浅谈微电子科学与工程专业实践课程的设计

宗杨 宋文斌 张颖 王莉

摘 要：本文在对微电子制造技术发展趋势分析的基础上，结合我国微电子科学与工程专业教育现状，探索实训课程的设计方法和人才能力培养手段。突出以学生为中心，以产出为导向，培养新一代微电子人才，应对即将到来的技术革命。

关键词：微电子制造；OBE；课程设计

近年来，国家大力支持微电子制造行业的发展，同时对高校人才培养提出了更高的要求，在新形势下，只有与时俱进，不断实践和探索，才能跟上时代的步伐，为我国培养出合格的专业人才。

一、微电子制造技术发展趋势

目前微电子制造技术关键尺寸逐渐深入到10纳米以下，器件理论已经进入到量子力学领域。新的材料和器件不断出现，未来五年纳米电子技术将取代微电子技术，新的技术革命即将来临。

在现阶段，微电子技术具有如下的发展趋势：

（一）特征尺寸进一步缩小。深入到5nm以下特征尺寸后，器件原理和结构将会发生重大变革，将带来工艺技术和设备的更新，微电子制造工艺将迎来技术革命。

（二）系统级集成芯片的要求将带来3D芯片制造工艺的发展，将各种传感器单元与集成电路共同制造在不同硅基片上，然后再将多个硅基片进行垂直集成互联，相关的集成工艺技术将得到极大的发展。

（三）微电子技术同其他技术的融合程度将会不断增加。比如同计算机技术、机械技术等先进成熟技术的融合后产生新功能特点的新型技术。这也将产生底层制造工艺方面的新技术需求。

总之，微电子制造技术正处于历史上一个关键的节点，在此新老技术交替的时间点上，新技术的发展必然引发对传统微电子课程体系的挑战，如何适应技术的发展，适应产业对人才的需求，成为微电子人才培养面临的紧迫的问题。

二、微电子科学与工程专业人才培养现状

传统高校注重基础理论的培养，相应的热学，力学，电磁学等理论课程较多，培养出的学生学科基础宽泛，更适合于往学术型的道路上发展。而对于新技术的引入及新技术实践应用能力的培养较为滞后。学生在学校中往往没有微电子工艺实践的经历，实践能力不强。因此，如何在实践课程中融入纳米电子学理论和实践能力的培养，使学生具备应对技术变革的知识储备和实践能力，是目前微电子专业课程设计需要解决的问题。

三、微电子科学与工程专业实践课程的设计

以学生大四学年实践课程为例，探索以学生为中心，以产出为向导的课程设计方法，进行课程教学改革。

（一）以实践项目为中心的课程组织形式。实践课程的组织以量子阱紅外探测器件的设计模拟项目为主项目，培养学生器件设计能力，并通过EDA工具进行工艺仿真和器件特性仿真，来验证器件性能是否满足要求。以学生能力培养为中心，安排课程内容和结构。

围绕课程培养目标，根据器件设计的基本流程。学生首先需要具有器件设计的理论知识，包括微电子理论和量子力学基本理论，其次还需要半导体材料知识、器件结构知识、半导体工艺知识、软件模拟知识。将这些相关知识划分成四个课程单元：设计基础单元、器件设计单元、工艺设计单元和器件仿真单元，每个单元设计独立的单元实践项目，分别对主项目进行支撑。学生在每一单元获得碎片化的能力，完成所有单元便可以拼接出课程主项目需要的全部能力，进而完成最终项目。

（二）以产出为导向的课程考核机制。课程建立基于OBE（Outcomes-based Education，基于产出的教育模式）思想的课程考核评价体系。意图准确反映学生的学习效果。为了能够真实的考核出每个学生不同能力点的达成情况，必须以课程能力点为出发点，首先为每个能力点在本课程中的培养权重设定了比例系数，其次为每个能力点的达成分配了课程资源，最后确定每个能力点在哪些课程资源中进行考核，以及每项考核的分值比例。因此，每个能力点具体的考核方式和分值就可以确定，最终通过学生的得分情况可以回溯得到每项能力点达成的情况。

时，考核点的设置不拘泥于期末笔试一种形式。对不同能力点的考核会分散到教学各个环节之中，在教学过程实施中便进行不同能力的考核。例如，对软件实现能力的考核可以在工艺设计实践和性能仿真实践单元项目中进行；对全方位思维能力的考核可以在主项目成果答辩活动中以提问的形式进行。阶段性考核点的设置将课程整体划分成独立的任务，不仅可以保证学生的学习紧迫感，也可以帮助教师掌握学生学习进度和学习效果，有效实施教学指导。

（三）课程设计的持续改进。课程将PDCA管理模式（Plan-Do-Check-Action）贯彻进教学质量持续改进与跟踪过程。基于OBE的教学理念，将授课教师、听课质量委员、学生反馈意见、同行及领导反馈意见、专业课程组与专业团队相结合，从存在的问题为出发点，形成PDCA持续改进方法，使教学改革与过程监控目的性、针对性更强，使教师主导的课程的持续改进自成闭环，更有利于发挥授课教师的积极性和主动性。

微电子科学与工程专业课程建设的核心在于以学生为中心，以产出为导向。在新技术革命的大趋势下，微电子科学与工程专业教育应该不断更新课程设计思想，引入新理论、新材料、新器件和新工艺，为社会培养新一代微电子制造类人才，发展我国微电子事业。