半導(dǎo)體器件研究生培養(yǎng)探索與實踐

吳麗娟　雷冰　張銀艷

摘 要 半導(dǎo)體器件是以微電子技術(shù)為基礎(chǔ)的學(xué)科，該學(xué)科培養(yǎng)的研究生人才應(yīng)該具有半導(dǎo)體器件設(shè)計、微電子工藝、電子材料等技術(shù)基礎(chǔ)知識；具有從事半導(dǎo)體器件設(shè)計、制造、封裝、測試、開發(fā)及生產(chǎn)組織管理的個人能力和專業(yè)能力；同時還應(yīng)該具有人際交往、團(tuán)隊工作和交流以及在社會環(huán)境下構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)、運行系統(tǒng)的能力；并適合在IC、半導(dǎo)體器件與集成技術(shù)等相關(guān)領(lǐng)域從事設(shè)計、研發(fā)、工藝改進(jìn)、開發(fā)及生產(chǎn)組織管理等工作。

關(guān)鍵詞 半導(dǎo)體器件 技術(shù)基礎(chǔ)知識 個人能力和專業(yè)能力 團(tuán)隊工作

中圖分類號：G643 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2018.01.021

Exploration and Practice on Fostering Semiconductor

Devices Graduate Student

WU Lijuan， LEI Bing， ZHANG Yinyan

（School of Physics & Electronic Science， Changsha University of Science & Technology， Changsha， Hunan 410114）

Abstract Semiconductor Devices is a discipline based on microelectronics technology. The graduate students fostered in the discipline should have technical basis knowledge， such as semiconductor device design， microelectronics process， and electronic materials. The graduate students possess the personal and professional capacities with engaging in semiconductor device design， manufacturing， packaging， testing， development and production organization and management. Simultaneously， the graduate students should own the abilities which include interpersonal communication， team cooperation as well as conceiving， designing， implementing， and operating of the system in the social environment. It is acceptable for the graduate students to work with designing， research and development， process improvement， development and production organization in the field of IC， semiconductor devices and integration technology.

Keywords semiconductor devices； technical basis knowledge； personal and professional capacities； team work

0 前言

隨著當(dāng)今世界經(jīng)濟(jì)從工業(yè)化轉(zhuǎn)型為信息化發(fā)展階段的到來，微電子技術(shù)也迎來了前所未有的發(fā)展機(jī)遇，可以說，微電子技術(shù)是伴隨著當(dāng)今世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展而成長起來的高新技術(shù)，是信息產(chǎn)業(yè)的核心技術(shù)。[1-4]由微電子技術(shù)引發(fā)的微電子產(chǎn)業(yè)在國防建設(shè)、國民經(jīng)濟(jì)以及現(xiàn)代信息化社會中發(fā)揮著極其重要的戰(zhàn)略意義，但我國微電子產(chǎn)業(yè)與國際微電子產(chǎn)業(yè)的差距還很大，無論是產(chǎn)品質(zhì)量、技術(shù)水平還是綜合實力都無法與國際先進(jìn)水平相媲美。縱觀國內(nèi)各高校微電子專業(yè)的發(fā)展情況，大量培養(yǎng)高水平的微電子專業(yè)人才已經(jīng)是迫在眉睫。[5-6]

1技術(shù)基礎(chǔ)知識

半導(dǎo)體器件是集成電路的基本組成單元，是構(gòu)成整個微電子專業(yè)的基石。從事半導(dǎo)體器件研究的研究生同學(xué)，在進(jìn)行具體的產(chǎn)品研發(fā)工作前，必須要有為期一年的基礎(chǔ)性技術(shù)知識的學(xué)習(xí)。首先要求學(xué)生能夠理解基本的學(xué)科知識，能夠組建自己的知識體系，從而具備基本科學(xué)素養(yǎng)以及運用數(shù)理知識和方法的能力。其次就是應(yīng)用核心工程基礎(chǔ)知識和原理的能力。為此需要先修的主要有7門專業(yè)核心課程：固態(tài)電子論（固體物理與半導(dǎo)體物理）、微電子器件原理、微電子材料、微電子工藝（雙語）、IC版圖設(shè)計、集成電路封裝與測試。修完這7門專業(yè)課后，半導(dǎo)體器件的研究生還需要掌握微電子技術(shù)的基本理論和實驗技術(shù)：（1） 熟悉三類晶體管（PN結(jié)、雙極型晶體管、場效應(yīng)晶體管）的基本原理和工作特性；（2）MOS結(jié)構(gòu)高頻C-V特性測量，通過測量MOS結(jié)構(gòu)高頻C-V特性，確定sio2層厚度dox、襯底摻雜濃度N、可動電荷面密度Q1等參數(shù)。MOS結(jié)構(gòu)準(zhǔn)靜態(tài)C-V特性測量，通過測量MOS結(jié)構(gòu)低頻C-V特性，確定sio2層厚度界面態(tài)密度參數(shù)。

了解和掌握半導(dǎo)體材料制備技術(shù)、微電子器件與集成電路制造工藝技術(shù)，從而為微電子器件以及集成電路的設(shè)計制造奠定基礎(chǔ)。熟悉雙極型和MOS集成電路的制造工藝流程以及制造集成電路所涉及的材料、外延、氧化、摻雜、微細(xì)圖形加工等的原理與技術(shù)，從而推動學(xué)習(xí)集成電路的新工藝和新技術(shù)的進(jìn)程。具有電路設(shè)計與分析、工藝分析、器件性能分析和版圖設(shè)計等的基本能力。最后應(yīng)該具有高級工程基礎(chǔ)知識，即需要學(xué)生具備與微電子技術(shù)相關(guān)專業(yè)的技術(shù)知識和一定跨專業(yè)相關(guān)知識。

2個人能力和專業(yè)能力

在完成了技術(shù)基礎(chǔ)知識的積累后，半導(dǎo)體器件研究生就要重點培養(yǎng)個人能力和專業(yè)能力。利用器件，工藝仿真軟件Medici、Tsuprem4等和學(xué)院三個實訓(xùn)實驗室：（1）微電子工藝實驗室。該實驗室的主要作用是通過現(xiàn)場教學(xué)使學(xué)生掌握微電子器件的正向?qū)顟B(tài)以及反向阻斷態(tài)的工作原理以及如何對工藝參數(shù)進(jìn)行控制。其次，微電子工藝實驗室為學(xué)生的科研工作提供了實驗條件，使學(xué)生進(jìn)一步理解CMOS工藝，器件制備工藝、半導(dǎo)體材料制備工藝、MEMS傳感技術(shù)以及微系統(tǒng)的構(gòu)建工藝等。

（2）微系統(tǒng)封裝與測試實驗室。系統(tǒng)封裝（System in Package）一個或多個半導(dǎo)體器件（或無源元件）集成在一個工業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的半導(dǎo)體封裝內(nèi)按照技術(shù)類型劃分為四種工藝技術(shù)明顯不同的種類：芯片層疊型；模組型；MCM型和三維（3D）封裝型。該實驗室功能是用于微系統(tǒng)封裝與測試教學(xué)與科研。教學(xué)方面，承擔(dān)微電子專業(yè)集成電路封裝與測試課程實驗。科研方面，承擔(dān)縱向與橫向科研項目，研究內(nèi)容包括系統(tǒng)級封裝三維復(fù)雜結(jié)構(gòu)的電磁場、電特性、復(fù)雜混合信號完整性分析、電磁兼容、熱場分析建模、熱特性快速仿真以及熱效應(yīng)問題的優(yōu)化處理，封裝工藝以及器件可靠性與測試技術(shù)的研究。還包括各種可用于微系統(tǒng)封裝的基板材料及其封裝技術(shù)研究。

（3）集成電路設(shè)計實驗室。集成電路（Integrated Circuit，IC）是通過一系列特定加工工藝，將電感、電容、電阻等無源器件和二極管、三極管、晶體管等有源器件按照指定的電路圖相互連接，從而將這些器件集成在一塊半導(dǎo)體單晶片（如硅或碳化硅）上，然后用封裝技術(shù)進(jìn)行封裝，最終使得集成好的器件成為能夠達(dá)到特定電路性能指標(biāo)或執(zhí)行特定系統(tǒng)功能。該實驗室主要用于進(jìn)行集成電路設(shè)計教學(xué)和科研，教學(xué)方面主要承擔(dān)模擬集成電路設(shè)計、射頻集成電路設(shè)計、數(shù)字集成電路設(shè)計、FPGA/DSP技術(shù)等課程的實驗任務(wù)。相關(guān)設(shè)備：微電子工藝實驗室硬件平臺主要設(shè)備配置：高頻C-V測試儀、半導(dǎo)體靜電放電測試儀、高倍電子顯微鏡、阻抗分析儀、四探針導(dǎo)體/半導(dǎo)體電阻率測儀、高溫?zé)Y(jié)爐、氣氛爐、擴(kuò)散爐、勻膠鍍膜機(jī)、恒溫水浴箱、行星式球磨機(jī)及高低溫測試箱。微系統(tǒng)封裝與測試實驗室硬件平臺主要設(shè)備配置：金絲球焊線機(jī)、鋁絲球焊線機(jī)、手動貼片機(jī)、PCB電路板雕刻機(jī)、熱超聲焊機(jī)、半自動錫膏機(jī)、回流焊爐、手動探針測試臺、多功能壓焊臺、靜電測試儀、高低溫試驗箱、矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀、矢量信號發(fā)生器微波信號源、電子負(fù)載和混合信號測試平臺。集成電路設(shè)計實驗室硬件平臺主要設(shè)備配置：服務(wù)器一臺。具備基本的邏輯推理以及解決問題的能力，即發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、描述問題、解決問題的能力。其次是保持樂觀向上的學(xué)習(xí)態(tài)度，從而鼓勵自己積極鍛煉工程實踐所需的個人能力，即進(jìn)行工程實踐所需的應(yīng)變能力、創(chuàng)造力及如何進(jìn)行時間安排的能力、資源管理能力、項目管理能力和進(jìn)程管理能力；具有進(jìn)行專業(yè)技術(shù)文獻(xiàn)的檢索及學(xué)習(xí)能力；具有強(qiáng)烈的探索欲，對較難理解的問題有深入探索的勇氣和智慧；具備充分的主動性來提升自己在工程實際的存在感，激勵自己投入到工程實際中去；再次，提升在工程實踐中所需的職業(yè)能力，如與人交往所需的正直誠信、對待工作所需的責(zé)任感、在職場所需的職業(yè)道德；能在職業(yè)發(fā)展中獲得充分的主動權(quán)，積極主動地規(guī)劃個人職業(yè)發(fā)展；培養(yǎng)終身學(xué)習(xí)能力。

3人際交往能力、團(tuán)隊工作和交流

在具備了專業(yè)技術(shù)知識和個人、專業(yè)能力外，半導(dǎo)體專業(yè)的研究生在學(xué)習(xí)過程中還需要具有團(tuán)隊合作能力，即能在團(tuán)隊中領(lǐng)導(dǎo)或協(xié)作，能夠積極參與或組建團(tuán)隊。其次，應(yīng)具有有效的人際交流能力，即能通過傳統(tǒng)媒介方式，如書面表達(dá)、口頭描述等方式進(jìn)行溝通交流，也需要具有一定的交流溝通技巧，能借助新興媒體進(jìn)行有效溝通。最后具有他國語言交流能力，應(yīng)至少習(xí)得一門外國語言，能夠進(jìn)行書面或口頭的有效交流。

4在社會環(huán)境下構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)、運行系統(tǒng)的能力

這種能力首先是指在外部和社會環(huán)境中的生存能力，首先理解外部社會環(huán)境在工程實踐中的重要性，這就需要了解與本學(xué)科和相關(guān)學(xué)科的文化和歷史背景，進(jìn)而了解社會環(huán)境對工程的規(guī)范作用以及工程對社會環(huán)境的影響力，從而建立起正確的、積極健康的價值取向；其次是確認(rèn)工程師的角色與責(zé)任，能較快地適應(yīng)個人在工程中角色并積極承擔(dān)相應(yīng)的責(zé)任，能夠熟悉并融入到企業(yè)與商業(yè)環(huán)境、能夠兼收并蓄的欣賞不同企業(yè)文化，從而在企業(yè)中創(chuàng)造自身價值。最后能夠系統(tǒng)的構(gòu)思工程，能夠理解系統(tǒng)目標(biāo)和要求從而進(jìn)行有效的系統(tǒng)設(shè)計，了解與系統(tǒng)相關(guān)概念和結(jié)構(gòu)，參與或組織設(shè)計、實施、運行。

5 結(jié)論

半導(dǎo)體器件的研究生主要學(xué)習(xí)微電子技術(shù)的基本理論和基本知識，受到科學(xué)思維與科學(xué)實驗的基本訓(xùn)練，具有良好的科學(xué)素養(yǎng)，掌握半導(dǎo)體器件的設(shè)計、制造及封裝與測試所必需的基本理論與方法，具有器件設(shè)計與分析、器件性能分析、工藝分析和版圖設(shè)計等的基本能力和具有本學(xué)科及跨學(xué)科的技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用研究的基本能力。

基金項目：本文系長沙理工大學(xué)教學(xué)改革研究項目（項目編號：JG1666）的研究成果

參考文獻(xiàn)

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