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微電子技術(shù)實(shí)訓平臺建設與實(shí)踐探索論文
o引言
微電子技術(shù)是建立在以集成電路為核心的各種半導體器件上的技術(shù)，是信息技術(shù)的基礎和支柱，是21世紀發(fā)展最活躍和技術(shù)增長(cháng)最快的高新科技。微電子產(chǎn)業(yè)作為國民經(jīng)濟和社會(huì )發(fā)展的戰略性、基礎性和先導性產(chǎn)業(yè)，是世界各國及地區經(jīng)濟科技競爭的戰略制高點(diǎn)，也是聚集創(chuàng )新要素和投入資源最多的領(lǐng)域w。
1微電子技術(shù)實(shí)訓平臺建設的重要性
(1)課程體系建設的需求。作為承擔工程實(shí)踐教學(xué)的工程訓練中心，我們從‘‘學(xué)以致用”的人才培養理念出發(fā)，形成了服務(wù)于全校學(xué)生的以能力培養為核心，融合知識、能力、素質(zhì)為一體，基于分層次、多模塊、重集成的實(shí)訓教學(xué)模式。微電子技術(shù)實(shí)訓的課程是機電工程綜合課程體系的主要組成部分，它由工程認識、工程訓練、工程綜合創(chuàng )新幾個(gè)層次的教學(xué)內容所組成。
(2)綜合能力培養的需求。工程訓練教學(xué)的主要目標是培養學(xué)生的工程實(shí)踐能力、技術(shù)應用能力、系統設計能力和創(chuàng )新創(chuàng )業(yè)能力，而微電子技術(shù)實(shí)訓是實(shí)踐性教學(xué)的重要課程之一，在電子信息技術(shù)飛速發(fā)展的時(shí)代，微電子技術(shù)具有極強的滲透性和廣闊的發(fā)展前景4，相關(guān)模塊的訓練可提高學(xué)生分析問(wèn)題解決問(wèn)題的能力，培養學(xué)生科學(xué)研究的興趣，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng )新意識。
(3)校企順利接軌的需求。微電子技術(shù)相關(guān)企業(yè)對環(huán)境要求非常高，通常很難大批學(xué)生到生產(chǎn)現場(chǎng)實(shí)習參觀(guān)，且為了防止企業(yè)核心技術(shù)泄密，_般實(shí)習也是走馬觀(guān)花，或者在專(zhuān)業(yè)實(shí)驗室用一些基本實(shí)驗來(lái)代替6]。工程訓練中心以社會(huì )需求為向導，以實(shí)際工程為背景，以工程技術(shù)為主線(xiàn)M，建設微電子技術(shù)實(shí)訓平臺，具有獨特的實(shí)踐教學(xué)資源優(yōu)勢，有利于校企順利接軌，為卓越工程師培養提供了有力保障。
2建設目標
微電子技術(shù)實(shí)訓平臺主要面向理工科專(zhuān)業(yè)學(xué)生，是一個(gè)特色鮮明的實(shí)訓教學(xué)平臺，也是產(chǎn)學(xué)研一體化的重要體現。它基于半導體物理實(shí)驗室，按照企業(yè)超凈車(chē)間標準，構建微電子工藝實(shí)訓平臺，凈化等級達到萬(wàn)級。實(shí)訓平臺的定位目標是，培養學(xué)生較高的工程素質(zhì)、較強的實(shí)驗技能和動(dòng)手實(shí)踐能力。實(shí)訓平臺既可以滿(mǎn)足一般性工程認識工程訓練課程教學(xué)模塊的需要，又可以滿(mǎn)足學(xué)生完成半導體物理專(zhuān)業(yè)課程相關(guān)的實(shí)訓項目和更高層次的創(chuàng )新性項目需要。
3平臺構成
實(shí)訓平臺主要由：緩沖區、更衣室、風(fēng)淋間、實(shí)訓教學(xué)區、曝光區、氣體間等區域構成，如圖1所示。
(1)緩沖區。為保證實(shí)訓區域內的潔凈度，所有原物料進(jìn)入實(shí)訓教學(xué)區之前，需先在實(shí)訓區外拆箱及拭凈，并置于緩沖區30min后，方可進(jìn)入。
(2)更衣室。為保證實(shí)訓區域內的潔凈度，保證實(shí)訓過(guò)程中半導體材料不受人體產(chǎn)生的微粒（如皮屑和頭發(fā)）污染，進(jìn)入實(shí)訓教學(xué)區域內的所有人員需更換防塵服，佩戴口罩和手套。防塵服采用不掉毛、防靜電的纖維制成，可穿在日常衣服的外面。
(3)風(fēng)淋間。為了減少由于人員、原料物進(jìn)出所帶來(lái)的大量塵埃粒子，經(jīng)高效過(guò)濾器過(guò)濾后的潔凈氣流由可旋轉噴嘴從各個(gè)方向噴射至人體、原料物上，有效而迅速清除塵埃粒子。
(4)實(shí)訓教學(xué)區。為了提高實(shí)踐教學(xué)的效果，該區配備了多媒體教學(xué)設備可同時(shí)進(jìn)行理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)。
(5)曝光區。針對實(shí)訓過(guò)程有特殊要求的工藝步驟，設置了黃色光源的曝光區，可進(jìn)行光刻、勻膠等工藝。
(6)氣體間。為保證實(shí)訓教學(xué)區域安全，對實(shí)訓過(guò)程中可能使用的氣體進(jìn)行單獨存放。氣體配有氮氣、氧氣、氨氣、硅烷等。
4功能分區
在器件及工藝方面，配備了氧化擴散爐、光刻機、勻膠機、刻蝕機、純水機及烘箱等設備，用于半導體材料的氧化、擴散、光刻、刻蝕等;在材料制備及參數測試方面，配備了四探針測試儀、CVD管式爐、磁控濺射沉積系統、真空鍍膜機、退火爐、等離子化學(xué)氣相沉積臺等設備，用于方塊電阻、電阻率、膜厚測試等。如圖2所示。
(1)氧化擴散爐。半導體生產(chǎn)前工序的重要工藝設備之用于大規模集成電路、分立器件、光電器件和光導纖維等行業(yè)的擴散、氧化、退火、合金及燒結等工藝。本實(shí)訓平臺內采用的是水平擴散爐，有三個(gè)工藝爐管，控制系統采用的是日本島電MR13操作系統。
(2)光刻機。又名紫外曝光機，用于制作圖形工藝，將掩模版的圖形轉移到表面勻膠的硅片上，或將器件、電路結構臨時(shí)“復制”到硅片上。
(3)勻膠機。半導體材料制備的基礎工藝設備之用于在半導體材料表面均勻涂抹膠液。即在高速旋轉的基片上，滴注各類(lèi)膠液，利用離心力使滴在基片上的膠液均勻地涂覆在基片上，可通過(guò)調節轉速及時(shí)間控制膠液的厚度。
(4)刻蝕機�？涛g工藝的主要設備之一，用于半導體材料表面有選擇地把沒(méi)有被抗蝕劑掩蔽的那一部分薄膜層除去，從而在薄膜上得到和抗蝕劑膜上完全—致的圖形。本實(shí)訓平臺采用濕法刻蝕機，用稀釋的氫氟酸、液體氫氧化鈉進(jìn)行實(shí)踐操作。
(5)純水機。制備實(shí)驗室純水的設備，采用多級濾芯進(jìn)行水質(zhì)凈化處理，不添加化學(xué)物質(zhì)的過(guò)濾、吸附、反滲透等物理方法。本實(shí)訓平臺的純水機制備的水質(zhì)達15兆歐，符合電子行業(yè)生產(chǎn)所需超純水水質(zhì)要求。
(6)磁控濺射沉積系統。制模工藝的主要設備之是利用磁場(chǎng)與電場(chǎng)交互作用，使電子在靶表面附近成螺旋狀運行，從而增大電子撞擊氬氣產(chǎn)生離子的概率。所產(chǎn)生的離子在電場(chǎng)作用下撞向靶面從而濺射出靶材，最終沉積在半導體材料表面，形成薄膜。本實(shí)訓平臺采用JGP450型磁控濺射沉積系統。
(7)真空鍍膜機。制模工藝的主要設備之一，是利用加熱使靶材表面組分以原子團或離子形式被蒸發(fā)出來(lái)，最終沉積在半導體材料表面，形成薄膜。
(8)等離子化學(xué)氣相沉積臺。制模工藝的主要設備之一，是借助微波或射頻等使含有薄膜組成原子的氣體電離，在局部形成等離子體，在基片上沉積所期望的薄膜。本實(shí)訓平臺內主要配備氮氣、氧氣、硅烷等氣體，主要制備氮化硅薄膜。
5教學(xué)運行
目前，微電子技術(shù)實(shí)訓課程主要涵蓋了三個(gè)層次，有步驟地、系統地、全面地提高學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng )新能力。
(1)工程意識的培養。初步獲得微電子生產(chǎn)制造工藝的基礎知識，了解生產(chǎn)過(guò)程和最新技術(shù)，初步接觸微電子專(zhuān)業(yè)設備及系統的設計，制作過(guò)程和運行方式。該層次實(shí)訓課程主要以工程背景認識、環(huán)境設備介紹為主，培養學(xué)生建立責任、質(zhì)量、安全、創(chuàng )新、群體、社會(huì )競爭等工程意識和工程素質(zhì)。
(2)實(shí)踐能力的培養。主要讓學(xué)生了解整個(gè)工藝流程，做若干獨立的實(shí)訓項目，熟悉相關(guān)儀器設備的操作。該層次實(shí)訓課程主要是在教師示范的基礎上，學(xué)生通過(guò)觀(guān)察，模仿操作，獨立完成實(shí)訓項目，培養學(xué)生的工程實(shí)踐技能。
(3)綜合創(chuàng )新能力的培養。主要讓學(xué)生面對工程實(shí)際問(wèn)題，自行確定目標方案，設計產(chǎn)品參數，整理制作結果并進(jìn)行調試分析，提交分析報告。該層次實(shí)訓課程主要以擴充理論教學(xué)為基礎，使學(xué)生綜合利用專(zhuān)業(yè)知識進(jìn)行自主設計實(shí)訓方案，培養學(xué)生的獨立操作和團隊協(xié)作等綜合能力。
6共建共用，資源共享
實(shí)訓平臺作為實(shí)踐教學(xué)和科研創(chuàng )新場(chǎng)所，投入大，技術(shù)要求高，我們通過(guò)充分論證和協(xié)商建設完成。我們與相關(guān)學(xué)院開(kāi)展項目共建、資源共用、利益共享，充分利用了教學(xué)環(huán)境，避免了儀器設備的重復購置，提高了設備的使用效率。目前，實(shí)訓平臺一方面與學(xué)院合作開(kāi)設相關(guān)專(zhuān)業(yè)實(shí)驗實(shí)訓課程；另一方面，獨立開(kāi)設微電子技術(shù)實(shí)訓課程，并在進(jìn)一步完善的基礎上，尋求與企業(yè)的廣泛合作。
為了充分發(fā)揮平臺的作用，我們努力建設‘‘雙師型”的教師隊伍，確保教學(xué)質(zhì)量。同時(shí)，我們按照生產(chǎn)車(chē)間的要求和標準制定了詳細的管理制度和操作規程a143，實(shí)行準企業(yè)化管理。
7實(shí)施效果
通過(guò)工程實(shí)踐教學(xué)創(chuàng )新模式的實(shí)踐探索，課程教學(xué)順利推進(jìn)。目前，微電子技術(shù)實(shí)訓平臺每學(xué)期共承擔兩門(mén)課程240學(xué)時(shí)的實(shí)訓教學(xué)任務(wù)，并對學(xué)生創(chuàng )新訓練開(kāi)放。課程的滿(mǎn)意度達98%以上。通過(guò)實(shí)訓課程的學(xué)習，學(xué)生可以熟悉集成電路圖案轉移、光刻和硅熱氧化等技術(shù)工藝，并完成半導體二極管、晶體三極管和簡(jiǎn)易太陽(yáng)能電池等元器件的制作與測試，使學(xué)生身臨其境地體驗企業(yè)生產(chǎn)氛圍，解決了企業(yè)直接承擔課程的困難和矛盾，使理論與實(shí)踐得到充分結合，效果顯著(zhù)。
8結語(yǔ)
未來(lái)建設過(guò)程中還將圍繞實(shí)訓平臺建立多元化學(xué)習機制、實(shí)行全方位開(kāi)放使用，緊密?chē)@CDIO教育理念，深入研究實(shí)踐教學(xué)模式，大力培養適應職業(yè)崗位需求的高技能應用型創(chuàng )新人才。
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