微電子工藝實(shí)習(xí)實(shí)踐教學(xué)研究

目前微電子專業(yè)得到廣泛重視，我國(guó)從戰(zhàn)略高度將其確定為優(yōu)先發(fā)展的產(chǎn)業(yè)。無(wú)論軍用還是民用方面都對(duì)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(jī)遇，同時(shí)也面臨挑戰(zhàn)。這也致使高校學(xué)生過(guò)于偏重集成電路設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)，忽視工藝方面的研究，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)集成電路實(shí)際工藝偏差對(duì)所設(shè)計(jì)的器件影響理解不夠深入，很難設(shè)計(jì)出性能優(yōu)越的半導(dǎo)體器件以及集成電路。開(kāi)展本科生半導(dǎo)體工藝實(shí)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(shí)習(xí)的必要性、如何開(kāi)展工藝實(shí)習(xí)等方面探討在實(shí)踐教學(xué)中的微電子專業(yè)學(xué)生培養(yǎng)方法。
1 開(kāi)展微電子專業(yè)實(shí)習(xí)實(shí)踐的必要性
實(shí)踐教學(xué)對(duì)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(jì)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(jìn)。尤其是集成電路課程相對(duì)于其他學(xué)科更加偏重于對(duì)微米甚至納米級(jí)物理效應(yīng)的研究，知識(shí)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(jì)中理解由于工藝和半導(dǎo)體晶體特性產(chǎn)生的對(duì)所設(shè)計(jì)器件的極限性能的影響，學(xué)生設(shè)計(jì)出的電路往往達(dá)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(jì)工作可以獲得較高的經(jīng)濟(jì)利益，致使我國(guó)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(jì)研究工作，通過(guò)工藝實(shí)踐可以使學(xué)生充分理解和掌握半導(dǎo)體工藝特點(diǎn)，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)半導(dǎo)體器件原理研究的興趣，促進(jìn)學(xué)生將來(lái)從事半導(dǎo)體工藝物理方面的研究，改善我國(guó)微電子行業(yè)發(fā)展不平衡的狀態(tài)。最后，實(shí)習(xí)實(shí)踐教學(xué)可以有效的彌補(bǔ)理論教學(xué)的抽象性局限，能夠減少學(xué)生的知識(shí)盲點(diǎn)，促進(jìn)學(xué)習(xí)成績(jī)的提高。
2 如何開(kāi)展微電子工藝實(shí)習(xí)實(shí)踐教學(xué)
結(jié)合微電子專業(yè)學(xué)習(xí)特點(diǎn)，開(kāi)展微電子工藝實(shí)踐教學(xué)，務(wù)必做到實(shí)踐課程有理論支撐、與理論相關(guān)聯(lián)，促進(jìn)理論知識(shí)理解，從學(xué)生興趣出發(fā)，建立健全實(shí)驗(yàn)、工藝實(shí)習(xí)所需儀器設(shè)備，提高學(xué)生對(duì)工藝實(shí)習(xí)的積極性，從而達(dá)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(kāi)展微電子工藝實(shí)習(xí)實(shí)踐教學(xué)，有必要從以下幾個(gè)方面開(kāi)展工作。
2.1 合理的實(shí)習(xí)內(nèi)容構(gòu)建
微電子工藝實(shí)習(xí)是半導(dǎo)體物理、集成電路以及MEMS設(shè)計(jì)等課程的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，該實(shí)習(xí)課程主要內(nèi)容應(yīng)該按照以上相關(guān)課程需要開(kāi)設(shè)。結(jié)合半導(dǎo)體工藝特點(diǎn)設(shè)置適合高校開(kāi)展的實(shí)習(xí)內(nèi)容。由于半導(dǎo)體工藝生產(chǎn)線特別昂貴，國(guó)內(nèi)高校很少有獨(dú)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(kuò)散、光刻、蒸鍍、燒結(jié)、壓焊以及封裝等設(shè)備，能夠完整實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單集成電路生產(chǎn)，使同學(xué)們?cè)趯W(xué)校就能夠了解和學(xué)習(xí)集成電路生產(chǎn)的全過(guò)程。同時(shí)，為了配合半導(dǎo)體工藝實(shí)習(xí)，實(shí)驗(yàn)室配備了集成電路工藝生產(chǎn)中的中測(cè)、成測(cè)環(huán)節(jié)所必須的顯微鏡、電阻率探針測(cè)試臺(tái)、半導(dǎo)體特性圖示儀等鏡檢和測(cè)試儀器，開(kāi)展了靜電鍵合實(shí)驗(yàn)、四探針?lè)娮杪蕼y(cè)試實(shí)驗(yàn)以及三極管特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)等與工藝生產(chǎn)相結(jié)合的實(shí)驗(yàn)課程，進(jìn)一步加深學(xué)生對(duì)半導(dǎo)體工藝的了解。實(shí)踐證明，以上實(shí)習(xí)內(nèi)容對(duì)學(xué)生的知識(shí)掌握和開(kāi)拓視野起到十分重要的作用，效果顯著。
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(biāo)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(shí)習(xí)實(shí)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(shí)理論基礎(chǔ)和熟練實(shí)際動(dòng)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(shí)，講解如何通過(guò)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(shí)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(shí)了解真正生產(chǎn)時(shí)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(xiàng)。其次，鼓勵(lì)學(xué)生自己動(dòng)手進(jìn)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(gè)學(xué)生都能親自參與其中，對(duì)于其他學(xué)生負(fù)責(zé)的部分以觀察為主。對(duì)于加工出的器件進(jìn)行實(shí)際測(cè)試，思考工藝流程中有哪些操作會(huì)給器件性能造成影響，做到能夠分析原因、能夠有針對(duì)性提出改進(jìn)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(jiàn)，鼓勵(lì)學(xué)生自主設(shè)計(jì)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(jī)會(huì)，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(guò)實(shí)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(qiáng)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(guò)理論學(xué)習(xí)很難了解今后工作需求。借助生產(chǎn)實(shí)習(xí)課以進(jìn)一步加深學(xué)生對(duì)所從事行業(yè)的認(rèn)識(shí)。該校學(xué)生在實(shí)習(xí)期間，最基本的要求是設(shè)計(jì)并加工出一只雙極性三極管，測(cè)試其性能參數(shù)與設(shè)計(jì)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(guò)大數(shù)據(jù)分析，完善工藝參數(shù)。通過(guò)學(xué)生的設(shè)計(jì)、制造和分析，為后續(xù)集成電路設(shè)計(jì)課程奠定基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)縱向拓展。實(shí)習(xí)期間，教師帶領(lǐng)學(xué)生去周邊晶體管廠和研究所實(shí)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(huì)需求以及工資待遇等學(xué)生們關(guān)心的問(wèn)題，橫向拓展學(xué)生對(duì)本行業(yè)的了解。通過(guò)以上過(guò)程，學(xué)生對(duì)所學(xué)習(xí)的知識(shí)和從事的工作會(huì)有更加深入的了解，有助于學(xué)生根據(jù)自身?xiàng)l件規(guī)劃后續(xù)學(xué)習(xí)、研究方向。
2.4 提供更多的實(shí)踐機(jī)會(huì)與實(shí)踐平臺(tái)
通過(guò)開(kāi)展大學(xué)生科技創(chuàng)新項(xiàng)目、學(xué)生自主設(shè)計(jì)研發(fā)實(shí)驗(yàn)儀器項(xiàng)目，為學(xué)生提供更多的實(shí)踐機(jī)會(huì)，學(xué)生通過(guò)以上比較有代表性的實(shí)踐創(chuàng)新平臺(tái)參與實(shí)踐學(xué)習(xí)，既加深了學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解，又鍛煉了學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力。尤其對(duì)于微電子專業(yè)而言，其理論性的實(shí)驗(yàn)證明往往都是具有獨(dú)特的行業(yè)特點(diǎn)，市面上很難購(gòu)買到能夠支持微電子相關(guān)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)儀器設(shè)備。為了解決這一問(wèn)題，開(kāi)展學(xué)生自主研發(fā)方式開(kāi)發(fā)儀器設(shè)備，對(duì)學(xué)生的微電子理論知識(shí)掌握程度要求明顯要高于書本所學(xué)內(nèi)容，同時(shí)要求對(duì)電路、機(jī)械、計(jì)算機(jī)以及通信等知識(shí)的全面掌握，才能完成相關(guān)課題研究，從而使學(xué)生在實(shí)踐中得到學(xué)習(xí)。
3 結(jié)語(yǔ)
本文通過(guò)對(duì)微電子專業(yè)學(xué)生培養(yǎng)方式、專業(yè)知識(shí)以及就業(yè)的分析，探討了實(shí)踐教學(xué)在微電子專業(yè)的重要性和必要性，從實(shí)踐體系構(gòu)建、實(shí)踐內(nèi)容安排、教育教學(xué)方法、知識(shí)拓寬與就業(yè)分析以及實(shí)踐平臺(tái)建設(shè)等方面，提出了加強(qiáng)微電子專業(yè)學(xué)生實(shí)踐教學(xué)培養(yǎng)的方法。實(shí)踐證明，通過(guò)有效的實(shí)踐學(xué)習(xí)安排，能夠促進(jìn)學(xué)生對(duì)微電子知識(shí)的掌握和對(duì)所從事的微電子行業(yè)的認(rèn)知，從而達(dá)到培養(yǎng)優(yōu)秀微電子人才的目的。