Silvaco TCAD仿真軟件的應用對于學生實踐能力的培養(yǎng)

黃瑋 徐振邦

摘要：高職院校學生實踐能力的培養(yǎng)是重中之重，針對微電子專業(yè)學生，本文討論了工藝和器件仿真軟件Silvcaco在教學和創(chuàng)新實踐培養(yǎng)中的應用，通過軟件的使用，使學生鍛煉了自己的分析能力，加強了對專業(yè)知識的認知，提高了自身的實踐能力。

關鍵詞：Silvaco TCAD；實踐能力；仿真應用

中圖分類號：G641 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）24-0246-02

一、引言

高等職業(yè)教育的培養(yǎng)目標是造就適應生產(chǎn)、建設、管理、服務第一線需要的高素質(zhì)技術應用型人才。這就需要高度重視對于學生實踐能力的培養(yǎng)，這也是在課程開發(fā)、人才培養(yǎng)方案制訂過程中需要重點考慮的方面。[1]

微電子專業(yè)學生主要研究的是集成電路芯片的設計、制造和應用。由于集成電路芯片開發(fā)周期長，成本高，所以想要學生通過實際參與芯片開發(fā)的全過程是不太現(xiàn)實的。這種情況下，對于仿真軟件的使用就非常重要，一方面通過仿真過程，可以使學生更直觀地理解芯片開發(fā)中所涉及到的器件、工藝、設計等方面的相關知識，另一方面，在實際生產(chǎn)中，仿真軟件也在企業(yè)中大量使用，有助于企業(yè)進行產(chǎn)品設計與開發(fā)，在教學中運用仿真軟件也培養(yǎng)了學生的實際應用能力，使學生今后可以更快地適應工作崗位。

二、Silvaco TCAD軟件簡介

半導體仿真主要包括工藝仿真、器件仿真和電路仿真：工藝仿真可以實現(xiàn)離子注入、氧化、刻蝕、光刻等工藝過程的模擬，有助于設計新工藝流程，改善舊工藝流程；器件仿真可以實現(xiàn)電學特性仿真、性能參數(shù)的提取，可用于設計新型器件，改良傳統(tǒng)器件結構；電路仿真可以對電路的時序、工作性能等進行仿真，用于驗證電路設計。

Silvaco TCAD軟件是由Silvaco公司出品的一款輔助設計工具，它主要包含了工藝仿真軟件Athena和器件仿真軟件Atlas，通過在軟件中設定相應的工藝和器件參數(shù)，可以模擬實現(xiàn)器件或者電路制造的全流程，也可以對器件或者電路的性能進行仿真驗證分析，提取相關參數(shù)。[2]

三、Silvaco TCAD軟件在課程中的使用

隨著知識經(jīng)濟社會的到來和高新技術的迅猛發(fā)展，社會的產(chǎn)業(yè)結構正在發(fā)生不斷變化，一些新興行業(yè)隨之興起并日益發(fā)展。經(jīng)濟、社會的發(fā)展和學生個人的成長，要求高職院校的畢業(yè)生不僅要具有較強的專業(yè)能力，同時還要具備較高的社會適應能力和可持續(xù)發(fā)展能力。在本校微電子專業(yè)人才培養(yǎng)中，專門安排了《集成電路工藝仿真》這一實訓課程，學生集中學習和實訓。主要任務是利用SILVACO TCAD軟件對集成電路工藝制程進行仿真。根據(jù)前面學習的集成電路制造的工藝原理、方法及工藝中的主要參數(shù)等基本理論知識，設計二極管、NPN管和MOS管的工藝流程，并將其利用SILVACO軟件進行仿真和優(yōu)化。

四、Silvaco軟件在創(chuàng)新項目中的運用

為了更好地鍛煉學生的實踐能力，培養(yǎng)學生自行分析解決問題的能力，特別組織學生積極思考，申報江蘇省大學生創(chuàng)新課題。學生選擇利用Silvaco軟件對MOS器件的結構進行改進設計。

在項目實現(xiàn)過程中，小組成員分工合作，通過調(diào)研學習了解各種不同器件結構的特點，從中選擇一種來進行研究。研究過程中，小組成員在老師的指導下充分利用Silvaco軟件，首先對傳統(tǒng)的體硅MOS器件結構進行仿真，得到器件的伏安特性等，然后通過軟件模擬SOI器件結構，將其器件性能與體硅MOS器件的性能進行對比，在比較分析的基礎上，通過對于工藝和結構參數(shù)的調(diào)整，來獲得更優(yōu)化的器件結構。小組成員還在查閱資料的基礎上，加入了高K柵介質(zhì)材料，并經(jīng)過仿真，得到優(yōu)化的器件結構。

學生在項目完成過程中，分工協(xié)作，明確自己的職責，同時相互協(xié)商，在開發(fā)過程中，雖然想法也會有差別，可以明確向其他成員展示自己的看法，相互溝通交流的能力得到提升，最終經(jīng)過完美的合作完成了任務。

通過這個綜合性較強的項目設計，鍛煉了學生分析處理數(shù)據(jù)的能力，鍛煉了學生創(chuàng)新開發(fā)的思維，也鍛煉了學生的合作能力。而且在項目開發(fā)研究過程中所獲得的經(jīng)驗還可以用到今后的學習工作中。

教師在項目實踐過程中，要注重指引學生去實踐動手，而不是代替學生去做，引導學生如何來對問題進行分析，綜合討論，列出分析思路，再進一步運用軟件去驗證自己的思路想法。

五、結語

高職院校學生實踐能力的培養(yǎng)是現(xiàn)在高職教育的核心關鍵。對于微電子專業(yè)的學生來說，昂貴的全自動化生產(chǎn)設備和生產(chǎn)成本，使學生實際參與生產(chǎn)過程的可能性微乎其微，而仿真軟件Silvaco TCAD的使用可以有效幫助學生理解生產(chǎn)和設計過程，并能全面地模擬仿真，并對結果進行分析論證，這使得學生對于專業(yè)的理解不再只是浮于表面，而是更加深入內(nèi)在本質(zhì)，在應用軟件的過程中，學生能夠對于工藝條件、器件結構參數(shù)進行設定、調(diào)整，這也正是實際生產(chǎn)中需要完成的工作，對于學生今后適應工作崗位有很大的幫助。

參考文獻：

[1]梁玉國.高職院校學生職業(yè)核心能力培養(yǎng)的思考與實踐[J].中國高教研究，2013，（03）：94-97.

[2]徐振邦.半導體器件物理[M].北京：電子工業(yè)出版社，2017.

[3]丁金昌.實踐導向的高職教育課程改革與創(chuàng)新[J].高等工程教育研究，2015，（01）：119-124.