面向新工科的大学物理实验教学中PN结伏安特性测量装置设计

袁吉仁,韩道福,刘峰良,赵 诣，赵 勇，洪文钦，吴庆丰

(南昌大学 物理国家级实验教学示范中心，江西 南昌 330031)

近年来，教育部积极推进新工科建设，从“复旦共识”“天大行动”到“北京指南”等各项建设新工科的措施和方案陆续出台。新工科专业包括信息通讯、电子信息、自动控制、人工智能、智能制造、机器人、材料工程等一系列针对新兴产业的专业，主要面向新经济、新产业和新科技培养复合创新型工科人才。其中，芯片作为信息通讯技术的核心部件，我国在高性能芯片的自主研发和制造方面还存在诸多限制，因此亟须大力培养芯片设计制造领域的复合创新型新工科人才。

与传统人才培养不同的是，新工科人才培养更加注重学科交叉融合，注重创新能力和创新潜质，特别是跨学科创新潜质的培养。针对新工科人才培养过程中的创新人才培养需求，国内高校在育人实践中探索了科教融合、科创相助；教研赛训相融合；多学科交叉融合等创新人才培养模式[1-3]。

在此背景下，我们聚焦大学物理实验教学环节的自主设计与跨学科知识迁移创新能力培养，开展实验教学改革实践，设计了PN结伏安特性测量实验装置，积极将该装置应用于大学物理实验教学过程。

1 PN结物理原理与伏安特性

PN结是采用不同的掺杂工艺，通过扩散作用，将p型半导体与n型半导体制作在同一块硅片上的冶金结，在该冶金结的交界面形成了空间电荷区。PN结空间电荷区内电子、空穴同时受到浓度梯度引起的“扩散力”作用和内建电场引起的“电场力”作用，两者达到动态平衡，从而形成了丰富的温度和掺杂浓度调控特性。……