片集成光接收機廣泛的使用著。在設計中第一級為基本放大單元，是共源放大電路且帶有源負載，電阻的反饋由電壓并聯負反饋，電平位移級使用的是兩級源級跟隨器，它被接入到后面，與此同時，又需要引進一個肖特基二極管，這樣就起到了一個降低反饋點的直流電平所特需的水平的作用，達到了這樣一個效果后，在偏低壓的條件下，電路同樣可以正常工作。
5主要工藝流程
第一步，我們要準備好充足的材料，對材料進行結構和參數方面的設計計算，并確定材料的外延生長，來確定集成方式及集成所需要的元器件。第二步，對PD臺面進行腐蝕，首先腐蝕掉INP層露出HEMT的帽層，把MSM保留在芯片上，即通過把PD臺面以外的PD層材料腐蝕掉來露出HEMT層。第三步就是進行器件的隔離工作，仍然使用臺面腐蝕的辦法將HEMT和PD元器件之間隔離起來，想要實現比較好的隔離效果就一定要準確的腐蝕到半絕緣襯底上。最后就是保護芯片的工作了，在芯片表面沉淀一層介質，這樣不僅保護了芯片表面還成為了源漏的輔助剝離介質。
6結束語
光纖通信技術作為通信產業中的支柱，是我們現如今社會中使用最多的通信方式。即使在現在的社會當中，光纖通信技術得到了十分穩定有效的發展，但是現在科技發展如此之快，越來越多的新技術涌現出來，我國的通信技術水平也得到了明顯的改善與提高，光纖通信的使用范圍和價值也在悄悄地擴張。但是光纖通信技術為了迎合網絡時代，必須有更高層次的發展，才能占據市場的主流地位。我相信隨著光通信技術更加深入地發展，光纖通信一定會對整個通信行業甚至社會的進步起到舉足輕重的作用。
參考文獻：
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關鍵詞：版圖設計；集成電路；教學與實踐
中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）06-0153-02
目前，集成電路設計公司在招聘新版圖設計員工時，都希望找到已經具備一定工作經驗的，并且熟悉本行業規范的設計師。但是，IC設計這個行業圈并不大，招聘人才難覓，不得不從其他同行業挖人才或通過獵頭公司。企業不得不付出很高的薪資，設計師才會考慮跳槽，于是一些企業將招聘新員工目標轉向了應屆畢業生或在校生，以提供較低薪酬聘用員工或實習方式來培養適合本公司的版圖師。一些具備版圖設計知識的即將畢業學生就進入了IC設計行業。但是，企業通常在招聘時或是畢業生進入企業一段時間后發現，即使是懂點版圖知識的新員工，電路和工藝的知識差強人意，再就是行業術語與設計軟件使用不夠熟練、甚至不懂。這就要求我們在版圖教學時滲入電路與工藝等知識，使學生明確其中緊密關聯關系，樹立電路、工藝以及設計軟件為版圖設計服務的理念。
一、企業對IC版圖設計的要求分析
集成電路設計公司在招聘版圖設計員工時，除了對員工的個人素質和英語的應用能力等要求之外，大部分是考查專業應用的能力。一般都會對新員工做以下要求：熟悉半導體器件物理、CMOS或BiCMOS、BCD集成電路制造工藝；熟悉集成電路（數字、模擬）設計，了解電路原理，設計關鍵點；熟悉Foundry廠提供的工藝參數、設計規則；掌握主流版圖設計和版圖驗證相關EDA工具；完成手工版圖設計和工藝驗證[1，2]。另外，公司希望合格的版圖設計人員除了懂得IC設計、版圖設計方面的專業知識，還要熟悉Foundry廠的工作流程、制程原理等相關知識[3]。正因為其需要掌握的知識面廣，而國內學校開設這方面專業比較晚，IC版圖設計工程師的人才缺口更為巨大，所以擁有一定工作經驗的設計工程師，就成為各設計公司和獵頭公司爭相角逐的人才[4，5]。
二、針對企業要求的版圖設計教學規劃
1.數字版圖設計。數字集成電路版圖設計是由自動布局布線工具結合版圖驗證工具實現的。自動布局布線工具加載準備好的由verilog程序經過DC綜合后的網表文件與Foundry提供的數字邏輯標準單元版圖庫文件和I/O的庫文件，它包括物理庫、時序庫、時序約束文件。在數字版圖設計時，一是熟練使用自動布局布線工具如Encounter、Astro等，鑒于很少有學校開設這門課程，可以推薦學生自學或是參加專業培訓。二是數字邏輯標準單元版圖庫的設計，可以由Foundry廠提供，也可由公司自定制標準單元版圖庫，因此對于初學者而言設計好標準單元版圖使其符合行業規范至關重要。
2.模擬版圖設計。在模擬集成電路設計中，無論是CMOS還是雙極型電路，主要目標并不是芯片的尺寸，而是優化電路的性能，匹配精度、速度和各種功能方面的問題。作為版圖設計者，更關心的是電路的性能，了解電壓和電流以及它們之間的相互關系，應當知道為什么差分對需要匹配，應當知道有關信號流、降低寄生參數、電流密度、器件方位、布線等需要考慮的問題。模擬版圖是在注重電路性能的基礎上去優化尺寸的，面積在某種程度上說仍然是一個問題，但不再是壓倒一切的問題。在模擬電路版圖設計中，性能比尺寸更重要。另外，模擬集成電路版圖設計師作為前端電路設計師的助手，經常需要與前端工程師交流，看是否需要版圖匹配、布線是否合理、導線是否有大電流流過等，這就要求版圖設計師不僅懂工藝而且能看懂模擬電路。
3.逆向版圖設計。集成電路逆向設計其實就是芯片反向設計。它是通過對芯片內部電路的提取與分析、整理，實現對芯片技術原理、設計思路、工藝制造、結構機制等方面的深入洞悉。因此，對工藝了解的要求更高。反向設計流程包括電路提取、電路整理、分析仿真驗證、電路調整、版圖提取整理、版圖繪制驗證及后仿真等。設計公司對反向版圖設計的要求較高，版圖設計工作還涵蓋了電路提取與整理，這就要求版圖設計師不僅要深入了解工藝流程；而且還要熟悉模擬電路和數字標準單元電路工作原理。
三、教學實現
1.數字版圖。數字集成電路版圖在教學時，一是掌握自動布局布線工具的使用，還需要對UNIX或LINUX系統熟悉，尤其是一些常用的基本指令；二是數字邏輯單元版圖的設計，目前數字集成電路設計大都采用CMOS工藝，因此，必須深入學習CMOS工藝流程。在教學時，可以做個形象的PPT，空間立體感要強，使學生更容易理解CMOS工藝的層次、空間感。邏輯單元版圖具體教學方法應當采用上機操作并配備投影儀，教師一邊講解電路和繪制版圖，一邊講解軟件的操作、設計規則、畫版圖步驟、注意事項，學生跟著一步一步緊隨教師演示學習如何畫版圖，同時教師可適當調整教學速度，適時停下來檢查學生的學習情況，若有錯加以糾正。這樣，教師一個單元版圖講解完畢，學生亦完成一個單元版圖。亦步亦趨、步步跟隨，學生的注意力更容易集中，掌握速度更快。課堂講解完成后，安排學生實驗以鞏固所學。邏輯單元版圖教學內容安排應當采用目前常用的單元，并具有代表性、擴展性，使學生可以舉一反三，擴展到整個單元庫。具體單元內容安排如反相器、與非門/或非門、選擇器、異或門/同或門、D觸發器與SRAM等。在教授時一定要注意符合行業規范，比如單元的高度、寬度的確定要符合自動布局布線的要求；單元版圖一定要最小化，如異或門與觸發器等常使用傳輸門實現，繪制版圖時注意晶體管源漏區的合并；大尺寸晶體管的串并聯安排合理等。
2.模擬版圖。模擬集成電路版圖設計更注重電路的性能實現，經常需要與前端電路設計工程師交流。因此，版圖教學時教師須要求學生掌握模擬集成電路的基本原理，學生能識CMOS模擬電路，與前端電路工程師交流無障礙。同時也要求學生掌握工藝對模擬版圖的影響，熟練運用模擬版圖的晶體管匹配、保護環、Dummy晶體管等關鍵技術。在教學方法上，依然采用數字集成電路版圖的教學過程，實現教與學的同步。在內容安排上，一是以運算放大器為例，深入講解差分對管、電流鏡、電容的匹配機理，版圖匹配時結構采用一維還是二維，具體是如何布局的，以及保護環與dummy管版圖繪制技術。二是以帶隙基準電壓源為例，深入講解N阱CMOS工藝下雙極晶體管PNP與電阻匹配的版圖繪制技術。在教學時需注意晶體管與電阻并聯拆分的合理性、電阻與電容的類型與計算方法以及布線的規范性。
3.逆向版圖設計。逆向集成電路版圖設計需要學生掌握數字標準單元的命名規范、所有標準單元電路結構、常用模擬電路的結構以及芯片的工藝，要求學生熟悉模擬和數字集成單元電路。這樣才可以在逆向提取電路與版圖時，做到準確無誤。教學方法同樣還是采用數字集成電路版圖教學流程，達到學以致用。教學內容當以一個既含數字電路又含模擬電路的芯片為例。為了提取數字單元電路，需講解foundry提供的標準單元庫里的單元電路與命名規范。在提取單元電路教學時，說明數字電路需要歸并同類圖形，例如與非門、或非門、觸發器等，同樣的圖形不要分析多次。強調學生注意電路的共性、版圖布局與布線的規律性，做到熟能生巧。模擬電路的提取與版圖繪制教學要求學生掌握模擬集成電路常用電路結構與工作原理，因為逆向設計軟件提出的元器件符號應該按照易于理解的電路整理，使其他人員也能看出你提取電路的功能，做到準確通用規范性。
集成電路版圖設計教學應面向企業，按照企業對設計工程師的要求來安排教學，做到教學與實踐的緊密結合。從教學開始就向學生灌輸IC行業知識，定位準確，學生明確自己應該掌握哪些相關知識。本文從集成電路數字版圖、模擬版圖和逆向設計版圖這三個方面就如何開展教學可以滿足企業對版圖工程師的要求展開探討，安排教學有針對性。在教學方法與內容上做了分析探討，力求讓學生在畢業后可以順利進入IC行業做出努力。
參考文獻：
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關鍵詞：微電子工藝；創新性；實驗教學
一、引言
微電子技術與國家科技發展密切相關，是21世紀我國重點發展的技術方向。在新形勢下，無論軍用還是民用方面都對微電子方向人才有強烈需求。高校微電子專業是以培養能在微電子學領域內，從事半導體器件、集成電路設計、制造和相應的新產品、新技術、新工藝的研究和開發等方面工作的高級應用型科技人才為目標的。因此，要求學生不僅要具備堅實的理論基礎，還需具備突出的專業能力和創新能力，滿足行業的快速發展和社會需求。
目前我國微電子行業中，微電子工藝研究相對于器件和集成電路設計研究工作是滯后的，處于不平衡發展狀態，為使行業發展更均衡，需要加強微電子工藝人才的培養。微電子工藝是微電子專業中非常重要的專業課，主要研究微電子器件與集成電路制造工藝原理與技術。微電子器件與集成電路尺寸都是在微米甚至納米量級，導致在理論學習過程中，學生理解有一定的困難，因此需要通過開設微電子工藝實驗課程加深和鞏固知識內容，使學生更加直接地接觸微電子行業核心技術，了解半導體器件、集成電路生產制造加工的技術方法，從而促進學生對微電子工藝等課程的學習。因此，微電子工藝實驗教學可以有效地彌補理論教學的局限性和抽象性，促進學生對理論課的理解和提高學生的動手能力。
二、課程分析
微電子工藝課程要求掌握制造集成電路所涉及的外延、氧化、摻雜、光刻、刻蝕、化學氣相淀積、物理氣相淀積、金屬化等技術的原理與方法，熟悉雙極型和M0s集成電路的制造工藝流程，了解集成電路的新工藝和新技術。微電子技術的發展是遵循摩爾定律，快速發展變化的，雖然工程教育要求教學最新最前沿的技術，但微電子設備價格昂貴，運轉與維護費用很高，任何高校都很難不斷升級換代；而且集成電路制造技術的更新迭代主要是在摻雜技術、光刻技術、電極制造技術方面進行了技術改進，在其他方面還都是相似的，因此，在高校中單純追求工藝先進的實驗教學是不現實的。基于此，結合實際教學資源情況，建設主流、典型工藝技術的工藝實驗線，并開展理論聯系實踐的實驗教學是微電子工藝實驗室建設的重點。通過實驗使學生更牢固地掌握晶體管及簡單Ic的整個工藝制造技術，學會測試晶體管重要參數，以及初步了解集成電路工藝制造過程。
黑龍江大學微電子工藝實驗室已建立數十年，之前受到設備的限制，所開設的實驗都是分立的，不能完全按工藝流程完成器件的制作，沒有形成有機整體，學生缺乏對晶體管制作工藝流程的整體認識。經過不斷發展和學校的大量投入，目前該實驗室擁有一條微電子平面工藝線，主要的設備包括磁控濺射設備、電子束蒸發設備、CVD化學氣相淀積系統、光刻機、離子刻蝕機、擴散爐、氧化爐、超聲壓焊機、燒結爐等。這些設備保證了微電子工藝實驗能夠按晶體管制作工藝流程順序完成制作。同時實驗室配備了測試環節所必須的顯微鏡、電阻率測試儀、探針測試臺、半導體特性圖示儀等檢測儀器，通過實驗能進一步加深學生對微電子工藝制造過程的了解。實踐證明，以上實驗內容對學生掌握知識和開拓視野起到十分重要的作用，效果顯著。該實驗室多年來一直開展本科生教學和本科生畢業設計、研究生畢業設計、各類創新實驗項目等教學、科研工作。
三、實驗教學的開展
為了達到理論實踐相互支撐與關聯，通過實驗促進理論學習，筆者根據微電子專業特點，開展了微電子工藝實驗的教學改革。在原有的微電子平面工藝實驗的基礎上，建立由實驗內容的設置、多媒體工藝視頻、實際操作的工藝實驗、實驗考核方法和參觀學習五部分組成的教學方式，形成有效的實踐教學，加強了學生對制造技術和工藝流程的整體的認識，培養了學生對半導體器件原理研究的興趣，使學生對將來從事半導體工藝方面的研究充滿信心。
（一）實驗內容的設置
實驗內容主要包括四部分：
1.教師提供給學生難易不同的器件結構（二極管、三極管、MOS管等），學生可以自主選擇；
2.根據器件結構，計算機輔助軟件設計器件制作的工藝流程；
3.通過實驗室提供的儀器設備完成器件制作；
4.測試器件性能參數。
通過這樣設置，既能掌握微電子工藝的基本理論，又能通過實驗分析完善工藝參數，使學生完全參與其中。
（二）多媒體工藝視頻
為了讓學生對集成電路設計和微電子制造工藝有直觀的認識。結合實際的實驗教學過程，制作全程相關單項工藝技術、流程及設備操作視頻演示資料，同時強調工藝制作過程中安全操作和注意事項，防止危險的發生。
（三）實際操作的工藝實驗
工藝實驗涵蓋清洗、氧化、擴散、光刻、制版、蒸鍍、燒結、壓焊等主要工序，為學生親自動手制作半導體器件和制造集成電路提供了一個完整的實驗條件。學生根據所學的理論知識了解器件結構、確定工藝條件、按照流程完成器件的制作。保證每名學生都參與到器件制作過程中。同時每個單項工序時間和內容采取預約制，實現開放式實驗教學。
、
（四）實驗考核方法
在實驗教學環節中，實驗考核是重要的教學質量評價手段。實驗著重對動手能力和綜合分析問題的能力及創新能力進行考核。主要考核內容包括：
1.器件工藝設計：考核設計器件制作流程的合理性；
2.工藝實驗：考核現場工藝操作是否規范，選用的工藝條件是否合理；
3.測試結果：考核制作器件的測試結果；
4.實驗分析報告：考核分析問題和解決問題能力，并最終給出綜合成績。
（五）參觀學習
參觀學習有助于學生全面了解本行業國內外發展的概況及先進的設備、現代化的生產車間和工藝水平。每年帶領學生參觀中國電子科技集團公司第49研究所、海格集團等企事業單位，安排相應技術人員進行講座和交流，使學生學習到更多的寶貴經驗和實踐知識。
數字集成電路低功耗優化設計
隨著科技的不斷發展和進步，在集成電路領域當中，數字集成電路的增長速度飛快，在各種新技術的應用之下，集成電路系統的集成度和復雜度也有了很大的提升。對著移動設備、便攜設備的廣泛應用，使得數字集成電路面臨著越來越嚴峻的功耗問題。因此，在數字集成電路的未來發展當中，低功耗優化設計已經成為一個主要的發展趨勢，在數字集成電路的工藝制造、電路設計等方面，都發揮著巨大的作用。
一、低功耗優化設計的方法和技術
對于可移動、便攜式的數字系統來說，功耗具有很大的作用。因此在設計數字電路的時候，應當分析其功耗問題。在設計數字集成電路的過程中，要對功耗、面積、性能等加以考慮。而在這些方面，存在著相互關聯和約束的關系。因此，在對數字電路性能加以滿足的前提下，對設計方案和技術進行選擇，從而實現低功耗優化設計。具體來說，應當平衡性能、面積、功耗方面的關系，防止發生浪費的情況。對專用集成電路進行高效應用，對結構和算法進行優化，同時對工藝和器件進行改進。
二、數字集成電路的低功耗優化設計
1、門級
在數字集成電路的低功耗優化設計中，門級低功耗優化設計技術具有較為重要的作用，其中包含著很多不同的技術，例如路徑平衡、時許調整、管腳置換、們尺寸優化、公因子提取、單元映射等。其中，單元映射是在設計電路中，在邏輯單元、門級網表之間，進行合理的布局布線。公因子提取法能夠對邏輯深度進行降低、對電路翻轉進行減小、對邏輯網絡進行簡化從而降低功耗。路徑平衡則是針對不同路徑的延遲時間，對其進行改變，從而降低功耗。
2、系統級
系統級低功耗優化設計當中，主要包括了軟硬件劃分、功耗管理、指令優化等技術。其中，軟硬件劃分主要是對硬件和軟件在抽象描述的監督，對其電路邏輯功能加以實現，通過對方案的綜合對比，選擇低功耗優化設計方案。功耗管理是針對電路設計不同的工作模式，將空閑模塊掛起，從而降低功耗。而指令優化則包含指令壓縮、指令編碼優化、指令集提取等，通過對讀取速度、密度的提升，使功耗得到降低。
3、版圖級
在版圖級低功耗優化設計中，需要對互聯、器件等同時進行優化，對著集成電路工藝的發展，器件尺寸的減小，功耗也就自然降低。同時由于具有更快的開關速度，因此可以根基不同情況，在電路設計中選擇合適的器件進行優化。而對于系統來說，互聯作為連接器件的導線，對于系統性能也有著很大的影響。在信號布線的過程中，可以增加關鍵、時鐘、地、電源等信號以及高活動性信號的橫截面，從而降低功耗和延時。
4、算法級
在算法級低功耗優化設計當中，需要對速度、面積、功耗等約束條件加以考慮，從而對電路體系編碼、結構等進行優化。在通常情況下，為了提升電路質量、降低電路功耗，會采用提高速度、增加面積等方法來實現。算法級低功耗優化設計與門級、寄存器傳輸級不同，這兩者都是對電路的基本結構首先進行確定，然后對電路結構再進行低功耗優化調整。在算法級低功耗優化設計當中，主要包括并行結構、流水線、總線編碼、預計算等技術。
5、電路級
在電路級低功耗優化設計中，NMOS管陣列構成的PDN完成了邏輯功能，其中只需要少量額晶體管，具有較快的開關速度，同時由于具有較低的負載電容，不存在短路電流。在電源與第之間，沒有電流通路，因此不會產生靜態功耗，對于總體功耗的降低有著很大的幫助。同時，在應用的異步電路當中，在穩定狀態時，輸入信號才會翻轉，從而避免了輸入信號之間的競爭冒險，也避免了功耗浪費。
6、工藝級
在工藝級低功耗優化設計中，主要包括按比例縮小、封裝等技術。隨著技術的發展，系統擁有了更高的集成度，器件尺寸得以減小、電容得以降低，在芯片之間，通信量也有所下降，因此功耗也能夠得到有效的控制。其中主要包括了互連線、晶體管的按比例縮小。芯片應當進行封裝，充分與外界相隔離，從而避免外界雜質造成腐蝕，降低其電氣性能。而在封裝過程中，對于芯片功耗有著很大的影響。通過合理的進行封裝，能夠更好的進行散熱，從而是功耗得到降低。
7、寄存器傳輸級
在設計數字集成電路的過程中，寄存器傳輸級是一種同步數字電路的抽象模型，根據存儲器、寄存器、總線、組合邏輯裝置等邏輯單元之間數字信號的流動所建立的。在當前的數字設計中，工作流程是寄存器傳輸級上的主要設計，根據寄存器傳輸級的描述，邏輯綜合工具對低級別的電路描述進行構建。在寄存器傳輸級的低功耗優化設計當中，主要包括了門控時鐘、存儲器分塊訪問、操作數隔離、操作數變形、寄存器傳輸級代碼優化等方法。
隨著科技的不斷發展，在當前社會中，越來越多的移動設備和便攜設備出現在人們的生活中，因此，數字集成電路也正在得到更加廣泛的應用。而在電路設計當中，功耗問題始終是一個較為重點的問題，因此，應當對數字集成電路進行低功耗優化設計，從而降低電路功耗，提升電路效率。
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硅通孔技術（TSV）是三維集成電路設計關鍵技術之一，本文從其制備、應用于系統中的性能參數及其意義、具體設計主要思路三個方面，對TSV在三維集成電路設計中的基礎概況進行分析探討。
【關鍵詞】硅通孔技術 三維集成電路 設計原則
三維集成電路是指多層面構建集成電路，可進一步擴展布局空間，減少線路相互之間的干擾，解決信號擁堵問題，擴大頻寬，降低功耗，最終提高系統性能。3D封裝是三維集成電路關鍵技術，主要包括裸片堆疊封裝、疊層封裝與封裝內堆疊三種具體實現形式，各有優劣。貫穿硅通孔技術（TSV）是一種系統級架構技術，可實現層級間裸片互聯，是目前最先進、應用最廣泛的互聯方式之一。本次研究就基于硅通孔技術的三維集成電路基本設計進行概述與分析。
1 TSV制備
TSV制備工藝據通孔制作工藝順序可分為先通孔與后通孔兩種，先通孔是指在制備IC時同時通孔，后者是指在制備IC后通孔。
前通孔主要特征包括：（1）工藝在CMOS或BEOL制備前應用；（2）在元件設計階段即介入應用；（3）需嚴格的CD控制；（4）通孔寬度為5-20μm；（5）深寬比AR3：1-10：1。而后通孔主要特征為：（1）工藝在BEOL或TSV鍵合（Bonding）制備后應用；（2）在設計階段后期介入；（3）CD控制較寬松；（4）通孔寬度20-50μm；（5）深寬比AR3：1-15：1。
通孔刻蝕技術是TSV技術的核心，強調通孔尺寸一致性，無殘渣，形成需達到一定速度，規格設計具有一定靈活性，目前僅有IBM及其部分代工廠掌握該核心技術。通孔刻蝕技術主要可分為博世工藝技術、激光刻蝕技術，兩者各有優劣。博士工藝孔徑大小、數目、深度無特殊要求，但孔徑側面較粗糙，材料成本高，需要光刻。激光刻蝕僅適用于>10μm孔徑通孔，孔徑數目也受吞吐量影響，但通孔側壁表明光滑，耗材低，無需光刻。
通孔后，TSV需進行填充，涉及通孔絕緣、淀積與電鍍多個工藝步驟，使用材料包括硅烷、正硅酸丁酯等。填充時需要考慮填充絕緣、沉積溫度等多個方面因素，一個細節的疏忽都可能影響通孔性能，進而影響系統穩定性與功效。目前，主要填充技術包括濺射沉積、均勻淀積，但考慮到成本因素，電鍍銅是目前應用最廣泛的硅通孔填充方式。
最后為實現晶體TSV互聯，需應用TSV鍵合技術，目前最常用的鍵合技術包括金屬-金屬鍵合、氧化物共熔鍵合與高分子黏結鍵合。三種鍵合技術各有優劣，應用均十分廣泛，但均只適用于滿足電學特性的光滑鍵合表面，不能進行機械表面與電學特性表面鍵合，金屬-金屬鍵合有望打破這種限制。
2 反映TSV性能的參數及其意義
2.1 互聯延時
全局互聯普遍被認為是集成系統性能提升的設計瓶頸，全局互聯產生的連線延時決定系統時鐘頻率與速度傳輸限，創造一種更有效的互聯策略已成為當今電路設計中研究熱點。緩沖器插入式目前應用最廣泛的一種縮短全局互聯延時的設計，使用靈活，有助于減少硅通孔數目與集成密度，進而降低互聯延時效應，提高系統性能，降低誤差。
2.2 互聯功耗
互聯功耗與系統電路規模與集成密度有關，目前，互聯電容已取代門電路成為片上功耗與動態功耗主導因素，插入緩沖器后功耗與全局互聯規模有關。應用硅通孔三維互聯構架，可減少互聯需要，但卻需要更多的緩沖器，增加片上功耗，在設計PSV時，需充分考慮PSV功耗。
3 TSV三維集成具體設計主要思路
3.1 阻抗特性差異
三維集成雖然可緩解不同材料、工藝差異所產生的串擾噪聲，降低混合技術同化復雜度與電路模塊電磁干擾，最終降低成本，提高效效能，但與此同時，三維設計也增加了阻抗差異。阻抗差異后是源層互聯固有缺陷，應用TSV技術互聯則增加了阻抗差異，進一步放大了這種缺陷。因此將TSV應用三維集成系統構架中，需綜合考慮阻抗差異，盡力減少阻抗差異對互聯信號的影響，避免信號發生反射或失真。
3.2 熱管理與優化
電路工作之中不可避免的發散熱量，熱效應已成為影響集成電路功效、元件可靠性的重要因素之一。三維集成技術增加了芯片物理層數，頂端物理層與散熱片距離顯著增加；三維集成技術縮短了物理尺寸，芯片功耗密度顯著增加，熱效應增加，芯片內溫度上升，可能造成元件性能下降，電遷移失敗，甚至可能造成物理損毀。應用TSV技術，可能影響整個芯片熱擴散效果、途徑，因此在設計TSV系統構架時，需對熱擴散進行預測，分析芯片內外溫度分布，并提出熱優化技術與策略，降低消熱阻。目前常采用的熱優化技術策略為減薄襯底厚度，降低散熱片等效熱阻，熱驅動優化，布局優化，熱通孔插入，等。
4 碳納米管TSV設計
碳納米管具有優良的電熱傳輸特性，平均自由程較長，耐高溫，是一種較理想的互聯材料，具有較大的發展潛力。碳納米管電流承載密度極限遠高于銅，電子遷移穩定，有助于克服承載不穩定性TSV技術這一固有缺陷。碳納米管具有一維導體特性，熱特性較高，熱傳導率極高，可達到3000～8000W/m-K，將碳納米管應用于TSV集成可極大的提高系統散熱能力。
5 小結
硅通孔技術是三維集成電路制造核心技術之一，其技術水平直接影響系統性能、穩定性。電路設計工作者，在應用TSV技術過程中，應盡量采用時下成熟的TSV制備技術，把握具體設計思路，從提升系統整體性能出發，提升設計水平。同時，應具有創新、探索精神，積極嘗試引入新材料、技術與理念，大膽嘗試，開闊設計思路，以探索更優的設計方案。
參考文獻
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作者簡介
祝竹（1983-），女，安徽省宣城市人。2006年畢業于合肥學院，電子信息工程專業。現為宣城職業技術學院電工與電子技術專業教師。研究方向為電工技術與汽車電子類。
【關鍵詞】集成電路 理論教學 改革探索
【基金項目】湖南省自然科學基金項目（14JJ6040）;湖南工程學院博士啟動基金。
【中圖分類號】G642.3 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2015）08-0255-01
隨著科學技術的不斷進步，電子產品向著智能化、小型化和低功耗發展。集成電路技術的不斷進步，推動著計算機等電子產品的不斷更新換代，同時也推動著整個信息產業的發展[1]。因此，對集成電路相關人才的需求也日益增加。目前國內不僅僅985、211等重點院校開設了集成電路相關課程，一些普通本科院校也開設了相關課程。課程的教學內容由單純的器件物理轉變為包含模擬集成電路、數字集成電路、集成電路工藝、集成電路封裝與測試等[2]。隨著本科畢業生就業壓力的不斷增加，培養應用型、創新型以及可發展型的本科人才顯得日益重要。然而，從目前我國各普通院校對集成電路的課程設置來看，存在著重傳統輕前沿、不因校施教、不因材施教等問題，進而導致學生對集成電路敬而遠之，退避三舍，學習積極性不高，繼而導致學生的可發展性不好，不能適應企業的要求。
本文結合湖南工程學院電氣信息學院電子科學與技術專業的實際，詳細闡述了本校當前“集成電路原理與應用”課程理論教學中存在的問題，介紹了該課程的教學改革措施，旨在提高本校及各兄弟院校電子科學與技術專業學生的專業興趣，培養學生的創新意識。
1.“集成電路原理與應用”課程理論教學存在的主要問題
1.1理論性強，課時較少
對于集成電路來說，在講解之前，學生應該已經學習了以下課程，如：“固體物理”、“半導體物理”、“晶體管原理”等。但是，由于這些課程的理論性較強，公式較多，要求學生的數學功底要好。這對于數學不是很好的學生來說，就直接導致了其學習興趣降低。由于目前嵌入式就業前景比較好，在我們學校，電子科學與技術專業的學生更喜歡嵌入式方面的相關課程。而集成電路相關企業更喜歡研究生或者實驗條件更好的985、211高校的畢業生，使得我校集成電路方向的本科畢業生找到相關的較好工作比較困難。因此，目前我校電子科學與技術專業的發展方向定位為嵌入式，這就導致一些跟集成電路相關的課程，如“微電子工藝”、“晶體管原理”、“半導體物理”等課程都取消掉了，而僅僅保留了“模擬電子技術”和“數字電子技術”這兩門基礎課程。這對于集成電路課程的講授更增加了難度。“集成電路原理與應用”課程只有56課時，理論課46課時，實驗課10課時。只講授教材上的內容，沒有基礎知識的積累，就像空中架房，沒有根基。在教材的基礎上額外再講授基礎知識的話，課時又遠遠不夠。這就導致老師講不透，學生聽不懂，效果很不好。
1.2重傳統知識，輕科技前沿
利用經典案例來進行課程教學是夯實集成電路基礎的有效手段。但是對于集成電路來說，由于其更新換代的速度非常快，故在進行教學時，除了采用經典案例來夯實基礎外，還需緊扣產業的發展前沿。只有這樣才能保證人才培養不過時，學校培養的學生與社會需求不脫節。但目前在授課內容上還只是注重傳統知識的講授，對于集成電路的發展動態和科技前沿則很少涉及。
1.3不因校施教，因材施教
教材作為教師教和學生學的主要憑借，是教師搞好教書育人的具體依據，是學生獲得知識的重要工具。然而，我校目前“集成電路原理與應用”課程采用的教材還沒有選定。如：2012年采用葉以正、來逢昌編寫，清華大學出版社出版的《集成電路設計》;2013年采用畢查德?拉扎維編寫，西安交通大學出版社出版的《模擬CMOS集成電路設計》;2014年采用余寧梅、楊媛、潘銀松編著，科學出版社出版的《半導體集成電路》。教材一直不固定的原因是還沒有找到適合我校電子科學與技術專業學生實際情況的教材，這就導致教師不能因校施教、因材施教。
2.“集成電路原理與應用”課程理論教學改革
2.1選優選新課程內容，夯實基礎
由于我校電子科學與技術專業的學生，沒有開設“半導體物理”、“晶體管原理”、“微電子工藝”等相關基礎課程，因此理想的、適用于我校學生實際的教材應該包括半導體器件原理、模擬集成電路設計、雙極型數字集成電路設計、CMOS數字集成電路設計、集成電路的設計方法、集成電路的制作工藝、集成電路的版圖設計等內容，如表1所示。因此，在教學實踐中，本著“基礎、夠用”的原則，采取選優選新的思路，盡量選擇適合我校專業實際的教材。目前，使用筆者編寫的適合于我校學生實際的理論教學講義，理順了理論教學，實現了因校施教，因材施教。
表1 “集成電路原理與應用”課程教學內容
2.2提取科技前沿作為教學內容，激發專業興趣
為了提高學生的專業興趣，讓他們了解“集成電路原理與應用”課程的價值所在，在授課的過程中穿插介紹集成電路設計的前沿動態。如：從IEEE國際固體電路會議的論文集中提取模塊、電路、仿真、工藝等最新的內容，并將這些內容按照門類進行分類和總結，穿插至傳統的理論知識講授中，讓學生及時了解當前集成電路設計的核心問題。這樣不但可以激發學生的好奇心和學習興趣，還可以提高學生的創新能力。
2.3開展雙語教學互動，提高綜合能力
目前，我國的集成電路產業相對于國外來說，還存在著相當的差距。要開展雙語教學的原因有三：一是集成電路課程的一些基本專業術語都是由英文翻譯過來的;二是集成電路的研究前沿都是以英文發表在期刊上的;三是世界上主流的EDA軟件供應商都集中在歐美國家，軟件的操作語言與使用說明書都是英文的。因此，集成電路課程對學生的英語能力要求很高，在課堂上適當開展雙語教學互動，無論是對于學生繼續深造，還是就業都是非常必要的。
3.結語
集成電路自二十世紀五十年代被提出以來，經歷了小規模、中規模、大規模、超大規模、甚大規模，目前已經進入到了片上系統階段。雖然集成電路的發展日新月異，但目前集成電路相關人才的學校培養與社會需求存在很大的差距。因此，對集成電路相關課程的教學改革刻不容緩。基于此，本文從“集成電路原理與應用”課程理論教學出發，詳細闡述了“集成電路原理與應用”課程教學所存在的主要問題，并有針對性的提出了該課程教學內容和教學方法的改革措施，這對培養應用型、創新型的集成電路相關專業的本科畢業生具有積極的指導意義。
參考文獻：
微電子技術是建立在以集成電路為核心的各種半導體器件上的技術．其主要包括系統電路設計、器件物理、工藝技術、材料制備、自動測試以及封裝、組裝等一系列的技術。該技術在很多方面都發揮了其重要的作用，如在生活中我們所使用的手機、電子計算機、醫療器械、移動電視等一系列的電子產品；還有軍事方面的武器如衛星通信、原子彈等一系列的武器裝備中。
二、微電子的現狀
首先我們來介紹一F微電子的發展史，它主要經歷以下幾個階段。第一個階段：1947年巴丁和布拉頓發明了點接觸式的晶體管；第二個階段：1958年TI公司制造出世界第一塊集成電路芯片：第三個階段：20世紀70年代進入MOS時代。那么，為什么微電子能得以發展并且發展的如此迅速昵?正是由于Mos管的高集成性和低功耗、放大倍數高等優點，所以到70年代就進入了MOS的時代并一直發展到現在。盡管帥s管有哪些優點，但這并不意味著M0s管已完全取代了晶體管的地位；在一些對速度和驅動能力要求非常高的系統中還是要用到晶體管。
微電子發展的如此迅速那就是否就意味著其發展的道路是一帆風順呢?顯然是否定的。在微電子發展的過程中我們遇到了許許多多的方面困難，如工藝方面、材料方面、封裝測試方面和設計等方面都遇到了重重地障礙。其中集成電路工藝技術主要包括擴散、光刻、刻蝕、離子注入、薄膜生長以及拋光等技術。微電子在材料方面的困難豐要是隨著微電子器件尺寸的減小，一些材料已經不能很好的滿足微電子發展的需求，人們已經不在局限于Si、Ge、GaAs、等一些材料，而是也開始研究高K柵介質、低K互連介質、碳化硅(SIC)、新型化合物等半導體材料。在工藝方面的困難主要是隨著微電子器件尺寸的減小，其最小的特征尺寸已經進入到納米數量級；這使得器件之間產生相互影響，進而影響電路的性能，嚴重的阻礙了微電子行業的發展。這就需要政府投入大量的財力和人力來進行新器件、新工藝的研究。同時在光刻技術的研究和開發中，以光子為基礎的光刻技術種類很多，但產業化前景較好的主要是紫外(U)光刻技術、深紫外(DUv)光刻技術、極紫外(EUV)光刻技術和X射線(X-ray)光刻技術，但是由于特征尺寸越來越小這使得光刻技術面臨一定的困難，①這就使得工藝線必須使用波長更短的光源。從早期的水銀燈到現在使用的遠紫外線，甚至使用研究中的粒子束。②導致光刻以及掩膜成本急劇上升。③光刻時小尺寸圖形所產生的干涉和衍射效應使得光刻圖案失真越來越嚴重。在測試方面由于現在的電路集成度愈來越高，這使得集成電路的封裝與測試也越來越困難，而且在封裝測試后芯片成品率也不高，這也是制約微電子發展的一個重要的因素。
三、微電子對中國未來經濟發展的意義
微電子的發展在我國的經濟發展和軍事力量的發展中占有十分重要的地位。同時微電子對人們生活水平產生了重大的影響。在生活水平方面隨著微電子的發展人們的生活水平也在不斷地提高。如家用電器的功能的增加和性能增強提高了人們生活質量，而且隨著微電子的發展許多電器價格都非常便宜。在軍事方面的意義：不僅提高作戰軍事裝備和作戰平臺的性能(如雷達和導航系統等)，而且導致新式武器和裝備的產生，同時，微電子技術改變了傳統的作戰方式，這將會從近距離戰爭發展到未來的遠距離的電子信息戰。只有把微電子發展起來，一個國家才可以真正的強大起來．如近幾年來我國的海權一直都得不到保護正是由于我國海上防衛能力還不夠強大，歸根到底是由于設備技術的落后，所以只有大力發展微電子我國才能夠在未來真正成為科技強國。
四、微電子發展的趨勢
微電子學是一門發展十分迅速的學科，而且微電子集成電路的發展一直都遵循“摩爾定律”。所謂的“摩爾定律”是指集成電路上可容納的晶體管數目，約每隔18個月便會增加一倍，性能也將提升一倍，當價格不變時；或者說，每一美元所能買到的電腦性能，將每隔18個月翻兩倍以上。21世界的微電子發展趨勢主要有：第一、各國的微電子都在向減小器件尺寸方面和集成度不斷提高方面發展，即微電子特征尺寸將由微米一亞微米一深亞微米一納米甚至更小。尤其是國外發達國家正在向0．1微米以下的工藝發展，這更加拉大了我國與發達國家之間的差距。第二、發展片上系統(SOC)。其主要是將傳感器、執行單元和數據處理系統集成在一塊芯片上，從而完成信息的采樣、處理等功能。第三、微電子技術與其它學科結合的產物。如她Ms技術，它是微電子技術與機械、力學、光學等領域結合的產物；還有用于醫療的生物芯片，其豐要微電子技術與生物工程技術相結合的產物。
五、微電子發展的策略
縱觀近幾年來我國微電子的發展情況可知，我國微電子行業嚴重缺乏技術人員，特別是集成電路設計工程師。由這一國情也就決定了我國未來幾年微電子的發展方向以及人才的培養方向。微電子是衡量一個國家綜合國力的重要指標，同時也在我國經濟發展以及國家安全方面占有舉足輕重的地位，這就需要我們國家重視對微電子的發展，對微電子人才的培養。關于微電子的發展我提幾條意見：①根據國內微電子專業發展情況，大量培養微電子專業人才已經是迫在眉睫。同時，在培養人才的過程中我們也更應該注意人才培養的質量。②應該根據微電子專業的市場需求培養多層次、專業化人才，加強學校和企業的合作，了解企業需要的人才類型，加強各個高校在微電子學方面研究成果的交流。同時我們也應該注重理論聯系實際；為學生提供實習的機會也是必不可少的，這樣就可以培養學生的實際動手能力。③時刻了解國外微電子發展動態，專業課程可以直接采用或參考國際最新的優秀教材；聘請具有豐富實踐經驗的專家教授進行授課；創造機會，鼓勵教師與企業合作進行研發項目，了解實際應用需求，并據此來完善各高校教學大綱。
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關鍵詞 半導體器件 半導體物理 教學思考
中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1002-7661（2017）02-0058-02
隨著半導體技術的發展，微電子技術已滲透到滲透到國民經濟的各個領域。《半導體器件物理》是微電子技術的理論基礎，是理解半導體器件內部工作原理的課程，是分析器件物理結構、材料參數與器件電學性質之間的聯系，其提供了半導體物理與電子電路設計間的物理邏輯與數學聯系，是基于CMOS工藝設計集成電路的必備知識。因而，在教學過程中，如何將物理圖像、數學模型與電子電路設計間的關系講解清楚，讓學生從物理和集成電路設計的角度深層次理解半導體器件成為授課關鍵。
一、教學內容與預期
《半導體器件物理》是微電子科學與工程專業的重要專業基礎課程，是在半導體物理課程基礎上繼續開展器件物理的分析、建模和應用，具有物理理論抽象、概念細節多、半導體物理與電路等學科知識相交叉等特點，學生學習較為困難。基于此，本課程授課以施敏先生著的《半導體器件物理》為主要教材，依據教學大綱和學生未來的工作實踐，對《半導體器件物理》課程教學內容進行了調整、充實和刪減。具體來說《半導體器件物理》教學內容可分為以下幾部分：1）介紹半導體材料、PN結、半導體表面的特性等，2）講解雙極型、MOS型晶體管的結構和工作原理，3）分析幾種有重要應用的半導體器件，如功率MOSFET、IGBT和光電器件等。[1，2]期望學生接受教學后的預期能力：1）能夠深入理解半導體器件關鍵物理概念和能帶理論；2）能夠將半導體物理與半導體PN結的行為結合起來理解分析；3）能夠以半導體PN結為基礎理解幾種不同的半導體器件；4）能夠理解和提出新型半導體器件設計中的關鍵物理和電學問題。
二、教學方法及學生能力目標
本課程以課堂授課為主，同時引入小組和班級討論、課后建模實踐等互動教學方法，培養學生構建器件物理圖像、建模和與電子電路設計綜合聯系的能力，獨立發現、分析、解決器件問題的能力。同時基于《半導體器件物理》課程的特點，在教學手段上采用板書公式推導與多媒體器件模型演示為主，網絡教學資源為輔，同時邀請集成電路產業半導體器件資深專家講座等形式，提高學生掌握知識和設計實踐的能力，提高教學質量。讓學生漸進達到如下能力：（1）知道基本概念，（2）從理論上理解和解釋，（3）能夠根據器件理論做出計算、模擬和實際的器件應用，（4）對器件進行綜合、設計、分析；（5）對器件能夠從物理和電學的角度做出專業評價。
三、學生學習效果評價方式
為了客觀評價每個學生的實際學習效果和激勵學習興趣，改革評價方式是十分必要的。在期末閉卷考試基礎上，對成績評價方式作如下新探索：增加平時成績比例，每個月進行一次小測試，針對幾個集成電路廣泛應用的建模理論和半導體器件，要求學生從半導體物理的角度作出獨立的分析報告，可以在課后查閱文獻資料，并在后續課堂上進行交流討論，增強學生獨立思考與實踐動手能力，培養學生深度器件分析能力。
課堂教學改革需要教師不斷思考、總結與創新，即要傳授知識，又要與學生互動反饋，讓學生更深刻迅速的理解專業知識，并能靈活的實踐運用。
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【關鍵詞】IC產業集群升級地方政府作用政策建議
【中圖分類號】F291.1 【文獻標識碼】A 【文章編號】1004-6623（2012）05-0089-04
一、上海IC集群總體概況
上海IC集群，是以IC制造為重點，包括IC設計、封裝、測試、原材料、光掩膜，以及模具、設備生產和維護、人才培訓等相關配套服務的較為完整的IC地方產業網絡。上海IC集群的空間范圍，是以張江高科技園區為核心、延伸到金橋出口加工區和外高橋保稅區的浦東微電子產業帶（核心區），和漕河涇、松江、青浦為擴展區的IC產業集聚區。其中芯片制造業代表企業有中芯國際集成電路制造有限公司、上海宏力半導體制造有限公司和上海華虹NEC電子有限公司；芯片設計企業代表有展訊通訊（上海）有限公司、AMD；封裝測試企業代表有安靠和日月光等；設備材料業企業代表有中微半導體設備（深厚）有限公司和盛美半導體設備有限公司。
上海IC集群，在全國占有非常重要的地位。多年銷售收入在全國集成電路產業中占據1/3以上的份額（表1）。從產業鏈各環節看，芯片制造業、設計、封裝測試等產業都占有114以上的比重。
公共服務平臺建設一直是上海營造產業環境，提高產業高端技術的研發實力、加快高新技術產業化步伐的重要抓手。國家在上海建立了第一個國家級集成電路產業基地、第一家集成電路設計專業孵化器，目前集成電路產業的公共服務平臺主要有上海集成電路研發中心、上海集成電路技術與產業促進中心、上海硅知識產權交易中心和上海集成電路測試技術平臺。上海集成電路研發中心擁有開放的集成電路工藝技術研發和中試平臺。主要業務包括為行業提供技術來源和知識產權保護、工藝研發和驗證服務，面向設計企業開發特色工藝模塊和人才實訓等。上海集成電路測試技術平臺則以政府補貼、有償共享的方式，為集成電路開發和生產企業提供專業測試技術服務。
二、上海IC集群升級面臨的主要問題
1.產業規模偏小，盈利能力弱
上海集成電路產業的整體發展還處于初始階段，突出表現為產業規模小，單體規模小，盈利能力弱。在產業構成上，2009年上海IC設計業銷售收入為36.5億元、制造業為146.7億元、封測業為183.7億元，僅為臺灣新竹IC的1/25、1/11和1/4。同國際先進集成電路企業比較，上海集成電路企業在規模和盈利能力上均有很大的差距。中芯國際為上海最大的集成電路制造企業，與全球第一的代工廠的臺積電相比，銷售收入僅為臺積電的15%，盈利能力更是相差甚遠。中芯國際與新加坡特許半導體銷售收入分列全球第三、四位，但前者毛利率僅為后者的1/3。展訊作為上海最大的設計公司，在銷售收入、研發投入和盈利能力等方面，與國際著名設計公司都存在較大差距。
2.在全球價值鏈中處于低端環節
上海IC地方產業網絡，是以代工制造環節嵌入生產者驅動的價值鏈當中，主要從事一般元器件的生產以及整機的加工和組裝。設計公司弱小，制造封裝測試環節規模最大，近年IC產業3/4以上銷售收入來源于制造和封裝測試等低價值鏈環節。由于IC產業是知識技術、資本密集型產業，全球IC產業價值鏈由研發設計力量強大、制程技術先進，并掌握系統集成核心技術的美、歐、日的IDM（整合元器件制造）公司控制。他們通過制定規制、標準和監督規則、標準的實施，來整合價值鏈的價值創造活動，最終獲取了價值創造的絕大部分。
3.周邊地區形成了對上海IC集群的強勁競爭和挑戰
除集成電路設計業落后、中高級技術人員不足的制約因素外，商務成本提高也使得上海IC集群面臨挑戰。雖然集成電路業特別強調企業網絡的完善性，但是商務成本（包括土地成本、勞動力成本等）等因素也會顯著影響產業鏈上某些環節的分布。土地作為一種不可再生資源，近年來隨著上海經濟的發展而價格飛漲，上海的勞動力成本與周邊的蘇州、無錫相比也逐漸喪失優勢。集成電路企業選址時不得不權衡上海的集聚效應帶來的成本降低、較高的要素成本與預期利潤。一些集成電路制造廠投資項目最終主要因為上海的商務成本過高而選擇了上海周邊地區，2008及2009年江蘇省的銷售收入已超過上海市，成為國內集成電路第一大省。近兩三年隨著武漢新芯12英寸生產線、成都成芯和重慶渝德8英寸生產線建成投產、英特爾成都封裝測試工廠投產以及西安應用材料公司技術中心的建設，中西部地區IC產業發展的勢頭不可小覷。
4.國際硅周期和金融危機對上海IC集群的沖擊
2000年以來，隨著全球化的推進、跨國公司的產業轉移，上海IC集群經歷了快速發展階段后，遭遇了前所未有的國際集成電路行業和金融危機的巨大沖擊。從銷售收入來看，2001年到2004年翻了一番，2003至2006年年均增長率達到50%。到2007年步入硅周期，全球集成電路產業不景氣，上海集成電路產業僅實現銷售收入389.5億元，同比增長2.5%.增速明顯放緩。受到國際半導體市場的影響，2008—2009年上海IC產業呈現負增長，2009年銷售收入降為402億元，增長率為一12%，比同期全國IC產業銷售收入跌幅還多1個百分點，這說明，上海IC產業遭遇了較全國更大的沖擊。
三、推進上海IC集群升級的政策建議
1.科學制定上海IC集群規劃，實施價值模塊協同網戰略
一是要找準上海IC集群在全球和全國價值鏈中的位置。隨著國家實施“國家科技重大專項”和本市加緊實施推進“高新技術產業化”等項目，抓住整機業與集成電路設計業的聯動環節，形成從集成電路設計、制造、封裝測試到產業化應用的大產業鏈，確立產業升級路線圖，確立上海IC在全國IC設計業及其產業化的領先地位，并推動上海IC集群在全球價值鏈中的位置不斷攀升。
二是調整和優化區域產業布局及定位。科學分析浦東、松江、紫竹園區的產業鏈優勢環節，每個園區確立1～2個優勢環節，其余非優勢環節給予鼓勵政策轉移到相應園區，避免過度競爭，資源浪費。張江重點發展集成電路設計和微電子裝備；外高橋發展集成電路封裝測試；金橋建設國家級通信產業基地，重點集聚和發展移動通訊設備和光機電一體化；康橋發展以華碩公司為標桿企業的手機、個人電腦等消費類終端產品。
三是實施價值模塊協同網絡（VMCN）戰略。模塊協同網絡是通過加強集群內相關企業間的水平聯系，通過協作、創新、競爭全面滿足市場的差異化需求，將模塊供應商、業務流程與系統管理等結合在一起，形成強大、集成、靈敏的全球化模塊化產業集群。上海IC集群可以發揮地方政府的優勢，將集群內的大量同類型本地企業，協同組織，建立復雜的水平聯系網絡，協同集群內中介服務機構、大學和科研機構等區域本地行為主體，組成靈活敏捷、協同互補的動態經濟體系，有效實現價值創造過程的網絡化整合，并通過企業和不同知識背景、知識結構的不同行為主體的知識交流與碰撞，激發集群創新發生。在有效利用全球網絡的同時，積極實施本土化戰略，增加網絡的密度，拓寬相互學習的界面。
2.加快IC產業整合轉型，提升創新能力
對上海IC產業來說，加快整合轉型，促進產業集聚和企業做大做強，同樣是IC集群升級的緊迫需要。應抓住國家鼓勵產業整合重組的機遇，采取強有力的扶持措施，通過政策、資金和市場引導等途徑，對產品技術水平高和市場前景好的企業，加快整合IC芯片制造、設計企業，建立自主可控的集成電路產業體系，盡快形成幾個上規模的企業，為培育世界級集成電路企業作準備。以IC產業航母，撬動龍頭企業的跨國混合網絡，加速集群國際知識的獲取、吸收、創造性運用，從而為本地IC集群的跨越式升級創造條件。要從自身實際出發，加快技術和產品創新速度。要以《國家中長期科學和技術發展規劃綱要》確定的16個國家重大專項重點提升集成電路企業研發創新能力、突破核心技術的機遇，引導本地企業根據國內市場的實際需求加大新產品的開發力度，快速占領新興市場，增加企業競爭力。
3.爭取國家和地方的政策支持，實施積極的人才戰略
一是落實2008年財稅1號文有關優惠政策，國家規劃布局內軟件企業涵蓋重點集成電路設計企業，將集成電路設計企業認定為“生產型企業”，享受出口退稅政策，使其在國內完成設計后順利投入生產出口到國內外市場，并將集成電路產業優惠政策覆蓋半導體產業鏈諸環節。二是對公司的跨國研發給予財政政策支持，取消“出口”和“進口”的雙向稅賦成本，規定企業在國外的研發專利可以作為國內企業申報高新技術企業的依據，可以享受相關稅收減免的優惠政策。三是鼓勵地方企業利用中國本土大學、科研院所等與國外相應機構的“非贏利合作”關系，建立國外有關法律、科技制度的“專家咨詢庫”，通過“迂回”戰略間接嵌入到西方知識網絡，從而脫離于跨國公司獨立發展奠定基礎。
IC產業是知識密集型產業，專業化、高端人才對于IC集群的升級至關重要。可以借鑒國外的發展經驗，制定高工資、低（零）個人所得稅、股權獎勵等優惠的人才吸引政策，吸引海外集成電路設計、制造、管理專家前來工作。可以通過提高員工待遇。加強產業間的網絡聯動來進一步強化企業網絡優勢。同時重視技術人才的培養，為基層作業員、技工、工程師提供較好的專業素質培訓。這樣的措施對設計企業和制造企業都是至關重要的。當然，要從根本上解決上海IC人才問題，地方政府必須制定積極人才政策，將人才待遇與戶籍制度、住房、社會保障、配偶工作、子女教育與就業統籌考慮，使人才引得來、留得住。
4.充分發揮協會、企業管理咨詢服務平臺職能
建議政府及其相關部門“抓大放小”，將具體事務性職能交由協會辦理。在建立產業同盟方面，建議進一步發揮好行業協會的作用，促進和推動lC產業的協同發展。可以授權協會實施或參與產業聯盟的培育、建設和運作，構建公共服務平臺，通過協會的推進來形成產學研結合的運行機制，發揮協會在行業管理中的主體作用。可以參考香港政府和香港工程師協會的做法，以政府（工程類）公務員的要求對協會的會員標準進行認定。在提升企業自主創新能力方面，政府和市、區兩級行業協會結合起來，具體放手讓協會去做。提供孵化樓的同時，為中小企業提供更加優質的創業服務；打造風險投資機構積聚地，重點培養有自主創新的重點企業。通過行業協會，促成IC產業的產業聯盟。
1.實訓室建設
為了滿足本專業的發展需求，完善“3模塊4階段”的人才培養模式，構建“項目任務驅動、理實一體化”相結合的教學模式，形成科學的學生學業評價體系，在原有基礎上擴建和完善我校本專業實訓基地，打造“理實一體化”、“工學結合”的教學環境。校企合作，建設兩條80工位的SMT與THT相結合的生產線，變消耗性實訓為生產性實訓，在原基礎上改建增設電子技術、電工技術、電氣控制與安裝、空調與制冷設備安裝維修等10余間理實一體化教學功能教室。
2.實訓文化建設
根據現代電子技術日新月異、普及面廣、技術性強的特點，強調企業文化進校園、進課堂、進學生頭腦，對照企業生產規程創建實訓文化環境。主要包含專業理念、企業文化、職業素養、培養目標、職業道德、工藝要求、安全規范、操作流程、操作規程、專業前景、制度管理等內容。
二、實施“項目任務驅動、理實一體化”結合的教學模式
將學習內容項目模塊化、項目單元化，通過項目內容的確定，層層分任務，如電子產品的設計及生產，就是通過嚴格細分項目任務來實施的，以真正體現電子技術應用的專業特點。在教學中，教師根據項目內容細分任務，也有利于教學任務的實施，有利于知識與技能的輔導，也有利于培養學生的團結協作精神。學生在完成任務的過程中，培養職業意識和專業技能，實現從專業知識的學習到方法能力的培養。在教學中體現師生“教、學、做”融為一體的過程。如學生在理論知識指導下進行電子產品裝配，通過產品裝配印證和鞏固專業理論，在“由學到做”中體會，在“由做到學”中深化，最終達到激發學生學習興趣，調動學生學習主觀能動性，促進教學質量提高的目的。
1.項目任務驅動，直觀感受、親身體驗
實驗內容設計以產品或工程為載體，項目化、層層任務分解，前后相互融會貫通，實驗實訓過程和結果盡可能通過聲、光、電等體現，同時先易后難，先簡后繁。如在做三極管放大電路及靜態工作點測量實驗時，若只進行電路的焊接和測量，學生對三極管放大作用無直觀體會，印象和理解都不深。若再增加一級射極輸出器和駐極體話筒、耳機(揚聲器)構成助聽器，通過輸入與輸出聲音的前后對比，學生對放大電路放大作用有了直觀認識；同理也可用信號發生器輸入信號，通過示波器觀察電路工作點對信號波形的影響。在電路工作點正常和不正常時，仔細聽聲音的變化，直觀了解什么是信號失真。
2.理實一體化，聯系實際、學以致用
請進企業專家帶領專業教師、與企業生產聯系，同時為學生指導實訓項目，把優化后的師資與優化后的理實一體化功能實訓室相結合，如通過調頻收音機、報警器、功放等實際生產項目為例指導學生自己組裝、檢修，通過其結構進一步掌握工藝組裝方面的知識，學習由多個單元電路組合成一個電子產品及電路功能轉換方面的知識，通過原理圖、裝配圖、印刷板圖的結合，提高學生讀圖識圖地能力。通過對實際產品的組裝、調試培養學生的操作能力。引入調試維修產品的基本概念，培養學生測試元件基本量的操作能力。其次，注意發展學生求異思維和創新能力，鼓勵學生獨立設計實驗方案，正確選擇實驗儀器，預測觀察現象，得出有關結論。具體講，首先引導學生弄清課題含義，明確實驗目的，啟發他們運用已有知識和技能設計實驗方案；然后讓他們“八仙過海，各顯其能”。對此教師不要輕易裁決，可引導學生從步驟是否簡便、操作是否準確、技能是否熟練、結論是否可靠等方面進行比較、分析；最后再讓學生去實踐，在實踐中去探索、去創新。
3.擴展前沿知識、開闊眼界
“現在中國最缺的就是自主研發的能力和素養。我們要做的就是打造完全民族自主知識產權的軟件，成為材料設計、器件模擬計算軟件領域全球的引領者。”在位于上海張江國家自主創新示范區的鴻之微科技（上海）股份有限公司（以下簡稱鴻之微）寫字樓辦公室里，創始人、董事長曹榮根坐在《中國經濟信息》記者面前，描繪了一幅可期的未來藍圖。
鴻之微做的事情并不普通，甚至有些難懂。這是一家致力于開發材料設計軟件、集成電路工藝參數提取軟件及集成電路器件設計軟件的科技公司。其開發的計算軟件基于最先進的量子力學理論，從原子水平出發，在不需要任何實驗參數的情況下，進行材料和器件的計算和設計。
曹榮根常常為了如何把這件事向大眾解釋地更加通俗易懂而傷透腦筋。不過，懂行的人早已拋出橄欖枝，加入這項不普通的事業中。2016年初，創業服務機構茄子燴就已密切關注了鴻之微的發展，為其提供定制的企業成長支持，幫助其完善商業模式和公司結構梳理，使鴻之微從一個外人眼中的科研機構成功轉型為尖端技術型公司，并輔導鴻之微完成股改，在2016年底順利完成上海股權托管交易中心科技創新板掛牌。2017年初，鴻之微獲得新疆投資發展集團下屬的大西部成長產業投資基金和茄子燴千萬級A輪聯合投資。
如今，鴻之微已走向正軌，曹榮根覺得是時候讓所有人都知道這個名字了。
探路與布局
鴻之微提供軟件開發、軟件設計服務、材料云計算、材料數據庫服務、軟硬件一體機五個維度的服務內容，并以集成電路、光電為第一階段核心產業應用方向。
做任何新的產品，第一個步驟就是材料設計。而鴻之微的產品正是最前端的材料設計軟件，它既是材料學術領域的重要研究工具，又是智能制造最為尖端、最難攻克的核心技術。鴻之微擁有的材料設計軟件開發技術已經處于全球領先水準，這些技術主要應用在新材料的研究與設計上，而作為工業自動化最為成熟的集成電路行業，該應用已經完全成熟。
高等院校、科研院所是鴻之微目前的主要服務對象，而集成電路和光電相關的企業是鴻之微產業化應用的長遠目標。“材料設計是按行業劃分的，集成電路是里面最特殊的一個設計，是利用軟件最成熟的行業。”據曹榮根介紹，我國集成電路領域一年進口額高達2000億美金，市場需求接近全球1/3，但是我國集成電路產值不足全球的7%，對海外技術服務依賴嚴重，上游環節甚至完全依賴海外客戶。其中，全球集成電路上游設計軟件市場一直被Synopsys、Cadence和Mentor Graphic 三家傳統巨頭壟斷，搶占了該板塊70%以上的份額，我國尚無一家上市企業有開展此項業務的能力。
因此，這也成為鴻之微最為看重的一個未來應用領域。鴻之微自主研發的Device Studio 、Nanodcal、TCAD軟件，未來可以作為集成電路產業上游軟件服務商，提供材料、器件與工藝設計服務，在極小尺寸的集成電路器件模擬領域，是全球范圍內最先進的軟件。“從產品發展角度出發，我們預計在2020年左右，在集成電路產業應用領域實現一個億的‘小目標’。”曹榮根說。
除此之外，鴻之微還創立了良好的產學研模式。公司與清華大學帥志剛教授合作，將他領導的團隊自主研發的有機電致發光材料（OLED）件MOMAP推向了市場，客戶遍及歐美及亞洲，在有機光電材料領域有很高的知名度，萬潤、京東方、三星、TCL等知名企業都是該產品的見證者。
“我們正在與華為、中興談合作，”作為國內第一家在此領域試水的探路者，面對謹慎的工業產業用戶，除了保證產品的準確度，更多需要的是耐心。開發企業用戶是一個相對漫長的過程，在公司初期，曹榮根把目光更多放在了高校科研院所上。
“我們的第一個用戶是深圳大學，接著是上海大學、復旦大學。”把產品植入高校，再從高校滲透到企業，這是曹榮根的策略，也是一個相對緩慢的產業化布局，但確實收到了不錯的效果。2016年，鴻之微在63所高校里拿下了訂單。“朋友開玩笑說，你們公司就像蝗蟲一樣，掃過了各大高校。”曹榮根說，今年還將有望增加140多個學校。
鴻之微科技的技術還可以運用在量子器件、人工生物、先進電池、智能照明、存儲器等產業中，輔助其完成相關的材料研發與設計，并且每一個市場都是增量市場。“我們計劃在2020年前推出多款技術領先的材料設計軟件，大致分布在電子材料、合金、生物科技等領域。”曹榮根說。
從學術到產業
在鴻之微成立之前，曹榮根的角色是復旦大學材料科學系材料物理與化學博士、年輕講師，幫多家集成電路公司做過技術服務。他說自己“沒那么書生氣，也沒那么一根筋”。
2011年，曹榮根去香港做訪問學者，遇到了加拿大皇家科學院院士、加拿大麥吉爾大學物理系教授郭鴻，他的主要研究領域為納米電子學電輸運理論，電子器件物理，材料物理，統計物理和計算物理。郭鴻院士長久以來的夙愿就是將產品從學術界帶到工業界，并填補中國在集成電路和新材料領域的技術空白。在與郭鴻的頭腦風暴中，曹榮根看到了未來的機會，以及心目中的首席科學家。
對于郭鴻來說，曹榮根也是把他的產品實現產業化最合適的人選，不僅有深厚的理論研究背景，還清楚知道產業的需求，具備一定的商業運作能力。2014年6月，郭鴻與曹榮根一拍即合，三個月后，鴻之微成立，而當初做這個決定，他們只用了兩個小時。
鴻之微成立后獲得上海市張江高新技術產業開發區的關注與支持。2014年獲得上海張江國際自主創新示范區專項發展基金重大項目支持，并獲得上海市金橋區政府的300萬元扶持基金。
曹榮根為鴻之微的發展制定了一個20年規劃，并親自搭建起鴻之微的公司架構，這是一個很有特色的架構，曹榮根稱之為“學術共享模式”，也是國內第一家用此種模式運作的企業。鴻之微的研發體系下有四個分支：鴻之微科學研究院、鴻之微聯合研究中心、鴻之微大學和鴻之微創新協會。
科學研究院是支撐其研發體系的關鍵一環，由鴻之微首席科學家郭鴻擔任院長和負責人，通過鴻之微在科學領域的影響力，吸引國內外知名科學家加入科學顧問團，進行學術交流，幫助產品研發。曹榮根說，“如果碰到很重要、想要研發的東西，我們會先從學術層面和科學家合作，從學術層面進行研究，這些研究結果既是學術成果，也是新產品最核心的技術，我們會在此基礎上進行研發，形成新產品。”
鴻之微以“學術共享”的模式，獲得優質技術的二次開發授權，并以較低成本完成商業轉化，讓科學家在學術成果基礎上變為產品大腦，共同打造出國際一流軟件產品，這種獨特模式形成的高技術壁壘也成為其最具競爭力的優勢。
鴻之微大學與聯合研究中心是與高校進行的合作，鴻之微在高校設立教學點，由公司的培訓人員及在校的老師進行培訓，讓學生短時間內擁有使用一個軟件的能力，用曹榮根的話說，有點像“職業化的研究生培訓”。“我們并不只是為了賺錢，更重要的是提升我國材料類領域的科研水準，這也是我們的公司的核心價值觀之一。”2017年，鴻之微將繼續加強與高校的合作，使高校成為產品的培訓基地和出口。
經過兩年的發展，鴻之微成功實現中型科技公司規模，其中負責技術研發和技術支持的相關專業領域的碩士、博士就有20余人。如今鴻之微已擁有多個完全自主知識產權的材料及器件設計軟件，包括1個全球專利，10項軟件著作權，31個國內專利。從2015年的快速擴張，到2016年開始盈利，2017年，在曹榮根看來，將是開始嘗試產業化的一年。
未來已來
2015年，國務院印發《中國制造2025》，部署全面推進實施制造強國戰略，明確了包括新材料在內的十大領域的發展目標。2016年，《“十三五”國家科技創新規劃》出臺，指出，要在實施好“核高基”（核心電子器件、高端通用芯片、基礎軟件）、集成電路裝備、寬帶移動通信、數控機床等已有國家科技重大專項基礎上，面向2030年，再選擇一批體現國家戰略意圖的重大科技項目和工程，力爭有所突破。
2017年全國兩會上，國務院總理在作政府工作報告時表示，要“全面實施戰略性新興產業發展規劃，加快新材料、人工智能、集成電路、生物制藥、第五代移動通信等技術研發和轉化”，“新材料、集成電路”再次出現在政府工作報告中。
“中國制造2025”中有一個極為重要但卻極其薄弱的h節，就是材料與工藝設計，只有擁有了這項技術，中國的智能制造業才能真正實現自主化與國產化。
無疑，鴻之微搭上了這趟未來的順風車，已然到達風口。目前在集成電路行業設計輔助軟件有3大巨頭，壟斷了90億美金左右的市場，而新材料領域尚無巨頭出現。鴻之微在該領域尚未大規模進入產業市場，但其所在的集成電路行業、新材料行業均為萬億級市場，也是我國大力扶持的朝陽行業，未來增長空間巨大。
在曹榮根看來，賺錢并不是第一且唯一的。盡管有盈利需求，但他和郭鴻，和他的團隊都有同樣的愿望，那就是提升國內材料領域的研究水準，做出世界領先的擁有自主知識產權的軟件，填補國內市場的技術空白。
“在中國最缺的就是研發的能力和素養，”曹榮根對此感受頗深，“我曾經分別對國內和國外的企業去講鴻之微做的事情，國內很多企業老總聽不懂我講的東西，但國外企業的職業經理人卻一聽就懂。”原因在于，國外企業會專門有一支研發隊伍，而在中國，擁有研發隊伍的企業鳳毛麟角，大企業在研發方面進度緩慢，小企業更承擔不起研發的巨額費用。
