光电集成技术范文篇1

关键词：电子科学与技术；实验教学体系；微电子人才

作者简介：周远明（1984-），男，湖北仙桃人，湖北工业大学电气与电子工程学院，讲师；梅菲（1980-），女，湖北武汉人，湖北工业大学电气与电子工程学院，副教授。（湖北武汉430068）

中图分类号：G642.423文献标识码：A文章编号：1007-0079（2013）29-0089-02

电子科学与技术是一个理论和应用性都很强的专业，因此人才培养必须坚持“理论联系实际”的原则。专业实验教学是培养学生实践能力和创新能力的重要教学环节，对于学生综合素质的培养具有不可替代的作用，是高等学校培养人才这一系统工程中的一个重要环节。[1，2]

一、学科背景及问题分析

1.学科背景

21世纪被称为信息时代，信息科学的基础是微电子技术，它属于教育部本科专业目录中的一级学科“电子科学与技术”。微电子技术一般是指以集成电路技术为代表，制造和使用微小型电子元器件和电路，实现电子系统功能的新型技术学科，主要涉及研究集成电路的设计、制造、封装相关的技术与工艺。[3]由于实现信息化的网络、计算机和各种电子设备的基础是集成电路，因此微电子技术是电子信息技术的核心技术和战略性技术，是信息社会的基石。此外，从地方发展来看，武汉东湖高新区正在全力推进国家光电子信息产业基地建设，形成了以光通信、移动通信为主导，激光、光电显示、光伏及半导体照明、集成电路等竞相发展的产业格局，电子信息产业在湖北省经济建设中的地位日益突出，而区域经济发展对人才的素质也提出了更高的要求。

湖北工业大学电子科学与技术专业成立于2007年，完全适应国家、地区经济和产业发展过程中对人才的需求，建设专业方向为微电子技术，毕业生可以从事电子元器件、集成电路和光电子器件、系统（激光器、太能电池、发光二极管等）的设计、制造、封装、测试以及相应的新产品、新技术、新工艺的研究与开发等相关工作。电子科学与技术专业自成立以来，始终坚持以微电子产业的人才需求为牵引，遵循微电子科学的内在客观规律和发展脉络，坚持理论教学与实验教学紧密结合，致力于培养基础扎实、知识面广、实践能力强、综合素质高的微电子专门人才，以满足我国国民经济发展和国防建设对微电子人才的迫切需求。

2.存在的问题与影响分析

电子科学与技术是一个理论和应用性都很强的专业，因此培养创新型和实用型人才必须坚持“理论联系实际”的原则。要想培养合格的应用型人才，就必须建设配套的实验教学平台。然而目前人才培养有“产学研”脱节的趋势，学生参与实践活动不论是在时间上还是在空间上都较少。建立完善的专业实验教学体系是电子科学与技术专业可持续发展的客观前提。

二、建设思路

电子科学与技术专业实验教学体系包括基础课程实验平台和专业课程实验平台。基础课程实验平台主要包括大学物理实验、电子实验和计算机类实验；专业课程实验平台即微电子实验中心，是本文要重点介绍的部分。在实验教学体系探索过程中重点考虑到以下几个方面的问题：

第一，突出“厚基础、宽口径、重应用、强创新”的微电子人才培养理念。微电子人才既要求具备扎实的理论基础（包括基础物理、固体物理、器件物理、集成电路设计、微电子工艺原理等），又要求具有较宽广的系统知识（包括计算机、通信、信息处理等基础知识），同时还要具备较强的实践创新能力。因此微电子实验教学环节强调基础理论与实践能力的紧密结合，同时兼顾本学科实践能力与创新能力的协同训练，将培养具有创新能力和竞争力的高素质人才作为实验教学改革的目标。

第二，构建科学合理的微电子实验教学体系，将“物理实验”、“计算机类实验”、“专业基础实验”、“微电子工艺”、“光电子器件”、“半导体器件课程设计”、“集成电路课程设计”、“微电子专业实验”、“集成电路专业实验”、“生产实习”和“毕业设计”等实验实践环节紧密结合，相互贯通，有机衔接，搭建以提高实践应用能力和创新能力为主体的“基本实验技能训练实践应用能力训练创新能力训练”实践教学体系。

第三，兼顾半导体工艺与集成电路设计对人才的不同要求。半导体的产业链涉及到设计、材料、工艺、封装、测试等不同领域，各个领域对人才的要求既有共性，也有个性。为了扩展大学生知识和技能的适应范围，实验教学必须涵盖微电子技术的主要方面，特别是目前人才需求最为迫切的集成电路设计和半导体工艺两个领域。

第四，实验教学与科学研究紧密结合，推动实验教学的内容和形式与国内外科技同步发展。倡导教学与科研协调发展，教研相长，鼓励教师将科研成果及时融化到教学内容之中，以此提升实验教学质量。

三、建设内容

微电子是现代电子信息产业的基石，是我国高新技术发展的重中之重，但我国微电子技术人才紧缺，尤其是集成电路相关人才严重不足，培养高质量的微电子技术人才是我国现代化建设的迫切需要。微电子学科实践性强，培养的人才需要具备相关的测试分析技能和半导体器件、集成电路的设计、制造等综合性的实践能力及创新意识。

电子科学与技术专业将利用经费支持建设一个微电子实验教学中心，具体包括四个教学实验室：半导体材料特性与微电子技术工艺参数测试分析实验室、微电子器件和集成电路性能参数测试与应用实验室、集成电路设计实验室、科技创新实践实验室。使学生具备半导体材料特性与微电子技术工艺参数测试分析、微电子器件、光电器件参数测试与应用、集成电路设计、LED封装测试等方面的实践动手和设计能力，巩固和强化现代微电子技术和集成电路设计相关知识，提升学生在微电子技术领域的竞争力，培养学生具备半导体材料、器件、集成电路等基本物理与电学属性的测试分析能力。同时，本实验平台主要服务的本科专业为“电子科学与技术”，同时可以承担“通信工程”、“电子信息工程”、“计算机科学与技术”、“电子信息科学与技术”、“材料科学与工程”、“光信息科学与技术”等10余个本科专业的部分实践教学任务。

（1）半导体材料特性与微电子技术工艺参数测试分析实验室侧重于半导体材料基本属性的测试与分析方法，目的是加深学生对半导体基本理论的理解，掌握相关的测试方法与技能，包括半导体材料层错位错观测、半导体材料电阻率的四探针法测量及其EXCEL数据处理、半导体材料的霍尔效应测试、半导体少数载流子寿命测量、高频MOSC-V特性测试、PN结显示与结深测量、椭偏法测量薄膜厚度、PN结正向压降温度特性实验等实验项目。完成形式包括半导体专业实验课、理论课程的实验课时等。

（2）微电子器件和集成电路性能参数测试与应用实验室侧重于半导体器件与集成电路基本特性、微电子工艺参数等的测试与分析方法，目的是加深学生对半导体基本理论、器件参数与性能、工艺等的理解，掌握相关的技能，包括器件解剖分析、用图示仪测量晶体管的交（直）流参数、MOS场效应管参数的测量、晶体管参数的测量、集成运算放大器参数的测试、晶体管特征频率的测量、半导体器件实验、光伏效应实验、光电导实验、光电探测原理综合实验、光电倍增管综合实验、LD/LED光源特性实验、半导体激光器实验、电光调制实验、声光调制实验等实验项目。完成形式包括半导体专业实验课、理论课程的实验课时、课程设计、创新实践、毕业设计等。

（3）集成电路设计实验室侧重于培养学生初步掌握集成电路设计的硬件描述语言、Cadence等典型的器件与电路及工艺设计软件的使用方法、设计流程等，并通过半导体器件、模拟集成电路、数字集成电路的仿真、验证和版图设计等实践过程具备集成电路设计的能力，目的是培养学生半导体器件、集成电路的设计能力。以美国Cadence公司专业集成电路设计软件为载体，完成集成电路的电路设计、版图设计、工艺设计等训练课程。完成形式包括理论课程的实验课时、集成电路设计类课程和理论课程的上机实践等。

（4）科技创新实践实验室则向学生提供发挥他们才智的空间，为他们提供验证和实现自由命题或进行科研的软硬件条件，充分发挥他们的想象力，目的是培养学生的创新意识与能力，包括LED封装、测试与设计应用实训和光电技术创新实训。要求学生自己动手完成所设计器件或电路的研制并通过测试分析，制造出满足指标要求的器件或电路。目的是对学生进行理论联系实际的系统训练，加深对所需知识的接收与理解，初步掌握半导体器件与集成电路的设计方法和对工艺技术及流程的认知与感知。完成形式包括理论课程的实验课时、创新实践环节、生产实践、毕业设计、参与教师科研课题和部级、省级和校级的各类科技竞赛及课外科技学术活动等。

四、总结

本实验室以我国微电子科学与技术的人才需求为指引，遵循微电子科学的发展规律，通过实验教学来促进理论联系实际，培养学生的科学思维和创新意识，系统了解与掌握半导体材料、器件、集成电路的测试分析和半导体器件、集成电路的设计、工艺技术等技能，最终实现培养基础扎实、知识面宽、实践能力强、综合素质高、适应范围广的具有较强竞争力的微电子专门人才的目标，以满足我国国民经济发展和国防建设对微电子人才的迫切需求。

参考文献：

[1]刘瑞，伍登学.创建培养微电子人才教学实验基地的探索与实践[J].实验室研究与探索，2004，（5）：6-9.

光电集成技术范文

【关键词】EPON；用电信息采集；光通信技术

0引言

基于以太网的无源光网络（EPON）技术是一种新兴的光纤接入技术，其在电信部门的应用已经实现了商业化。EPON技术具有标准化程度高、互通性强、技术成熟、成本低廉等优势，成为目前应用最为广泛的光纤接入技术。

用电信息采集系统通信架构分为两个层次。第一个层次是主站系统和集中器之间的通信，称之为远程通信；第二个层次是集中器和表计之间的通信，称之为本地通信。在用电信息采集系统中，由于采集点数量多，采集时间密度高，所以采集数据量巨大。在集中器和用电信息采集系统主站进行通信时，需要采用系统容量较大的通信方式，目前，光纤通信是最理想的选择。

1EPON技术简介

1.1EPON技术特点

首先性能满足业务应用要求：根据系统通信的数据量和通信带宽以及通信可靠性，保证在需要的时间内完成大量用户的数据采集和用电管理的要求"信道稳定可靠程度和信息安全等等。再次适应本地区环境要求：地区地理地貌环境的适应性"特别是无线通信更要考虑此问题。第三建设成本和运行维护费用：考虑通信网络建设的综合经济效益和投入产出比，在长期的运行维护中间需要支出的运维费用。第四通信网络建设周期和工程量：要完全建设一个通信网络需要的施工工程量和建设周期能否满足用电信息采集系统整体的进度要求。

1.2EPON技术优势

1.2.1传输频带宽，通信容量大，EPON可达1.25Gbit/s。

1.2.2提供双向高带宽、更远距离和更广的覆盖，提供全业务接入能力。

1.2.3传输过程损耗小，无需中继设备，传输距离远，最多可达20km。

1.2.4保密性好，安全性高。

1.2.5无源光网络是纯介质网络，较好地避免了电磁干扰和雷电影响，较适合在电磁干扰严重地区使用。例如变电站或配电变压器附近电磁环境复杂场合。同时，无源光网络设备简单，一次性投资，运行维护成本低。

2用电信息采集系统的通信架构

用电信息采集系统的通信架构一般分为二个层次，如图所示：

第一个层次是主站系统和集中器之间的通信，称之为远程通信，一般采用光纤通信、无线公网、无线专网和载波通信等技术。第二个层次是集中器和表计之间的通信，称之为本地通信，一般采用低压电力线载波，微功率无线和现场总线等技术。

2.1EPON的远程通信

利用EPON技术组网，可以在远程通信网中构建光纤通信的电力专网。这个光纤网大致由光纤骨干网和光纤接入网组成。光纤骨干网由SDH设备组网构成，光纤接入网设备则由EPON设备构成！其连接方式如图所示。

主站系统和变电站、开关站等站点之间都已建成SDH光纤骨干网。用电信息采集系统远程通信光纤专网的建设重点就是建设EPON光纤接入网，将光纤专网从变电站、开关站等重要站点向下延伸至开闭所、环网柜、开关柜和台区变压器等处，这些地方也是放置集中器和ONU的地方。

OLT的放置方式比较灵活，可以根据情况选择放置在变电站，也可以向下延伸放置在开闭所，这样可以进一步拓展EPON网络的覆盖范围。OLT和SDH设备之间采用光纤千兆以太网口连接，传输距离一般可达100km。

2.2EPON的本地通信

本地通信一般采用上图所示的方式，即低压电力线载波、微功率无线、RS-232和RS-458等方式的组合。由于集中器和采集器以及表计之间的距离较远，微功率无线、RS-232和RS-458等方式都不能很好地解决通信问题，所以，低压电力线载波是现在推荐的方式，也是成本最低、最具有诱惑力的方式。

但是，载波方式始终没有解决的是全采集的问题，因为低压电力线载波通信受信道质量的影响非常大，在低压电力线路上除了存在大的衰减和畸变之外，还存在各种各样的有色噪声。对通信系统将产生极大的干扰。受限于低压电力线载波通信的成本，其通信速率一般都很低，通信可靠性也不高，无法满足未来的应用需求，技术成熟度大大落后于EPON技术。

随着光通信成本的降低！光纤复合相线技术的发展，四网合一的推进，光纤到户的开展，在本地通信网使用EPON技术实现光通信是一种理想的方式。虽然目前成本较高，但完全可以应用于城市新建小区，实现自动抄表。EPON网络的高带宽、高可靠性以及网络化的应用将使得用电信息采集系统的物理网络具有极高的容量，可以很容易地拓展业务范围和内容，提供增值服务。将EPON技术应用于本地通信，其典型的组网方式如图所示：（下转第309页）

（上接第314页）集中器通过网口或者串口连接OLT设备，采集器通过网口或者串口连接ONU设备，集中器和采集器之间通过EPON网络通信。一个ONU可以通过多个网口和串口接多个采集器，这样在一个局域网可以覆盖的范围内，可以使用以太网实现覆盖，例如在一栋居民楼放置一个ONU设备，然后通过以太网方式和各个单元楼道的采集器通信，每个采集器采集一个单元楼道内所有住户的电表（假设每个楼道电表是集中放置的）。

3结束语

EPON网络将在用电信息采集系统中发挥不可或缺的重大作用，为国家电网公司提出的电力用户“全覆盖、全采集、全费控”的目标作出应有的贡献。

【参考文献】

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1电子信息技术的应用特点

由于电子信息技术的飞速发展，人们在感受到生活越来越便利的同时，电子信息技术的应用使得人们在不同的知识领域上有了不同程度的突破。接下来本文会就电子信息技术的几点应用特点进行讨论。

1.1数字化与网络化

电子信息技术的发展带动了网络发展，而网络是信息的集合，通过计算机统一这些信息，将所有信息进行整合、分类、处理达到了高效快捷的效果。信息的存储是通过将信息数字化存储建立强大的网络结构。对比起传统的纸质存储，数字化存储有着不易丢失、易于保存的特点，而且数据传输速率比其他方式更快、更便捷，而这种数据传输方式同时可以带动通信领域的发展。因此，电子信息技术具有数字化、网络化的应用特点。

1.2智能化与自动化

有人笑谈是懒带动了科技发展，其实这么说并非不无道理。正因为人们想让生活变得更便捷，更体贴，所以各种各样的发明才会出现。电子信息技术成全了人们想要“懒”的梦想，通过电子信息技术，人们发明了各种集成电路，又通过集成电路做成了各种电子元器件，电子元器件又组成了各种日用品：电脑、电视、手机等等。不仅仅是智能化生活，人们也能通过这种技术达到省时省力的自动化生活，比如：自动化洗衣机、自动定时器件等等。因此，电子信息技术具有智能化、自动化的应用特点。

1.3集成化和微型化

在常用的电子家电中，芯片是其技术核心。其实芯片就是一个小小的集成电路，通过集成电路人们能实现各种各样的需求。世界上第一台计算机ENIAC是一台重达27t，占地1800平方英尺的大型电脑，而现如今放开已经可以充当电脑的智能手机不提，一台功能更强大的笔记本电脑占地也不过一本书的位置，重量也只有2~3kg左右。集成化能实现越来越多的功能，微型化使更小体积的电路却能实现更强的功能，由此单片机、电子设计自动化等嵌入式开发也逐渐发展起来。

2电子信息技术的未来发展

技术的发展与社会需要成正比，电子信息技术之所以越来越被重视是因为其被应用在越来越多的方面。接下来本文会就电子信息技术未来发展进行讨论。

2.1电子信息技术在通信领域的发展

电子信息技术与网络紧密相连，现如今人们通过网络交流意见、时事新闻传播。信息的交流就少不了通信，因此电子信息技术与通信领域发展同样紧密相连。其中光电子技术是其发展的核心内容，光电子技术包括：光盘技术、激光技术、光纤技术、半导体技术。人们对光纤通信比较熟悉，光纤网络替代了以前的宽带网络，不仅速度更快而且损耗低。半导体技术更是应用广泛，电荷耦合器件、光敏器件等等都是半导体技术的产物，这些器件早已融合在了日常生活中，为我们的生活带来便利。

2.2电子信息技术在集成领域的发展

如前文所提到的一样，集成技术的发展可以将占地一千多平方英尺的庞然大物变为一本书大小的电脑，由此可见集成电路技术是为了使硬件产品向体积更小的目标发展。在现代工业中像因特尔这样的微处理器制造商就掌握着集成电路微型化技术的核心，他们所生产的intel处理器被大部分电脑制造商所青睐。高度集成化的电路不仅能节约空间，提升系统性能，更能促进科技发展，智能化、自动化、微型化等应用特点在小小的CPU上展现的淋漓尽致，然而现在看起来不可思议的微型化科技其实仍然在向着更高的方向发展着，相信在不久的将来，我们能看到更小、更强的集成芯片。因此，电子信息技术在集成领域有着不可忽视的作用。

3总结

在信息时代里，电子信息技术无疑是重要的组成部分，它在通信、集成化、生活服务方面都有着不能小觑的作用，其发展前景也很乐观。相信通过了解了电子信息技术的特点和发展前景，会有越来越多的人关注这一行业，将这一技术更好地应用在社会中，为人们提供更好的生活服务，并为社会发展做出贡献。

作者:朱思佳潘阳刘爱慈单位:沈阳理工大学

参考文献:

[1]李武，张国云，丁跃浇，等.电子信息技术及应用大学生创新训练中心的建设[J].实验技术与管理，2015，06（9）：14~17.