“紧随时代，负芯前行”实验教学改革探索

段小玲 许晟瑞 王树龙

[摘 要] 近年来国家快速发展的半导体产业，对高校高新技术人才培养提出了更高的要求。通过分析目前微电子教学模式中存在的主要问题，结合产学研融合的教育理念，有针对性地提出“紧随时代，负芯前行”的前沿下沉式实验教学模式，在实验体系、教学内容和实训平台等多个方面展开改革探索，依据产学研融合的教育理念，使人才发展、研究创新与产业前沿高效融合、协同发展。改革后的教学模式显著拓宽了学生的认知领域，提升了学生的综合能力。

[关键词] 半导体产业;实验教学;产学研融合

[基金项目] 2019年度教育部高等教育司第二批产学合作协同育人项目“以创新人才培养为导向的微电子实验教学改革与实践”（201902270029）

[作者简介] 段小玲（1988—），女，陕西西安人，工学博士，西安电子科技大学微电子学院讲师，主要从事宽禁带半导体材料与器件研究;许晟瑞（1981—），男，吉林公主岭人，工学博士，西安电子科技大学微电子学院教授，主要从事宽禁带半导体材料与器件研究;王树龙（1983—），男，山东临沂人，工学博士，西安电子科技大学微电子学院副教授，主要从事纳米器件与集成技术研究。

[中图分类号] G642.0   [文献标识码] A    [文章编号] 1674-9324（2021）19-0063-04   [收稿日期] 2020-12-04

半导体产业链是融合了材料制备、器件设计、器件加工与测试、集成电路设计和封装测试等技术的高端产业链，是信息技术产业的地基式的核心支撑产业，在国家经济发展中占据着越来越重要的地位。随着信息化时代的到来，世界范围内半导体行业的竞争日渐激烈。近年来接连发生了“中芯国际”和“华为”事件，这也标志着我国半导体行业遇到了前所未有的机遇与挑战，当前和今后一段时期是我国半导体与集成电路产业发展的重要战略机遇期和攻坚期。

为了主动适应严峻的国际形势，抓住现有的可能机遇，我国先后出台了《国家集成电路产业发展推进纲要》《新时期促进集成电路产业和软件产业高质量发展的若干政策》（以下简称“若干政策”）等文件[1，2]，有力支撑国家信息化建设。2020年国务院印发的“若干政策”中指出了集成电路人才培养的重要性，强调要紧密结合产业发展需求及时调整课程设置和教学方式，加强集成电路专业师资队伍、实验室和实习实训基地建设，加强高校与产业融合发展，支持高校与企业合作联合培养集成电路人才。本论文旨在结合产学研融合的教育理念，从一线微电子实验教学改革出发，将人才培养、研究创新与产业输出高效融合，提出切实可行的“紧随时代，负芯前行”的教学改革方案，将实验教学与国际前沿相结合，将前沿下沉至微电子一线教学中，以期实现满足企业前沿发展需求的教学目的。

一、微电子教学模式中存在的主要问题

微电子教学包含了微电子基础课程、微电子相关实验与微电子行业实习，旨在培养具有微电子相关基础知识、实验能力与从业技能的创新型技术人才。随着半导体行业的发展，我国越来越多的高校建立微电子学院并开设相关课程。然而，大部分高校师资力量与学科建设尚处于薄弱状态，即便是成立已久的示范性微电子学院中也依然存在基础知识内容固化、实验教学脱离前沿、行业实习教学薄弱等很多问题[3，4]。半导体行业作为快速发展的行业，在短短几十年间经历了多代材料的发展与变革，其前沿性相较于大部分学科更具重要意义。从产业链顶端至教学基础底层，自上而下的前沿性缺失会致使在输出人才的自下而上的过程中出现能力与认知断层。深入剖析该问题并且针对问题提出切实可行的教学方案，才能够使教育模式逐渐完善。

（一）理论基础課程设置死板，教学形式固化

经过多年的教学探究与摸索，微电子专业的理论基础教育已经形成了从微观方面的量子力学、固体电子学和凝聚态物理到宏观方面的半导体技术、集成电路设计和集成电路封装与测试等全面的理论知识体系。但是目前的课程设置依然较为呆板固化，很多课程采用的教材版本落后[5]。以半导体器件的知识体系为例，仍旧是以硅基材料为主。但是近年来，随着宽禁带材料的发展与应用，电力电子器件、高功率开关和汽车电子等器件的发展，以氮化镓为代表的宽禁带半导体具备很多硅基材料不具备的特性，这些在硅基材料为基础的内容体系中是没有体现的。相应的实验教学内容和教学形式与迅速发展和更新的学科特性不匹配，仅以固化的基础实验教学内容进行理论验证，失去了前沿性、发展性和可探索性。不仅导致学生的学习积极性差，同时也使作为基础的理论知识教育在源头上失去了前沿下沉的平台。

（二）实验理论知识凌乱，不具备体系化和前沿拓展性

微电子学科是一门综合性的学科，涉及物理、化学和数学领域的诸多知识，因此实验的安排具有较大的工程量，现有的高校本科实验教学中存在着诸多问题。首先是实验理论知识介绍要么和理论课重复讲解，要么直接略过，学生实验过程中按照操作指南进行操作并得到固定的实验结果，实验教学内容缺乏理论知识和实践的融会贯通。其次，实验项目本身不够完备和体系化，很多实验仅仅停留在简单的操作和认知阶段，对于实验结果的分析和更多可能结果的探索没有指导和启发意义。除此之外，很多实验内容设置与教学方法停留在多年前较为古老的教学版本，呆板的内容设置要变更就需要将一些相关的前沿技术下沉到教学任务中，让实验内容在广度上拓展[6，7]。

（三）实验设备不完善，半导体行业认知教育薄弱，实习机会缺乏

虽然如今较多高校开设了微电子专业，但是由于半导体行业采用的外延薄膜生长设备，流片工艺相关的光刻机、等离子体刻蚀机等，以及半导体测试相关设备，如X射线衍射仪（XRD）、场发射扫描电镜（SEM）等均是价格昂贵的设备，大部分高校的实验设备都不完善，硬件实力较为薄弱，因此在安排本科生进行实验学习和实习时存在一定的困难。此外，高校教育与半导体集成电路产业的结合程度不够，行业认知教育缺乏，导致教学与产业脱轨。高校缺乏产业技术培训学习条件，与业内企业协同机制缺乏，学生缺少实训机会，缺乏实战经验。