微電子科學(xué)與工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)體系探索與實(shí)踐

劉世鑫 葉云鴻 蘇孟科 賈根成樹

前言

結(jié)合眼下我國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展形勢，在產(chǎn)業(yè)建設(shè)對微電子專業(yè)人才需求激增的情況下，各地高校陸續(xù)對人才培養(yǎng)目標(biāo)及策略做出了一定的調(diào)整，其中實(shí)驗(yàn)體系建設(shè)作為微電子科學(xué)與工程專業(yè)教學(xué)改革的核心內(nèi)容，也成為了廣大教育工作者所關(guān)注的重點(diǎn)?；诖?，本文對如何構(gòu)建一個(gè)科學(xué)完善的實(shí)驗(yàn)體系展開了詳細(xì)介紹，希望對提高專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量有所貢獻(xiàn)。

微電子科學(xué)與工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)體系的建設(shè)意義

近半個(gè)世紀(jì)以來，微電子技術(shù)在全球范圍內(nèi)得到了迅速的發(fā)展，其作為電子信息科學(xué)的核心，對于推動(dòng)國家現(xiàn)代信息產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展具有至關(guān)重要的意義，為此高校必須要高度重視微電子人才的培養(yǎng)。對于微電子科學(xué)與工程專業(yè)的學(xué)生來說，他們除了要具備扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，也要掌握豐富且成熟的實(shí)踐技能，形成良好的創(chuàng)新意識及能力，這樣才能更順利地投入到微電子技術(shù)開發(fā)、工程設(shè)計(jì)、集成電路設(shè)計(jì)等行業(yè)領(lǐng)域的工作中，成為崗位需要、社會(huì)需要的應(yīng)用型人才。而高校在培養(yǎng)人才的過程中，人才培養(yǎng)機(jī)制至少應(yīng)該具備以下兩個(gè)基本特征：一是注重理論與實(shí)踐的充分融合，由于微電子工程領(lǐng)域?qū)θ瞬艑I(yè)性的要求較高，因此一定要保證實(shí)驗(yàn)實(shí)踐設(shè)施到位，如在高端測試實(shí)驗(yàn)中為學(xué)生提供一個(gè)超凈實(shí)驗(yàn)環(huán)境等;二要保證實(shí)驗(yàn)實(shí)踐課程的創(chuàng)新性強(qiáng)，由于近年來國際市場上集成電路技術(shù)的更新速度越來越快，因此要通過不斷創(chuàng)新和調(diào)整實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容，使學(xué)生的創(chuàng)新意識和實(shí)踐技能得到持續(xù)性的提升，從而有效提高他們的社會(huì)適應(yīng)能力。由此可見，盡早構(gòu)建出一個(gè)完善的實(shí)驗(yàn)體系，有利于強(qiáng)化微電子工程專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)的資源保障，改善以往實(shí)驗(yàn)設(shè)備設(shè)施不足的問題，在提升高校教學(xué)水平和專業(yè)教學(xué)配置水平的同時(shí)，加快應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，為我國集成電路產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展提供堅(jiān)實(shí)的人才基礎(chǔ)。

微電子科學(xué)與工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)體系建設(shè)路徑

通過設(shè)置專業(yè)技能實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，構(gòu)建好電子科學(xué)與工程專業(yè)的核心課程，并結(jié)合當(dāng)前集成電路的發(fā)展適當(dāng)增加一些擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)，能有效培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和實(shí)踐技能，讓他們了解更多的前沿微電子技術(shù)。專業(yè)技能實(shí)驗(yàn)平臺(tái)應(yīng)包括以下幾個(gè)結(jié)構(gòu)及特征：

一是要設(shè)置專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)室，該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的用途在于輔以專業(yè)核心理論課程的開展，由教師引導(dǎo)學(xué)生親手操作和調(diào)試實(shí)驗(yàn)儀器，近距離觀察具體的物理現(xiàn)象，然后經(jīng)過詳細(xì)地分析和計(jì)算去驗(yàn)證科學(xué)理論的真實(shí)性，使學(xué)生的實(shí)操能力和數(shù)據(jù)分析能力得到充分的鍛煉。實(shí)驗(yàn)室的配置要涵蓋對材料性質(zhì)、半導(dǎo)體物理效應(yīng)、集成電路工藝等進(jìn)行檢測和測試的配套設(shè)施，同時(shí)提供“半導(dǎo)體物理I”等的系列課程和關(guān)于集成電路設(shè)計(jì)與制造的專業(yè)理論課程。

二是要構(gòu)建EDA實(shí)驗(yàn)中心，該實(shí)驗(yàn)中心要包括計(jì)算機(jī)、FPGA板卡、intel Galileo嵌入式平臺(tái)等的相關(guān)設(shè)備，其數(shù)量應(yīng)根據(jù)本專業(yè)的學(xué)生人數(shù)以及課程安排情況進(jìn)行設(shè)置，理論課程應(yīng)以“C語言程序設(shè)計(jì)”“射頻電路基礎(chǔ)”等與電子電路設(shè)計(jì)、集成電路設(shè)計(jì)有關(guān)的內(nèi)容為主。如此一來，學(xué)生便可親自體驗(yàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、版圖設(shè)計(jì)、基礎(chǔ)開發(fā)等的一系列完整的實(shí)驗(yàn)過程，逐漸學(xué)會(huì)正確靈活地運(yùn)用各類軟硬件工具，從而提高實(shí)踐操作技能，以便他們今后更好地適應(yīng)崗位工作，滿足集成電路設(shè)計(jì)與開發(fā)領(lǐng)域?qū)I(yè)人才的迫切需要。

三是要設(shè)置超凈工藝實(shí)驗(yàn)室，為學(xué)生進(jìn)行集成電路的制作安裝提供一個(gè)良好的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。通過研究和實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，制造集成電路一般集中于氧化、復(fù)刻、退火等幾個(gè)關(guān)鍵階段，研究人員需要將二極管、晶體管等元器件和導(dǎo)線精準(zhǔn)地連接到一起，使其形成一個(gè)完整的、具有特殊功能的電路模板，最后再進(jìn)行封裝處理。而上述這一整個(gè)工藝過程，要求實(shí)驗(yàn)環(huán)境的清潔度要高，實(shí)驗(yàn)設(shè)備必須專業(yè)先進(jìn)，顯然目前國內(nèi)大部分高校都未擁有超凈級別的工藝實(shí)驗(yàn)室，這種現(xiàn)象使得學(xué)生的實(shí)操能力、工藝創(chuàng)新能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力的發(fā)展受到了嚴(yán)重的制約，不符合實(shí)踐教學(xué)改革的要求。在這方面，高校應(yīng)基于典型Si平面工藝，引進(jìn)先進(jìn)的工藝設(shè)備和儀器，將集成電路實(shí)驗(yàn)生產(chǎn)線的凈化級別提升至百級甚至千級，為實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)的開展提供有力的技術(shù)支持。在后續(xù)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)期間，教師應(yīng)組織學(xué)生以小組合作的方式協(xié)調(diào)實(shí)驗(yàn)工序及任務(wù)的分配，幫助他們逐步完成從Si片工藝制作到半導(dǎo)體和集成電路制作的過程，針對部分學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中途提出的一些想法，如關(guān)于完善Si片制造的新工藝等，教師應(yīng)盡可能地輔助學(xué)生完成相關(guān)課題的探索和驗(yàn)證，由此培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考、團(tuán)隊(duì)合作、儀器校正、數(shù)據(jù)分析、歸納總結(jié)、工藝創(chuàng)新等多項(xiàng)能力。

結(jié)語

綜上所述，提升微電子科學(xué)與工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)體系的建設(shè)水平，對于提高專業(yè)人才質(zhì)量、加快應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)、促進(jìn)我國微電子技術(shù)和電路集成技術(shù)的現(xiàn)代化發(fā)展有著十分重要的意義。具體可從構(gòu)建專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)室和EDA實(shí)驗(yàn)中心、設(shè)置超凈實(shí)驗(yàn)室等方面入手，為學(xué)生專業(yè)實(shí)踐技能和創(chuàng)新能力的發(fā)展提供一個(gè)更好的平臺(tái)，從而培養(yǎng)出更多社會(huì)需要的微電子專業(yè)人才。

參考文獻(xiàn)：

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第一作者簡介：劉世鑫（2000—），四川德陽人，在讀本科生，現(xiàn)就讀于西安工程大學(xué)理學(xué)院，主要研究方向?yàn)槲㈦娮涌茖W(xué)與工程。