“半導體可靠性工程”課程教學改革探索

任敏 高巍 張波

[摘 要] “半導體可靠性工程”是本校微電子相關專業研究生的重要專業課之一。由于傳統的課堂講授模式存在諸多弊端，課程組在深入調研和問題梳理的基礎上，以培養學生創新意識和創新能力為目標，探索了適用于本課程的具有交互性、實踐性、啟發性的教學方法。利用教師與學生的互動，使學生從被動學習變為主動學習;利用經典案例分析，加強課程的生動性;利用實驗觀摩和參與等實踐環節，將理論與實際相結合。課程改革有效地提高了課程教學質量和本校研究生培養質量。

[關鍵詞] 半導體可靠性;教學方法;研究生課程

[基金項目] 2020年度教育部產學合作協同育人項目“‘新工科背景下基于產教融合的‘微電子器件課程改革與建設”（201902082005）

[作者簡介] 任 敏（1980—），女，四川樂山人，博士，電子科技大學電子科學與工程學院副教授，主要從事功率半導體器件及其可靠性研究;高 巍（1972—），男，寧夏銀川人，博士，電子科技大學電子科學與工程學院副教授，主要從事半導體封裝及可靠性研究;張 波（1964—），男，重慶人，碩士，電子科技大學電子科學與工程學院教授，博士生導師，主要從事功率半導體器件和集成電路研究。

[中圖分類號] TN303 ? [文獻標識碼] A ? [文章編號] 1674-9324（2021）26-0041-04 ? ?[收稿日期] 2021-03-22

半導體技術是電子信息時代的基石。半導體產業的不斷發展升級對從業人員提出了更高的要求：既要具備扎實的理論基礎，更應具備較強的實踐能力和創新意識，因而對高校半導體相關專業的基礎教育也提出了嚴峻挑戰。隨著半導體技術的迅速發展，半導體器件及集成電路的可靠性問題不斷涌現，半導體可靠性相關知識已成為本領域研發人員知識版圖中不可缺少的一塊。因此，積極進行“半導體可靠性工程”課程的改革探索，可為高校相關課程的開設提供一定的借鑒，也對培養學生理論聯系實踐的能力具有積極的意義。

作為我國高校電子科學與技術專業學科的領頭羊，電子科技大學從2013年起為微電子相關專業博碩士研究生開設了專業選修課程“半導體可靠性工程”，課程目標是使學生理解半導體可靠性工程的重要意義，掌握半導體可靠性物理基礎理論以及半導體的常見失效機理，了解半導體可靠性實驗方法及常用分析手段。課程組在教學過程中發現本課程的傳統教學方式存在較多弊端，經過長期的思考、反思和實踐，體會頗多。本文將總結課程組在多年的課程建設和教學實踐中的改革經驗，介紹對教學方法的探索和創新體會。

一、課程基本情況

課程改革前，“半導體可靠性工程”的教學采用傳統的教師課堂講授方式。由于大部分學生沿襲了本科期間的學習習慣，在課堂上只是被動地接受，缺乏學習的自主性和質疑精神，因此師生互動不足，學生參與度不高，在一定程度上影響了教學效果。實際上，本課程特別適合采用研討式并結合案例分析方式開展教學活動，其原因在于：（1）課程內容具有分散性和前沿性。本課程由眾多相對獨立的知識點構成，圍繞每個知識點又衍生出多個研究熱點。隨著集成電路線寬不斷縮小，新的可靠性問題不斷出現，研究熱點不斷更新，新的研究成果層出不窮。現成的教材跟不上產業界更新的速度，而僅靠教師收集和整理最新的文獻資料既不夠全面，也難以讓學生把握本領域研究發展的脈絡。如果讓學生直接參與到課程內容的設計中來，針對某個研究熱點問題查找閱讀文獻資料并進行課堂討論，既能調動學生的積極性，又能讓學生對學科前沿有更深刻的理解。（2）課程實踐性強。很多的可靠性問題與具體的器件和電路設計、工藝流程以及應用場景直接相關，特別需要具有分析能力和解決復雜工程問題的能力。僅靠理論教學既枯燥乏味也缺乏說服力，如果引入具體的案例剖析，甚至讓學生進行現場觀摩和操作，將極大地改善授課效果。

二、課程改革方案

（一）調研和問題梳理

為了更好地完成“半導體可靠性工程”的改革建設，課程組在授課過程中有意識地通過問卷調查等進行調研，問題主要涉及課程內容和教學方法，如表1所示。從學生的反饋來看，大部分學生希望適當壓縮理論部分，增加實踐性和實用性更強的案例分析;也表示閱讀文獻分組報告的方式對自身科研能力的培養有一定的幫助。

課程組也對國內外高校開設的類似課程進行了仔細調研。分析國內多所著名高校相關專業的研究生培養方案后發現，開設半導體可靠性課程的高校并不多。究其原因，首先是因為半導體可靠性工程涉及內容非常廣泛，是一門跨半導體物理、半導體工藝、材料、化學等多學科的交叉性學科，涵蓋微電子產業鏈的各個環節，要求授課者具有深厚的知識積淀。其次，半導體可靠性工程是一門新興的應用學科，其知識點較零散，研究熱點不斷更新，而目前國內缺乏系統的半導體可靠性教材，這就需要教師在授課過程中大量收集資料，緊跟行業前沿。此外，半導體可靠性工程具有很強的實踐性，要求授課教師具有豐富的產業化項目經驗，這恰恰是大多數高校教師所缺乏的。通過與國外微電子專業相關教授、業界知名專家交流，以及對國外著名高校課程設置的調研，課程組了解到：國外設置可靠性工程專業和開設可靠性課程的學校相比國內較多，主要由產業中項目經驗豐富的教師承擔授課任務，甚至會邀請工業界的資深工程師參與授課，因此能讓學生接觸到業界最新進展，也能為學生提供大量來自工程實踐的具體案例。課程通常會安排Seminar環節，學生在教師的組織下針對某一專題進行深入討論，教師和學生共同參與完成教學環節。

（二）研討式教學改革

在上述調研的基礎上，課程組從以下三個方面入手，在教學中引入研討模式。

1.對課程講授內容的重新梳理和優化。在研討式教學過程中，同樣需要教師進行必要的基礎理論講解，但是研討環節的引入必然會壓縮教師授課時間。為了更有效地利用寶貴的課堂時間，讓學生的收獲最大化，課程組對講授內容進行適當的調整和優化，做到重點突出，詳略得當。通過收集和整理歷屆選課學生的意見，了解學生特別希望聽取的內容以及認為過于簡單枯燥或收獲不大的內容，結合課程教學大綱對授課內容進行了如下調整：可靠性基礎理論部分仍采用傳統授課方式，但適當壓縮其內容;對半導體失效物理部分的講解內容進行調整，對“熱載流子效應”“NBTI效應”等失效機理增加了產業界和學術界較前沿的研究成果，以學生的開放式討論為主;對可靠性實驗方法和失效分析方法的講授部分做了大幅刪減，但增加了多個實際案例。