Silvaco TCAD仿真軟件的應(yīng)用對(duì)于學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)

黃瑋 徐振邦

摘要：高職院校學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)是重中之重，針對(duì)微電子專業(yè)學(xué)生，本文討論了工藝和器件仿真軟件Silvcaco在教學(xué)和創(chuàng)新實(shí)踐培養(yǎng)中的應(yīng)用，通過軟件的使用，使學(xué)生鍛煉了自己的分析能力，加強(qiáng)了對(duì)專業(yè)知識(shí)的認(rèn)知，提高了自身的實(shí)踐能力。

關(guān)鍵詞：Silvaco TCAD；實(shí)踐能力；仿真應(yīng)用

中圖分類號(hào)：G641 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2018）24-0246-02

一、引言

高等職業(yè)教育的培養(yǎng)目標(biāo)是造就適應(yīng)生產(chǎn)、建設(shè)、管理、服務(wù)第一線需要的高素質(zhì)技術(shù)應(yīng)用型人才。這就需要高度重視對(duì)于學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)，這也是在課程開發(fā)、人才培養(yǎng)方案制訂過程中需要重點(diǎn)考慮的方面。[1]

微電子專業(yè)學(xué)生主要研究的是集成電路芯片的設(shè)計(jì)、制造和應(yīng)用。由于集成電路芯片開發(fā)周期長，成本高，所以想要學(xué)生通過實(shí)際參與芯片開發(fā)的全過程是不太現(xiàn)實(shí)的。這種情況下，對(duì)于仿真軟件的使用就非常重要，一方面通過仿真過程，可以使學(xué)生更直觀地理解芯片開發(fā)中所涉及到的器件、工藝、設(shè)計(jì)等方面的相關(guān)知識(shí)，另一方面，在實(shí)際生產(chǎn)中，仿真軟件也在企業(yè)中大量使用，有助于企業(yè)進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)與開發(fā)，在教學(xué)中運(yùn)用仿真軟件也培養(yǎng)了學(xué)生的實(shí)際應(yīng)用能力，使學(xué)生今后可以更快地適應(yīng)工作崗位。

二、Silvaco TCAD軟件簡介

半導(dǎo)體仿真主要包括工藝仿真、器件仿真和電路仿真：工藝仿真可以實(shí)現(xiàn)離子注入、氧化、刻蝕、光刻等工藝過程的模擬，有助于設(shè)計(jì)新工藝流程，改善舊工藝流程；器件仿真可以實(shí)現(xiàn)電學(xué)特性仿真、性能參數(shù)的提取，可用于設(shè)計(jì)新型器件，改良傳統(tǒng)器件結(jié)構(gòu)；電路仿真可以對(duì)電路的時(shí)序、工作性能等進(jìn)行仿真，用于驗(yàn)證電路設(shè)計(jì)。

Silvaco TCAD軟件是由Silvaco公司出品的一款輔助設(shè)計(jì)工具，它主要包含了工藝仿真軟件Athena和器件仿真軟件Atlas，通過在軟件中設(shè)定相應(yīng)的工藝和器件參數(shù)，可以模擬實(shí)現(xiàn)器件或者電路制造的全流程，也可以對(duì)器件或者電路的性能進(jìn)行仿真驗(yàn)證分析，提取相關(guān)參數(shù)。[2]

三、Silvaco TCAD軟件在課程中的使用

隨著知識(shí)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的到來和高新技術(shù)的迅猛發(fā)展，社會(huì)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)正在發(fā)生不斷變化，一些新興行業(yè)隨之興起并日益發(fā)展。經(jīng)濟(jì)、社會(huì)的發(fā)展和學(xué)生個(gè)人的成長，要求高職院校的畢業(yè)生不僅要具有較強(qiáng)的專業(yè)能力，同時(shí)還要具備較高的社會(huì)適應(yīng)能力和可持續(xù)發(fā)展能力。在本校微電子專業(yè)人才培養(yǎng)中，專門安排了《集成電路工藝仿真》這一實(shí)訓(xùn)課程，學(xué)生集中學(xué)習(xí)和實(shí)訓(xùn)。主要任務(wù)是利用SILVACO TCAD軟件對(duì)集成電路工藝制程進(jìn)行仿真。根據(jù)前面學(xué)習(xí)的集成電路制造的工藝原理、方法及工藝中的主要參數(shù)等基本理論知識(shí)，設(shè)計(jì)二極管、NPN管和MOS管的工藝流程，并將其利用SILVACO軟件進(jìn)行仿真和優(yōu)化。

四、Silvaco軟件在創(chuàng)新項(xiàng)目中的運(yùn)用

為了更好地鍛煉學(xué)生的實(shí)踐能力，培養(yǎng)學(xué)生自行分析解決問題的能力，特別組織學(xué)生積極思考，申報(bào)江蘇省大學(xué)生創(chuàng)新課題。學(xué)生選擇利用Silvaco軟件對(duì)MOS器件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)。

在項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)過程中，小組成員分工合作，通過調(diào)研學(xué)習(xí)了解各種不同器件結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，從中選擇一種來進(jìn)行研究。研究過程中，小組成員在老師的指導(dǎo)下充分利用Silvaco軟件，首先對(duì)傳統(tǒng)的體硅MOS器件結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真，得到器件的伏安特性等，然后通過軟件模擬SOI器件結(jié)構(gòu)，將其器件性能與體硅MOS器件的性能進(jìn)行對(duì)比，在比較分析的基礎(chǔ)上，通過對(duì)于工藝和結(jié)構(gòu)參數(shù)的調(diào)整，來獲得更優(yōu)化的器件結(jié)構(gòu)。小組成員還在查閱資料的基礎(chǔ)上，加入了高K柵介質(zhì)材料，并經(jīng)過仿真，得到優(yōu)化的器件結(jié)構(gòu)。

學(xué)生在項(xiàng)目完成過程中，分工協(xié)作，明確自己的職責(zé)，同時(shí)相互協(xié)商，在開發(fā)過程中，雖然想法也會(huì)有差別，可以明確向其他成員展示自己的看法，相互溝通交流的能力得到提升，最終經(jīng)過完美的合作完成了任務(wù)。

通過這個(gè)綜合性較強(qiáng)的項(xiàng)目設(shè)計(jì)，鍛煉了學(xué)生分析處理數(shù)據(jù)的能力，鍛煉了學(xué)生創(chuàng)新開發(fā)的思維，也鍛煉了學(xué)生的合作能力。而且在項(xiàng)目開發(fā)研究過程中所獲得的經(jīng)驗(yàn)還可以用到今后的學(xué)習(xí)工作中。

教師在項(xiàng)目實(shí)踐過程中，要注重指引學(xué)生去實(shí)踐動(dòng)手，而不是代替學(xué)生去做，引導(dǎo)學(xué)生如何來對(duì)問題進(jìn)行分析，綜合討論，列出分析思路，再進(jìn)一步運(yùn)用軟件去驗(yàn)證自己的思路想法。

五、結(jié)語

高職院校學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)是現(xiàn)在高職教育的核心關(guān)鍵。對(duì)于微電子專業(yè)的學(xué)生來說，昂貴的全自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)成本，使學(xué)生實(shí)際參與生產(chǎn)過程的可能性微乎其微，而仿真軟件Silvaco TCAD的使用可以有效幫助學(xué)生理解生產(chǎn)和設(shè)計(jì)過程，并能全面地模擬仿真，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析論證，這使得學(xué)生對(duì)于專業(yè)的理解不再只是浮于表面，而是更加深入內(nèi)在本質(zhì)，在應(yīng)用軟件的過程中，學(xué)生能夠?qū)τ诠に嚄l件、器件結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行設(shè)定、調(diào)整，這也正是實(shí)際生產(chǎn)中需要完成的工作，對(duì)于學(xué)生今后適應(yīng)工作崗位有很大的幫助。

參考文獻(xiàn)：

[1]梁玉國.高職院校學(xué)生職業(yè)核心能力培養(yǎng)的思考與實(shí)踐[J].中國高教研究，2013，（03）：94-97.

[2]徐振邦.半導(dǎo)體器件物理[M].北京：電子工業(yè)出版社，2017.

[3]丁金昌.實(shí)踐導(dǎo)向的高職教育課程改革與創(chuàng)新[J].高等工程教育研究，2015，（01）：119-124.