- 相關(guān)推薦
以生為本的高校微電子器件教學(xué)研究論文
《微電子器件》是電子信息與工程技術(shù)專(zhuān)業(yè)的重要基礎課程。其課程內容涉及微電子器件的實(shí)際結構、刻蝕技術(shù)、鍍膜技術(shù)、封裝技術(shù)以及過(guò)程檢測技術(shù)等。本課程具有內容豐富、實(shí)踐性和應用性強等特點(diǎn)，學(xué)生普遍感覺(jué)學(xué)習難度大。針對微電子工藝基礎課程教學(xué)的自身特點(diǎn)和多年的MEMS器件加工經(jīng)驗，本文從蘇州科技學(xué)院的實(shí)際情況出發(fā)，以中科院蘇州納米所加工平臺為教學(xué)實(shí)習基地，建立了理論授課、微納加工工藝培訓、參與微項目研究以及完善有效的實(shí)驗考核方案相結合的特色教學(xué)方式。教學(xué)研究表明，通過(guò)改革可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習興趣和培養學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng )新能力和科學(xué)研究能力，提高了教學(xué)效果。
一、引言
微電子器件課程是一門(mén)以實(shí)踐教學(xué)為主，以半導體基本理論和器件工藝知識為向導，以培養學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng )新能力和科學(xué)研究能力為目標的課程，是電子工程專(zhuān)業(yè)的重要內容[1]。它以微小型電子器件和各種傳感器的設計、制作和測試為載體，培養學(xué)生的實(shí)踐工程能力，使學(xué)生獲得微納器件制備工藝的基礎知識，了解微納器件的生產(chǎn)過(guò)程，并初步具備開(kāi)發(fā)新型微納米半導體器件的能力[2]。隨著(zhù)微納米加工和檢測技術(shù)的不斷進(jìn)步，新材料、新器件層出不窮。然而，由于微納電子器件和傳感器的制造和加工設備價(jià)格昂貴，國內擁有供科研和教學(xué)用的實(shí)驗平臺極其有限[3]。對于絕大多數的高校而言，傳統的教學(xué)內容和教學(xué)模式與新形勢下以培養學(xué)生的創(chuàng )新能力和工程實(shí)踐能力為目標的教學(xué)要求之間的矛盾日益突出。本文以蘇州科技學(xué)院的實(shí)際情況出發(fā)，發(fā)揮地域優(yōu)勢，通過(guò)跟中科院蘇州納米所的實(shí)踐教學(xué)合作，探索出了一條具有開(kāi)發(fā)微電子新產(chǎn)品、新技術(shù)和新工藝的應用型人才培養模式。
本文以電子科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)核心課程“微電子器件”教學(xué)實(shí)踐為研究對象，針對本校電子工藝教學(xué)中存在的問(wèn)題就該教學(xué)內容、教學(xué)方法和考核方式進(jìn)行了探討。
二、本校微電子器件教學(xué)中存在的問(wèn)題
微電子技術(shù)的發(fā)展日新月異，對微電子人才的要求不斷提升，2013蘇州科技學(xué)院院電子信息工程專(zhuān)業(yè)被遴選為江蘇省“十二五”高等學(xué)校重點(diǎn)專(zhuān)業(yè)和江蘇省卓越工程師培養計劃試點(diǎn)專(zhuān)業(yè)，自立項以來(lái)，學(xué)院始終堅持以“重點(diǎn)專(zhuān)業(yè)建設”為主線(xiàn)，堅持以創(chuàng )新理念思路為先導，以推進(jìn)學(xué)生優(yōu)質(zhì)就業(yè)為導向，以提高人才培養質(zhì)量為目標，加強專(zhuān)業(yè)建設。在各個(gè)方面有了極大的進(jìn)步，形成了鮮明的特色，但在實(shí)踐中仍存在一些問(wèn)題，主要有如下幾方面：
1.教學(xué)內容陳舊。授課內容依然局限于半導體基礎知識、基本理論、基本方程、PN結、二極管、雙極性晶體管與絕緣柵場(chǎng)效應晶體管的基本工作原理，以及二極管和三極管的小信號模型等，而對于真正的微電子工藝介紹則僅限于概念性的介紹，授課內容理論性太強、知識點(diǎn)過(guò)于抽象。隨著(zhù)MEMS加工技術(shù)的快速發(fā)展，超大規模集成電路、新型太陽(yáng)能電池、陀螺儀、加速度計等新產(chǎn)品發(fā)展迅猛，傳統的焊接訓練、組裝收音機、萬(wàn)用表等簡(jiǎn)單的電子產(chǎn)品越來(lái)越跟不上電子元器件和電子工業(yè)的飛速發(fā)展。以授課為主的傳統教學(xué)模式已無(wú)法充分調動(dòng)學(xué)生的學(xué)習興趣和積極性，更無(wú)法鍛煉學(xué)生的創(chuàng )新能力和實(shí)踐能力，微電子器件教學(xué)應以生為本，以授為輔，向以培養學(xué)生的綜合應用能力和創(chuàng )新實(shí)踐能力的綜合訓練模式過(guò)渡。
2.經(jīng)費的不足，實(shí)驗設備缺乏。由于微納器件加工和制造設備價(jià)格昂貴，實(shí)驗環(huán)境要求苛刻，加之經(jīng)費嚴重短缺，教學(xué)設備和實(shí)驗儀器得不到及時(shí)的補充和更新，微電子器件教學(xué)只能停留在理論教學(xué)階段，而對于電子工藝教學(xué)只能借助企業(yè)和科研院所進(jìn)行短期參觀(guān)和實(shí)習教學(xué)，學(xué)生沒(méi)有機會(huì )親自動(dòng)手，無(wú)法深入理解所學(xué)的理論知識，嚴重影響教育和教學(xué)質(zhì)量。
3.考核方式單一。單一的以卷面考試為核心，不能充分體現學(xué)生的實(shí)踐能力、創(chuàng )新意識和綜合素質(zhì)。因此，本課程對學(xué)生的考核，以強調理論與實(shí)踐的有機結合，校內與校外的結合。其中理論考試占學(xué)生總成績(jì)的40%，實(shí)踐考核占60%，理論考試由本校組織，實(shí)踐考試由中科院蘇州納米所組織。真正做到有理論、有實(shí)踐，最終考核以實(shí)踐為主，組成雙方參加的教學(xué)團隊完成教授內容。
三、以生為本的高校微電子器件教學(xué)研究
1.優(yōu)化教學(xué)內容。教學(xué)內容的設計是決定教學(xué)效果和課程建設優(yōu)劣的先決條件，它決定了培養目標的實(shí)現與否。將傳統的重理論、輕實(shí)踐的教學(xué)內容和要求調整為重實(shí)踐和輕理論。將微電子器件工藝課程內容分為理論教學(xué)(弱化)和實(shí)踐教學(xué)(強化)兩個(gè)模塊進(jìn)行施教：(1)了解微電子器件的基本原理，主要包括：半導體器件基礎知識、能帶理論、PN結以及MOS管的工作原理等內容。這部分內容介紹了集成電路制造的基礎知識，闡述了集成電路制造工藝的物理基礎和基本原理，鋪平了學(xué)生探索之路，為實(shí)踐工作奠定了理論基礎。(2)掌握先進(jìn)的微納加工技術(shù)，主要包括：硅片的加工、摻雜技術(shù)、刻蝕技術(shù)、鍍膜技術(shù)以及封裝技術(shù)。這部分內容屬于重點(diǎn)學(xué)習和掌握的內容。其中，摻雜技術(shù)包括離子注入技術(shù)和擴散技術(shù)，刻蝕技術(shù)包括光刻、干法刻蝕和濕法刻蝕技術(shù)，鍍膜技術(shù)包括氧化、物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積、原子層沉積以及電鍍技術(shù)，封裝技術(shù)包括引線(xiàn)焊接技術(shù)、倒裝焊技術(shù)以及TSV技術(shù)。而對于各章的單項工藝，如介紹光刻工藝工藝時(shí)，應強調光刻工藝的原理、光刻的步驟(八步)、光刻膠的類(lèi)型(正向光刻膠和負向光刻膠)及特性、光刻的方式(接觸式、接近式等)及各種方式的優(yōu)缺點(diǎn)、影響光刻分辨率和對比度的因素等內容。這部分內容幾乎涉及到半導體光電器件制備的所有流程，是培養學(xué)生實(shí)踐能力和綜合素質(zhì)的重要環(huán)節。
2.多媒體輔助教學(xué)方式。運用多媒體技術(shù)輔助教學(xué)能使學(xué)生看到圖文并茂、視聽(tīng)一體的交互式集成信息。筆者從教學(xué)實(shí)踐出發(fā)，從多年的器件加工工作中積累了大量的視頻資料和各種現場(chǎng)加工圖片，在講述工藝制備過(guò)程時(shí)，除了用實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中采集到的多幅圖像外，還通過(guò)動(dòng)畫(huà)詳細介紹了設備的內部結構、工作原理以及展示工藝設備的外形，同時(shí)利用EntaurusTCAD軟件模擬工藝設備的工作過(guò)程及工作原理。如圖1為甩膠工藝示意圖;圖2為課件中采用的光刻機工作原理。所用的圖片均使CorelDRAW軟件手工制作。一些較復雜的工藝采用視頻錄像的方式來(lái)展示，如圖3所示為筆者在實(shí)驗過(guò)程中錄制的噴膠工藝視頻錄像，通過(guò)視頻展現主要操作步驟和設備的關(guān)鍵結構。
3.強化參觀(guān)-理論-實(shí)踐相結合的教學(xué)模式。教師帶領(lǐng)學(xué)生參觀(guān)校外實(shí)習基地。中科院蘇州納米所的加工平臺擁有電子束曝光機、透射電子顯微鏡、光刻機、倒裝焊機等重大儀器設備，為各研究部項目的實(shí)施提供工藝條件和測試服務(wù)。同時(shí)也是一個(gè)公共的服務(wù)平臺，具有廣泛的服務(wù)對象，包括其他研究院所、全國各地大學(xué)和企業(yè)。參觀(guān)這樣的科研機構，能使同學(xué)全面了解本行業(yè)國內外發(fā)展的概況及先進(jìn)的設備和工藝水平。在操作人員、技術(shù)人員和管理人員的講解和交流中，學(xué)到更多的實(shí)踐知識。
在實(shí)際操作教學(xué)環(huán)節上，對學(xué)生進(jìn)行微電子器件加工綜合培訓，主要內容有：(1)理論學(xué)習：學(xué)習納米加工平臺的管理規定、行為規范以及安全知識等;(2)參觀(guān)學(xué)習：通過(guò)學(xué)習納米加工平臺超凈間知識講解，實(shí)地參觀(guān)介紹超凈間的布局、環(huán)境，設備儀器的工作原理等;(3)實(shí)踐考核：將學(xué)生劃分為小組，每組不超過(guò)8人，參與研究所提供的微項目研究，每個(gè)微項目都包括一些基本的器件制備工藝，從硅片的清洗、光刻、刻蝕、鍍膜、裂片到最后的封裝測試。最終通過(guò)實(shí)驗和理論相結合的形式對學(xué)生進(jìn)行考核和測評。
通過(guò)微項目的實(shí)施，大大提高了學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng )新能力[4]。使同學(xué)們感悟到，在微電子器件生產(chǎn)過(guò)程中，任何一個(gè)條件、一個(gè)參數甚至一個(gè)小小的失誤都有可能導致流片過(guò)程的失敗，從而使同學(xué)們樹(shù)立正確、嚴謹的科學(xué)態(tài)度。通過(guò)參觀(guān)學(xué)習與講解指導相結合，動(dòng)手實(shí)踐與課堂學(xué)習相結合，學(xué)習到更多的寶貴經(jīng)驗和實(shí)踐知識，極大地調動(dòng)了學(xué)生的積極性，激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng )作激情[5]。
4.完善考核辦法。完善有效的考核方案，精減理論內容考核，把動(dòng)手能力和綜合分析問(wèn)題的能力及創(chuàng )新能力作為主要考核內容。強調理論(40%)與實(shí)踐(60%)的有機結合，校內與校外的結合，組成雙方參加的教學(xué)團隊完成考核內容，此種方法促進(jìn)了學(xué)生對實(shí)踐技能培養的重視和學(xué)習質(zhì)量的提高。
結束語(yǔ)：
針對本校電子與信息工程學(xué)院微電子器件工藝課程的特點(diǎn)和教學(xué)中存在的問(wèn)題，利用多媒體教學(xué)手段和中科院蘇州納米所加工平臺為教學(xué)實(shí)習基地，建立了由教學(xué)內容的優(yōu)化、教學(xué)方式的改革、參觀(guān)微納加工生產(chǎn)線(xiàn)及參與微項目實(shí)施相結合的特色教學(xué)方式，達到質(zhì)量良好的整體教學(xué)效果。這種微電子器件教學(xué)模式的建立，有助于提高學(xué)生的工程素質(zhì)、實(shí)踐能力和創(chuàng )新意識。
【以生為本的高校微電子器件教學(xué)研究論文】相關(guān)文章：
以生為本中學(xué)教育論文07-07
高校舞蹈教學(xué)研究論文07-06
高校旅游文化的課程教學(xué)研究論文06-08
高校茶文化音樂(lè )鋼琴教學(xué)研究論文07-13
以生為本構建和諧高效政治課堂的論文09-07
微電子封裝業(yè)和微電子封裝設備論文09-06
以生為本提升高中的英語(yǔ)教學(xué)探討論文09-13
微電子產(chǎn)業(yè)的變遷論文09-22