微電子科學與工程專業實驗體系探索與實踐

劉世鑫 葉云鴻 蘇孟科 賈根成樹

前言

結合眼下我國半導體產業的發展形勢，在產業建設對微電子專業人才需求激增的情況下，各地高校陸續對人才培養目標及策略做出了一定的調整，其中實驗體系建設作為微電子科學與工程專業教學改革的核心內容，也成為了廣大教育工作者所關注的重點。基于此，本文對如何構建一個科學完善的實驗體系展開了詳細介紹，希望對提高專業人才培養質量有所貢獻。

微電子科學與工程專業實驗體系的建設意義

近半個世紀以來，微電子技術在全球范圍內得到了迅速的發展，其作為電子信息科學的核心，對于推動國家現代信息產業的高質量發展具有至關重要的意義，為此高校必須要高度重視微電子人才的培養。對于微電子科學與工程專業的學生來說，他們除了要具備扎實的理論基礎，也要掌握豐富且成熟的實踐技能，形成良好的創新意識及能力，這樣才能更順利地投入到微電子技術開發、工程設計、集成電路設計等行業領域的工作中，成為崗位需要、社會需要的應用型人才。而高校在培養人才的過程中，人才培養機制至少應該具備以下兩個基本特征：一是注重理論與實踐的充分融合，由于微電子工程領域對人才專業性的要求較高，因此一定要保證實驗實踐設施到位，如在高端測試實驗中為學生提供一個超凈實驗環境等;二要保證實驗實踐課程的創新性強，由于近年來國際市場上集成電路技術的更新速度越來越快，因此要通過不斷創新和調整實驗課程內容，使學生的創新意識和實踐技能得到持續性的提升，從而有效提高他們的社會適應能力。由此可見，盡早構建出一個完善的實驗體系，有利于強化微電子工程專業學生學習的資源保障，改善以往實驗設備設施不足的問題，在提升高校教學水平和專業教學配置水平的同時，加快應用型人才培養目標的實現，為我國集成電路產業的快速發展提供堅實的人才基礎。

微電子科學與工程專業實驗體系建設路徑

通過設置專業技能實驗平臺，構建好電子科學與工程專業的核心課程，并結合當前集成電路的發展適當增加一些擴展實驗，能有效培養學生的創新能力和實踐技能，讓他們了解更多的前沿微電子技術。專業技能實驗平臺應包括以下幾個結構及特征：

一是要設置專業基礎實驗室，該實驗平臺的用途在于輔以專業核心理論課程的開展，由教師引導學生親手操作和調試實驗儀器，近距離觀察具體的物理現象，然后經過詳細地分析和計算去驗證科學理論的真實性，使學生的實操能力和數據分析能力得到充分的鍛煉。實驗室的配置要涵蓋對材料性質、半導體物理效應、集成電路工藝等進行檢測和測試的配套設施，同時提供“半導體物理I”等的系列課程和關于集成電路設計與制造的專業理論課程。

二是要構建EDA實驗中心，該實驗中心要包括計算機、FPGA板卡、intel Galileo嵌入式平臺等的相關設備，其數量應根據本專業的學生人數以及課程安排情況進行設置，理論課程應以“C語言程序設計”“射頻電路基礎”等與電子電路設計、集成電路設計有關的內容為主。如此一來，學生便可親自體驗結構設計、版圖設計、基礎開發等的一系列完整的實驗過程，逐漸學會正確靈活地運用各類軟硬件工具，從而提高實踐操作技能，以便他們今后更好地適應崗位工作，滿足集成電路設計與開發領域對專業人才的迫切需要。

三是要設置超凈工藝實驗室，為學生進行集成電路的制作安裝提供一個良好的實驗環境。通過研究和實踐發現，制造集成電路一般集中于氧化、復刻、退火等幾個關鍵階段，研究人員需要將二極管、晶體管等元器件和導線精準地連接到一起，使其形成一個完整的、具有特殊功能的電路模板，最后再進行封裝處理。而上述這一整個工藝過程，要求實驗環境的清潔度要高，實驗設備必須專業先進，顯然目前國內大部分高校都未擁有超凈級別的工藝實驗室，這種現象使得學生的實操能力、工藝創新能力和團隊協作能力的發展受到了嚴重的制約，不符合實踐教學改革的要求。在這方面，高校應基于典型Si平面工藝，引進先進的工藝設備和儀器，將集成電路實驗生產線的凈化級別提升至百級甚至千級，為實驗實踐教學的開展提供有力的技術支持。在后續的實驗教學期間，教師應組織學生以小組合作的方式協調實驗工序及任務的分配，幫助他們逐步完成從Si片工藝制作到半導體和集成電路制作的過程，針對部分學生在實驗中途提出的一些想法，如關于完善Si片制造的新工藝等，教師應盡可能地輔助學生完成相關課題的探索和驗證，由此培養學生獨立思考、團隊合作、儀器校正、數據分析、歸納總結、工藝創新等多項能力。

結語

綜上所述，提升微電子科學與工程專業實驗體系的建設水平，對于提高專業人才質量、加快應用型人才培養目標的實現、促進我國微電子技術和電路集成技術的現代化發展有著十分重要的意義。具體可從構建專業基礎實驗室和EDA實驗中心、設置超凈實驗室等方面入手，為學生專業實踐技能和創新能力的發展提供一個更好的平臺，從而培養出更多社會需要的微電子專業人才。

參考文獻：

[1]武利翻，劉有耀，苗瑞霞，金蕾，張霞.微電子科學與工程專業實踐教學體系的改革研究與實踐[J].科教文匯（下旬刊），2021（06）：101-104.

[2]周娟.微電子科學與工程專業實驗體系探索與實踐[J].教育現代化，2019，6（56）：146-147.

第一作者簡介：劉世鑫（2000—），四川德陽人，在讀本科生，現就讀于西安工程大學理學院，主要研究方向為微電子科學與工程。