時間:2023-05-30 08:54:57
開篇:寫作不僅是一種記錄,更是一種創造,它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感,將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇微電子專業,希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友,陪伴您不斷探索和進步。
微電子技術專業簡介 本專業培養德、智、體、美全面發展,具有良好職業道德和人文素養,掌握微電子學基礎知識,具備集成電路設計、生產、應用開發及營銷等能力,從事集成電路設計、FPGA 應用與開發、集成電路生產、電子產品開發以及 IC 產品營銷和技術支持等工作的高素質技術技能人才。
主干課程:電子技術基礎、集成電路工藝原理、集成電路封裝與測試基礎、硬件描述語言(Verilog/VHDL)、數字系統設計、IC 設計方法、數字系統 CAD、FPGA 應用開發、集成電路版圖設計等。
本專業學生畢業后可在集成電路制造廠家、集成電路設計中心以及通信和計算機等信息科學技術領域從事開發和研究工作。
微電子技術專業就業方向有哪些 就業方向:電子類企事業單位:半導體集成電路芯片制造、產品檢測、產品封裝、版圖設計、質量控制、生產管理、設備維護及技術研發。
學生可選擇到中、高等職業院校從事專業教學和管理工作,或到集成電路制造廠家、集成電路設計中心以及通信和計算機等信息科學技術領域從事研究、開發及管理等工作,也可選擇微電子科學與工程、固體電子學、通信、計算機科學等學科繼續深造,攻讀碩士研究生。
微電子技術專業主要職業能力 1.具備對新知識、新技能的學習能力和創新創業能力;
2.具備熟練使用通用電子儀器、儀表及集團電路相關測試設備的能力;
3.具備電子系統組裝調試能力;
4.具備從事集成電路應用推廣工作的能力和銷售能力;
5.掌握數字系統 Verilog/VHDL 編程及調試技能;
6.掌握集成電路前端(邏輯綜合)/后端工具(自動布局布線)的使用方法;
7.掌握集成電路版圖工具的使用方法;
8.掌握 FPGA 設計工具的使用方法;
關鍵詞:微電子學;預實驗;開放式實驗
作者簡介:梁海蓮(1979-),女,江西高安人,江南大學物聯網工程學院、信息與控制實驗教學中心,講師;趙琳娜(1979-),女,天津人,江南大學物聯網工程學院、信息與控制實驗教學中心,講師。(江蘇 無錫 214122)
基金項目:本文系江蘇省研究生教育教學改革研究與實踐課題(課題編號:YJG08_YB26)的研究成果。
中圖分類號: G642.423 文獻標識碼:A 文章編號:1007-0079(2013)20-0092-02
隨著社會的飛速發展,傳統封閉式、單向傳輸的課程教學模式,已不能適應現代社會發展的需要。近年來,多數高校正積極開展面向高校、企業與科研中心一體化的“產學研”相結合的課程教學改革。[1]
作為電子信息產業核心技術之一的微電子技術,已經成為現代電子信息技術,是當前計算機和通訊技術發展的主要驅動力。[2]作為微電子學專業核心課程之一的“微電子專業實驗”,所涉及的基礎理論知識面較廣,涵蓋了“電路”、“模擬電子技術”、“數字電子技術”、“模擬集成電路”、“數字集成電路”、“半導體物理”、“半導體器件物理”、“電子設計CAD”、“集成電路封裝、制造”等多門專業課程知識。鑒于該課程所需實驗設備儀器種類較多、測控要求高、儀器價格昂貴、維護成本高等特點,且受人力、物力的限制,課程中不同實驗所需配套設備購置數量較少。然而隨著微電子產業對專業人才需求的不斷增大,所需人才技能水平日益提高,高校在面向社會、面向未來,構建研究型綜合大學的奮斗目標下,必須提高人才培養效率,改變傳統教學模式,從根本上解決學生人數多、實驗時間短、實踐技能提升緩慢等現實問題,這是課程教學改革的關鍵。
基于上述“微電子專業實驗”的課程特點與現實受限因素,迫切需要針對實驗教學內容、實驗教學方式和實驗管理制度等方面進行改革與創新。這是因為實驗教學在高校人才培養過程中起著非常重要的作用,是連接知識與實踐、實踐與創新,并使理論知識向實踐能力轉化的重要橋梁。[3]為踐行研究型綜合大學與時俱進的教學理念,[4]在“微電子專業實驗”課程教學改革中,以提高學生的綜合素質為目標,以學生為主體,在實驗教學內容、實驗過程、實驗管理等方面進行了開放式微電子專業實驗課程教學,并取得了良好的教學效果。
一、實驗教學內容的設計與完善
針對該課程實驗內容系統性強、理論知識抽象復雜的特點,為使學生在進入實驗環節之前,對理論知識有一個形象、直接的感觸體驗,提高學生實驗探索的興趣,設計了一套相關實驗所需理論知識的預實驗系統。該系統結合電子設計CAD、專業仿真軟件、動畫演示等,將抽象復雜的專業理論知識形象化,有助于強化學生對理論知識的理解,較好地實現理論與實驗相結合的過渡銜接。通過理論知識復習和預實驗,既可有效促進學生對理論的理解,又能讓學生在預實驗中掌握下一步實驗過程中的操作技巧,還能為學生獲得新的理論知識打下良好的基礎。
經初步嘗試,整套預實驗系統中的電路仿真軟件Multisim、印制版電路仿真軟件Protel、FPGA嵌入式系統設計、虛擬電子實驗室Labview,以及電路系統功能仿真軟件MATLAB、集成電路系統仿真軟件HSPICE、Cadence電子設計軟件及半導體器件仿真TCAD等軟件,可實現微電子專業實驗從單個器件向電路模塊乃至整個電路系統,從前端系統功能設計向后端電路制作及電路性能驗證的全功能預實驗仿真。借助上述預實驗系統,一方面可以加深學生對電路結構、原理的認識與理解;另一方面還能訓練學生熟練地使用儀器,掌握正確的測量方法,提升學生的實驗數據分析與鑒別能力,還有利于減少實驗損傷,提高實驗效率。
二、實驗管理制度的設計與完善
雖然上述預實驗在一定程度上有助于提高實驗效率,但在提高學生動手能力、專業技能等方面尚有欠缺。為了進一步解決微電子專業實驗儀器精密、貴重且量少,操控較為復雜、耗時費力等問題,仍需改革原有的實驗管理制度,改變實驗管理方法,提高儀器的使用效率。
針對微電子專業實驗儀器精密、貴重、數量較為單一的特點,在購置相關儀器時,建立了專業對口教師采購、運行并維護的主負責管理制度,同時配備該儀器適用專業方向的研究生,經專業培訓上崗,輔助指導實驗學生正確操控、使用儀器。在新置儀器運行之前,要求廠家針對專業對口主負責教師和若干輔助測控的研究生進行系統運行、維護、管理培訓,培訓后主負責教師針對“微電子專業實驗”課程的培養人數、課程日程、學分等情況,制定了學生實驗分組、分時計劃,并相應指定各實驗小組的助教研究生,指導學生使用該儀器,協助管理實驗儀器的運行、維護,并記載相應的實驗運行狀況、實驗人員等。
同時,結合“微電子專業實驗”課程系統性強的特點,通過相應的實驗教學環節,培養學生獨立完成半導體材料特性測試、微電子器件特性測試、微電子技術工藝參數測試和電路系統性能參數測試等,提升學生的綜合測試技能和實驗分析能力,鞏固和強化現代微電子技術與集成電路制造技術的相關知識,并為學生進行理論知識創新提供了一個良好的實驗平臺和理論基礎,綜合鍛煉了學生分析、探討和總結實驗結果的能力。
三、開放式微電子專業實驗課程教改案例
以MOS集成運算放大器設計為例,制備工藝平臺為0.6um CMOS工藝,2層多晶硅,5層金屬連線,電路工作電壓為3~5V。
首先,指定實驗內容,兩級CMOS集成運算放大器電路原理如圖1所示,[5]其中M1~M4為有源負載的差分輸入級,M5提供該級工作電流,M8、M9構成了共源放大電路,為輸出級,M7為源跟隨器,提供增益為1的緩沖器,以克服補償電容的前饋效應,并消除零點,M6提供M7所需的工作電流,M10、M11組成運放偏置電路。電路性能與目標設計要求輸出電壓擺幅大于±3V,最大轉換速率為30V/μs,補償電容Cc為10pF。
其次,讓參與實驗的學生在電路仿真環境HSPICE中結合圖1所示電路進行預實驗,測試集成運算放大器在數學、物理理論模型下的理想實驗參數,完成預實驗,本預實驗環節所需課時約3學時。在進入下一實驗環節前遞交實驗預習報告,由學生在實驗前聯系專業機房的管理人員,自行安排課外時間完成。
再次,讓學生在Cadence系統中使用Virtuoso軟件完成CMOS集成運算放大器的版圖設計,版圖畫完后需采用Design Rules Checker(DRC),按照電路設計規則檢查設計的版圖文件、運行和找出錯誤,并在相應版圖位置中做出標記和解釋。在檢查完版圖之后,還需進一步對Electrical Rules Checker(ERC)進行檢查,以查找線路中的短路、開路和浮空結點,ERC檢查到短路錯誤后將錯誤提示局限在最短的連接通路上。在修正上述版圖、電路連接問題后,仍需使用Layout Versus Schematic(LVS)比較集成電路版圖與其原理報告版圖的連接是否一致,從而進行反復修改,直到版圖和電路原理圖達成一致。最終在完成集成運算放大器的版圖驗證與電路系統性能后仿的物理驗證工作之后,方可與相關半導體代工廠聯系,確定設計數據文件的大小、后端數據接口處的端口設計及其尺寸等,并交付半導體代工廠制備。本實驗環節所需課時約6學時。
最后,將流片后的芯片在邏輯分析儀、混合信號測試儀、半導體參數分析儀等實驗平臺測試集成電路中器件的電學參數和集成運算放大器性能參數等,并結合預實驗的仿真數據對比分析,進一步優化、改進版圖,以提高集成運算放大器的綜合性能,此實驗環節約占3學時。由于本實驗環節受儀器數量的限制,實驗前需要先把已完成前兩環節的實驗學生分成2~3人一組,將半導體器件與集成電路測試和版圖觀測的實驗平臺安排在一個集成電路測試實驗室,而將邏輯分析儀、混合信號測試儀等電路系統測試儀器等實驗平臺安排在另一個電子電學測試實驗室,實現不同類別實驗平臺的相互獨立,有助于不同實驗室合理高效地實行開放式實驗。當然不同實驗平臺均有指定能夠熟悉操作的助教研究生協助,參與實驗的學生能獨立完成所需測試類型的實驗。實驗結束后,學生以書面形式闡述實驗過程、分析測試數據、總結實驗結果、完成實驗報告。教師針對實驗過程中出現的新現象、新問題,提出問題的查找方向,鼓勵學生積極探索,查閱課外文獻,提出具有獨到見解的實驗觀點,為理論知識的創新、發展培養正確的科研方法。同時,也需要對全面開放的專業實驗教學模式進行評價和提出建議。
四、結論
調查結果顯示,學生對這種開放式微電子專業實驗課程教學改革積極性較高,認真負責的配合教師、助教研究生完成實驗任務。與傳統單一、封閉教學模式相比,本課程教學改革在原實驗管理員的積極支持下取得了良好的實驗效果,也深受同學們歡迎,有助于提高同學們的學習興趣和自我學習能力。
參考文獻:
[1]劉瑞,伍登學,鄔齊榮,等.創建培養微電子人才教學實驗基地的探索與實踐[J].實驗室研究與探索,2004,(5):6-8,23.
[2]楊依忠,解光軍,易茂祥,等.創建微電子專業實驗室的探索與實踐[J].實驗技術與管理,2009,26(12):137-143.
[3]馬瑤,石瑞英,袁菁,等.開放式專業實驗教學模式探索和實踐[J].高等教育發展研究,2008,25(1):42-45.
關鍵詞微電子專業英語教學改革與探索
中圖分類號:G633.41文獻標識碼:A文章編號:1002-7661(2012)08-0006-02
專業英語是一門語言應用與專業知識緊密結合的課程,其目的是為了提高學生閱讀英語專業文獻的能力,以及初步的用英語進行專業寫作和交流的能力。由于微電子學科發展較快,而前沿技術和論題又往往首先由國外發起,因此更需要扎實的專業英語知識。但由于專業英語既包括復雜的英語句型,又包括艱深的專業知識,故使得大多數學生對其望而生畏,覺得枯燥乏味,影響了教學效果。本文對重慶郵電大學微電子專業英語的授課內容和教學方法做了一定的探索和改革,提高了學生的學習興趣,獲得了較好的教學效果。
一、教學內容的安排
大多數高校都把專業英語放在大三開課,因為此時學生已完成大學英語的學習,同時又修完了部分專業課程。但必須注意此時的學生專業知識尚不充分,因此就課程內容而言,不宜選擇過于專業的文獻,而應選擇專業基礎或者專業科普方面的文獻。所選文獻不宜艱深,不宜有太多公式和推導,而應以語言描述為主,否則將消耗大量時間來解釋專業知識和公式推導,而削弱了對語言閱讀和應用能力的培養。
以重慶郵電大學微電子專業為例,專業英語開設在大三上學期。按照培養計劃,該專業在大二下學期已開展了部分專業基礎課。在專業英語開設時,學生已修完《電子線路》《固體物理》《數字電路》《電路分析》等專業基礎課程,同時正在學習《半導體物理》《CMOS集成電路設計》等專業課程。針對學生的學業現狀,我們將微電子專業英語的內容選為如下幾個部分:(1)半導體發展歷程;(2)半導體物理基礎知識;(3)集成電路設計基礎知識;(4)專業論文閱讀。其中第1部分采用科普性的文章,避免學生一開始就覺得難學。這部分內容敘述上淺顯易懂,同時包括了大量趣聞軼事,如晶體管Transistor一詞的來歷,巴丁、布拉頓、肖克利等人的合作與沖突等,適當穿插講解,將大大提高學生的興趣。同時這部分也包括了大量的專業詞匯,因此可使學生在輕松學習之中逐步深入進去。第2部分和第3部分,都是學生在本學期正在學習的專業課,但是只選取每門課較為基礎的部分,并且在時間上比專業課略微滯后。這樣在講述這部分內容時,由于學生剛剛在專業課上學完相關知識,記憶猶新,此時再用英語講述,可起到趁熱打鐵之功效。一方面及時鞏固了學生對專業知識的掌握,另一方面避免了專業英語糾纏在解釋專業知識的泥潭中。第4部分的內容,是通過對1-2篇國外雜志的科研論文進行講授,使學生了解專業論文的寫法、規范和注意事項等,提高閱讀科研論文的能力。這4部分教學內容的安排,既提高了學生的學習興趣,又對學生的專業課學習起到很好的促進作用,受到學生的歡迎,大大提高了學習興趣。
二、教學方法的改進
由上節的介紹可知,關于專業英語的教學內容,各專業應根據專業特點具體制定。即使對同一專業,由于培養方案和專業英語開課時機的不同,也應選擇不同的授課內容。從這個意義上說,專業英語不需要也不應有統一的教材。各專業應視自己的具體情況,選取不同的教學內容,并且應隨培養方案的變更而變更,但即使不需統一的教材,在教學方法上,也可采用一些共同的措施。
首先是選用書面教材或電子教材的問題。專業英語的教材,通常是教師從網上搜集相關的英文文獻,加以系統整理后,首先形成一個電子版的形式。因而部分教師就直接采用電子版教材,通過投影的方式進行授課。但根據我們的經驗,電子版教材十分不利于專業英語的教學。這是因為根據對大量學生的調查結果,他們習慣于將書擺在面前進行閱讀,同時用筆在書中圈點或注釋。而那種對著投影屏閱讀的方式,對學生來講既不習慣也易勞累。因此必須將電子版教材打印出來,通過復印的方式,發到每一個學生手中,這樣才能保證較好的閱讀效果。
其次是授課方式的選擇。通常有兩種做法,一是教師直接朗讀和翻譯;二是學生翻譯,并由教師做點評。第一種做法便于掌握教學進度,對較難的句子和段落比較適合。但這樣容易造成學生表面上在教師的帶領下讀懂了某個文獻,而在獨立閱讀的時候,則又困難重重。第二種做法提高了學生的參與性,使其能真正地認識到自己的不足之處,從而找準提高和改進的方向,教學效果明顯。但是由于學生個體的差異,這種方法無法保證教學進度,特別是遇到閱讀能力較差的學生,將導致嚴重的拖課。我們在教學中將兩種方法結合起來,同時以第二種做法為主。為避免拖課,采用了兩個措施:一是當遇到較難的句子時,采取第一種授課方式,由教師講解和分析;二是在最開始授課時,讓全班每個學生都快速地翻譯一小段英文,大概摸清每個學生的英文水平,在以后的授課中,適當安排每節課進行翻譯的學生組合,從而較好地控制了教學進度。在學生翻譯的過程中,我們主動走下講臺,站到學生中間,以拉近距離,表明教師在仔細聆聽,增加學生的成就感。同時及時點評,對學生的優缺點進行恰當的分析,對一些共性的問題,再回到講臺上進行專門地舉例和分析。通過這種方式,學生非常樂意主動進行翻譯,并且課堂氣氛輕松活躍,教學效果良好。
三、結束語
我們對重慶郵電大學微電子專業英語的教學內容和教學方法進行了探索和改革,使得本課程既輕松有趣,同時又對專業學習起到了良好的促進作用,提高了學生的積極性,獲得了較好的教學效果。我們將繼續進行專業英語寫作和課后作業安排方面的教學研究,以獲得更好的教學效果。
參考文獻:
[1]蔣磊.關于專業英語學科性質定位的思考[J].山東外語教學,1998,(3).
[2]蔣磊.影響高校專業英語學習因素的探討[J].教育與職業,2009,(15).
關鍵詞:微電子專業;畢業設計;教學管理水平
微電子專業畢業設計的教學過程是實現本專業培養目標的重要階段,是教學計劃中十分重要的實踐性環節。通過一個學期的畢業設計過程,同學們可以強化各門專業基礎知識,得到從工程設計、實驗技術、工程系統測試等多方面的訓練,從而培養學生結合實際綜合運用所學到的基礎理論知識和專業理論知識的能力,而且還可以有效引導學生自我培養一種能進行綜合分析、創新思維的獨立工作的能力,以便為將來進一步從事專業技術工作打下一個良好的基礎。所以,怎樣管理、指導學生完成好自己的畢業設計任務,確保質量,提高效果,是高等院校教師面臨的一個重要課題。
一、微電子專業畢業設計環節的主要任務
微電子專業畢業設計的題目可以是直接來自微電子工程建設、研究項目的實際課題,也可以是有明確工程背景或實際意義的模擬課題。無論是哪種課題,都必須要求學生要以嚴謹、勤奮、求實、創新的態度認真對待自己的課題,圓滿完成自己的畢業設計任務。要以微電子工程的設計、施工、生產、科研任務為結合點,綜合運用所學知識解決遇到的實際問題,進一步提高工程實踐技能,科學實驗的水平和撰寫學術論文的能力,使學生獨立獲得新知識、分析問題、解決問題的能力有較大的提高,并盡可能充分發揮學生的創造性,使學生的整體專業水平再上一個新的臺階。微電子專業畢業設計一般包含以下幾個主要環節:制訂詳細的畢業設計的總體工作計劃和各階段計劃;師生進行調查研究和收集整理相關資料;師生雙向選擇確定學生的畢業設計題目;完成與課題密切相關的中外文文獻的閱讀;對相關課題進行理論分析確定設計方案;設計方案的比較與優化選擇;繪制電路圖、完成設計方案的實驗室試驗并有條件地進行工程化實驗;按學校制定的規范撰寫好畢業設計論文并進行答辯。
二、微電子專業畢業設計中存在的問題
1.畢業設計工作的思想準備不充分。要完成好畢業設計工作,知道老師和所指導的學生必須做好充分的前期準備工作,設計前要求師生認真審閱畢業設計的任務書和指導書,學生要明確畢業設計的目的與要求,指導老師一起制定詳細的畢業設計計劃。
在畢業設計過程中有些學生思想認識不足,認為畢業設計是對相關課程設計的擴充,因此,在不明確畢業設計的具體要求的情況下就匆匆著手設計,遇到問題時,經常依靠設計手冊、資料來模仿設計。還有的學生很不認真,干脆不查資料,遇到問題僅憑自己的相象去解決問題;有的學生對設計缺乏系統考慮,沒有全局觀念。因此,這些學生的設計成果往往與專業教學要求差距較大,學生的收獲也較小,畢業設計對他們沒有達到專業練兵的目的。
2.缺乏深入研究精神與創新理念。微電子工程專業是一門理論聯系實際的專業,畢業設計的實質是一個分析、歸納、設計、具體實現的過程。而有些學生總是自己缺乏專業實踐經驗為由,設計前不對具體問題做詳細分析、設計后對設計方案又不加以好好地論證,照搬書本或設計范例,缺乏獨立思考的能力。而設計方案的選擇優化學生是可以發揮他們的創造性的,而在具體的電路調試和設備選型設計階段,學生總是感覺無從下手。在電路調試過程中出現了一些不正常現象學生也搞不清究竟問題出在哪里,找不到問題的解決辦法。
3.在優化方案設計中綜合比較能力差。微電子工程的優化比較,主要反應在系統性能比較方面。有相當部分的學生,總是把握不住綜合比較,以至于完全參考資料中成熟的方案進行設計,采用成熟的電路或工藝,或完全采用老師推薦的方案,缺乏自己的主見。
三、提高管理微電子專業畢業設計教學質量的途徑
1.引導學生選好題目,做好思想管理工作。畢業設計的首要任務是選擇好課題,因為課題難易程度與大小直接影響整個畢業設計的安排與質量。選題應遵循以下原則:①滿足專業教學的教學要求,選題應達到專業培養目標與教學大綱的要求。②要切合實際,選題要切合學生的實際應用能力與知識水平,題目不要太大或太小,難度要適中,要保證中等水平的學生在規定的時間內經過努力可以完成。③做好設計前的思想管理工作,讓學生了解畢業設計的目的、任務、進度和基本要求,認識到完成好這一任務的重要性。學生不能對畢業設計敷衍了事,如果那樣就是對自己的不負責,對自己的學業是極為不利的;組織學生對設計課題進行調研,加強他們的感性認識,開拓學生的設計思路,提高他們完成好畢業設計的興趣;針對畢業生就業的焦慮情緒和時間的緊迫性,教師和學生都應該做好思想準備;讓指導老師對設計過程中可能出現的問題應預先向學生提出,使得學生在設計中盡量少犯錯誤。
2.認真管理、指導,鼓勵創新。管理、指導畢業設計是一項繁重的工作,除了要求指導教師要有較強的敬業精神外,還要求他們講究指導方法的管理。畢業設計中可以采用多種適應不同學生的指導方法,即教師對總體設計要求,可以一起指導,對于各個學生設計的部分,教師可以個別指導;對于共性的問題可以大家一起討論,一起指導。在指導和檢查過程中,要教師抓住學生的主要設計思路,把握好各個學生的設計大方向,讓學生自始至終控制設計的主導方向,逐漸改變原來課程設計的習慣思維,使設計不斷深入,不斷提高。在設計過程中,要指導老師鼓勵學生不斷創新,在設計思路和實際調試方面,要充分發揮學生的創造思維,在設計方案選擇時,讓學生大膽設計,只要主體方向沒有問題,可以讓學生進一步進行設計,讓方案的特色充分體現出來。在學生遇到實際調試問題時,指導教師要給予適當的提示或有益引導,使學生能夠找到排除疑難的方法。對于生產工藝的選擇,多給學生關于實際生產中工藝流程、工藝指標方面的提示或引導,或鼓勵學生結合自己的設計有選擇地在實習單位多做有關生產工藝方面的了解與實地考察,讓同學們更多地體會到好的生產工藝對提高生產質量有著不可替代的關鍵作用。
3.綜合比較、優化設計方案管理。一個好的畢業設計方案,一方面要求設計方案合理,另一方面要求能達到預定的性能指標。這就要求不僅要采用較低的成本而且還不能降低性能。因此,方案的選擇與優化的管理是整個畢業設計比較關鍵的一個過程。首先要幫助學生建立微電子的技術評價體系,引導學生認識哪些因素是方案的主要關鍵技術,只有控制好關鍵技術,才能使設計方案在實施后能達到預定的性能指標。其次,還要引導學生不斷了解微電子中原器件的價格體系,讓學生明白設計一定要講究成本,在保證性能的前提下獲得更低的工程成本才能贏得更多的客戶,這個設計理念一定要在畢業設計過程中就開始建立起來。
【關鍵詞】微電子 學科建設
1 引言
微電子學是在物理學、電子學、材料科學、計算機科學、集成電路設計制造學等多種學科和超凈、超純、超精細加工技術基礎上發展起來的一門新興學科,是發展現代高新技術和國民經濟現代化的重要基礎。微電子技術是電子工程和信息科學技術的基礎及核心,是世界高科技競爭的熱點,是國家基礎性戰略性的產業[1][2]。其中超大規模通信專用集成電路是現代通信設備的心臟,它的設計開發能力和大生產升級技術的掌握與提高,對于我國通信新產品的研發與創新起著決定性的作用。作為電子通信類高校,南京郵電大學建校近50年來,正朝著信息科技類大學進軍。我們不僅需要繼續培養大量工程實用型人才,而且當前特別需要培養大量理論基礎較扎實、具有開拓創新精神的高素質人才,在江蘇省這樣一個將信息產業作為重點發展的大省,微電子技術必須大力發展[3-5]。
學科建設是高等學校的根本任務,是不斷提高學校辦學能力、提高教學質量和科學研究水平的基礎,并決定著學校的辦學水平和特色。加強學科建設,可以形成高校自己的優勢和特色,提高學校的影響力、教育質量、科研工作水平、效益等,使高校具有更強的競爭力和生命力。如果學校的學科水平不高,就會制約教學、科研和學校整體發展,進而影響人才培養的質量[6]。
2 加強微電子專業的學科建設措施探討
每一所高校都有自身的辦學特色,每一個學科都有自身的歷史傳統。只有實事求是地綜合分析學校已有的學科基礎、特色、優勢和不足,才能明確學科發展的科學定位,才能走出有自身特色的學科建設之路[6]。
微電子專業在我校還是一個新專業,如何把這個新專業做大做強,搞好學科建設工作,真正體現出南京郵電大學的微電子專業的專業特色,是一個值得探討的問題。根據我們學校長期為IT行業培養人才和我們系的基礎和優勢,設置以通信集成電路設計為主要方向,并對專業方向的發展作了規劃,同時兼顧工藝設計與器件設計。與此同時,確立我校微電子專業的建設目標為:根據學校的辦學指導思想,樹立“理科本科教育以培養應用基礎和理工融合型人才為主,在堅持人才培養質量統一要求的基礎上,鼓勵學生個性化、多樣化發展,強化學生的創新精神和實踐能力培養”的教學工作指導思想。
加強本專業的學科建設,主要包涵以下幾個方面的建設:
2.1 對學科進行科學的規劃
要想做好學科的規劃工作就要先明確自己的定位,也就是要先明確本校是主要培養什么方向的人才,要求他們必須要具備什么樣的知識結構和創新能力,從而體現特色、明確的專業方向。這就需要我們認真分析本校的辦學歷史及現狀,了解國內外其他高校的相應學科的發展水平和經驗,結合本校的實際情況和特色,構建自己的學科體系,進行科學的規劃,制定一系列切實可行的有效措施。
在微電子專業正式招生之前,我們組織教師到國內不少高校進行調研,并與多所學校的教師進行了交流。在廣泛調研的基礎上,我們了解了國內外、省內外的同類專業的發展狀況和我校微電子專業的實力、優勢及所處的地位,我校微電子專業起源于半導體專業,后又同電路與系統專業相互融合和交叉,形成了一個獨具特色的專業。其特點是專業涵蓋面寬,包括集成電路理論與技術、半導體器件理論與技術和半導體工藝理論與技術三大主要方向,如何體現專業特色,是本項研究的內容之一。為此我們提出通訊集成電路和新型微電子器件作為我們的專業方向和特色,并在教學和科研中體現出來。針對江蘇省和南京市的集成電路發展特色,以及南京郵電大學的學科特點和電子科學與工程學院的實際情況,適當加強通訊集成電路、新型微電子器件和光電集成的課程,體現專業特色。注重更新教學內容,優化課程體系,打破學科課程間的壁壘,加強課程與課程體系間在邏輯和結構上的聯系與綜合,精選經典教學內容,不斷充實反映科學技術和社會發展的最新成果,注意把體現當代學科發展特征的、多學科間的知識交叉與滲透反映到教學內容中來。此外還擬通過建立微電子專業實驗室,開設微電子和半導體測試實驗課,在培養學生理論知識的同時,加強實踐能力的培養,培養既有較深理論基礎,又有一定動手能力的全面發展的學生。
圍繞著如何培養和造就適應微電子技術飛速發展、微電子產業突飛猛進、集成電路向系統芯片(SOC)發展、器件尺寸不斷縮小和設計思想不斷更新的需要,具有創新精神和實踐能力的高素質人才這一根本任務,積極探索,形成了“加強基礎、注重素質、拓寬知識、增強適應性”的教學工作思路,將“微電子學”專業建成國內同類專業色鮮明、人才質量高、廣受社會歡迎的專業,“十一五”期間,形成1個強勢學科和研究方向;在培養優秀的本科生基礎上,積極建設微電子學科碩士點。在省內具有一定影響。在8年內成為校品牌專業,再經過5年的建設成為江蘇省特色專業。
因此,只有明確了學科的現狀、清楚自己的位置和優缺點,這樣才能作出有效科學的學科建設規劃。
2.2 學科隊伍及師資隊伍的建設
學科隊伍是學科建設中的極為重要的部分,沒有高水平的學科隊伍,學科建設也只能是紙上談兵。而且高校的主要任務就是能培養具有良好的學習、工作和創新的高級專門人才,因此從這個方面來講,沒有年齡結構、學歷結構、職稱結構合理的高水平師資隊伍,也是不能完成高校所承擔的任務的。
為了實現師資隊伍建設目標和人才培養目標,必須建立一支素質好、質量高、勤奮工作、忠誠于黨的教育事業的師資隊伍。師資隊伍建設的總體目標:全面提高教師的政治、業務素質,逐步建設一支適應現代化建設需要和辦學規模發展需要,素質優良、結構優化、高效精干、充滿活力、忠誠于黨的教育事業的師資隊伍。
(1)積極培養學科帶頭人
學科建設必須以人為本,要注重培養高精尖的師資隊伍,培育創新型人才就要統籌考慮學科直接承擔的教學、科研、服務三大職能的關系,加速建設首席教授、學科帶頭人、重點骨干教師和優秀青年教師4個層次的學術梯隊。以中青年學科(術)帶頭人的培養為重點,并加大向青年骨干教師和一線教師傾斜的力度,創造一個公開、平等、競爭、擇優的用人環境,營造一個和諧、寬松、溫馨的工作氛圍,培養和引進,形成一批整體素質高、學術實力強、結構合理、具有團結協作精神的學術梯隊,使其在學科建設中發揮突出作用。
(2)為年輕教師的成長創造條件
目前,我校的微電子技術系擁有教師7名,平均年齡35歲以下,年輕教師占了90%以上。因此學校要為年輕教師的成長創造良好的條件就顯得尤為重要。
可以把年輕教師送出去攻讀學位,鼓勵教師深造的同時,能適當減免正常的教學工作量,同時享受基本的工資福利待遇。目前我系全體教師中四人具有博士學位,三人具有碩士學位。計劃在四年內將專業師資力量從7人提高到10人,博士率達到70%。力爭八年內將專業師資增加到15人,博士學位人員比例達到90%。也可以把他們送到國內外高校去做訪問學者,積極參加國內外舉辦的國際會議,從而了解專業的最新發展、前沿問題,并開闊了眼界。
設立專款建立青年教師培養基金,資助青年教師開展教學科研工作。
(3)改善教師的福利待遇
很多年輕教師工作不久,都承擔著工作和家庭的雙重壓力,學院可以采取一系列的措施來消除教師們工作時的后顧之憂。適當提高教師們的工資福利待遇,設法解決青年教師的住房、交通等生活問題,達到良好的生活水平。這樣才能保證教師們能以更飽滿的姿態全心全意地投入到工作中去。
2.3 加強科學研究的建設
良好的科研環境是學科建設的主要內容,學科建設的成果主要包括高水平的文章、專利、獲獎成果等,這些成果的取得都是基于良好的科研環境來完成。因此也只有通過學科建設才能改善科研環境。
(1)加強開展科研工作的硬件平臺的建設
要做好科學研究,就必須要有好的硬件平臺。這包括實驗中心、專業實驗室等的建設。經費適當向這方面的建設傾斜,建立起良好的硬件平臺,才有利于各項科研項目的順利開展,逐步形成濃厚的學術氛圍,吸引更多的人才加入到我們的科研團隊中來。
(2)加強科學研究
教師只有通過科學研究才能提高自己的教學水平和科研水平,使自己成長為骨干教師甚至是學術帶頭人。因此必須要承擔一定的科研項目。作為學院,可以動員或采取一定的向科研傾斜的措施來鼓勵教師積極申報各項縱向科研項目。為此我校設立了專款建立“青藍”工程,資助青年教師開展教學科研工作,并逐步積累申報省部級、國家級項目的條件。
從事科研能力強的教師申請的項目,反過來又能進一步支撐科研,如此形成良性循環。
(3)發表高檔次的文章
高水平的論文是學科建設水平的重要指標。因此鼓勵教師多發文章,發好文章是搞好學科建設的一個必經的途徑。比如,我校出臺了經濟獎勵、增加業績點的方式鼓勵大家發高檔次的文章。文章的數量和質量也直接有利于各項項目的申報。
只要通過以上措施,把師資隊伍建設等工作常抓不懈,經過一定的階段一定會形成包括教授、副教授、講師、助教的,年齡結構、學歷結構、職稱結構和學緣結構都較為合理的師資梯隊,同時取得在國內具有一定影響力的科研和教學成果。
3 小結
總的來說,新專業的學科建設中存在很多機遇和挑戰,存在很多問題需要探討和嘗試。重要的是,如何根據我們學院長期為IT行業培養人才和我們學院自身的基礎和優勢,對專業方向的發展作出合理的規劃,制定切實可行的學科建設規劃,采取各項有效的教學改革措施,把微電子這個新專業做大做強,真正體現出南京郵電大學的微電子專業的專業特色,是我們目前必須常抓不懈的工作。
參考文獻
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關鍵詞 工程教育專業認證;射頻微電子;卓越工程師
中圖分類號:G642.3 文獻標識碼:B
文章編號:1671-489X(2015)11-0007-02
1 引言
工程教育專業認證對保證和提高工程教育質量、推動我國卓越工程師教育培養計劃具有重要作用。我國工程教育于2013年6月在韓國首爾召開的國際工程聯盟會議上成功加入《華盛頓協議》,成為預備會員,這標志著我國工程教育邁出重大步伐,為工程類學生今后走向世界提供了具有國際互認質量標準的“通行證”。工程教育專業認證作為國家工程師制度改革的基礎和前提,也將為廣大工科學生未來的工程執業提供便利[1-2]。
隨著國內半導體制造現代化工藝線的不斷建設和擴展,以及微電子技術的飛速發展,IC產業對微電子人才需求日益增加。目前我國正面臨微電子技術人才奇缺的局面,對培養人才的要求也日益提高。射頻微電子學課程作為電磁場與微波技術方向的專業核心課程,是數字通信、射頻系統以及射頻集成電路設計的基礎。建立能適應新形勢下滿足工程教育認證標準要求的射頻微電子學課程教學體系,提高射頻微電子學課程教學水平,是電類專業順利通過工程教育專業認證的重要環節之一。
為實施教育部“卓越工程師教育培養計劃”,切實增強學生的工程實踐能力、工程設計能力和工程創新能力,本文結合客觀實際,從教學方式方法改革、學生工程實踐能力培養、側重學生對所學知識的應用和創新能力的教學評價方法的研究和實踐等方面著手,建設面向工程教育專業認證的射頻微電子學課程教學體系[3]。
2 改進教學方式方法,提高學生學習的積極性
采用先進現代教學手段是提高學生學習興趣和積極性的重要方法之一。
1)在保證知識結構的系統性和知識點布局的全面性基礎上,采用啟發式互動教學法,充分調動學生學習微電子課程的積極主動性,引導學生主動分析工程實際問題,有效提高課程的教學質量。
2)改進多媒體課件,使教學更貼近工程實踐。使用視頻剪輯、動畫、實物照片等教學手段,向學生展現該課程的核心內容以及所學理論的工程實踐應用,增加學生對射頻和微電子的感性認識。例如:在介紹S參數時,可以通過視頻錄像介紹工程實踐中利用矢量網絡分析儀測試射頻無源器件及有源器件S參數的方法;在介紹微波傳輸線時,可以向學生展示由微帶構成的射頻前端系統中的饋電網絡的實物照片和調試過程的視頻錄像;通過收集并展示各種射頻無源(濾波器、功分器等)、有源器件(低噪聲放大器、混頻器等)的照片和實物,使學生更形象地認識射頻器件,提高學生的學習興趣。
3)推進課程網站的建設,以網絡教學作為教學輔助手段。在教學網站上提供國外著名科教網絡頻道有關射頻技術和微電子學的課程課件和相關教學資源,課堂教學課件、射頻微電子技術常用的網絡資源和網址,建立討論區供學生相互討論和教師答疑,建立專門的網頁介紹射頻微電子技術的前沿和發展方向,鼓勵學生跟蹤前沿技術自主創新。
4)在教學評價方面,側重學生對所學知識的應用和創新能力的考查,將小組自主學習、研究性學習的情況納入對學生成績的評價,引導學生重視課程的實踐環節,改變單一的考試成績評價方式,重視學生在學習過程中的自我評價和自我改進。
3 注重學生面向工程實際的能力培養,改革射頻微電子學實踐教學內容
微電子學課程體系主要包括微電子器件和工藝、集成電路設計與應用兩大類,應用性極強,學生需經過實際器件工藝的操作和具體集成電路的設計,才能深刻理解器件工作原理、掌握集成電路仿真和版圖繪制方法,全面了解集成電路設計的全過程,達到很好的教學效果。
作為該課程體系中重要的一門課程,射頻微電子學是一門理論性與工程性都很強的課程。如圖1所示,射頻微電子學涉及許多學科交叉領域,因此,學生不僅需要學習數字集成電路設計、模擬集成電路設計等理論課程,掌握集成電路原理,還要能利用各代工廠提供的工藝庫和器件模型進行各種集成電路原理設計和版圖繪制。現代射頻集成電路的開發流程,由仿真域(設計、仿真、驗證)實體域(電路實現)測試域(測試驗證)三個環節構成。工業界需要的合格的射頻微電子工程師必須具備在上述三個領域的全面知識和技能。目前培養的學生比較注重基礎理論的學習,僅對仿真域中的設計環節比較熟悉,而仿真、電路實現、測試等方面的能力比較欠缺。
因此,在教學過程中,為了培養學生的工程實踐能力,除了基礎理論知識的教授外,還需教授學生掌握電路CAD軟件、電磁場仿真設計工具(HFSS、IE3D或CST)、各種集成電路測試設備(矢量網絡分析儀、示波器、信號源、頻譜儀和噪聲儀),并要求學生利用電磁仿真軟件對所學的射頻無源及有源器件(如濾波器、功分器,低噪聲放大器、混頻器、振蕩器等)進行分析和設計,使學生不僅能更深刻地理解所學習的射頻器件的工作原理及射頻集成電路設計方法,也能熟悉和掌握仿真軟件。學生在教師或助教的指導下,自主設計、仿真驗證射頻無源器件(如濾波器、功分器、工分器等)及其有源器件(如低噪聲放大器、混頻器等),在此基礎上進行射頻系統前端的集成電路設計,然后通過評估篩選出性能較好的設計,制作實物并進行工程測試。這樣就實現了對學生在射頻集成電路工程設計重要環節由仿真域(設計、仿真、驗證)實體域(電路實現)測試域(測試驗證)能力的培養。
在理論教學的基礎上,通過小組學習討論的方式,鼓勵學生按課題小組設計多種射頻元器件。但由于射頻器件及射頻系統前端的集成電路的制作和工程測試的成本較高,無法滿足所有學生的需求,對器件的制作和測試必須擇優進行。在實際的實踐教學中,只進行某種器件設計的小組為參照組,評估完成整個設計、仿真、制作、測試流程的小組對該器件掌握的改善情況。
4 進行校企合作的卓越工程人才聯合培養
射頻微電子學教學可在校企聯合培養機制下,建立必要的激勵政策,充分發揮企業的行業優勢,引導教學從注重學生“考試結果”向注重學生“學習過程”的轉變。這反映到本課程的教學內容上,要強調理論性與本課程的有機結合,突出案例分析和實踐研究;反映到教學過程中,要重視運用團隊學習、案例分析、實踐研究和模擬訓練等方法的運用。在考核時,對校外課外的實踐內容實行嚴格的考核,比如邀請校外射頻微電子工程技術人員與校內專業教師組成考核小組,考核學生在企業實習的具體表現。根據實際條件,增加工廠生產實習環節,使學生能在綜合運用所學知識的基礎上,加強對企業崗位操作規程及相關管理規程等的詳細了解。
5 結束語
本文在工程教育專業認證背景下并結合本校的本科卓越工程師教育培養和專業建設,基于筆者近兩年來在微波技術與天線、射頻微電子學課程授課過程中的總結,探討建立新形勢下能滿足工程教育認證標準要求的射頻微電子學課程教學體系,從而適應國際化、社會化、高素質、創新型人才的培養需求。需要指出的是,由于受到教學經驗和客觀實際的限制,筆者只是簡要地討論了在工程教育背景下本課程教學的轉變,在未來的教學過程中會進一步進行思考和總結。
參考文獻
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微電子技術是建立在以集成電路為核心的各種半導體器件上的技術.其主要包括系統電路設計、器件物理、工藝技術、材料制備、自動測試以及封裝、組裝等一系列的技術。該技術在很多方面都發揮了其重要的作用,如在生活中我們所使用的手機、電子計算機、醫療器械、移動電視等一系列的電子產品;還有軍事方面的武器如衛星通信、原子彈等一系列的武器裝備中。
二、微電子的現狀
首先我們來介紹一F微電子的發展史,它主要經歷以下幾個階段。第一個階段:1947年巴丁和布拉頓發明了點接觸式的晶體管;第二個階段:1958年TI公司制造出世界第一塊集成電路芯片:第三個階段:20世紀70年代進入MOS時代。那么,為什么微電子能得以發展并且發展的如此迅速昵?正是由于Mos管的高集成性和低功耗、放大倍數高等優點,所以到70年代就進入了MOS的時代并一直發展到現在。盡管帥s管有哪些優點,但這并不意味著M0s管已完全取代了晶體管的地位;在一些對速度和驅動能力要求非常高的系統中還是要用到晶體管。
微電子發展的如此迅速那就是否就意味著其發展的道路是一帆風順呢?顯然是否定的。在微電子發展的過程中我們遇到了許許多多的方面困難,如工藝方面、材料方面、封裝測試方面和設計等方面都遇到了重重地障礙。其中集成電路工藝技術主要包括擴散、光刻、刻蝕、離子注入、薄膜生長以及拋光等技術。微電子在材料方面的困難豐要是隨著微電子器件尺寸的減小,一些材料已經不能很好的滿足微電子發展的需求,人們已經不在局限于Si、Ge、GaAs、等一些材料,而是也開始研究高K柵介質、低K互連介質、碳化硅(SIC)、新型化合物等半導體材料。在工藝方面的困難主要是隨著微電子器件尺寸的減小,其最小的特征尺寸已經進入到納米數量級;這使得器件之間產生相互影響,進而影響電路的性能,嚴重的阻礙了微電子行業的發展。這就需要政府投入大量的財力和人力來進行新器件、新工藝的研究。同時在光刻技術的研究和開發中,以光子為基礎的光刻技術種類很多,但產業化前景較好的主要是紫外(U)光刻技術、深紫外(DUv)光刻技術、極紫外(EUV)光刻技術和X射線(X-ray)光刻技術,但是由于特征尺寸越來越小這使得光刻技術面臨一定的困難,①這就使得工藝線必須使用波長更短的光源。從早期的水銀燈到現在使用的遠紫外線,甚至使用研究中的粒子束。②導致光刻以及掩膜成本急劇上升。③光刻時小尺寸圖形所產生的干涉和衍射效應使得光刻圖案失真越來越嚴重。在測試方面由于現在的電路集成度愈來越高,這使得集成電路的封裝與測試也越來越困難,而且在封裝測試后芯片成品率也不高,這也是制約微電子發展的一個重要的因素。
三、微電子對中國未來經濟發展的意義
微電子的發展在我國的經濟發展和軍事力量的發展中占有十分重要的地位。同時微電子對人們生活水平產生了重大的影響。在生活水平方面隨著微電子的發展人們的生活水平也在不斷地提高。如家用電器的功能的增加和性能增強提高了人們生活質量,而且隨著微電子的發展許多電器價格都非常便宜。在軍事方面的意義:不僅提高作戰軍事裝備和作戰平臺的性能(如雷達和導航系統等),而且導致新式武器和裝備的產生,同時,微電子技術改變了傳統的作戰方式,這將會從近距離戰爭發展到未來的遠距離的電子信息戰。只有把微電子發展起來,一個國家才可以真正的強大起來.如近幾年來我國的海權一直都得不到保護正是由于我國海上防衛能力還不夠強大,歸根到底是由于設備技術的落后,所以只有大力發展微電子我國才能夠在未來真正成為科技強國。
四、微電子發展的趨勢
微電子學是一門發展十分迅速的學科,而且微電子集成電路的發展一直都遵循“摩爾定律”。所謂的“摩爾定律”是指集成電路上可容納的晶體管數目,約每隔18個月便會增加一倍,性能也將提升一倍,當價格不變時;或者說,每一美元所能買到的電腦性能,將每隔18個月翻兩倍以上。21世界的微電子發展趨勢主要有:第一、各國的微電子都在向減小器件尺寸方面和集成度不斷提高方面發展,即微電子特征尺寸將由微米一亞微米一深亞微米一納米甚至更小。尤其是國外發達國家正在向0.1微米以下的工藝發展,這更加拉大了我國與發達國家之間的差距。第二、發展片上系統(SOC)。其主要是將傳感器、執行單元和數據處理系統集成在一塊芯片上,從而完成信息的采樣、處理等功能。第三、微電子技術與其它學科結合的產物。如她Ms技術,它是微電子技術與機械、力學、光學等領域結合的產物;還有用于醫療的生物芯片,其豐要微電子技術與生物工程技術相結合的產物。
五、微電子發展的策略
縱觀近幾年來我國微電子的發展情況可知,我國微電子行業嚴重缺乏技術人員,特別是集成電路設計工程師。由這一國情也就決定了我國未來幾年微電子的發展方向以及人才的培養方向。微電子是衡量一個國家綜合國力的重要指標,同時也在我國經濟發展以及國家安全方面占有舉足輕重的地位,這就需要我們國家重視對微電子的發展,對微電子人才的培養。關于微電子的發展我提幾條意見:①根據國內微電子專業發展情況,大量培養微電子專業人才已經是迫在眉睫。同時,在培養人才的過程中我們也更應該注意人才培養的質量。②應該根據微電子專業的市場需求培養多層次、專業化人才,加強學校和企業的合作,了解企業需要的人才類型,加強各個高校在微電子學方面研究成果的交流。同時我們也應該注重理論聯系實際;為學生提供實習的機會也是必不可少的,這樣就可以培養學生的實際動手能力。③時刻了解國外微電子發展動態,專業課程可以直接采用或參考國際最新的優秀教材;聘請具有豐富實踐經驗的專家教授進行授課;創造機會,鼓勵教師與企業合作進行研發項目,了解實際應用需求,并據此來完善各高校教學大綱。
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關鍵詞:電子科學與技術;本科培養方案;課程設置;辦學特色
中圖分類號:G642.0 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2015)30-0070-02
21世紀被稱為信息時代,電子科學與技術在信息、能源、材料、航天、生命、環境、軍事和民用等科技領域將獲得更廣泛的應用,必然導致電子科學與技術產業的迅猛發展。這種產業化趨勢反過來對本專業的鞏固、深化、提高和發展起到積極的促進作用,也對人才的培養提出了更高的要求。因此,本文從人才的社會需求出發,結合我校實際情況,進行了本科專業培養方案的改革探索,并詳細介紹了培養方案的制定情況。
一、人才的社會需求情況
目前,我校電子科學與技術專業的本科畢業生主要面向長三角地區龐大的微電子、光電子、光伏和新能源行業,市場對專業人才的需求基本上是供不應求的。但是也應該注意到電子科學與技術產業的分布不均,分類較細,且發展變化較快。另外,電子科學與技術產業結構具有多樣性,既有勞動密集型的大型企業、大公司,更多的是小公司和小企業;既有國有企業和私營企業,更有合資、獨資的外企。因此,社會需求與本專業畢業生的供需矛盾還會繼續存在。
二、專業的培養目標和定位
本專業培養具備微電子、光電子領域的寬厚專業基礎知識,熟練實驗技能,能掌握電子材料、電子器件、微電子和光電子系統的新工藝、新技術研究開發和設計技能,有較強的工程實踐能力,能夠在該領域從事各種電子材料、元器件、光電材料及器件、集成電路的設計、制造和相應的新產品、新技術、新工藝的研究、開發和管理工作工程技術人才。并且結合我校“大工程觀”人才培養特色,依據“卓越工程師”教育理念下工程技術型人才培養的原則,培養適應微電子和新興光電行業乃至區域社會經濟建設需求的工程技術型人才。
三、本科培養方案制定的思路
電子科學與技術專業培養方案參照工程教育認證的要求,以及專業下設微電子、光電子材料與器件兩個本科培養方向的思路制定。注重培養學生的專業基礎知識和實踐工程能力,使畢業生能滿足長三角地區微電子、光電子和新能源行業發展的需求。微電子方向的課程設置專注于電子材料與電子器件、集成電路與系統設計方面,光電子材料與器件方向則偏向于光電信息、光電材料與光電器件方面。
四、本科培養方案的改革探索
要實現電子科學與技術專業的培養目標,適應電子信息產業的不斷發展,并結合我校學科發展方向和特色,對電子科學與技術專業本科人才培養方案進行了研究,并對省內外幾所高校電子科學與技術專業的培養方案進行調研,最終形成了富有特色的電子科學與技術專業人才培養方案,主要內容如下:
1.培養方案的模塊化設計。在設計電子科學與技術專業本科培養方案的整體框架時,根據“加強基礎、拓寬專業、培養能力”和培養工程技術型人才的辦學理念下,專業培養方案分人文與社會科學、專業基礎和專業課三個模塊,下設微電子和光電子材料與器件兩個專業方向。學生在前兩年學習相同的課程,到大三時根據自己的興趣選擇專業方向,選修各自方向的專業課。由于兩個方向的不同培養要求,因此在專業基礎選修課、專業必修課和專業選修課方面設置限選模塊,每個專業方向必須修滿相應的學分才能畢業。
2.改革專業基礎課程。專業基礎課程是為專業課程奠定基礎,因此,在保留了原有電子信息類專業通常所開設的電子類課程外,增加了與專業相關的課程,如EDA技術、通信原理、數字信號處理、物理光學、應用光學、激光原理與技術等課程,刪減了原先與物理類相關的一些課程,如物理學史、原子物理、熱力學與統計物理學等,并刪減了一些計算機軟件類課程,如C++程序設計、計算機在材料科學中的應用等。專業基礎選修課程分方向限選模塊,兩個專業方向對應有不同的專業基礎選修課程。
3.優化專業課程。專業課程是整個專業教育中的主干部分,微電子方向的課程設置緊緊圍繞半導體和集成電路設計方向,開設有集成電路設計、微電子工藝原理與技術、工藝與器件可靠性分析、半導體測試技術、現代電子材料及元器件、集成電路工藝與器件模擬等課程。光電子材料與器件方向圍繞光電材料和光纖通信方向,開設光電子材料與器件、光電檢測原理與技術、太陽能電池原理與技術、光纖傳感原理與技術、光纖通信技術等課程。另外專業課程里面還設置有專業實驗,通過加強實驗環節,訓練學生的動手操作能力,增強學生的理論知識。
五、與省內外專業人才培養的區別
具有電子科學與技術專業的各大高校分布在不同的地區,服務于不同的區域經濟,這就要求專業學生的培養具有區域化、差異化。我們分析了杭州電子科技大學、浙江工業大學、蘇州大學、南京理工大學和徐州工程學院這五所不同地區、不同層次高校的電子科學與技術專業的培養方案。不僅使我們能學習到其他高校的先進辦學理念、合理的課程設置體系,也可以發現與其他高校之間的差異。具體表現為以下幾個方面:
1.專業定位。各個學校的電子科學與技術專業依據自身的師資力量、辦學條件、區域經濟要求確定專業的發展定位。杭州電子科技大學的電子科學與技術專業依托1個教育部重點實驗室、2個國家級實驗教學示范中心、3個省部級重點實驗室,人才培養定位于能從事電子元器件、電子電路乃至電子集成系統的設計和開發等方面工作的工程技術人才。浙江工業大學的電子科學與技術專業主要培養光通信、電子電路系統、集成電路設計等方面的人才。蘇州大學的電子科學與技術專業定位在培養能夠在電路與系統、集成電路與系統等領域從事各類系統級、板級和芯片級研發工作的高級工程技術人才。南京理工大學的電子科學與技術專業主要是突出光電技術和微電子與信息處理學科的交叉和融合,以光電成像探測理論與技術及微電子理論與技術為專業特色。徐州工程學院的電子科學與技術專業主要定位在培養能從事光電子材料與器件開發的工程技術人才。而我校的電子科學與技術專業定位于服務長三角地區半導體和新能源行業,培養能從事集成電路設計與開發、光電子材料與器件的研發等工作的工程技術人才。
2.課程體系。杭州電子科技大學的電子科學與技術專業培養學生設計、開發電子元器件、電子電路系統、電子集成系統的能力,在課程設置上開設了通信電子電路、EDA技術、薄膜物理與技術、電子材料與電子器件、電子系統設計與實踐、集成電路設計、嵌入式系統原理和應用、現代DSP技術及應用等專業課程。浙江工業大學的電子科學與技術專業培養學生設計、開發電子電路系統、集成電路系統的能力,開設了電路原理、模電數電、通信電子線路、集成電路設計、光纖通信原理、光網絡技術、數字信號處理等專業課程,以及電子線路CAD實驗、單片機綜合實驗、通信原理實驗、通信電子線路大型實驗、微電子基礎實驗、半導體器件仿真大型實驗、集成電路設計大型實驗等實驗類課程。蘇州大學的電子科學與技術專業培養學生設計與開發電路與系統、集成電路與系統,從事各類系統級、板級和芯片級研發工作的能力,開設了信號與系統、電磁場與電磁波、高頻電路設計與制作、電子線路CAD、CMOS模擬集成電路設計、VLSI設計基礎等專業課程,以及電子技術基礎實驗、信號與電路基礎實驗、電子線路實驗、電子系統綜合設計實驗等實驗類課程。南京理工大學培養學生從事光電子器件、光電系統和集成電路的設計、開發、應用的能力,開設了信號與系統、光學、光電信號處理、光輻射測量、光電子器件、光電成像技術、超大規模集成電路設計、光電子技術、顯示技術、光電檢測技術、數字圖像處理、半導體集成電路、集成電路測試技術、微電子技術、光電子線路、電視原理等專業課程。徐州工程學院的電子科學與技術專業培養學生設計與開發光電子材料與器件的能力,開設有信號與系統、光電子學、光電子技術、激光原理與技術、光伏材料等專業課程,以及模擬電路課程設計、數字電路課程設計、單片機原理課程設計等實踐性課程。我校的電子科學與技術專業主要培養學生集成電路設計、光電子材料與器件的設計與制備能力,開設有半導體物理學、半導體器件原理、MEMS技術、微電子工藝原理與技術、薄膜材料及制備技術、工藝與器件可靠性分析、集成電路工藝與器件模擬、EDA技術、通信原理、數字信號處理、光電子材料與器件、光電檢測原理與技術、太陽能電池原理與技術、光纖通信技術等專業課程,以及近代物理實驗、專業實驗等實驗類課程。
3.人才培養特色。杭州電子科技大學的電子科學與技術專業的人才培養特色是注重集成電路設計、系統集成方面能力的培養。浙江工業大學的人才培養注重光纖通信、集成電路設計方面能力的培養。蘇州大學的人才培養注重電路與系統設計、集成電路與系統設計方面能力的培養。南京理工大學的人才培養注重光電技術和微電子與信息處理學科的交叉和融合,以光電成像探測理論與技術及微電子理論與技術為專業特色。徐州工程學院的人才培養注重光電材料與器件方面能力的培養。我校的人才培養注重電子材料與電子器件的設計與開發、集成電路設計方面能力的培養。
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關鍵詞:微電子技術;航空系統;綜合化
微電子技術的進步在很大程度上提升各領域的科學水平,促進了各領域上的發展,目前在微電子技術在航空系統中的應用效果中,我們可以看到微電子技術的重要作用,不僅僅能夠促進航空系統向經濟性、技術性方向發展,同時也能促進航空系統整體性的進步。所以我們要明確微電子技術及微電子技術應用于航空系統的重要作用,從而對如何更好地應用微電子技術進行探究,希望可以促進微電子技術在航空系統中的發展。
1微電子技術的基本概念
微電子技術是較為復雜精密的科學技術之一,是建立在各種高密度微電子組件的基礎上的高微電子技術。作為目前國內較為高精尖的基本技術端電子技術,其應用領域十分廣泛,不僅僅可以使用于航空航天中,也可以使用在各個工業領域及商業領域上,微電子技術的展現形式通常是以微電子商品或者集合多種電子元器件的綜合系統載體等出現,同時這也是各種半導體元件的產品的相關統稱,作為集成電路的一個重要載體,微電子技術對于促進各領域的發展是有重要作用的,但是微電子技術的學習與創新是微電子技術發展的難點,在目前的信息化時代,我們既要正視微電子技術的重要性,又要對微電子技術進行學習與創新,從而促進國家科學、經濟、國防等進一步發展。
2微電子技術在航空系統發展中的重要內涵
隨著航空系統的不斷發展,我們可以看到微電子技術在航空發展過程之中起到相當大的推動作用,促進航空系統向智能化、科學化、模塊化方向發展,而且往往這個時候航空系統的發展也呈現出了綜合性這一具體特性,微電子技術在航空系統中的發展不僅僅是航空水平的具體體現,同時也是國家科技水平及相應的國防實力的重要體現,微電子技術不僅僅是理論性的技術工種,當微電子技術應用于航空系統發展過程中時,也在證明我國微電子技術的基本專業知識理論能夠很好地和實踐應用有機結合起來,體現了我國航空系統發展狀況。除了在航空系統中,微電子技術往往也會體現在航空微電子技術產品上,但無論是系統上還是產品上,微電子技術在航空系統發展過程中仍扮演了重要的推動角色。
3如何更好地將微電子技術應用于航空系統之中
3.1將微電子技術的專業理論知識與航空系統應用進行有機結合
我們可以看到目前航空系統的應用已經偏向于綜合化、具體化、模塊化方向發展了,所以電子技術基礎知識應該在明確目前航空系統的基本發展現狀之上,與實際航空系統應用進行有機結合,保障航空系統能夠使用圖像及語音信號實時傳送功能,提高航空系統發展中的經濟性與技術性,無論是在控制系統還是傳感器及顯示系統中,都促進了航空系統的靈活性和可靠性特性的發展,解決綜合系統中所存在的相應問題,提升客觀的顯示技術及控制技術,從而推動微電子技術在航空系統中的深化與進步。
3.2提升相關人員的微電子技術水平,引進高質量的人才
無論是航空系統方面還是微電子技術方面其發展都需要高質量、高水平的人才進行相應的實驗與應用,所以我們必須提高整體隊伍的綜合素質,以促進微電子技術在航空系統中的發展與應用。傳統的固體物理基礎課程、半導體器件與微電子綜合課程設計等基本知識理論課程并不能滿足微電子技術發展的具體要求,為了培訓相應的航空方面的微電子技術人才,我們必須要革新課程,提高課程難度,在一定程度上加入相應的航空理論知識,增加實踐課程的相應比例,促進相關專業人員能夠將微電子與航空系統的理論知識與現實實際發展情況的有機結合,也可以加強對于VLSI設計、SOC設計方法學嵌入式微處理器體系結構的學習等,但無論是哪種專業知識,都需要相關人員對于相應的微電子技術水平及航空系統的相應技術進行學習與創新,只有這樣微電子技術才能在航空系統的發展過程之中得到更好的應用。
3.3對航空系統中的微電子技術設備進行相應的保護
在微電子技術的應用過程中我們也不應該忽視對于微電子技術載體即微電子技術設備的相應保護,一般這些設備會出現靜電損害及電磁干擾等常見損害問題,在一定程度上阻礙了航空系統的正常運作,我們必須對微電子技術設備進行相應的保護,從而促進微電子技術可以正常應用于航空系統之中。我們可以利用帶有防靜電的相應裝置,以及防塵罩、導電袋等多種防護準備,保證微電子技術設備不被靜電損壞,除此之外還可以考慮降低航空系統各部分的摩擦狀況,處理好相應的飛機操作面,安裝靜電故電器等多種方式降低電磁對于微電子技術設備的干擾,同時對微電子技術設備進行相應的保護。
3.4對航空系統中所使用的集成電路及電子元件進行創新
航空系統中微電子技術應用往往體現在集成電路與元器件的使用過程中,在這個航空系統運行當中,無論是對于信息進行存儲或是處理,都需要使用相應的通用高端芯片以及集成電路等,但是目前國內的芯片及核心元器件都主要依賴于進口,國產的集成電路及電子元件不能夠滿足目前微電子技術在航空系統中的發展需求,面對這一問題,我們必須要注重在航空系統中對于相關技術及電子元件的創新,從而促進微電子技術的提高與航空系統的進步。
4結語
在微電子應用于航空系統中的這一個方面,我們還有好長的路要走,不僅僅需要從理論上獲得突破與提高,同時也要在微電子技術及航空系統的實踐應用上進行有機融合,明確微電子技術在航空系統中發展的重要內涵,從而通過人才引進、元件升級、設備保護等多種方式促進微電子技術在航空系統發展中的具體應用。
作者:顧曉清 單位:上海電子信息職業技術學院
參考文獻:
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關鍵詞:微電子產業;生產線模擬;教學對策
中圖分類號:G642.0 文獻標識碼:A 文章編號:1671-0568(2012)35-0117-02
目前在我國,很多的傳統產業都與微電子技術相結合,高校需要通過在現有各地條件下的高等教育環境里培育出大量的技術人員,使他們具備設計和應用大量的現代集成電路芯片并進行智能改造的能力,才可以進一步使很多相關的傳統產業重新煥發出青春。[1]
微電子工藝課程需求的形象化教學素材十分豐富,將這門課程開發轉化為CAI課件,對提高畢業生對硅工藝的實踐認知能力非常有益。2006年哈爾濱理工大學的曹一江等就提出利用多媒體輔助工具,建立針對微電子教學的課件開發。[2]
一、中小城市微電子產業鏈企業對高等院校學生需求的調查結果
調查發現,國內微電子行業的市場主要集中在處于產業鏈中不同角色的中小企業,而這些企業主要分布在中小城市。因此,高校在為中小企業服務中,特別要注意為小企業服務。以我院為例,我們調查了微電子企業A、B,讓本科學生參與到硅錠生產和切片兩個工藝步驟中,并結合企業人事部門的反饋,認為對于微電子課程教學目前有以下四個問題:
1. 教學過程不適應
從目前實際情況來看,大部分學校及機構的教學工作還停留在滿足于實習、實驗要求的水平,缺乏主動與科研及產業部門合作、共同進行教學改革的力度和深度。
2. 操作體系不適應
要保證高等教育與生產(社會實踐)相結合的工作質量,必須有一套細化的、簡便的、高效的操作系統。
3. 教師的素質不適應
高等學校大部分教師的素質還難以適應微電子實踐教學,不能有效地為企業解決實際的技術問題。
4. 評估體系不健全
評估體系是指對高等教育與科研、生產(社會實踐)相結合的工作質量進行監督、檢查和評價的一系列辦法,包括指標、規則和方式等內容。
二、微電子工藝課程的教改具體實施方案
為了把微電子本科教育定位于更好地和學生將來的職業相結合,應該在考試成績上充分體現學生在學習本課程過程中的綜合能力,就此筆者提出以下五個方面的實施方案,并給出加權的最終成績評定方式,如圖1。
1. 建立本科微電子興趣小組,提出積極興趣分JX
對于本科階段來說,鼓勵師生和生生互動,交流討論。①激發學生對微電子的創新熱情,并了解現代生產的最新發展。②培養學生對各種微電子制造工藝的分析、大型集成電路的設計和應用開發能力,使其跟上現代微電子領域的發展和要求。
2. 建立新型學習機制,加大學院微電子專業重視力度
微電子課程可以將課程分為若干子課程,并分類提供選擇性教育服務,實行“選子課制”,例如可將“微機電系統”單獨分出來,學生根據自己的興趣愛好選擇購買不同的子課程,這樣將使得院校重視該學科教育服務質量以及學生的興趣和要求。
3. 理論教學考試實施必須與科研項目、實踐知識相結合
目前大多數學校的微電子技術教學,自設立以來都采用比較枯燥的課堂純單向教授式學習,因此,此次教改嘗試,將樹立教與學的互動目標,并將使教師已獲得資助的科研項目研究,化成簡單的個體,變成實踐,實施到日常教學中去。
4. 建立微電子企業教育評價因子QP
每年可以設定高校所在地的兩家微電子相關企業為評價方。通過以當地三家微電子企業考察錄用對象的理論、實踐等方面問題,作出A、B、C、D四類評定標準。并適當提高該評價因子的權重,學生本課程的最終成績為:
學生成績=QP×20+0.55×考試成績+平時成績×0.2+0.05×JX(1)
5. 實現新型多媒體教學化
關鍵詞:發展;前景探討;電子技術
如今我們身處的這個信息時代,當然不能缺少信息科學與技術這方面的人才,而電子信息科學與技術的專業前景是不錯的。展望未來,電子產業(包括方興未艾的光電子專業)還將繼續站在世界技術發展的最前沿,一如既往的帶動全球經濟的發展。
一、本專業的主要研究方向和未來發展
電子信息科學與技術專業,主要從事以下領域的研究:通信與廣播電視、厘米波與毫米波技術、傳感與自控、雷達技術、電磁場與微波技術、數字信號處理技術、超導電子學、超大規模集成電路及集成電路系統的研究、微電子技術、電子離子光學與計算機輔助設計、信息顯示、光電子技術和真空微電子學、傳感技術與應用系統等方向。
專業基礎課程為高等數學、線性代數、計算機編程語言、英語、電路分析、模擬電路、數字電路等。
專業主干課程為電路分析基礎、模擬電路、數字電路、高頻電路、計算機語言與程序設計、數據結構、微機原理與應用、單片機原理與應用、信號與系統、數字信號處理、電磁場理論、數字圖像處理、信息論基礎等。
我國信息產業部部長吳基傳曾經在“信息技術與微電子產業發展研討會”上表示,未來10年是我國發展微電子產業的關鍵時期,國家將微電子產業作為重中之重,優先扶植發展。而大力發展以電子信息技術為先導的高科技產業及用高新技術改造傳統產業無疑是國家加速結構重組進程的重要手段。現在電子信息產業對GDP的貢獻也逐步提高,郵電業產值占GDP的比重,就由1994年的1.10%上升到1998年的3.03%。電子信息產業已經逐漸成為我國最大的產業,成為推動國民經濟成長的主要動力。
麻省理工學院是世界上最早開設電子信息學專業的學校,并且一直與世界最新科技發展保持同步,取得了許多科技成果,培養出了許多著名人士,例如我國搜狐的總裁張朝陽就是從麻省理工學院畢業的。我國最早開設本專業的是清華大學,并且也取得了一系列的成果。我國電子信息科學與技術專業1999年招生34342人,占招生人數的2.24%,并且每年的招生人數還在不斷增加。
二、本專業在國防及國民經濟中的應用
毋庸置疑的是,信息技術無論是在國防還是國民經濟中都起著相當大的作用。據我比較了解的通訊行業和信息產業來說,人們常用一日千里來形容。
在通訊行業中,十幾年前手機還是人們炫耀的資本,計算機還是不為人們所熟識的陌生物,但是今天,手機和計算機已越來越多地走入尋常百姓的家庭,漸漸地成為人們生活的必需品。這期間,微電子技術、數字信號處理技術、模擬電路、以及集成電路系統等都得到了很大的發展。十年信息技術的飛速發展,不光令人們詫異,更讓人們看到未來的希望,下一個十年會是什么樣,沒有任何人可以精確地做出預測,因為發展的速度大大超出人們的想象。
而信息產業可謂是國家鼎力支持的一個產業,幾年前部委改革時就單獨成立了一個信息產業部,而且信息產業部的地位一步一步地在提高,這當然不是國家行政干預的結果,而是政府積極適應市場的一種行為。國家已經預見到信息產業的高速發展,而且預見到信息產業在未來經濟地位中重要作用,所以國家積極調整政策,以順應這種發展的趨勢。國家對信息產業的大力扶持可以說就是對電子信息科學與技術畢業生的最大鼓勵與幫助,一個很簡單的道理,市場做大了,信息產業對人才的需求自然也就增多了。雖然從根本上來說是市場自發運作的結果,但國家宏觀政策的引導也是功不可沒。對于高速發展的信息產業來說,人才可說是必不可少的劑;同樣的,迅速擴大的信息產業市場也為越來越多的畢業生提供了廣闊的就業市場。
畢業后從事任何與電子信息通信領域相關的工作,就業前景廣闊,社會需求量大,可以成為:
通信系統設計工程師――各種有線及無線通信系統的研究、設計、開發、管理與維護工作。
電路設計工程師――各種電子電路、設備及系統的研究、設計、開發、管理與維護工作。
計算機開發人員――計算機應用領域的軟硬件開發。
信息技術已是經濟發展的牽動力量,而在關系到一國生死存亡的軍事領域,電子工業更是扮演著舉足輕重的角色。現代戰爭越來越向高技術、信息化的方向發展,電子戰已經成為殺傷敵人的一種強大手段。任何國家都不想在全球的信息戰中處于被動挨打的地位,包括我國在內的世界上比較有“實力”的國家,對于信息技術的投入都非常大,即便是非常“燒錢”的電子信息科學與技術專業,國家也不惜重金投入,以期在新時代經濟及戰略爭奪中居于主動地位。下面我就談談本專業在當代軍事高技術中的應用。
關鍵詞:微電子;實驗教學;晶體管;直流增益
中圖分類號:G434;N45 文獻標志碼:B 文章編號:1674-9324(2015)38-0248-02
一、引言
微電子工藝實驗是微電子專業教學的重要組成部分,對于培養有競爭力的微電子科技人才十分必要。然而目前,我國微電子專業學生的理論聯系實際能力和動手能力普遍偏弱,成為制約我國微電子產業發展的巨大障礙[1-3]。究其根源在于國內高校缺乏工藝實驗教學條件、系統的實驗教學課程[3-4]。因此,對于國內高校如何充分利用現有教學資源,提高微電子工藝實驗教學效果是一個值得探索的課題。
半導體器件仿真指的是利用計算機仿真來優化器件工藝和性能。主要是通過求解基本的物理偏微分方程來對器件結構和電學性能進行建模[1,5]。在開發新產品或優化器件性能時,利用半導體器件仿真可以減少研制成本和周期。本文探究了Silvaco半導體器件仿真軟件在微電子工藝實驗中的應用,利用Silvaco軟件計算了在不同的注入條件和結構參數情況下的大功率晶體管直流增益(HFE),清晰、直觀地向學生們展現了晶體管電學參數、結構參數及工藝參數之間的聯系。表明將器件仿真軟件應用于微電子工藝實驗教學,可進一步充實教學內容、豐富教學方法、增強教學效果,并提高學生器件設計和制造的能力。
二、Silvaco器件仿真在工藝實驗教學中的應用與分析
大功率晶體管是最常見的功率半導體分立器件之一,在一些大型專用軍事裝設備領域起著難以替代的作用,因此,掌握大功率晶體管芯片設計及制造工藝對于微電子專業的學生具有十分重要的意義。大功率晶體管直流增益HFE(用集電極電流變化量與基極電流變化量的比值來表示)參數是衡量大功率晶體管電流控制能力的關鍵直流參數[6]。其值不僅與晶體管的材料參數(如發射區、基區的摻雜濃度)、結構參數(如基區寬度)緊密相關,而且也強烈依賴于測試條件(如基極注入電流、結溫等)。直流增益不同于擊穿電壓和飽和壓降等直流參數,很難利用經驗公式計算得到滿足一定HFE指標要求的晶體管結構參數。在流片過程中,最常見的方法是在晶體管發射區形成后,通過調整發射區結深來調整HFE,這勢必大大增加工藝成本。如果將器件仿真技術應用于大功率晶體管工藝實驗,不僅可以加深學生對晶體管電參數、結構參數和工藝參數的理解,而且在一定程度上降低了晶體管的設計難度和工藝成本。
利用Silvaco/Athena工藝仿真模塊建立大功率晶體管二維結構,如圖1所示。基本結構參數為:器件總厚度為190μm,集電區厚度為40μm,電阻率為20Ω.cm,少子壽命為10μs,晶向為。器件單元寬度(相鄰發射極與基極中點間距離)為240μm。基區寬度、發射結結深以及摻雜濃度為變量。表1和表2為利用Silvaco/Atlas器件仿真模塊計算得到的在不同注入條件和結構參數情況下的直流增益HFE。圖2為仿真得到的大功率晶體管輸出IC~VCE特性曲線,通過IC~VCE特性曲線可以讀取直流增益。仿真過程中復合模型考慮了與摻雜濃度相關的SRH復合(CONSRH)和俄歇復合(AUGER);遷移率模型考慮與溫度、摻雜濃度以及橫向、縱向電場相關的完全模型(CVT)。另外還考慮了重摻雜引起的禁帶變窄效應(BGN)、能帶簡并效應(FERMI-DIRAC統計)以及SELBERHERR碰撞電離模型[5]。測試條件為:25℃,基極注入電流:0.0001μA/μm~100μA/μm,步進×10。集電極掃描電壓:0~5V。
工藝仿真條件一:
基區硼離子注入劑量為5×1015cm-2,注入能量為50KeV。退火時間為750min,溫度為1150℃。發射區磷注入劑量為5×1017cm-2,注入能量為40KeV,退火時間為370min,溫度為1050℃。基區次表面硼雜質度為1.89×1018cm-3,基區寬度為3.4μm。發射區表面濃度為4.61×1020cm-3,發射結結深為3.8μm。由表1可見,當IB=0.1μA/μm時,HFE最大。當IB增大或減小時,HFE均降低。原因為:當IB較大(≥1μA/μm)時,由大注入導致的基區電導調制效應顯著[6],有效基區電導率提高,因此,HFE迅速降低。當IB逐漸減小(≤0.01μA/μm)時,發射結勢壘區復合電流在總發射極電流中的比例增大[6],使得注入效率γ減小,從而導致HFE降低。
工藝仿真條件二:
基區硼離子注入劑量、注入能量及退火溫度同工藝一,退火時間增長為1250min。發射區磷注入劑量、注入能量以及退火推進溫度同工藝一,退火時間減少為270min。基區次表面硼雜質濃度為3.25×1018cm-3,基區寬度增大為8.4μm。發射區表面濃度為4.75×1020cm-3,發射結結深減小為3μm。由表2可見,相比于工藝一,基區寬度顯著增大,使得基區輸運系數β*降低。晶體管基區次表面濃度增大,導致注入效率γ的降低。由于HFE正比β*與γ的乘積[6],因此,HFE有大幅度降低。并且使得發生基區電導調制效應的臨界基極注入電流增大。
三、結論
將Silvaco半導體器件仿真軟件應用于微電子工藝實驗教學,可清晰、直觀地向學生們展現半導體器件電學參數、結構參數及工藝參數之間的聯系。進一步充實教學內容、豐富教學方法、增強教學效果,并提高學生器件設計和制造的能力。
參考文獻:
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