“緊隨時代，負芯前行”實驗教學改革探索

段小玲 許晟瑞 王樹龍

[摘 要] 近年來國家快速發(fā)展的半導體產(chǎn)業(yè)，對高校高新技術人才培養(yǎng)提出了更高的要求。通過分析目前微電子教學模式中存在的主要問題，結合產(chǎn)學研融合的教育理念，有針對性地提出“緊隨時代，負芯前行”的前沿下沉式實驗教學模式，在實驗體系、教學內(nèi)容和實訓平臺等多個方面展開改革探索，依據(jù)產(chǎn)學研融合的教育理念，使人才發(fā)展、研究創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)前沿高效融合、協(xié)同發(fā)展。改革后的教學模式顯著拓寬了學生的認知領域，提升了學生的綜合能力。

[關鍵詞] 半導體產(chǎn)業(yè);實驗教學;產(chǎn)學研融合

[基金項目] 2019年度教育部高等教育司第二批產(chǎn)學合作協(xié)同育人項目“以創(chuàng)新人才培養(yǎng)為導向的微電子實驗教學改革與實踐”（201902270029）

[作者簡介] 段小玲（1988—），女，陜西西安人，工學博士，西安電子科技大學微電子學院講師，主要從事寬禁帶半導體材料與器件研究;許晟瑞（1981—），男，吉林公主嶺人，工學博士，西安電子科技大學微電子學院教授，主要從事寬禁帶半導體材料與器件研究;王樹龍（1983—），男，山東臨沂人，工學博士，西安電子科技大學微電子學院副教授，主要從事納米器件與集成技術研究。

[中圖分類號] G642.0? ?[文獻標識碼] A? ? [文章編號] 1674-9324（2021）19-0063-04? ?[收稿日期] 2020-12-04

半導體產(chǎn)業(yè)鏈是融合了材料制備、器件設計、器件加工與測試、集成電路設計和封裝測試等技術的高端產(chǎn)業(yè)鏈，是信息技術產(chǎn)業(yè)的地基式的核心支撐產(chǎn)業(yè)，在國家經(jīng)濟發(fā)展中占據(jù)著越來越重要的地位。隨著信息化時代的到來，世界范圍內(nèi)半導體行業(yè)的競爭日漸激烈。近年來接連發(fā)生了“中芯國際”和“華為”事件，這也標志著我國半導體行業(yè)遇到了前所未有的機遇與挑戰(zhàn)，當前和今后一段時期是我國半導體與集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要戰(zhàn)略機遇期和攻堅期。

為了主動適應嚴峻的國際形勢，抓住現(xiàn)有的可能機遇，我國先后出臺了《國家集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進綱要》《新時期促進集成電路產(chǎn)業(yè)和軟件產(chǎn)業(yè)高質量發(fā)展的若干政策》（以下簡稱“若干政策”）等文件[1，2]，有力支撐國家信息化建設。2020年國務院印發(fā)的“若干政策”中指出了集成電路人才培養(yǎng)的重要性，強調要緊密結合產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求及時調整課程設置和教學方式，加強集成電路專業(yè)師資隊伍、實驗室和實習實訓基地建設，加強高校與產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展，支持高校與企業(yè)合作聯(lián)合培養(yǎng)集成電路人才。本論文旨在結合產(chǎn)學研融合的教育理念，從一線微電子實驗教學改革出發(fā)，將人才培養(yǎng)、研究創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)輸出高效融合，提出切實可行的“緊隨時代，負芯前行”的教學改革方案，將實驗教學與國際前沿相結合，將前沿下沉至微電子一線教學中，以期實現(xiàn)滿足企業(yè)前沿發(fā)展需求的教學目的。

一、微電子教學模式中存在的主要問題

微電子教學包含了微電子基礎課程、微電子相關實驗與微電子行業(yè)實習，旨在培養(yǎng)具有微電子相關基礎知識、實驗能力與從業(yè)技能的創(chuàng)新型技術人才。隨著半導體行業(yè)的發(fā)展，我國越來越多的高校建立微電子學院并開設相關課程。然而，大部分高校師資力量與學科建設尚處于薄弱狀態(tài)，即便是成立已久的示范性微電子學院中也依然存在基礎知識內(nèi)容固化、實驗教學脫離前沿、行業(yè)實習教學薄弱等很多問題[3，4]。半導體行業(yè)作為快速發(fā)展的行業(yè)，在短短幾十年間經(jīng)歷了多代材料的發(fā)展與變革，其前沿性相較于大部分學科更具重要意義。從產(chǎn)業(yè)鏈頂端至教學基礎底層，自上而下的前沿性缺失會致使在輸出人才的自下而上的過程中出現(xiàn)能力與認知斷層。深入剖析該問題并且針對問題提出切實可行的教學方案，才能夠使教育模式逐漸完善。

（一）理論基礎課程設置死板，教學形式固化

經(jīng)過多年的教學探究與摸索，微電子專業(yè)的理論基礎教育已經(jīng)形成了從微觀方面的量子力學、固體電子學和凝聚態(tài)物理到宏觀方面的半導體技術、集成電路設計和集成電路封裝與測試等全面的理論知識體系。但是目前的課程設置依然較為呆板固化，很多課程采用的教材版本落后[5]。以半導體器件的知識體系為例，仍舊是以硅基材料為主。但是近年來，隨著寬禁帶材料的發(fā)展與應用，電力電子器件、高功率開關和汽車電子等器件的發(fā)展，以氮化鎵為代表的寬禁帶半導體具備很多硅基材料不具備的特性，這些在硅基材料為基礎的內(nèi)容體系中是沒有體現(xiàn)的。相應的實驗教學內(nèi)容和教學形式與迅速發(fā)展和更新的學科特性不匹配，僅以固化的基礎實驗教學內(nèi)容進行理論驗證，失去了前沿性、發(fā)展性和可探索性。不僅導致學生的學習積極性差，同時也使作為基礎的理論知識教育在源頭上失去了前沿下沉的平臺。

（二）實驗理論知識凌亂，不具備體系化和前沿拓展性

微電子學科是一門綜合性的學科，涉及物理、化學和數(shù)學領域的諸多知識，因此實驗的安排具有較大的工程量，現(xiàn)有的高校本科實驗教學中存在著諸多問題。首先是實驗理論知識介紹要么和理論課重復講解，要么直接略過，學生實驗過程中按照操作指南進行操作并得到固定的實驗結果，實驗教學內(nèi)容缺乏理論知識和實踐的融會貫通。其次，實驗項目本身不夠完備和體系化，很多實驗僅僅停留在簡單的操作和認知階段，對于實驗結果的分析和更多可能結果的探索沒有指導和啟發(fā)意義。除此之外，很多實驗內(nèi)容設置與教學方法停留在多年前較為古老的教學版本，呆板的內(nèi)容設置要變更就需要將一些相關的前沿技術下沉到教學任務中，讓實驗內(nèi)容在廣度上拓展[6，7]。

（三）實驗設備不完善，半導體行業(yè)認知教育薄弱，實習機會缺乏

雖然如今較多高校開設了微電子專業(yè)，但是由于半導體行業(yè)采用的外延薄膜生長設備，流片工藝相關的光刻機、等離子體刻蝕機等，以及半導體測試相關設備，如X射線衍射儀（XRD）、場發(fā)射掃描電鏡（SEM）等均是價格昂貴的設備，大部分高校的實驗設備都不完善，硬件實力較為薄弱，因此在安排本科生進行實驗學習和實習時存在一定的困難。此外，高校教育與半導體集成電路產(chǎn)業(yè)的結合程度不夠，行業(yè)認知教育缺乏，導致教學與產(chǎn)業(yè)脫軌。高校缺乏產(chǎn)業(yè)技術培訓學習條件，與業(yè)內(nèi)企業(yè)協(xié)同機制缺乏，學生缺少實訓機會，缺乏實戰(zhàn)經(jīng)驗。