段小玲 許晟瑞 王樹龍

[摘 要] 近年來國家快速發(fā)展的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，對(duì)高校高新技術(shù)人才培養(yǎng)提出了更高的要求。通過分析目前微電子教學(xué)模式中存在的主要問題，結(jié)合產(chǎn)學(xué)研融合的教育理念，有針對(duì)性地提出“緊隨時(shí)代，負(fù)芯前行”的前沿下沉式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，在實(shí)驗(yàn)體系、教學(xué)內(nèi)容和實(shí)訓(xùn)平臺(tái)等多個(gè)方面展開改革探索，依據(jù)產(chǎn)學(xué)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(xué)模式顯著拓寬了學(xué)生的認(rèn)知領(lǐng)域，提升了學(xué)生的綜合能力。

[關(guān)鍵詞] 半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè);實(shí)驗(yàn)教學(xué);產(chǎn)學(xué)研融合

[基金項(xiàng)目] 2019年度教育部高等教育司第二批產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目“以創(chuàng)新人才培養(yǎng)為導(dǎo)向的微電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與實(shí)踐”（201902270029）

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

[中圖分類號(hào)] G642.0? ?[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A? ? [文章編號(hào)] 1674-9324（2021）19-0063-04? ?[收稿日期] 2020-12-04

半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)侨诤狭瞬牧现苽?、器件設(shè)計(jì)、器件加工與測(cè)試、集成電路設(shè)計(jì)和封裝測(cè)試等技術(shù)的高端產(chǎn)業(yè)鏈，是信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的地基式的核心支撐產(chǎn)業(yè)，在國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占據(jù)著越來越重要的地位。隨著信息化時(shí)代的到來，世界范圍內(nèi)半導(dǎo)體行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)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(biāo)志著我國半導(dǎo)體行業(yè)遇到了前所未有的機(jī)遇與挑戰(zhàn)，當(dāng)前和今后一段時(shí)期是我國半導(dǎo)體與集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要戰(zhàn)略機(jī)遇期和攻堅(jiān)期。

為了主動(dòng)適應(yīng)嚴(yán)峻的國際形勢(shì)，抓住現(xiàn)有的可能機(jī)遇，我國先后出臺(tái)了《國家集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)綱要》《新時(shí)期促進(jìn)集成電路產(chǎn)業(yè)和軟件產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的若干政策》（以下簡(jiǎn)稱“若干政策”）等文件[1，2]，有力支撐國家信息化建設(shè)。2020年國務(wù)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(qiáng)調(diào)要緊密結(jié)合產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求及時(shí)調(diào)整課程設(shè)置和教學(xué)方式，加強(qiáng)集成電路專業(yè)師資隊(duì)伍、實(shí)驗(yàn)室和實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)，加強(qiáng)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(jié)合產(chǎn)學(xué)研融合的教育理念，從一線微電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)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(shí)可行的“緊隨時(shí)代，負(fù)芯前行”的教學(xué)改革方案，將實(shí)驗(yàn)教學(xué)與國際前沿相結(jié)合，將前沿下沉至微電子一線教學(xué)中，以期實(shí)現(xiàn)滿足企業(yè)前沿發(fā)展需求的教學(xué)目的。

一、微電子教學(xué)模式中存在的主要問題

微電子教學(xué)包含了微電子基礎(chǔ)課程、微電子相關(guān)實(shí)驗(yàn)與微電子行業(yè)實(shí)習(xí)，旨在培養(yǎng)具有微電子相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)、實(shí)驗(yàn)?zāi)芰εc從業(yè)技能的創(chuàng)新型技術(shù)人才。隨著半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展，我國越來越多的高校建立微電子學(xué)院并開設(shè)相關(guān)課程。然而，大部分高校師資力量與學(xué)科建設(shè)尚處于薄弱狀態(tài)，即便是成立已久的示范性微電子學(xué)院中也依然存在基礎(chǔ)知識(shí)內(nèi)容固化、實(shí)驗(yàn)教學(xué)脫離前沿、行業(yè)實(shí)習(xí)教學(xué)薄弱等很多問題[3，4]。半導(dǎo)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(xué)科更具重要意義。從產(chǎn)業(yè)鏈頂端至教學(xué)基礎(chǔ)底層，自上而下的前沿性缺失會(huì)致使在輸出人才的自下而上的過程中出現(xiàn)能力與認(rèn)知斷層。深入剖析該問題并且針對(duì)問題提出切實(shí)可行的教學(xué)方案，才能夠使教育模式逐漸完善。

（一）理論基礎(chǔ)課程設(shè)置死板，教學(xué)形式固化

經(jīng)過多年的教學(xué)探究與摸索，微電子專業(yè)的理論基礎(chǔ)教育已經(jīng)形成了從微觀方面的量子力學(xué)、固體電子學(xué)和凝聚態(tài)物理到宏觀方面的半導(dǎo)體技術(shù)、集成電路設(shè)計(jì)和集成電路封裝與測(cè)試等全面的理論知識(shí)體系。但是目前的課程設(shè)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(dǎo)體器件的知識(shí)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(yīng)用，電力電子器件、高功率開關(guān)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(dǎo)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(chǔ)的內(nèi)容體系中是沒有體現(xiàn)的。相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)形式與迅速發(fā)展和更新的學(xué)科特性不匹配，僅以固化的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行理論驗(yàn)證，失去了前沿性、發(fā)展性和可探索性。不僅導(dǎo)致學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性差，同時(shí)也使作為基礎(chǔ)的理論知識(shí)教育在源頭上失去了前沿下沉的平臺(tái)。

（二）實(shí)驗(yàn)理論知識(shí)凌亂，不具備體系化和前沿拓展性

微電子學(xué)科是一門綜合性的學(xué)科，涉及物理、化學(xué)和數(shù)學(xué)領(lǐng)域的諸多知識(shí)，因此實(shí)驗(yàn)的安排具有較大的工程量，現(xiàn)有的高校本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在著諸多問題。首先是實(shí)驗(yàn)理論知識(shí)介紹要么和理論課重復(fù)講解，要么直接略過，學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程中按照操作指南進(jìn)行操作并得到固定的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容缺乏理論知識(shí)和實(shí)踐的融會(huì)貫通。其次，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目本身不夠完備和體系化，很多實(shí)驗(yàn)僅僅停留在簡(jiǎn)單的操作和認(rèn)知階段，對(duì)于實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析和更多可能結(jié)果的探索沒有指導(dǎo)和啟發(fā)意義。除此之外，很多實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)置與教學(xué)方法停留在多年前較為古老的教學(xué)版本，呆板的內(nèi)容設(shè)置要變更就需要將一些相關(guān)的前沿技術(shù)下沉到教學(xué)任務(wù)中，讓實(shí)驗(yàn)內(nèi)容在廣度上拓展[6，7]。

（三）實(shí)驗(yàn)設(shè)備不完善，半導(dǎo)體行業(yè)認(rèn)知教育薄弱，實(shí)習(xí)機(jī)會(huì)缺乏

雖然如今較多高校開設(shè)了微電子專業(yè)，但是由于半導(dǎo)體行業(yè)采用的外延薄膜生長設(shè)備，流片工藝相關(guān)的光刻機(jī)、等離子體刻蝕機(jī)等，以及半導(dǎo)體測(cè)試相關(guān)設(shè)備，如X射線衍射儀（XRD）、場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡（SEM）等均是價(jià)格昂貴的設(shè)備，大部分高校的實(shí)驗(yàn)設(shè)備都不完善，硬件實(shí)力較為薄弱，因此在安排本科生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)和實(shí)習(xí)時(shí)存在一定的困難。此外，高校教育與半導(dǎo)體集成電路產(chǎn)業(yè)的結(jié)合程度不夠，行業(yè)認(rèn)知教育缺乏，導(dǎo)致教學(xué)與產(chǎn)業(yè)脫軌。高校缺乏產(chǎn)業(yè)技術(shù)培訓(xùn)學(xué)習(xí)條件，與業(yè)內(nèi)企業(yè)協(xié)同機(jī)制缺乏，學(xué)生缺少實(shí)訓(xùn)機(jī)會(huì)，缺乏實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)。