【新工科】在学以致用中收获“高峰”体验——本科生高峰体验课程“功率半导体芯片设计”

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编者按：为推动新工科与一流本科教育的高质量发展，学校在全面建成“始于新生、贯通四年、逐级挑战”的新工科项目式课程体系基础上，实施高峰体验项目式课程建设计划。高峰体验项目式课程建设成效显现，涌现出一批典型案例，推进了科教融汇、产教融合的新工科毕业设计环节改革，提升了真实工程场景中拔尖创新人才自主培养能力。本期介绍集成电路科学与工程学院乔明教授在“功率半导体芯片设计”课程上的探索与实践。

 作为电子系统和国防装备的“心脏”，功率半导体主要用于电能的转换、控制与利用，是弱电控制强电的桥梁。经过本科前三年学习的“全副武装”，集成电路科学与工程学院乔明教授的“高峰体验课程”——“功率半导体芯片设计”，给了学生“大展身手”的好机会。

“高峰体验课程”是学校“始于新生、贯通四年、逐级挑战”的新工科项目式课程体系中的顶峰课程，以创新性解决方案的研究、设计和原型系统实现为导向，培养学生综合应用所学知识、原理、概念和技术解决复杂工程问题的能力。

将“高峰体验课程”成果转化为本科毕业设计，替代毕业设计，是学校“新工科”建设的创新升级。乔明教授和团队老师悉心开展课程建设，打造“前沿”“成长”“成就”的课程“高峰”，使学子在学以致用中收获独特的“高峰”体验，并将课程学习成果转化为本科毕业设计。

与时俱进，开拓“前沿”高峰

“集成电路已经成为大国博弈的战略前沿，我们要主动作为、挺膺担当，有力支撑国家在集成电路领域加快实现高水平科技自立自强。”乔明说。为此，他下足了功夫，用前沿问题为学子的学习注入新鲜血液。一般的本科毕业设计，通常会基于书本上的理论知识，结合较为常见的器件应用来进行；“功率半导体芯片设计”高峰体验课程则是重点关注本领域实际应用中仍需攻克的问题及技术难点，以此为出发点提出毕业设计要求。“厚层SOI LDMOS器件设计和中子辐射效应研究”“1500V超结功率MOS器件设计与优化”……等待同学们挑战的，不再是芯片设计中的工艺、器件的某单一过程，而是华为、海思等一流企业的真实问题，是业界最前沿、最急待解决的问题。“企业的需求是什么？国际上的未来的发展真正需要是什么？不管是科研和学习，都需要明确这些问题。”在常年的教学过程中，乔明发现，许多学生的知识体系零散，对当前半导体生产的全流程一知半解。在课程中，同学们将综合所学知识，在老师的指导下，针对企业实际问题“攻坚克难”。从创新性提出解决思路，到具体设计、器件、工艺，再到流片，再到完成自己的本科毕业设计，发表高水平论文、获得专利，同学们在实践中全面认识现代功率半导体器件的工作原理和性能指标，接触了集成电路领域中国家急需解决的“卡脖子”问题，并提出初步的设想。细心的同学会发现，高峰体验课程的主题虽固定，但项目题目每年都在变换，绝不会和前面一样。乔明介绍说，“从选题来说，高峰体验课程的题目大多选自实验室的横向项目，反映的是企业的实际需求。”从“不会重样”的选题中一窥功率半导体行业的动态发展，加深学生对半导体行业的认知，这也是乔明最期望的。

攻坚克难，谱写“成长”高峰

在挑战性研究型学习过程中，查阅资料是必不可少的。但由于知识产权的限制，很多关于“卡脖子”问题的课题研究并没有原始文章或专利，只能改辙易道从其他相关文献报道中汲取信息。“哪些文献有用，哪些文献没有用？现有的产品为什么要这样设计？”课程学习的道路上总有崎岖，学生需要时刻擦亮双眼，基于已有理论辨别文献好坏，保持批判性精神。集电学院种一宁同学抱着加深对功率半导体领域了解的诉求加入课程学习，课程开展期间坚持每周从清水河校区到沙河校区学习，尤为认真的她谈起高峰体验课程的学习过程，对文献调研部分记忆犹新。上手之初，零基础的她基本每天都“泡”图书馆，一般是打开五、六篇文献，在阅读与记笔记中反复，通过独立查阅文献，笔记积累，从无到有地了解一个之前从未涉猎的研究领域，并且完成课程项目的过程，让她信心大增，也坚定了今后的科研信念。集电学院叶勇同学喜欢功率半导体这一方向，乔明老师的高峰课程首先进入他的视线，“做出更好的毕业设计”成为他坚持课程学习的源动力。“可集成高压自举模块的设计与优化”是他的课题题目，“我研读了这个课题下的文献，对于不同学者提出的方案进行了学习，更深入地理解到功率半导体的工作原理和技术指标，不仅刷新了对科研的认识，也体会到了科研的乐趣。”叶勇说。
面对挑战性的项目，学生有畏难心理怎么办？乔明和团队老师结合学生实际情况，指导研究生助教讲解教学仿真软件的使用，并且通过每周线上或线下例会交流了解学生当前的项目进展，帮助学生解决困难。李珏是功率器件助教，带领学生进行仿真软件等的学习，帮助学生初步了解选题方向，确立具体研究问题，设立不同时期的研究目标，并在此过程中进行检查与纠正。随着助教工作的深入，她发现“与老师探讨、和学生共同学习，大家彼此启发，对助教而言也是同时成长的正向过程。”“本科同学虽然经验不足，但学习过程中勤于思考并提问，大家的问题常涉及一些易于被忽略的细节，而这些细节往往对科研过程关键且有助益，基础但重要的问题被重视起来，让人看到他们身上潜在的科研资质，这些闪耀出创造力的光芒，将为其未来开展科研工作打下坚实的基础。”乔明说。

创新引领，打造“成就”高峰

在集成电路领域，仍有着许多“卡脖子”问题。在乔明看来，芯片的卡脖子主要卡在“小尺寸”上。“国家在许多节点有布局。经过不懈努力，我们正与国际的差距越来越小。在追赶之后，还要考虑进一步的超越。”当前形式下，他分析半导体领域对专业人才求贤若渴。

平台对于学生成长也是至关重要的一环。“成电的老师教学很用心，学生也很优秀。但学生一定要放到一流的项目中锻炼，才能成长为一流的人才。”依托学校集成电路科学与工程学院功率集成技术实验室，乔明的高峰体验课程能为学生提供良好的平台，如校企交流、实验所需的软硬件资源和项目流片的机会等。

同时，瞄准国家重大需求，与知名企业合作，解决行业实际问题，为学生提供一次完整而宝贵的项目经历，在锻炼学生能力的同时，促成对专业学习的成就感，鼓励他们将来在集成电路领域做出更大贡献。

毕业后即将在本校深造的集电学院申道明同学表示，“功率半导体芯片设计”课程囊括了半导体物理、微电子器件、微电子工艺等相关科目知识，帮助自己提前在大四期间就全面认识了半导体芯片的原理与应用，对功率MOS有了更深入的认知。

“整个毕设过程由浅入深，有层次感，引导我切实地学到了很多，仿佛揭开了浩瀚功率半导体知识的一小片面纱，感到超过预期、特别有获得感！”种一宁同学在高峰体验课程的学习中收获满满，已赴东南大学深造的她不禁发出这样的感慨。

经过两学期的不懈努力，参与高峰体验课程的学生们均产出高质量的本科毕业论文。乔明还鼓励学有余力的同学发表小论文、申请发明专利，并提供相应经费资助等，致力于引导学子感受自身内在潜力、体验完整的科研流程，将“攻坚克难”的成果固化下来，为未来的深造和就业打下良好的基础。

2003年在成电本科毕业后，乔明就作为师资生留校任教，投入自己热爱的教书育人事业中。沙河校区的银杏叶绿了又黄、黄了又绿，一晃二十年过去，集成电路专业从当初的不温不火到如今的炙手可热，乔明始终坚守在自己的领域中，践行“求实求真、大气大为”的成电精神。面向未来，乔明表示将继续以立德树人为根本任务，与团队教师一道在深化课程建设的道路上开展更多的有益尝试，为学校拔尖创新人才的培养贡献更多力量。

来源：电子科技大学官网

文：罗莎  图：集电学院

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本期主编 | 孟雅琪

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