微電子工藝實習(xí)實踐教學(xué)研究

付強+劉曉為+王蔚+譚曉昀

摘 要：微電子專業(yè)包含半導(dǎo)體工藝、器件以及集成電路等相關(guān)研究方向，是21世紀我國重點發(fā)展的技術(shù)方向，與國家經(jīng)濟、科技發(fā)展密切相關(guān)。針對本科教學(xué)過于偏重理論課程，導(dǎo)致學(xué)生很難在工作中迅速掌握實用技能的現(xiàn)狀，各高校正在逐步提高實踐教學(xué)比例。開設(shè)微電子專業(yè)學(xué)生的工藝實習(xí)課程，能夠使學(xué)生更加直接的接觸半導(dǎo)體行業(yè)核心技術(shù)，通過親身體驗了解半導(dǎo)體器件、集成電路生產(chǎn)等的加工與設(shè)計之間的關(guān)系，從而促進學(xué)生對半導(dǎo)體器件、集成電路設(shè)計等課程的學(xué)習(xí)。開展工藝實習(xí)課程是微電子專業(yè)學(xué)習(xí)的重要實踐環(huán)節(jié)，對后續(xù)學(xué)習(xí)、研究奠定重要基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：微電子 集成電路 實習(xí)實踐

中圖分類號：G482 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）10（b）-0241-02

目前微電子專業(yè)得到廣泛重視，我國從戰(zhàn)略高度將其確定為優(yōu)先發(fā)展的產(chǎn)業(yè)。無論軍用還是民用方面都對微電子尤其是集成電路方向人才需求旺盛，這在發(fā)展集成電路方面是難得的機遇，同時也面臨挑戰(zhàn)。這也致使高校學(xué)生過于偏重集成電路設(shè)計學(xué)習(xí)，忽視工藝方面的研究，導(dǎo)致學(xué)生對集成電路實際工藝偏差對所設(shè)計的器件影響理解不夠深入，很難設(shè)計出性能優(yōu)越的半導(dǎo)體器件以及集成電路。開展本科生半導(dǎo)體工藝實習(xí)，成為半導(dǎo)體以及微電子學(xué)科的必然要求。本文將從工藝實習(xí)的必要性、如何開展工藝實習(xí)等方面探討在實踐教學(xué)中的微電子專業(yè)學(xué)生培養(yǎng)方法[1]。

1 開展微電子專業(yè)實習(xí)實踐的必要性

實踐教學(xué)對于大多數(shù)工科課程都具有十分重要的作用，微電子學(xué)是基于半導(dǎo)體工藝的工程技術(shù)學(xué)科，直到21世紀前10年，半導(dǎo)體器件發(fā)展基本遵循摩爾定律，加工技術(shù)突飛猛進。尤其是集成電路課程相對于其他學(xué)科更加偏重于對微米甚至納米級物理效應(yīng)的研究，知識體系復(fù)雜，學(xué)生理解和掌握的難度較高。由于本學(xué)科自身的抽象特性，導(dǎo)致學(xué)生很難在電路設(shè)計中理解由于工藝和半導(dǎo)體晶體特性產(chǎn)生的對所設(shè)計器件的極限性能的影響，學(xué)生設(shè)計出的電路往往達不到預(yù)想的性能，甚至在功能上都難以保證。此外，由于集成電路設(shè)計工作可以獲得較高的經(jīng)濟利益，致使我國半導(dǎo)體工藝研究明顯滯后于集成電路或半導(dǎo)體器件的設(shè)計研究工作，通過工藝實踐可以使學(xué)生充分理解和掌握半導(dǎo)體工藝特點，培養(yǎng)學(xué)生對半導(dǎo)體器件原理研究的興趣，促進學(xué)生將來從事半導(dǎo)體工藝物理方面的研究，改善我國微電子行業(yè)發(fā)展不平衡的狀態(tài)。最后，實習(xí)實踐教學(xué)可以有效的彌補理論教學(xué)的抽象性局限，能夠減少學(xué)生的知識盲點，促進學(xué)習(xí)成績的提高[2]。

2 如何開展微電子工藝實習(xí)實踐教學(xué)

結(jié)合微電子專業(yè)學(xué)習(xí)特點，開展微電子工藝實踐教學(xué)，務(wù)必做到實踐課程有理論支撐、與理論相關(guān)聯(lián)，促進理論知識理解，從學(xué)生興趣出發(fā)，建立健全實驗、工藝實習(xí)所需儀器設(shè)備，提高學(xué)生對工藝實習(xí)的積極性，從而達到學(xué)習(xí)目的和激發(fā)學(xué)生從事相關(guān)科研、生產(chǎn)工作的熱情。為更好地開展微電子工藝實習(xí)實踐教學(xué)，有必要從以下幾個方面開展工作。

2.1 合理的實習(xí)內(nèi)容構(gòu)建

微電子工藝實習(xí)是半導(dǎo)體物理、集成電路以及MEMS設(shè)計等課程的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，該實習(xí)課程主要內(nèi)容應(yīng)該按照以上相關(guān)課程需要開設(shè)。結(jié)合半導(dǎo)體工藝特點設(shè)置適合高校開展的實習(xí)內(nèi)容。由于半導(dǎo)體工藝生產(chǎn)線特別昂貴，國內(nèi)高校很少有獨立半導(dǎo)體生產(chǎn)線，哈爾濱工業(yè)大學(xué)以本科教學(xué)為目的建設(shè)的一條集成電路生產(chǎn)線，包含清洗、擴散、光刻、蒸鍍、燒結(jié)、壓焊以及封裝等設(shè)備，能夠完整實現(xiàn)簡單集成電路生產(chǎn)，使同學(xué)們在學(xué)校就能夠了解和學(xué)習(xí)集成電路生產(chǎn)的全過程。同時，為了配合半導(dǎo)體工藝實習(xí)，實驗室配備了集成電路工藝生產(chǎn)中的中測、成測環(huán)節(jié)所必須的顯微鏡、電阻率探針測試臺、半導(dǎo)體特性圖示儀等鏡檢和測試儀器，開展了靜電鍵合實驗、四探針法電阻率測試實驗以及三極管特性測試實驗等與工藝生產(chǎn)相結(jié)合的實驗課程，進一步加深學(xué)生對半導(dǎo)體工藝的了解。實踐證明，以上實習(xí)內(nèi)容對學(xué)生的知識掌握和開拓視野起到十分重要的作用，效果顯著[3]。

2.2 面向應(yīng)用的教學(xué)方法與教學(xué)模式

哈爾濱工業(yè)大學(xué)是以工科為主的大學(xué)，其教育目標就是培養(yǎng)工程應(yīng)用人才，尤其是微電子技術(shù)學(xué)科工程應(yīng)用背景更加突出。在工藝實習(xí)實踐教學(xué)中應(yīng)該自始至終貫徹該教學(xué)要求，做到培養(yǎng)有扎實理論基礎(chǔ)和熟練實際動手能力的新型技術(shù)人才。在教學(xué)方法上采用學(xué)—做—想—創(chuàng)的新理念，首先有教師結(jié)合理論課知識，講解如何通過工藝生產(chǎn)得到集成電路和其它半導(dǎo)體器件，輔助視頻教程理解實際半導(dǎo)體生產(chǎn)流程，使得學(xué)生能夠從觀察、學(xué)習(xí)入門，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，同時了解真正生產(chǎn)時需要注意的工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境、操作要求以及安全注意事項。其次，鼓勵學(xué)生自己動手進行工藝生產(chǎn)步驟，由于學(xué)生數(shù)量較多，可以采用分步驟責(zé)任分工的形式，保證每個學(xué)生都能親自參與其中，對于其他學(xué)生負責(zé)的部分以觀察為主。對于加工出的器件進行實際測試，思考工藝流程中有哪些操作會給器件性能造成影響，做到能夠分析原因、能夠有針對性提出改進方法的要求。最后就是能夠提出有創(chuàng)造性和建設(shè)性的意見，鼓勵學(xué)生自主設(shè)計芯片，在能夠滿足加工要求的情況下盡可能多的提供流片機會，這樣能夠提高學(xué)生的成就感，促使其今后能夠更加勝任所從事的半導(dǎo)體技術(shù)工作。

2.3 通過實踐教學(xué)拓寬學(xué)生的學(xué)習(xí)、就業(yè)方向

微電子學(xué)科是具有較強理論基礎(chǔ)的應(yīng)用型學(xué)科，而集成電路已經(jīng)成為眾多行業(yè)的基礎(chǔ)，需求量十分巨大。而大學(xué)生通過理論學(xué)習(xí)很難了解今后工作需求。借助生產(chǎn)實習(xí)課以進一步加深學(xué)生對所從事行業(yè)的認識。該校學(xué)生在實習(xí)期間，最基本的要求是設(shè)計并加工出一只雙極性三極管，測試其性能參數(shù)與設(shè)計值之間的差距，這樣既能使學(xué)生掌握半導(dǎo)體器件基本理論，又能通過大數(shù)據(jù)分析，完善工藝參數(shù)。通過學(xué)生的設(shè)計、制造和分析，為后續(xù)集成電路設(shè)計課程奠定基礎(chǔ)，實現(xiàn)縱向拓展。實習(xí)期間，教師帶領(lǐng)學(xué)生去周邊晶體管廠和研究所實地參觀半導(dǎo)體生產(chǎn)加工，了解本行業(yè)工作環(huán)境、社會需求以及工資待遇等學(xué)生們關(guān)心的問題，橫向拓展學(xué)生對本行業(yè)的了解。通過以上過程，學(xué)生對所學(xué)習(xí)的知識和從事的工作會有更加深入的了解，有助于學(xué)生根據(jù)自身條件規(guī)劃后續(xù)學(xué)習(xí)、研究方向。

2.4 提供更多的實踐機會與實踐平臺

通過開展大學(xué)生科技創(chuàng)新項目、學(xué)生自主設(shè)計研發(fā)實驗儀器項目，為學(xué)生提供更多的實踐機會，學(xué)生通過以上比較有代表性的實踐創(chuàng)新平臺參與實踐學(xué)習(xí)，既加深了學(xué)生對知識的理解，又鍛煉了學(xué)生解決實際問題的能力。尤其對于微電子專業(yè)而言，其理論性的實驗證明往往都是具有獨特的行業(yè)特點，市面上很難購買到能夠支持微電子相關(guān)實驗的教學(xué)儀器設(shè)備。為了解決這一問題，開展學(xué)生自主研發(fā)方式開發(fā)儀器設(shè)備，對學(xué)生的微電子理論知識掌握程度要求明顯要高于書本所學(xué)內(nèi)容，同時要求對電路、機械、計算機以及通信等知識的全面掌握，才能完成相關(guān)課題研究，從而使學(xué)生在實踐中得到學(xué)習(xí)[4]。

3 結(jié)語

本文通過對微電子專業(yè)學(xué)生培養(yǎng)方式、專業(yè)知識以及就業(yè)的分析，探討了實踐教學(xué)在微電子專業(yè)的重要性和必要性，從實踐體系構(gòu)建、實踐內(nèi)容安排、教育教學(xué)方法、知識拓寬與就業(yè)分析以及實踐平臺建設(shè)等方面，提出了加強微電子專業(yè)學(xué)生實踐教學(xué)培養(yǎng)的方法。實踐證明，通過有效的實踐學(xué)習(xí)安排，能夠促進學(xué)生對微電子知識的掌握和對所從事的微電子行業(yè)的認知，從而達到培養(yǎng)優(yōu)秀微電子人才的目的。

參考文獻

[1] 陳炳若，戴鋒，趙小敏，等.“微電子技術(shù)”實踐課的教學(xué)模式[J].高等理科教育，2004（4）：54-56.

[2] 李淑萍.微電子技術(shù)專業(yè)實踐教學(xué)體系的構(gòu)建與實踐[J].西北成人教育學(xué)院學(xué)報，2014（6）：40-44.

[3] 王蔚，田麗，王喜蓮，等.校內(nèi)實驗室開設(shè)微電子生產(chǎn)實習(xí)的探索[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報，2009，31（2）：71-72.

[4] 陳新.大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項目的實踐與思考[J].實驗技術(shù)與管理，2017，34（6）：29-31.endprint