商世廣 趙萍 鞏稼民 邢立冬

[摘 要]根據(jù)現(xiàn)有的教學(xué)平臺、微電子技術(shù)人才的培養(yǎng)要求，整合優(yōu)勢資源，構(gòu)建集半導(dǎo)體工藝原理、器件模擬與仿真和半導(dǎo)體工藝實踐為一體的集成電路工藝原理與實踐課程體系。在不斷整合、修正和完善課程體系教學(xué)內(nèi)容、制定合理規(guī)范考核機制的基礎(chǔ)上，有效地提升任課教師的理論、實踐教學(xué)能力，為培養(yǎng)具有提出問題、分析問題和解決問題能力及創(chuàng)新思維的微電子技術(shù)專業(yè)人才打下堅實的基礎(chǔ)。

[關(guān)鍵詞]工藝原理 器件模擬與仿真 微電子技術(shù)

[中圖分類號] G420[文獻標識碼] A[文章編號] 2095-3437（2015）11-0112-03

0引言

西安郵電大學(xué)微電子科學(xué)與工程專業(yè)源于原計算機系的微電子學(xué)專業(yè)，2005年開始招收第一屆本科生，專業(yè)方向設(shè)置偏向于集成電路設(shè)計。2013年，根據(jù)教育部《普通高等學(xué)校本科專業(yè)目錄（2012年）》的專業(yè)設(shè)置，將微電子學(xué)專業(yè)更名為微電子科學(xué)與工程專業(yè)。2009年至今，該專業(yè)累計培養(yǎng)本科畢業(yè)生6屆。根據(jù)歷年應(yīng)屆畢業(yè)生就業(yè)情況和研究生報考方向，我們發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體工藝方向人數(shù)比重呈現(xiàn)逐年上升的趨勢。另外，隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，中西部地區(qū)半導(dǎo)體行業(yè)的投資力度也越來越大，例如韓國三星電子有限公司、西安愛立信分公司等落戶西安，半導(dǎo)體人才需求日益增加。

根據(jù)2014年，微電子科學(xué)與工程專業(yè)新一輪培養(yǎng)方案的定位，設(shè)置出半導(dǎo)體工藝、集成電路設(shè)計兩大課程體系，可實現(xiàn)半導(dǎo)體工藝、集成電路設(shè)計和集成電路應(yīng)用人才的個性化培養(yǎng)。半導(dǎo)體工藝課程體系除設(shè)置固體物理、半導(dǎo)體物理學(xué)、半導(dǎo)體器件物理等專業(yè)基礎(chǔ)課程外，還包含集成電路工藝原理、器件模擬與仿真、集成電路制造與測試和半導(dǎo)體工藝實習(xí)等專業(yè)課程。本課程體系是微電子技術(shù)領(lǐng)域人才培養(yǎng)的核心，旨在培養(yǎng)學(xué)生掌握集成電路制造的工藝原理、工藝流程以及實踐操作的能力，同時也是培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識的高素質(zhì)應(yīng)用型人才的關(guān)鍵。

因此，整合集成電路工藝原理與實踐課程體系的教學(xué)內(nèi)容，充分利用微電子技術(shù)實驗教學(xué)中心現(xiàn)有的硬件環(huán)境和優(yōu)勢資源，加強軟件設(shè)施，例如實踐教學(xué)具體組織實施方案及考核機制的建設(shè)，構(gòu)建內(nèi)容健全、結(jié)構(gòu)合理的集成電路工藝原理與實踐課程體系，對微電子科學(xué)與工程專業(yè)及相關(guān)專業(yè)的人才，尤其是半導(dǎo)體工藝人才培養(yǎng)的落實和發(fā)展具有重要意義。

一、面臨的主要問題和解決措施

（一）教學(xué)面臨的主要問題

課程體系是高等學(xué)校人才培養(yǎng)的主要載體，是教育思想和教育觀念付諸實踐的橋梁。集成電路工藝原理與實踐課程體系注重理論教學(xué)與實踐教學(xué)的緊密結(jié)合，不僅讓學(xué)生充分了解、掌握集成電路制造的基本原理和工藝技術(shù)，而且逐步加強學(xué)生半導(dǎo)體技術(shù)生產(chǎn)實踐能力的培養(yǎng)。然而，該課程體系相關(guān)實踐環(huán)境建設(shè)與運行維護耗費巨大，致使大多數(shù)高等院校在該課程體系的教學(xué)上僅局限于課堂教學(xué)，無法做到理論與實踐相結(jié)合。

為解決這一問題，學(xué)校經(jīng)過多方調(diào)研考察、洽談協(xié)商，與北京微電子技術(shù)研究所進行校企合作，建立了半導(dǎo)體工藝聯(lián)合實驗室。通過中省共建項目和其他項目對半導(dǎo)體工藝聯(lián)合實驗室進一步建設(shè)、完善，為微電子科學(xué)與工程專業(yè)及相關(guān)專業(yè)本科生提供了良好的工藝實踐平臺。然而，在實際教學(xué)過程中，專業(yè)課程內(nèi)容不能模塊化、系統(tǒng)化，理論教學(xué)與實踐教學(xué)嚴重脫鉤，工程型師資人員匱乏，教學(xué)效果不理想。因此，對集成電路工藝原理與實踐課程體系進行深化改革與探索，可謂任重而道遠。

（二）主要的解決措施

1.課程體系整合優(yōu)化

集成電路工藝原理與實踐課程體系服務(wù)于半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展對人才培養(yǎng)的需要。本課程體系以集成電路工藝原理、器件模擬與仿真和工藝實踐為主線，將集成電路工藝原理、半導(dǎo)體器件模擬與仿真、集成電路封裝與測試、新型材料器件課程設(shè)計和半導(dǎo)體工藝實習(xí)等課程內(nèi)容進行整合，明確每門課程、知識的相互關(guān)系、地位和作用，找到課程內(nèi)容的銜接點，讓每一門課程都發(fā)揮承上啟下的作用，保證半導(dǎo)體人才培養(yǎng)的基本規(guī)格和基本質(zhì)量要求。在此基礎(chǔ)上，設(shè)置半導(dǎo)體材料、半導(dǎo)體功率器件、納米電子材料與器件等專業(yè)選修課，培養(yǎng)學(xué)生的興趣、愛好和特長，以滿足個性化培養(yǎng)需要。

為解決微電子科學(xué)與工程專業(yè)本科生實踐形式單一、綜合程度不高導(dǎo)致解決實際問題的應(yīng)用能力不足等現(xiàn)象，集成電路工藝原理與實踐課程體系在力求理論教學(xué)與實踐教學(xué)有機融合的基礎(chǔ)上，設(shè)置微電子學(xué)基礎(chǔ)實驗、半導(dǎo)體器件模擬仿真、半導(dǎo)體工藝實習(xí)以及新型材料器件課程設(shè)計等實踐課程，形成由簡單到綜合、由綜合到創(chuàng)新的遞階實踐教學(xué)層次。通過獨立設(shè)課實驗、課程設(shè)計、科研訓(xùn)練、生產(chǎn)實習(xí)、社會實踐、科技活動和畢業(yè)設(shè)計等實踐環(huán)節(jié)達到預(yù)期的效果。同時，注重課程形式的綜合化、科研化，提高綜合性、設(shè)計性實驗比例，使實踐課程與理論課程并行推進，貫穿整個人才培養(yǎng)過程。

2.考核體系的完善

考核體系總體上包括理論課程考核體系和實踐課程考核體系。目前，理論考核體系已基本成熟。然而，長期以來，我國教育領(lǐng)域由于實踐教學(xué)成本高、經(jīng)費得不到保障，所以考核主體對實踐環(huán)節(jié)考核的積極性不高、重視程度不夠，導(dǎo)致考核制度不完善。集成電路工藝原理與實踐課程體系在不斷完善理論教學(xué)考核體系的同時，尤其注重實踐教學(xué)體系的改革。將教學(xué)實驗項目的實驗過程、工藝參數(shù)和器件性能等列為考核的過程。兼顧定性與定量相結(jié)合、過程與結(jié)果相結(jié)合、課內(nèi)與課外相結(jié)合、考核與考評相結(jié)合的原則，不斷完善實踐教學(xué)的考核體系，形成以學(xué)生為中心的適應(yīng)學(xué)生能力培養(yǎng)和鼓勵探索的多元實踐教學(xué)考核體系。該體系能全面、準確地反映學(xué)生的應(yīng)用能力和實際技能，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動力、創(chuàng)新思維和創(chuàng)新精神，促進人才培養(yǎng)質(zhì)量和水平的提高。

3.教學(xué)團隊構(gòu)建

根據(jù)集成電路工藝原理與實踐課程體系對高素質(zhì)應(yīng)用型人才培養(yǎng)的需要，本教學(xué)團隊秉承“以老帶新”的傳統(tǒng)，為青年教師配備老教授或資深教授作為指導(dǎo)教師。在日常教學(xué)過程中，由老教師對年輕教師進行業(yè)務(wù)指導(dǎo)，負責(zé)教學(xué)質(zhì)量的監(jiān)控與授課經(jīng)驗的傳授。在老教師的“傳、幫、帶”和示范表率作用下，青年教師間互相聽課、交流教學(xué)心得，定期組織教學(xué)競賽，體現(xiàn)以人為本，強調(diào)德才兼?zhèn)?，營造青年教師良好的教與學(xué)氛圍。同時，課程體系團隊積極為任課教師創(chuàng)造條件，加大隊伍培養(yǎng)建設(shè)，鼓勵教師走出去，了解企業(yè)的運作模式，提高自身的業(yè)務(wù)能力。目前，已有多位教師到企業(yè)參觀交流、參加各種業(yè)務(wù)能力培訓(xùn)，取得了多種職業(yè)資格認證，教師的業(yè)務(wù)能力和水平得到大幅提升。

西安郵電大學(xué)經(jīng)過多年建設(shè)和培養(yǎng)，形成了一支結(jié)構(gòu)合理、師資雄厚的教學(xué)團隊，具有高學(xué)歷化、年輕化和工程化的特點。本課程體系現(xiàn)擁有任課教師15名，其中具有博士學(xué)位的教師7名，副高以上職稱的教師8名，40歲以下的教師占課程組教師總數(shù)的60%，具有工程實踐經(jīng)驗的教師占課程組教師總數(shù)的40%。

4.實驗環(huán)境的優(yōu)化

實驗環(huán)境是實踐教學(xué)和科學(xué)研究的關(guān)鍵性場所。根據(jù)微電子科學(xué)與工程專業(yè)半導(dǎo)體工藝、集成電路兩大課程體系對人才培養(yǎng)的需要，微電子技術(shù)實驗教學(xué)中心下設(shè)微電子學(xué)實驗教學(xué)部和集成電路實驗教學(xué)部，共計占地約1300平方米。微電子學(xué)實驗教學(xué)部下設(shè)微電子學(xué)基礎(chǔ)實驗室、半導(dǎo)體工藝仿真實驗室、半導(dǎo)體工藝實驗室、微 / 納材料器件實驗室、材料器件分析實驗室。微電子學(xué)基礎(chǔ)實驗室，擁有霍爾效應(yīng)、高頻晶體管測試儀、四探針測試儀等常規(guī)設(shè)備，可實現(xiàn)微電子學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)實驗。半導(dǎo)體工藝仿真實驗室，配置Silvaco、ISE和EDA等專業(yè)仿真軟件，可實現(xiàn)半導(dǎo)體器件工藝參數(shù)和性能的仿真。半導(dǎo)體工藝實驗室擁有雙管氧化擴散爐、光刻機、LP-CVD、離子束刻蝕機、磁控濺射臺、高溫快速退火和激光劃片等設(shè)備，可實現(xiàn)半導(dǎo)體工藝生產(chǎn)。微 / 納材料器件實驗室設(shè)計專業(yè)，配備排風(fēng)、有害氣體報警系統(tǒng)，擁有氣氛熱處理程控高溫爐、納米球磨機、高壓反應(yīng)釜等設(shè)備，可實現(xiàn)多種納米材料器件的制備。材料器件分析實驗室，擁有吉時利4200-SCS半導(dǎo)體特性分析系統(tǒng)、太陽能模擬器和化學(xué)工作站等設(shè)備，可完成新型材料器件的測試分析。

通過實踐教學(xué)資源配置、環(huán)境優(yōu)化，實現(xiàn)了實驗教學(xué)中心的整體規(guī)劃和布局;針對大型貴重精密設(shè)備配備專業(yè)操作人員，進行定期的維護和保養(yǎng);制定大型設(shè)備的操作流程和規(guī)范，保證實踐教學(xué)的順利實施。實驗平臺的建設(shè)，將為相關(guān)專業(yè)的本科生、研究生和教師在實踐教學(xué)、科研方面搭建一個良好的學(xué)術(shù)平臺。

二、改革的特色和預(yù)期成果

（一）改革的特色

1.校內(nèi)實驗平臺的優(yōu)化

集成電路工藝原理與實踐課程體系的構(gòu)建，使專業(yè)培養(yǎng)方向定位更加明確、教學(xué)內(nèi)容更加明了。尤其是在教學(xué)形式上，從教學(xué)內(nèi)容整合、考核體系制定、教學(xué)團隊形成和實驗環(huán)境優(yōu)化等進行了多方位、多角度的改革探索。圍繞集成電路工藝原理、半導(dǎo)體器件模擬與仿真和半導(dǎo)體工藝生產(chǎn)實踐教學(xué)內(nèi)容為主線，保證半導(dǎo)體人才培養(yǎng)的基本規(guī)格和基本質(zhì)量要求;利用選修課實現(xiàn)學(xué)生專業(yè)個性化培養(yǎng)。通過合理設(shè)置理論課程與實踐課程比例、課內(nèi)課程與課外課程比例，可有效地控制教學(xué)內(nèi)容的穩(wěn)定性、機動性，推進課程內(nèi)容的重組與融合。同時，引領(lǐng)學(xué)生獨立思考、主動探索，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識和提高學(xué)生解決實際問題的能力。

2.校企合作實驗平臺的構(gòu)建

在校內(nèi)實踐教學(xué)的基礎(chǔ)上，微電子技術(shù)實驗教學(xué)中心先后與西安芯派電子科技有限公司、西安西谷微電子有限責(zé)任公司等微電子器件及測試公司建立了良好的交流合作關(guān)系。這些關(guān)系的建立，可使微電子科學(xué)與工程專業(yè)的學(xué)生在校外公司，例如在西安芯派電子科技有限公司進行半導(dǎo)體器件再流焊工藝的實習(xí)。校內(nèi)外互補的工藝實踐體系構(gòu)件，使學(xué)生不僅掌握集成電路工藝實踐基本知識和原理，更能夠掌握實際行業(yè)內(nèi)集成電路工藝中需要考慮的系列問題，從而培養(yǎng)了工程的思維方式。

（二）改革的預(yù)期成果

1.達到理論與實踐教學(xué)的有機融合

理論學(xué)習(xí)是知識傳遞過程，實踐則是知識吸收過程。實踐環(huán)節(jié)教學(xué)能鞏固、加深學(xué)生對課堂上所學(xué)知識的理解，培養(yǎng)學(xué)生的實踐技能。集成電路工藝原理與實踐課程體系，將課程體系教學(xué)內(nèi)容按層次分為半導(dǎo)體工藝原理、器件模擬與仿真和半導(dǎo)體工藝實踐三個主要部分。通過半導(dǎo)體工藝原理的學(xué)習(xí)，掌握材料器件的基本參數(shù)、性能和制備方法;通過器件模擬與仿真，了解各種制備方法、工藝參數(shù)和器件性能之間的關(guān)系;通過半導(dǎo)體工藝實踐，充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性、主動性和創(chuàng)造性，從而有效地加深對理論知識的理解，鍛煉實際動手能力。通過理論和實踐的有機融合，可有效培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力。

2.實現(xiàn)教學(xué)的開放性

集成電路工藝原理與實踐課程體系，在理論教學(xué)方面，打破傳統(tǒng)課堂教學(xué)的局限性，充分利用現(xiàn)代多媒體技術(shù)，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)。通過網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)，開展互動學(xué)習(xí)的教學(xué)模式。將傳統(tǒng)教學(xué)活動如批改作業(yè)、討論答疑和查閱資料等傳到網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)上;開發(fā)試題庫，建設(shè)合理的測試系統(tǒng)。在實踐教學(xué)方面，將部分實踐教學(xué)環(huán)節(jié)以錄像的形式上傳到網(wǎng)站上供學(xué)生學(xué)習(xí)、參考，部分實驗室實行全天候的開放，學(xué)生自主學(xué)習(xí)、管理。通過興趣小組、創(chuàng)新項目和開放性實驗等多種方式，形成團隊教師定期指導(dǎo)、高年級學(xué)生指導(dǎo)低年級學(xué)生的滾動機制，激發(fā)學(xué)生潛在的學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新意識，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和實踐動手能力，為我校培養(yǎng)微電子技術(shù)領(lǐng)域高素質(zhì)應(yīng)用型人才奠定基礎(chǔ)。

三、結(jié)語

根據(jù)西安郵電大學(xué)2014年微電子科學(xué)與工程專業(yè)新一輪培養(yǎng)方案的定位及社會發(fā)展對半導(dǎo)體人才培養(yǎng)的客觀要求，本文提出集成電路工藝原理與實踐課程體系改革。本課程體系以半導(dǎo)體工藝原理、器件模擬與仿真和半導(dǎo)體工藝實踐為主線，對教學(xué)內(nèi)容進行整合、修訂和完善，保證半導(dǎo)體人才培養(yǎng)的基本規(guī)格和質(zhì)量要求。根據(jù)現(xiàn)有實驗環(huán)境、實驗設(shè)備和優(yōu)勢資源，進行資源優(yōu)化配置，完成微電子技術(shù)實驗教學(xué)中心的整體規(guī)劃布局。通過師資隊伍的建設(shè)、切實可行的實踐教學(xué)管理制度的制定，明確任課教師的職責(zé)，出臺實踐教學(xué)質(zhì)量考核標準，加強實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的時效性。通過上述諸要素的相互協(xié)調(diào)、配合，實現(xiàn)集成電路工藝原理與實踐課程體系“非加和性”的整體效應(yīng)，促進微電子技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用型人才培養(yǎng)質(zhì)量和水平的提高。

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[責(zé)任編輯：覃侶冰]