“半導(dǎo)體可靠性工程”課程教學(xué)改革探索

任敏 高巍 張波

[摘 要] “半導(dǎo)體可靠性工程”是本校微電子相關(guān)專業(yè)研究生的重要專業(yè)課之一。由于傳統(tǒng)的課堂講授模式存在諸多弊端，課程組在深入調(diào)研和問題梳理的基礎(chǔ)上，以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力為目標(biāo)，探索了適用于本課程的具有交互性、實(shí)踐性、啟發(fā)性的教學(xué)方法。利用教師與學(xué)生的互動，使學(xué)生從被動學(xué)習(xí)變?yōu)橹鲃訉W(xué)習(xí);利用經(jīng)典案例分析，加強(qiáng)課程的生動性;利用實(shí)驗(yàn)觀摩和參與等實(shí)踐環(huán)節(jié)，將理論與實(shí)際相結(jié)合。課程改革有效地提高了課程教學(xué)質(zhì)量和本校研究生培養(yǎng)質(zhì)量。

[關(guān)鍵詞] 半導(dǎo)體可靠性;教學(xué)方法;研究生課程

[基金項(xiàng)目] 2020年度教育部產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目“‘新工科背景下基于產(chǎn)教融合的‘微電子器件課程改革與建設(shè)”（201902082005）

[作者簡介] 任 敏（1980—），女，四川樂山人，博士，電子科技大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院副教授，主要從事功率半導(dǎo)體器件及其可靠性研究;高 ?。?972—），男，寧夏銀川人，博士，電子科技大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院副教授，主要從事半導(dǎo)體封裝及可靠性研究;張 波（1964—），男，重慶人，碩士，電子科技大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院教授，博士生導(dǎo)師，主要從事功率半導(dǎo)體器件和集成電路研究。

[中圖分類號] TN303 ? [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A ? [文章編號] 1674-9324（2021）26-0041-04 ? ?[收稿日期] 2021-03-22

半導(dǎo)體技術(shù)是電子信息時(shí)代的基石。半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展升級對從業(yè)人員提出了更高的要求：既要具備扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，更應(yīng)具備較強(qiáng)的實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識，因而對高校半導(dǎo)體相關(guān)專業(yè)的基礎(chǔ)教育也提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的迅速發(fā)展，半導(dǎo)體器件及集成電路的可靠性問題不斷涌現(xiàn)，半導(dǎo)體可靠性相關(guān)知識已成為本領(lǐng)域研發(fā)人員知識版圖中不可缺少的一塊。因此，積極進(jìn)行“半導(dǎo)體可靠性工程”課程的改革探索，可為高校相關(guān)課程的開設(shè)提供一定的借鑒，也對培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)踐的能力具有積極的意義。

作為我國高校電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)學(xué)科的領(lǐng)頭羊，電子科技大學(xué)從2013年起為微電子相關(guān)專業(yè)博碩士研究生開設(shè)了專業(yè)選修課程“半導(dǎo)體可靠性工程”，課程目標(biāo)是使學(xué)生理解半導(dǎo)體可靠性工程的重要意義，掌握半導(dǎo)體可靠性物理基礎(chǔ)理論以及半導(dǎo)體的常見失效機(jī)理，了解半導(dǎo)體可靠性實(shí)驗(yàn)方法及常用分析手段。課程組在教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)本課程的傳統(tǒng)教學(xué)方式存在較多弊端，經(jīng)過長期的思考、反思和實(shí)踐，體會頗多。本文將總結(jié)課程組在多年的課程建設(shè)和教學(xué)實(shí)踐中的改革經(jīng)驗(yàn)，介紹對教學(xué)方法的探索和創(chuàng)新體會。

一、課程基本情況

課程改革前，“半導(dǎo)體可靠性工程”的教學(xué)采用傳統(tǒng)的教師課堂講授方式。由于大部分學(xué)生沿襲了本科期間的學(xué)習(xí)習(xí)慣，在課堂上只是被動地接受，缺乏學(xué)習(xí)的自主性和質(zhì)疑精神，因此師生互動不足，學(xué)生參與度不高，在一定程度上影響了教學(xué)效果。實(shí)際上，本課程特別適合采用研討式并結(jié)合案例分析方式開展教學(xué)活動，其原因在于：（1）課程內(nèi)容具有分散性和前沿性。本課程由眾多相對獨(dú)立的知識點(diǎn)構(gòu)成，圍繞每個(gè)知識點(diǎn)又衍生出多個(gè)研究熱點(diǎn)。隨著集成電路線寬不斷縮小，新的可靠性問題不斷出現(xiàn)，研究熱點(diǎn)不斷更新，新的研究成果層出不窮?，F(xiàn)成的教材跟不上產(chǎn)業(yè)界更新的速度，而僅靠教師收集和整理最新的文獻(xiàn)資料既不夠全面，也難以讓學(xué)生把握本領(lǐng)域研究發(fā)展的脈絡(luò)。如果讓學(xué)生直接參與到課程內(nèi)容的設(shè)計(jì)中來，針對某個(gè)研究熱點(diǎn)問題查找閱讀文獻(xiàn)資料并進(jìn)行課堂討論，既能調(diào)動學(xué)生的積極性，又能讓學(xué)生對學(xué)科前沿有更深刻的理解。（2）課程實(shí)踐性強(qiáng)。很多的可靠性問題與具體的器件和電路設(shè)計(jì)、工藝流程以及應(yīng)用場景直接相關(guān)，特別需要具有分析能力和解決復(fù)雜工程問題的能力。僅靠理論教學(xué)既枯燥乏味也缺乏說服力，如果引入具體的案例剖析，甚至讓學(xué)生進(jìn)行現(xiàn)場觀摩和操作，將極大地改善授課效果。

二、課程改革方案

（一）調(diào)研和問題梳理

為了更好地完成“半導(dǎo)體可靠性工程”的改革建設(shè)，課程組在授課過程中有意識地通過問卷調(diào)查等進(jìn)行調(diào)研，問題主要涉及課程內(nèi)容和教學(xué)方法，如表1所示。從學(xué)生的反饋來看，大部分學(xué)生希望適當(dāng)壓縮理論部分，增加實(shí)踐性和實(shí)用性更強(qiáng)的案例分析;也表示閱讀文獻(xiàn)分組報(bào)告的方式對自身科研能力的培養(yǎng)有一定的幫助。

課程組也對國內(nèi)外高校開設(shè)的類似課程進(jìn)行了仔細(xì)調(diào)研。分析國內(nèi)多所著名高校相關(guān)專業(yè)的研究生培養(yǎng)方案后發(fā)現(xiàn)，開設(shè)半導(dǎo)體可靠性課程的高校并不多。究其原因，首先是因?yàn)榘雽?dǎo)體可靠性工程涉及內(nèi)容非常廣泛，是一門跨半導(dǎo)體物理、半導(dǎo)體工藝、材料、化學(xué)等多學(xué)科的交叉性學(xué)科，涵蓋微電子產(chǎn)業(yè)鏈的各個(gè)環(huán)節(jié)，要求授課者具有深厚的知識積淀。其次，半導(dǎo)體可靠性工程是一門新興的應(yīng)用學(xué)科，其知識點(diǎn)較零散，研究熱點(diǎn)不斷更新，而目前國內(nèi)缺乏系統(tǒng)的半導(dǎo)體可靠性教材，這就需要教師在授課過程中大量收集資料，緊跟行業(yè)前沿。此外，半導(dǎo)體可靠性工程具有很強(qiáng)的實(shí)踐性，要求授課教師具有豐富的產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，這恰恰是大多數(shù)高校教師所缺乏的。通過與國外微電子專業(yè)相關(guān)教授、業(yè)界知名專家交流，以及對國外著名高校課程設(shè)置的調(diào)研，課程組了解到：國外設(shè)置可靠性工程專業(yè)和開設(shè)可靠性課程的學(xué)校相比國內(nèi)較多，主要由產(chǎn)業(yè)中項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)豐富的教師承擔(dān)授課任務(wù)，甚至?xí)埞I(yè)界的資深工程師參與授課，因此能讓學(xué)生接觸到業(yè)界最新進(jìn)展，也能為學(xué)生提供大量來自工程實(shí)踐的具體案例。課程通常會安排Seminar環(huán)節(jié)，學(xué)生在教師的組織下針對某一專題進(jìn)行深入討論，教師和學(xué)生共同參與完成教學(xué)環(huán)節(jié)。

（二）研討式教學(xué)改革

在上述調(diào)研的基礎(chǔ)上，課程組從以下三個(gè)方面入手，在教學(xué)中引入研討模式。

1.對課程講授內(nèi)容的重新梳理和優(yōu)化。在研討式教學(xué)過程中，同樣需要教師進(jìn)行必要的基礎(chǔ)理論講解，但是研討環(huán)節(jié)的引入必然會壓縮教師授課時(shí)間。為了更有效地利用寶貴的課堂時(shí)間，讓學(xué)生的收獲最大化，課程組對講授內(nèi)容進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整和優(yōu)化，做到重點(diǎn)突出，詳略得當(dāng)。通過收集和整理歷屆選課學(xué)生的意見，了解學(xué)生特別希望聽取的內(nèi)容以及認(rèn)為過于簡單枯燥或收獲不大的內(nèi)容，結(jié)合課程教學(xué)大綱對授課內(nèi)容進(jìn)行了如下調(diào)整：可靠性基礎(chǔ)理論部分仍采用傳統(tǒng)授課方式，但適當(dāng)壓縮其內(nèi)容;對半導(dǎo)體失效物理部分的講解內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整，對“熱載流子效應(yīng)”“NBTI效應(yīng)”等失效機(jī)理增加了產(chǎn)業(yè)界和學(xué)術(shù)界較前沿的研究成果，以學(xué)生的開放式討論為主;對可靠性實(shí)驗(yàn)方法和失效分析方法的講授部分做了大幅刪減，但增加了多個(gè)實(shí)際案例。