現(xiàn)代工業(yè)的“糧食”

專業(yè)名稱：微電子科學(xué)與工程

專業(yè)導(dǎo)游：金湘亮教授

1、微電子科學(xué)與工程專業(yè)的重要性？

微電子技術(shù)是建立在以集成電路為核心的各種半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)上的高新電子技術(shù)，特點(diǎn)是體積小、重量輕、可靠性高、工作速度快，微電子技術(shù)作為現(xiàn)代工業(yè)的“糧食”，集成電路的應(yīng)用已經(jīng)滲透至社會(huì)生活的每一個(gè)方面，并成為支撐國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)、國防安全以及社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重要力量，對(duì)現(xiàn)代社會(huì)和經(jīng)濟(jì)建設(shè)起到?jīng)Q定性作用。

微電子技術(shù)是推動(dòng)現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展的根本力量。

從身份證件、電話、電視機(jī)、洗衣機(jī)、手機(jī)、個(gè)人計(jì)算機(jī)到汽車，目前人均50-150塊集成電路芯片支持著國人生活和工作的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。微電子已成為全面構(gòu)建現(xiàn)代信息社會(huì)及推動(dòng)現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展的根本力量。

微電子產(chǎn)業(yè)是促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)增長的重要杠桿。

1元集成電路產(chǎn)值可帶動(dòng)7-10元的電子信息產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值增長，以及50-100元的GDP增長。2013年，中國集成電路產(chǎn)業(yè)直接或間接貢獻(xiàn)GDP約8萬億元，占GDP比重超過25%，集成電路產(chǎn)業(yè)已成為促進(jìn)我國經(jīng)濟(jì)增長的重要杠桿。

微電子技術(shù)是構(gòu)建國防安全的關(guān)鍵基礎(chǔ)。

集成電路是國防軍事設(shè)備的核心部件，其在飛彈、導(dǎo)彈、航天器、軍艦、軍械及戰(zhàn)車中的價(jià)值比重分別約為42%、59%、62%、31%、25%、31%，集成電路產(chǎn)業(yè)的持續(xù)發(fā)展是我國自主構(gòu)筑國防軍事實(shí)力的關(guān)鍵基礎(chǔ)。

微電子技術(shù)是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的現(xiàn)實(shí)途徑。

集成電路產(chǎn)業(yè)是典型的科技含量高、能耗低的產(chǎn)業(yè)。2009年集成電路產(chǎn)業(yè)每萬元產(chǎn)值能耗不足國民經(jīng)濟(jì)平均水平的15%。與此同時(shí)，集成電路產(chǎn)品在電源管理、工業(yè)過程控制等中的廣泛應(yīng)用也有望在2020年將總體經(jīng)濟(jì)能源消耗水平降低至當(dāng)前的70%，發(fā)展集成電路產(chǎn)業(yè)是實(shí)現(xiàn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的現(xiàn)實(shí)途徑。

2、微電子科學(xué)與工程專業(yè)的國內(nèi)外現(xiàn)狀？

衡量微電子技術(shù)發(fā)展的重要標(biāo)志是大規(guī)模集成電路的集成度，至今為止微電子技術(shù)的發(fā)展基本上都在遵循著“摩爾定律”，即單個(gè)芯片上的器件數(shù)每18 個(gè)月增長1 倍，DRAM 儲(chǔ)存量3 年提高到原來的4 倍，其發(fā)展歷程如下。1947 年底，美國貝爾實(shí)驗(yàn)室研制成了世界上第一個(gè)晶體管，微電子技術(shù)開始萌芽。體積微小的晶體管使集成電路的出現(xiàn)有了可能。之后，美國得克薩斯儀器公司的基比爾于1958 年制成了第一個(gè)集成電路的模型，1959 年德州儀器公司宣布發(fā)明集成電路。同年，美國著名的仙童公司將一整套制造微型晶體管的“平面工藝”移到集成電路的制作中，很快集成電路由實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)階段轉(zhuǎn)到工業(yè)生產(chǎn)階段。1962年MOS 場效應(yīng)管試制成功，1964 年成功制出PMOS 集成電路。與分立元件電路相比，集成電路的體積大大減小，同時(shí)功耗低，可靠性好，工藝簡單，更適合于大量生產(chǎn)。至今集成電路的集成度已提高了500 萬倍左右，特征尺寸縮小了近200 倍，單個(gè)器件成本下降了約100 萬倍，單片集成度達(dá)到數(shù)億個(gè)晶體管。

目前，世界許多國家都在爭奪中國芯片市場，或?qū)⑹怪袊酒媾R“滅頂之災(zāi)”。武漢新芯集成電路制造有限公司副總經(jīng)理李平說，全球半導(dǎo)體市場規(guī)模達(dá)3200億美元，全球54%的芯片都出口到中國，但國產(chǎn)芯片的市場份額只占10%。全球77%的手機(jī)是中國制造，但其中不到3%的手機(jī)芯片是國產(chǎn)的。

芯片被喻為國家的“工業(yè)糧食”，是所有整機(jī)設(shè)備的“心臟”，普遍應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、消費(fèi)類電子、網(wǎng)絡(luò)通信、汽車電子等幾大領(lǐng)域，幾乎起著“生死攸關(guān)”的作用。但我國芯片產(chǎn)業(yè)長期被國外廠商控制，不僅每年進(jìn)口需要消耗2000多億美元外匯，超過了石油和大宗商品，是第一大進(jìn)口商品。

在關(guān)系國計(jì)民生的公共基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域，我國廣泛使用外國芯片。專家指出，國外芯片制造廠商有可能通過在芯片面板某一程序上植入木馬來竊取商業(yè)數(shù)據(jù)或機(jī)密，也可以通過病毒、惡意軟件來操控控制系統(tǒng)，引發(fā)安全事故。

在石油天然氣、交通運(yùn)輸、電力、污水處理、制藥、化工、礦業(yè)等關(guān)系國計(jì)民生的公共基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域，芯片也無處不在。但在這方面，我國使用的芯片也大多被國外芯片壟斷，再加上國內(nèi)缺少相關(guān)技術(shù)對(duì)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控、管理，容易引發(fā)諸多安全隱患。

我國的芯片進(jìn)口往往“不設(shè)防”，不設(shè)置任何門檻，甚至允許國外公司直銷，給國防安全留下重大隱患。外國可以對(duì)銷往全球的信息產(chǎn)品進(jìn)行監(jiān)控，甚至在大規(guī)模芯片等關(guān)鍵部件內(nèi)安裝“插件”留“后門”，通過特殊手段啟動(dòng)，發(fā)回芯片所處理的各種數(shù)據(jù)，以控制芯片執(zhí)行特定任務(wù)。隨著云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)的出現(xiàn)，國家信息安全問題也越來越突出。

自2001年的18號(hào)文之后，中國大陸在國家層面就沒有推出過針對(duì)集成電路產(chǎn)業(yè)的系統(tǒng)性扶植政策，2011年的新18號(hào)文更多的是對(duì)原有產(chǎn)業(yè)政策的補(bǔ)充和發(fā)展。分析早期國家IC產(chǎn)業(yè)的政策內(nèi)容以及后來行業(yè)的發(fā)展情況可以看出，2001-2011這十年間中央政府對(duì)于大陸IC產(chǎn)業(yè)的主要政策傾向是培育，相關(guān)政策取得了較為明顯的效果，在這10年內(nèi)，中國快速形成了本土化的IC產(chǎn)業(yè)集群。2014年6月24日國務(wù)院正式批準(zhǔn)的《國家集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)綱要》，湖南省也在密集調(diào)研希望將集成電路產(chǎn)業(yè)打造成湖南省又一戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。

3、湘潭大學(xué)微電子科學(xué)與工程專業(yè)的特色？

湘潭大學(xué)電子科學(xué)與技術(shù)學(xué)科經(jīng)歷了三十多年的發(fā)展。1977年恢復(fù)高考，即在物理學(xué)專業(yè)開設(shè)光學(xué)專門化方向、無線電物理專門化方向，1986年，光學(xué)實(shí)驗(yàn)室被評(píng)為教育部“實(shí)驗(yàn)室工作先進(jìn)集體”，后來光學(xué)專門化方向發(fā)展為光學(xué)儀器專業(yè)，1998年后又調(diào)整為測控技術(shù)與儀器專業(yè)；無線電物理專門化方向發(fā)展為電子工程專業(yè)，1998年后統(tǒng)一調(diào)整為電子信息工程專業(yè)。

隨著學(xué)科發(fā)展，人才培養(yǎng)、科學(xué)研究的相關(guān)平臺(tái)相繼建立，2001年獲得物理電子學(xué)碩士學(xué)位授予權(quán)；2002年設(shè)立微電子學(xué)本科專業(yè)；2003年獲得微電子學(xué)與固體電子學(xué)碩士學(xué)位授予權(quán)；2009年，微電子學(xué)本科專業(yè)被批準(zhǔn)為湖南省特色專業(yè)；2011年獲得集成電路工程碩士學(xué)位授予權(quán)；2011年獲得電子科學(xué)與技術(shù)一級(jí)碩士學(xué)位授予權(quán)。目前湘潭大學(xué)微電子學(xué)學(xué)科的學(xué)術(shù)水平在國內(nèi)排名第26名，在省內(nèi)排名靠前。所以說，微電子學(xué)科是我們的特色。

4、微電子科學(xué)與工程專業(yè)的研究對(duì)象是什么？

微電子科學(xué)與工程是在物理學(xué)、電子學(xué)、材料科學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、集成電路設(shè)計(jì)制造學(xué)等多個(gè)學(xué)科和超凈、超純、超精細(xì)加工技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一門新興學(xué)科。微電子技術(shù)是近半個(gè)世紀(jì)以來得到迅猛發(fā)展的一門高科技應(yīng)用性學(xué)科，是21世紀(jì)電子科學(xué)技術(shù)與信息科學(xué)技術(shù)的先導(dǎo)和基礎(chǔ)，是發(fā)展現(xiàn)代高新技術(shù)和國民經(jīng)濟(jì)現(xiàn)代化的重要基礎(chǔ)，被譽(yù)為現(xiàn)代信息產(chǎn)業(yè)的心臟和高科技的原動(dòng)力。本專業(yè)主要學(xué)習(xí)半導(dǎo)體器件物理、功能電子材料、固體電子器件，集成電路設(shè)計(jì)與制造技術(shù)、微機(jī)械電子系統(tǒng)以及計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)制造技術(shù)等方面的基礎(chǔ)知識(shí)和實(shí)踐技能，培養(yǎng)出來的學(xué)生在微電子技術(shù)領(lǐng)域初步具有研究和開發(fā)的能力。

5、微電子科學(xué)與工程專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)和要求

本專業(yè)培養(yǎng)德、智、體等方面全面發(fā)展，具備微電子科學(xué)與工程專業(yè)扎實(shí)的自然科學(xué)基礎(chǔ)、系統(tǒng)的專業(yè)知識(shí)和較強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)技能與工程實(shí)踐能力，能在微電子科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域從事研究、開發(fā)、制造和管理等方面工作的專門人才。

本專業(yè)學(xué)生要求在物理學(xué)、電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和微電子學(xué)等方面掌握扎實(shí)的基礎(chǔ)理論，掌握微電子器件及集成電路的原理、設(shè)計(jì)、制造、封裝與應(yīng)用技術(shù)，接受相關(guān)實(shí)驗(yàn)技術(shù)的良好訓(xùn)練，掌握文獻(xiàn)資料檢索基本方法，具有較強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)技能與工程實(shí)踐能力，在微電子科學(xué)與工程領(lǐng)域初步具有研究和開發(fā)的能力。

畢業(yè)生應(yīng)獲得以下幾方面的知識(shí)和能力：

1. 掌握?qǐng)?jiān)實(shí)、系統(tǒng)的數(shù)學(xué)和物理方面的基本知識(shí)和實(shí)驗(yàn)方法；

2. 掌握半導(dǎo)體物理、半導(dǎo)體器件和集成電路設(shè)計(jì)與制造等方面的基本理論和基本知識(shí)，掌握集成電路和半導(dǎo)體器件的原理與設(shè)計(jì)方法，具有集成電路制造的基本知識(shí)與技能，掌握相關(guān)設(shè)計(jì)軟件；

3. 具有電子材料、器件、電路與系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用開發(fā)能力，具有電路分析、工藝分析、器件性能分析和版圖設(shè)計(jì)等基本能力；

4. 了解本專業(yè)學(xué)科的理論前沿、應(yīng)用前景和最新發(fā)展動(dòng)態(tài)，以及電子產(chǎn)業(yè)的國家政策和法律法規(guī)；

5. 熟練掌握一門外語，具備一定的聽、說、讀、寫能力，能閱讀專業(yè)外文文獻(xiàn)；

6. 掌握資料查詢、文獻(xiàn)檢索及運(yùn)用現(xiàn)代信息技術(shù)獲取相關(guān)信息的基本方法；具有一定的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力，會(huì)歸納、整理、分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，具有較強(qiáng)的創(chuàng)新意識(shí)；具有撰寫論文參與學(xué)術(shù)交流的能力；

7. 應(yīng)樹立正確的世界觀和人生觀，具有良好的思想品質(zhì)與人文素養(yǎng)，具有良好的專業(yè)素質(zhì)、科學(xué)精神和創(chuàng)新精神，并具有健康的體魄和良好的心理素質(zhì)。

6、微電子科學(xué)與工程專業(yè)主修課程和就業(yè)方向

主修課程：微電子學(xué)導(dǎo)論、半導(dǎo)體物理、電路理論、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、信號(hào)與系統(tǒng)、模擬集成電路分析與設(shè)計(jì)、超大規(guī)模集成電路與系統(tǒng)、微電子工藝原理等。

就業(yè)方向：可選擇到中、高等職業(yè)院校從事專業(yè)教學(xué)和管理工作，或到集成電路制造廠家、集成電路設(shè)計(jì)中心以及通信和計(jì)算機(jī)等信息科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域從事研究、開發(fā)及管理等工作，也可選擇微電子科學(xué)與工程、固體電子學(xué)、通信、計(jì)算機(jī)科學(xué)等學(xué)科繼續(xù)深造，攻讀碩士研究生。