中国科学院空天信息创新研究院学科简介

二级学科中文名称：微电子学与固体电子学（更新中）

英文名称： Microelectronics and Solid State

Electronics

一、学科概况

微电子学与固体电子学源于固体物理和无线电电子学，是一门涉及了固体物理、电子器件、电子线路以及计算科学的综合性前沿学科。微电学与固体电子学在经历了从分立器件到集成电路的发展过程后，已经步入了超大规模和系统集成时代，并已成为现代信息科学的关键技术基础和支柱，推动着人类信息社会的飞速发展。

本学科依托于中科院电子学研究所可编程芯片与系统研究室。该集成电路微系统实验室成立于 2008 年，前身为隶属于传感技术国家重点实验室的集成电路设计课题组。实验室瞄准国家重点工程需求，结合学科发展前沿，致力于通用 FPGA （现场可编程门阵列）器件及专用 PSoC （可编程片上系统）的研究和开发。

可编程芯片与系统设计团队在中国科学院“百人计划”引进国外杰出人才杨海钢研究员的带领下，开展 FPGA 器件及 PSoC 关键技术的攻关，作为目前国内采用全正向设计的 FPGA 研制单位，已成功研制出多款“ COMET ”（慧芯）系列芯片和相应配置软件“ Passkey ”，同时成功研制出面向片上集成微系统的数十款专用芯片，站在国内该研究领域的前沿。

研究室现有博士生导师 1 名，硕士生导师 2 名，已逐步形成一支覆盖片上系统架构设计、模拟 IC 设计、数字 IC 设计、混合信号 IC 设计、射频 IC 设计、芯片可靠性与验证测试技术、专用应用软件研发和应用系统集成等方向的学科团队。研究室承担了“核高基”国家重大专项、国家自然科学基金项目、“ 863 ”重点和探索导向项目、 973 子课题、中科院重要方向性项目等多项研究任务，先后在国内外刊物上发表论文 120 多篇，拥有发明专利 50 余项。

研究室作为中科院 / 国家外专局“创新团队国际合作伙伴计划”依托单位，与美国华盛顿大学、纽约州立大学、英国剑桥大学、纽卡斯尔大学、新加坡国立大学等著名高等院校和科研机构在学术交流和人才培养等方面有着长期广泛的合作。

研究室建有完备的集成电路 EDA 设计、验证、测试平台以及 FPGA 应用软件开发平台，包括 Cadence 、 Synopsys 、 Mentor Graphics 、 Magma 等国际先进集成电路设计工具。研究室具备高性能服务器、 ATE 、高端逻辑分析仪、频谱分析仪、矢量网络分析仪、示波器等，并与上海集成电路设计研究中心和中科院 EDA 中心保持长期合作关系。

研究室瞄准国家重点工程的需求，站在世界科技前沿，开展基础性、战略性、前瞻性的研究工作，为国民经济建设服务。研究室将不断提升微电子技术研究水平，致力于成为学科领域国内领先、国际知名的集成电路微系统实验室。

二、学科内涵与特色

（一）大规模集成电路设计（ VLSI Design ）

1. 可编程芯片设计

研究大规模可编程逻辑器件技术，包括可编程逻辑阵列、可编程互连体系、高性能嵌入式 IP 核、高速 I/O 数据收发、配置和重构、可测性设计等，探索具有先进架构的可编程逻辑电路的设计优化。

2 ．高性能数字集成电路设计

面向高性能可编程芯片的需求，通过全定制与半定制大规模集成电路的设计方法，研究高速、低功耗、高可靠性数字信号处理电路，研究 IP 核设计及复用和软硬件协同设计的有关理论和实际应用问题。

3 ．大规模集成电路的计算机辅助设计（ VLSI CAD ）

研究高性能、高可靠、可扩展的可编程芯片应用开发工具；研究编译、逻辑综合、布局、布线、时序分析等相关技术，重点研究上述 CAD 技术的优化算法及其系统应用。

（二）片上系统（ SOC ）

重点研究面向 SOC 系统芯片的模拟 / 射频 / 混合信号集成电路设计、分析、测试技术，研究方向包括：

1 ．微纳传感器接口芯片及微系统

面向微纳传感器的需求，研究低噪声、低功耗、高性能的接口芯片与系统设计技术，涉及惯性、医疗、生化等微纳传感器系统。

2 ．模拟 / 数模混合集成电路

研究模拟 / 数模混合集成电路设计、开发、测试中的理论与技术，涉及高性能模拟集成电路、高精度 ADC 、嵌入式 ADC 以及高速低功耗 ADC 等。

3 ． CMOS 射频集成电路

面向多种行业应用，研究高度集成无线收发机系统的电路设计与测试中的理论与技术，涉及射频收发机系统中的低噪声放大器、混频器、功率放大器、滤波器、可变增益放大器、数模混合集成电路（频率综合器）以及片上无源器件等。

4 ．可编程片上系统（ PSoC ： Programmable System on Chip ）

以高性能可编程数模混合系统芯片为主要研究对象，涉及数模混合信号的可编程片上系统架构技术、可编程模拟阵列技术、可编程模数 / 数模转换技术、可重构低功耗射频收发及无线配置技术等。

学科带头人：杨海钢 , 研究员， 1983 年毕业于复旦大学物理系，获学士学位； 1986 年在复旦大学电子工程系获硕士学位； 1988 年获英国海外学生奖学金和剑桥大学 Barclays Scholarship ，赴剑桥大学工程系攻读博士，于 1991 年获博士学位。 1991 年起在英国剑桥大学、 Wolfson 微电子、 LSI Logic 欧洲研发中心、 Hitachi 微系统欧洲研发中心、 Altera 欧洲研发中心任职， 2004 年回国。现为中科院电子学研究所博士生导师、研究员、可编程芯片与系统研究室主任，所学术和学位委员会委员；中科院“百人计划”引进国外杰出人才，中科院研究生院教授及电子科学与技术学科专家组成员；中科院知识创新工程重大方向项目“ FPGA 芯片研制”首席科学家，中科院 / 国家外专局创新团队国际合作伙伴计划“片上可编程系统前沿技术研究”负责人。主持和承担国家“核高基”科技重大专项、国家自然科学基金重点、国家 863 高科技研究与发展计划重点及探索导向型、中科院重要方向和重大仪器研制等项目。获 2010 年政府特殊津贴奖励；获美国发明专利授权 1 项、中国发明专利授权 15 项，并申请中国发明专利 30 多项；已发表论文 100 余篇。

（三）基于微纳米技术的传感器、执行器与系统

随着微纳米技术、集成电路技术和网络技术的发展，传感器的微型化、集成化、智能化和网络化成为其主要发展趋势。基于微纳米技术的传感器、执行器与系统具有体积小、功耗低、成本低等突出优点，在环境监测、智能电网、智能工业、军事国防等领域具有巨大的应用前景，尤其符合物联网对传感器所提出的低功耗、低成本等特殊要求。因此，研究基于微纳米技术的传感器、执行器与系统具有重要的学术意义和实际价值。

本研究方向侧重于微纳米加工方法与技术、 MEMS 封装方法和技术、微纳米尺度表征、基于 M/NEMS 技术的传感器、执行器和微系统等研究。经过近 30 年的建设，本研究方向在在谐振式 MEMS 传感器敏感结构设计、多传感器单芯片集成设计、厚低应力氮化硅结构加工、器件级电场传感器封装、芯片级和圆片级真空封装、锁相放大技术、闭环谐振电路等方面等积累了丰富的理论基础和实践经验。在电场传感器与系统、高精度谐振式硅微压力传感器、温压湿集成微传感器、高过载惯性传感器等方面形成了技术特色和竞争优势。

率先在国内开展基于 MEMS 技术的微型电场传感器研究，提出了压电激励交错振动式、静电差分激励谐振式、热激励平行振动式、热激励交错振动式等创新结构，研制出具有自主知识产权的微型电场传感器，被国外多名知名学者称为“灵敏度最高的电场传感器”；所研制的三维电场传感器，已成功应用于卫星、导弹等发射条件保障系统；在国内率先开展硅微谐振式压力传感器研究，提出了电热激励、电磁激励等多种传感器结构，研制出国内第一只谐振式硅微压力传感器，综合精度优于 0.05%F.S. ；研制出能够抵抗上万 g 的微型惯性传感器，动态范围宽，检测灵敏度高；研制出温度、湿度、压力单片集成的气象传感器芯片，并开展固态风速和风向传感器的研究工作。

三、培养对象与目标

本学科培养对象应具有一定的集成电路设计理论基础，通信、电子、控制、计算机、电气工程、应用数学等专业的高等院校本科毕业生均可报考。

本学科以培养研究型、应用型、复合型的高层次人才为目标，为集成电路、电子信息、通信和计算机领域培养具有集成电路微系统设计的研究和工程技术人才，学位获得者在半导体器件、超大规模集成电路设计与应用及微电子工艺等领域具有坚实的理论基础和技能，具备独立从事微电子技术领域相关科学研究、教学、专业工程技术工作的能力。