高校生対象ICレイアウト設計教育システムの開発

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本研究は、高校生自らが7セグメントデコーダの論理回路表現とそのレイアウト設計を行い,このデータをもとに,商用IC試作施設を活用して製作したICの動作確認を行う一連の教育システムを実践し,その効果と問題点を検証した.4月～6月に,7セグメントデコーダの論理回路表現とそのレイアウト設計実習を行い,7月には,設計データを商用60nmノードプロセスへ転送した.このCMOSプロセスにて,1.8mm×1.8mm口のベアチップを作成後,64pinQFPパッケージ品とした,ICパッケージは,ほぼ3か月を経て,10月に完成した.11月には,7セグメントLEDディスプレイを電子制御するための周辺回路を製作した.QFPの脱着可能なソケットを使用し,各生徒が試〓したICを順次装着,動作確認した.また,製作されたベアチップを電子顕微鏡で観察するとともに,エネルギー分散型X線分析(EDX)により物性分析を実施した.これらの観察および分析により,ICの内部動作の理解とともに,ICの積層立体構造の理解が支援された.実習前後に,5段階アンケート法を用いた生徒による評価を実施し,その結果を統計分析した。これらの実践内容をタイで開かれた関連国際会議で発表し,論理回路の設計と半導体素子の動作を実感できる教育システムとして、普及を目指した,この研究によって開発した教育システムが,生徒にとって,ブラックボックス化したIC内部を,生徒自らがレイアウト設計することや,設計に基づいて製作したICチップを動作確認,SEM観察,EDXすることで,"ホワイトボックス"化し,動作の仕組みや構造をより明らかにできる効果のあることを確認した.