PDCA循环在微电子器件设计实践课程中的应用

2018-04-16大连东软信息学院电子工程系孙晓东宋文斌

电子世界 2018年16期

大连东软信息学院电子工程系孙晓东宋文斌宗杨王莉

0 引言

2017年工业和信息化部软件与集成电路促进中心发布的《中国集成电路产业人才白皮书(2016-2017)》介绍，集成电路融合了电子信息、物理、化学、材料自动工程等40多种科学技术及工程领域，集成电路人才，特别是高端人才需要具备综合知识背景。目前需要70万人投入到该产业中来，人才的不足导致我国集成电路产业的自主创新缓慢。一方面各大高校加强微电子科学与工程专业的人才培养，今年3月发布的《2017年度普通高等学校本科专业备案和审批结果的通知》显示，有6所高校增加了微电子工程专业，其中包括同济大学、哈尔滨工业大学、河南理工大学、湖南理工学院、河南师范大学、重庆邮电大学移通学院。另一方面，传统的人才培养模式也暴露出自身的问题。学生仅仅掌握理论知识，实践能力薄弱，自主学习意识欠缺，创新性不够，同企业人才需求相差较大。

本文在微电子器件设计实践课程中引入企业的质量管理PDCA（（Plan-Do-Check-Act）循环，将企业管理模式引入正常教学，旨在提高学生自主思考、改进和创新等意识。

1 教学现状分析

传统的课堂教学模式是一种以老师为中心、书本为中心和课堂为中心的教学模式。这种教学模式往往会形成了老师单向灌输、学生被动接受的局面，可以看出传统教学模式的缺陷是作为认知主体的学生在整个教学过程中都始终处于被动地接受知识的地位，学生学习的主动性被忽视，甚至被压抑。很显然，这与微电子领域对人才培养的要求是不相符合的，这种模式担负不了培养高素质的创造性人才的重担，因此，改变传统教学模式，建立适应企业需求的课堂模式势在必行。

2 PDCA应用

PDCA循环的含义是将质量管理分为四个阶段，即计划（plan）、执行（do）、检查（check）、处理（action）。在质量管理活动中，要求把各项工作按照计划制定、计划实施、检查实施效果，然后将成功的纳入标准，不成功的留待下一循环去解决的工作方法，这是质量管理的基本方法，也是企业管理各项工作的一般规律。将该管理方法应用到微电子实践课程中将有助于学生自主推动实践项目，提高实践能力。

2.1 Plan计划

计划阶段，主要是分析现状，发现问题。强调的是对现状的把握和发现问题的意识、能力，发现问题是解决问题的第一步，是分析问题的条件。其中课题是切入点，明确主题后需要设定一个活动目标，也就是规定活动所要做到的内容和达到的标准。目标可以是定性+定量化的，能够用数量来表示的指标要尽可能量化，不能用数量来表示的指标也要明确。目标是用来衡量实验效果的指标，所以设定应该有依据，要通过充分的现状调查和比较来获得。接着需要找出各种方案并确定最佳方案，区分主因和次因是最有效解决问题的关键。有了好的方案，其中的细节也不能忽视，计划的内容如何完成好，需要将方案步骤具体化，逐一制定对策，明确回答出方案中的"5W1H"即:为什么制定该措施(Why)、达到什么目标(What)、在何处执行(Where)、由谁负责完成(Who)、什么时间完成(When)、如何完成(How)。使用过程决策程序图或流程图，方案的具体实施步骤将会得到分解。

在微电子实践项目中，项目只给出需求，即要求学生设计一款VDMOS（垂直双扩散金属氧化物半导体：Vertically Double-diffused Metal Oxide Semiconductor）器件。学生分组组成团队之后，首先需要进行大量的调研，了解什么是VDMOS器件，该器件的结构，工作原理，性能指标及市场需求等信息。然后根据调研结果，制定VDMOS器件性能指标，再根据制定指标进行任务细化，采取任务分解方式，制定WBS（Work Break-down System），将任务细化，细化到每个人每天需要完成的任务，制定每个任务完成的时间点，便于后续项目的跟踪和管理。

2.2 Do实施

实施阶段按照预定的计划、标准，根据已知的内外部信息，设计出具体的行动方法、方案，进行布局。再根据设计方案和布局，进行具体操作，努力实现预期目标的过程。

在这个阶段，学生需要根据计划阶段制定的WBS来进行具体实施。在本次实践项目中，学生首先要根据计划中的VDMOS性能指标，根据VDMOS原理来进行器件的参数设计，参数设计后需要设计出工艺流程图，接下来利用TCAD软件进行VDMOS器件的工艺仿真，工艺仿真中涉及到半导体工艺中的氧化、离子注入、扩散、刻蚀等工艺。工艺完成制备出VDMOS器件后，继续用TCAD软件进行器件的性能仿真。

2.3 Check检查

检查阶段确认实施方案是否达到了目标。方案是否有效、目标是否完成，需要进行效果检查后才能得出结论。将采取的对策进行确认后，对采集到的证据进行总结分析，把完成情况同目标值进行比较，看是否达到了预定的目标。如果没有出现预期的结果时，应该确认是否严格按照计划实施对策，如果是，就意味着对策失败，那就要重新进行最佳方案的确定。

在检查阶段，学生需要检查VDMOS器件的性能仿真结果。比如学生计划设计的VDMOS器件是耐高压，击穿电压达到600V，但是器件仿真出的结果只有300V，可见该仿真结果没有达到预定的目标。

2.4 Act处置

处置阶段主要进行问题总结，处理遗留问题。所有问题不可能在一个PDCA循环中全部解决，遗留的问题会自动转进下一个PDCA循环，如此，周而复始，螺旋上升。

在处置阶段，需要全体成员根据检查阶段的结果进行分析。在上述例子中，实际仿真出的击穿电压仅有300V同预计的600V有较大偏差，项目组成员需要从参数设计，工艺流程，工艺仿真，器件仿真等几个方面入手，分析每一步的实施过程，找出问题出现的原因。

在该例子中出现击穿电压偏差的原因有可能是在参数计算的时候就出现了问题，这种问题将直接导致击穿电压不符合要求。也有可能是工艺流程设计的时候不正确，也有可能在工艺仿真的时候出现的问题，导致流程单中的工艺步骤没有被正确的模拟，还有可能就是器件仿真的时候没有进行正确的仿真。这几个阶段都要一个一个确认，直到找到影响击穿电压出现偏差的原因。

学生在找出问题发生原因后需要进一步分析发生这样问题的原因，进行整理并列出解决办法，以便于在下一个PDCA循环中进行实施。对于解决方案效果不显著的或者实施过程中出现的问题，再进行总结，直至最终器件的性能满足设计的目标，该项目能够顺利完成。

3 效果分析

通过在微电子器件设计实践课程中引入PDCA循环管理，按照企业流程进行项目的管理，通过制定计划，实施，测试，分析这四个阶段，学生都需要积极参与到项目中，学生自主参与项目的积极性增强。在计划中积极调研项目，制定计划。实施阶段能够按照计划推进各自的工作。检查和处置阶段，进行问题的分析，使学生的思想方法和工作步骤更加条理化、系统化、图像化和科学化。