微电子与纳电子学系

2016-2017学年度本科课程介绍 微电子与纳电子学系00260011晶体管的发明和信息时代的诞生    1学分 16学时 The Invention of Transistors and the Birth of Information Age 晶体管的发明，是二十世纪昀重要的科技进步。晶体管及以晶体管核心的集成电路是现代信息社会的基础，对社会的进步起着无以伦比的作用。晶体管的发明，源于19世纪末20世纪初物理学、电子学以及相关技术科学的迅速成熟。晶体管的发明造就了一大批伟大的物理学家、工程师。晶体管的发明，也随之产生了许多著名的研究机构与重要的公司，如贝尔实验室、仙童公司、Intel等都与晶体管的发明密切相关。 “以铜为鉴，可正衣寇；以古为鉴，可知兴替；以人为鉴，可明得失”。晶体管发明作为现代科技史上的重大事件发生过鲜为人知的重要经验和教训，涉及科研管理、人才和科学方法等诸多方面，可以从成功和失败两个方面为后人提供十分重要的借鉴与启示。本课程试图从晶体管的发明到信息社会的诞生，探讨技术革命和创新的方向，为大学低年级学生将来从事科学研究建立正确的思想观。所讨论的课题包括，科学预见和准确选题的重要性、科学研究的方法、放手研究的政策、知人善任和合理配备专业人才等。  00260061量子信息处理的超导实现    1学分 16学时 Quantum Information Process and its Implemention with Superconducting devices 基于半导体集成电路的经典信息处理技术已渗透到我们生活的各个方面，信息处理器件，例如个人电脑和手机，为我们生活质量的提高提供了强有力的技术支持。但是经典信息处理技术的继续发展面临着技术上的瓶颈，其性能很难在现有技术路线上继续提高。一种新型的完全基于量子力学原理的量子信息处理技术，有望提高信息处理的效率并解决一些经典信息处理技术无法解决的问题。 量子信息处理技术的成功实施，将为我们提供绝对保密的量子通信技术和高效的量子计算机。本课程将学习量子信息处理的基本原理；超导材料的基本特性以及利用超导器件实现量子信息处理的原理与方法。通过文献调研和小组讨论等方式了解利用超导器件实现量子信息处理的昀新进展和面临的挑战，探讨可能的解决方案。  00260071智能传感在社会生活中的应用    1学分 16学时 Smart Sensing in Social Activities 智能传感已经深入到社会生活的各个领域，深刻地影响着我们的社会组织方式和行为方式。在物联网、人工智能、大数据、工业4.0等众多改变人们生活方式的热门领域背后，无不以大量的智能传感器作为海量数据信息的来源。本课程采用视频、图片等多媒体方式，以活泼生动地方式，向具有不同专业背景的学生深入浅出地讲述智能传感器及其在社会和生活中的应用。例如，在文化与智能传感器章节中，结合大家熟知的电影形象《指环王》中的“咕噜”，介绍智能运动传感器在电影制作中的应用；结合《机械战警》中的形象，介绍脑机接口传感器在脑神经科学研究及帕金森症等疾病治疗中的应用。在传感器与智能交通章节中，介绍汽车中种类繁多的传感器在未来无人驾驶汽车的作用。在传感器与智能家居章节中，介绍iphone手机中集成的多种传感器，及其功能扩展。在传感器与现代国防章节中，结合南斯拉夫亚炸馆事件，介绍控制炸弹穿透多层建筑后再爆炸的加速度传感器，以及给炮弹装上“眼睛”的惯性传感器组合。在传感器的形成艺术章节中，介绍防尘保护到只露出眼睛的技术人员在超净工厂中制造集成传感器的方法等等。此外，学生还将参观清华大学微纳加工平台，直观了解生产智能传感器和集成电路的设备和工艺。  00260082微纳米能源技术与器件    2学分 32学时 PowerMEMS Techenology and Devices 你了解你的手机中电池占多大体积吗？你认为“超级石墨烯锂电池一次充电不超过10分钟，巡航里程超过450公里”是真的吗？石墨烯电池是“电池”还是“电容”？细胞能发电吗？ 近年来，由于不可再生能源的匮乏和环境污染等问题的日益突出，新型清洁再生能源的探索成为维持人类2016-2017学年度本科课程介绍 文明可持续发展昀紧迫的挑战之一。除了宏观能源问题外，在更小尺度范围，如植入式生物传感器、微纳米机器人、片上微系统、无线传感网节点乃至可穿戴式电子设备等等，对独立、持久、长期免维护的微纳米能源技术提出了非常迫切的需求。  本课程基于微纳米加工技术和微能源新型材料，介绍当今昀新的微能源（PowerMEMS）研究前沿科学与技术，帮助学生了解和掌握各种微能源器件，如微型锂离子电池、微型超级电容器、微型燃料电池、微纳米发电机（包括细胞发电机）以及微型能量收集器等，包括其原理、设计、制造、封装、测试以及相关应用。  00260092固体量子计算和量子相干器件简介    2学分 32学时 Introduction to Solid‐state Quantum Computing and Quantum Coherence Devices 作为量子力学和信息学的交叉，量子信息学是昀近二十多年迅速发展起来的新兴学科，量子信息处理技术能够完成许多经典信息技术无法实现的任务。比如，一旦基于量子信息学的量子计算机得以实现，其在几分钟内就可解决数字计算机几千年才能解决的问题，那么用它就可及时地破解基于某些数学问题复杂性假定之上的传统保密通信的密钥，从而对建立于经典保密系统行业的信息安全构成根本性的威胁。这种新兴技术的实现可以直接地应用于国防，政治，经济和日常生活。本课程在此大的学术背景下展开，主要介绍昀有希望成为量子比特的固体量子相干器件的原理和目前的研究状况，以及如何用这些器件实现量子计算。  00260102石墨烯及二维纳电子技术    2学分 32学时 Graphene and Two‐dimensional Nanoelectronic Technology 石墨烯及二维纳电子技术是近年来国际学术界公认的热门研究领域之一，该领域的研究带动了新材料、新工艺、新方法和新技术等领域的全面发展，并对当代信息科学技术和社会发展产生了革命性的影响。本课程系统总结了国内外石墨烯等二维纳米材料领域的昀新进展和重要成果。课程内容主要包括：以石墨烯为代表的二维纳米材料的发现、结构、性质及表征方法；石墨烯等二维纳米材料的制备方法；石墨烯等二维纳电子材料和器件在微电子与集成电路技术、光电技术、新能源、生物医学、环境技术、智能传感等领域的研究和应用。  30260032MEMS与微系统    2学分 32学时 MEMS and Microsystems MEMS与微系统是一门前沿交叉学科，将对生物医学、汽车、仪器、化学能源、通讯、纳米科学、航空航天、等领域产生重大影响。本课程将在讲授MEMS多学科基础知识的基础上，系统讲述微机电系统的设计及加工技术，包括微电子机械系统原理、设计方法、体和表面微加工技术，以及微电子机械系统在生物医学、汽车、化学能源、通信等领域的应用。主要采用讲授的方式完成。重点内容包括微系统的基本力学和建模方法、表面微加工和体微加工技术、微型传感器原理及设计制造、微型执行器、RF MEMS典型器件、光学MEMS的分析与设计、微流体与芯片实验室、BioMEMS等。  30260072微电子工艺技术    2学分 32学时 Microelectronics Fabrication Technology 本课程主要讲授硅集成电路制造的工艺。首先，在介绍单晶硅的生长、晶园的制备以及集成电路制造污染控制方法和制造环境后，重点学习微电子制造工艺各单项工艺的基本原理（包括氧化、扩散、离子注入、薄膜淀积、快速退火、光刻、刻蚀、金属化工艺等），并了解常用的工艺检测方法、集成电路工艺集成技术和工艺技术的发展趋势等。其次，课外通过计算机模拟试验，学习氧化、扩散、离子注入等工艺设备的简单操作和模拟方法；学习版图的基本设计方法。第三，课外组织观看工艺录像，并到微电子学研究所微纳加工平台参观。  30260093固体物理学    3学分 48学时 2016-2017学年度本科课程介绍 Solid State Physics 固体物理学是固体材料和固体器件的基础。该课程主要研究晶体的结构及对称性，晶体中缺陷的形成及特征，晶格动力学，能带理论的基础知识以及晶体中的载流子输运现象等。是微纳电子专业的核心课。  30260103半导体物理学    3学分 48学时 Semiconductor Physics 主要讲授半导体材料的基本物理知识，半导体器件基本结构的工作原理。主要内容包括：半导体材料基本性质（能带结构），半导体中的电子态和平衡载流子统计，载流子的输运过程（非平衡载流子，过剩载流子的产生和复合，载流子的漂移、扩散，散射，热载流子效应，电流连续性方程），PN同质和异质结、金属‐半导体接触的电学特性，MOS结构物理，半导体基本光电特性。  30260112微电子工艺技术(英)    2学分 32学时 Integrated Circuit Fabrication Processes 本课程授课目的是使学生掌握微电子制造的各单项工艺技术，以及亚微米CMOS集成电路的工艺集成技术。本课程讲授微电子制造工艺各单项工艺的基本原理（包括氧化、扩散、离子注入、薄膜淀积、光刻、刻蚀、金属化工艺等），并介绍常用的工艺检测方法和MEMS加工技术、集成电路工艺集成技术和工艺技术的发展趋势等问题。另通过计算机试验，可学习氧化、扩散、离子注入等工艺设备的简单操作和模拟。并简单介绍硅片制备，和芯片封装、测试技术。    30260133电子学基础    3学分 48学时 Fundamentals of Electronics 本课程主要内容：电路原理部分包括电路基础、电路分析方法、正弦量与频率分析、一阶二阶瞬态等内容。电子电路部分包括集成电路工艺流程与MOS晶体管的IV特性、共源放大器、共栅放大器和源级跟随器、电流镜和电流源、差分放大器、反馈分析与频率补偿、运算放大器与应用电路、双极型电路基础等内容。  40260012量子信息学引论    2学分 32学时 Introduction to Quantum Information Science 量子信息学是运用量子力学基本原理进行信息的编码、通信与处理的新兴交叉学科。本课程深入浅出地介绍量子信息科学领域的主要思想与方法，一方面提供理解量子信息学所需的物理、数学、计算机科学的知识背景，另一方面使大家理解并掌握本领域的基本工具与结果。具体内容分为六章。第一章介绍量子信息学的历史发展和基本概念，突出一些重要的待解决的问题。第二章深入介绍量子信息学所需的量子力学的基本概念和量子信息学所需的计算机科学的基本概念。第三章描述量子计算所需的基本元件和许多基本操作。第四章讲解简单的量子算法，量子富立叶变换及其在因数分解与离散对数问题中的应用，并解释这些结果对于密码学的重要性。第五章采用实验中已经成功实现的例子，讲解量子计算机的一般设计原则与物理实现的满意判据。第六章讲解量子信息学的昀新进展。  40260033模拟集成电路分析与设计    3学分 48学时 Analysis and Design of Analog Integrated Circuits （1）培养学生完整的模拟集成电路分析能力，包括大信号分析、小信号分析、频率响应分析、噪声分析、反馈系统分析、稳定性与频率补偿分析；（2）培养学生的模拟集成电路设计能力，锻炼学生的工程性思维，通过引入目前工业界广泛使用的设计方法、设计流程（Gm/ID设计方法等）以及EDA设计工具（Hspice、Cadence等）并辅之以工程设计型作业和课程设计，要求学生掌握常用的模拟集成电路单元（如能隙基准源、两级全差分跨导放大器、Telescopic、折叠Cascode放大器等）的设计方法及调试手段，培养学生初步2016-2017学年度本科课程介绍 的工程设计经验；（3）