面向應用型本科院校的半導體器件及工藝教學改革研究

王敬蕊　程培紅　趙洪霞　丁志群

摘 要 從課程定位和課程體系出發，結合應用型本科院校的學生特點，針對半導體物理課程教學中存在的主要問題，提出了修訂教學大綱及選擇合適的教材，優化整合教學內容，豐富教學手段，加實驗教學等有效教學改革方法，以激發學生興趣，達到了較好的教學效果。

關鍵詞 應用型本科院校 半導體器件及工藝 教學內容 教學改革

中圖分類號：G642.3 文獻標識碼：A

0概要

隨著半導體技術和集成電路的飛速發展，現代半導體產業已覆蓋了電腦、汽車電子、激光器、太陽能電池、光纖通訊、半導體照明及平板顯示等各個領域，成為國民經濟發展中的重要戰略產業。《半導體器件及工藝》是電子與信息工程學院針對電子科學與技術方向本科生開設的一門專業課，在半導體物理學知識的基礎上，將光電子器件和微電子器件結合起來，全面系統地講述了半導體物理的基礎知識以及典型的半導體器件的工作原理及工作性能。它的開設為學生以后學習其它課程和從事集成電路產業工作提供必要的半導體基本理論知識。但是，對于應用型本科院校的學生來說，他們的專業基礎相對薄弱，而且半導體器件知識的學習，需要有較扎實的高等數學知識和固體物理以及量子力學基礎，這樣勢必會增加學生的心理負擔，出現學生學習積極性不高等現象，使半導體物理教學很難達到預期效果。在講到半導體器件在集成電路里面應用中如何起作用時，知識非常的抽象，學生只能憑想象去理解，沒有直觀的感受，課堂效果比較差。本研究根據應用型本科院校專業培養方案，提出改革現有教學模式，將理論和實驗教學融為一體，培養學生主動探索精神和創新意識，提高半導體器件物理教學質量。

1教學改革的措施

1.1修訂教學大綱，選擇適合學生特點的教材

根據應用型本科院校學生的培養目標和教學計劃，學科發展的去向、教學改革和實踐的變化等情況，修訂教學大綱，選用知識體系完整的教材。施敏先生編寫的《半導體器件物理與工藝》第三版，全面地論述了半導體物理的基礎知識，內容豐富，覆蓋面廣，但是數學推導和理論較多，物理過程分析的也比較深入，學生學習起來感覺吃力。本研究將結合本校學生的實際情況，抓住半導體器件及工藝的核心知識，避開艱深的理論，注重實際應用方面介紹。

1.2教學內容的建設

傳統的直接對教學內容進行講解，很難調動學生的興趣，容易使學生感到內容枯燥，引起學生的反感情緒，不利于教學質量的提高。因此，我們在教學內容的安排上，在緒論部分對半導體器件的發展歷史以及在生活生產中的廣泛應用進行系統介紹，消除學生對半導體及器件的陌生感，提高學生對半導體器件的認識，引發學習興趣。在授課過程中，首先構建好整體知識框架，突出教學重點和難點。明確課程的學習主線，將基本概念、基本定律和基本思想貫穿于這條主線。其次，做好知識的銜接和擴充，加強了章節之間的銜接，做到溫故而知新，利于學生對新知識的理解。再次，將最新的半導體領域發展動態和科研成果引入教學內容，進一步擴充教學內容，開闊學生的視野。

引入企業參觀學習環節，引發學生興趣。在授課時要做到“有粗有細”，對工業生產中常用到的知識做到精講、細講，對難以理解的深奧理論可以略講，減輕學生的聽課負擔。在有一定半導體材料及器件知識的基礎上進行實踐參觀。在參觀后提出相關問題，留給學生分組討論，然后由學生做成PPT在課堂上講解，由其他組的同學進行提問，調動全體同學，使學生成為課堂的主體，培養學生的分析能力和團結合作精神。學期考核時，提高平時成績占總成績的比例并提前告知學生，激發學生平時課堂和實踐學習的積極性，使教學取得更好的效果。

1.3加強實驗教學

加強實驗教學是應用性人才培養的重要（下轉第224頁）（上接第107頁）保證。在半導體物理與器件課程的授課過程中，對于某些重要的物理概念，在講解的同時利用本校現有實驗儀器引入實驗環節，通過實驗使學生更加深入透徹地掌握半導體物理的知識。如在講授半導體的電阻率概念時，增加學生利用探針臺采用四探針法來測量一些常規半導體的電阻率的實驗。通過學生的實際操作，更加牢固地掌握了電阻率的概念。在講授半導體處于非平衡狀態時，有載流子的產生與復合，凈復合率反比于少子壽命，學生利用光激發產生載流子來觀察載流子的衰減情形，從而更加深入地理解少子壽命的物理意義（見圖1）。

1.4基于計算機軟件、形象化教學內容

形象化教學內容，把抽象內容具體化，增加教學內容的直觀性，提高學生的學習興趣和課堂效率。形象化教學，即直觀性教學，是指教師在教學過程中通過引導學生觀察物理現象或者運用語言進行形象描述，充分調動學生的各種感覺器官，讓學生在頭腦中形成清晰的物理圖像，從而豐富他們的感性知識。半導體物理與器件具有基本概念和理論多，公式推導煩瑣，物理模型抽象等特點，因此不易理解。傳統的教學方法達不到預期效果，學生難以理解和掌握這些基本概念、基本理論和物理模型。鑒于此，可以借助于計算機軟件把半導體物理學中抽象的概念和物理模型形象。首先，將半導體器件工作的物理過程用Flash等動畫軟件制作成動畫，在課堂上演示給學生，增加學生的感性知識；其次，利用Matlab等數學軟件模擬半導體器件的載流子濃度與外加電壓的關系，增強了學生對知識點有直觀的了解，提高了定量分析問題的能力。形象化的教學方法可以促進學生對半導體物理與器件知識的理解，從而激發學生的學習積極性。

2結語

通過以上教學改革措施，可以極大提高學生對半導體器件的學習興趣。學生不但能夠較好的掌握半導體器件及工藝的基本概念、基本定律，而且對于半導體領域技術發展、科研成果，以及半導體行業現狀及趨勢有了進一步的了解，取得了較好的教學效果。

基金項目：經費來源：寧波工程學院高教研究課題（NG2017017）。

通信作者：王敬蕊（1979—），女，河南鄭州人，工學博士，講師，主要從事半導體微納器件及光電器件研究。

參考文獻

[1] 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， 293（24）：85-86.

[2] 施敏，李明逵.半導體器件物理與工藝[M].蘇州：蘇州大學出版社， 2014.