面向應(yīng)用型本科院校的半導(dǎo)體器件及工藝教學(xué)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(fā)，結(jié)合應(yīng)用型本科院校的學(xué)生特點，針對半導(dǎo)體物理課程教學(xué)中存在的主要問題，提出了修訂教學(xué)大綱及選擇合適的教材，優(yōu)化整合教學(xué)內(nèi)容，豐富教學(xué)手段，加實驗教學(xué)等有效教學(xué)改革方法，以激發(fā)學(xué)生興趣，達到了較好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞 應(yīng)用型本科院校 半導(dǎo)體器件及工藝 教學(xué)內(nèi)容 教學(xué)改革

中圖分類號：G642.3 文獻標(biāo)識碼：A

0概要

隨著半導(dǎo)體技術(shù)和集成電路的飛速發(fā)展，現(xiàn)代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)已覆蓋了電腦、汽車電子、激光器、太陽能電池、光纖通訊、半導(dǎo)體照明及平板顯示等各個領(lǐng)域，成為國民經(jīng)濟發(fā)展中的重要戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)?！栋雽?dǎo)體器件及工藝》是電子與信息工程學(xué)院針對電子科學(xué)與技術(shù)方向本科生開設(shè)的一門專業(yè)課，在半導(dǎo)體物理學(xué)知識的基礎(chǔ)上，將光電子器件和微電子器件結(jié)合起來，全面系統(tǒng)地講述了半導(dǎo)體物理的基礎(chǔ)知識以及典型的半導(dǎo)體器件的工作原理及工作性能。它的開設(shè)為學(xué)生以后學(xué)習(xí)其它課程和從事集成電路產(chǎn)業(yè)工作提供必要的半導(dǎo)體基本理論知識。但是，對于應(yīng)用型本科院校的學(xué)生來說，他們的專業(yè)基礎(chǔ)相對薄弱，而且半導(dǎo)體器件知識的學(xué)習(xí)，需要有較扎實的高等數(shù)學(xué)知識和固體物理以及量子力學(xué)基礎(chǔ)，這樣勢必會增加學(xué)生的心理負擔(dān)，出現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性不高等現(xiàn)象，使半導(dǎo)體物理教學(xué)很難達到預(yù)期效果。在講到半導(dǎo)體器件在集成電路里面應(yīng)用中如何起作用時，知識非常的抽象，學(xué)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(jù)應(yīng)用型本科院校專業(yè)培養(yǎng)方案，提出改革現(xiàn)有教學(xué)模式，將理論和實驗教學(xué)融為一體，培養(yǎng)學(xué)生主動探索精神和創(chuàng)新意識，提高半導(dǎo)體器件物理教學(xué)質(zhì)量。

1教學(xué)改革的措施

1.1修訂教學(xué)大綱，選擇適合學(xué)生特點的教材

根據(jù)應(yīng)用型本科院校學(xué)生的培養(yǎng)目標(biāo)和教學(xué)計劃，學(xué)科發(fā)展的去向、教學(xué)改革和實踐的變化等情況，修訂教學(xué)大綱，選用知識體系完整的教材。施敏先生編寫的《半導(dǎo)體器件物理與工藝》第三版，全面地論述了半導(dǎo)體物理的基礎(chǔ)知識，內(nèi)容豐富，覆蓋面廣，但是數(shù)學(xué)推導(dǎo)和理論較多，物理過程分析的也比較深入，學(xué)生學(xué)習(xí)起來感覺吃力。本研究將結(jié)合本校學(xué)生的實際情況，抓住半導(dǎo)體器件及工藝的核心知識，避開艱深的理論，注重實際應(yīng)用方面介紹。

1.2教學(xué)內(nèi)容的建設(shè)

傳統(tǒng)的直接對教學(xué)內(nèi)容進行講解，很難調(diào)動學(xué)生的興趣，容易使學(xué)生感到內(nèi)容枯燥，引起學(xué)生的反感情緒，不利于教學(xué)質(zhì)量的提高。因此，我們在教學(xué)內(nèi)容的安排上，在緒論部分對半導(dǎo)體器件的發(fā)展歷史以及在生活生產(chǎn)中的廣泛應(yīng)用進行系統(tǒng)介紹，消除學(xué)生對半導(dǎo)體及器件的陌生感，提高學(xué)生對半導(dǎo)體器件的認識，引發(fā)學(xué)習(xí)興趣。在授課過程中，首先構(gòu)建好整體知識框架，突出教學(xué)重點和難點。明確課程的學(xué)習(xí)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(jié)之間的銜接，做到溫故而知新，利于學(xué)生對新知識的理解。再次，將最新的半導(dǎo)體領(lǐng)域發(fā)展動態(tài)和科研成果引入教學(xué)內(nèi)容，進一步擴充教學(xué)內(nèi)容，開闊學(xué)生的視野。

引入企業(yè)參觀學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)，引發(fā)學(xué)生興趣。在授課時要做到“有粗有細”，對工業(yè)生產(chǎn)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(xué)生的聽課負擔(dān)。在有一定半導(dǎo)體材料及器件知識的基礎(chǔ)上進行實踐參觀。在參觀后提出相關(guān)問題，留給學(xué)生分組討論，然后由學(xué)生做成PPT在課堂上講解，由其他組的同學(xué)進行提問，調(diào)動全體同學(xué)，使學(xué)生成為課堂的主體，培養(yǎng)學(xué)生的分析能力和團結(jié)合作精神。學(xué)期考核時，提高平時成績占總成績的比例并提前告知學(xué)生，激發(fā)學(xué)生平時課堂和實踐學(xué)習(xí)的積極性，使教學(xué)取得更好的效果。

1.3加強實驗教學(xué)

加強實驗教學(xué)是應(yīng)用性人才培養(yǎng)的重要（下轉(zhuǎn)第224頁）（上接第107頁）保證。在半導(dǎo)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?，F(xiàn)有實驗儀器引入實驗環(huán)節(jié)，通過實驗使學(xué)生更加深入透徹地掌握半導(dǎo)體物理的知識。如在講授半導(dǎo)體的電阻率概念時，增加學(xué)生利用探針臺采用四探針法來測量一些常規(guī)半導(dǎo)體的電阻率的實驗。通過學(xué)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(dǎo)體處于非平衡狀態(tài)時，有載流子的產(chǎn)生與復(fù)合，凈復(fù)合率反比于少子壽命，學(xué)生利用光激發(fā)產(chǎn)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(xué)內(nèi)容

形象化教學(xué)內(nèi)容，把抽象內(nèi)容具體化，增加教學(xué)內(nèi)容的直觀性，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和課堂效率。形象化教學(xué)，即直觀性教學(xué)，是指教師在教學(xué)過程中通過引導(dǎo)學(xué)生觀察物理現(xiàn)象或者運用語言進行形象描述，充分調(diào)動學(xué)生的各種感覺器官，讓學(xué)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(dǎo)體物理與器件具有基本概念和理論多，公式推導(dǎo)煩瑣，物理模型抽象等特點，因此不易理解。傳統(tǒng)的教學(xué)方法達不到預(yù)期效果，學(xué)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(dǎo)體物理學(xué)中抽象的概念和物理模型形象。首先，將半導(dǎo)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(xué)生，增加學(xué)生的感性知識；其次，利用Matlab等數(shù)學(xué)軟件模擬半導(dǎo)體器件的載流子濃度與外加電壓的關(guān)系，增強了學(xué)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(xué)方法可以促進學(xué)生對半導(dǎo)體物理與器件知識的理解，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

2結(jié)語

通過以上教學(xué)改革措施，可以極大提高學(xué)生對半導(dǎo)體器件的學(xué)習(xí)興趣。學(xué)生不但能夠較好的掌握半導(dǎo)體器件及工藝的基本概念、基本定律，而且對于半導(dǎo)體領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展、科研成果，以及半導(dǎo)體行業(yè)現(xiàn)狀及趨勢有了進一步的了解，取得了較好的教學(xué)效果。

基金項目：經(jīng)費來源：寧波工程學(xué)院高教研究課題（NG2017017）。

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

參考文獻

[1] 劉德偉，李濤.半導(dǎo)體物理課程教學(xué)改革探討[J].中國電力教育， 2013， 293（24）：85-86.

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