微電子教學(xué)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的實(shí)踐研究

王波

摘 要：該文介紹了微電子技術(shù)的背景、現(xiàn)狀以及未來(lái)的發(fā)展方向，立足于研究微電子學(xué)教學(xué)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)規(guī)劃與內(nèi)容。該實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)有利于提高學(xué)生的創(chuàng)新與實(shí)踐能力。

關(guān)鍵詞：微電子技術(shù) 實(shí)驗(yàn)室建設(shè) 教學(xué)改革

中圖分類(lèi)號(hào)：G482 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2016）12（b）-0184-02

微電子學(xué)是電子學(xué)的一個(gè)分支，是電子或離子在固體材料中的主要運(yùn)動(dòng)和應(yīng)用，并用它來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)處理的一個(gè)學(xué)科。微電子學(xué)不僅是一個(gè)綜合性強(qiáng)的邊緣學(xué)科，而且還是一個(gè)相對(duì)快速發(fā)展的學(xué)科。高集成低功耗、高性能、高可靠性是微電子未來(lái)發(fā)展的方向。同時(shí)，微電子學(xué)的滲透性強(qiáng)，與其他學(xué)科結(jié)合產(chǎn)生出了一些新的交叉學(xué)科。例如，發(fā)展起來(lái)具有較為廣闊的應(yīng)用前景的技術(shù)代表生物芯片以及微電機(jī)系統(tǒng)等等。

1 微電子技術(shù)的發(fā)展歷史

微電子在一個(gè)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展中起著重要的作用，可以說(shuō)是國(guó)家發(fā)展的一個(gè)關(guān)鍵因素。微電子產(chǎn)業(yè)是一個(gè)基礎(chǔ)性的產(chǎn)業(yè)服務(wù)，是信息產(chǎn)業(yè)的核心技術(shù)，其發(fā)展的速度非常迅速，該項(xiàng)技術(shù)本身對(duì)國(guó)民的經(jīng)濟(jì)做出了巨大貢獻(xiàn)，這與它的滲透性有著密切的聯(lián)系。微電子技術(shù)是一項(xiàng)現(xiàn)代化的技術(shù)，愛(ài)迪生在1883年把一根鋼絲電極封入燈泡，靠近燈絲，發(fā)現(xiàn)碳絲在經(jīng)過(guò)加熱后，銅絲上有較為微弱的電流通過(guò)，這就是著名的“愛(ài)迪生效應(yīng)”。然而，微電子技術(shù)的應(yīng)用在改變?nèi)藗兊纳罘绞胶蜕鐣?huì)生產(chǎn)方式是無(wú)處不在的，中國(guó)的信息產(chǎn)業(yè)部門(mén)也充分利用了經(jīng)濟(jì)發(fā)展的優(yōu)勢(shì)，努力使我國(guó)成為微電子強(qiáng)國(guó)。如今，微電子技術(shù)的人才培養(yǎng)已經(jīng)成為當(dāng)前的重點(diǎn)大學(xué)中電子信息與人才培養(yǎng)的重點(diǎn)。

2 微電子教學(xué)實(shí)驗(yàn)室的發(fā)展方向

科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力，自從進(jìn)入20世紀(jì)90年代以來(lái)，因?yàn)槲⑿陀?jì)算機(jī)的發(fā)展、普及與通信等產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，微電子專(zhuān)業(yè)人才的市場(chǎng)需求越來(lái)越大，國(guó)家也加大了對(duì)微電子產(chǎn)業(yè)的支持。微電子專(zhuān)業(yè)的畢業(yè)生供不應(yīng)求，使微電子專(zhuān)業(yè)的發(fā)展再一次走向巔峰。微電子專(zhuān)業(yè)的建設(shè)與發(fā)展之間有著密切的關(guān)系，為了能夠更好適應(yīng)微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，對(duì)微電子專(zhuān)業(yè)大學(xué)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和課程進(jìn)行了更新和調(diào)整。微電子專(zhuān)業(yè)發(fā)展的未來(lái)方向可分為3個(gè)方面如下所述。

2.1 微電子器件

目前，微電子技術(shù)正在逐步的完善，微電子器件的尺寸也能夠達(dá)到納米級(jí)的水平，要將微電子器件的尺寸進(jìn)一步的進(jìn)行縮小，將會(huì)遇到很多物理上的問(wèn)題以及技術(shù)上的新挑戰(zhàn)，這就需要各大高校微電子專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)的優(yōu)秀學(xué)生能進(jìn)行理論研究，從而在理論研究的基礎(chǔ)上，對(duì)新的器件結(jié)構(gòu)、工藝和材料進(jìn)行相關(guān)的研究與開(kāi)發(fā)。

2.2 集成電路

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，集成度的不斷提高，集成電路已經(jīng)開(kāi)始向系統(tǒng)芯片方面進(jìn)行發(fā)展，這就要求高校最終培養(yǎng)的微電子專(zhuān)業(yè)人才不僅能從事集成電路設(shè)計(jì)，也可以從事到系統(tǒng)芯片的設(shè)計(jì)中去，研究系統(tǒng)芯片更好的設(shè)計(jì)方法。

2.3 微電子與其他學(xué)科的結(jié)合

微電子技術(shù)與其他學(xué)科的結(jié)合將是21世紀(jì)的一個(gè)重要的發(fā)展方向。

比如，微電子學(xué)與機(jī)械材料力學(xué)進(jìn)行整合后出現(xiàn)了微機(jī)械電子學(xué)；在微電子進(jìn)入納米領(lǐng)域后的納米電子學(xué)的發(fā)展；微電子和光電子結(jié)合起來(lái)，集成光電子的誕生等。因此，要求我國(guó)各大高校微電子專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)的學(xué)生能夠盡快的適應(yīng)這樣一種多學(xué)科、跨學(xué)科相互進(jìn)行結(jié)合的要求。

3 微電子教學(xué)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的實(shí)施及效果

實(shí)驗(yàn)室是學(xué)校實(shí)踐教學(xué)的基礎(chǔ)，實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)是專(zhuān)業(yè)教學(xué)建設(shè)的重要組成部分。近年來(lái)，全國(guó)各大高校的微電子專(zhuān)業(yè)為我國(guó)的半導(dǎo)體工業(yè)輸送了大量的人才，做出了巨大的貢獻(xiàn)。但是由于之前對(duì)該專(zhuān)業(yè)的資金投入不足，導(dǎo)致微電子學(xué)專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)室的設(shè)施條件差，設(shè)備陳舊，不能夠讓學(xué)生進(jìn)行更好的學(xué)習(xí)。這種情況目前已經(jīng)引起了各大高校的重視。近年來(lái)，先后對(duì)微電子的教學(xué)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了大量的投資以及改造。

3.1 微電子實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的主要過(guò)程

首先，一個(gè)微電子設(shè)計(jì)中心的建立，是微電子技術(shù)教學(xué)的重要內(nèi)容，是開(kāi)展大型綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)的主要場(chǎng)所；此課程的教學(xué)目的主要是讓學(xué)生能夠更好地掌握超大規(guī)模的集成電路設(shè)計(jì)的基本方法與原理，初步掌握一些集成電路設(shè)計(jì)的軟件工具的使用方法。其次，重建微電子器件與制作工藝的實(shí)驗(yàn)室。這也就是說(shuō)，在原有實(shí)驗(yàn)室的基礎(chǔ)上，通過(guò)購(gòu)買(mǎi)新設(shè)備、器件參數(shù)的測(cè)試，制備各種電子材料和測(cè)試等來(lái)進(jìn)行實(shí)施。

3.2 電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)室建設(shè)

建立電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)室是建立微電子設(shè)計(jì)中心的一個(gè)主要任務(wù)，這主要是勇于開(kāi)展全定制的集成電路的設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列/通用可編程邏輯器件的集成電路而設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)。采用基于芯片的系統(tǒng)硬件描述性語(yǔ)言的可編程邏輯器件的集成電路設(shè)計(jì)可以迅速發(fā)展強(qiáng)大，這是數(shù)字集成電路未來(lái)設(shè)計(jì)與應(yīng)用分析的主要發(fā)展方向。

3.3 微電子器件與工藝技術(shù)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)

與電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)相比，微電子器件設(shè)備與工藝實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)更為困難，更加復(fù)雜。這主要是因?yàn)橐粭l集成電路的工藝生產(chǎn)耗資巨大，每條投資均在上億元，這筆數(shù)目對(duì)于大多數(shù)的高校而言還是十分困難的。所以我國(guó)的大部分高校的微電子專(zhuān)業(yè)都只能購(gòu)買(mǎi)一些制作精度比較低的設(shè)備和儀器來(lái)進(jìn)行教學(xué)和實(shí)驗(yàn)。但是在目前，隨著科學(xué)技術(shù)和計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的飛速發(fā)展，實(shí)驗(yàn)教學(xué)的方式發(fā)生了很大的變化。在以前一定要通過(guò)實(shí)際操作才能夠?qū)崿F(xiàn)的一些實(shí)驗(yàn)，目前就完全可以用計(jì)算機(jī)進(jìn)行模擬、虛擬現(xiàn)實(shí)或者仿真等的方法來(lái)進(jìn)行試驗(yàn)和研究。所以，在微電子器件與工藝實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)過(guò)程當(dāng)中，各大高?？梢栽囈辉噺摹败浻布眱蓚€(gè)方面來(lái)進(jìn)行規(guī)劃與建設(shè)：首先，對(duì)裝置的參數(shù)和工藝特點(diǎn)進(jìn)行了分析和研究，即購(gòu)買(mǎi)一些微電子器件和工藝仿真軟件；其次，各大高校可以考慮購(gòu)買(mǎi)一些必要的儀器設(shè)備，例如擴(kuò)散爐、磁控濺射設(shè)備、化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備以及光刻機(jī)和氫化爐等這些具有配套的設(shè)備。

3.4 從微電子教學(xué)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)中獲得的初步成績(jī)

近年來(lái)，微電子專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)室通過(guò)運(yùn)行和建設(shè)，取得了顯著的成果，并取得了初步的成效。

第一，對(duì)各大高校的微電子學(xué)的教學(xué)大綱以及教材進(jìn)行了深入改革與大范圍的修改調(diào)整，并將理論與實(shí)驗(yàn)課相結(jié)合，這是對(duì)過(guò)去的一個(gè)實(shí)驗(yàn)課程的改革，原始的參數(shù)測(cè)試，物理測(cè)試和芯片等技術(shù)將進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，充分地展示了整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程，讓學(xué)生們?cè)谀軌蛑圃斐霭雽?dǎo)體器件的同時(shí)，又能夠?qū)?shí)驗(yàn)當(dāng)中的操作工藝進(jìn)行一個(gè)較為完整的實(shí)驗(yàn)綜合分析。其次，經(jīng)過(guò)一系列的改革之后，各大高校通過(guò)送出去的方法，把人才與有經(jīng)驗(yàn)的教師輸送到各個(gè)器件公司、進(jìn)行一些較為專(zhuān)業(yè)的培訓(xùn)，并且在校內(nèi)也展開(kāi)了一系列的相關(guān)活動(dòng)，以此來(lái)推進(jìn)師生們的專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)，提高高校教師隊(duì)伍的綜合素質(zhì)。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，微電子實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)是一項(xiàng)十分復(fù)雜的工程，也是一項(xiàng)長(zhǎng)期的艱巨任務(wù)。目前隨著微電子學(xué)專(zhuān)業(yè)的教育改革，微電子實(shí)驗(yàn)室正在不斷地完善當(dāng)中，目前在教學(xué)、實(shí)驗(yàn)以及研究等環(huán)節(jié)當(dāng)中發(fā)揮著不可替代的作用。微電子實(shí)驗(yàn)室經(jīng)過(guò)不斷地實(shí)踐與改革，雖然已經(jīng)取得一些階段性的成果，但與當(dāng)初制定的目標(biāo)仍存在較大的差距。微電子實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)，需要進(jìn)行不斷地改革與總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行創(chuàng)新與探索，促進(jìn)微電子實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)更加的完善、先進(jìn)。

參考文獻(xiàn)

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