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微电子技术专业简介 本专业培养德、智、体、美全面发展,具有良好职业道德和人文素养,掌握微电子学基础知识,具备集成电路设计、生产、应用开发及营销等能力,从事集成电路设计、FPGA 应用与开发、集成电路生产、电子产品开发以及 IC 产品营销和技术支持等工作的高素质技术技能人才。
主干课程:电子技术基础、集成电路工艺原理、集成电路封装与测试基础、硬件描述语言(Verilog/VHDL)、数字系统设计、IC 设计方法、数字系统 CAD、FPGA 应用开发、集成电路版图设计等。
本专业学生毕业后可在集成电路制造厂家、集成电路设计中心以及通信和计算机等信息科学技术领域从事开发和研究工作。
微电子技术专业就业方向有哪些 就业方向:电子类企事业单位:半导体集成电路芯片制造、产品检测、产品封装、版图设计、质量控制、生产管理、设备维护及技术研发。
学生可选择到中、高等职业院校从事专业教学和管理工作,或到集成电路制造厂家、集成电路设计中心以及通信和计算机等信息科学技术领域从事研究、开发及管理等工作,也可选择微电子科学与工程、固体电子学、通信、计算机科学等学科继续深造,攻读硕士研究生。
微电子技术专业主要职业能力 1.具备对新知识、新技能的学习能力和创新创业能力;
2.具备熟练使用通用电子仪器、仪表及集团电路相关测试设备的能力;
3.具备电子系统组装调试能力;
4.具备从事集成电路应用推广工作的能力和销售能力;
5.掌握数字系统 Verilog/VHDL 编程及调试技能;
6.掌握集成电路前端(逻辑综合)/后端工具(自动布局布线)的使用方法;
7.掌握集成电路版图工具的使用方法;
8.掌握 FPGA 设计工具的使用方法;
关键词:微电子技术专业;集成电路;实验室建设;
作者:陈伟元
0引言
以集成电路为主的微电子产业是现代信息产业的基础和核心[1],它对经济建设、社会发展和国家安全具有至关重要的战略地位和不可替代的核心关键作用,其重要性在迅速提高,产业规模在逐步扩大。目前,我国集成电路产业的发展,已经形成了以设计业、芯片制造业及封装测试业为主的微电子产业链,并相对独立发展的产业结构特点。微电子产业的快速发展带动了社会对各层次微电子技术人才的大量需求。为顺应微电子产业的快速发展,为地方经济建设服务,各地高职院校纷纷开设了微电子技术专业,并大力加强微电子技术专业的建设[2-4]。但微电子技术是一门应用性非常强的学科[5],不仅需要较好的理论基础,更需要有较强的生产工艺实际操作能力,这都需要较好的实验环境和实验条件来支撑。微电子实验实训设备要求高,资金投入大,很多高职院校(包括本科院校)没有足够资金购买昂贵的实训设备,学生只能通过老师解说、观看录像等了解相关工艺过程[6-7],没有机会亲自动手[8],造成我国微电子制造业人才总量严重不足,且人才质量基础较差、人才层次结构不合理[9]。
基于工作岗位和人才培养目标的分析,苏州市职业大学结合省实训基地和省光伏发电工程技术开发中心的建设,优化建设方案,用非常有限的资金投入,建立微电子技术专业实验室,为培养符合企业需求的高技能、高素质人才进行了有益探索。
1微电子技术专业培养目标分析
目前,中国集成电路产业已初步形成以长三角、环渤海,珠三角三大核心区域聚集发展的产业空间格局。以2010年为例[10]:我国集成电路产业销售收入1440.2亿元,三大区域集成电路产业销售收入占全国整体产业规模的近95%。其中,环渤海地区占国内集成电路产业整体规模的18.8%,珠三角地区占全国集成电路产业的8.4%,涵盖上海、江苏和浙江的长江三角洲地区已初步形成了包括研究开发、设计、芯片制造、封装测试及支撑业在内的较为完整的集成电路产业链,占全国集成电路产业的67.9%。目前国内55%的集成电路制造企业、80%的封装测试企业以及近50%的集成电路设计企业集中在长三角地区。
可见,长三角地区是中国重要的微电子产业基地,而苏州、无锡等苏南地区在集成电路制造、封装测试领域又具有明显的区位优势。现代工业的发展,集成电路后端(版图)设计服务的需求会持续增加。
高等职业技术教育微电子技术专业的就业核心岗位的确定,既要反映出当地微电子产业的市场需要,又要考虑到适合高职学生能做、并乐于做的岗位。如现场操作为主的“半导体技术工人”岗位,不适合作为本校微电子专业的核心岗位,也体现不出与中职学生在岗位上的竞争力[11]。经调研和分析,确定“集成电路版图设计”、“微电子工艺及管理”、“设备维护”作为本专业学生培养的核心工作岗位。
微电子专业的培养目标为:培养德、智、体、美全面发展,能适应现代化建设和经济发展需要,具有良好职业道德和创新精神,熟悉微电子器件及工艺的基本原理,具备集成电路版图设计、晶圆制造及封装测试中的设备操作与维护、工艺管理、产品测试、品质管理能力,面向生产服务一线的高素质应用型技术人才。
2微电子技术专业实验室建设目标
高职教育以培养高素质应用型人才为主,培养的学生不仅具有较好的理论基础,更应具有较好的基本技能。根据以上培养目标,高职微电子技术专业重点培养学生微电子材料工艺及IC领域如下方向的基本技能:
(1)微电子材料器件工艺与检测。了解微电子材料与器件的常规工艺制备过程,并了解其主要参数的表征及测试方法;
(2)IC设计技术。了解IC设计的流程,掌握IC设计的基本原理和方法,重点熟练掌握IC版图设计工具软件的使用方法;
(3)IC制造与封装测试技术。了解IC制造的基本过程和工艺,掌握基本的IC封装及测试原理和方法,并学会基本测试仪器的使用方法。
为实现以上目标,在微电子技术专业实验室的建设上,至少应围绕如下几个方向来进行:①集成电路设计,特别是集成电路版图设计方向;②微电子材料和集成电路工艺方向;③集成电路封装及测试方向。目前国内各高职院校的微电子技术专业根据自身的实际情况,基本上也是围绕这几个发展分支来建设专业实验室[12]。
微电子实验设备非常昂贵,若要建设完善的微电子技术专业实验室,其建设资金的投入是非常庞大的,大部分学校也没有这样的建设能力。为此,在有限的建设资金上,实验室建设采取实用化原则,以国家投入或学校自筹资金方式建立微电子基础性实验室、IC版图设计实验室、微电子材料及器件工艺实验室,而对于投资较大的IC封装及测试实验室,主要采取与企业共建的方式进行建设。
3微电子技术专业实验室建设方案
根据以上微电子技术专业实验室建设目标,苏州市职业大学结合省实训基地和省光伏发电工程技术开发中心的建设,建立了IC版图设计实验室、微电子材料及器件工艺实验室和IC封装测试实验室。
3.1IC版图设计实验室
IC设计包括IC系统设计、IC线路设计、IP核设计和IC版图设计。其中IC版图设计工作的任务量大、所需人员多,是一种高技能、应用型技术,是最适合高职微电子技术专业学生就业的工作岗位。
IC版图设计实验室的建设,以服务器和计算机终端组成,再配置IC设计软件。其中,终端一般要配置40套以上,以便课堂上每位学生均能单独练习。
IC版图设计实验室的建设投入大,特别是IC设计软件价格昂贵,可争取大学计划、实验室共建等多种方式,获得EDA软件商的支持。苏州市职业大学与SprigSoftInc.合作,引进其先进的IC版图设计软件平台Laker,并与IC设计公共服务平台提供商苏州中科集成电路设计公司进行深度合作,发挥各自优势,共同进行IC版图设计高技能人才的培养与培训。
3.2微电子材料及器件工艺实验室
微电子材料、器件涉及的工艺广泛,实验设备价格昂贵,只能用有限的资金投入,解决一些微电子最常用的工艺实验设备。为让学生对微电子工艺有感性认识和实践机会,经调研,认为净化、扩散退火、薄膜工艺、光刻工艺、霍尔效应测试等是微电子行业应用较多的公共技术。微电子材料器件工艺与检测实验室,建设为千级的净化实验室,以扩散退火炉、真空镀膜设备为基础,并配以相关的光刻机、光学显微镜、霍尔效应测试仪等,从而满足从微电子材料的制备工艺到微电子材料与器件的性能测试等实验需求。
该实验室也结合了省光伏发电工程技术开发中心的建设,兼以实现太阳能光伏电池的制备实验,为微电子技术专业的“半导体器件物理”、“集成电路工艺”、“太阳能光伏电池”等课程提供实验支撑。
3.3IC封装测试实验室
近几年来,国内IC产业有较大的发展,尤其是IC制造及IC封装测试业发展很快,在我国集成电路产业链中有着举足轻重的地位,占据了我国微电子产业的半壁江山[13]。IC封装及测试行业也是微电子技术专业学生重要的就业岗位。
建设IC封装测试实验室是培养高素质IC应用型人才的必要要求。
IC封装及测试实验设备价格非常昂贵,高校往往没有能力独立承建。可采用与企业共建的方式进行建设。本实验室与华润矽科微电子有限公司合作共建,建有集成电路自动测试系统、引线键合、电子显微镜、晶体管特性测试及电子测试设备等。
该实验室的建成,为微电子技术专业的“半导体器件物理”、“微电子封装技术”、“集成电路工艺”、“集成电路测试”等课程提供实验支撑。
关键词:集成电路设计;集成系统;本科专业;创新型人才;课程体系
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2015)35-0049-03
一、引言
集成电路产业是信息产业的基础和核心,是推动信息产业发展的源泉和动力。国务院于2000年6月25日颁发了《鼓励软件产业和集成电路产业发展的若干政策(18号)》,大力支持和鼓励我国集成电路产业的发展。在国家政策的扶持下,我国集成电路设计业发展迅猛,伴随着国内集成电路的发展,对集成电路设计相关人员的需求也日益增加。教育部于2003年开始批准设置“集成电路设计与集成系统”目录外本科专业,2012年普通高等学校本科专业目录中调整为特设专业,以适应国内对集成电路设计与应用人才的迫切需求,截止2014年,全国已有28所高校设置“集成电路设计与集成系统”本科专业。国务院于2011年1月28日颁发了《进一步鼓励软件产业和集成电路产业发展的若干政策(新18号)》,要求高校要进一步深化改革,加强集成电路设计相关专业建设,紧密结合产业发展需求及时调整课程设置、教学计划和教学方式,加强专业师资队伍、教学实验室和实习实训基地建设,努力培养国际化、复合型、实用型人才。
“集成电路设计与集成系统”专业涉及的新概念、新技术、新方法不断涌现,是一个工程性和实践性很强的本科专业。集成电路领域技术和管理人才严重不足、人才质量普遍不高已成为制约我国集成电路产业健康、快速发展的瓶颈。国家集成电路产业“十二五”发展规划提出加强人才培养,着力发展芯片设计业,2014年6月,国务院印发《国家集成电路产业发展推进纲要》进一步指出,要着力发展集成电路设计业,加大人才培养力度。因此,研究适合本专业的理论与实践并重融合的课程体系,培养创新型集成电路设计人才具有十分重要的现实意义和历史意义。
二、集成电路设计与集成系统专业人才培养的特点
集成电路是推动当前经济发展的重要技术,由于集成电路设计与集成系统领域发展迅速且新知识、新技术层出不穷,多学科交叉融合,毕业生就业具有国际性,要求教学体系和实践平台建设必须跟上最新的产业需求,才能培养出适合社会和企业需要的集成电路设计与集成系统创新型人才。在进行集成电路设计与集成系统领域创新型人才培养时我们需要紧紧抓住以下几点。
1.集成电路设计与集成系统专业是新兴专业,国内还没有形成该专业的人才培养规范,目前国内各高校该专业的教学计划是从国外或者相关专业延伸来的,系统性、完备性差,还没有形成完整的知识体系。
2.集成电路设计与集成系统专业是一个涵盖通信、计算机、集成电路等多领域的交叉学科,因此要利用综合性学科知识为该类人才的素质培养服务,从注重单一知识和能力的培养,要转变到注重综合知识和能力的培养。
3.集成电路设计与集成系统是国家特设专业,根据高校自身办学特色和市场需求设置的专业,需要针对企业对该类人才的需求,将企业需求融入课程体系,与企业联合制定培养方案,建立核心课程体系,实时调整专业课程教学内容。
4.集成电路设计与集成系统专业具有较强的工程性和实践性,不仅要具有较强理论知识基础,而且要具有较好的工程实践能力以及一定的创新能力,需要建立一种基于项目驱动的多层次的实践教学体系,保障四年工程实践训练不断线,逐步提升学生的工程实践能力和创新能力。
三、集成电路设计与集成系统专业课程体系的构建
根据集成电路设计与集成系统专业人才培养特点,按照通信、计算机和集成电路融合发展的科学规律,结合我校学科专业优势特色,确立了本专业人才培养的课程体系。
(一)人才培养目标
2006年全国科技大会上提出,到2020年,我国将建成创新型国家,使科技发展成为经济社会发展的有力支撑。具有较强的自主创新能力是创新型国家的主要特征之一,只有培养具创新精神和创新能力的人才,才能提升自主创新能力。集成电路产业是关系国民经济和社会发展全局的基础性、先导性和战略性产业,是最能体现科技进步对创新型国家贡献率的行业。
因此,本专业旨在培养德、智、体、美全面发展,适应社会主义现代化建设和信息领域发展需要,掌握宽广的人文知识、坚实的自然科学知识以及扎实的专业知识,具备工程实践能力和创新能力,具有自主学习集成电路与集成系统领域前沿理论和技术的能力,能在集成电路与集成系统领域从事研究、设计、实现、应用的高素质创新型人才,为全面实现创新型国家提供强有力的支撑。
(二)人才培养规格
集成电路设计与集成系统专业是一个涵盖通信、计算机、集成电路等多领域的交叉学科,如图1所示。其中,图1中①就是通信算法(应用)的直接IC(实现)化的ASIC、FPGA电路或者可重构电路;②就是算法(应用)的指令集合(体系结构)化的目标程序;③就是指令集合(体系结构)的IC(实现)化的处理器;④就是集成电路技术发展推动的先进处理器。
根据多学科融合发展和人才培养目标定位,确定了本专业知识、能力、素质的人才培养规格如下。
1.知识结构要求。(1)具有坚实的自然科学理论基础知识、电路与系统的学科专业知识、必要的人文社会科学知识和良好的外语基础。(2)具有通信系统、计算机系统结构、信号处理等相关学科领域的基础知识。(3)掌握集成电路与集成系统领域的基础知识和工程理论。(4)掌握集成电路与集成系统电子设计自动化(EDA)技术。
2.能力结构要求。(1)具有使用电子设计自动化(EDA)工具进行集成电路与集成系统设计的能力。(2)具有较强的科学研究、工程实践及综合运用所学知识解决实际问题的能力。(3)具有了解本专业领域的理论前沿、发展动态和独立获取知识的能力。(4)具有自主学习能力、创新能力、协同工作与组织能力。
3.素质结构要求。(1)具有良好的思想道德修养、职业素养、身心素质。(2)具有奉献精神、人际交往意识和团结协作精神。(3)具有一定的文学艺术修养、科学的工程实践方法。(4)具有一定的国际化视野、求实创新意识。
(三)课程体系
集成电路系统设计涵盖“系统设计、逻辑设计、电路设计、版图设计”四个设计层次,课程体系应覆盖四个设计层次需要的所有知识点,各知识点之间要具有连贯性、系统性和完备性。集成电路设计与集成系统专业具有很强的工程性和实践性,通过计算机应用能力、电子技术应用能力、嵌入式系统设计能力、集成电路设计能力以及工程创新能力的培养,强化学生的工程实践能力和创新能力。集成电路设计与集成系统专业是一个多学科的交叉新兴专业,课程体系中应该包含通信、计算机和集成电路的相关知识点,各知识点之间要具有交叉融合性。集成电路系统设计是一个高速发展的学科领域,知识和技术更新速度非常快,课程体系应该体现先进性,使得学生能够接近先进的技术前沿,同时课程体系中也应该包含一些面向企业的工程设计与实践的实用性课程,进一步提高学生的就业竞争力和工程创新能力。
因此,根据人才培养规格和特点以及课程体系的连贯性、系统性、完备性、融合性、先进性和实用性,结合我校自身优势特色,构建了如下页图2所示的知识、能力、素质协调统一的理论与实践并重融合的课程体系。课程体系以能力培养为导向,集中实践环节为支撑,核心课程为基础,一组集中实践环节和核心课程培养一种能力。同时,设置综合素质教育模块和课外科技创新活动模块,提升学生的工程素质和创新能力。
课程体系主要突出计算机应用能力、电子技术应用能力、嵌入式系统设计能力、集成电路设计能力以及工程创新能力的培养,进行分学年重点培养。第一学年主要培养学生的计算机应用能力,第二学年主要培养学生的电子技术应用能力,第三学年主要培养学生的嵌入式系统设计能力和集成电路设计能力,第四学年主要培养学生的工程创新能力,通过设置“数字集成电路”、“混合信号集成电路”、“嵌入式系统”三个方向课程模块,实现人才的个性化培养。
通过嵌入式系统设计能力、集成电路设计能力和工程创新能力培养过程中的集中实践环节和核心课程设置,将集成电路设计与通信/计算机相结合,体现课程体系的交叉融合性。将集成电路系统设计层次中的“系统设计”贯穿于工程创新能力、嵌入式系统设计能力培养,“逻辑设计”体现在电子技术应用能力培养中,通过“电路设计”与“版图设计”实现集成电路设计能力的培养,实现了课程体系的系统性和完备性,通过教学内容的组织实现知识的连贯性。
课程体系设置了一系列集中实践环节和独立设课实验(集成电路EDA技术实验、微处理器设计实践)以及课内实验,在教学内容的组织上将软件无线电(SDR)系统(包括算法、体系结构、集成电路)设计与实现的科研成果融入教学过程,实现四年工程实践训练不断线,体现课程体系的工程性和实践性。同时通过下一代无线通信系统的核心器件――SDR系统处理芯片设计为牵引,设置通信集成电路系统工程设计与实践相关课程,采用世界主流EDA厂家先进EDA工具完成集成电路EDA技术实验以及集成电路系统设计,实现课程体系的先进性和实用性。
(四)教学内容组织思路
以“高级语言程序汇编语言程序机器指令序列计算机组成(CPU、存储器、输入输出、数据通路与控制单元)计算机部件设计计算机部件(FPGA和专用集成电路)实现整机(FPGA或专用集成电路)实现面向通信、信号处理领域系统(嵌入式系统、数字集成电路、模拟集成电路)设计与应用”为主线组织教学内容,体现知识的连贯性,培养学生的计算机应用能力、电子技术应用能力、嵌入式系统设计能力、集成电路设计能力。通过通信集成电路系统工程设计与实践(包括数字集成电路工程设计与实践、嵌入式SoC工程设计与实践、模拟集成电路工程设计与实践等),将软件无线电(SDR)系统的设计与实现的科研项目成果融入课堂教学,贯彻我校“教研统一”办学理念,突显我校信息通信行业优势特色,培养学生的工程创新能力。
四、结论
课程体系设置是专业建设中的关键核心问题,对人才的培养质量起决定性的作用。本文充分考虑了集成电路设计与集成系统专业多学科交叉融合、工程实践性强等特点,结合我校本专业在通信专用集成电路设计、专用处理系统设计方面的优势特色,形成了通信、计算机与集成电路设计相结合、理论教学与项目实践相结合的课程体系。以能力培养为导向,以集成电路设计和嵌入式系统设计融合为主线组织教学内容,培养学生的集成电路设计与嵌入式系统设计(计算机应用、电子技术应用、微系统设计)能力,通过面向通信领域的集成电路与嵌入式系统工程设计与实践,提高学生的工程创新能力。
参考文献:
[1]国务院2011年4号文件.关于印发进一步鼓励软件产业和集成电路产业发展若干政策[J].软件产业与工程,2011,(2).
[关键词]工艺原理 器件模拟与仿真 微电子技术
[中图分类号] G420 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437(2015)11-0112-03
0引言
西安邮电大学微电子科学与工程专业源于原计算机系的微电子学专业,2005年开始招收第一届本科生,专业方向设置偏向于集成电路设计。2013年,根据教育部《普通高等学校本科专业目录(2012年)》的专业设置,将微电子学专业更名为微电子科学与工程专业。2009年至今,该专业累计培养本科毕业生6届。根据历年应届毕业生就业情况和研究生报考方向,我们发现半导体工艺方向人数比重呈现逐年上升的趋势。另外,随着我国经济的快速发展,中西部地区半导体行业的投资力度也越来越大,例如韩国三星电子有限公司、西安爱立信分公司等落户西安,半导体人才需求日益增加。
根据2014年,微电子科学与工程专业新一轮培养方案的定位,设置出半导体工艺、集成电路设计两大课程体系,可实现半导体工艺、集成电路设计和集成电路应用人才的个性化培养。半导体工艺课程体系除设置固体物理、半导体物理学、半导体器件物理等专业基础课程外,还包含集成电路工艺原理、器件模拟与仿真、集成电路制造与测试和半导体工艺实习等专业课程。本课程体系是微电子技术领域人才培养的核心,旨在培养学生掌握集成电路制造的工艺原理、工艺流程以及实践操作的能力,同时也是培养具有创新意识的高素质应用型人才的关键。
因此,整合集成电路工艺原理与实践课程体系的教学内容,充分利用微电子技术实验教学中心现有的硬件环境和优势资源,加强软件设施,例如实践教学具体组织实施方案及考核机制的建设,构建内容健全、结构合理的集成电路工艺原理与实践课程体系,对微电子科学与工程专业及相关专业的人才,尤其是半导体工艺人才培养的落实和发展具有重要意义。
一、面临的主要问题和解决措施
(一)教学面临的主要问题
课程体系是高等学校人才培养的主要载体,是教育思想和教育观念付诸实践的桥梁。集成电路工艺原理与实践课程体系注重理论教学与实践教学的紧密结合,不仅让学生充分了解、掌握集成电路制造的基本原理和工艺技术,而且逐步加强学生半导体技术生产实践能力的培养。然而,该课程体系相关实践环境建设与运行维护耗费巨大,致使大多数高等院校在该课程体系的教学上仅局限于课堂教学,无法做到理论与实践相结合。
为解决这一问题,学校经过多方调研考察、洽谈协商,与北京微电子技术研究所进行校企合作,建立了半导体工艺联合实验室。通过中省共建项目和其他项目对半导体工艺联合实验室进一步建设、完善,为微电子科学与工程专业及相关专业本科生提供了良好的工艺实践平台。然而,在实际教学过程中,专业课程内容不能模块化、系统化,理论教学与实践教学严重脱钩,工程型师资人员匮乏,教学效果不理想。因此,对集成电路工艺原理与实践课程体系进行深化改革与探索,可谓任重而道远。
(二)主要的解决措施
1.课程体系整合优化
集成电路工艺原理与实践课程体系服务于半导体产业快速发展对人才培养的需要。本课程体系以集成电路工艺原理、器件模拟与仿真和工艺实践为主线,将集成电路工艺原理、半导体器件模拟与仿真、集成电路封装与测试、新型材料器件课程设计和半导体工艺实习等课程内容进行整合,明确每门课程、知识的相互关系、地位和作用,找到课程内容的衔接点,让每一门课程都发挥承上启下的作用,保证半导体人才培养的基本规格和基本质量要求。在此基础上,设置半导体材料、半导体功率器件、纳米电子材料与器件等专业选修课,培养学生的兴趣、爱好和特长,以满足个性化培养需要。
为解决微电子科学与工程专业本科生实践形式单一、综合程度不高导致解决实际问题的应用能力不足等现象,集成电路工艺原理与实践课程体系在力求理论教学与实践教学有机融合的基础上,设置微电子学基础实验、半导体器件模拟仿真、半导体工艺实习以及新型材料器件课程设计等实践课程,形成由简单到综合、由综合到创新的递阶实践教学层次。通过独立设课实验、课程设计、科研训练、生产实习、社会实践、科技活动和毕业设计等实践环节达到预期的效果。同时,注重课程形式的综合化、科研化,提高综合性、设计性实验比例,使实践课程与理论课程并行推进,贯穿整个人才培养过程。
2.考核体系的完善
考核体系总体上包括理论课程考核体系和实践课程考核体系。目前,理论考核体系已基本成熟。然而,长期以来,我国教育领域由于实践教学成本高、经费得不到保障,所以考核主体对实践环节考核的积极性不高、重视程度不够,导致考核制度不完善。集成电路工艺原理与实践课程体系在不断完善理论教学考核体系的同时,尤其注重实践教学体系的改革。将教学实验项目的实验过程、工艺参数和器件性能等列为考核的过程。兼顾定性与定量相结合、过程与结果相结合、课内与课外相结合、考核与考评相结合的原则,不断完善实践教学的考核体系,形成以学生为中心的适应学生能力培养和鼓励探索的多元实践教学考核体系。该体系能全面、准确地反映学生的应用能力和实际技能,激发学生的学习动力、创新思维和创新精神,促进人才培养质量和水平的提高。
3.教学团队构建
根据集成电路工艺原理与实践课程体系对高素质应用型人才培养的需要,本教学团队秉承“以老带新”的传统,为青年教师配备老教授或资深教授作为指导教师。在日常教学过程中,由老教师对年轻教师进行业务指导,负责教学质量的监控与授课经验的传授。在老教师的“传、帮、带”和示范表率作用下,青年教师间互相听课、交流教学心得,定期组织教学竞赛,体现以人为本,强调德才兼备,营造青年教师良好的教与学氛围。同时,课程体系团队积极为任课教师创造条件,加大队伍培养建设,鼓励教师走出去,了解企业的运作模式,提高自身的业务能力。目前,已有多位教师到企业参观交流、参加各种业务能力培训,取得了多种职业资格认证,教师的业务能力和水平得到大幅提升。
西安邮电大学经过多年建设和培养,形成了一支结构合理、师资雄厚的教学团队,具有高学历化、年轻化和工程化的特点。本课程体系现拥有任课教师15名,其中具有博士学位的教师7名,副高以上职称的教师8名,40岁以下的教师占课程组教师总数的60%,具有工程实践经验的教师占课程组教师总数的40%。
4.实验环境的优化
实验环境是实践教学和科学研究的关键性场所。根据微电子科学与工程专业半导体工艺、集成电路两大课程体系对人才培养的需要,微电子技术实验教学中心下设微电子学实验教学部和集成电路实验教学部,共计占地约1300平方米。微电子学实验教学部下设微电子学基础实验室、半导体工艺仿真实验室、半导体工艺实验室、微 / 纳材料器件实验室、材料器件分析实验室。微电子学基础实验室,拥有霍尔效应、高频晶体管测试仪、四探针测试仪等常规设备,可实现微电子学专业基础实验。半导体工艺仿真实验室,配置Silvaco、ISE和EDA等专业仿真软件,可实现半导体器件工艺参数和性能的仿真。半导体工艺实验室拥有双管氧化扩散炉、光刻机、LP-CVD、离子束刻蚀机、磁控溅射台、高温快速退火和激光划片等设备,可实现半导体工艺生产。微 / 纳材料器件实验室设计专业,配备排风、有害气体报警系统,拥有气氛热处理程控高温炉、纳米球磨机、高压反应釜等设备,可实现多种纳米材料器件的制备。材料器件分析实验室,拥有吉时利4200-SCS半导体特性分析系统、太阳能模拟器和化学工作站等设备,可完成新型材料器件的测试分析。
通过实践教学资源配置、环境优化,实现了实验教学中心的整体规划和布局;针对大型贵重精密设备配备专业操作人员,进行定期的维护和保养;制定大型设备的操作流程和规范,保证实践教学的顺利实施。实验平台的建设,将为相关专业的本科生、研究生和教师在实践教学、科研方面搭建一个良好的学术平台。
二、改革的特色和预期成果
(一)改革的特色
1.校内实验平台的优化
集成电路工艺原理与实践课程体系的构建,使专业培养方向定位更加明确、教学内容更加明了。尤其是在教学形式上,从教学内容整合、考核体系制定、教学团队形成和实验环境优化等进行了多方位、多角度的改革探索。围绕集成电路工艺原理、半导体器件模拟与仿真和半导体工艺生产实践教学内容为主线,保证半导体人才培养的基本规格和基本质量要求;利用选修课实现学生专业个性化培养。通过合理设置理论课程与实践课程比例、课内课程与课外课程比例,可有效地控制教学内容的稳定性、机动性,推进课程内容的重组与融合。同时,引领学生独立思考、主动探索,激发学生的创新意识和提高学生解决实际问题的能力。
2.校企合作实验平台的构建
在校内实践教学的基础上,微电子技术实验教学中心先后与西安芯派电子科技有限公司、西安西谷微电子有限责任公司等微电子器件及测试公司建立了良好的交流合作关系。这些关系的建立,可使微电子科学与工程专业的学生在校外公司,例如在西安芯派电子科技有限公司进行半导体器件再流焊工艺的实习。校内外互补的工艺实践体系构件,使学生不仅掌握集成电路工艺实践基本知识和原理,更能够掌握实际行业内集成电路工艺中需要考虑的系列问题,从而培养了工程的思维方式。
(二)改革的预期成果
1.达到理论与实践教学的有机融合
理论学习是知识传递过程,实践则是知识吸收过程。实践环节教学能巩固、加深学生对课堂上所学知识的理解,培养学生的实践技能。集成电路工艺原理与实践课程体系,将课程体系教学内容按层次分为半导体工艺原理、器件模拟与仿真和半导体工艺实践三个主要部分。通过半导体工艺原理的学习,掌握材料器件的基本参数、性能和制备方法;通过器件模拟与仿真,了解各种制备方法、工艺参数和器件性能之间的关系;通过半导体工艺实践,充分调动学生的学习积极性、主动性和创造性,从而有效地加深对理论知识的理解,锻炼实际动手能力。通过理论和实践的有机融合,可有效培养学生发现问题、分析问题和解决问题的能力。
2.实现教学的开放性
集成电路工艺原理与实践课程体系,在理论教学方面,打破传统课堂教学的局限性,充分利用现代多媒体技术,实现网络教学。通过网络教学系统,开展互动学习的教学模式。将传统教学活动如批改作业、讨论答疑和查阅资料等传到网络教学系统上;开发试题库,建设合理的测试系统。在实践教学方面,将部分实践教学环节以录像的形式上传到网站上供学生学习、参考,部分实验室实行全天候的开放,学生自主学习、管理。通过兴趣小组、创新项目和开放性实验等多种方式,形成团队教师定期指导、高年级学生指导低年级学生的滚动机制,激发学生潜在的学习能力、创新意识,提高学生的学习兴趣和实践动手能力,为我校培养微电子技术领域高素质应用型人才奠定基础。
三、结语
根据西安邮电大学2014年微电子科学与工程专业新一轮培养方案的定位及社会发展对半导体人才培养的客观要求,本文提出集成电路工艺原理与实践课程体系改革。本课程体系以半导体工艺原理、器件模拟与仿真和半导体工艺实践为主线,对教学内容进行整合、修订和完善,保证半导体人才培养的基本规格和质量要求。根据现有实验环境、实验设备和优势资源,进行资源优化配置,完成微电子技术实验教学中心的整体规划布局。通过师资队伍的建设、切实可行的实践教学管理制度的制定,明确任课教师的职责,出台实践教学质量考核标准,加强实践教学环节的时效性。通过上述诸要素的相互协调、配合,实现集成电路工艺原理与实践课程体系“非加和性”的整体效应,促进微电子技术领域应用型人才培养质量和水平的提高。
[ 参 考 文 献 ]
[1] 崔颖.高校课程体系的构建研究[J].高教探索,2009(3):88-90.
[2] 马颖,范秋芳.美国高等教育管理体制对中国高等教育改革的启示[J].中国石油大学学报(社会科学版),2014(4):105-108.
[3] 别敦荣,易梦春.中国高等教育发展的现实与政策应对[J].清华大学教育研究,2014(1):11-13.
[4] 王永利,史国栋,龚方红.浅谈工科大学生实践创新能力培养体系的构建[J].中国高等教育,2010(19):57-58.
关键词:电子科学与技术;实验教学体系;微电子人才
作者简介:周远明(1984-),男,湖北仙桃人,湖北工业大学电气与电子工程学院,讲师;梅菲(1980-),女,湖北武汉人,湖北工业大学电气与电子工程学院,副教授。(湖北 武汉 430068)
中图分类号:G642.423 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2013)29-0089-02
电子科学与技术是一个理论和应用性都很强的专业,因此人才培养必须坚持“理论联系实际”的原则。专业实验教学是培养学生实践能力和创新能力的重要教学环节,对于学生综合素质的培养具有不可替代的作用,是高等学校培养人才这一系统工程中的一个重要环节。[1,2]
一、学科背景及问题分析
1.学科背景
21世纪被称为信息时代,信息科学的基础是微电子技术,它属于教育部本科专业目录中的一级学科“电子科学与技术”。微电子技术一般是指以集成电路技术为代表,制造和使用微小型电子元器件和电路,实现电子系统功能的新型技术学科,主要涉及研究集成电路的设计、制造、封装相关的技术与工艺。[3]由于实现信息化的网络、计算机和各种电子设备的基础是集成电路,因此微电子技术是电子信息技术的核心技术和战略性技术,是信息社会的基石。此外,从地方发展来看,武汉东湖高新区正在全力推进国家光电子信息产业基地建设,形成了以光通信、移动通信为主导,激光、光电显示、光伏及半导体照明、集成电路等竞相发展的产业格局,电子信息产业在湖北省经济建设中的地位日益突出,而区域经济发展对人才的素质也提出了更高的要求。
湖北工业大学电子科学与技术专业成立于2007年,完全适应国家、地区经济和产业发展过程中对人才的需求,建设专业方向为微电子技术,毕业生可以从事电子元器件、集成电路和光电子器件、系统(激光器、太能电池、发光二极管等)的设计、制造、封装、测试以及相应的新产品、新技术、新工艺的研究与开发等相关工作。电子科学与技术专业自成立以来,始终坚持以微电子产业的人才需求为牵引,遵循微电子科学的内在客观规律和发展脉络,坚持理论教学与实验教学紧密结合,致力于培养基础扎实、知识面广、实践能力强、综合素质高的微电子专门人才,以满足我国国民经济发展和国防建设对微电子人才的迫切需求。
2.存在的问题与影响分析
电子科学与技术是一个理论和应用性都很强的专业,因此培养创新型和实用型人才必须坚持“理论联系实际”的原则。要想培养合格的应用型人才,就必须建设配套的实验教学平台。然而目前人才培养有“产学研”脱节的趋势,学生参与实践活动不论是在时间上还是在空间上都较少。建立完善的专业实验教学体系是电子科学与技术专业可持续发展的客观前提。
二、建设思路
电子科学与技术专业实验教学体系包括基础课程实验平台和专业课程实验平台。基础课程实验平台主要包括大学物理实验、电子实验和计算机类实验;专业课程实验平台即微电子实验中心,是本文要重点介绍的部分。在实验教学体系探索过程中重点考虑到以下几个方面的问题:
第一,突出“厚基础、宽口径、重应用、强创新”的微电子人才培养理念。微电子人才既要求具备扎实的理论基础(包括基础物理、固体物理、器件物理、集成电路设计、微电子工艺原理等),又要求具有较宽广的系统知识(包括计算机、通信、信息处理等基础知识),同时还要具备较强的实践创新能力。因此微电子实验教学环节强调基础理论与实践能力的紧密结合,同时兼顾本学科实践能力与创新能力的协同训练,将培养具有创新能力和竞争力的高素质人才作为实验教学改革的目标。
第二,构建科学合理的微电子实验教学体系,将“物理实验”、“计算机类实验”、“专业基础实验”、“微电子工艺”、“光电子器件”、“半导体器件课程设计”、“集成电路课程设计”、“微电子专业实验”、“集成电路专业实验”、“生产实习”和“毕业设计”等实验实践环节紧密结合,相互贯通,有机衔接,搭建以提高实践应用能力和创新能力为主体的“基本实验技能训练实践应用能力训练创新能力训练”实践教学体系。
第三,兼顾半导体工艺与集成电路设计对人才的不同要求。半导体的产业链涉及到设计、材料、工艺、封装、测试等不同领域,各个领域对人才的要求既有共性,也有个性。为了扩展大学生知识和技能的适应范围,实验教学必须涵盖微电子技术的主要方面,特别是目前人才需求最为迫切的集成电路设计和半导体工艺两个领域。
第四,实验教学与科学研究紧密结合,推动实验教学的内容和形式与国内外科技同步发展。倡导教学与科研协调发展,教研相长,鼓励教师将科研成果及时融化到教学内容之中,以此提升实验教学质量。
三、建设内容
微电子是现代电子信息产业的基石,是我国高新技术发展的重中之重,但我国微电子技术人才紧缺,尤其是集成电路相关人才严重不足,培养高质量的微电子技术人才是我国现代化建设的迫切需要。微电子学科实践性强,培养的人才需要具备相关的测试分析技能和半导体器件、集成电路的设计、制造等综合性的实践能力及创新意识。
电子科学与技术专业将利用经费支持建设一个微电子实验教学中心,具体包括四个教学实验室:半导体材料特性与微电子技术工艺参数测试分析实验室、微电子器件和集成电路性能参数测试与应用实验室、集成电路设计实验室、科技创新实践实验室。使学生具备半导体材料特性与微电子技术工艺参数测试分析、微电子器件、光电器件参数测试与应用、集成电路设计、LED封装测试等方面的实践动手和设计能力,巩固和强化现代微电子技术和集成电路设计相关知识,提升学生在微电子技术领域的竞争力,培养学生具备半导体材料、器件、集成电路等基本物理与电学属性的测试分析能力。同时,本实验平台主要服务的本科专业为“电子科学与技术”,同时可以承担“通信工程”、“电子信息工程”、“计算机科学与技术”、“电子信息科学与技术”、“材料科学与工程”、“光信息科学与技术”等10余个本科专业的部分实践教学任务。
(1)半导体材料特性与微电子技术工艺参数测试分析实验室侧重于半导体材料基本属性的测试与分析方法,目的是加深学生对半导体基本理论的理解,掌握相关的测试方法与技能,包括半导体材料层错位错观测、半导体材料电阻率的四探针法测量及其EXCEL数据处理、半导体材料的霍尔效应测试、半导体少数载流子寿命测量、高频MOS C-V特性测试、PN结显示与结深测量、椭偏法测量薄膜厚度、PN结正向压降温度特性实验等实验项目。完成形式包括半导体专业实验课、理论课程的实验课时等。
(2)微电子器件和集成电路性能参数测试与应用实验室侧重于半导体器件与集成电路基本特性、微电子工艺参数等的测试与分析方法,目的是加深学生对半导体基本理论、器件参数与性能、工艺等的理解,掌握相关的技能,包括器件解剖分析、用图示仪测量晶体管的交(直)流参数、MOS场效应管参数的测量、晶体管参数的测量、集成运算放大器参数的测试、晶体管特征频率的测量、半导体器件实验、光伏效应实验、光电导实验、光电探测原理综合实验、光电倍增管综合实验、LD/LED光源特性实验、半导体激光器实验、电光调制实验、声光调制实验等实验项目。完成形式包括半导体专业实验课、理论课程的实验课时、课程设计、创新实践、毕业设计等。
(3)集成电路设计实验室侧重于培养学生初步掌握集成电路设计的硬件描述语言、Cadence等典型的器件与电路及工艺设计软件的使用方法、设计流程等,并通过半导体器件、模拟集成电路、数字集成电路的仿真、验证和版图设计等实践过程具备集成电路设计的能力,目的是培养学生半导体器件、集成电路的设计能力。以美国Cadence公司专业集成电路设计软件为载体,完成集成电路的电路设计、版图设计、工艺设计等训练课程。完成形式包括理论课程的实验课时、集成电路设计类课程和理论课程的上机实践等。
(4)科技创新实践实验室则向学生提供发挥他们才智的空间,为他们提供验证和实现自由命题或进行科研的软硬件条件,充分发挥他们的想象力,目的是培养学生的创新意识与能力,包括LED封装、测试与设计应用实训和光电技术创新实训。要求学生自己动手完成所设计器件或电路的研制并通过测试分析,制造出满足指标要求的器件或电路。目的是对学生进行理论联系实际的系统训练,加深对所需知识的接收与理解,初步掌握半导体器件与集成电路的设计方法和对工艺技术及流程的认知与感知。完成形式包括理论课程的实验课时、创新实践环节、生产实践、毕业设计、参与教师科研课题和国家级、省级和校级的各类科技竞赛及课外科技学术活动等。
四、总结
本实验室以我国微电子科学与技术的人才需求为指引,遵循微电子科学的发展规律,通过实验教学来促进理论联系实际,培养学生的科学思维和创新意识,系统了解与掌握半导体材料、器件、集成电路的测试分析和半导体器件、集成电路的设计、工艺技术等技能,最终实现培养基础扎实、知识面宽、实践能力强、综合素质高、适应范围广的具有较强竞争力的微电子专门人才的目标,以满足我国国民经济发展和国防建设对微电子人才的迫切需求。
参考文献:
[1]刘瑞,伍登学.创建培养微电子人才教学实验基地的探索与实践[J].实验室研究与探索,2004,(5):6-9.