微電子論文范文

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第1篇

微電子論文3100字(一)：微電子控制機電設備在工業中的具體應用論文

摘要：在科學技術快速進步的背景下，工業自動化水平取得了比較明顯的提升，在機械制造方面表現的更加明顯，基于各種因素的影響，微電子技術得到了相對廣泛的應用。基于此，本文詳細分析了微電子控制機電設備在工業中的應用，希望能夠為實際提供良好的借鑒意義，以供參考。

關鍵詞：微電子；機電設備；工業；應用探討

信息技術的發展以及先進電子設備的產生催生了機電一體化時代的到來，所謂的機電一體化技術是把電工電子技術、機械技術、信息技術、微電子技術、接口技術、傳感器技術、信號變換技術等一系列技術結合，再綜合應用于實際的綜合技術，現代化自動生產設備可以說為機電一體化的設備。微型計算機在機電一體化系統的作用能夠總結成如下三點：第一，直接控制機械工業生產過程；第二，機械工業生產期間加強各物理參數的自動測試，進行測試結果的顯示記錄，在計算、存儲、分析判定并處理測量參數或指標；第三，進行機械生產過程的管理與監督。機電一體化系統里微電子控制機電設備怎樣進行適宜計算機選擇，怎樣設計硬件系統，怎樣組織軟件開發，怎樣對現有計算機系統等進行維護與使用是相當關鍵的，也是值得探索的

課題。

1微電子控制機電設備系統的組成和原理

在某微電子控制機電系統當中，主要是由PLC、管路壓力變送器、變頻器等多種設備組成的。在控制系統當中，管路壓力變送器主要是檢測控制輔助沖量、管路水壓、蒸發量等三個變量，接著將數據信號向PLC當中傳送，并且通過PLC進行分析和計算，將信號發送信號控制器，通過信號控制器來控制水泵運轉，在設計系統的過程中需要與實際情況合理的進行結合，并且對變頻器的輸出頻率進行確認，輸出頻率在整個系統設計過程中具有非常重要的意義，和系統的控制息息相關，在確定系統輸出頻率是需要綜合性的分析和考慮用水量以及揚程參數等。在整個系統當中控制流程的用水量變化，主要是通過壓力變送器向PLC傳送的通過PLC進行分析和計算，可以有效的調節循環泵的頻率，合理的分配能源，讓工作的效率提高，起到節約資源的

作用。

2微電子控制機電設備在工業中的具體應用

1）可編程序控制器（PLC）的應用。從PLC的角度進行分析，其主要優勢在于具有很強的控制能力，而且穩定性較高，機身體積相對較小，可以有效的和其他的配件進行組合。在工業生產的過程中，因為機電設備往往會占據一定的面積，如果想讓其廠房中的占比較高，就一定要注意讓廠房的空余面積加大，盡量讓控制器的數量減少，讓機電設備的數量增多，與此同時還需要注意PLC的節能性較高相比，其他的控制系統可以節約資源，讓工業生產的成本支出降低，讓企業的經濟效益增加，由于PLC設備可以有效的和其他設備之間進行組合，可以靈活方便的在廠房當中進行布設，讓一機多用。可以實現讓廠房的設備結構進一步得到簡化，對設備維護中耗費的人力物力進行控制，減少人力輸出，可以將人力有效的分配到工業生產當中，讓生產資料的利用效率提高。PLC的另一大優勢在于可以通過現場總線和生產設備之間

進行連接，有效的監控工業生產，可以動態化的監控生產的全過程，確保在生產過程中，第一時間解決生產時產生的故障，避免由于機械故障而導致生產進度停滯，讓設備的維護開支得到控制，PLC的計算速度很快，可以輕松的對生產時的任何變動進行管理和控制，有效的防止由于設備變化控制器無法及時應對而產生的問題，PLC還可以進行相關的升級，伴隨當前經濟快速發展，就算生產線當中的產品產生了變動，只需要正確的調整，控制程序也可以符合新產品生產的具體需求。

相比于其他編程操作，PLC控制器在編程的過程中較為方便，員工通過短時間的訓練就可以熟練的掌握編程的技巧，在實際操作的過程中工作步驟相對較為簡單，可以很容易的掌握設備的維修安裝以及操作，由于PLC自帶程序編輯器只需要工作人員了解梯形語言，就可以對其進行熟練的掌握。對控制器的工作語言進行了解，當出現故障的時候可以及時的調整和處理控制器。

2）變頻器調速器的作用。變頻器工作狀態分作自動與手動兩類，手動工作狀態即在PLC結束工作后展開的人工操作行為，經電位器調節能對變頻器輸出頻率進行給定。自動工作狀態實質是PLC輸出信號為變頻器輸出頻率展開控制。和傳統調節閥控制方式相比，PLC控制可節電，更好進行水泵磨損控制，在延長設備壽命與實現系統自動化水平提升中發揮了重要作用。

第一，和傳統正弦波控制技術相比，因變頻器用到了電壓空間矢量控制技術，先進性和獨特性在性能上得到充分凸顯，同時因其特有的低速轉矩大、運行穩定性強、諧波成分小等特征，這對我國電網而言輸出電壓自動調整功能能充分進行優勢發揮。第二，變頻器具備外部端子、鍵盤電位器與多功能段子等一系列操作方式，功能完善，可輸入多種模擬信號（如電流、電壓、頻率等效范圍檢測，轉速追蹤等）；并且變頻器可實現擺頻運行與程序運行等一系列模式。第三，因變頻器全系列元件應用的是西門子產品，有極強的保護性能，可靠穩定，能很好的避免過流、短路、過壓等問題，確保本機能正常運行。并且變頻器有良好的絕緣耐壓性，產品質量好，設定簡單等使得其有更強的適用性。

3）電路發揮的作用。在安裝PLC和變頻器的時候，保證電路的穩定是保障工作的必要。電路在安裝過程中，應該采取邊安裝邊測電的方式，這樣更能使電流穩定，這同樣屬于工作期間需引起重視的關鍵環節。在電路安裝完畢之后，不要急著通電，應該先再次檢查電路是否安裝正確，查看是否有少安裝或者多安裝的情況。另外，測量一下接觸元器件的連接點，這樣可以發現一些接觸不良的地方，若有漏電情況應該及時對此進行維修。電路在工業中也是起到了很大的作用，在安裝電路的時候，一定要小心謹慎，綜合考慮多方面因素，不要遺漏一些小問題，有時一些小問題也可能出大錯，保證電路的穩定才能更好地協調其他設備的安裝穩定。應認真復查電路，查看電路有無正確安裝，或存在設備多安裝或少安裝的現象，同時應認真檢測每個接觸元器件連接點，明確有無接觸不良或短路現象，若發生漏電務必要及時維修與處理。電路調試的具體流程總結如下：

第一，應認真查看明確電路整體狀況，了解電路面板線有無準確連接，有無看似連接實際并未連接的線，或易短路的線；是否存在兩條或多條線混淆的情況；此后，使用最小量程檔的萬用表對電路面板進行檢查，查看開路處和閉路處有無正確開路與閉路，地線是否漏接，電源連線連接的安全性等，同時需測量電源有無短路現象。測量期間可直接進行元器件連接點測量，如此可明確有無以上情況的同時又弄清楚是否存在接觸點不良現象。第二，電路調試過程的關鍵環節之一即硬件電路調試。調試期間務必要注意細小環節的把控，根據電路功能原理做好各個單元電路的調試，再作整體調試，后進行整個電路的調試。電路在工業生產里發揮的作用是相當大的，電路安裝過程里務必要綜合考量多方因素，認真謹慎，切不可遺漏或放過存在的小問題，確保電路穩定性得到保障。

3結束語

微電子控制機電設備的組成包括變頻調速器、可程序控制器等，由于操作相對簡便、效果好，在工業中發揮了不可忽視的作用。微電子控制機電設備在實踐中不斷完善，將理論與實踐相互結合，明確各個方面的要點，有效提升生產效率，在工業領域發揮出最大化價值，推動社會進步和發展。推動電子設備的可持續發展也是當今社會經濟發展所提出的必然要走的道路，順應經濟發展的趨勢，才能不落后于其他國家的工業化改革。

微電子畢業論文范文模板(二)：關于現階段國家示范性微電子學院建設的幾點思考論文

[摘要]文章淺述了國家示范性微電子學院的建設背景及歷程。借鑒示范性軟件學院建設經驗并結合現階段浙江大學示范性微電子學院建設經驗，從學科劃分、考核體系、校企合作、平臺建設和國家支持等方面進行思考和總結，闡述如何圍繞“以人才培養為中心”和“產學協同育人”這兩個核心問題，進行國家示范性微電子學院建設。

[關鍵詞]示范性微電子學院；集成電路；人才培養；產學協同

[中圖分類號]G64[文獻標識碼]A[文章編號]2095-3437（2020）07-0001-04

回顧整個中國特色社會主義建設歷程，作為高等教育中至關重要的一部分，工程教育在國家現代化進程中發揮著不可替代的作用。在國家經濟改革和世界范圍產業變革的過程中，我國的工程教育也在不斷改革創新。從工程教育專業認證制度的建立，到PBL和CDIO理念的引入，實施卓越工程師計劃和建立國家示范性軟件學院、微電子學院，再到加入《華盛頓協議》和新工科的提出，中國的工程教育一直在實踐中發展。在中國工程教育改革中，2001年開始的國家示范性軟件學院建設作為教育改革的“示范區”，發揮著重要的作用。本文在借鑒示范性軟件學院十多年建設經驗的基礎上，結合現階段示范性微電子學院的建設情況，對2015年開始實施的國家示范性微電子學院建設進行思考與總結。

一、示范性微電子學院成立背景

21世紀初，信息化在世界范圍內開始普及，軟件產業在世界社會發展中的地位和重要性開始顯現。軟件產業作為當時的新興產業，呈現出向發展中國家大規模轉移的趨勢，國內外巨大的軟件市場導致對軟件從業人員需求量的劇增。國家從當時國內外行業背景及國家發展戰略出發，于2001年由教育部正式設立國家示范性軟件學院，首批試點35所（后增加至37所），均由國家重點高校負責建設；2004年教育部針對高職類學校又設立了36所高職示范性軟件學院。其后，各省、市結合自身地方產業成立了省級示范性軟件學院50多所，對軟件人才進行儲備。從2001年至今，示范性軟件學院經歷了十多年的建設與發展，在人才培養和產業促進上都取得令人矚目的成就。在此期間，我國的軟件產業獲得了長足的發展，其中尤以華為、阿里巴巴、百度、騰訊等互聯網企業為代表。

經過十多年的積累和追趕后，我國不但解決了軟件產業發展初期規模弱小、產業單一、人才技術短缺等諸多問題，而且在部分領域超過了發達國家，并形成了中國特色的“互聯網+”新型經濟模式。接下來，國家開始效仿軟件產業發展模式，對信息領域更基礎、更關鍵但更薄弱的“卡脖子”短板——集成電路產業發起沖鋒。特別是近年來，在國際貿易保護主義抬頭和美國對華貿易戰的背景下，從晉華、中興到華為、大疆，以集成電路為代表的高科技產業形勢尤為嚴峻，發展變得刻不容緩。

2014年國務院印發《國家集成電路產業發展推進綱要》（以下簡稱《綱要》），指出“集成電路產業是信息技術產業的核心，是支撐經濟社會發展和保障國家安全的戰略性、基礎性和先導性產業”。現階段我國集成電路產業主要面臨核心技術缺乏、產業鏈不完善、資金投入不足、創新人才短缺4個核心問題。參考軟件產業發展模式，為解決集成電路產業4個核心問題中的人才短缺問題，示范性微電子學院應運而生。

二、示范性微電子學院的成立

《綱要》從組織領導、資金政策、金融稅收、人才保障等8個方面采取了保障措施，指出“加大人才培養和引進力度，建立健全集成電路人才培養體系，支持微電子學科發展，通過高校與集成電路企業聯合培養人才等方式，加快建設和發展示范性微電子學院和微電子職業培訓機構”。這是繼2011年國務院《進一步鼓勵軟件產業和集成電路產業發展若干政策》后，國家再次對高校示范性微電子學院建設提出的明確要求。

2014年教育部《關于試辦示范性微電子學院的預通知》。2015年六部委《關于支持有關高校支持建設示范性微電子學院的通知》（以下簡稱《通知》），明確支持清華、北大、浙江大學等9所高校建設示范性微電子學院，支持北京航空航天大學、南京大學等17所高校籌備建設示范性微電子學院，示范性微電子學院建設序幕自此開啟。

三、示范性微電子學院定位及現狀

《通知》指出：示范性微電子學院的建設要以人才培養為中心，深入開展產學合作協同育人，加快培養集成電路產業急需的工程型人才。可以看出，“以人才培養為中心”和“產學協同育人”是示范性微電子學院建設的兩個核心要求，“工程型”人才是示范性微電子學院培養人才的根本目標。

自2015年第一批示范性微電子學院成立至今，各個示范性微電子學院的建設歷程和辦學模式各不相同，有的是在原有信息學院或微電子學院的基礎上進行建設，有的是新設立微電子學院掛靠其他成熟學院運行，有的是整體新建并單獨運行。由于處于建設初期，不同學校都因地制宜、因時制宜地進行摸索，或大刀闊斧，或小步慢跑。目前，各個學校的微電子學院都在人才培養、師資規模、校企合作等方面都取得了一定的階段性成果。

與此同時，示范性微電子學院在建設的過程中，也都面臨一些共性的難題，如示范性微電子學院與一般學院的定位區別、如何進行“工程型”人才培養、如何擴大招生規模與影響、如何更好地與企業結合，以及如何對示范性微電子學院建設進行評價等，這些都是示范性微電子學院面臨或將要面臨的問題。

四、對示范性微電子學院建設的幾點思考

當然，示范性微電子學院建設也并非無樣板可以參考，2001年開始建設的示范性軟件學院就是很好的借鑒，特別是在辦學模式、人才培養、師資管理等諸多具體、常規問題上。然而，軟件行業和集成電路行業相差較大，而且當今的時代背景和2000年也完全不同，如何圍繞“人才培養為中心”“產學協同育人”這兩個核心來建設微電子學院，需要全體高等教育工作者進行與時俱進地思考和探索。本文從浙江大學（以下簡稱“浙大”）示范性微電子學院建設的實踐出發，分享一些經驗與思考。

（一）學科劃分與評估體系

學科劃分和評價問題是微電子學院建設能否成功的核心問題，關乎微電子學院的建設方向和結果。單獨的學科設置及評估體系，不僅能加強微電子學院的獨立性辦學，也能更有效地促進微電子學院建設的展開。

1.設置微電子一級學科

人才作為第一資源以及集成電路產業的核心，微電子學院成立的根本目的就是為產業培養急需的“工程型”人才。然而受招生名額等條件的限制，現階段我國高校每年培養的集成電路高級專業型人才不足萬人，而且缺口仍在擴大，可見，擴大集成電路招生名額勢在必行。以浙江大學為例，2014年以前學校集成電路每年碩士、博士的招生人數在30人左右，即使示范性微電子學院成立以后，新增了微電子本科專業，微電子學院每年本碩博招生也不足200人，以如此培養速度，根本不足以填補產業人才需求的缺口。由于我國大學招生名額是與學科劃分掛鉤的，這就涉及一級學科設置的問題。

目前，浙大微電子所在的一級學科是電子科學與技術，其下含有電路與系統、微電子學與固體電子學、電磁場與波、物理電子學四個二級學科，其中與微電子學院直接對應的兩個二級學科是：電路與系統、微電子學與固體電子學。研究領域分別對應集成電路的軟件部分和硬件部分，前者主要包括集成電路設計，后者主要涉及集成電路產業中的制造、封裝測試。

此外，微電子一級學科問題，除了與擴大招生名額相關外，也和微電子學院的建設成敗有關，因為這涉及微電子學院與高校原有信息學院的定位問題，以及在學校的學科地位問題。其實在建設示范性軟件學院時，由于學科劃分的問題，就存在著軟件學院與原有傳統計算機學院的“瑜亮之爭”，學科資源配置之爭。最終，2011年教育部將軟件工程提升為一級學科，這才在一定程度上解決了上述問題。從軟件學院的建設經驗來看，將微電子學與固定電子學、電路與系統等二級學科重整、提升為一級學科十分必要，且宜早不宜遲。

2.修訂學科評估體系

微電子學院建設要求以“人才培養為中心”，而傳統學科評估體系以“學科建設為中心”。因為“中心”的不一樣，在進行微電子學院建設時，學校在資源配置時就必須考慮效益比問題。如果微電子學院建設的投入無法對學校的學科發展形成促進作用，甚至因為分流限制了已有學科的建設，學校不僅不會支持微電子學院的建設，甚至可能還會限制其發展。因此，在現有學科評估體系下，示范性微電子學院很難做到完全以“教學”為中心，只能“教學科研”兼顧，最終微電子學院在很大概率上將會和傳統的信息學院同質化。上述情況在軟件學院建設時出現過，且仍未得到有效解決，這也是很多軟件學院選擇異地發展的原因，其目的是避免與本校原有的計算機學院分流資源。

在現有學科評估體系下，即使能做到以“教學”為中心，也很難滿足微電子學院“產學協同”的人才培養要求。因為現有學科評估體系偏向于理科化，重理論而輕實踐，無論是“教學”還是“科研”，學生注重“卷面”，教師注重“文章”。而微電子學院的建立要求緊貼產業，注重實踐，產學協同，因此培養“工程型”人才在現有體系下很難做到。

其實，2016年教育部提出新工科建設，其本質也是針對現有“理科化”學科評估體系與工科建設要求不相匹配的問題。可以大膽設想對現有學科評估體系進行必要的改革，如對基礎性學科依舊使用現有“理科性”評估體系；對應用性學科，如新工科，則在原有的體系上建立新的“工科性”評估體系。這樣或許能從根本上改變我國“寫論文的太多，做應用的太少”、應用研究和理論研究比例失衡的現狀。為體現示范性，上述設想甚至可以率先在示范性微電子學院進行試點，實踐可行后再逐步推廣到新工科乃至其他工程性學科。

（二）師生考核體系

示范性微電子學院要求“堅持人才培養為中心”，在國家層面需要解決的是學科問題，具體到學校和學院操作時，就要考慮內部的考核與評價問題，其中主要涉及兩個方面，一是教師的考核，二是學生的考核。

1.教師考核體系

以人才培養為中心，要求教師的工作重心應該是教學，因此微電子學院教師在考核上應該與傳統學院有明顯區別，比如加大教學在考核中的比重。微電子學院培養的人才要強調工程性，所以在教學考核中，要突出工程實踐的教學內容。另外，在引進師資時，可以效仿軟件學院偏向引進有企業經驗或者工程項目經驗的教師，形成本校專職教師、企業兼職教師、適當比例外教的格局，這一點浙江大學微電子學院在人才引進時就尤為注重教師的行業或工程背景。

為了保證公平性，調動教師的積極性，可以實行聘崗制和聘期制，不同崗位考核不一樣、聘期不一樣，如在浙江大學，對不同類別的教師設置有：教學科研并重崗、工程教育創新崗、社會服務與技術推廣崗等，其中工程教育創新崗就是浙江大學針對工程教育改革新設置的崗位。

2.學生考核體系

微電子學院要培養“工程型”人才，因此針對學生的培養過程、考核過程、評價過程要緊緊圍繞“工程”來設置。微電子學院學生與傳統學生培養最本質的區別是“工程實踐”能力。在此之前，要提前區別一下其與動手能力的差別。“工程實踐”能力與傳統工科學生在實驗室環境下的動手能力不同，是要在工業生產的背景下，通過“做中學”和“基于項目學習”，進而培養學生的“工程師式思維和行為”。這要求學校必須為學生提供企業的工程環境而非簡單的高校實驗室環境，兩者有著本質的區別。

正是因為微電子學院培養的人才需要工業生產背景，這就要求企業參與培養，這從源頭上保證了學生培養會緊貼產業。通過設置新的學生評價體系來保證和監督學生“工程實踐”能力的獲得，這一點至關重要。也只有這樣，學生畢業后進入企業才能立即上手，無須企業的再熏陶和培訓。

浙江大學微電子學院對于學生“工程實踐”能力的培養是根據學生的不同階段分步進行的。首先，針對低年級的本科生，加大培養方案中實驗課程的比例和學分，以此來培養學生的“動手操作”能力。其次，對于高年級的本科生，則是通過到企業實習、參與導師企業課題（學業導師制）、科創實驗（SRTP）、參加創新創業競賽等來初步熏陶學生的“工程實踐”能力。最后，到研究生階段，通過企業、導師聯合制定課題，學生選題并到企業培養或參與企業橫向課題等方法來完成“工程能力”的塑造。

（三）校企合作

校企合作是微電子學院建設的重點也是難點之一。傳統高校教學以學校為主，這在一定程度上導致了高校研究與產業發展脫節、高校培養的學生與企業需求脫節。高等工程教育改革的目的之一就是如何將高校與企業聯系緊密，互相促進，“如何引入企業參與到高校的人才培養”，從而達到“產學協同”。

校企合作的目的是互利共贏。中國高校以育人為宗旨，具有一定的公益性，而企業以利益為根本，公益性只是其附帶屬性，只投入不計回報的企業少之又少。如何讓兩個不同的主體做到有機結合，使得“企業愿意參與，高校愿意放開”是困難所在。從需求來看，高校育人，企業用人，高校和企業合作的紐帶在人——學生，解決好“如何以學生為紐帶將企業和高校緊密聯系在一起”是校企合作的關鍵所在。

從軟件學院的經驗看，多是通過校企理事會、共建實驗室和實踐基地、共建師資隊伍、共設課程等方式來開展校企合作。無論是以何種合作方式，想要長久有效就必須做到互惠互利，純粹的一方投入不可持續。從浙江大學專業學位研究生的培養經驗來看，比較有效的手段之一是：通過導師與企業的橫向合作為依托，以項目的形式將學生的培養參與其中。這是一種“基于項目的培養模式”，企業提出技術需求和課題資金，學校再給予學生名額、教學工作量等支持。通過一個個的具體項目，將學校、學生、企業串聯起來，形成規模效應后再以創建聯合實驗室、研發中心、實踐基地等方式進行深化。浙江大學成立工程師學院就是希望從學校層面來推進和引導校企合作。此外，不同地區的微電子學院在專業設置上也應針對當地企業需求開設專業，面向企業培養人，甚至可以對重點企業進行定向培養，吸引企業深度參與學院建設。

校企合作不僅僅是學校和企業的問題，政府的作用也尤為重要，因為政府掌握著核心的生產資料和分配政策。比如政府在審批、稅收減免、經濟補助、教育資金、就業引導等各方面都能非常有效調動企業和高校的積極性，促進雙方的結合。日本20世紀70年代半導體產業的興起，就是通過高校（實驗室）、企業、政府三方的共同發力，成立“VLSI技術研究組合”，從而打破美國的壟斷。20世紀80年代韓國三星的崛起也與韓國政府的大力扶持密不可分，所以在這一點上值得我們國家借鑒和學習。

（四）硬件建設及平臺共享

集成電路產業人才培養對硬件設施要求極高，這是其與軟件產業最大的不同之一。如小型工藝操作、流片、實訓等都需要高昂硬件和財力的支撐，因此微電子學院建設要格外重視大型共享平臺建設，并以共享平臺建設為契機將校企合作、校地合作、學生實踐培養進行有機連接。然而一般平臺投資都十分巨大，很難靠一己之力來進行建設，如浙江大學微納加工中心一期投入6000萬、工程師學院微電子實訓平臺投入近3500萬，紹興微電子研究中心投資近1億。微電子學院建設更應注重開放式辦學，嘗試通過國家出資、政府出地、企業出技術、學校出人等多重模式，把握本地發展機遇以產業園、孵化器、共享平臺的形式來共贏發展。

（五）國家和學校支持

從軟件學院的建設經驗來看，建設成功與否與國家和學校的支持息息相關。因為軟件學院建設經費自籌，所以從建立之初，就面臨著資金的壓力。從十多年后的評估結果來看，發展得好的軟件學院與學校的長期支持密不可分；純粹依靠企業、學費等來進行市場化運作則很難實現。以浙江大學軟件學院為例，軟件學院之所以能在寧波辦學，首先與寧波市政府給予啟動資金、場地、師資、經費等全面的支持分不開，此外，與浙大持續的師資、運營等投入也密不可分，可以說寧波市政府和浙大的支持二者缺一，浙大軟件學院就不會有今天的規模。從產業性質來看，因為集成電路行業對硬件的要求要比軟件行業高很多，這就決定了微電子學院的硬件投入要比軟件學院投入要大得多，所以微電子學院勢必更需要從國家、從學校爭取更多可持續的資金，如專項經費、低息貸款等，這樣才有可能實現跨越式的發展。

第2篇

微電子技術，它是建立在以集成電路為核心的各種半導體器件基礎上的高新電子技術，特點是體積小、重量輕、可靠性高、工作速度快，微電子技術對信息化時代具有巨大影響。其之所以稱為核心虛擬網絡技術，主要是因為整個計算機網絡的任意2個節點之間的連接并沒有傳統專網所需的端到端的物理鏈路，而是架構在公用網絡服務商所提供的網絡平臺，如internet，ATM（異步傳輸模式），FrameRelay（幀中繼）等之上的邏輯網絡，用戶數據在邏輯鏈路中傳輸。它涵蓋了跨共享網絡或公共網絡的封裝、加密和身份驗證鏈接的專用網絡的擴展。核心技術主要采用了隧道技術、加解密技術、密鑰管理技術和使用者與設備身份認證技術。在虛擬專用網絡設計之前，要嚴格劃分煤炭礦區資源線路數據，并實施圖層管理，再通過矢柵劃分的方式進行數據儲存，這是因為存儲空間數據的格式在系統端口緩存中有著至關重要的作用。計算機核心技術中的虛擬專用網絡屬于遠程訪問技術。在虛擬專用網絡系統中，用戶端設計通常由11個功能模塊組成，這11個功能模塊中都可以2次劃分為多個子功能，而且各個系統功能、子功能之間又進行再擴充，依據用戶的不同需求實施調整維護。并根據其不同功能進行不同設計。服務器端擁有通過查詢數據庫，進而實現對煤炭運輸計劃信息化的作用，可以為虛擬專用網絡模型提供很多實用服務。服務器的ArcMS與空間數據庫建立連接要通過ArcSDE，它可提供大量專業GIS服務。在核心網絡模型組成部分中服務器端緩存模塊是相當重要的，服務器端緩存模塊主要分為緩存管理組件和索引管理組件。2部分組件分工合作，緩存管理組件是根據索引分析所得出的結果，在緩存中處理請求數據然后向客戶端發送，或者利用數據庫中已存數據，而索引管理組件先索引分析客戶端請求，制作出瓦片空間待處理數據列表。

2微電子技術在煤礦化工產業上的應用準備

2.1規范制度，端正思想

人們知道，一個良好的組織機構，除具備較好的運行機制和管理制度之外，還應該具有健全的崗位制度而且能夠將之貫徹執行。因此，微電子技術在煤礦機械的應用過程中，很需要一個合適的技術管理結構，以便于明確各個技術人員的職權問題，保證個人任務到位，避免權力交叉和責任推諉的現象發生，這些問題都可以通過建立健全的崗位責任制度得以解決。此外，工作人員不但要對微電子技術知識有一定的了解，盡可能全面地掌握綜合煤礦機械管理的內容與方法，還要對煤礦生產安全制度和相關法規有著全面的認識，思想上時刻保持著“安全第一”的意識，保證將微電子技術安全意識滲透到工作的每一個層面，最終提升機械作業人員的工作責任心與使命感。

2.2加強微電子技術產品的設備管理

加強設備巡視管理是建筑工程監控的重點，預防設備異常的發生是機械運行管理的主要內容。為了保障煤礦機械施工的安全性與使用性，應該建立完善的設備定檢制度，機電一體化產品設備需要進行定期的檢測，對于一些使用頻率高的機械設備，更是要依據規定檢測并建立相應的維護記錄以隨時了解其運轉狀態，保證其正常的運行和及時的維護。

2.3提高微電子技術機械監控的技術管理

由于煤礦化工產業存在很大程度上的特殊性，而作為貫徹于機械監控整個流程的重要要素，技術管理在其中的作用不容小覷。因此，加強機械設備的絕緣監督工作，利用聲波檢測、光譜分析等監督手段，及時地發現并排除故障無疑勢在必行。微電子技術工作一旦脫離了技術的支持，就難以稱作是有效的監控工作。當煤礦化工產業發生異常情況時，及時采取跟蹤測溫，利用圖譜庫進行分析對比，并提出檢測修改的建議，以此來加強設備的有效運行。

3基于微電子技術的煤礦化工產業監控系統

3.1智能監控模式的自動化控制和管理

由上述內容可知，在統一模式下的信息系統中，微電子技術對煤礦井下監控子系統的控制管理內容，可以通過4個步驟來得以實現，即自動檢查、自動尋的、自動求解和自動執行。其具體自動控制管理框架，可用圖1所示來進行加以描述。這當中的“被控制管理的電網子系統”既能夠是一個系統層子系統，也可以是電網元件或廠/站層子系統。對于一個系統層子系統而言，其功能就是通過利用各級調度控制中心的管理權限，對智能網絡在煤礦井下電網監控系統的安全性、合理性、經濟性進行盡可能全面的分析，并對系統的所有目的狀態實施檢查和監視，實現對智能監控子系統所有狀態的智能化監控。圖1中的監控子系統表明，如果被監測的煤礦井下狀態與目標限定數值不一致，那么智能監控系統就會自動啟動相關的任務處理，對限定以外的突發時間進行控制并做狀態輸出，同時作用在該子系統所包含的元件上，進而對該子系統的輸出狀態實施調控，最終將它調回正常運行狀態。

3.2監測技術的應用

作為煤礦安全生產監控工作的關鍵性內容，信息的獲得無疑至關重要，而獲得信息的主要手段就是監測技術。一般而言，通過煤礦安全生產現有的客觀資料，人們可以初步確定遠程監控的初始方案，進而在煤礦工程運營過程中根據監測數值、經驗方法等內容，開展反饋分析等工作，修正初步方案與施工網絡計劃，以保證工程按照最優的設計與施工方案進行。因此，監控工作的重要性也就顯而易見了。針對我國煤礦工程質量中的一些不安全因素，監測技術在遠程監控中的應用能夠很好地解決此類問題，它不但可以很好地掌握工程的工作運營狀態，利用監控數據對流量方案進行整改，并指導開采質量作業；還可以預見事故風險，采取一系列的事前措施，給建筑的安全管理提供信息，將事故突發率降至最低，保證了煤礦安全生產的穩定性。此外，太陽能是一種取之不盡、用之不竭的環保能源。通過太陽能光伏技術，可以很好地將太陽能轉換為電能，并廣泛應用在遠程視頻監控系統當中，太陽能供電部分監控結合了煤礦開采的相關特點，對煤礦地點的自然環境等因素進行分析，確定了系統設計相關參數，優化了供電系統的相關參數，對煤礦領域的網絡視頻監控起到了一定的作用。

3.3視頻流管理服務端口設計

視頻流管理服務器是IP視頻監控系統的精神內容，具體視頻采集預覽實現過程如圖2所示。服務器端擁有通過查詢數據庫，進而實現對煤炭安全生產信息化的作用，可以為遠程計算機提供很多實用服務。視頻流管理服務器與空間數據庫建立連接，可提供大量查詢服務，例如屬性查詢服務、矢量和柵格地圖服務等。在網絡視頻監控系統組成部分中視頻流管理緩存服務器模塊是相當重要的，服務器端緩存模塊主要分為緩存管理組件和索引管理組件。2部分組件分工合作，緩存管理組件是根據索引分析所得出的結果，在緩存中處理請求數據然后向客戶端發送，或者利用數據庫中已存數據，而索引管理組件先索引分析客戶端請求，制作出瓦片空間待處理數據列表。若能發展好緩存數據的利用，數據庫交互即可免去，同時數據的響應速度也會大大提高。總的來說，視頻流管理服務端為煤礦的安全生產提供了有效的圖像監視選擇和視頻存儲的功能，可以徹底實現用戶權限管理、自動報警與生產安全建議。應該說明的是，視頻流管理服務端口設計的研制尚在初步階段，要想為煤礦系統數據提供一個良好的信息傳輸平臺，尚還任重道遠。

4結語

第3篇

預計在未來10到20年，微電子器件抗輻射加固的重點發展技術是：抗輻射加固新技術和新方法研究；新材料和先進器件結構輻射效應；多器件相互作用模型和模擬研究；理解和研究復雜3－D結構、系統封裝的抗輻射加固；開發能夠降低測試要求的先進模擬技術；開發應用加固設計的各種技術。本文分析研究了微電子器件抗輻射加固設計技術和工藝制造技術的發展態勢。

2輻射效應和損傷機理研究

微電子器件中的數字和模擬集成電路的輻射效應一般分為總劑量效應（TID）、單粒子效應（SEE）和劑量率（DoesRate）效應。總劑量效應源于由γ光子、質子和中子照射所引發的氧化層電荷陷阱或位移破壞，包括漏電流增加、MOSFET閾值漂移，以及雙極晶體管的增益衰減。SEE是由輻射環境中的高能粒子（質子、中子、α粒子和其他重離子）轟擊微電子電路的敏感區引發的。在p－n結兩端產生電荷的單粒子效應，可引發軟誤差、電路閉鎖或元件燒毀。SEE中的單粒子翻轉（SEU）會導致電路節點的邏輯狀態發生翻轉。劑量率效應是由甚高速率的γ或X射線，在極短時間內作用于電路，并在整個電路內產生光電流引發的，可導致閉鎖、燒毀和軌電壓坍塌等破壞［1］。輻射效應和損傷機理研究是抗輻射加固技術的基礎，航空航天應用的SiGe，InP，集成光電子等高速高性能新型器件的輻射效應和損傷機理是研究重點。研究新型器件的輻射效應和損傷機理的重要作用是：1）對新的微電子技術和光電子技術進行分析評價，推動其應用到航空航天等任務中；2）研究輻射環境應用技術的指導方法學；3）研究抗輻射保證問題，以增加系統可靠性，減少成本，簡化供應渠道。研究的目的是保證帶寬／速度不斷提升的微電子和光（如光纖數據鏈接）電子電路在輻射環境中可靠地工作。圖1所示為輻射效應和損傷機理的重點研究對象。研究領域可分為：1）新微電子器件輻射效應和損傷機理；2）先進微電子技術輻射評估；3）航空航天抗輻射保障；4）光電子器件的輻射效應和損傷機理；5）輻射測試、放射量測定及相關問題；6）飛行工程和異常數據分析；7）提供及時的前期工程支持；8）航空輻射效應評估；9）輻射數據維護和傳送。

3抗輻射加固設計技術

3．1抗輻射加固系統設計方法

開展抗輻射加固設計需要一個完整的設計和驗證體系，包括技術支持開發、建立空間環境模型及環境監視系統、具備系統設計概念和在軌實驗的數據庫等。圖2所示為空間抗輻射加固設計的驗證體系。本文討論的設計技術范圍主要是關于系統、結構、電路、器件級的設計技術。可以通過圖2所示設計體系進行抗輻射加固設計：1）采用多級別冗余的方法減輕輻射破壞，這些級別分為元件級、板級、系統級和飛行器級。2）采用冗余或加倍結構元件（如三模塊冗余）的邏輯電路設計方法，即投票電路根據最少兩位的投票確定輸出邏輯。3）采用電路設計和版圖設計以減輕電離輻射破壞的方法。即采用隔離、補償或校正、去耦等電路技術，以及摻雜阱和隔離槽芯片布局設計；4）加入誤差檢測和校正電路，或者自修復和自重構功能；5）器件間距和去耦。這些加固設計器件可以采用專用工藝，也可采用標準工藝制造。

3．2加固模擬／混合信號IP技術

最近的發展趨勢表明，為了提高衛星的智能水平和降低成本，推動了模擬和混合信號IP需求不斷增加［2］。抗輻射加固模擬IP的數量也不斷增加。其混合信號IP也是相似的，在高、低壓中均有應用，只是需在不同的代工廠加工。比利時IMEC，ICsense等公司在設計抗輻射加固方案中提供了大量的模擬IP內容。模擬IP包括抗輻射加固的PLL和A／D轉換器模塊，正逐步向軟件控制型混合信號SoCASIC方向發展。該抗輻射加固庫基于XFab公司180nm工藝，與臺積電180nm設計加固IP庫參數相當。TID加固水平可以達到1kGy，并且對單粒子閉鎖和漏電流增加都可以進行有效加固。

3．3SiGe加固設計技術

SiGeHBT晶體管在空間應用并作模擬器件時，對總劑量輻射效應具有較為充分和固有的魯棒性，具備大部分空間應用（如衛星）所要求的總劑量和位移效應的耐受能力［3］。目前，SiGeBiCMOS設計加固的熱點主要集中在數字邏輯電路上。SEE／SEU會對SiGeHBT數字邏輯電路造成較大破壞。因此，這方面的抗加設計技術發展較快。對先進SiGeBiCMOS工藝的邏輯電路進行SEE／SEU加固時，在器件級，可采用特殊的C－B－ESiGeHBT器件、反模級聯結構器件、適當的版圖結構設計等來進行SEE／SEU加固。在電路級，可使用雙交替、柵反饋和三模冗余等方法進行加固設計。三模冗余法除了在電路級上應用外，還可作為一種系統級加固方法使用。各種抗輻射設計獲得的加固效果各不相同。例如，移相器使用器件級和電路級并用的加固設計方案，經過LET值為75MeV•cm2／mg的重粒子試驗和標準位誤差試驗后，結果顯示，該移相器整體抗SEU能力得到有效提高，對SEU具有明顯的免疫力。

4抗輻射加固工藝技術

目前，加固專用工藝線仍然是戰略級加固的強有力工具，將來會越來越多地與加固設計結合使用。因為抗輻射加固工藝技術具有非常高的專業化屬性和高復雜性，因此只有少數幾個廠家能夠掌握該項技術。例如，單粒子加固的SOI工藝和SOS工藝，總劑量加固的小幾何尺寸CMOS工藝，IBM的45nmSOI工藝，Honeywe1l的50nm工藝，以及BAE外延CMOS工藝等。主要的抗輻射加固產品供應商之一Atmel于2006年左右達到0．18μm技術節點，上一期的工藝節點為3μm。Atmel的RTCMOS，RTPCMOS，RHCMOS抗輻射加固專用工藝不需改變設計和版圖，只用工藝加固即可制造出滿足抗輻射要求的軍用集成電路。0．18μm是Atmel當前主要的抗輻射加固工藝，目前正在開發0．15μm技術，下一步將發展90nm和65nm工藝。Atmel采用0．18μm專用工藝制造的IC有加固ASIC、加固通信IC、加固FPGA、加固存儲器、加固處理器等，如圖3所示。

5重點發展技術態勢

5．1美國的抗輻射加固技術

5．1．1加固設計重點技術

美國商務部2009年國防工業評估報告《美國集成電路設計和制造能力》，詳細地研究了美國抗輻射加固設計和制造能力［4］。擁有抗輻射加固制造能力的美國廠商同時擁有抗單粒子效應、輻射容錯、抗輻射加固和中子加固的設計能力。其中，擁有抗單粒子效應能力的18家、輻射容錯14家、輻射加固10家，中子加固9家。IDM公司是抗輻射加固設計的主力軍，2006年就已達到從10μm到65nm的15個技術節點的產品設計能力。15家公司具備10μm～1μm的設計能力，22家公司具備1μm～250nm的設計能力，24家公司具備250nm～65nm設計能力，7家公司的技術節點在65nm以下，如圖5所示。純設計公司的抗輻射加固設計能力較弱。美國IDM在設計抗輻射產品時所用的材料包括體硅、SOI，SiGe等Si標準材料，和藍寶石上硅、SiC，GaN，GaAs，InP，銻化物、非結晶硅等非標準材料兩大類。標準材料中使用體硅的有23家，使用SOI的有13家，使用SiGe的有10家。使用非標準材料的公司數量在明顯下降。非標材料中，GaN是熱點，有7家公司（4個小規模公司和3個中等規模公司）在開發。SiC則最弱，只有兩家中小公司在研發。沒有大制造公司從事非標材料的開發。

5．1．2重點工藝和制造能力

美國有51家公司從事輻射容錯、輻射加固、中子加固、單粒子瞬態加固IC產品研制。其中抗單粒子效應16家，輻射容錯15家，抗輻射加固12家，中子加固8家。制造公司加固IC工藝節點從10μm到32nm。使用的材料有標準Si材料和非標準兩大類。前一類有體硅、SOI和SiGe，非標準材料則包括藍寶石上硅，SiC，GaN，GaAs，InP，銻化物和非晶硅（amorphous）。晶圓的尺寸有50，100，150，200，300mm這幾類。抗輻射加固產品制造可分為專用集成電路（ASIC）、柵陣列、存儲器和其他產品。ASIC制造能力最為強大，定制ASIC的廠商達到21家，標準ASIC達到13家，結構化ASIC有12家。柵陣列有：現場可編程陣列（FPGA）、掩膜現場可編程陣列（MPGA）、一次性現場可編程陣列（EPGA），共19家。RF／模擬／混合信號IC制造商達到18家，制造處理器／協處理器有11家。5．1．3RF和混合信號SiGeBiCMOS據美國航空航天局（NASA），SiGe技術發展的下一目標是深空極端環境應用的技術和產品，例如月球表面應用。這主要包括抗多種輻射和輻射免疫能力。例如，器件在＋120℃～－180℃溫度范圍內正常工作的能力。具有更多的SiGe模擬／混合信號產品，微波／毫米波混合信號集成電路。系統能夠取消各種屏蔽和專用電纜，以減小重量和體積。德國IHP公司為空間應用提供高性能的250nmSiGeBiCMOS工藝SGB25RH［5］，其工作頻率達到20GHz。包括專用抗輻射加固庫輻射試驗、ASIC開發和可用IP。采用SGB13RH加固的130nmSiGeBiCMOS工藝可達到250GHz／300GHz的ft／fmax。采用該技術，可實現SiGeBiCMOS抗輻射加固庫。

5．2混合信號的抗輻射加固設計技術

如果半導體發展趨勢不發生變化，則當IC特征尺寸向90nm及更小尺寸發展時，混合信號加固設計技術的重要性就會增加［6］。設計加固可以使用商用工藝，與特征尺寸落后于商用工藝的專用工藝相比，能夠在更小的芯片面積上提高IC速度和優化IC性能。此外，設計加固能夠幫助設計者擴大減小單粒子效應的可選技術范圍。在20～30年長的時期內，加固設計方法學的未來并不十分清晰。最終數字元件將縮小到分子或原子的尺度。單個的質子、中子或粒子碰撞導致的后果可能不是退化，而是整個晶體管或子電路毀壞。除了引入新的屏蔽和／或封裝技術，一些復雜數字電路還需要具備一些動態的自修復和自重構功能。此外，提高產量和防止工作失效的力量或許會推動商用制造商在解決這些問題方面起到引領的作用。當前，沒有跡象表明模擬和RF電路會最終使用與數字電路相同的元件和工藝。因此，加固混合信號電路設計者需要在模擬和數字兩個完全不同的方向開展工作，即需要同時使用兩種基本不同的IC技術，并應用兩種基本不同的加固設計方法。

6結束語