电子工程材料与光电材料国外教学.ppt

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1、1,电子材料国外教育与研究,光电子科学与工程学院徐智谋,2,資料來源：新竹科學園區管理局 03/04/2003,3,本計畫之目標為設計具整合性之學程，以培育工學院學生為電子材料工程高科技人才。本計畫於設計新學程時，參酌國內外課程開授資料以及產業界之意見與建議。於計畫執行期間實際開授部分課程,尤其是實驗課程以了解內容妥適性。,4,研究方法:本研究經由各種管道（包括網路以及查訪等），收集國內外知名大專院校開設之積體電路材料工程、光電材料工程、以及電子構裝材料工程相關課程資料參考電子工業界人才需求背景、訓練課程內容參考工業局規劃“半導體學院”課程內容整理分析與歸納，規劃三項分項的學程架構實際開授部分

2、課程，包括課堂課程以及實驗課程對修課學生進行調查，以瞭解學生對於該些已開授課程的接受程度與反應。,5,產業資料,合作廠商:關鍵技術 人力資源需求,6,A 公司(電子構裝)生產主管/專員大學化學、化工或材料相關科系畢八年工作經歷 製程助理工程師化工科系畢二年工作經歷研究員博士/碩士化學、化工或材料相關科系畢助理研究員專科以上化學、化工或材料相關科系畢,B 公司(電子構裝)訓練課程 內部訓練課程內容：1.封裝測試專業課程2.經營管理課程3.電腦技能課程4.市場行銷課程5.接待禮儀訓練,7,C 公司(電子構裝)人力專長 IC測試經理/副理/課長/工程師研究所/大學電子、電機、光電、資訊、自控或理工相

3、關系所畢，熟C 語言及UNIX平台，對半導體測試工作有興趣或具全方位IC 測試技術，如 Memory、Logic、Mixed signal、SOC、Photoeloctronics、CCD、CMOS Sensors、RF、LCD driver、Laser Repair等相關經驗者。IC封裝研發工程師研究所/大學電子、電機、光電、材料、化工相關系所畢，英文說寫流利具 Image Sensor 及 RF therefore packaging 研發一年以上經驗者 具熱傳電性模擬、材料科學等專業經驗者尤佳。可靠性工程師研究所/大學電子、電機、光電、材料、化工相關系所畢，英文說寫流利具可靠性實驗計劃、

4、可靠性資料分析整理經驗者優先考慮。,8,人力資源提供,目前台南科學園區除了傳統的半導體產業外，儼然已經成為光電、生物科技廠商聚落，其中光電半導體相關公司均相繼在擴廠中，因此其所需求之人力也相當可觀。透過本計劃的執行，我們規劃了相關銜接課程，並透過實驗規劃與實際的參訪，讓參與相關課程的同學，可以與產業界接軌。由於與產業界間透過研究計劃，有相當良好的互動，因此我們清楚地瞭解光電產業對人才的要求，透過本計劃的安排，讓同學於畢業後可以符合產業界研發或量產的需求。,9,合作廠商(光電),A 公司(台南科學園區)GaN藍、綠光LED之金屬接觸與磊晶技術GaN相關DBR(Distributed Bragg

5、Reflector)結構技術GaN HFET(Hetero-Junction Field Effect Transistor)B 公司(台南科學園區)量子點主動層LED磊晶技術AlGaInP LED電極與結構改善C 公司(台南科學園區)HBT(Hetero-Junction Bipolar Transistor)元件結構設計、製程與量測技術公司(台南科學工業園區)太陽能電池,10,現行授課資訊,國外大學相關領域課程資訊國內大學相關領域課程資訊國內外大學課程比較,11,積體電路材料工程,12,成大、台大、交大、清華、中央、中山、中正、中興、東華、海洋、台灣師大、彰化師大、暨南、高雄大學、東海、中

6、原、中華、元智、文化、長庚、靜宜、淡江、義守、輔 仁、逢甲、大同、大葉,國內大學現有課程：,搜尋對象(共28所大學)：,13,國內課程統計：各系所開授相關課程數目,14,在相關課程中，半導體元件及半導體製程為較普遍開授的課程。其中又以半導體製程最為普遍。在非電機(電子)系所中，材料系所開授的半導體相關課程較化工系及機械系為多。半導體相關實驗課以電機(電子)系所開授較多。電路(或電路設計)課程，幾乎只有電機(電子)系所開授。材料系較多開授薄膜或電漿製程相關課程。微影製程相關課程幾乎沒有任何系所開授。參考詳細課程名稱列表，可發現私立大學的課程較國立大學的課程為多樣化(含有較多專門技術的課程，尤以電

7、機電子系最為明顯)。開授年級：多為大三/大四或研究所，機械、化工、材料系所以研究所課程居多。必/選修：多為選修課，僅少數電電機(電子)系列部份課程為必修。,國內學校課程Summary:,15,以美國大學為主，包含：UC Berkeley,UCLA,UC Irvine,Stanford,Caltech,UI Urbana-Champaign,Carnegie Mellon University,UT Austin,Univ.of Maryland,Univ.of Minnesota,Georgia Tech,Pennsylvania State Univ.,Univ.of Pennsylvani

8、a,Rutgers Univ.,Rensselaer Polytechnic Institute,Northwestern Univ.,Cornell Univ.,MIT,Ohio State Univ.,Arizona State Univ.,Univ.of Michigan,Univ.of Wisconsin at Madison,Univ.of Virginia,國外大學現有課程：,搜尋對象：,(共23所大學),16,國外課程統計：各系所開授相關課程數目,17,與國內大學類似，半導體元件及半導體製程為較普遍開授的課程。與國內大學類似，在非電機(電子)系所中，材料系所開授的半導體相關課程較

9、化工系及機械系為多。但國外大學之機械系鮮少開授半導體相關課程。與國內大學類似，實驗課亦以電機(電子)系所開授較多。國外大學除“Circuit/Design”之外，“Devices”課程亦集中於電機系。國外大學電漿製程相關課程多於電機系開授，而薄膜相關課程多於材料系開授。國外大學時常可見”“Semiconductor Materials”或”“Electronic Materials”課程，且此類課程除材料系之外，電機系亦有開授。與國內大學類似，微影製程相關課程幾乎沒有任何系所開授。,國外學校課程Summary:,18,由調查統計可知，國內外的工學院中，材料、電機、化工、機械等系所，關於半導體-

10、積體電路相關課程的開授狀況，可算是大同小異。大部份課程仍集中於電機系，尤其是“線路設計”課程。材料系與化工系若開授相關課程，則以“半導體製程”最為普遍，其次為“薄膜(材料)製程”及“半導體元件(原理)”。專門的製程技術課程，以薄膜製程最為普遍；其他如蝕刻(plasma related)及微影，開授的系所極少。開授實驗課程的系所並不多，無論國內外皆集中於電機系；電機系的實驗課程有部分偏向電路設計或量測，另一部分為製程。材料系的半導體實驗課程則以製程為主。,國內外課程比較,19,積體電路材料工程學程內容本學程分分為預修課程、基礎課程、專業課程、以及專業實驗課程四部分，提供大學部學生於大一至大四時修

11、習(部份專業課程，亦可於研究所時修習)。其中預修課程須修12學分，基礎課程須修12學分，專業課程須修12學分，專業實驗課程須修2學分。學生須修畢預修課程後，始能正式開始修習積體電路材料工程學程。除預修課程外，合計共須修習26學分，以完成積體電路材料工程學程。學程規劃及課程綱要如下：表中所列之開課系所為開授有該科目的系所；若系所開授有課程但科目名稱不同者，則將其科目名稱註列於括弧內,20,一、預修課程(大一)-至少須修12學分,21,二、專業基礎課程(大二、大三)-至少須修12學分,22,三、專業課程(大三、大四或研究所)-至少須修12學分,23,四、專業實驗課程(大二大四時選修)-至少須修2學

12、分,24,半導體元件製程實驗(一、二)課程半導體元件製程實驗(一):含基本的半導體製程步驟(氧化、微影、蝕刻、鍍膜、擴散)，提供學生基本製程的實作技術。半導體元件製程實驗(二):製作基本半導體元件(含蕭特基二極體PN二極體MOS電容器)，並且量測元件的電性表現，讓學生能夠充分瞭解製程方法與元件表現之間的相互關係。,為已經決定從事積體電路研究之大四或碩士班學生而設計之專業實驗課,實驗課程 階段一,25,兩部分課程之關連性可由以下PN二極體之製作流程簡圖觀出,Fundamental process modules(實驗一),Device for electrical test(實驗二),26,半導

13、體元件製程實驗課程修課反應調查 學生對於各個問題可給予05分之等級,27,由調查統計可知，學生多表示藉修習此實驗課程，對半導體製程技術所獲得的概念，可說是極為實際且深刻。只是對於半導體製程的原理(問題6)，仍然較不瞭解，此即為本實驗課程應加強改進之處。,28,材料實驗(二)課程-半導體元件製程及分析單元實驗主題：銅導線線路之製作方法。實習之基本半導體製程步驟：熱氧化、鍍膜(包含濺鍍與電鍍)、微影、蝕刻。電性量測技術：銅薄膜電阻率及銅導線線路電阻。實驗目的：使學生瞭解半導體元件中銅導線線路之結構與製程方法，並瞭解晶片級元件之導線電阻與製程之相關性。,為初次接觸半導體積體電路之大二學生設計之入門實

14、驗課 採用簡單的元件結構;符合現代銅製程;避免深奧的元件原理,實驗課程 階段二,29,第一週 乾式熱氧化矽晶片,第二週 銅金屬薄膜濺鍍(as the seed layer),第三週 電鍍銅金屬薄膜(as the conducting lines),Sputtered Cu,Electroplated Cu,30,第五週 銅金屬薄膜蝕刻實驗,第四週 微影製程,31,第六週 薄膜及線路電阻量測,Four-point probes to measure Rsheet,Measure line resistance,32,部分的光罩圖案：藉由不同線寬、曲折度的圖案，瞭解線寬對於導線製作所造成的困難性，

15、以及導線電阻的影響。,單位:mm,33,本實驗單元藉由實際動手製作銅導線，讓大學部二年級學生，對於半導體製程中的重要基本步驟包含熱氧化、鍍膜(包含濺鍍與電鍍)、微影及蝕刻，有所瞭解。並量測導線電阻，以便對於IC內之導線系統及其電阻大小能有深刻的認識。,線路圖案,線路圖案,Sputtered Cu,Electroplated Cu,34,光電半導體材料工程,35,國內開授光電材料工程相關課程學校(14校)：中山大學、中央大學、中興大學、台灣大學、海洋大學、清華大學、大葉大學、中原大學、中華大學、元智大學、長庚大學、逢甲大學、東華大學、成功大學開授光電材料工程相關課程系所：電機系、機械系、化工系、

16、電子系、工程科學系,36,國內課程統計：各系所開授相關課程數目,37,38,39,國內光電材料工程課程(52門)決大部分開授在電機(29)/電子系(14),材料、化工系幾乎沒有開授相關課程光電課程種類繁多,可以歸納為20種課程,開授的課程以下列為主:光電工程/概論光學(應用光學/近代光學/工程光學)光纖通訊光電元件/物理,40,GeorgiaMinnesotaIllinoisMarylandMITUCLA StandfordMichigan,國外大學光電材料工程課程收集八所美國大學資訊,包括：,41,國內課程統計：各系所開授相關課程數目,42,43,44,EE：Electrical Engin

17、eeringECE:Electrical and Computer EngineeringMSE:Materials Science and EngineeringME:Mechanical Engineering,45,國內外光電材料工程課程開授比較共同點是,光電相關課程種類繁多,但多在電機相關系所開授(43),次為材料系(7),機械系(5)。相異點是,國內材料系所開授光電材料相關課程幾稀,46,光電半導體材料工程學程規劃,47,光電半導體製程實驗課程內容,48,光電半導體製程實驗追蹤與檢討,在微電子工程研究所開授光電半導體製程實驗課程。課程內容：1學分，每週三小時。授課對象為大學部與研究所

18、同學，實際修課的同學包括：微電子工程研究所、光電研究所、機械研究所、電機系、工管系等同學。該課程為一學分每週上課時數3小時，授課地點：電機系館92C01教室與微電子工程研究所實驗室。授課方式：基本原理教學（教室）。實際操作（實驗室）。每週報告繳交（相關資訊分析，公布於電機系BBS）。期中、期末報告繳交。透過問卷與電子郵件的討論，同學對此一實驗課程反應均相當良好，同時並將相關課程資訊透過BBS提供修課同學與未修課同學參考。,49,電子構裝材料工程,50,國內有開授電子構裝相關課程者，共有十二所大學中山大學、清華大學、交通大學、大葉大學、元智大學、長庚大學、中正大學、成功大學、義守大學、中央大學、

19、中華大學、文化大學、華梵大學電子構裝材料工程相關課程開授校院數目，遠少於積體電路半導體材料工程相關課程，以國內電子構裝產業規模關之，相對偏少，其因：缺乏專門科系電子構裝產業材料與技術有相當程度跨領域，缺乏專攻的人才,51,國內電子構裝相關課程開授：課程多開授在大四與研究所為主國內開授相關課程的科系包括：機械與機電工程學系、化工系、動力機械系、機械系、電子系、材料系、工程科學系等系所,52,53,國內電子構裝課程 Summary:電子構裝課程以機械系開授最多電子構裝課程以簡介為主專業電子構裝課程(材料、熱傳、力學、破損、設計)偏少傳統材料系開授電子構裝課程相當少(僅一系一門),54,國外搜尋參考

20、十八所歐、美、亞各大學，以美國的大學為主要搜尋對象Arizona State U、Arkansas、Auburn University、Colorado、Georgia Tech、UCLA、Cornell、U Maryland、North Carolina SU、Rensselaer Polytechnic Institute、San Jose University、SUNY Binghamton、U Texas Austin、Virginia Polytechnic Institute U Budapest、Loughborough、Vienna Tech Hong Kong Science

21、 and Technology、,55,56,國外電子構裝課程 Summary:國外大學開授最多的課程依序是:Packaging Systems/Introduction/PrinciplePackaging Materials國外電子構裝課程集中在 EE,Materials E,ME三系所,以EE 以及Materials E 開授最多,除此三系所之外,未見其他系所開授,57,目前國內從事電子構裝教學與研究系所與國外截然不同,著重的課程也有相當差異,58,電子構裝課程規劃考量：電子構裝是積體電路工程以及光電工程的下游製程在製程上必須瞭解上游製程所生產之產品。本學程設計於基礎課程方面，與積體電路以及光電兩學程必須相輔相成。積體電路與光電元件經過構裝之後，其功能不能有任何不良影響電子構裝學程必須針對上游元件發揮功能時所發生的問題、必須克服的問題提供專業知識。電子產品構裝運用多重複雜的材料(金屬、陶瓷、高分子)，因此材料課程很重要，國外開授的課程，材料佔相當比例。國內產業以製造業為主，必須有製程技術與不良品分析訓練，因此實驗課程很重要。,59,60,61,