《微電子器件基礎(chǔ)》課程教學(xué)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(chǔ)》課程的特點，依據(jù)在電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)《微電子器件基礎(chǔ)》課程教學(xué)活動中的感受以及目前國外內(nèi)相關(guān)教學(xué)研究文獻，分析了《微電子器件基礎(chǔ)》課程的目標(biāo)、教學(xué)方法、重點和難點、學(xué)業(yè)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(chǔ)》的教學(xué)質(zhì)量的目的。

關(guān)鍵詞：課程目標(biāo) 教學(xué)方法 重點與難點 學(xué)業(yè)考核 課程考試情況分析

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

微電子是現(xiàn)代信息產(chǎn)業(yè)的基石，是當(dāng)代電子系統(tǒng)的核心。微電子產(chǎn)業(yè)是國民經(jīng)濟和社會發(fā)展的基礎(chǔ)性、先導(dǎo)性和戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)，是培育發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)、推動信息化和工業(yè)化深度融合的核心與基礎(chǔ)，是轉(zhuǎn)變經(jīng)濟發(fā)展方式、調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、保障國家信息安全的重要支撐，其戰(zhàn)略地位日益凸顯。擁有強大的微電子技術(shù)和產(chǎn)業(yè)，是邁向創(chuàng)新型國家的重要標(biāo)志。其中微電子器件是微電子專業(yè)重要的基礎(chǔ)學(xué)科支撐[1-6]。

1 課程目標(biāo)

《微電子器件基礎(chǔ)》為高等學(xué)校電子科學(xué)與技術(shù)微電子器件專業(yè)的專業(yè)必修課程。該課程首先介紹半導(dǎo)體器件基本方程。在此基礎(chǔ)上，全面系統(tǒng)地介紹PN結(jié)二極管、雙極結(jié)型晶體管（BJT）和絕緣柵場效應(yīng)晶體管（MOSFET）的基本結(jié)構(gòu)、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(zhì)結(jié)器件。讓本科生在有限的時間內(nèi)掌握必要的理論基礎(chǔ)，并通過實驗鞏固所學(xué)的知識，掌握半導(dǎo)體參數(shù)測量的一些主要原理和方法，為進一步學(xué)習(xí)有關(guān)器件的專門知識及其他器件準(zhǔn)備好必要條件。

2 教學(xué)方法

本課程采用多媒體教學(xué)，教學(xué)內(nèi)容包括：講課、課堂討論、習(xí)題課、現(xiàn)場教學(xué)、實驗課、大作業(yè)、課程設(shè)計等。要求學(xué)生掌握三類晶體管（PN結(jié)、雙極型晶體管、場效應(yīng)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(xué)生學(xué)習(xí)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(xué)習(xí)有關(guān)器件的專門知識及其他器件準(zhǔn)備好必要條件。培養(yǎng)學(xué)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(shù)字集成電路、模擬集成電路、射頻集成電路和SOC的學(xué)習(xí)打下器件的基礎(chǔ)。

本課程采用“十二五”普通高等教育本科國家級規(guī)劃教材，普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材。結(jié)合學(xué)生個性特點，因材施教。本課程的課堂教學(xué)將充分利用數(shù)字化技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺等，采用多媒體教學(xué)，課堂講授結(jié)合討論和案例教學(xué)，調(diào)動學(xué)習(xí)積極性，提高教學(xué)效率。本課程課堂教學(xué)流程如圖1所示。

其中本課程安排大作業(yè)1次，同學(xué)們以抽簽方式完成相關(guān)內(nèi)容，并提交紙質(zhì)文檔，以百分制記入平時成績中。內(nèi)容包括：（1）半導(dǎo)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(jié)內(nèi)建電場的計算；（4）BJT電流放大系數(shù)、截止頻率、特征頻率、時間常數(shù)、功率增益的計算；（5）MOSFET閾電壓的計算；（6）MOSFET線性區(qū)精確的直流電流電壓方程的建立。

3 重點與難點

希望學(xué)生學(xué)習(xí)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(xué)習(xí)有關(guān)器件的專門知識及其他器件準(zhǔn)備好必要條件。本課程內(nèi)容較抽象，運用的高數(shù)知識較多，理論有一定難度。在教學(xué)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(shù)學(xué)公式的推演，并擬采用講解示例、動畫輔助、課堂討論、學(xué)生試講等多樣化的教學(xué)手段，增強學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性；采用引導(dǎo)式教學(xué)方法，提高學(xué)生的自學(xué)能力；并結(jié)合一定學(xué)時的實驗課程，培養(yǎng)學(xué)生的動手能力，以改善課程的教學(xué)效果。

本課程的重難點內(nèi)容有：（1）半導(dǎo)體方程的各種簡化形式；（2）PN結(jié)空間電荷區(qū)的形成；（3）BJT交流小信號電流電壓方程；（4）MOSFET的基本結(jié)構(gòu)與工作原理。本課程的難點內(nèi)容有：（1）在什么條件下簡化半導(dǎo)體方程；（2）雪崩倍增因子的推導(dǎo)；（3）基區(qū)輸運系數(shù)與發(fā)射結(jié)擴散電容的關(guān)系；（4）MOSFET閾電壓的推導(dǎo)。希望通過課程的學(xué)習(xí)和上機的實踐，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、描述問題及解決問題的個人能力。

4 學(xué)業(yè)考核

學(xué)業(yè)考核是非常重要的一個教學(xué)環(huán)節(jié)。是檢驗教師教學(xué)效果，進一步改進和改革教學(xué)方法，同時促使學(xué)生主動學(xué)習(xí)和理解微電子器件相互重難點內(nèi)容，掌握微電子器件基本參數(shù)的主要措施。為此制定如表1的考核標(biāo)準(zhǔn)，盡量做到公平公正的原則給予學(xué)生考核。

5 課程考試情況分析

在一系列的教學(xué)活動結(jié)束后，對13級電科專業(yè)38個學(xué)生進行了閉卷考試。并對考試結(jié)果做了試卷分析?？荚嚦煽兊姆植记闆r如表2和成績分布直方圖如圖2所示，考試成績符合正態(tài)分布。通過對學(xué)生試卷的分析，發(fā)現(xiàn)：（1）填空題第5題，對晶體管的高頻優(yōu)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(jié)的正向電流主要是漂移電流還是擴散電流。在以后的教學(xué)中會加強這些內(nèi)容的訓(xùn)練和理解。

通過《微電子器件基礎(chǔ)》的教學(xué)活動和考核結(jié)果，得出的結(jié)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(xué)方面：試卷的考試內(nèi)容主要來自課堂上講授的知識和課后作業(yè)的拓展。在今后的教學(xué)活動中，會再增加更多的互動環(huán)節(jié)，進一步的提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)的積極性。學(xué)生學(xué)習(xí)：大部分學(xué)生學(xué)習(xí)比較主動，在課后經(jīng)常提問。只有一小部分學(xué)生處于被動的完成作業(yè)階段。管理方面：考慮網(wǎng)絡(luò)和微電子技術(shù)的，今后會把物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)引入課堂，發(fā)展智慧課堂教學(xué)。

參考文獻

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