《微電子器件基礎(chǔ)》課程教學(xué)探索

吳麗娟++張銀艷+雷冰+宋月+袁娜

摘 要：本文針對(duì)《微電子器件基礎(chǔ)》課程的特點(diǎn)，依據(jù)在電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)《微電子器件基礎(chǔ)》課程教學(xué)活動(dòng)中的感受以及目前國(guó)外內(nèi)相關(guān)教學(xué)研究文獻(xiàn)，分析了《微電子器件基礎(chǔ)》課程的目標(biāo)、教學(xué)方法、重點(diǎn)和難點(diǎn)、學(xué)業(yè)考核方法、課程考試情況，以期達(dá)到更好的提高《微電子器件基礎(chǔ)》的教學(xué)質(zhì)量的目的。

關(guān)鍵詞：課程目標(biāo) 教學(xué)方法 重點(diǎn)與難點(diǎn) 學(xué)業(yè)考核 課程考試情況分析

中圖分類號(hào)：G64 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）10（c）-0213-03

微電子是現(xiàn)代信息產(chǎn)業(yè)的基石，是當(dāng)代電子系統(tǒng)的核心。微電子產(chǎn)業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的基礎(chǔ)性、先導(dǎo)性和戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)，是培育發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)、推動(dòng)信息化和工業(yè)化深度融合的核心與基礎(chǔ)，是轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式、調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、保障國(guó)家信息安全的重要支撐，其戰(zhàn)略地位日益凸顯。擁有強(qiáng)大的微電子技術(shù)和產(chǎn)業(yè)，是邁向創(chuàng)新型國(guó)家的重要標(biāo)志。其中微電子器件是微電子專業(yè)重要的基礎(chǔ)學(xué)科支撐[1-6]。

1 課程目標(biāo)

《微電子器件基礎(chǔ)》為高等學(xué)校電子科學(xué)與技術(shù)微電子器件專業(yè)的專業(yè)必修課程。該課程首先介紹半導(dǎo)體器件基本方程。在此基礎(chǔ)上，全面系統(tǒng)地介紹PN結(jié)二極管、雙極結(jié)型晶體管（BJT）和絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管（MOSFET）的基本結(jié)構(gòu)、基本原理、工作特性和SPICE模型。還介紹了主要包括HEMT和HBT的異質(zhì)結(jié)器件。讓本科生在有限的時(shí)間內(nèi)掌握必要的理論基礎(chǔ)，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)鞏固所學(xué)的知識(shí)，掌握半導(dǎo)體參數(shù)測(cè)量的一些主要原理和方法，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)有關(guān)器件的專門知識(shí)及其他器件準(zhǔn)備好必要條件。

2 教學(xué)方法

本課程采用多媒體教學(xué)，教學(xué)內(nèi)容包括：講課、課堂討論、習(xí)題課、現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)、實(shí)驗(yàn)課、大作業(yè)、課程設(shè)計(jì)等。要求學(xué)生掌握三類晶體管（PN結(jié)、雙極型晶體管、場(chǎng)效應(yīng)晶體管）的基本原理和工作特性的基本知識(shí)、基本原理。希望學(xué)生學(xué)習(xí)本課程后，通過(guò)對(duì)三類晶體管的基本原理和工作特性的了解，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)有關(guān)器件的專門知識(shí)及其他器件準(zhǔn)備好必要條件。培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。掌握三類晶體管的原理和特性為下一步的數(shù)字集成電路、模擬集成電路、射頻集成電路和SOC的學(xué)習(xí)打下器件的基礎(chǔ)。

本課程采用“十二五”普通高等教育本科國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材，普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材。結(jié)合學(xué)生個(gè)性特點(diǎn)，因材施教。本課程的課堂教學(xué)將充分利用數(shù)字化技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)等，采用多媒體教學(xué)，課堂講授結(jié)合討論和案例教學(xué)，調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)積極性，提高教學(xué)效率。本課程課堂教學(xué)流程如圖1所示。

其中本課程安排大作業(yè)1次，同學(xué)們以抽簽方式完成相關(guān)內(nèi)容，并提交紙質(zhì)文檔，以百分制記入平時(shí)成績(jī)中。內(nèi)容包括：（1）半導(dǎo)體方程的各種簡(jiǎn)化形式；（2）勢(shì)壘電容與擴(kuò)散電容的計(jì)算；（3）PN結(jié)內(nèi)建電場(chǎng)的計(jì)算；（4）BJT電流放大系數(shù)、截止頻率、特征頻率、時(shí)間常數(shù)、功率增益的計(jì)算；（5）MOSFET閾電壓的計(jì)算；（6）MOSFET線性區(qū)精確的直流電流電壓方程的建立。

3 重點(diǎn)與難點(diǎn)

希望學(xué)生學(xué)習(xí)本課程后，通過(guò)對(duì)三類晶體管的基本原理和工作特性的了解，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)有關(guān)器件的專門知識(shí)及其他器件準(zhǔn)備好必要條件。本課程內(nèi)容較抽象，運(yùn)用的高數(shù)知識(shí)較多，理論有一定難度。在教學(xué)過(guò)程中，本課程主要進(jìn)行解析分析，通過(guò)對(duì)方程在一定的具體條件下加以簡(jiǎn)化后再來(lái)求近似解，對(duì)于每一個(gè)知識(shí)點(diǎn)，采用先講清楚物理概念和分析問(wèn)題的主要思路，然后再進(jìn)行數(shù)學(xué)公式的推演，并擬采用講解示例、動(dòng)畫(huà)輔助、課堂討論、學(xué)生試講等多樣化的教學(xué)手段，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性；采用引導(dǎo)式教學(xué)方法，提高學(xué)生的自學(xué)能力；并結(jié)合一定學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)課程，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力，以改善課程的教學(xué)效果。

本課程的重難點(diǎn)內(nèi)容有：（1）半導(dǎo)體方程的各種簡(jiǎn)化形式；（2）PN結(jié)空間電荷區(qū)的形成；（3）BJT交流小信號(hào)電流電壓方程；（4）MOSFET的基本結(jié)構(gòu)與工作原理。本課程的難點(diǎn)內(nèi)容有：（1）在什么條件下簡(jiǎn)化半導(dǎo)體方程；（2）雪崩倍增因子的推導(dǎo)；（3）基區(qū)輸運(yùn)系數(shù)與發(fā)射結(jié)擴(kuò)散電容的關(guān)系；（4）MOSFET閾電壓的推導(dǎo)。希望通過(guò)課程的學(xué)習(xí)和上機(jī)的實(shí)踐，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題、描述問(wèn)題及解決問(wèn)題的個(gè)人能力。

4 學(xué)業(yè)考核

學(xué)業(yè)考核是非常重要的一個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)。是檢驗(yàn)教師教學(xué)效果，進(jìn)一步改進(jìn)和改革教學(xué)方法，同時(shí)促使學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)和理解微電子器件相互重難點(diǎn)內(nèi)容，掌握微電子器件基本參數(shù)的主要措施。為此制定如表1的考核標(biāo)準(zhǔn)，盡量做到公平公正的原則給予學(xué)生考核。

5 課程考試情況分析

在一系列的教學(xué)活動(dòng)結(jié)束后，對(duì)13級(jí)電科專業(yè)38個(gè)學(xué)生進(jìn)行了閉卷考試。并對(duì)考試結(jié)果做了試卷分析。考試成績(jī)的分布情況如表2和成績(jī)分布直方圖如圖2所示，考試成績(jī)符合正態(tài)分布。通過(guò)對(duì)學(xué)生試卷的分析，發(fā)現(xiàn)：（1）填空題第5題，對(duì)晶體管的高頻優(yōu)值概念不理解；（2）填空題第8、9題，對(duì)于MOSFET的工作原理有些模糊；（3）判斷題第3題，不清楚PN結(jié)的正向電流主要是漂移電流還是擴(kuò)散電流。在以后的教學(xué)中會(huì)加強(qiáng)這些內(nèi)容的訓(xùn)練和理解。

通過(guò)《微電子器件基礎(chǔ)》的教學(xué)活動(dòng)和考核結(jié)果，得出的結(jié)論如下，命題方面：總體上，試卷包含了書(shū)本90%的知識(shí)點(diǎn)，試題的類型豐富共5種題型，試題難易程度適中。教學(xué)方面：試卷的考試內(nèi)容主要來(lái)自課堂上講授的知識(shí)和課后作業(yè)的拓展。在今后的教學(xué)活動(dòng)中，會(huì)再增加更多的互動(dòng)環(huán)節(jié)，進(jìn)一步的提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)的積極性。學(xué)生學(xué)習(xí)：大部分學(xué)生學(xué)習(xí)比較主動(dòng)，在課后經(jīng)常提問(wèn)。只有一小部分學(xué)生處于被動(dòng)的完成作業(yè)階段。管理方面：考慮網(wǎng)絡(luò)和微電子技術(shù)的，今后會(huì)把物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)引入課堂，發(fā)展智慧課堂教學(xué)。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳卉，文毅，張華斌.“微電子器件”實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與探索[J].高教學(xué)刊，2016（1）：118.

[2] 任敏，張波，張慶中.“微電子器件”課程的教學(xué)方法[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2014，36（1）：54-55.

[3] 王健，李靠天.“微電子器件基礎(chǔ)”課程的現(xiàn)代教學(xué)理念改革研究[J].教育教學(xué)論壇，2015（3）：91-92.

[4] 孫云飛，胡伏原，羅恒.以生為本的高校微電子器件教學(xué)研究[J].教育教學(xué)論壇，2016（10）：178-180.

[5] 劉繼芝，廖昌俊，任敏.“微電子器件”課程三元教學(xué)法的研究[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2016，38（5）：78.

[6] 石瑞英，龔敏，伍登學(xué).課堂討論是培養(yǎng)本科人才創(chuàng)新能力的有效方法[J].高等教育發(fā)展研究，2008（2）：49-52.endprint