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赫饬索
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1 VLSI 設計與佈局學程目標 : 使學生具備數位或類比 VLSI 晶片 ( 含設計環境與硬體技術 ) 佈局的基本能力學程規劃說明 : 核心課程一 : 積體電路製程 ( 大三上 ) 核心課程二 : 半導體物理 ( 大三下 ) 核心課程三 : 超大型積體電路設計 ( 大三上 ) 核心課程四 : 全客戶式積體電路佈局實習 ( 大三下 ) 核心課程五 : 類比積體電路佈局 ( 大四上 ) 核心課程六 :Cell-based 積體電路設計 ( 大四下 ) 本學程著重在積體電路的實體層設計與實現, 因此佈局的課程佔了較大比重, 關於 SoC 或者矽智財相關課程可以從數位 IC 雛型設計與應用學程中學得, 並且可以將該學程中的設計實例拿來本學程中進行實體層佈局以付諸實現與量測大三積體電路製程和超大型積體電路設計相輔相成, 讓學生在沒有製程設備之下, 了解底層設計和製程的關係超大型積體電路設計中除了讓學生了解超大型積體電路設計與製造流程以及設計方法實例之外, 並讓學生了解實體上積體電路的規劃例如 Floorplanning 以及各種不同積體電路實體層設計的風格, 過程中並以基本邏輯閘來學會基本佈局技巧與工具大三下半導體物理和全客戶式積體電路佈局實習分別為積體電路製程與超大型積體電路設計的延伸對於半導體物理來說, 目的在將上學期所學的製程技術更加以理論化的闡述, 包含元件物理奈米元件等, 對於想要從事研究深造的學生是很好的開始而全客戶式積體電路佈局實習則是對於大三上所學超大型積體電路設計方法以實體層的方式來進行實作, 以驗證上學期所學, 主要以較大型數位電路為主, 包含標準 CMOS 四則運算電路 ( 例如乘法器佈局 ) 以及較特殊之高速低功率數位邏輯電路 ( 例如 : 動態邏輯電路與記憶體佈局 ) 到了大四則進行類比佈局的學習, 因此類比積體電路佈局從基本電流鏡被動元件運算放大電路 DAC/ADC 以及高頻電路等佈局皆是重點大四下 Cell-based 積體電路設計仍以實體層佈局設計為重點, 讓學生可以從以往學過的觀念中, 將超大型的數位積體電路付諸佈局, 其中包含大型研究專題數位晶片之佈局, 其中並介紹積體電路如何矽智財化成為 Soft IP 與 Hard IP, 以及介紹在 SoC 中的介面與匯流排架構等

2 課程內容與大綱核心課程一 : 積體電路製程 (Integrated Circuits Fabrication Process) ( 上課實習學分 ):(3-0-3) 先修科目或先備能力 : 無教學目標 : 讓學生了解積體電路的實體層設計如何透過磊晶擴散離子佈植蝕刻等過程完成製造, 並了解各種機台的功能教材大網 : 單元主題內容網要教學參考節數備註一磊晶 1. 化學氣相磊晶 2. 液相磊晶 3. 分子束磊晶二氧化層和薄膜成長 4. MOMBE 磊晶 1. Thermal Oxidation 2. Dielectric Deposition 3. Polysilicon Deposition 三擴散和離子佈植 4. Metallization 1. 基本的擴散理論 2. 雜質擴散 3. 擴散相關的過程 9 四光罩製作與曝光蝕刻 4. 佈植離子的距離和分佈 1. Optical Lithography 2. 電子束 X 射線離子束 Lithography 3. 光阻液 4. 化學溶液蝕刻 5. 乾蝕刻 :RIE 蝕刻

3 五馬達 1. Mechanical pump 2. Absorption pump 3. Diffusion pump 4. Ion pump 六設計和製造流程 5. Turbo pump 核心課程二 : 半導體物理 (Semiconductor Physics) 核心課程二 : 半導體物理 ( 大三下 ) ( 上課實習學分 ):(3-0-3) 先修科目或先備能力 : 半導體製程教學目標 : 1. 讓學生了解積體電路中半導體元件中之物理特性以及原理 2. 了解各種半導體材料中物理特性教材大網 : 單元主題內容網要教學參考節數備註一近代物理發展史 1. 古典物理不能解決的問題 2. 狹義相對論 3 二雙象性 1. 光性質的爭論 2. 普朗克方程式 3 3. 德布洛依方程式三薛丁格方程式 1. 薛丁格方程式的由來及物理意義 2. 運算子 3. 測不準原理

4 四氫原子模型 1. 氫原子的能量和波函數 2. 能階及軌域的觀念 3.Pauli 不相容 4.Zemann 效應五分佈 5.Stark 效應 1.Maxwell-Botzman 分佈 2.Fermi-Dirac 分佈 3.Boss-Einstein 分佈六半導體材料 1. 電子材料和光電材料 3 七固體之電子能階 1. 能階 2. 能帶 3. 價電帶 4. 導電帶 5. 能階密度. 純載子濃度 7. mass-action law 8. 直接和間接半導體八固體之雜質與結構缺陷 9. 有效質量 1. 施體 2. 受體 3. 缺陷 3 4. 電子及電洞濃度九載子傳輸現象 5. 簡併現象 1. 漂移

5 2. 擴散 3. 載子注入 4. 產生與復合過程 5. 連續方程式十吸收和放射. 高場效應 1. 光之吸收 2. 光之放射 3.PL 光譜 4.spontaneous 放射及 stimulus 放射 5. 聲子概念核心課程三 : 超大型積體電路設計 (Very Large Scale Integrated Circuits Design) ( 上課實習學分 ):(3-0-3) 先修科目或先備能力 : 電子學 VLSI 概論教學目標 : 1. 了解積體電路設計原理 2. 了解積體電路設計工具與流程 3. 基本邏輯閘電路佈局單元主題內容網要教學參考節數備註一 VLSI Design and Implementation 積體電路設計流程 3

6 Concepts 複習 MOS 電晶體原理 I-V 特性二 Basic CMOS Logics 標準 CMOS 邏輯電路以及光罩設 and layout 計三 Layout tools 1.Cadence 佈局工具 : Layout Editor, Schematic Editor, DRC, LVS, PEX, Post-layout simulation HSPICE 隋堂練習 2. 基本邏輯閘佈局四 Advanced MOS Logic 循序邏輯電路動態邏輯電路 Circuits 高速低功耗電路緩衝器等五 Memory Circuits 記憶體電路感應放大電路運算放大電路六 High-Level EDA 轉換 Netlist Synthesis 3 七 Cell Placement 全客戶式 Cell 擺放 3 八 Floorplann 與 VLSI 實體層相關設計觀念自動佈局工具 Apollo 或 SE 等介紹 1 核心課程四 : 全客戶式積體電路佈局實習 (Full-Custom Integrated Circuits Layout Practice) ( 上課實習學分 ):(0-3-1) 先修科目或先備能力 : 數位 IC 雛型製作超大型積體電路設計教學目標 : 1. 標準 CMOS 全客戶式佈局技巧與實例演練 2. 高速以及進階數位電路佈局技巧與實例演練 3. 晶片下線

7 單元主題技能項目相關知識一 1. 設計軟體工具操作環 1. 基本 CMOS 邏輯閘電路 Caden 境與運用設計與模擬 ce 佈局工 2. 熟悉 DRC LVS PEX 具複習 3.HSPICE 教學參考節數備註二組合邏數碼轉換編碼器解 1.full-custom cell 輯碼器多工器 (MUX) placement 解多工器 (DEMUX) 比較器三狀態緩衝器 9 加法器減法器數學邏輯運算器 (ALU) 組合邏輯乘法器等佈局三序向邏 Latch 電路主僕式 RS 1. 佈局與時脈延遲輯正反器主僕式 JK 正反器邊緣觸發正反 2. 寄生效應器非同步序向邏輯同步序向邏輯 n- 模計數器除頻器暫存 9 器移位暫存器串入串出暫存器 (SISO) 串入並出暫存器 (SIPO) 並入串出暫存器 (PISO) 有限狀態機四進階數 1. 動態四位元加法器動態電路高速電路速位電各種動態電路新度功耗面積之間的關路佈局型電流模式邏輯電路係 9 2. 記憶體 : 動態靜態 ROM FLASH 五積體電 1.CIC 教育性以及前瞻錯誤 (fault) 分析測試信擇路下性晶片規定號產生器可測試電路設優線流程與量測計 (DFT) 內嵌測試器 (BIST) 9 CIC 下線

8 核心課程五 : 類比積體電路佈局 (Layout Mask Design of Analog Integrated Circuits) ( 上課實習學分 ):(3-0-3) 先修科目或先備能力 : 超大型積體電路設計全客戶式積體電路佈局實習教學目標 : 1. 類比積體電路設計分析與模擬 2. 類比積體電路佈局單元主題內容網要教學參考節數 MOS 元件複習 1 CMOS 基本放大器基本放大器結構與功能 : 共源級放大器共汲級放大器共閘級放大器基本放大器模擬與分析運算放大器 L. 運算放大器原理 : 輸出阻抗增益低頻頻率響應回授推動能力線性度穩定度與相位邊限補償穩定時間靜態電流功率消耗偏壓電路 2. 基本電流鏡佈局備註 3. 被動元件佈局 4. 基本差動對以及佈局資料轉換器高頻類比電路 5.Two-Stage OP 佈局 1. 基本 ADC/DAC 介紹 2.ADC/DAC 佈局 1. 高頻頻率響應 2. 雜訊分析 3.Ring VCO 原理與佈局

9 4.Charge-Pump 原理與佈局 5.Loop-Filter 原理與佈局. 完整 PLL 佈局 7. 其他高頻類比與混頻電路核心課程六 :Cell Cell-based 積體電路設計 (Cell-based Integrated Circuits Design) ( 上課實習學分 ):(3-0-3) 先修科目或先備能力 : 數位 IC 雛型製作訊號處理與控制 IP 設計超大型積體電路設計全客戶式積體電路佈局實習教學目標 : 1. 高階合成工具自動佈局工具之熟悉 2. 進階晶片系統佈局 3. 矽智財與 SoC 單元主題內容網要教學參考節數備註 1.Synopsys 高階合成工具 2. 高階合成之原理與意義高階合成 3.RTL Code 與 Netlist 4. 最佳化原理 5.4x4 乘法器合成 1.Cell-based 4x4 乘法器自動佈局自動佈局工具 2.Full-Custom 4x4 乘法器自動佈局比較 3. 自動佈局工具 1. 數位佈局中之類比電路之加入成為混混頻電路佈局頻電路 2. 數位電路之干擾

10 3. 隔離技巧 1.IP 化流程矽智財 2.IP 與 SoC 3.Soft IP Deliverables 4.Hardware IP Deliverables 1.SoC 匯流排晶片系統 SoC 與嵌入式軟體 2.Silicon IP 介面 3. 嵌入式記憶體 4. 嵌入式軟體與 SoC

附件1：

附件1： 2013 年增列硕士专业学位授权点申请表硕士专业学位类别 ( 工程领域 ): 工程 ( 集成电路工程 ) 申报单位名称 : 南开大学国务院学位委员会办公室制表 2013 年 12 月 18 日填一申请增列硕士专业学位授权点论证报告集成电路产业是