應用型本科院校半導體器件物理課程改革初探

許明坤

摘 要 半導體器件物理是微電子專業非常重要的課程。本文從課堂教學實踐出發，針對目前教學過程中存在的問題與不足，結合應用型本科院校學生特點，探索改革“半導體器件物理”課堂教學，激發學生主動學習的積極性，使學生在課堂中獲得較好的學習效果，為后續課程的學習打下良好的基礎。

關鍵詞 半導體器件物理 應用型本科院校 課程改革

中圖分類號：G420 文獻標識碼：A

Semiconductor Device Physics Curriculum

Reform in Applied Undergraduate Institute

XU Mingkun

(Department of Physics and Electronics, Caohu University, Caohu, Anhui 238000)

Abstract The semiconductor device physics is a very important course of the microelectronics professional. Departure from the practice of classroom teaching, for the problems in the current teaching process, combine the characteristics of applied undergraduate college students, explore the reform "Physics of Semiconductor Devices" classroom teaching, stimulate students' enthusiasm for active learning; and effectively, make students in the classroom for better learning results, and lay a good foundation for subsequent courses. Practice shows that our exploration has achieved good teaching effect.

Key words semiconductor device physics; applied undergraduate institute; curriculum reform

0 引言

自從第一個半導體點接觸式晶體管發明以來，以集成電路（IC）為核心的微電子技術得到了迅速發展，開創了人類的硅文明時代。由于微電子技術發展迅速，對專業人才的培養提出了新的要求。①《半導體器件物理》是微電子學及電子科學與技術專業必修的一門專業基礎課，討論半導體器件的結構、基本工作原理、電學特性、器件的特殊效應以及器件的基本分析方法。通過該課程學習，可為學生后續專業課如《集成電路設計》以及《集成電路工藝》等的學習打下理論基礎，是學習本專業其他專業課程以及從事IC設計工作的基礎。

1 教學中遇到的問題

半導體器件物理特點為理論性強、枯燥、晦澀難懂，而且要求學生對前期知識尤其是對半導體物理基本知識熟練掌握。對于應用型本科院校來說，學生基礎相對薄弱，自學能力也相對不足。因此使得教學過程中教師“教”與學生“學”之間不能實現良好的銜接。在教授基本理論的同時應該更重視學生實踐能力的培養。傳統的教學理念以教師講課為主，實行的是“填鴨式”的灌輸教育，教學手段單一僵化，完全無視學生的學習主動性和個體特點，加上大部分學生對理論性很強的專業課熱情不足，很難取得預想的教學效果。現代半導體器件發展迅速，但是半導體器件物理教材僅僅有基本原理和基本特性，不能覆蓋該行業最新的發展動態，也很難引起學生學習的興趣。鑒于此，有必要對半導體器件物理課程進行改革。

2 半導體器件物理教學改革初探

2.1 教師的相關知識儲備

現代高校教師應該具有“基礎精深，專業寬新”的教學理念，即要求教師對該課程及相關課程有深厚的知識儲備，對該課程的理論體系有系統的掌握。同時對與該課程相關的科技前沿有足夠的了解和認識，并且對學生先期的知識儲備情況有充分的了解。能根據學生的具體情況對課程內容進行處理。在基本理論的講解上要詳細透徹，對重難點反復講解。例如能帶在整個半導體器件中的作用非常重要，這就要求學生能夠熟練掌握各個半導體器件的能帶圖。因此，在半導體器件的各個章節都重點強調能帶的作用。并且把每種器件的能帶圖作為重點內容反復強調。在專業課教學中，更應在理論知識夠用的前提下，著重培養學生的實踐能力，使學生對于本專業領域具有扎實的理論基礎、廣闊的知識面和較強的實踐能力。為了增強學生的學習興趣,在緒論部分可以增加對晶體管發明歷史的介紹，講述電子器件從電子管到晶體管的發現，新器件產生的辯證發展過程。并融入一些科學研究方法，同時在課程教學中可以穿插介紹一些科學家的軼聞趣事，以知識性和趣味性增加學生對本課程歷史的認識、對半導體器件的感性和理性認識，提高學生對本課程學習的興趣。②

2.2 引入多媒體教學開發教學動畫課件

隨著計算機技術的發展，多媒體教學已成為現在學校必不可少的教學手段。比起以往的黑板粉筆教學有著獨特的效果，多媒體教學可以形象直觀地把所講內容展現給每一個學生，有利于學生對知識的掌握。因此，運用多媒體技術上課是大勢所趨。上課過程中可以播放一些和教材內容相關的視頻講座來提高學生的學習興趣，還可以讓學生了（下轉第218頁）（上接第209頁）解最新的科技前沿。

半導體器件內部機制變化非常抽象復雜，利用Flash動畫可以形象直觀地把這些抽象的變化過程反映出來。③將抽象理論知識動起來，加深學生對理論知識的深刻理解。例如制作PN結的形成過程、PN結能帶形成的動畫、雙極型晶體管載流子的傳輸以及各電流形成的Flash動畫、MOS結構中多子的積累、耗盡、弱反型、強反型等形成的動畫等。能使學生在視覺上直觀感受其物理過程所發生的變化，還能進一步加深對該過程中一些物理量的理解。

2.3 結合最新科技前沿引入討論課

在講解基本理論的同時，結合自己的科研成果，把當前最新的科學技術成果介紹給學生，還可以就某一學生感興趣的課題進行討論。同時介紹科技論文的查閱方式和方法，讓學生課外通過互聯網等各種渠道獲取一些新近發展狀況。專門安排討論課，讓學生對自己掌握的信息進行交流討論。比如，在講解場效應管時，可以讓學生查閱此類半導體器件最新的技術、發展瓶頸和發展趨勢，并就此類問題進行討論。在講授太陽能電池時，可以讓學生收集日常生活中應用較為廣泛的太陽能電池實例，并就當前的環境污染、能源危機等話題展開討論，從而讓學生對太陽能技術有更深刻的認識。在講授發光二極管時，可就當前熱門的LED背光源電視與傳統的LCD電視比較，找出其特點及優點。但是要強調現在的LED背光源電視與真正的LED電視還有相當大的差距，讓學生根據此類問題收集相關資料，并進行討論。這樣的教學不但鍛煉了學生的自學能力，激發興趣，做到與時俱進，還可以讓學生了解到最新的科技前沿，為其以后的發展打下良好的基礎。

2.4 拓展實驗課程

半導體器件物理是實驗和理論相結合的課程。通過開設實驗課程，可以讓學生自己動手把所學到的理論知識運用到實踐中來。同時還可以把一些簡單的驗證性實驗拓展為綜合性設計性實驗。例如四探針測量方塊電阻的同時讓學生自己結合所學知識設計計算摻雜濃度，晶體管特性參數及曲線測試實驗中，為學生提供一些不合格的晶體管，讓學生自己判斷分析晶體管的缺陷。半導體器件仿真是現代半導體技術中非常重要的組成部分，由于大三學生已經學過MATLAB相關課程，因此可以開設半導體器件仿真實驗，讓學生自己編寫程序對各種器件進行簡單的仿真。雖然許多計算也可以借助另外的數學工具軟件來完成，但是從MATLAB應用的廣泛程度而言， 熟練掌握MATLAB對學生的進一步深造或就業等都將是非常有益的。這樣不僅驗證理論知識，還拓展了課堂內容。既激發了學生學習該課程的興趣，還提高了學生的分析問題解決問題的能力。

3 總結

半導體器件物理是微電子專業非常重要的課程，本文從課堂教學實踐出發，針對目前教學過程中存在的問題與不足，結合應用型本科院校學生特點，探索改革“半導體器件物理”課堂教學，激發學生主動學習的積極性；并有效地多渠道、多方面使學生在課堂中獲得較好的學習效果，為后續課程的學習打下良好的基礎。實踐表明，我們的探索取得了良好的教學效果。

注釋

① 汪慧蘭.微電子技術課程設置與改革初探[J].內蒙古電大學刊,2008(11):100-101.

② 張永華,楊平雄,高婉麗.“半導體器件原理”課程建設的研究[J].電氣電子教學學報,2009(31):4,26-27.

③ 韋綱.中文版Flash MX2004 多媒體課件制作教程[M].北京:海洋出版社,2005.