半导体器件研究生培养探索与实践

吴丽娟　雷冰　张银艳

摘 要 半导体器件是以微电子技術为基础的学科，该学科培养的研究生人才应该具有半导体器件设计、微电子工艺、电子材料等技术基础知识；具有从事半导体器件设计、制造、封装、测试、开发及生产组织管理的个人能力和专业能力；同时还应该具有人际交往、团队工作和交流以及在社会环境下构思、设计、实现、运行系统的能力；并适合在IC、半导体器件与集成技术等相关领域从事设计、研发、工艺改进、开发及生产组织管理等工作。

关键词 半导体器件 技术基础知识 个人能力和专业能力 团队工作

中图分类号：G643 文献标识码：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2018.01.021

Exploration and Practice on Fostering Semiconductor

Devices Graduate Student

WU Lijuan， LEI Bing， ZHANG Yinyan

（School of Physics & Electronic Science， Changsha University of Science & Technology， Changsha， Hunan 410114）

Abstract Semiconductor Devices is a discipline based on microelectronics technology. The graduate students fostered in the discipline should have technical basis knowledge， such as semiconductor device design， microelectronics process， and electronic materials. The graduate students possess the personal and professional capacities with engaging in semiconductor device design， manufacturing， packaging， testing， development and production organization and management. Simultaneously， the graduate students should own the abilities which include interpersonal communication， team cooperation as well as conceiving， designing， implementing， and operating of the system in the social environment. It is acceptable for the graduate students to work with designing， research and development， process improvement， development and production organization in the field of IC， semiconductor devices and integration technology.

Keywords semiconductor devices； technical basis knowledge； personal and professional capacities； team work

0 前言

随着当今世界经济从工业化转型为信息化发展阶段的到来，微电子技术也迎来了前所未有的发展机遇，可以说，微电子技术是伴随着当今世界经济发展而成长起来的高新技术，是信息产业的核心技术。[1-4]由微电子技术引发的微电子产业在国防建设、国民经济以及现代信息化社会中发挥着极其重要的战略意义，但我国微电子产业与国际微电子产业的差距还很大，无论是产品质量、技术水平还是综合实力都无法与国际先进水平相媲美。纵观国内各高校微电子专业的发展情况，大量培养高水平的微电子专业人才已经是迫在眉睫。[5-6]

1技术基础知识

半导体器件是集成电路的基本组成单元，是构成整个微电子专业的基石。从事半导体器件研究的研究生同学，在进行具体的产品研发工作前，必须要有为期一年的基础性技术知识的学习。首先要求学生能够理解基本的学科知识，能够组建自己的知识体系，从而具备基本科学素养以及运用数理知识和方法的能力。其次就是应用核心工程基础知识和原理的能力。为此需要先修的主要有7门专业核心课程：固态电子论（固体物理与半导体物理）、微电子器件原理、微电子材料、微电子工艺（双语）、IC版图设计、集成电路封装与测试。修完这7门专业课后，半导体器件的研究生还需要掌握微电子技术的基本理论和实验技术：（1） 熟悉三类晶体管（PN结、双极型晶体管、场效应晶体管）的基本原理和工作特性；（2）MOS结构高频C-V特性测量，通过测量MOS结构高频C-V特性，确定sio2层厚度dox、衬底掺杂浓度N、可动电荷面密度Q1等参数。MOS结构准静态C-V特性测量，通过测量MOS结构低频C-V特性，确定sio2层厚度界面态密度参数。

了解和掌握半导体材料制备技术、微电子器件与集成电路制造工艺技术，从而为微电子器件以及集成电路的设计制造奠定基础。熟悉双极型和MOS集成电路的制造工艺流程以及制造集成电路所涉及的材料、外延、氧化、掺杂、微细图形加工等的原理与技术，从而推动学习集成电路的新工艺和新技术的进程。具有电路设计与分析、工艺分析、器件性能分析和版图设计等的基本能力。最后应该具有高级工程基础知识，即需要学生具备与微电子技术相关专业的技术知识和一定跨专业相关知识。

2个人能力和专业能力

在完成了技術基础知识的积累后，半导体器件研究生就要重点培养个人能力和专业能力。利用器件，工艺仿真软件Medici、Tsuprem4等和学院三个实训实验室：（1）微电子工艺实验室。该实验室的主要作用是通过现场教学使学生掌握微电子器件的正向导通状态以及反向阻断态的工作原理以及如何对工艺参数进行控制。其次，微电子工艺实验室为学生的科研工作提供了实验条件，使学生进一步理解CMOS工艺，器件制备工艺、半导体材料制备工艺、MEMS传感技术以及微系统的构建工艺等。

（2）微系统封装与测试实验室。系统封装（System in Package）一个或多个半导体器件（或无源元件）集成在一个工业界标准的半导体封装内按照技术类型划分为四种工艺技术明显不同的种类：芯片层叠型；模组型；MCM型和三维（3D）封装型。该实验室功能是用于微系统封装与测试教学与科研。教学方面，承担微电子专业集成电路封装与测试课程实验。科研方面，承担纵向与横向科研项目，研究内容包括系统级封装三维复杂结构的电磁场、电特性、复杂混合信号完整性分析、电磁兼容、热场分析建模、热特性快速仿真以及热效应问题的优化处理，封装工艺以及器件可靠性与测试技术的研究。还包括各种可用于微系统封装的基板材料及其封装技术研究。

（3）集成电路设计实验室。集成电路（Integrated Circuit，IC）是通过一系列特定加工工艺，将电感、电容、电阻等无源器件和二极管、三极管、晶体管等有源器件按照指定的电路图相互连接，从而将这些器件集成在一块半导体单晶片（如硅或碳化硅）上，然后用封装技术进行封装，最终使得集成好的器件成为能够达到特定电路性能指标或执行特定系统功能。该实验室主要用于进行集成电路设计教学和科研，教学方面主要承担模拟集成电路设计、射频集成电路设计、数字集成电路设计、FPGA/DSP技术等课程的实验任务。相关设备：微电子工艺实验室硬件平台主要设备配置：高频C-V测试仪、半导体静电放电测试仪、高倍电子显微镜、阻抗分析仪、四探针导体/半导体电阻率测仪、高温烧结炉、气氛炉、扩散炉、匀胶镀膜机、恒温水浴箱、行星式球磨机及高低温测试箱。微系统封装与测试实验室硬件平台主要设备配置：金丝球焊线机、铝丝球焊线机、手动贴片机、PCB电路板雕刻机、热超声焊机、半自动锡膏机、回流焊炉、手动探针测试台、多功能压焊台、静电测试仪、高低温试验箱、矢量网络分析仪、矢量信号发生器微波信号源、电子负载和混合信号测试平台。集成电路设计实验室硬件平台主要设备配置：服务器一台。具备基本的逻辑推理以及解决问题的能力，即发现问题、分析问题、描述问题、解决问题的能力。其次是保持乐观向上的学习态度，从而鼓励自己积极锻炼工程实践所需的个人能力，即进行工程实践所需的应变能力、创造力及如何进行时间安排的能力、资源管理能力、项目管理能力和进程管理能力；具有进行专业技术文献的检索及学习能力；具有强烈的探索欲，对较难理解的问题有深入探索的勇气和智慧；具备充分的主动性来提升自己在工程实际的存在感，激励自己投入到工程实际中去；再次，提升在工程实践中所需的职业能力，如与人交往所需的正直诚信、对待工作所需的责任感、在职场所需的职业道德；能在职业发展中获得充分的主动权，积极主动地规划个人职业发展；培养终身学习能力。

3人际交往能力、团队工作和交流

在具备了专业技术知识和个人、专业能力外，半导体专业的研究生在学习过程中还需要具有团队合作能力，即能在团队中领导或协作，能够积极参与或组建团队。其次，应具有有效的人际交流能力，即能通过传统媒介方式，如书面表达、口头描述等方式进行沟通交流，也需要具有一定的交流沟通技巧，能借助新兴媒体进行有效沟通。最后具有他国语言交流能力，应至少习得一门外国语言，能够进行书面或口头的有效交流。

4在社会环境下构思、设计、实现、运行系统的能力

这种能力首先是指在外部和社会环境中的生存能力，首先理解外部社会环境在工程实践中的重要性，这就需要了解与本学科和相关学科的文化和历史背景，进而了解社会环境对工程的规范作用以及工程对社会环境的影响力，从而建立起正确的、积极健康的价值取向；其次是确认工程师的角色与责任，能较快地适应个人在工程中角色并积极承担相应的责任，能够熟悉并融入到企业与商业环境、能够兼收并蓄的欣赏不同企业文化，从而在企业中创造自身价值。最后能够系统的构思工程，能够理解系统目标和要求从而进行有效的系统设计，了解与系统相关概念和结构，参与或组织设计、实施、运行。

5 结论

半导体器件的研究生主要学习微电子技术的基本理论和基本知识，受到科学思维与科学实验的基本训练，具有良好的科学素养，掌握半导体器件的设计、制造及封装与测试所必需的基本理论与方法，具有器件设计与分析、器件性能分析、工艺分析和版图设计等的基本能力和具有本学科及跨学科的技术开发与应用研究的基本能力。

基金项目：本文系长沙理工大学教学改革研究项目（项目编号：JG1666）的研究成果

参考文献

[1] 丁伟，陈飞宇.微电子制造业人才需求与培养模式研究.半导体技术，2010（12）：1226-1231.

[2] 兰清，李可为.基于就业能力的微电子技术专业人才培养探索.当代职业教育，2011（2）：22-24.

[3] 邓小川.微电子工艺课程中TCAD技术应用的教学探讨.中国科教创新导刊，2011（7）：172-173.

[4] 李书芹.微电子制造人才供需对策的研究.浙江大学，2003.

[5] 董良威，韩益锋，刘龙春，董维.应用型本科微电子人才培养模式创新的探索与实践.软件导刊：教育技术，2015（8）：15-17.

[6] 曹方.顺应社会需求加快微电子人才培养.中国科技论坛，2003（4）：137-139.