微電子類相關專業半導體物理教學探討

王振　王培　王巍

摘 要 半導體物理是微電子類相關專業的核心重點課程，所涉及先修課程多、理論性強、學生不易掌握、半導體物理學科領域發展迅速等問題，針對這些主要問題，結合學校微電子類相關專業建設重點課程的需要，優化整合教學內容，豐富教學手段，結合科技前沿與研究熱點，培養學生的積極性與創新意識。

關鍵詞 半導體物理 教學改革 教學質量

中圖分類號：G047 文獻標識碼：A 文章編號：1002-7661（2015）19-0007-02

從第一個半導體點接觸式晶體管發明以來，半導體產業已經成為了國民經濟重要的組成部分，世界各國均競相大力發展本國的半導體產業，以期在國際舞臺的較量中爭得主動權。因此，它關系到國民經濟整體效益和國家安全，關系國家前途的重要戰略產業。現代半導體科學的迅猛發展、知識的不斷翻新、競爭的不斷深入、對人才素質要求的不斷提高都給我國半導體產業的發展提出了嚴峻挑戰，也給半導體物理基礎教育提出了新的、更高的要求。

半導體物理主要介紹了半導體材料和器件中的重要物理現象，闡述了半導體物理性質和理論，確定了半導體有關物理量的實驗方法。半導體物理是微電子類相關專業，如電子科學與技術、微電子、集成電路設計等專業核心重點課程，作為微電子技術的理論基礎，半導體物理研究、半導體材料和器件的基本性能和內在機理是研究集成電路工藝、設計及應用的重要理論基礎；作為微電子學相關專業的特色課程及后續課程的理論基礎，半導體物理的教學直接影響了后續專業理論及實踐的教學。但是，由于半導體物理的學科性很強，理論較為深奧，涉及知識點多，理論推導繁瑣，對于學生的數學物理的基礎要求較高，學生在學習的過程中存在一定的難度。因此，對授課教師提出了更高的要求，不僅要對半導體物理有充分的理解，還要熟悉半導體工藝和半導體集成電路設計。同時，必須針對目前教學過程中存在的問題與不足，優化和整合教學內容，豐富教學手段，結合科技發展熱點問題，探索教學改革措施，激發學生的學習興趣，提高半導體物理課程的教學質量。

一、優化整合教學內容

重慶郵電大學采用的教材為劉恩科主編的《半導體物理學》（第七版，電子工業出版社），該教材是電子科學與技術類專業精品教材。同時，半導體物理課程學科領域發展極為迅速，新的理論和研究前沿不斷涌現，研究領域不斷擴展，學科交叉滲透性越來越強，知識更新也很快。針對以上問題，授課教師應與時俱進，在保持課程知識結構與整體系統性的同時，對教學內容進行合理取舍，壓縮與其它課程重疊的內容，刪除教材中相對陳舊的知識，密切跟蹤科技前沿與研究熱點，加入近幾十年來發展成熟的新理論、新知識，突出研究熱點問題，力求做到基礎性和前瞻性的緊密結合，使學生在掌握基礎知識的同時能對半導體的發展歷程和發展趨勢有一個清晰的認識，讓學生能從中掌握事物的本質，促進思維的發展，形成技能；同時注重與信息化技術相結合，互聯網搜索最近幾年半導體技術的最新研究成果，以多媒體錄像及圖片的形式，使學生能及時掌握前沿發展趨勢，激發學生的學習熱情，培養學生的科學精神。例如，在正式開始《半導體物理學》相關內容課程教學前，應將前置課程中重要的基本知識貫穿于教學過程中，以免造成學生認識上的巨大跳躍感；在講解半導體能帶結構前，增加適量學時講授近代理論物理知識，使學生了解原子中電子能級和電子殼層分布，掌握泡利不相容原理、玻耳茲曼分布律和玻爾頻率條件等微觀粒子運動的基本規律。這些都是學習《半導體物理學》必備的知識，只有在透徹理解這些基本概念的前提下，才能對現有課程知識有更深入的了解和掌握。否則將造成學生理解上的障礙，最終導致學生失去繼續學習的興趣。 因此在授課內容的選擇、排列上要遵循循序漸進的原則。再例如在講授半導體元器件的結構及性能時，適當補充半導體器件的制備工藝，結合半導體器件的制備視頻，讓學生結合某種半導體器件分析其結構與性能。

二、強調基本概念與物理模型，提高教學質量

半導體物理課程涉及到的基本概念和物理模型較多，僅憑教材中的定義理解這些概念和模型，學生很難完全掌握。教師授課時應重在與應用相結合，以必需、夠用為度，結合實用性和先進性，力求內容精簡、重點突出、概念明確、說理清晰。將書本上的理論推導與結論同相關實驗相結合，使學生對抽象的課堂相關知識能順利地轉化為直觀認識，增強教學效果。實踐是檢驗真理的標準，在理論教學的同時，適當安排學生進行相關實驗操作，觀察實驗現象，既加深了對理論的認識，鍛煉了動手能力，又能通過做實驗使學生切身體會到一個物理結論是怎樣體現了理論和實踐的完美統一，從中領悟出科學研究的普遍方法和過程。

部分深奧的物理模型，學生比較難以理解，教師應運用恰當的類比，進行形象分析，加深學生對物理模型的理解，增加學生的學習興趣。例如講電子能態密度以及電子密度的概念，部分學生較容易混淆的概念。為了幫助學生理解，教師可以通過教學樓里面的學生人數與半導體中的電子數目進行類比：同樓層不同的教室對應不同的能態，教室里座位數對應能態的數目，把學生當作半導體中的電子。這樣計算電子能態密度就相當于計算教室里單位面積的座位數，計算半導體電子濃度就相當于計算教室單位面積內學生人數。一個學生坐在某一排的某個座位上，即認為這個電子態被電子占有。通過這種生動形象的類比，學生對這兩個概念的理解就清楚多了。半導體物理課程中理論推導和數學上的近似處理較多，繁瑣的公式推導增加了學生對物理模型理解的難度。物理模型和簡單的數學推導用多媒體或視頻的形式展示給學生，復雜的數學推導則采用黑板板書的形式加以講解，這樣能適當地把物理模型和公式推導分開，使學生在徹底理解物理模型的基礎上掌握理論推導。

課前預習和課后練習也是提高課堂教學的兩個重要的環節。應適當給學生布置相關的課后作業，引導學生進行獨立思考，在下一堂課開始安排一定的時間進行個別回答或集體討論，及時解決學生的疑惑，從而形成可持續發展的模式。

三、考核方式的改革

為了客觀地評價教學效果和教學質量，針對半導體物理課程特點，對考核方式作如下嘗試：1.考試是課程教學過程中一個非常重要的環節，平時成績是衡量學生平時學習表現的主要指標，所以本課程考核方式之一采用期末試卷筆試與平時成績結合的方式；2.在授課過程中，針對課程的某些從實驗得出的理論結論，開放實驗室，讓學生分組協作完成實驗結驗證，從而將課本知識轉化為實踐動手能力。

四、結束語

總之，半導體物理是電子科學與技術專業專業基礎核心課，在教學過程中合理安排教學內容，采用現代化教學手段，不斷進行教學改革，提高了半導體物理課程的課堂教學效果，為學生后續專業課程的學習奠定了扎實的基礎，培養適應社會需求的專業型人才。

參考文獻：

[1]湯乃云.微電子“半導體物理”教學改革的探索[J].中國電力教育，2012，（13）：59-60.

[2]劉恩科，朱秉升，羅晉生. 半導體物理學[M]. 北京：電子工業出版社，2011.

[3]劉德偉，李濤. 半導體物理課程教學改革探討[J].中國電力教育，2013，（34）：85-86.

基金項目：中地共建項目-重慶國際半導體學院教學團隊建設（2013.10-2015.12）；重慶國際半導體學院產學研用結合培養模式研究與實踐（111023）。

（責任編輯 曾 卉）