基于材料物理专业《电子材料工艺学》课程配套实验研究

摘要：电子材料是现代电子和微电子元器件、光电子器件和新型能源器件的基础，支撑着通信、计算机、信息家电、网络技术等现代电子和信息产业以及未来新能源产业的发展。为了顺应社会的发展需要，丰富学院本科教学专业方向，我院基于材料物理专业特新开设电子材料本科专业方向，其中《电子材料工艺学》是一门重要的课程。本论文结合我院无机非金属材料大方向的理论基础知识，有针对性设置该课程配套系列相关实验，通过对课程实验种类及实验技术设置进行深入研究，以更好培养电子材料专业学生对于工艺学方面知识的把握与学习。

关键词：电子材料；工艺学；实验研究；本科教学.

【中图分类号】G642

本论文受济南大学教学研究项目（JZC12002）支持。

一、前言

电子材料是材料科学与电子科学与技术、半导体材料和新能源材料相融合的交叉边缘学科，其课程体系设计的背景是基于电子和微电子器件、光电子器件以及新能源器件产业的现实功能需求和未来巨大发展潜力[1]。随着电子科学技术的飞速发展，对电子工艺学业提出了越来越高的要求，人们在实践中不断探索新的工艺方法，寻找新的工艺材料，使电子工艺学的内涵及外延迅速扩展。可以说，电子工艺学是一门充满蓬勃生机的技术学科。电子工艺技术虽然在生产实践中一直被广泛应用，但作为一门学科而被系统研究的时间却不长。系统论述电子工艺的书刊资料不多。基于目前国内外电子材料工艺技术为背景，本学院在拓展本科教学专业方面，设置《电子材料工艺学》作为一门重要的课程之一，本教学团队拟开展一系列针对该工艺学的一系列课程实验。该实验一方面要求学生通过实验，使学生深入理解传统电子材料工艺在材料性能中的作用。另一方面，结合目前半导体与微电子应用领域制造工艺，让同学们熟悉先进的电子材料工艺，掌握关键实验参数。《电子材料工艺学》匹配系列环节实验，有助于完善新版电子材料专业方向实验的教学文件，初步建设科学合理的实验体系，通过加强教学实践过程中教学与实验信息的互相反馈，为科学合理的培养目标电子材料专业方向专业人才奠定基础。

二、《电子材料工艺学》课程匹配实验设置

在该《电子材料工艺学》课程内容设置中，通过对电子信息产业各领域的介绍，让学生初步了解各类电子材料的基本概念，掌握电子陶瓷材料的界定和分类，初步掌握典型电子陶瓷的组成、制备工艺、性能，同时了解电子薄膜材料与纳米晶体的应用和相关工艺。在内容上为了突出材料性能在器件中的应用和熟悉电子材料专业方向的材料结构和工艺内容，额外增加了半导体、微电子、光电子和能源电子方面的知识内容。同时，为了更好地让同学们认识电子材料工艺过程，拟在该课程中设置系列匹配实验，让同学们更好掌握本门课程。基于《电子材料工艺学》课程内容拟增设如下配套实验，以保证教学效果。在电子陶瓷成型工艺实验方面，侧重突出陶瓷原料球磨、混料、煅烧、二次球磨、造粒、成型、烧结等重要工艺环节的工艺；重点掌握球磨时间、混料时间、成型压力、烧结温度及保温时间等关键参数影响情况；通过相关实验，让学生能够更好更全面的掌握所学知识。

1.在薄膜制备工艺实验上，考虑到气相法制备薄膜工艺需要昂贵的实验设备，而液相法成本相对较低。因此在实验中，首选以溶胶凝胶工艺为基础的液相薄膜制备工艺。溶胶凝胶（Sol-gel）法是制备材料方法中新兴起的一种湿化学方法。它的基本原理是：以金属醇盐或其它金属无机盐的溶液作为前躯体溶液，在低温下通过溶液中的水解、聚合等化学反应，首先生成均一稳定的溶胶；然后根据溶胶凝胶制备薄膜工艺的原理，可分为以下几个过程：1溶胶在基片旋涂形成湿膜；2基片烘干形成干膜；3基片快速热处理形成薄膜结晶相；4薄膜表征。设计该实验可以让同学们重点掌握上述几个工艺环节的工艺参数，熟悉陶瓷薄膜制备液相工艺。

2.在纳米粉体制备实验上，侧重突出利用湿化学工艺制备纳米粉体工艺。液相反应法作为一种制备超细粉体的方法成为各国材料科学家研究的热点。常用的液相反应法有共沉淀法、水解法、溶胶凝胶法、微乳液反应法等。实验设计上，重点以溶胶凝胶工艺作为主要内容，首先生成溶胶，进而生成具有一定空间结构的凝胶，然后经过热处理或减压干燥，在较低温度下制备出各种无机材料或复合材料的方法。可见根据溶胶凝胶法的原理，可将溶胶-凝胶法分为以下几个过程：1溶胶制备过程；2凝胶形成过程；3陈化过程；4干燥过程；5热处理过程。实验设计上从前驱体溶液的制备到后续纳米粉体煅烧与表征形成一系列标准工艺，让同学们有深刻了解并掌握相关工艺参数。

3.基于光刻工艺的应用背景而言，在开设《电子材料工艺学》课程过程中，设计半导体制造工艺中光刻实验对于同学们掌握课程知识有很大帮助，同样也利于后续就业。以介质陶瓷单层电容（SLC）的制备为例，整个实验过程包括：1MN陶瓷基片准备；2设计掩模板；3陶瓷基片匀胶及烘干；4曝光显影及后烘；5陶瓷基片蒸电极；6lift-off工艺，剥离电极；7切割与性能测试。通过上述工艺过程，可以继续采用划片机根据SLC电容的分布，沿着分割线进行线切割，形成单个的电容或电容阵列；利用探针台与测试仪器配套搭建测试系统，进行电学性能测试，进行评估。

三、结论

基于上述考虑，《电子材料工艺学》课程实验设置一方面可以培养学生掌握电子材料工艺操作的基本技能，充分理解工艺工作在材料制造过程中的重要地位，从更高的层面了解现代化电子材料工艺的全过程，了解目前我国电子材料工艺中最先进的技术和设备。另一方面掌握电子材料制备工艺；借助于相关工艺实验有助于同学们掌握相关行业背景知识，熟悉材料工艺过程，使学生成为将来掌握相应工艺技能和工艺技术管理知识、能指导电子产品现场工艺、能解决实际技术问题的专业技术骨干奠定基础。

参考文献

[1]袁桐，电子材料行业“十二五”规划发展建议.新材料产业，2011，（02）：12-19

[2]李红霞，季振国，席俊华，基于《电子信息材料》的复合型人才的培养.2012，（34）：153-154