应用型本科院校半导体器件物理课程改革初探

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摘 要 半导体器件物理是微电子专业非常重要的课程。本文从课堂教学实践出发，针对目前教学过程中存在的问题与不足，结合应用型本科院校学生特点，探索改革“半导体器件物理”课堂教学，激发学生主动学习的积极性，使学生在课堂中获得较好的学习效果，为后续课程的学习打下良好的基础。

关键词 半导体器件物理 应用型本科院校 课程改革

中图分类号：G420 文献标识码：A

Semiconductor Device Physics Curriculum

Reform in Applied Undergraduate Institute

XU Mingkun

(Department of Physics and Electronics, Caohu University, Caohu, Anhui 238000)

Abstract The semiconductor device physics is a very important course of the microelectronics professional. Departure from the practice of classroom teaching, for the problems in the current teaching process, combine the characteristics of applied undergraduate college students, explore the reform "Physics of Semiconductor Devices" classroom teaching, stimulate students' enthusiasm for active learning; and effectively, make students in the classroom for better learning results, and lay a good foundation for subsequent courses. Practice shows that our exploration has achieved good teaching effect.

Key words semiconductor device physics; applied undergraduate institute; curriculum reform

0 引言

自从第一个半导体点接触式晶体管发明以来，以集成电路（IC）为核心的微电子技术得到了迅速发展，开创了人类的硅文明时代。由于微电子技术发展迅速，对专业人才的培养提出了新的要求。①《半导体器件物理》是微电子学及电子科学与技术专业必修的一门专业基础课，讨论半导体器件的结构、基本工作原理、电学特性、器件的特殊效应以及器件的基本分析方法。通过该课程学习，可为学生后续专业课如《集成电路设计》以及《集成电路工艺》等的学习打下理论基础，是学习本专业其他专业课程以及从事IC设计工作的基础。

1 教学中遇到的问题

半导体器件物理特点为理论性强、枯燥、晦涩难懂，而且要求学生对前期知识尤其是对半导体物理基本知识熟练掌握。对于应用型本科院校来说，学生基础相对薄弱，自学能力也相对不足。因此使得教学过程中教师“教”与学生“学”之间不能实现良好的衔接。在教授基本理论的同时应该更重视学生实践能力的培养。传统的教学理念以教师讲课为主，实行的是“填鸭式”的灌输教育，教学手段单一僵化，完全无视学生的学习主动性和个体特点，加上大部分学生对理论性很强的专业课热情不足，很难取得预想的教学效果。现代半导体器件发展迅速，但是半导体器件物理教材仅仅有基本原理和基本特性，不能覆盖该行业最新的发展动态，也很难引起学生学习的兴趣。鉴于此，有必要对半导体器件物理课程进行改革。

2 半导体器件物理教学改革初探

2.1 教师的相关知识储备

现代高校教师应该具有“基础精深，专业宽新”的教学理念，即要求教师对该课程及相关课程有深厚的知识储备，对该课程的理论体系有系统的掌握。同时对与该课程相关的科技前沿有足够的了解和认识，并且对学生先期的知识储备情况有充分的了解。能根据学生的具体情况对课程内容进行处理。在基本理论的讲解上要详细透彻，对重难点反复讲解。例如能带在整个半导体器件中的作用非常重要，这就要求学生能够熟练掌握各个半导体器件的能带图。因此，在半导体器件的各个章节都重点强调能带的作用。并且把每种器件的能带图作为重点内容反复强调。在专业课教学中，更应在理论知识够用的前提下，着重培养学生的实践能力，使学生对于本专业领域具有扎实的理论基础、广阔的知识面和较强的实践能力。为了增强学生的学习兴趣,在绪论部分可以增加对晶体管发明历史的介绍，讲述电子器件从电子管到晶体管的发现，新器件产生的辩证发展过程。并融入一些科学研究方法，同时在课程教学中可以穿插介绍一些科学家的轶闻趣事，以知识性和趣味性增加学生对本课程历史的认识、对半导体器件的感性和理性认识，提高学生对本课程学习的兴趣。②

2.2 引入多媒体教学开发教学动画课件

随着计算机技术的发展，多媒体教学已成为现在学校必不可少的教学手段。比起以往的黑板粉笔教学有着独特的效果，多媒体教学可以形象直观地把所讲内容展现给每一个学生，有利于学生对知识的掌握。因此，运用多媒体技术上课是大势所趋。上课过程中可以播放一些和教材内容相关的视频讲座来提高学生的学习兴趣，还可以让学生了（下转第218页）（上接第209页）解最新的科技前沿。

半导体器件内部机制变化非常抽象复杂，利用Flas可以形象直观地把这些抽象的变化过程反映出来。③将抽象理论知识动起来，加深学生对理论知识的深刻理解。例如制作PN结的形成过程、PN结能带形成的动画、双极型晶体管载流子的传输以及各电流形成的Flas、MOS结构中多子的积累、耗尽、弱反型、强反型等形成的动画等。能使学生在视觉上直观感受其物理过程所发生的变化，还能进一步加深对该过程中一些物理量的理解。

2.3 结合最新科技前沿引入讨论课

在讲解基本理论的同时，结合自己的科研成果，把当前最新的科学技术成果介绍给学生，还可以就某一学生感兴趣的课题进行讨论。同时介绍科技论文的查阅方式和方法，让学生课外通过互联网等各种渠道获取一些新近发展状况。专门安排讨论课，让学生对自己掌握的信息进行交流讨论。比如，在讲解场效应管时，可以让学生查阅此类半导体器件最新的技术、发展瓶颈和发展趋势，并就此类问题进行讨论。在讲授太阳能电池时，可以让学生收集日常生活中应用较为广泛的太阳能电池实例，并就当前的环境污染、能源危机等话题展开讨论，从而让学生对太阳能技术有更深刻的认识。在讲授发光二极管时，可就当前热门的LED背光源电视与传统的LCD电视比较，找出其特点及优点。但是要强调现在的LED背光源电视与真正的LED电视还有相当大的差距，让学生根据此类问题收集相关资料，并进行讨论。这样的教学不但锻炼了学生的自学能力，激发兴趣，做到与时俱进，还可以让学生了解到最新的科技前沿，为其以后的发展打下良好的基础。

2.4 拓展实验课程

半导体器件物理是实验和理论相结合的课程。通过开设实验课程，可以让学生自己动手把所学到的理论知识运用到实践中来。同时还可以把一些简单的验证性实验拓展为综合性设计性实验。例如四探针测量方块电阻的同时让学生自己结合所学知识设计计算掺杂浓度，晶体管特性参数及曲线测试实验中，为学生提供一些不合格的晶体管，让学生自己判断分析晶体管的缺陷。半导体器件仿真是现代半导体技术中非常重要的组成部分，由于大三学生已经学过MATLAB相关课程，因此可以开设半导体器件仿真实验，让学生自己编写程序对各种器件进行简单的仿真。虽然许多计算也可以借助另外的数学工具软件来完成，但是从MATLAB应用的广泛程度而言， 熟练掌握MATLAB对学生的进一步深造或就业等都将是非常有益的。这样不仅验证理论知识，还拓展了课堂内容。既激发了学生学习该课程的兴趣，还提高了学生的分析问题解决问题的能力。

3 总结

半导体器件物理是微电子专业非常重要的课程，本文从课堂教学实践出发，针对目前教学过程中存在的问题与不足，结合应用型本科院校学生特点，探索改革“半导体器件物理”课堂教学，激发学生主动学习的积极性；并有效地多渠道、多方面使学生在课堂中获得较好的学习效果，为后续课程的学习打下良好的基础。实践表明，我们的探索取得了良好的教学效果。

注释

① 汪慧兰.微电子技术课程设置与改革初探[J].内蒙古电大学刊,2008(11):100-101.

② 张永华,杨平雄,高婉丽.“半导体器件原理”课程建设的研究[J].电气电子教学学报,2009(31):4,26-27.

③ 韦纲.中文版Flash MX2004 多媒体课件制作教程[M].北京:海洋出版社,2005.