導(dǎo)語(yǔ)：微電子工藝技術(shù)教學(xué)改革措施一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，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(shí)體系結(jié)構(gòu)，將虛擬仿真、項(xiàng)目式教學(xué)和校企協(xié)作育人等教學(xué)模式有機(jī)融入課程體系建設(shè)，構(gòu)建鏈條式的課程知識(shí)地圖和由價(jià)值觀塑造、知識(shí)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(shí)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(shí)應(yīng)用和工程實(shí)踐能力，培養(yǎng)專業(yè)責(zé)任感和家國(guó)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(wèn)題

微電子工藝技術(shù)是實(shí)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(zhǎng)、氧化、擴(kuò)散、離子注入、薄膜淀積、光刻和刻蝕等單項(xiàng)工藝，以及針對(duì)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(jī)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(shí)踐操作的綜合型課程。受傳統(tǒng)觀念和實(shí)驗(yàn)條件的限制，傳統(tǒng)培養(yǎng)模式存在以下問(wèn)題:

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

眾所周知，微電子技術(shù)的發(fā)展長(zhǎng)期遵循摩爾定律，即工藝節(jié)點(diǎn)大約每隔兩年更新一代。隨著特征尺寸進(jìn)入納米時(shí)代，新技術(shù)、新方法不斷涌現(xiàn)［5］，例如浸沒(méi)式光刻、極紫外(EUV)光源等。當(dāng)前5nm工藝節(jié)點(diǎn)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(shí)代，嚴(yán)重滯后于技術(shù)發(fā)展，缺乏對(duì)未來(lái)技術(shù)的引領(lǐng)。

1．2價(jià)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(gè)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(jià)值導(dǎo)向，不能將國(guó)家需求與個(gè)人發(fā)展緊密結(jié)合，投身集成電路行業(yè)的內(nèi)動(dòng)力不足。因此，如何在課程教學(xué)過(guò)程中融入思政教育，樹立正確的價(jià)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(wèn)題。

1．3實(shí)踐訓(xùn)練不足，解決問(wèn)題能力不強(qiáng)

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(tái)。同時(shí)，受超凈室和設(shè)備臺(tái)套數(shù)限制，且工藝實(shí)驗(yàn)過(guò)程涉及易燃易爆氣體、強(qiáng)酸強(qiáng)堿和高溫高壓，開展實(shí)踐教學(xué)困難重重［6］。盡管通過(guò)工藝視頻和現(xiàn)場(chǎng)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(duì)專業(yè)知識(shí)的深入理解和綜合運(yùn)用，造成理論與實(shí)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(wèn)題和適應(yīng)未來(lái)變化的能力不強(qiáng)。

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(jì)算機(jī)技術(shù)提供了超強(qiáng)的算力。同樣，計(jì)算機(jī)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(shí)空限制，實(shí)現(xiàn)以“學(xué)生為中心”的全方位、多元化的互動(dòng)教學(xué)新模式。對(duì)學(xué)生的考查也主要體現(xiàn)在期末的理論知識(shí)考試，缺乏對(duì)創(chuàng)新思維、實(shí)踐能力和專業(yè)綜合素質(zhì)的過(guò)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(duì)傳統(tǒng)培養(yǎng)模式存在的問(wèn)題，以及國(guó)家對(duì)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(xiàng)目式教學(xué)和產(chǎn)學(xué)研合作育人等教學(xué)模式有機(jī)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(guó)情懷和專業(yè)使命，將價(jià)值觀塑造、知識(shí)傳授和能力培養(yǎng)融為一體，實(shí)現(xiàn)“學(xué)生中心”的互動(dòng)教學(xué)新模式。課程改革的具體措施體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:

2．1優(yōu)化課程體系結(jié)構(gòu)，重視知識(shí)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(jī)械電子等多學(xué)科，內(nèi)容龐雜，知識(shí)點(diǎn)散亂。為此，課程團(tuán)隊(duì)仔細(xì)梳理學(xué)科知識(shí)體系，厘清知識(shí)點(diǎn)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(shí)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(guò)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(kuò)散與離子注入、光刻刻蝕、薄膜淀積與金屬化等單項(xiàng)工藝穿插于主脈絡(luò)。以循序漸進(jìn)、理論聯(lián)系實(shí)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(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)融入課程內(nèi)容，構(gòu)建如圖1所示的四層知識(shí)體系架構(gòu)。通過(guò)理論講授－虛擬仿真－工程實(shí)踐－綜合設(shè)計(jì)－理論分析的閉合環(huán)路學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)知識(shí)傳授和能力培養(yǎng)的雙重目的。經(jīng)過(guò)前三個(gè)層次的反復(fù)、交叉學(xué)習(xí)，學(xué)生對(duì)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(shí)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(xiàng)目式、進(jìn)階式課程綜合實(shí)驗(yàn)，促使學(xué)生完成知識(shí)吸收、內(nèi)部消化和創(chuàng)造性輸出過(guò)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(jiān)持立德樹人思想，培養(yǎng)學(xué)生家國(guó)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(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)，通過(guò)在發(fā)展歷程和關(guān)鍵工藝模塊部分有機(jī)穿插歷史和現(xiàn)實(shí)故事，培養(yǎng)學(xué)生質(zhì)疑精神和家國(guó)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(guó)芯”而努力奮斗。同時(shí)，從華為芯片禁令、麒麟系列芯片發(fā)布等熱點(diǎn)新聞中提煉思政元素，并將其有機(jī)融入課程教學(xué)內(nèi)容，構(gòu)建專業(yè)知識(shí)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(shí)，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(guò)組內(nèi)研討與分享匯報(bào)，指出我國(guó)微電子技術(shù)發(fā)展的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。經(jīng)過(guò)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(qiáng)芯夢(mèng)”價(jià)值觀。

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

集成電路是國(guó)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(duì)高素質(zhì)人才的需求，招生規(guī)模逐年擴(kuò)大。然而受超凈室和設(shè)備臺(tái)套數(shù)限制，按傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，無(wú)法合理安排實(shí)驗(yàn)。因此，本課程將虛擬現(xiàn)實(shí)和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)作為實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有益補(bǔ)充，采取虛實(shí)結(jié)合，著力解決實(shí)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(kuò)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(shí)驗(yàn)。以集成電路工藝實(shí)驗(yàn)室的真實(shí)環(huán)境和設(shè)備為基礎(chǔ)，以器件工藝實(shí)驗(yàn)為依托，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)真實(shí)再現(xiàn)半導(dǎo)體工藝制備的真實(shí)場(chǎng)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(shí)驗(yàn)平臺(tái)，核心工藝的部分框架如圖2所示。通過(guò)深挖實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象背后的微觀機(jī)制，學(xué)生不僅能夠深入理解集成電路芯片的完整工藝過(guò)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(shí)驗(yàn)室開發(fā)了清洗、氧化、光刻、刻蝕、擴(kuò)散、薄膜淀積與金屬化等相關(guān)工藝流程，編寫了實(shí)驗(yàn)教程和操作規(guī)程，讓學(xué)生通過(guò)實(shí)際操作和工藝實(shí)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(chǎng)實(shí)驗(yàn)的照片。學(xué)生在掌握基礎(chǔ)理論和關(guān)鍵工藝后，通過(guò)產(chǎn)學(xué)研合作和校企聯(lián)合，開展工藝工程實(shí)踐。由資深工藝工程師對(duì)集成電路制造的實(shí)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(shí)驗(yàn)室無(wú)法獲得的工藝技能，加深對(duì)基本概念、基本原理和核心技術(shù)的理解。通過(guò)構(gòu)建“虛擬仿真－工藝實(shí)踐－理論分析”虛實(shí)結(jié)合、理論聯(lián)系實(shí)際的實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)，培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐和解決問(wèn)題的能力。此外，通過(guò)與企業(yè)工程師的溝通交流，學(xué)生也了解到行業(yè)對(duì)集成電路人才的具體需求，主動(dòng)構(gòu)建專業(yè)理論和工程實(shí)際相結(jié)合的知識(shí)體系。

2．4注重學(xué)習(xí)過(guò)程考核，創(chuàng)建多維評(píng)價(jià)體系

課程以“學(xué)生中心，產(chǎn)出導(dǎo)向”為指導(dǎo)，開展全過(guò)程、多維度評(píng)價(jià)。將過(guò)程評(píng)價(jià)與終結(jié)評(píng)價(jià)相結(jié)合，注重基礎(chǔ)知識(shí)、創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力的考核，課程的總體評(píng)價(jià)如圖4所示。在課堂教學(xué)中，利用雨課堂、智慧樹、中國(guó)大學(xué)MOOC等現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和開放資源，通過(guò)課前預(yù)習(xí)、隨堂測(cè)試、課后作業(yè)等多種手段監(jiān)測(cè)學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程，及時(shí)反饋學(xué)習(xí)效果。實(shí)踐教學(xué)通過(guò)虛擬仿真平臺(tái)交互式評(píng)分、實(shí)踐操作評(píng)分和實(shí)驗(yàn)報(bào)告等多種考核模式，實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的全過(guò)程評(píng)價(jià)。課程綜合設(shè)計(jì)結(jié)合當(dāng)前微電子技術(shù)的學(xué)術(shù)前沿，設(shè)計(jì)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(píng)和指導(dǎo)教師點(diǎn)評(píng)相結(jié)合的方式，強(qiáng)化溝通交流?？傊菊n程從基礎(chǔ)知識(shí)理解、工藝實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和圖4課程教學(xué)的總體評(píng)價(jià)創(chuàng)新思維等多角度考查，使考核評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)更加客觀、全面和可靠。同時(shí)，重視學(xué)生的認(rèn)知、技能和情感等綜合素質(zhì)的評(píng)價(jià)，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生興趣和參與課程建設(shè)的積極性。經(jīng)過(guò)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(jiàn)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(tái)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(fèi)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(shí)長(zhǎng)合理、難度適宜，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的互動(dòng)過(guò)程激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)理論與實(shí)踐的融合，并強(qiáng)化了線下工藝實(shí)際操作能力，實(shí)現(xiàn)不同教學(xué)手段的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，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(wèn)題的能力明顯提高。

3結(jié)語(yǔ)

通過(guò)教學(xué)改革，課程在價(jià)值觀塑造、知識(shí)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(guò)將虛擬仿真、項(xiàng)目式教學(xué)和產(chǎn)學(xué)研協(xié)作育人等教學(xué)模式有機(jī)融入課程體系，強(qiáng)化了專業(yè)知識(shí)的深入理解和綜合運(yùn)用，提高了學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐能力，增強(qiáng)了學(xué)生的專業(yè)使命、工匠精神和家國(guó)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(qiáng)集成電路人才培養(yǎng)的意見(jiàn)，2016．

［2］鐘登華．新工科建設(shè)的內(nèi)涵與行動(dòng)［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(qiáng) 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(diǎn)實(shí)驗(yàn)