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二年以上工作经验|男|24岁(1990年6月26日)
居住地:西安
电 话:187********(手机)
E-mail:
最近工作 [ 1年5月]
公 司:XXX微电子有限公司
行 业:计算机/互联网/通信/电子
职 位:制程工程师
最高学历
学 历:本科
专 业:半导体信息
学 校:西安理工大学
自我评价
以认真的态度刻苦完成基础知识的学习,成绩良好,对于本专业的课程,特别是电子线路,微波技术,半导体物理学,微电子学,超大规模集成电路,ASIC,等课程充满浓厚的兴趣,成绩优秀,并在学习的过程中找到了适合自己的学习方法,具备了一定的学习能力和研究能力。
求职意向
到岗时间:一个月之内
工作性质:全职
希望行业:计算机/互联网/通信/电子
目标地点:西安
期望月薪:面议/月
目标职能:制程工程师
工作经验
2013 /7—至今:XXX微电子有限公司[1年5个月]
所属行业: 计算机/互联网/通信/电子
制程部制程工程师
1、与客户进行应用技术交流,提供应用技术方案与支持服务,提升服务品牌;
2、制定和编制激光切割、剪板、锯、折弯等下料工艺,指导下料技术和提升下料制作质量,并对下料操作员工进行技能知识培训;
3、参与同步工程及工艺项目研究,优化改善现场制程,协助确立项目跟进及新产品开发、应用;
4、协调和服务建筑工地混凝土施工过程中有关技术、质量等方面的工作,审核工地开盘资料及交工资料;
2012 /7—2013 /7:XXX理工大学[1年]
所属行业: 软件
课题组课题组组长
1. 独立的熟练的完成了微波技术,电子线路,信息物理学等课程的试验。
2. 微波通信系统的专题实验-波导系统通信。
3. 在短学期中制作并调试了音频功率放大器,进行了半导体工艺的实习。
4. 目前正在进行半导体工艺中薄层电阻测试仪的设计与制作的专题实验。
教育经历
2007/9—2011 /6 西安理工大学 半导体信息 本科
证 书
2009/6 大学英语六级
2008/6 大学英语四级
电容-电压(C-V)测试广泛用于测量半导体参数,尤其是MOSCAP和MOSFET结构。此外,利用C-V测量还可以对其他类型的半导体器件和工艺进行特征分析,包括双极结型晶体管(8JT)、JFET、Ⅲ-V族化合物器件、光伏电池、MEMS器件、有机TFT显示器。光电二极管、碳纳米管(CNT)和多种其他半导体器件。
这类测量的基本特征非常适用于各种应用和培训。大学的研究实验室和半导体厂商利用这类测量评测新材料、新工艺,新器件和新电路。C-V测量对于产品和良率增强工程师也是极其重要的,他们负责提高工艺和器件的性能。可靠性工程师利用这类测量评估材料供货,监测工艺参数,分析失效机制。
采用一定的方法、仪器和软件,可以得到多种半导体器件和材料的参数。从评测外延生长的多晶开始,这些信息在整个生产链中都会用到,包括诸如平均掺杂浓度、掺杂分布和载流子寿命等参数。在圆片工艺中,C-V测量可用于分析栅氧厚度、栅氧电荷、游离子(杂质)和界面阱密度。在后续的工艺步骤中也会用到这类测量,例如光刻、刻蚀、清洗、电介质和多晶硅沉积、金属化等。当在圆片上完全制造出器件之后,在可靠性和基本器件测试过程中可以利用C-V测量对阈值电压和其他一些参数进行特征分析,对器件性能进行建模。
半导体电容的物理特性
MOSCAP结构是在半导体制造过程中形成的一种基本器件结构(如图1所示)。尽管这类器件可以用于真实电路中,但是人们通常将其作为一种测试结构集成在制造工艺中。由于这种结构比较简单而且制造过程容易控制,因此它们是评测底层工艺的一种方便的方法。
图1中的金属/多晶层是电容的一极,二氧化硅是绝缘层。由于绝缘层下面的衬底是一种半导体材料,因此它本身并不是电容的另一极。实际上,其中的多数载流子是电容的另一极。物理上而言,电容C可以通过下列公式中的变量计算出来:
C=A(κ/d),其中A是电容的面积,κ是绝缘体的介电常数,d是两极的间距。
因此,A和κ越大,绝缘体厚度越薄,电容值就越高。通常而言,半导体电容的大小范围从几纳法到几皮法,甚至更小。
进行C-V测量时要在电容的两极加载直流偏压同时利用一个交流信号进行测量(如图1所示)。通常情况下,这类测量使用的交流频率范围从10kHz~10MHz。所加载的偏压作为直流电压扫描驱动MOSCAP结构从累积区进入耗尽区,然后进入反型区(如图2所示)。
强大的直流偏压导致衬底中的多数载流子在绝缘层界面附近累积。由于它们无法穿透绝缘层,因此当电荷积累在界面附近(即d为最小值)时电容在累积区达到最大值。如图1所示。从C-V累积测量可以得到的一个基本参数就是二氧化硅的厚度tox。
当偏压降低时,多数载流子从氧化层界面被排斥开,耗尽区形成。当偏压反相时,电荷载流子远离氧化层达到最大距离,电容达到最小值(即d为最大值)。根据这时的反型区电容,可以推算出多数载流子的数量。这一基本原理同样适用于MOSFET晶体管,只是它们的物理结构和掺杂更加复杂。
在偏压扫过这三个区的过程中还可以得到多种其他参数,如图2所示。利用不同的交流信号频率可以得到其他细节信息。低频可以揭示所谓的准静态特征,而高频测试则可以表现出动态性能。这两类C-V测试通常都是需要的。
基本测试配置
图3给出了基本C-V测量配置的框图。由于C-V测量实际上是在交流频率下进行的,因此待测器件(DUT)的电容可以根据下列公式计算得到:
CDUT=IDUT/2πfVac,其中IDUT是流过DUT的交流电流幅值,f是测试频率,Vac是测得的交流电压的幅值和相角。
换而言之,这种测试通过加载交流电压然后测量产生的交流电流、交流电压和它们之间的阻抗相角,最终测出DUT的交流阻抗。
这些测量考虑了与电容相关的串联与并联电阻,以及耗散因子(漏流)。图4给出了这类测量可以测出的主要电路变量。
其中:Z=阻抗;D=耗散因子;θ=相角;R=电阻;X=电抗;G=电导
成功C-V测量的挑战
C-V测试配置的框图虽然看上去非常简单,但是这种测试却具有一定的挑战。一般而言,测试人员在下面几个方面会遇到麻烦:
・低电容测量(皮法和更小的值)
・C-V测试仪器与圆片器件的连接
・漏电容(高D)的测量
・利用硬件和软件采集数据
・参数提取
克服这些挑战需要仔细注意所用的技术以及合适的硬件和软件。
低电容测量。如果C较小,那么DUT的交流响应电流就较低,难以测量。但是,在较高的频率下,DUT阻抗将减小,从而电流会增大,比较容易测量。半导体电容通常非常低(低于1pF),低于很多LCR表的测量范围。即使那些声称能够测量这些小电容值的测试仪可能也会由于说明书晦涩难懂而很难判断最终的测量精度。如果无法明确给出测试仪整个量程的精度,那么用户需要因此而咨询制造商。
高D(漏)电容。半导体电容除了C值较低之外,还具有泄漏的特点。当与电容并联的等价电阻太低时就会出现这种情况。这会导致电阻性阻抗超过电容性阻抗,C值被噪声所淹没。对于具有超薄栅氧层的器件,D的值可能大于5。一般而言,随着D的增大,电容测量的精度迅速下降,因此高D是实际使用电容计的一个限制因素。同样,较高的频率有助于解决这一问题。在较高的频率下,电容性阻抗较低,使得电容电流较高,更容易进行测量。
C-V测量的互连。大多数测试环境下,DUT都是圆片上的一个测试结构:它通过探测器、探针卡适配器和开关矩阵连接C-V测试仪。即使没有开关,仍然也会使用探测器和大量的连线。在较高的频率下,必须采用特殊的校正和补偿技术。通常情况下,这是通过组合使用开路、短路或者校准器件来实现的。由于硬件,布线和补偿技术非常复杂,因此经常与C-V测试应用工程师进行交流是一个好的办法。他们擅长使用各种探测系统,克服各种互连问题。
获取有用的数据。除了上述的精度问题,C-V数据采集中实际需要考虑的因素包括测试变量的仪器量程,参数提取软件的多功能性和硬件的易用性。一般而言,C-V测试已仅限于约30V和10mA直流偏压。但是,很多应用,例如LDMOS结构的特征分析、低k夹层电介质、MEMS器件、有机TFT显示器和光电二极管,需要在较高的电压或电流下进行测试。对于这些应用,需要单独的高压直流电源和电容计;高达400V的差分直流偏压(0到士400V)和高达300mA的电流输出是非常有用的。在C-V测试仪的Hl和LO端加载差分直流偏压能够更灵活地控制DUT内的电场,这对于新型器件的研究和建模是非常有用的,例如纳米级元件。
仪用软件应该包括无需用户编程可直接使用的测试例程。这些应该适用于大多数广泛使用的器件工艺和测试技术,即本文前三段中提及的有关内容。有些研究者可能会对一些不常见的测试感兴趣,例如对MIM(金属一绝缘体一金属)型电容进行C-V和C-f扫描,测量圆片上的互连小电容,或者对双端纳米器件进行C-V扫描。利用自动绘图功能能够方便的实现参数提取(例如,如图5所示)。
通常,人们都希望工程技术人员和研究人员在几乎没有任何仪器使用经验或培训的情况下就能够进行C-V测量。具有直观用户界面和简单易用特征的测试系统使得这一点成为现实。其中包括简单的测试配置、序列控制和数据分析。否则,用户在掌握系统方面就要比采集和使用数据花费更多的时间。对测试系统其它考虑因素包括:
・紧密集成的源一测量单元、数字示波器和C-V表
・方便集成其他外部仪器
・基于探针的高分辨率和高精度测量(直流偏压低至毫伏级,电容测量低至飞法级)
目前所在: 花都区 年 龄: 30
户口所在: 湖北 国 籍: 中国
婚姻状况: 未婚 民 族:
培训认证: 未参加 身 高: 158 cm
诚信徽章: 未申请 体 重: 49 kg
人才 测评: 未测评
我的特长:
求职 意向
人才 类型: 普通 求职
应聘职位: 生产经理/车间主任:生产经理
工作年限: 8 职 称:
求职 类型: 全职 可到职日期: 随时
月薪要求: 3500--5000 希望工作地区: 广州,,
工作经历
公司性质: 私营企业 所属行业:电子技术/半导体/集成电路
担任职位: 生产经理
工作描述: 公司主要生产LED超薄面板灯、LED嵌入式面板灯、豆胆灯等,公司规模有120人,我的主要工作内容有:月生产计划、干部培训考核,整个公司生产人员调配、生产进度跟进、生产人员团队建设、品质异常处理与跟进,报表的的审核、处理生产中发生的一些特殊问题等工作。
离职原因:
佛山***照明电器有限公司 起止年月:2008-05 ~ 2010-06
公司性质: 外商独资 所属行业:电子技术/半导体/集成电路
担任职位: 生产主任
工作描述: 公司主要生产LED节能灯、荧光节能、汽车灯、卤素灯、PAR灯等等,我负责LED节能车间约100人,主要工作内容包括月生产计划、工艺流程的监控及修改、品质要求、团队建设、品质异常处理、报表的审核(日报表、计件工资表、检验反馈单、月品质异常图)
离职原因:
***电子科技有限公司作生产部主管 起止年月:2007-03 ~ 2008-05
公司性质: 民营企业 所属行业:电子技术/半导体/集成电路
担任职位: 生产主管
工作描述: 司主要生产LED发光极管,主要用于发光玩具、户外显示屏等、车间约60人主要工作内容包括生产计划、作业指导书的制定、品质异常的分析及处理、人员团队的建设、LED芯片的采购、工艺流程的监控及修改、报表的审核等。
离职原因:
广州***电子科技有限公司 起止年月:2002-04 ~ 2007-03
公司性质: 外商独资 所属行业:
担任职位:
工作描述: 公司生产发光玩具和饰品我主要负责产品品质监控,制定QC工程图、检验标准及月品质异常图、品质异常处理、日报表的审核、员工品质意识的宣导程序文件的制定、LED芯片的采购、主持召开品质会议等,获得资格证书:IS09001内部质量审核员证书。
教育经历
离职原因:
教育背景
毕业院校: 湖北襄樊学院
最高学历: 大专 获得学位: 毕业日期: 2002-07
专 业 一: 计算机与应用 专 业 二:
起始年月 终止年月 学校(机构) 所学专业 获得证书 证书编号
语言能力
外语: 英语 一般 粤语水平:
其它外语能力:
国语水平:
关键词:微电子学;实验室建设;教学改革;
1微电子技术的发展背景
美国工程技术界在评出20世纪世界最伟大的20项工程技术成就中第5项——电子技术时指出:“从真空管到半导体,集成电路已成为当代各行各业智能工作的基石”。微电子技术发展已进入系统集成(SOC—SystemOnChip)的时代。集成电路作为最能体现知识经济特征的典型产品之一,已可将各种物理的、化学的和生物的敏感器(执行信息获取功能)和执行器与信息处理系统集成在一起,从而完成从信息获取、处理、存储、传输到执行的系统功能。这是一个更广义的系统集成芯片,可以认为这是微电子技术又一次革命性变革。因而势必大大地提高人们处理信息和应用信息的能力,大大地提高社会信息化的程度。集成电路产业的产值以年增长率≥15%的速度增长,集成度以年增长率46%的速率持续发展,世界上还没有一个产业能以这样的速度持续地发展。2001年以集成电路为基础的电子信息产业已成为世界第一大产业。微电子技术、集成电路无处不在地改变着社会的生产方式和人们的生活方式。我国信息产业部门准备充分利用经济高速发展和巨大市场的优势,精心规划,重点扶持,力争通过10年或略长一段时间的努力,使我国成为世界上的微电子强国。为此,未来十年是我国微电子技术发展的关键时期。在2010年我国微电子行业要实现下列四个目标:
(1)微电子产业要成为国民经济发展新的重要增长点和实现关键技术的跨越。形成2950亿元的产值,占GDP的1.6%、世界市场的4%,国内市场的自给率达到30%,并且能够拉动2万多亿元电子工业产值。从而形成了500~600亿元的纯利收入。
(2)国防和国家安全急需的关键集成电路芯片能自行设计和制造。
(3)建立起能够良性循环的集成电路产业发展、科学研究和人才培养体系。
(4)微电子科学研究和产业的标志性成果达到当时的国际先进水平。
在这一背景下,随着国内外资本在微电子产业的大量投入和社会对微电子产品需求的急骤增加,社会急切地需要大量的微电子专门人才,仅上海市在21世纪的第一个十年,就需要微电子专门人才25万人左右,而目前尚不足2万人。也正是在这一背景下,1999年以来,全国高校中新开办的微电子学专业就有数十个。2002年8月教育部全国电子科学与技术专业教学指导委员会在贵阳工作会议上公布的统计数据表明,相当多的高校电子科学与技术专业都下设了微电子学方向。微电子技术人才的培养已成为各高校电子信息人才培养的重点。
2微电子学专业实验室建设的紧迫性
我国高校微电子学专业大部分由半导体器件或半导体器件物理专业转来,这些专业的设立可追溯到20世纪50年代后期。办学历史虽长,但由于多年来财力投入严重不足,而微电子技术发展迅速,国内大陆地区除极个别学校外,其实验教学条件很难满足要求。高校微电子专业实验室普遍落后的状况,已成为制约培养合格微电子专业人才的瓶颈。
四川大学微电子学专业的发展同国内其它院校一样走过了一条曲折的道路。1958年设立半导体物理方向(专门组),在其后的40年中,专业名称几经变迁,于1998年调整为微电子学。由于社会需求强劲,1999年微电子学专业扩大招生数达90多人,是以往招生人数的2倍。当时,我校微电子学专业的办学条件与微电子学学科发展的要求形成了强烈反差:实验室设施陈旧、容量小,教学大纲中必需的集成电路设计课程和相应实验几乎是空白;按照新的教学计划,实施新课程和实验的时间紧迫,基本设施严重不足;教师结构不合理,专业课程师资缺乏。
在关系到微电子学专业能否继续生存的关键时期,学校组织专家经过反复调研、论证,及时在全校启动了“523实验室建设工程”。该工程计划在3~5年时间内,筹集2~3亿资金,集中力量创建5个适应多学科培养创新人才的综合实验基地;重点建设20个左右基础(含专业及技术基础)实验中心(室);调整组合、合理配置、重点改造建设30个左右具有特色的专业实验室。“523实验室建设工程”的启动,是四川大学面向21世纪实验教学改革和实验室建设方面的一个重要跨越。学校将微电子学专业实验室的建设列入了“523实验室建设工程”首批重点支持项目,2000年12月开始分期拨款275万元,开始了微电子学专业实验室的建设。怎样将有限的资金用好,建设一个既符合微电子学专业发展方向,又满足本科专业培养目标要求的微电子学专业实验室成为我们学科建设的重点。
3实验室建设项目的实施
3.1整体规划和目标的确立
微电子技术的发展要求我们的实验室建设规划、实验教改方案、人才培养目标必须与其行业发展规划一致,既要脚踏实地,实事求是,又必须要有前瞻性。尤其要注意国际化人才的培养。微电子的人才培养若不能实现国际化,就不能说我们的人才培养是成功的。
基于这样的考虑,在调查研究的基础上,我们将实验室建设整体规划和目标确定为:建立国内一流的由微电子器件平面工艺与器件参数测试综合实验及超大规模集成电路芯片设计综合实验两个实验系列构成的微电子学专业实验体系,既满足微电子学专业教学大纲要求,又适应当今国际微电子技术及其教学发展需求的多功能的、开放性的微电子教学实验基地。我们的目标是:
(1)建立有特色的教学体系——微电子工艺与设计并举,强化理论基础、强化综合素质、强化能力培养。
(2)保证宽口径的同时,培养专业技能。
(3)建立开放型实验室,适应跨学科人才的培养。
(4)在全国微电子学专业的教学中具有一定的先进性。
实践中我们认识到,要实现以上目标、完成实验室建设,必须以教学体系改革、教材建设为主线开展工作。
3.2重组实验教学课程体系,培养学生的创新能力和现代工业意识
实验课程体系建设的总体思路是培养创造性人才。实验的设置要让学生成为实验的主角和与专业基础理论学习相联系的主动者,能激发学生的创造性,有专业知识纵向和横向自主扩展和创新的余地。因此该实验体系将是开放式的、有层次的和与基础课及专业基础课密切配合的。实验教学的主要内容包括必修、选修和自拟项目。我们反复认真研究了教育部制定的本科微电子学专业培养大纲及国际上对微电子学教学提出的最新基本要求。根据专业的特点,充分考虑目前国内大力发展集成电路生产线(新建线十条左右)和已成立近百家集成电路设计公司对人才的强烈需求,为新的微电子专业教学制定出由以下两个实验系列构成的微电子学专业实验体系。
(1)微电子器件平面工艺与器件参数测试综合实验。
这是微电子学教学的重要基础内容,也是我校微电子学教学中具有特色的实验课程。这一实验系列将使学生了解和初步掌握微电子器件的主要基本工艺,工艺参数的控制方法和工艺质量控制的主要检测及分析方法,深刻地了解成品率在微电子产品生产中的重要性。同时,半导体材料特性参数的测试分析系列实验是配合“半导体物理”和“半导体材料”课程而设置的基本实验,通过整合,实时地与器件工艺实验配合,虽增加了实验教学难度,却使学生身临其境直观地掌握了工艺对参数的影响、参数反馈对工艺的调整控制、了解半导体重要参数的测试方法并加深对其相关物理内涵的深刻理解。这样的综合实验,对于学生深刻树立产品成品率,可靠性和生产成本这一现代工业的重要意识是必不可少的。
(2)超大规模集成电路芯片设计综合实验。
这是微电子学教学的重点基础之一。教学目的是掌握超大规模集成电路系统设计的基本原理和规则,初步掌握先进的超大规模集成电路设计工具。该系列的必修基础实验共80学时,与之配套的讲授课程为“超大规模集成电路设计基础”。除此而外,超大规模集成电路测试分析和系统开发实验不仅是与“超大规模集成电路原理”和“电路系统”课程套配,使学生更深刻的理解和掌握集成电路的特性;同时也是与前一系列实验配合使学生具备自拟项目和独立创新的理论及实验基础。
3.3优化设施配置,争取项目最佳成效
由于项目实施的时间紧迫、资金有限。我们非常谨慎地对待每一项实施步骤。力图实现设施的优化配置,使项目产生最佳效益。最终较好地完成了集成电路设计实验体系和器件平面工艺实验体系的实施。具体内容包括:
(1)集成电路设计实验体系。集成电路设计实验室机房的建立——购买CADENCE系统软件(IC设计软件)、ZENILE集成电路设计软件;集成电路设计实验课程体系由EDA课程及实验、FPGA课程及实验、PSPICE电路模拟及实验、VHDL课程及实验、ASIC课程及实验、IC设计课程及实验等组成。
(2)器件平面工艺实验体系和相关参数测试分析实验。结合原有设备新购并完善平面工艺实验系统,包括:硼扩、磷扩、氧化、清洗、光刻、金属化等;与平面工艺同步的平面工艺参数测试,包括:方块电阻、C-V测试(高频和准静态)、I-V测试、Hall测试、膜厚测试(ELLIPSOMETRY)及其它器件参数测试(实时监控了解器件参数,反馈控制工艺参数);器件、半导体材料物理测试设备,如载流子浓度、电阻率、少子寿命等。
(3)与实验室硬件建设配套的软件建设和环境建设。实验室环境建设、实验室岗位设置、实验课程的系统开设、向相关学院及专业提出已建实验室开放计划、制定各项管理制度。
在实验室的阶段建设中,我们分步实施、边建边用、急用优先,在建设期内就使实验室发挥出了良好的使用效益。
3.4强化管理,实行教师负责制
新的实验室必须要有全新的管理模式。新建实验室和实验课程的管理将根据专业教研室的特点,采取教研室主任和实验室主任统一协调下的教师责任制。在两大实验板块的基础上,根据实验内容的布局进一步分为4类(工艺及测试,物理测试,设计和集成电路参数测试,系统开发)进行管理。原则上,实验设施的管理及实验科目的开放由相应专业理论课的教师负责,在项目的建立阶段,将按前述的分工实施责任制,其责任的内容包括:组织设备的安装调试,设备使用规范细则的制定,实验指导书的编写等。根据专业建设的规划,在微电子实验室建设告一段落后,主管责任教师将逐步由较年青的教师接任。主管责任教师的责任包括:设备的维护和保养,使用规范和记录执行情况的监督,组织对必修和选修科目实验指导书的更新,组织实验室开放及辅导教师的安排,完善实验室开放的实施细则等。
实验课将是开放式的。结合基础实验室的开放经验和微电子专业实验的特点,要求学生在完成实验计划和熟悉了设备使用规范细则的条件下,对其全面开放。对非微电子专业学生的开放,采取提前申请,统一完成必要的基础培训后再安排实验的方式。同时将针对一些专业的特点编写与之相适应的实验教材。
4取得初步成果
微电子学专业实验室通过近3年来的建设运行,实现或超过了预期建设目标,成效显著,于2002年成功申报为";四川省重点建设实验室";。现将取得的初步成果介绍如下:
(1)在微电子实验室建设的促进下,为适应新条件下的实验教学,我们调整了教材的选用范围。微电子学专业主干课教材立足选用国外、国内的优秀教材,特别是国外能反映微电子学发展现状及方向的先进教材,我们已组织教师编撰了能反映国际上集成电路发展现状的《集成电路原理》,选用了最新出版教材《大规模集成电路设计》,并编撰、重写及使用了《集成电路设计基础实验》、《超大规模集成电路设计实验》、《平面工艺实验》、《微电子器件原理》、《微电子器件工艺原理》等教材。
在重编实验教材时,改掉了";使用说明";式的教材编写模式。力图使实验教材能配合实验教学培养目标,启发学生的想象力和创造力,尤其是诱发学生的原发性创新能力乃至创新冲动。
(2)对本科微电子学的教学计划、教学大纲和教材进行了深入研究和大幅度调整,并充分考虑了实验课与理论课的有机结合。坚持并发展了我校微电子专业在器件工艺实验上的特色和优势,通过对实验课及其内容进行整合更新,使实验更具综合性。如将过去的单一平面工艺实验与测试分析技术有机的结合,将原来相互脱节的芯片工艺、参数测试、物理测试等有机地整合在一起,以便充分模拟真实芯片工艺流程。使学生在独立制造出半导体器件的同时,能对工艺控制进行实时综合分析。
(3)引入了国际上最通用、最先进的超大规模集成电路系统设计教学软件(如CADENCE等),使学生迅速地掌握超大规模集成电路设计的先进基本技术,激发其创造性。为了保证这一教学目的的实现,我们对
专业的整体教学计划做了与之配合的调整。在第5学期加强了电子线路系统设计(如EDA、PSPICE等)的课程和实验内容。在教学的第4学年又预留了足够的学时,作为学生进一步掌握这一工具的选修题目的综合训练。
(4)所有的实验根据专业基础课的进度分段对各年级学生随时开放。学生根据已掌握的专业理论知识和实验指导书选择实验项目,提出实验路线。鼓励学生对可提供的实验设施作自拟的整合,促进学生对实验课程的全身心的投入。
在实验成绩的评定上,不简单地看实验结果的正确与否,同时注重实验方案的合理性和创造性,注重是否能对实验现象有较敏锐的观察、分析和处理能力。
(5)通过送出去的办法,把教师和实验人员送到器件公司、设计公司培训,并积极开展了校内、校际间的进修培训。推促教师在专业基础和实验两方面交叉教学,提高了教师队伍的综合素质。
(6)将集成电路设计实验室建设成为电子信息类本科生的生产实习基地,为此,我们参加了中芯国际等公司的多项目晶圆计划。
加入了国内外EDA公司的大学计划,以利于实验室建设发展和提高教学质量,如华大公司支持微电子实验室建设,赠送人民币1100万元软件(RFIC,SOC等微电子前沿技术)已进入实验教学。
5结语
全球IC设计业的年均增长率始终高于整个半导体行业。IC设计业占据IC产业的比重也逐年提升。2008年,全球集成电路产业出现2.8%的负增长,相对而言IC设计业却有6%的增长,使其比重提高到21.4%。半导体市场的波动,同样也影响到了IP核市场的走势。IP核产业的走势相对于半导体市场的走势稍有滞后,但总体趋势基本一致。
在全球市场中,亚太占全球半导体市场比重越来越大,而这一趋势并没有随着金融危机的来临而受到太大影响。目前亚太市场份额已经超过全球市场一半。我国在亚太市场中占据重要地位,09年上半年,中国大陆集成电路产业销售额达到68.5亿美元,占全球半导体市场的7.15%。IC设计业成为国内半导体产业链中唯一呈现正增长的环节。本文主要分析了2009年我国IC设计业发展状况和未来趋势,提出了目前该行业存在的主要问题及发展建议。
1中国IC设计业发展现状与趋势
1.1 发展现状
1.1.1 IC设计业一枝独秀,经济政策和内需市场成增长引擎
2009年,中国IC设计业成为国内半导体产业链中唯一呈现正增长的环节,IC设计业实现销售收入116.94亿元,与去年同期相比增长9.7%。而国内芯片制造业以及封装业却呈现大幅下滑的状况。据统计,2001~2008年,我国IC设计业占国内IC产业的比重从5.5%提升到18.9%,占全球IC设计业的比重从2001年的1%攀升至2008年的6.1%。截止2009年我国共有IC设计企业500多家,我国IC设计业从业人员约5.5万人。2009年我国IC设计业销售收入预计达286.74 亿元。据iSuppli预测,2009年全年,中国半导体市场下降6.8%,至682亿美元,中国IC设计业2009年将扩大至42亿美元,比2008年时的34亿美元增长24.2%。这个数字占全球Fabless约500亿美元的8%,及占中国半导体业销售额(09年约1118亿元)的25.6%。
在国际金融危机的严重影响下,2009年国内IC设计业能够实现正增长的动力主要来自国内大项目的带动和国内内需市场的快速恢复。由于政府实行了4万亿元投资的经济刺激方案和“扩内需、保增长”的政策,3G市场启动、家电下乡以及家电汰旧换新优惠措施的持续,新能源产业的发展,节能降耗的潮流,都为IC设计业带来新的商机。大部分IC设计企业在金融危机到来之际都采取了积极的应对举措。随着09年第二季度订单的恢复,也就能呈现较快的增长势头。
1.1.2国内企业普遍具备0.18微米以下工艺水平和百万门规模设计能力
从工艺设计能力来看,我国IC设计企业普遍具备了小于0.18微米(含)的工艺水平。其中设计能力小于0.13微米的企业占相当比例,少数企业设计水平已经达到65纳米的先进水平。我国芯片主流量产工艺采用0.13微米和0.18微米。中国IC设计公司在选择工艺技术时更加务实,普遍表示视产品实际需要而定,以适用为度,而不会盲目追求先进工艺。
从产品的集成度来看,我国IC设计企业普遍具备了100万门规模以上的设计能力,最大设计规模已经超过1亿门。设计能力在100万门~500万门规模之间的IC设计企业比例达到了38%,设计能力在500万门~1000万门规模和1000万门以上规模的IC企业比例各占19%。三者相加,具备100万门以上规模设计能力的IC企业占到调查样本企业的76%。中科院计算所自主开发的龙芯系列芯片,设计规模超过了1亿门,并已小批量试投,反映出我国在CPU研发能力方面的显著提升。
1.1.3 自主设计产品中SoC占主体,嵌入式CPU倍受关注
目前国内IC设计企业可以提供的产品范围涵盖IC卡、多媒体处理器、MCU、数字电视芯片、网络通信芯片、RF芯片、电源管理芯片、DSP、嵌入式CPU、ASIC、模拟线性IC、混和IC和通用逻辑IC等,种类比较丰富。调查发现,我国自主设计的IC产品中SoC类芯片所占比例达到了29%,居各类IC产品第一位。具有高性能、低功耗、小尺寸等优势的SoC芯片,可以有效地满足电子整机系统不断向多功能、高复杂度、小型化方向发展的需要,因而 SoC芯片正引领市场潮流。业界普遍看好SoC在未来的发展前景,并希望国家能够给予支持。另外,嵌入式CPU则是我国IC设计企业普遍看好的明日之星产品。
1.1.4 企业对公共服务平台需求多样化,SMIC成IC设计发展支点
我国IC设计企业对国家集成电路公共服务平台的功能需求多样化,其中为中小企业和科研机构提供EDA工具租用、MPW服务的需求最大,这说明我国半导体产业,特别是IC设计机构,规模小,资金实力不够雄厚,需要政府搭建服务平台为其提供便利;提供芯片产品的推广应用服务居其次,这说明不少的国内IC设计企业与产业链中的其他环节并不能顺畅的沟通,需要第三方来促成;IC设计企业需要的其它服务还包括协助企业融资、提供知识产权深度分析服务、提供IP核评测、SOC验证、SOC参考平台等技术服务、提供小规模、快速封装测试服务以及提供人才培训等。
最新调查显示,国内超过60%的IC设计企业选择中芯国际(SMIC)作为代工(Foundry)合作伙伴。在中国大陆本土,中芯国际拥有最先进的工艺生产线,已可以量产65纳米工艺的产品,中芯国际目前对我国IC设计业的发展起着不可或缺的支撑作用。
1.2 趋势分析
1.2.1 IC设计行业正呈现“分工极致化”与“企业虚拟化”的特征,纵向整合成未来方向。
随着半导体产业分工的日益细化,不仅封装测试、芯片代工等生产环节已经独立于IC设计行业之外,产品销售、方案提供、IP开发、甚至整体芯片设计也已从Fabless公司中剥离出来而成为独立的业务与专业化的企业,IC设计行业正呈现“分工极致化”与“企业虚拟化”的特征。目前国内IC设计行业激烈的市场竞争恰恰加速了这一演变进程,不断被压缩的利润空间使得IC设计公司很难维持一个庞大的人员团队,“轻型化”与“灵活性”对IC设计企业显得更加重要。
2009年拥有强大整机企业背景的海思半导体、中兴微电子、比亚迪微电子等企业成功抵御金融危机和半导体产业衰退的冲击,将获得超过40%的增长,这大大超过了2009年我国IC设计业11%的增长率,这些企业的一个共同点是纵向整合产业链资源,在产业链的某一个环节上,取得核心竞争优势,从而使企业获得了快速发展,这或成未来中国IC设计业的一个发展方向。
1.2.2 企业向主流核心产品拓展,网络多媒体终端成未来创新突破点。
近年来中国IC设计产业的发展过程中,出现了不少以市场为导向,具有竞争活力的公司。一些有实力的公司正在积蓄力量,准备向核心领地,如手机、上网本等领域发起冲击。未来2~3年,智能手机、3G、数字电视、互联网多媒体终端等领域都将是本土IC公司的创新突破点。数字电视市场发展潜力巨大,模拟手机电视也开始广受关注,吸引多家芯片厂商加盟。此外,本土IC厂商在支持CMMB及模拟电视的双模产品方面可有发挥。 3G带动手机向多媒体转变,对无线互联、音频、视频、图像的处理功能的需求增强。未来智能手机市场容量巨大,对芯片方案的需求也会不断变化,这将给本土IC设计公司带来更多发展机会。
1.2.3 芯片设计周期长于产品生命周期,“Turnkey”升至IP环节
我国IC设计企业普遍存在的问题是设计周期比产品生命周期长。IC设计周期通常是18个月,而通信、消费产品的生命周期缩短到12个月,研发周期赶不上生命周期。在此情势下,国内IC设计企业定义产品的形式一般有两种情况:大公司可以有多个项目、多个团队交替研发,在12个月内总有新产品,这种应对方案很少公司能做到;另一种是把能想到的都加入到设计中,但是又导致费用上升,成本难以控制。这已成为本土IC设计企业面临的难题。
近期值得关注的一个现象是新兴的IP供应商Andes(晶心科技)复制了联发科的成功经验,推出了一站式IP解决方案(IP Turnkey Solution)模式,其内涵是一站式解决方案(Turnkey Solution)不单指半导体芯片解决方案,现在已经延伸到IP层面,不仅为客户提供核心处理器IP,同时考虑市场与客户需求、SoC设计所需完整系统,提供一站式IP解决方案。这样可有效缩短IC项目设计周期,把产品快速推向市场。
1.2.4 Foundry从单纯制造向行业主导者角色演变
调查发现,Fabless与Foundry之间的分工模式正在悄然发生着变化,Foundry目前已脱离原本单纯的制造范畴而拓展至生产过程中涉及的设计、设计服务、IP交易、封装测试等各个领域,其提供的服务也越来越趋于整合这些不同业务。可以说,Foundry企业正向扮演行业发展主导者的角色演变。台积电、联电、中芯国际等Foundry大厂也都在积极筹划各自的整合平台业务。Foundry整合平台无疑就是Foundry领域的Turn-key模式。这一模式确实可以有效的“协助其客户大幅缩短IC生产流程,降低整体IC研发成本”。但是Turn-key是否能够“加速IC产业创新和增长”尚需观察。
2中国IP核产业发展状况
鉴于IP与SoC设计的重要性,一位业界专家指出,一个国家发展集成电路产业的过程,从某种意义上说,就是研发和积累IP的过程。目前我国大多数集成电路设计企业已经在SoC设计过程中采购第三方IP核,以加快设计进度。但仍有约50%的集成电路设计企业在SoC设计工程中不采购第三方IP核,而代以自己开发的模式,这严重限制了我国IP市场的规模,也在一定程度上制约了我国IC设计业的快速发展。
虽然我国集成电路IP核产业发展较晚,但随着设计业的发展,也出现了几家较为成功的IP核供应商,如苏州国芯、四川和芯微以及神州龙芯、浩凯微等。除了以IP核授权为主的IP供应商外,几乎我国每家IC设计企业都有自有IP核。但约有40%的设计企业不愿意将企业自有IP核拿出来交易,已将IP核拿出来交易的企业占20%,还有40%的企业愿意但尚未推广自有IP核。知识产权保护问题和IP核的技术支持问题是IP核市场存在的根本前提,有很多企业不愿意将自有IP核拿到市场上交易,宁愿花更多的成本将其固化成芯片,正是基于这样的担心。如果IP核供应商可以提升IP核可交付资料的完备性,提升技术服务能力和便捷性,并且创造良好的IP核交易氛围,那么企业内部自有IP核的上市必将活跃我国的IP核交易市场,推动我国IP核产业的发展。
3中国IC设计业及
IP核发展中的问题
3.1 我国IC设计业技术水平与国际先进水平差距明显
国际上IC设计公司的主流数字工艺集中在65纳米,部分公司已进入45/40纳米,相比较,我国本土IC设计公司中约有一半公司的数字工艺水平为0.13微米/0.18微米,能够达到90纳米的很少,只有个别企业具备了65纳米的设计能力。在IC制造环节,英特尔32纳米的产品在2009年年底量产,而国内企业65纳米平台还不算完备。另外,除了基于硅平台的演变,非硅突破、量子新兴电子学等先进技术对于我们发展时间不长,积累技术不丰富的国内IC设计业来说,又是一个巨大的挑战。
3.2 国内IC设计企业研发力量薄弱,缺乏足够IP积累
自全球IC设计业进入系统芯片(SoC)设计阶段,单个芯片上需要用到的IP越来越多。如果没有足够多并且有特色的IP,就无法设计出具有市场竞争力的产品。本土IC企业普遍规模小、实力弱,采购第三方IP难以承担高昂的费用,完全依靠自有力量研发,又会延长项目开发周期,这已成为不少企业的两难选择。由于这种状况不可能短期根本改观,它将成为制约我国IC设计业发展的一个隐。
3.3 国内IC设计骨干企业数量少,企业发展模式单一
尽管我国IC设计业产业规模在迅速扩大,但整体实力较弱,企业小而散,缺少大的骨干企业,导致产品同质化竞争、低价竞争的局面不断扩大,领头羊模式仍需进一步探讨。
从发展模式来看,国内IC设计企业持续创新能力不足,专利积累数量很少,极少企业能够自主进行创新理念和商业模式的突破。
3.4 IC设计企业与整机厂商脱节状况仍比较严重,缺乏完整的价值链
多数国内IC设计企业缺乏产品解决方案的开发能力,与全球IC设计和系统设计趋于融合的国际大趋势相比,国内IC设计企业与整机厂商间的联动机制依然薄弱。相比成功的跨国公司,国内IC设计企业缺乏完整的价值链。与代工厂商、测试厂商、封装厂商、EDA工具提供商、IP厂商、系统厂商等上下游企业缺乏密切的协作关系。
3.5 政策环境仍然难以适应产业发展的需要
随着产业发展环境的变化,现有政策已难于适应产业发展的新情况。突出的是我国的设计企业所承受的增值税税负问题。作为智力密集型的设计企业因进项很小导致增值税税负沉重。有的企业或者采取在国外生产制造、再进口到国内,或者采取复进口的方式,甚至个别企业采取变相的方法偷税漏税,以达到减免税收的目的。
4发展建议
4.1 贯彻“以应用 促发展”战略,出台保障政策和措施
我国在2009年初的《电子信息产业调整和振兴规划》中,虽然明确了集成电路产业“以应用,促发展”的战略思路,但目前缺乏贯彻这一发展战略的具体政策和保障措施。任何一项计划或政策如果不能有效的影响企业的市场行为,该项计划和政策就不能称之为有效和成功的。调研中也发现多数IC设计企业认为近几年来国家对IC设计业的支持多停留在“口惠”层面。
建议围绕“家电下乡”和3G移动通信的建设和运营,设立集成电路研发和生产专项资金。加大财政投入和补贴,支持国内企业为“家电下乡”和3G通信配套集成电路产品的研发和生产。另外,在金融卡、交通卡、社保卡、医疗卡等领域,鼓励整机企业采购国产集成电路产品,各级政府应对相关集成电路产品建立政府采购制度。对自主设计并拥有自主知识产权的中高档集成电路产品实行首购制度。
4.2 鼓励整机企业向IC设计业投资,推动产业链垂直整合
通过IC设计企业、渠道商、方案提供商、系统整机企业之间的垂直整合,打造虚拟甚至是实体的IDM,可以形成整个产业的良性发展和互动。推动产业链垂直整合是突破国产IC应用瓶颈,实现中国IC设计业做大做强的有效途径。但是垂直整合的难度是在市场经济条件下,如何协调好各方利益主体,建立内在“粘着”机制。比较可行的做法是,以国家战略任务为牵引、组建包括IC设计企业、渠道商、方案提供商、系统整机企业在内的类似TD-SCDMA的产业联盟; 或者政府出台相关政策,如国家以一定比例跟进投资,鼓励整机企业向IC设计企业投资,或组建合资新公司,从而有效推动产业链的垂直整合。
4.3 集中、高效、循环利用国家资金,以风险投资方式入股企业
将国家资助资金进行有效利用, 如以风险投资方式入股企业, 当企业获得利润后,国家获得相应的投资收益, 并将所得收益进行再次投资给其他需扶持的企业, 实现支持资金的有效使用和放大, 使其进入良性循环。集中力量开发或招标开发具有战略意义的大项目。关键领域的产品研发要重点支持,支持要长期不懈。
4.4减轻企业税负,优化企业发展环境
减轻集成电路设计企业增值税税负。根据IC设计企业的实际情况,建议在征收IC设计企业产品增值税时,把企业对该产品的研发费用与试制批量流片费用列为企业的进项。
4.5 “扶优、扶强、扶大”,培育大公司
挑选有潜力的企业支持其为“国家队”,先要有几棵大树才能吸引资本和人才进入这个行业,也才能真正培养出高水准的本土人才。枝节不断掉下来又长成大树,这正是硅谷的发展模式。但要预防和避免把“国家队”做成国有大锅饭企业。
国家各类集成电路研发专项向重点企业倾斜,着力培育壮大一批IC设计的大型骨干企业,减免高级人才所得税,对新上项目中高端项目给予贷款贴息奖励,鼓励企业加大研发投入,引进和留住高端人才等。
4.6 国家出资建设可以提供绝大多数IP的公共平台
在集成电路产业发展中,政府应重点解决单个企业难以应付的情况和问题,以及单靠企业力量无法完成的事情。鉴于IP于SoC设计的日益重要性,结合目前我国IC设计业和IP核产业发展的现状和遇到的问题,建议完善和加强Foundry的IP,打造可以提供绝大多数IP的公共平台,国家负责IP费用。IP要全要好是关键,未来5年内主要应采用拿来主义,多买(License)别人的成熟的技术,尽快满足当前市场的需求,培育一批可以熟练设计某个领域内专用标准产品(ASSP)芯片的专家。
关键词:微电子学;预实验;开放式实验
作者简介:梁海莲(1979-),女,江西高安人,江南大学物联网工程学院、信息与控制实验教学中心,讲师;赵琳娜(1979-),女,天津人,江南大学物联网工程学院、信息与控制实验教学中心,讲师。(江苏 无锡 214122)
基金项目:本文系江苏省研究生教育教学改革研究与实践课题(课题编号:YJG08_YB26)的研究成果。
中图分类号: G642.423 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2013)20-0092-02
随着社会的飞速发展,传统封闭式、单向传输的课程教学模式,已不能适应现代社会发展的需要。近年来,多数高校正积极开展面向高校、企业与科研中心一体化的“产学研”相结合的课程教学改革。[1]
作为电子信息产业核心技术之一的微电子技术,已经成为现代电子信息技术,是当前计算机和通讯技术发展的主要驱动力。[2]作为微电子学专业核心课程之一的“微电子专业实验”,所涉及的基础理论知识面较广,涵盖了“电路”、“模拟电子技术”、“数字电子技术”、“模拟集成电路”、“数字集成电路”、“半导体物理”、“半导体器件物理”、“电子设计CAD”、“集成电路封装、制造”等多门专业课程知识。鉴于该课程所需实验设备仪器种类较多、测控要求高、仪器价格昂贵、维护成本高等特点,且受人力、物力的限制,课程中不同实验所需配套设备购置数量较少。然而随着微电子产业对专业人才需求的不断增大,所需人才技能水平日益提高,高校在面向社会、面向未来,构建研究型综合大学的奋斗目标下,必须提高人才培养效率,改变传统教学模式,从根本上解决学生人数多、实验时间短、实践技能提升缓慢等现实问题,这是课程教学改革的关键。
基于上述“微电子专业实验”的课程特点与现实受限因素,迫切需要针对实验教学内容、实验教学方式和实验管理制度等方面进行改革与创新。这是因为实验教学在高校人才培养过程中起着非常重要的作用,是连接知识与实践、实践与创新,并使理论知识向实践能力转化的重要桥梁。[3]为践行研究型综合大学与时俱进的教学理念,[4]在“微电子专业实验”课程教学改革中,以提高学生的综合素质为目标,以学生为主体,在实验教学内容、实验过程、实验管理等方面进行了开放式微电子专业实验课程教学,并取得了良好的教学效果。
一、实验教学内容的设计与完善
针对该课程实验内容系统性强、理论知识抽象复杂的特点,为使学生在进入实验环节之前,对理论知识有一个形象、直接的感触体验,提高学生实验探索的兴趣,设计了一套相关实验所需理论知识的预实验系统。该系统结合电子设计CAD、专业仿真软件、动画演示等,将抽象复杂的专业理论知识形象化,有助于强化学生对理论知识的理解,较好地实现理论与实验相结合的过渡衔接。通过理论知识复习和预实验,既可有效促进学生对理论的理解,又能让学生在预实验中掌握下一步实验过程中的操作技巧,还能为学生获得新的理论知识打下良好的基础。
经初步尝试,整套预实验系统中的电路仿真软件Multisim、印制版电路仿真软件Protel、FPGA嵌入式系统设计、虚拟电子实验室Labview,以及电路系统功能仿真软件MATLAB、集成电路系统仿真软件HSPICE、Cadence电子设计软件及半导体器件仿真TCAD等软件,可实现微电子专业实验从单个器件向电路模块乃至整个电路系统,从前端系统功能设计向后端电路制作及电路性能验证的全功能预实验仿真。借助上述预实验系统,一方面可以加深学生对电路结构、原理的认识与理解;另一方面还能训练学生熟练地使用仪器,掌握正确的测量方法,提升学生的实验数据分析与鉴别能力,还有利于减少实验损伤,提高实验效率。
二、实验管理制度的设计与完善
虽然上述预实验在一定程度上有助于提高实验效率,但在提高学生动手能力、专业技能等方面尚有欠缺。为了进一步解决微电子专业实验仪器精密、贵重且量少,操控较为复杂、耗时费力等问题,仍需改革原有的实验管理制度,改变实验管理方法,提高仪器的使用效率。
针对微电子专业实验仪器精密、贵重、数量较为单一的特点,在购置相关仪器时,建立了专业对口教师采购、运行并维护的主负责管理制度,同时配备该仪器适用专业方向的研究生,经专业培训上岗,辅助指导实验学生正确操控、使用仪器。在新置仪器运行之前,要求厂家针对专业对口主负责教师和若干辅助测控的研究生进行系统运行、维护、管理培训,培训后主负责教师针对“微电子专业实验”课程的培养人数、课程日程、学分等情况,制定了学生实验分组、分时计划,并相应指定各实验小组的助教研究生,指导学生使用该仪器,协助管理实验仪器的运行、维护,并记载相应的实验运行状况、实验人员等。
同时,结合“微电子专业实验”课程系统性强的特点,通过相应的实验教学环节,培养学生独立完成半导体材料特性测试、微电子器件特性测试、微电子技术工艺参数测试和电路系统性能参数测试等,提升学生的综合测试技能和实验分析能力,巩固和强化现代微电子技术与集成电路制造技术的相关知识,并为学生进行理论知识创新提供了一个良好的实验平台和理论基础,综合锻炼了学生分析、探讨和总结实验结果的能力。
三、开放式微电子专业实验课程教改案例
以MOS集成运算放大器设计为例,制备工艺平台为0.6um CMOS工艺,2层多晶硅,5层金属连线,电路工作电压为3~5V。
首先,指定实验内容,两级CMOS集成运算放大器电路原理如图1所示,[5]其中M1~M4为有源负载的差分输入级,M5提供该级工作电流,M8、M9构成了共源放大电路,为输出级,M7为源跟随器,提供增益为1的缓冲器,以克服补偿电容的前馈效应,并消除零点,M6提供M7所需的工作电流,M10、M11组成运放偏置电路。电路性能与目标设计要求输出电压摆幅大于±3V,最大转换速率为30V/μs,补偿电容Cc为10pF。
其次,让参与实验的学生在电路仿真环境HSPICE中结合图1所示电路进行预实验,测试集成运算放大器在数学、物理理论模型下的理想实验参数,完成预实验,本预实验环节所需课时约3学时。在进入下一实验环节前递交实验预习报告,由学生在实验前联系专业机房的管理人员,自行安排课外时间完成。
再次,让学生在Cadence系统中使用Virtuoso软件完成CMOS集成运算放大器的版图设计,版图画完后需采用Design Rules Checker(DRC),按照电路设计规则检查设计的版图文件、运行和找出错误,并在相应版图位置中做出标记和解释。在检查完版图之后,还需进一步对Electrical Rules Checker(ERC)进行检查,以查找线路中的短路、开路和浮空结点,ERC检查到短路错误后将错误提示局限在最短的连接通路上。在修正上述版图、电路连接问题后,仍需使用Layout Versus Schematic(LVS)比较集成电路版图与其原理报告版图的连接是否一致,从而进行反复修改,直到版图和电路原理图达成一致。最终在完成集成运算放大器的版图验证与电路系统性能后仿的物理验证工作之后,方可与相关半导体代工厂联系,确定设计数据文件的大小、后端数据接口处的端口设计及其尺寸等,并交付半导体代工厂制备。本实验环节所需课时约6学时。
最后,将流片后的芯片在逻辑分析仪、混合信号测试仪、半导体参数分析仪等实验平台测试集成电路中器件的电学参数和集成运算放大器性能参数等,并结合预实验的仿真数据对比分析,进一步优化、改进版图,以提高集成运算放大器的综合性能,此实验环节约占3学时。由于本实验环节受仪器数量的限制,实验前需要先把已完成前两环节的实验学生分成2~3人一组,将半导体器件与集成电路测试和版图观测的实验平台安排在一个集成电路测试实验室,而将逻辑分析仪、混合信号测试仪等电路系统测试仪器等实验平台安排在另一个电子电学测试实验室,实现不同类别实验平台的相互独立,有助于不同实验室合理高效地实行开放式实验。当然不同实验平台均有指定能够熟悉操作的助教研究生协助,参与实验的学生能独立完成所需测试类型的实验。实验结束后,学生以书面形式阐述实验过程、分析测试数据、总结实验结果、完成实验报告。教师针对实验过程中出现的新现象、新问题,提出问题的查找方向,鼓励学生积极探索,查阅课外文献,提出具有独到见解的实验观点,为理论知识的创新、发展培养正确的科研方法。同时,也需要对全面开放的专业实验教学模式进行评价和提出建议。
四、结论
调查结果显示,学生对这种开放式微电子专业实验课程教学改革积极性较高,认真负责的配合教师、助教研究生完成实验任务。与传统单一、封闭教学模式相比,本课程教学改革在原实验管理员的积极支持下取得了良好的实验效果,也深受同学们欢迎,有助于提高同学们的学习兴趣和自我学习能力。
参考文献:
[1]刘瑞,伍登学,邬齐荣,等.创建培养微电子人才教学实验基地的探索与实践[J].实验室研究与探索,2004,(5):6-8,23.
[2]杨依忠,解光军,易茂祥,等.创建微电子专业实验室的探索与实践[J].实验技术与管理,2009,26(12):137-143.
[3]马瑶,石瑞英,袁菁,等.开放式专业实验教学模式探索和实践[J].高等教育发展研究,2008,25(1):42-45.
刘玉岭教授,博士生导师,第九届、第十届、第十一届全国政协委员,国家级有突出贡献中青年专家。他治学严谨,学风正派,创新成果业绩突出:以他为第一发明人,获得国家发明奖5项,省部级科技发明与进步奖21项,取得发明专利57项,美国发明专利3项;出版专著5部,200余篇。他还很注重对学生的培养,在他的悉心教导下培养硕士、博士、博士后共百余名;以他为学术带头人的微电子学科是硕士、博士、博士后等高层次人才培养的省级重点学科。这一切源于他对祖国科技事业执著追求和孜孜不倦的创新精神。
走近刘玉岭,看到的是他辉煌的创新历程:1979年我国引进日本11条IC生产线,其硅衬底抛光材料需要由日本不二见株式会社进口。刘玉岭看在眼里急在心里,针对该产品黏度大、结块、高钠离子污染环境等问题,发明了悬浮性好、无钠离子、不挥发、易清洗的FNO-MOS型抛光液,价格仅为日本的十分之一,该成果获天津科技成果二等奖,国家发明四等奖;2000年刘玉岭发明的以化学作用络合胺化为技术路线碱性CMP材料与相应工艺技术,低于目前世界花数亿元巨资研发的电化学抛光(ECMP)机械压力的三分之一,为GLSI向45nm以下产业化发展做出创造性贡献,该技术已获国家发明专利54项,克服了占世界主导市场的酸性浆料强机械研磨后溶解机理模型存在的速率低、机械作用大、工艺复杂等难题;他在“ULSI衬底表面洁净技术”研究中,首次提出了优先吸附理论及数学模型:t=Kr2/f1f2S;发明了“专用界面活性剂处理晶片表面吸附物技术”,使吸附物处于物理吸附状态的时间延长了30倍以上,并采用集中清洗,提高了效率,节省了试剂。该技术已在洛阳740、有研硅股等企业规模应用,仅刷片机一项,可节省3936万元,专家鉴定该项技术为国际领先水平,获国家发明专利,天津市发明二等奖,国家发明三等奖,2000年被科技部列为国家级科技成果重点推广计划和国家级新产品。目前,新研制的半导体膜电-化清洗技术应用于GLSI清洗工艺,同时去除有机物与金属离子沾污,既节能又环保。
在这些发明专利中最让他骄傲的技术是“FA/O均腐蚀抛光液与抛光技术”。由于采用自己研发的多功能强络合剂(同时作pH调节剂,缓蚀剂),有效控制了重金属杂质沾污,洛阳鼎晶半导体材料公司用此抛光液加工的IC衬底片成为唯一最可靠的“神五”、“神六”、“神七”专用电路硅衬底,为航天事业作出贡献,获国家发明三等奖,被国家5部委审评为国家级新产品,被国家科委列为国家科技成果重点推广计划。
在刘玉玲的科研之路上,一直坚持产学研用相结合,他领衔创建了与微电子技术与材料相结合的产学研实体,建立6000吨表面加工耗材生产线,产品已在京、津、沪、浙等十多个省市的引进生产线上取代了进口,进行新技术培训1000余人次。台湾广润科技公司、台湾弘弦科技公司、国家工程物理九院、洛阳空空导弹研究院、电子45所等众多企业与他签订了技术协议。他还是国家中长期科技发展重大专项项目、国家重点安全基金NSAF等项目的技术负责人。他长期为大中企业的第一线解决新技术问题。在科研成果推广中培训技术人员1000余人次。
刘玉岭教授作为我国微电子技术与材料CMP超精细领域技术带头人,在国内外享有较高的声誉。国际CMP耗材最有影响的多家专业公司多次提出买断该技术,目前由中芯国际支持的以刘玉岭教授为负责人的国家重大专项“极大规模集成电路平坦化材料与技术”已进入产业化阶段,产品在理论、方法、路线和材料方面均实现了创新,性能提高,工艺简化,成本低,环境友好。2012年获国家02专项验收成绩优秀,该团队成为100多个承担项目单位中五个优秀团队之一。硅、蓝宝石等产品已在中国华晶、华微等30多条引进生产线上规模化应用,代替进口产品,取得经济效益超过亿元。刘玉岭教授无疑是科学家,但他同时又是企业家、实干家,他的创新之光照耀中国走向世界的同时,也为祖国带来了巨大的经济效益。
独立学院作为本科教学型院校,以服务当地经济社会发展,培养工程应用型人才为目标,在“卓越工程师培养计划” 指导下,培养的人才应定位于面向工程设计、施工和管理第一线,要求学生既具有比较扎实的理论基础和文化素质,又要具有较强的灵活应用所学知识解决工程实践问题的能力和创新精神,在人才培养模式和课程改革方面更应注重突出专业特点,并与行业需求紧密结合,体现卓越工程师培养的目标。[2]
半导体照明技术是传统光源与照明技术的一次革命,其技术发展迅速、应用领域广泛、产业带动性强、节能潜力大,被各国公认为是最有发展前景的高效照明技术,半导体照明产业也是我国当前的战略性新兴产业,它是光源与照明产业的当展形态,LED照明产品正在逐步取代传统照明产品,美国市场研究公司Markets and Markets最新报告预计全球半导体固态照明(SSL)市场将于2018年达到567.9亿美元,2013年至2018年的复合年增长率将达18.7%。[3]但是,由于产业发展速度过快,半导体照明产业正面临专门技术人才严重缺失的局面。众所周知,高等教育传授的知识技能往往滞后于快速发展的产业应用技术,高校培养的适合新兴产业的专业技术人才相对较少,在照明领域,我国原来只有少数高校培养了传统照明专业的毕业生,因此,目前我国半导体照明产业发展所需的大量新型照明专业技术人才供给严重不足,而作为重点发展照明产业的中山市,专业人才缺失的矛盾更加突出。作为中山市地方高校,我们适时进行了光源与照明专业方向的建设,并以培养半导体照明产业卓越工程师为目标,不断完善人才培养体系。
一、结合地方产业特色构建和完善专业人才培养体系
1.准确定位适合本校的“卓越计划”专业人才培养体系
“卓越计划”的主要目标是:面向工业界、面向未来、面向世界,培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量各类型工程技术人才,为建设创新型国家、实现工业化和现代化奠定坚实的人力资源优势,增强我国的核心竞争力和综合国力。其指导思想在于以社会需求为导向,以实际工程为背景,以工程技术为主线,着力提高学生的工程意识、工程素质、工程实践和创新能力。具体到“卓越计划”的实施层面,由于我国高校存在不同的类型和层次,具有多样性,每个学校各具特色;行业和社会对工程人才的需求也具有多样性,不同类型、不同层次的工程人才的培养要求随着经济的发展和社会的进步而不断提高和变化。因此,不同的高校和专业在实施“卓越计划”的时候需要选择最适合自己的目标、层次和类型。
在“卓越计划”指导下,作为地方高校,我们在培养光源与照明专业人才时既要兼顾到照明行业整体的需求,又要将地方照明产业的特色需求作为工作重点,积极探索和完善人才培养模式,构筑本校专业建设的特色。这么做既能认清本学校和本专业的人才培养定位,根据现有的师资和实践条件重点培养具有重点技能的专业人才,同时,也能够达到为区域经济发展作出应有贡献的目的。
2.制定适合本校的“卓越计划”专业人才培养目标
“卓越计划”要求各高校遵循工程人才培养定位的原则,即服务面向原则、办学层次原则、自身优势原则和未来需求原则,才能准确地找到适合本校的“卓越计划”的人才培养定位,并体现在适合本校的“卓越计划”专业人才培养目标上。
半导体照明产业作为光源与照明产业的当展形态,包含了材料、芯片、封装和照明产品集成应用等多个分支,在这些工程分支中涵盖了多个学科的专业知识,如材料学、微电子与固体电子学、光学、热学、智能控制、机械设计等诸多方面,这使得半导体照明专业成为一门综合性的交叉学科。目前国内大量需要LED照明相关领域的人才,比如研发类人才涉及LED光学系统研发、散热系统研发、LED专门电源研发、控制系统研发等;其他领域如LED照明产品的制造、材料、销售、市场等众多领域也都需要相关的专业人员,因此,半导体照明产业需要的是多元化的人才,既要产品研发人才、工程设计人才,又要市场营销人才、高级管理人才,特别是既懂技术又懂管理、照明文化的复合型人才。[4]中山市作为世界灯饰之都,是我国重要的照明产品生产制造基地,现已形成了LED器件封装、LED照明灯具设计与制造、LED照明与显示工程设计与应用等优势产业集群,据统计,2012年,中山市现代照明产业集群实现总产值超过650亿元,占全市工业总产值的比例近15%,销售收入628亿元,上交利税28.5亿元,税后利润72亿元,出口创汇36亿美元,其中LED照明企业数量已超过1200家,含近100家规模以上企业,LED照明企业从业人员超过7万人,2012年LED照明企业产值达到356.5亿元,同比增长55%。2013年上半年,中山市LED灯具出口批次和货值同比分别增长了136.2%和119.8%,而从2012年下半年开始,中山市传统照明产品的出口却一直呈下降趋势,可见,LED照明产业正在较快取代传统照明产业,与此相应,半导体照明产业正日益成为中山市乃至广东省的新兴支柱产业。[5]经过到企业的多次实地调研发现,中山从事半导体照明产品研发、生产、销售及其配套的各类企业日益壮大,需要大量照明专业人才,尤其是LED照明设计和工程应用型专业人才,因此,作为中山市地方高校,我们在光源与照明专业建设工作中,需要遵循“卓越计划”原则,结合中山市LED产业发展特色,将专业人才培养目标定位在重点培养学生成为LED照明设计和工程应用型专业人才上。
3.专业基础课程设置
根据现阶段光源与照明产业发展对人才培养提出的要求,地方高校的专业建设工作应从两方面展开,一方面基于照明行业的需求和发展态势,在专业建设中首先需要重视专业基础课程的设置,任何产业的发展都有发生、发展、、衰落的过程 ,LED照明产业也是如此,为了适应这一点,培养学生应首先着眼于他们对学科基础有较广泛和深入的积淀,为他们打下坚实的基础。作为地方高校,定位是培养应用型高级工程技术人才,首先要求学生能够具备合理的知识结构和扎实的基础。光源与照明专业隶属于电子科学与技术大类,因此要求学生系统掌握电子科学与技术专业领域比较宽广的基础理论知识,在专业基础课程设置上配齐电子信息专业基础课程,包括:模拟和数字电子技术、电路分析、信号与系统、微处理器原理与接口技术、高级语言程序设计、电磁场与电磁波、高频电子线路等。其次,结合照明产业实际需要,学生需要掌握半导体物理和器件的基本理论和实验技术,掌握集成电路的设计、制造及测试方法,掌握照明用光源及照明工程相关的基础理论知识与技术,因此,我们在专业基础课程方面设置了半导体物理、微电子器件、应用光学等课程。另外,结合中山市半导体照明产业在产品设计、工程应用、器件封装等方面的特色需求,设置了照明系统设计、照明光源驱动技术、照明检测技术、照明工程技术、集成电路封装与测试等专业课程。通过这一系列课程的设置,培养学生具备半导体照明产品的设计、开发、制造、智能化控制、产品检测、技术管理等领域的实际工作能力,接受半导体照明工程和系统设计等工程实践的基本训练,以便他们能够具备在半导体照明产业领域尤其是在当地优势产业领域工作的各方面基本专业技能,为他们在半导体照明产业领域具备良好的工程意识和工程素质打下扎实的基础,这些工作切实符合“卓越计划”的人才培养目标。
4.专业实践课程设置
“卓越计划”要求着力培养人才的工程实践和创新能力,因此,专业实践课程设置对培养工程化人才至关重要。为了与“卓越计划”人才培养目标和本校的人才培养定位相匹配,在光源与照明专业建设中,我们主要设置两方面的实践课程内容,一方面是专业基础课程的课内实践环节内容,包括模拟和数字电子技术、电路分析、高频电子线路、集成电路工艺基础、MATLAB工具软件等专业基础课的课内实验或上机操作等,另外还设有照明设计等专业实践课程以及综合性设计实验课程,这些课程通过课堂可以对学生的工程实践和创新能力、独立分析和解决问题的能力进行初步的训练。另外一方面,“卓越计划”特别强调学生到企业中的学习和工程实践阶段,在此阶段,学校和企业共同设计培养目标,制定培养方案,共同实施培养过程。为此,我们设置了校企合作培养计划,在合作企业的选择上,根据中山市半导体照明行业的发展特色,充分利用了一些优势企业资源,与一些骨干企业合作建立了半导体照明人才培养、培训、实习基地,这些骨干企业包括以照明系统和产品设计生产见长的中山泰腾灯饰有限公司、中山鸿宝电业有限公司,以照明系统工程设计与应用见长的中山华艺灯饰照明股份有限公司、中山达华智能科技股份有限公司,以LED器件封装见长的木林森股份有限公司,以照明检测见长的国家灯具质量监督检验中心(中山)等。这些骨干企业在各自的特长领域具有生产和研发的优势资源,通过与他们合作,能够进行优势互补,整合出适合当地照明产业发展需求的一套完善的企业实践培养体系,实现多个企业优势资源的有机结合,学生在这些优势实践平台中循环流动,可以受到比较全面的专业工程实践锻炼,并且能突出重点,培养他们的重点技能,迎合当地照明产业的重点需求。与此同时,也能够发挥高校在科研上的优势,寻求与企业合作研发的契合点。总之,通过实施企业阶段合作培养方案,学生的专业知识和专业技能能够更加切合当前的产业需求,高校能够尽快把握产业发展动态,及时调整教学培养方案,企业能够及时得到高校的研发力量支持,高校帮助解决生产中所遇到的问题,达到三方共赢的结果。
二、结语
“卓越计划”是促进我国由工程教育大国迈向工程教育强国的重大举措,也是地方高校进行专业建设的重要指引,我们在光源与照明专业建设工作中,通过以上几个方面的努力,正在逐步形成符合“卓越计划”要求的专业人才培养体系。当前,半导体照明产业作为战略新兴产业正迅猛向前发展,对专业人才的需求紧迫而旺盛,因此,高校也要加快建设和完善专业人才培养体系,努力做到高质量的人才培养与旺盛的人才需求之间的对接,从而为地方经济和社会发展提供有效服务。
参考文献:
[1]张韦韦.教育部启动实施“卓越工程师教育培养计划”[J].教育与职业,2010,(7):2O.
[2]林健.“卓越工程师教育培养计划”专业培养方案研究[J].清华大学教育研究,2011,(4):47-55.
[3]美国预测2018年全球固态照明市场将达567.9亿美元[EB/OL].http://china-led.net/info/20130912/1926.shtml.
佟存柱,1976年3月生于吉林伊通县,现任中国科学院长春光学精密机械与物理所研究员,博士生导师,中科院“百人计划”入选者。
寻找最适合的事业方向
佟存柱与物理有着与生俱来的缘分。他从小就对机械、仪表、电路等物理器件有着极高的感悟能力,他的物理课成绩也一直在学校名列前茅。高考时,接近满分的物理成绩使他毫无悬念地进入了重庆大学物理系。四年之后,佟存柱考取了重庆大学应用物理系与中国科学院联合培养的研究生。在重庆大学学习一年以后,佟存柱来到了中科院理化所的低温中心,而随着低温中心并入中科院物理所,他又开始了在中科院物理所的学习和研究工作。
从2000年第一次踏入中科院,佟存柱就与其结下了不解之缘。他曾先后在中科院四个研究所学习和工作,包括中科院理化所低温中心、中科院物理所、中科院半导体所和中科院长春光学精密机械与物理所。
谈及四个研究所的文化底蕴,往昔生活浮现眼前,佟存柱回忆说,“中科院物理所以基础研究为主,老一辈科学家的兢兢业业、严谨求实的精神时刻激励着我,也是我内心永远铭记的榜样。物理所另一个文化则是合作,很多成果是通过各部室合作取得,这一点让我深刻领会到合作对事业发展的重要性。中科院半导体所则把我带入了半导体激光器这个领域,这也是我目前一直所从事的研究方向。而中科院长春光学精密机械与物理所是一家偏重工程应用的研究所,该所最大的特点是重实际应用、上下团结、科学管理。”
从硕士到博士,佟存柱积累了厚重的学科知识,收获了丰富的科研思想。为了掌握更尖端的技术,2005年佟存柱以研究员的身份来到新加坡南洋理工大学电子工程学院。这期间,他的主要工作是带一个小的团队,负责量子点材料与器件研究。佟存柱带领几个博士组成的研究小组,在低维纳米材料外延生长、量子点边发射激光器和垂直腔面发射激光器等课题的研究取得了出色战果,先后提出了量子点全路径弛豫速率方程模型,设计并研制出1.3μmp型调制掺杂量子点垂直腔面发射激光器。这些项目在国际上都是有难度的,他们正是凭着初生牛犊的韧劲和勇气取得了令人刮目的成果。佟存柱自豪地说,那些器件的设计和制备难度极高,我们是通过超常规的办法才取得了成功的。
为了寻找更广阔的成长空间,佟存柱离开新加坡来到了大洋彼岸的加拿大。2009年8月,佟存柱加入加拿大多伦多大学电子与计算机工程系。多伦多大学是光子晶体技术的最权威的研究机构之一。佟存柱来到多伦多大学,主要从事片上集成的量子光源的研究。2009年,多伦多大学研制出来一个较好的光源,佟存柱的任务是进一步改善光源的性能。他通过一些理论上的设计,工艺上的改进,研制出单缺陷模式工作的布拉格反射波导光子晶体激光光源,实现了温度不敏感的连续单缺陷模式工作,这在当时是一个相当高的性能。
佟存柱在深造的同时,也在不断地寻找最适合自己的事业方向。他心里总有一种渴望,就是让自己的才干直接为国家的发展贡献力量。刚开始,他并不是做半导体研究的,在大学里所学的专业则是物理。然而,以他的聪明才智,完全能在基础科学研究上有所建树。但是,佟存柱却有他自己的想法。他说,虽然纯科学与技术都很重要,但是技术研究对市场、对社会进步的贡献更直接一些,技术能更快的转化成生产力,因此,他更愿意从事技术研究。
报效祖国是最大的愿望
佟存柱的科研能力得到了国外专家的肯定。他在国外的事业也得以顺利发展,在生活上站住了脚跟,在科研上有了一席之地。并且,对于他这样的研究人员,在国外有更好的发展环境和更广阔的发展空间。佟存柱说,在国外的生活远没有像国内这样紧张,生活更轻闲。如果是在国外,佟存柱会常有时间和家人、朋友一起度假,但现在,他却是在实验室加班加点地工作。是什么使他放弃国外的生活,义无反顾地回到国内?佟存柱笑着说,自己是思乡情结比较浓郁的一类人,他总觉得,在国外做得再好,也是为自己,不是为国家;不过,这只是一方面,促使他回国的最重要的原因就是,在国外这几年感觉到,中国发展非常快,中国的腾飞在21世纪是不可阻挡的,作为炎黄子孙,他希望自己能够投身其中,亲身经历这个伟大的崛起。如果置身事外,那将是一个海外华人最大的遗憾。从技术发展的角度来说,未来的中国肯定会走在世界的前沿。“我回来以后没有选择去大城市,而是选择到了长春,是因为我认为一个人的成就不是取决于在大城市还是小城市,幸福与成功都在于自己对生活和事业的经营。另一个重要的原因是中科院长春光机所给我的触动,所里领导层的团结奋进、求真务实,以及对人才的重视,让我感觉这是一个真正做事业的地方。”佟存柱如是说。
2010年,佟存柱放弃了国外舒适的工作环境,回国发展,来到中科院长春光机所。“所里的文化让我的思想发生了很大转变,我深刻意识到科研成果的表现形式不仅仅是文章、专利,更重要的是实实在在的为国家、社会、经济有所贡献的应用。”科学要变成生产力,必须要通过技术的渠道。这是长春光机所的理念与文化,也是佟存柱的科研驱动力。因此他目前所承担的绝大多数项目都具有明确、具体的应用目的,追求的最终目标就是能“用上”。
“现在我国在基础科学方面投入的力量是比较大的,但是在科研成果的转化和技术的应用方面还存在着薄弱环节。”佟存柱形象地比喻说,“这好比是一场马拉松,我们已经跑到了最后100米,就差一点就成功了,可是就停在那里不动了。这是非常令人遗憾的。我们做应用技术的,就是要解决应用技术的‘最后100米’的问题,使我们的科学技术能最终在国家经济社会发展等方面派上用场。”
激光研究的丰硕成果
佟存柱目前从事的研究方向为光子晶体激光器。佟存柱告诉记者,光子晶体是一种特殊的光波导,它采用光子频率带隙原理进行导波,其原理类似于半导体中的能带理论,通过它可以实现光的无损耗传播、高品质激光谐振腔、高效率光限制等。目前光子晶体技术已经被认为是电磁波领域的一个重大突破,并正在光学、光电子学、信息科学等领域中引起革命性变革。
佟存柱团队的研究侧重于采用光子晶体波导改善半导体激光的发散角、光束质量和效率,而不仅仅是光子晶体本身。半导体激光器是目前应用最为广泛的一种激光器,它具有体积小、重量轻、效率高、电驱动等特点。但也具有突出的缺点,主要是出光光斑呈椭圆形,垂直方向发散角高达45°,水平方向10°,无法良好地会聚,光束质量差,这成为了限制其应用的一个主要问题。虽然光束整形技术能够有效改善光束质量,但它更多的是通过平衡两个方向的光束质量因子,获得一个近圆形光斑输出。要想从根本上解决半导体激光器光束质量问题,还得从器件本身人手。
谈到自己的研究成果,佟存柱自信地说,“现在我们对这个项目非常看好。我们已经将发散角降低到7.5度,圆形光束出光,在同等价格的情况下,我们的激光器在发散角性能上比现在市场上的性能要好的多,而且我们器件在性能上还有很大的改善空间。器件的核心结构已经获得国家发明专利授权,这为该类技术拥有自主知识产权奠定了有力基础。”
由于在激光研究领域的出色成绩,2010年9月,佟存柱入选中科院“百人计划”,2011年获得吉林省创新创业人才计划和吉林省人才开发基金资助。先后在IEEEJ.QuantumElectron,IEEEJ.Select,TopicsQuantumElectron,等期刊上发表学术论文50余篇,被SCI收录24篇,EI收录36篇,授权中国专利3项,受理中国发明专利申请5项。目前主持国家自然科学基金项目两项,中科院“百人计划”项目一项,中国科学院知识创新工程领域前沿项目一项,以及国家国际科技合作专项一项,并作为课题负责人负责国家重点基础研究发展计划项目子课题一项。
佟存柱进一步解释到,“我们主要解决和面对实际应用中的重大技术问题,也正因此,一旦解决,前景很广阔。下一步我们要在现有基础上,把发散角进一步降低。这是本课题的重点,纳入了中科院百人计划。中科院现在提出一个定位,三个突破,五个培育,我们作为一个小的科研单元和个人,也要有所定位,有所突破。因此,我们科研组还拟定了高性能芯片的研究项目。比如研究更低阈值的半导体激光器,让它稍微加一点电流就能发出激光来。这是刚获国家批准的重大科技研究的课题项目。”
这个有什么用途呢?佟存柱告诉记者,“现在互联网传输的信息太多了,信息传输中心需要布置大量的计算机,还有大型计算机等等,用电量高得惊人,有人就提出用光学的方法来处理信息,这就需要高质量的激光技术与设备,比如极低阈值激光器、单光子光源技术等,用电量很小,有一点点电就能发光。这也符合绿色节能环保的理念。目前,我国的一些科研机构正在研究量子通讯、量子计算技术,用于信息保密传输等,这方面已经取得了世界领先的进展。但是领域内缺少一种质量稳定可靠的单光子光源。这正是我们现有研究条件能够去做的一件事,所以我们和他们合作,帮他们在做这个光源。另一方面就是能在国防战略方面发挥很大作用的中红外的光源。我们现在主要是要解决功率和光束质量这两个问题。佟存柱说,现在我们的激光器总体上与发达国家的技术还有一些差距,但部分参数已经领先,我们有信心,随着更多科技人才的加入,我们的技术水平会很快提升到一个新的水平。这些都是能够弥补国内技术空白的内容,而且是国家急需的项目。
大功率的半导体激光器的应用范围非常广泛,比如说在国防、医疗、工业加工等多个领域,都可以用到我们研制出来的激光器。另外我们的技术还有一个好处,就是它是一种波导技术,不光可以用于一种增益介质,换一种发光材料,换一个波长也可以用。量子点材料和纳米光子材料主要是朝向量子光学的方向发展,比如量子计算、保密通讯等等。量子点材料可以给他们提供光源。如果我们做集成设备,需要非常小的器件,纳米光学器件就可以用来改善其性能。我们现在的工艺设备已经可以满足这方面研究要求了。”
成功秘诀在永不言弃
谈及科研道路上攀登的艰难。佟存柱感慨地讲起他曾经遇到过的重重困难。对于科技工作者来说,最大的困难存在于设想与实现之间。往往设计的器件,做出来却不是想象的那个样子。比如说我们现在做的这个器件。在最初的时候,按照我们的设计,激光器的确是激射了,但是出来的东西并不是我们想要的。也就是说,我们设计的是一个模式,可是出来的却是另外的一个模式在工作。问题到底出在哪里?我们反复计算也找不到根源。这个问题困扰了我们一段时间。但是我们没有气馁,昼思夜想,一直坚持查找,一个环节一个环节地过筛子,终于解决了困难。这也给我们提供了一个宝贵的经验,就是正面地面对困难,坚持再坚持,不要自我否定,说这个肯定做不出来。我们可以跑得比别人慢,但是我们决不放弃。这就和打仗一样,放弃就等于逃兵,放弃就意味着失败。然而,就算你放弃了,问题还在那里,不会得到解决。只有白天想,晚上想,吃饭想,睡觉想,才会有那么一瞬间,灵光闪现,找到突破口。现在科学技术已经高度发展了,某一领域短时间取得大的突破是很困难的,很有可能我们付出了极大的努力,只取得了一点点进展,但是这些小小的进展不断地叠加起来,就会是很大的进步。他说,我们之所以能够研制出技术领先的激光器,就是因为我们认准方向之后就踏踏实实地做,不浮躁、不跟风,不是盲目追随所谓的热点课题,真正的面对应用。
科研项目成功的背后,肯定有一个优秀的团队。科学研究的每一个进展,都和团队的通力合作分不开。佟存柱的团队里目前有两个博士,三个硕士,还有几个研究人员。在组建的时候,佟存柱就根据他们的特长,给每个人确定了分工和发展方向,发展方向是互不冲突的,这给他们留下了足够的发展空间。这能够保证他们每个人都负责一个小的方向,同时还能够互相合作。在管理上,团队更是有一整套很细致的管理方案,团队十分重视管理和培训,力争让每一个人掌握研究所的工艺设计流程与技术。
佟存柱还吸取了国外的先进的管理理念,给团队以足够的交流时间。团队每两周都有定期的交流会,他们不光交流专业知识,还组织学习专业以外的知识,如时间管理、沟通技巧、成功学等。团队还提供一些励志的书、时间管理的书,帮助年轻学者树立良好的思想情操和行为习惯,提高他们的全面素质,为他们今后的成长打下基础。佟存柱强调说“为了建立年轻学者的时间观念,我有意给他们定下精确的完成时间,要求必须按时完成,促使他们培养良好的时间管理习惯。有关专业知识是可以通过突击补上来,但是思想方法与行为习惯,确实需要在平时多磨练。”