《微電子器件基礎》課程教學探索

吳麗娟++張銀艷+雷冰+宋月+袁娜

摘 要：本文針對《微電子器件基礎》課程的特點，依據在電子科學與技術專業《微電子器件基礎》課程教學活動中的感受以及目前國外內相關教學研究文獻，分析了《微電子器件基礎》課程的目標、教學方法、重點和難點、學業考核方法、課程考試情況，以期達到更好的提高《微電子器件基礎》的教學質量的目的。

關鍵詞：課程目標 教學方法 重點與難點 學業考核 課程考試情況分析

中圖分類號：G64 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）10（c）-0213-03

微電子是現代信息產業的基石，是當代電子系統的核心。微電子產業是國民經濟和社會發展的基礎性、先導性和戰略性產業，是培育發展戰略性新興產業、推動信息化和工業化深度融合的核心與基礎，是轉變經濟發展方式、調整產業結構、保障國家信息安全的重要支撐，其戰略地位日益凸顯。擁有強大的微電子技術和產業，是邁向創新型國家的重要標志。其中微電子器件是微電子專業重要的基礎學科支撐[1-6]。

1 課程目標

《微電子器件基礎》為高等學校電子科學與技術微電子器件專業的專業必修課程。該課程首先介紹半導體器件基本方程。在此基礎上，全面系統地介紹PN結二極管、雙極結型晶體管（BJT）和絕緣柵場效應晶體管（MOSFET）的基本結構、基本原理、工作特性和SPICE模型。還介紹了主要包括HEMT和HBT的異質結器件。讓本科生在有限的時間內掌握必要的理論基礎，并通過實驗鞏固所學的知識，掌握半導體參數測量的一些主要原理和方法，為進一步學習有關器件的專門知識及其他器件準備好必要條件。

2 教學方法

本課程采用多媒體教學，教學內容包括：講課、課堂討論、習題課、現場教學、實驗課、大作業、課程設計等。要求學生掌握三類晶體管（PN結、雙極型晶體管、場效應晶體管）的基本原理和工作特性的基本知識、基本原理。希望學生學習本課程后，通過對三類晶體管的基本原理和工作特性的了解，為進一步學習有關器件的專門知識及其他器件準備好必要條件。培養學生分析問題、解決問題的能力。掌握三類晶體管的原理和特性為下一步的數字集成電路、模擬集成電路、射頻集成電路和SOC的學習打下器件的基礎。

本課程采用“十二五”普通高等教育本科國家級規劃教材，普通高等教育“十一五”國家級規劃教材。結合學生個性特點，因材施教。本課程的課堂教學將充分利用數字化技術、網絡教學平臺等，采用多媒體教學，課堂講授結合討論和案例教學，調動學習積極性，提高教學效率。本課程課堂教學流程如圖1所示。

其中本課程安排大作業1次，同學們以抽簽方式完成相關內容，并提交紙質文檔，以百分制記入平時成績中。內容包括：（1）半導體方程的各種簡化形式；（2）勢壘電容與擴散電容的計算；（3）PN結內建電場的計算；（4）BJT電流放大系數、截止頻率、特征頻率、時間常數、功率增益的計算；（5）MOSFET閾電壓的計算；（6）MOSFET線性區精確的直流電流電壓方程的建立。

3 重點與難點

希望學生學習本課程后，通過對三類晶體管的基本原理和工作特性的了解，為進一步學習有關器件的專門知識及其他器件準備好必要條件。本課程內容較抽象，運用的高數知識較多，理論有一定難度。在教學過程中，本課程主要進行解析分析，通過對方程在一定的具體條件下加以簡化后再來求近似解，對于每一個知識點，采用先講清楚物理概念和分析問題的主要思路，然后再進行數學公式的推演，并擬采用講解示例、動畫輔助、課堂討論、學生試講等多樣化的教學手段，增強學生的學習興趣和積極性；采用引導式教學方法，提高學生的自學能力；并結合一定學時的實驗課程，培養學生的動手能力，以改善課程的教學效果。

本課程的重難點內容有：（1）半導體方程的各種簡化形式；（2）PN結空間電荷區的形成；（3）BJT交流小信號電流電壓方程；（4）MOSFET的基本結構與工作原理。本課程的難點內容有：（1）在什么條件下簡化半導體方程；（2）雪崩倍增因子的推導；（3）基區輸運系數與發射結擴散電容的關系；（4）MOSFET閾電壓的推導。希望通過課程的學習和上機的實踐，培養學生發現問題、分析問題、描述問題及解決問題的個人能力。

4 學業考核

學業考核是非常重要的一個教學環節。是檢驗教師教學效果，進一步改進和改革教學方法，同時促使學生主動學習和理解微電子器件相互重難點內容，掌握微電子器件基本參數的主要措施。為此制定如表1的考核標準，盡量做到公平公正的原則給予學生考核。

5 課程考試情況分析

在一系列的教學活動結束后，對13級電科專業38個學生進行了閉卷考試。并對考試結果做了試卷分析。考試成績的分布情況如表2和成績分布直方圖如圖2所示，考試成績符合正態分布。通過對學生試卷的分析，發現：（1）填空題第5題，對晶體管的高頻優值概念不理解；（2）填空題第8、9題，對于MOSFET的工作原理有些模糊；（3）判斷題第3題，不清楚PN結的正向電流主要是漂移電流還是擴散電流。在以后的教學中會加強這些內容的訓練和理解。

通過《微電子器件基礎》的教學活動和考核結果，得出的結論如下，命題方面：總體上，試卷包含了書本90%的知識點，試題的類型豐富共5種題型，試題難易程度適中。教學方面：試卷的考試內容主要來自課堂上講授的知識和課后作業的拓展。在今后的教學活動中，會再增加更多的互動環節，進一步的提高學生的自主學習的積極性。學生學習：大部分學生學習比較主動，在課后經常提問。只有一小部分學生處于被動的完成作業階段。管理方面：考慮網絡和微電子技術的，今后會把物聯網技術引入課堂，發展智慧課堂教學。

參考文獻

[1] 陳卉，文毅，張華斌.“微電子器件”實驗教學改革與探索[J].高教學刊，2016（1）：118.

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

[3] 王健，李靠天.“微電子器件基礎”課程的現代教學理念改革研究[J].教育教學論壇，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研究[J].教育教學論壇，2016（10）：178-180.

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

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