微電子工藝學課程教學方式改革探究

謝海情 劉剛 唐俊龍

摘? 要 微電子工藝學對于半導體領域的發展起到至關重要的作用。通過本課程的學習，了解和掌握半導體材料制備技術、微電子器件與集成電路制造工藝原理與技術，為微電子器件和集成電路的設計和制造奠定基礎。從教學手段、實踐能力和考核方法三個方面對課程教學進行改革，增加學生學習興趣，提高教學質量。

關鍵詞 微電子工藝學;教學改革;仿真實驗;多媒體

中圖分類號：G642.0? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2021）06-0092-03

Research on Teaching Method Reform of Microelectronics Technology//XIE Haiqing， LIU Gang， TANG Junlong

Abstract Microelectronics Technology plays an important role in the development of the semiconductor field. Through the study of this?course， understand and master the semiconductor material prepara-tion technology， microelectronic device and integrated circuit manufacturing process principles and technologies， and lay the foundation?for the design and manufacture of microelectronic devices and inte-grated circuits. This article reforms the curriculum teaching from three aspects of teaching methods， practical ability and assessment methods， to increase students’ interest in learning and improve tea-ching effects.

Key words microelectronics technology; teaching reform; simula-tion experiment; multimedia

0 引言

縱觀人類文明發展歷程，不難發現人類生活水平的提高和生活方式的轉變與科技發展有著密切聯系。隨著信息時代的到來，集成電路的迅猛發展推動了科技的進步[1]，而在微電子器件和集成電路設計制造過程中形成的微電子工藝學更是集成電路制備的關鍵，成為研究的熱點。我國的集成電路產業發展較晚，為了扭轉我國集成電路產業當前的不利地位，國家在集成電路產業投入大量的人力、物力資源，以加速我國集成電路產業的發展。而微電子工藝學也成為諸多高校微電子學科必開的課程之一，致力于培養集成電路工藝人才[2]。為了提高學生對微電子工藝知識的掌握，本文針對微電子工藝學教學中存在的問題，探索對微電子工藝學教學方法進行改革[3]。

1 教學現狀和主要問題

教學手段單一? 大部分有條件的高校都在教室中安裝多媒體，希望利用多媒體的靈活性和多樣性來豐富教學內容。然而，微電子工藝學這門學科注重的是對集成電路制造工藝流程的解析，通過單獨分析氧化、離子注入、光刻等工藝流程，讓學生充分理解集成電路的工藝原理，以培養學生對集成電路制造工藝進行分析和設計的能力，但是大部分采用放映PPT教學，形式單一。雖然PPT相對于傳統的板書教學更加靈活多樣，但是其本質也只是把紙質課本換成電子課本，不利于提高學生在課堂上的積極性和創造性，更無法將所學知識與實際相聯系。面對復雜、繁多甚至是三維立體的工藝流程[4]，僅憑PPT一種教學手段不能滿足微電子工藝學的教學要求，無法給予學生更客觀與立體的認識，使學生形成完整和系統的概念。

另外，根據以往的教學經驗，教材更多的是對技術的介紹，涉及工藝原理較少，比如教材對擴散摻雜工藝只作了簡單描述，對其原理的介紹少之又少，導致學生無法更好地去掌握關鍵工藝的原理和物理基礎。此外，教學過程中也缺乏因材施教，沒有讓學生更好地抓住側重點，也沒有使學生養成自主查閱文獻的好習慣，失去更好地了解前沿知識的機會。

缺少對學生獨立思考能力的培養? 我國教育長期以來的一個不足就是缺乏對學生獨立思考的學習能力的培養。在傳統教學工作中，教師教學更多是以《微電子工藝學》教材內容為主，向學生傳授理論知識，注重整個微電子工藝知識構架的培養。在傳統應試教育的培養下，大多數學生只會被動地跟著教師的觀點走，跟著書本的觀點走，一方面是教師忽視了對學生思維方法的培養，另一方面是學生已經習慣了慢慢灌輸，不去發現問題、解決問題，僅僅接受教師的觀點。在這種教學模式下，教師就要求學生死記硬背以教材為準的教學內容，而對一些新穎美妙的構思往往不僅不給予鼓勵，反而常常認為是異想天開，久而久之，學生的創新性思維也逐漸消磨殆盡。而微電子工藝學課程有著知識點廣、跨越性強的特點，如果只是讓學生被動地學習知識，不僅會使學習效率低下，而且學到的知識不進行深度思考，就無法真正理解微電子工藝學的知識體系。另外，在課堂教學中，部分教師存在對學生發展認同不夠、組織教學能力不夠、互助意識淡薄、責任心不強等問題，如果只是簡單地把知識灌輸給學生，就會更加讓學生喪失學習的主動性。隨著信息科技的發展，人們重復性的體腦力活動正在日益遞減，從而有更多時間去運用創造性思維，然而深受灌輸式教學方式及部分教師教學能力不夠的影響，大大限制了學生獨立學習思考能力的培養。

考核方式脫離實際? 現今微電子工藝學課程考核方式以權重高的期末筆試為主，由授課教師親自出題，重點考查工藝中的氧化、淀積、擴散、光刻和集成電路生產流程，學生總成績主要由平時成績（考勤、作業）和期末考試成績按一定比例決定[5-7]。這種以期末考試為主的形式單一的考核方式存在許多弊端，學生一旦發揮失常，無法體現真實水平。另外，最終考核的內容更加偏重的是理論知識，而其實更應該注重的設計和分析集成電路工藝的能力卻被忽視，學生只是理解概念性的知識，簡單了解集成電路的工藝流程，并不知道工藝的具體操作流程和注意事項，無法培養分析工藝問題、解決工藝問題、提高良品率的能力。

2 教學改革的幾點建議

豐富教學手段? 隨著社會的不斷進步，半導體領域技術發展越來越快，而教材更新顯然跟不上技術發展的速度。因此，教師除了依托教材向學生介紹半導體制造工藝的基本概念和微電子工藝學技術方面的內容外，還需對現今教材中涉及很少的離子注入的原理以及氧化過程中雜質對器件特性的影響進一步加以補充說明。此外，教師必須加強對相關專業知識的涉獵與積累，任何技術的發展與進步都離不開知識的交流與碰撞。在微電子工藝學課堂教學過程中會涉及復雜的工藝制造過程，而僅僅利用PPT是完全不夠的，無法讓學生有直觀清晰的認識。因此，在課程教學中可以通過增加一些動態的或者是芯片生產過程中的三維立體工藝流程等多媒體視頻，向學生講解工藝制造過程，充分引起學生的興趣，調動學生的積極性。

與傳統的課堂教學模式相比，加入多媒體動畫視頻，可以更加生動形象地向學生講解枯燥的理論知識，讓學生更加簡單明了地理解知識。此外，對于復雜的工藝流程內容，視覺沖擊力更強的多媒體視頻也能幫助教師在教學過程中突出教學重點，起到事半功倍的效果。多媒體教學的運用也可以很好地解決微電子工藝學內容多、課時少的現象，讓學生在短暫的課堂教學時間內掌握更多的知識，提高教學效率。同時，在課外可以讓學生對集成電路大生產中的新工藝技術現狀進行調研，了解微電子工藝前沿動態和我國集成電路產業自給率不足的現狀，既可以鍛煉學生親自動手查閱整理相關資料的能力，也延伸了課堂時間。當前新器件、新工藝、新材料不斷涌現，為集成電路的發展帶來新的挑戰和機遇，而微電子工藝是集成電路的一個重要組成部分，只有充分了解這門學科的重要性，才會提高學生的學習主動性，有效改善教學效果。

實踐創新能力的培養? 根據微電子工藝學課程的實際需要，將理論教學與實踐相結合。在培養學生實際應用能力的過程中增加相關課程設計的實驗，利用ISE TCAD和TSUPREM-4兩大工藝仿真軟件進行仿真實驗，如根據給出的工藝條件設計mos管，給出仿真結果，最后以報告的形式進行提交。每一組實驗還可以讓學生制作PPT給大家講解答辯，增強學生之間的協作，在答辯過程中提出問題進行討論，更能在今后的學習中學會分析處理問題。這樣不僅可以豐富工藝實驗教學的內容，而且能夠讓學生明確了解半導體工藝的制造流程，從氧化、淀積、外延、光刻、離子注入等步驟，把工藝的流程具體化，通過軟件實現一個器件的具體模型，并對其特性進行仿真，真正從根本上了解器件的工作原理。這種教學模式鍛煉了學生的動手能力，也讓學生掌握了分析處理問題的方法，提高了學生的創造力和學習積極性。更重要的是，學生在親自動手實驗的過程中利用微電子工藝知識使用ISE TCAD和TSUPREM-4等工藝仿真軟件進行仿真實際操作，鞏固了知識理論，更為以后的科研和工作打下堅實基礎。

改善傳統的考核方式? 傳統的微電子工藝學課程考核過程以課堂表現與期末成績為主，只注重學生對理論知識的掌握。為了改善這個狀況，微電子工藝學課程的成績應該以前沿調研報告、理論考試和課程設計三部分組成。教師需要提出一些合適的器件結構，讓學生以小組為單位選取，并在規定的時間內完成該器件的仿真、工藝設計等流程，最后進行考核。學生需要現場進行仿真演示，教師根據器件的設計、仿真完成度進行評分。微電子工藝課程成績由這三部分成績組合而成，這樣可以全面考查學生的基礎知識、分析問題以及解決問題的能力，達到微電子工藝學的教學要求。

3 結語

微電子工藝學是電子科學與技術本科專業的重要課程之一，改革微電子工藝學課程教學，提高教學質量，對推動我國半導體領域發展具有深遠意義。它的改革不是一蹴而就的，一方面需要豐富教學手段，提高學生的學習主動性;另一方面要培養學生的實踐創新能力。唯有雙管齊下，才能夠實現提高課程教學質量的目標，培養出滿足時代要求、具有較高創新能力的應用型人才。

參考文獻

[1]張倩.集成電路產業的發展現狀與趨勢研究[J].集成電路應用，2019（9）：1-3.

[2]肖丙剛，王秀敏，趙吉祥.研究性教學在“微電子學導論”課程中的探索與實踐[J].中國電力教育，2009（19）：71-72.

[3]李書艷，趙旺，劉超.“微電子工藝”課堂教學方法的改革[J].教育教學論壇，2016（49）：212-213.

[4]張瑞，姚凌江，吳向文.運用混合式立體化教學模式培養應用型創新人才：《微電子工藝》課程教學的改革與實踐[J].現代教育技術，2010（1）：77-81.

[5]羅小蓉，張波，李肇基.《微電子工藝》的理論教學與學生實踐能力培養[J].實驗科學與技術，2007（1）：77-79.

[6]樊路嘉，陳德英.微電子專業生產實習課程的改革與實踐[J].實驗室研究與探索，2002（5）：138-140.

[7]王蔚，田麗，付強.微電子工藝課/實驗/生產實習的整合研究[J].中國現代教育裝備，2012（23）：47-49.

*基金項目：2019年度湖南省普通高等學校教學改革研究項目“電子信息類專業本科生創新能力培養模式探索與實踐”（項目編號：2019-257）;2019年長沙理工大學學位與研究生教育改革研究項目“產學研模式下的集成電路方向研究生培養機制研究與實踐”（項目編號：JG2019YB20）。

作者：謝海情，長沙理工大學物理與電子科學學院，副教授，研究方向為微光電子器件與系統集成和專用集成電路設計;劉剛，長沙理工大學物理與電子科學學院，研究方向為微光電器件與集成技術;唐俊龍，長沙理工大學物理與電子科學學院，副教授，研究方向為嵌入式系統和集成電路芯片設計（410114）。