面向应用型本科院校的半导体器件及工艺教学改革研究

王敬蕊　程培红　赵洪霞　丁志群

摘 要 从课程定位和课程体系出发，结合应用型本科院校的学生特点，针对半导体物理课程教学中存在的主要问题，提出了修订教学大纲及选择合适的教材，优化整合教学内容，丰富教学手段，加实验教学等有效教学改革方法，以激发学生兴趣，达到了较好的教学效果。

关键词 应用型本科院校 半导体器件及工艺 教学内容 教学改革

中图分类号：G642.3 文献标识码：A

0概要

随着半导体技术和集成电路的飞速发展，现代半导体产业已覆盖了电脑、汽车电子、激光器、太阳能电池、光纤通讯、半导体照明及平板显示等各个领域，成为国民经济发展中的重要战略产业。《半导体器件及工艺》是电子与信息工程学院针对电子科学与技术方向本科生开设的一门专业课，在半导体物理学知识的基础上，将光电子器件和微电子器件结合起来，全面系统地讲述了半导体物理的基础知识以及典型的半导体器件的工作原理及工作性能。它的开设为学生以后学习其它课程和从事集成电路产业工作提供必要的半导体基本理论知识。但是，对于应用型本科院校的学生来说，他们的专业基础相对薄弱，而且半导体器件知识的学习，需要有较扎实的高等数学知识和固体物理以及量子力学基础，这样势必会增加学生的心理负担，出现学生学习积极性不高等现象，使半导体物理教学很难达到预期效果。在讲到半导体器件在集成电路里面应用中如何起作用时，知识非常的抽象，学生只能凭想象去理解，没有直观的感受，课堂效果比较差。本研究根据应用型本科院校专业培养方案，提出改革现有教学模式，将理论和实验教学融为一体，培养学生主动探索精神和创新意识，提高半导体器件物理教学质量。

1教学改革的措施

1.1修订教学大纲，选择适合学生特点的教材

根据应用型本科院校学生的培养目标和教学计划，学科发展的去向、教学改革和实践的变化等情况，修订教学大纲，选用知识体系完整的教材。施敏先生编写的《半导体器件物理与工艺》第三版，全面地论述了半导体物理的基础知识，内容丰富，覆盖面广，但是数学推导和理论较多，物理过程分析的也比较深入，学生学习起来感觉吃力。本研究将结合本校学生的实际情况，抓住半导体器件及工艺的核心知识，避开艰深的理论，注重实际应用方面介绍。

1.2教学内容的建设

传统的直接对教学内容进行讲解，很难调动学生的兴趣，容易使学生感到内容枯燥，引起学生的反感情绪，不利于教学质量的提高。因此，我们在教学内容的安排上，在绪论部分对半导体器件的发展历史以及在生活生产中的广泛应用进行系统介绍，消除学生对半导体及器件的陌生感，提高学生对半导体器件的认识，引发学习兴趣。在授课过程中，首先构建好整体知识框架，突出教学重点和难点。明确课程的学习主线，将基本概念、基本定律和基本思想贯穿于这条主线。其次，做好知识的衔接和扩充，加强了章节之间的衔接，做到温故而知新，利于学生对新知识的理解。再次，将最新的半导体领域发展动态和科研成果引入教学内容，进一步扩充教学内容，开阔学生的视野。

引入企业参观学习环节，引发学生兴趣。在授课时要做到“有粗有细”，对工业生产中常用到的知识做到精讲、细讲，对难以理解的深奥理论可以略讲，减轻学生的听课负担。在有一定半导体材料及器件知识的基础上进行实践参观。在参观后提出相关问题，留给学生分组讨论，然后由学生做成PPT在课堂上讲解，由其他组的同学进行提问，调动全体同学，使学生成为课堂的主体，培养学生的分析能力和团结合作精神。学期考核时，提高平时成绩占总成绩的比例并提前告知学生，激发学生平时课堂和实践学习的积极性，使教学取得更好的效果。

1.3加强实验教学

加强实验教学是应用性人才培养的重要（下转第224页）（上接第107页）保证。在半导体物理与器件课程的授课过程中，对于某些重要的物理概念，在讲解的同时利用本校现有实验仪器引入实验环节，通过实验使学生更加深入透彻地掌握半导体物理的知识。如在讲授半导体的电阻率概念时，增加学生利用探针台采用四探针法来测量一些常规半导体的电阻率的实验。通过学生的实际操作，更加牢固地掌握了电阻率的概念。在讲授半导体处于非平衡状态时，有载流子的產生与复合，净复合率反比于少子寿命，学生利用光激发产生载流子来观察载流子的衰减情形，从而更加深入地理解少子寿命的物理意义（见图1）。

1.4基于计算机软件、形象化教学内容

形象化教学内容，把抽象内容具体化，增加教学内容的直观性，提高学生的学习兴趣和课堂效率。形象化教学，即直观性教学，是指教师在教学过程中通过引导学生观察物理现象或者运用语言进行形象描述，充分调动学生的各种感觉器官，让学生在头脑中形成清晰的物理图像，从而丰富他们的感性知识。半导体物理与器件具有基本概念和理论多，公式推导烦琐，物理模型抽象等特点，因此不易理解。传统的教学方法达不到预期效果，学生难以理解和掌握这些基本概念、基本理论和物理模型。鉴于此，可以借助于计算机软件把半导体物理学中抽象的概念和物理模型形象。首先，将半导体器件工作的物理过程用Flash等动画软件制作成动画，在课堂上演示给学生，增加学生的感性知识；其次，利用Matlab等数学软件模拟半导体器件的载流子浓度与外加电压的关系，增强了学生对知识点有直观的了解，提高了定量分析问题的能力。形象化的教学方法可以促进学生对半导体物理与器件知识的理解，从而激发学生的学习积极性。

2结语

通过以上教学改革措施，可以极大提高学生对半导体器件的学习兴趣。学生不但能够较好的掌握半导体器件及工艺的基本概念、基本定律，而且对于半导体领域技术发展、科研成果，以及半导体行业现状及趋势有了进一步的了解，取得了较好的教学效果。

基金项目：经费来源：宁波工程学院高教研究课题（NG2017017）。

通信作者：王敬蕊（1979—），女，河南郑州人，工学博士，讲师，主要从事半导体微纳器件及光电器件研究。

参考文献

[1] 刘德伟，李涛.半导体物理课程教学改革探讨[J].中国电力教育， 2013， 293（24）：85-86.

[2] 施敏，李明逵.半导体器件物理与工艺[M].苏州：苏州大学出版社， 2014.