導(dǎo)語：微電子工藝技術(shù)教學(xué)改革措施一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要:以“立德樹人”和“新工科”理念為指導(dǎo)，樹立以學(xué)生為中心，優(yōu)化課程知識體系結(jié)構(gòu)，將虛擬仿真、項目式教學(xué)和校企協(xié)作育人等教學(xué)模式有機融入課程體系建設(shè)，構(gòu)建鏈條式的課程知識地圖和由價值觀塑造、知識傳授和能力培養(yǎng)組成的閉合回路，打破了傳統(tǒng)觀念束縛和時空限制，推進(jìn)現(xiàn)代信息技術(shù)和產(chǎn)業(yè)與微電子工藝教學(xué)的深度融合，提升學(xué)生知識應(yīng)用和工程實踐能力，培養(yǎng)專業(yè)責(zé)任感和家國情懷。

關(guān)鍵詞:課程改革;新工科;課程思政;微電子工藝技術(shù)

1傳統(tǒng)培養(yǎng)模式存在的問題

微電子工藝技術(shù)是實現(xiàn)半導(dǎo)體器件和集成電路的制備技術(shù)，主要包括襯底制備、外延生長、氧化、擴散、離子注入、薄膜淀積、光刻和刻蝕等單項工藝，以及針對不同器件和電路開發(fā)的完整工藝流程。由于涉及物理、化學(xué)和機械電子等多學(xué)科，內(nèi)容繁雜，涉及面廣［3－4］?！拔㈦娮庸に嚰夹g(shù)”課程是一門注重實踐操作的綜合型課程。受傳統(tǒng)觀念和實驗條件的限制，傳統(tǒng)培養(yǎng)模式存在以下問題:

1．1教學(xué)內(nèi)容陳舊，未來技術(shù)引領(lǐng)乏力

眾所周知，微電子技術(shù)的發(fā)展長期遵循摩爾定律，即工藝節(jié)點大約每隔兩年更新一代。隨著特征尺寸進(jìn)入納米時代，新技術(shù)、新方法不斷涌現(xiàn)［5］，例如浸沒式光刻、極紫外(EUV)光源等。當(dāng)前5nm工藝節(jié)點已進(jìn)入量產(chǎn)，而微電子工藝的教材內(nèi)容還處在亞微米時代，嚴(yán)重滯后于技術(shù)發(fā)展，缺乏對未來技術(shù)的引領(lǐng)。

1．2價值引領(lǐng)不夠，專業(yè)使命有待提高

當(dāng)前，學(xué)生不是以興趣和個人志向，而是以就業(yè)難易程度選擇專業(yè)，未形成明確的價值導(dǎo)向，不能將國家需求與個人發(fā)展緊密結(jié)合，投身集成電路行業(yè)的內(nèi)動力不足。因此，如何在課程教學(xué)過程中融入思政教育，樹立正確的價值觀，提升學(xué)生的專業(yè)使命和歷史責(zé)任感，這也當(dāng)前集成電路人才培養(yǎng)亟待解決的問題。

1．3實踐訓(xùn)練不足，解決問題能力不強

由于集成電路行業(yè)的高投入，普通高校難以搭建較為先進(jìn)、完整的集成電路制造工藝平臺。同時，受超凈室和設(shè)備臺套數(shù)限制，且工藝實驗過程涉及易燃易爆氣體、強酸強堿和高溫高壓，開展實踐教學(xué)困難重重［6］。盡管通過工藝視頻和現(xiàn)場觀摩等環(huán)節(jié)可提升學(xué)生的直觀感受，仍難以達(dá)到對專業(yè)知識的深入理解和綜合運用，造成理論與實踐相互脫節(jié)。因此，需要領(lǐng)軍企業(yè)和行業(yè)的大力支持與持續(xù)投入，產(chǎn)教深度融合。然而，當(dāng)前的產(chǎn)教融合尚處在間歇階段，融而不深，合而不暢，以需求為導(dǎo)向的集成電路人才培養(yǎng)模式還不夠健全，學(xué)生解決問題和適應(yīng)未來變化的能力不強。

1．4授課方式單一，多元考核模式缺乏

微電子工藝的革新為計算機技術(shù)提供了超強的算力。同樣，計算機和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展也極大地促進(jìn)了教學(xué)模式的多樣化。然而，目前的半導(dǎo)體工藝技術(shù)課程仍以教師講授為主，未能突破傳統(tǒng)觀念束縛和時空限制，實現(xiàn)以“學(xué)生為中心”的全方位、多元化的互動教學(xué)新模式。對學(xué)生的考查也主要體現(xiàn)在期末的理論知識考試，缺乏對創(chuàng)新思維、實踐能力和專業(yè)綜合素質(zhì)的過程考核，使得學(xué)生僅僅關(guān)注理論學(xué)習(xí)，而忽略了專業(yè)綜合素質(zhì)的培養(yǎng)。

2改革思路及具體措施

針對傳統(tǒng)培養(yǎng)模式存在的問題，以及國家對集成電路人才“保量提質(zhì)”的重大需求，本課程緊密結(jié)合專業(yè)特色，將虛擬仿真、項目式教學(xué)和產(chǎn)學(xué)研合作育人等教學(xué)模式有機融入課程建設(shè)體系，形成“學(xué)生中心、產(chǎn)出導(dǎo)向、持續(xù)改進(jìn)”的教育教學(xué)理念。深挖課程思政元素，培養(yǎng)學(xué)生家國情懷和專業(yè)使命，將價值觀塑造、知識傳授和能力培養(yǎng)融為一體，實現(xiàn)“學(xué)生中心”的互動教學(xué)新模式。課程改革的具體措施體現(xiàn)在以下幾個方面:

2．1優(yōu)化課程體系結(jié)構(gòu)，重視知識理解應(yīng)用

由于“微電子工藝技術(shù)”課程涉及物理、化學(xué)和機械電子等多學(xué)科，內(nèi)容龐雜，知識點散亂。為此，課程團隊仔細(xì)梳理學(xué)科知識體系，厘清知識點和課程間的邏輯關(guān)系，構(gòu)建鏈條式、進(jìn)階式的課程知識地圖。鑒于硅基CMOS工藝在當(dāng)前集成電路中的核心地位，以當(dāng)前主流的CMOS工藝為脈絡(luò)，通過Intel14nm工藝的CPU為導(dǎo)引，引出“微電子工藝技術(shù)”的教學(xué)內(nèi)容和行業(yè)地位。將晶圓制備、氧化、擴散與離子注入、光刻刻蝕、薄膜淀積與金屬化等單項工藝穿插于主脈絡(luò)。以循序漸進(jìn)、理論聯(lián)系實際的學(xué)習(xí)規(guī)律為主線，整合優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源，將學(xué)科前沿和行業(yè)最新動態(tài)實時融入課程內(nèi)容，構(gòu)建如圖1所示的四層知識體系架構(gòu)。通過理論講授－虛擬仿真－工程實踐－綜合設(shè)計－理論分析的閉合環(huán)路學(xué)習(xí)，實現(xiàn)知識傳授和能力培養(yǎng)的雙重目的。經(jīng)過前三個層次的反復(fù)、交叉學(xué)習(xí)，學(xué)生對微電子工藝技術(shù)的基本模塊和完整工藝流程有了清晰地認(rèn)識和理解。在此基礎(chǔ)上，以最新學(xué)術(shù)成果為導(dǎo)向，構(gòu)建項目式、進(jìn)階式課程綜合實驗，促使學(xué)生完成知識吸收、內(nèi)部消化和創(chuàng)造性輸出過程，提升學(xué)生專業(yè)素養(yǎng)和創(chuàng)新精神。圖1微電子工藝技術(shù)的四層體系結(jié)構(gòu)

2．2堅持立德樹人思想，培養(yǎng)學(xué)生家國情懷

本課程始終以“專業(yè)育人、德育樹人”為中心，利用微電子工藝技術(shù)與產(chǎn)業(yè)界連接緊密、實踐性強的特點，通過在發(fā)展歷程和關(guān)鍵工藝模塊部分有機穿插歷史和現(xiàn)實故事，培養(yǎng)學(xué)生質(zhì)疑精神和家國情懷。以優(yōu)秀校友投身航天事業(yè)的發(fā)展經(jīng)歷為例，發(fā)揮榜樣力量，培養(yǎng)學(xué)生樹立遠(yuǎn)大理想，為“中國芯”而努力奮斗。同時，從華為芯片禁令、麒麟系列芯片發(fā)布等熱點新聞中提煉思政元素，并將其有機融入課程教學(xué)內(nèi)容，構(gòu)建專業(yè)知識的“思政網(wǎng)”，激發(fā)學(xué)生專業(yè)使命和勇于創(chuàng)新的奮斗精神。例如，在講授光刻刻蝕工藝模塊時，組織學(xué)生分組調(diào)研核心技術(shù)和設(shè)備的發(fā)展現(xiàn)狀，通過組內(nèi)研討與分享匯報，指出我國微電子技術(shù)發(fā)展的機遇與挑戰(zhàn)。經(jīng)過思政元素的“調(diào)味”，激發(fā)學(xué)生投身奉獻(xiàn)集成電路行業(yè)的熱忱，構(gòu)筑突破封鎖、自主創(chuàng)新的“強芯夢”價值觀。

2．3實踐教學(xué)虛實結(jié)合，校企導(dǎo)師聯(lián)合培養(yǎng)

集成電路是國家戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)，行業(yè)人才缺口巨大，為滿足集成電路產(chǎn)業(yè)對高素質(zhì)人才的需求，招生規(guī)模逐年擴大。然而受超凈室和設(shè)備臺套數(shù)限制，按傳統(tǒng)實驗教學(xué)模式，無法合理安排實驗。因此，本課程將虛擬現(xiàn)實和計算機輔助設(shè)計技術(shù)作為實驗教學(xué)的有益補充，采取虛實結(jié)合，著力解決實踐教學(xué)面臨的困難與挑戰(zhàn)，提高課程教學(xué)的質(zhì)量與效果。使用TCAD軟件，編撰氧化、擴散與離子注入、光刻刻蝕、薄膜淀積等關(guān)鍵模塊和工藝集成的仿真實驗。以集成電路工藝實驗室的真實環(huán)境和設(shè)備為基礎(chǔ)，以器件工藝實驗為依托，利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)真實再現(xiàn)半導(dǎo)體工藝制備的真實場景［7］，開發(fā)了集成核心工藝步驟、開放式的微電子工藝虛擬仿真實驗平臺，核心工藝的部分框架如圖2所示。通過深挖實驗現(xiàn)象背后的微觀機制，學(xué)生不僅能夠深入理解集成電路芯片的完整工藝過程，而且能夠找出影響器件和電路仿真結(jié)果的關(guān)鍵因素。圖2此外，工藝實驗室開發(fā)了清洗、氧化、光刻、刻蝕、擴散、薄膜淀積與金屬化等相關(guān)工藝流程，編寫了實驗教程和操作規(guī)程，讓學(xué)生通過實際操作和工藝實踐，親身感受微電子工藝制備的工作環(huán)境和工藝流程。圖3為學(xué)生開展虛擬仿真和現(xiàn)場實驗的照片。學(xué)生在掌握基礎(chǔ)理論和關(guān)鍵工藝后，通過產(chǎn)學(xué)研合作和校企聯(lián)合，開展工藝工程實踐。由資深工藝工程師對集成電路制造的實踐課題進(jìn)行剖析，并結(jié)合理論深入分析，使學(xué)生獲得在課堂和實驗室無法獲得的工藝技能，加深對基本概念、基本原理和核心技術(shù)的理解。通過構(gòu)建“虛擬仿真－工藝實踐－理論分析”虛實結(jié)合、理論聯(lián)系實際的實踐教學(xué)平臺，培養(yǎng)學(xué)生動手實踐和解決問題的能力。此外，通過與企業(yè)工程師的溝通交流，學(xué)生也了解到行業(yè)對集成電路人才的具體需求，主動構(gòu)建專業(yè)理論和工程實際相結(jié)合的知識體系。

2．4注重學(xué)習(xí)過程考核，創(chuàng)建多維評價體系

課程以“學(xué)生中心，產(chǎn)出導(dǎo)向”為指導(dǎo)，開展全過程、多維度評價。將過程評價與終結(jié)評價相結(jié)合，注重基礎(chǔ)知識、創(chuàng)新思維和實踐能力的考核，課程的總體評價如圖4所示。在課堂教學(xué)中，利用雨課堂、智慧樹、中國大學(xué)MOOC等現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和開放資源，通過課前預(yù)習(xí)、隨堂測試、課后作業(yè)等多種手段監(jiān)測學(xué)生學(xué)習(xí)過程，及時反饋學(xué)習(xí)效果。實踐教學(xué)通過虛擬仿真平臺交互式評分、實踐操作評分和實驗報告等多種考核模式，實現(xiàn)對實驗教學(xué)的全過程評價。課程綜合設(shè)計結(jié)合當(dāng)前微電子技術(shù)的學(xué)術(shù)前沿，設(shè)計新型半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)和相應(yīng)的制備工藝流程，并基于模擬仿真工具進(jìn)行分析和優(yōu)化，采用組內(nèi)學(xué)生研討、組間互評和指導(dǎo)教師點評相結(jié)合的方式，強化溝通交流?？傊菊n程從基礎(chǔ)知識理解、工藝實驗設(shè)計和圖4課程教學(xué)的總體評價創(chuàng)新思維等多角度考查，使考核評價環(huán)節(jié)更加客觀、全面和可靠。同時，重視學(xué)生的認(rèn)知、技能和情感等綜合素質(zhì)的評價，充分調(diào)動學(xué)生興趣和參與課程建設(shè)的積極性。經(jīng)過十年的課程建設(shè)和三年的教學(xué)改革，依據(jù)學(xué)生反饋意見和建議不斷完善，本課程的教學(xué)效果明顯提升。自2020年起，集成電路核心工藝的虛擬仿真平臺面向青海民族大學(xué)和天津市職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)免費開放。目前，已累積服務(wù)校內(nèi)外學(xué)生超3000人次，校內(nèi)外師生普遍反映:本課程內(nèi)容緊湊、時長合理、難度適宜，虛擬仿真實驗的互動過程激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)理論與實踐的融合，并強化了線下工藝實際操作能力，實現(xiàn)不同教學(xué)手段的優(yōu)勢互補，提高了微電子工藝課程的整體教學(xué)效果，學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力明顯提高。

3結(jié)語

通過教學(xué)改革，課程在價值觀塑造、知識傳授與能力培養(yǎng)，以及教學(xué)模式革新等方面取得了顯著成效。通過將虛擬仿真、項目式教學(xué)和產(chǎn)學(xué)研協(xié)作育人等教學(xué)模式有機融入課程體系，強化了專業(yè)知識的深入理解和綜合運用，提高了學(xué)生動手實踐能力，增強了學(xué)生的專業(yè)使命、工匠精神和家國情懷，為“微電子工藝技術(shù)”課程教學(xué)和集成電路人才培養(yǎng)的新模式提供了有益的參考。

參考文獻(xiàn):

［1］教育部．教育部等七部門關(guān)于加強集成電路人才培養(yǎng)的意見，2016．

［2］鐘登華．新工科建設(shè)的內(nèi)涵與行動［J］．高等工程教育研究，2017(03):1-6．

作者：謝生 蘭馗博 徐江濤 劉強 韓旭 單位：天津大學(xué)微電子學(xué)院 天津市成像與感知微電子技術(shù)重點實驗