陳 卉， 曾葆青， 文 毅， 張華斌

(電子科技大學 中山學院 電子信息學院， 廣東 中山 528402)

“微電子器件”多元化教學方法的探索

陳 卉， 曾葆青， 文 毅， 張華斌

(電子科技大學 中山學院 電子信息學院， 廣東 中山 528402)

本文依據(jù)“微電子器件”課程自身特點，嘗試使用選擇法、啟發(fā)式結合關聯(lián)法、類比法、實踐法和任務驅(qū)動法等多種教學方法和手段，結合學生的實際、專業(yè)發(fā)展需求和市場需求進行教學，取得了良好的教學效果。

微電子器件；PN結；教學方法

“微電子器件”課程是電子科學與技術專業(yè)的基礎課。該課程的學習既需要大量基礎課程的知識點作為鋪墊，也是深入學習電子類專業(yè)課程的基礎。該課程中公式推導較為復雜，物理概念較為抽象且枯燥[1]。為了提高教學效果，改善課堂氛圍，吸引學生的興趣，我們認為，采用多樣化的教學方式方法促進教學是極有必要的。

1 選擇法教學

我?！拔㈦娮悠骷闭n程選用的教材主要涉及三大類基本器件(PN結，BJT，MOSFET)的內(nèi)容講解[2]。實際上，隨著電子產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，新型器件層出不窮，適當?shù)匮a充當前較為流行的器件內(nèi)容，對于學生的專業(yè)的深入學習和就業(yè)是很有必要的。

例如，我校所處的珠三角作為LED生產(chǎn)的主要基地，在課程中適當補充LED的知識，為學生的暑期實習和就業(yè)創(chuàng)造了很多機會。

另一方面，“微電子器件”課程需要用到大量基礎課程的知識，例如泰勒級數(shù)展開、微分方程求解、諾頓與戴維南定律、高斯定律和電流密度方程等等。筆者將相關知識總結在一起，提供給學生課下復習和預習，課堂上再適當?shù)匾龑W生回憶，讓學生以已學習的知識為基礎，逐步深入學習，從而簡化了學習難度。由于授課學時的限制，主教材中一些較為復雜、對于本科階段應用較少的內(nèi)容沒有做深入地講解或有意刪簡。授課內(nèi)容的選擇性教學，既滿足了學生專業(yè)學習的需求，又與市場需求相結合，有利于學生的繼續(xù)深造和就業(yè)。

2 啟發(fā)式結合關聯(lián)法教學

啟發(fā)式教學是很多教師都會用到的教學方法。帶著問題學習是提高學生學習興趣，讓學生主動參與教學活動的有效手段。如果在此基礎上，學生能把問題跟以前的知識和生活常識聯(lián)系起來，就更有利于學生對知識點的掌握了。對于PN結形成過程的講解，筆者設計了這樣幾個問題：均勻摻雜的P型半導體有什么特點？均勻摻雜的N型半導體有什么特點？把這兩種類型的半導體結合在一起會發(fā)生什么現(xiàn)象？這種現(xiàn)象會一直持續(xù)下去嗎？為什么？基于半導體物理的基礎，兩種類型半導體的特點學生很快能回答出來。兩種半導體結合在一起會發(fā)生什么現(xiàn)象呢？如果學生不能馬上回答，筆者就采用關聯(lián)法提示學生，兩種濃度不一樣的糖水混在一起會怎么樣？溫度不同的兩種物體放在一起會怎么樣？學生會馬上想到擴散原理。也就是P型半導體的多子空穴由于濃度差會向N型半導體中擴散，N型半導體中電子同樣向P型半導體中擴散。那么，這種擴散現(xiàn)象會像糖水一樣，最后濃度均勻嗎？為什么？講解到這里，學生意見開始分化，給幾分鐘時間讓他們自己討論，筆者再采用關聯(lián)法進行提示，正負電荷在空間上的分離會發(fā)生什么現(xiàn)象？學生很快會聯(lián)系到“大學物理”中學到的起源于正電荷終止于負電荷的電力線。筆者再進行具體講解，從而引出PN結、內(nèi)建電場和內(nèi)建電勢等器件的電學參數(shù)。同樣，在內(nèi)建電勢的講解上，又會讓學生關聯(lián)到“大學物理”中電場與電勢的關系。采用這種啟發(fā)式結合關聯(lián)法的教學方式，既能調(diào)動學生的積極性，也能把新的抽象的知識轉化為學生熟悉的知識，簡化了學習難度，加深了學生的理解。

3 類比法教學

PN結的很多電學特性是其它具有較為復雜結構器件的基礎，本課程內(nèi)的BJT和MOSFET很多電學特性都是以PN結為基礎的。因此，讓學生用學到的知識體系來類比新的知識體系，將有利于學生的學習。例如，線性緩變結的自建電場是一個極為抽象而難以理解的概念，但是它的形成過程和PN結的形成過程極為類似，講解時可以與PN結類比。線性緩變結的特點是半導體摻雜不均勻，以傳統(tǒng)的擴散工藝或者離子注入工藝進行摻雜，半導體表面雜質(zhì)離子濃度高于體內(nèi)雜質(zhì)離子濃度。以P型半導體為例，類比PN結的形成過程，由于濃度差，多子空穴將由表面向體內(nèi)進行擴散運動，表面留下不能移動的帶負電的受主雜質(zhì)離子，體內(nèi)累積帶正電的空穴，正負電荷在空間上分離，形成一由體內(nèi)指向表面的電場；類比于PN結的內(nèi)建電場，該電場會阻礙多子空穴的擴散運動，吸引少子電子由表面向體內(nèi)做漂移運動；類比于PN結的動態(tài)平衡，最后多子的擴散運動和少子的漂移運動也會達到動態(tài)平衡，形成一穩(wěn)定的自建電場?；谡n程特點，在教學中用到了大量的類比教學，效果顯著。

4 實踐法教學

只有理論知識的講解，不足以讓學生深刻地理解器件。我們通過加強實踐教學的方式，利用IC解剖儀可以直觀的看到器件的內(nèi)部結構，利用晶體管特征圖示儀、開關參數(shù)測試儀、晶體管特征頻率測試儀等測試器件的電學參數(shù)，讓學生深刻理解器件電學參數(shù)的意義和影響因素，通過實物讓學生了解器件的外部封裝并能識別器件的類型等。近年來實驗課程的比重也在逐步提高,以2013年為界，我校課內(nèi)實驗結構變化如表1所示。

表1 課內(nèi)實驗結構表

除此之外，為了體現(xiàn)學生的個體差異性，課程中引入了Silvaco的器件仿真軟件輔助教學。由于課程學時的限制，實施教學的方式與常規(guī)課程略有不同。筆者在第一次上課的時候擬定了幾個器件相關的課程設計題目，讓學生以分組的形式完成，并計入成績考核。這樣可以吸引一部分感興趣的學生主動參與到課程學習中來；利用學院開放性實驗教學平臺的優(yōu)勢，開設開放式實驗項目對這部分有興趣的學生進行教學。由于本門課程是考研相關課程，這種針對性的強化教學對于考研的學生有一定的幫助，并且相關課題可以作為學生的畢業(yè)設計課題，這樣有考研需要的學生可以提前完成畢業(yè)設計。而成熟的仿真模型可以在課堂教學中演示給學生看，可以讓學生更直觀地看到器件參數(shù)對器件電學，光學等性能的影響，促進課堂教學。

5 任務驅(qū)動法教學

在實踐教學中已經(jīng)提到，筆者會為學生提供幾個課程設計題目，讓學生一開始就帶著任務學習，以任務完成來鞭策學生主動學習與此相關的課內(nèi)外知識，培養(yǎng)學生的工程師意識和獨立解決問題的能力，在課程設計的過程中挖掘自己未知的潛力。例如音頻功率晶體管的研究與設計，給出設計要求：①通過對音頻功率晶體管功能需求的分析，對器件結構參數(shù)進行優(yōu)化，完成對主要參數(shù)的理論核算；②確定基本參數(shù)指標：BVCEO≥340 V，BVCBO≥350 V，β=110，ICEO≤5 uA；③完成工藝流程設計[3]。根據(jù)所學三極管的電學公式，計算出要達到給定技術指標的相關結構參數(shù)(基區(qū)寬度、發(fā)射區(qū)寬度、集點區(qū)寬度、基區(qū)摻雜濃度、發(fā)射區(qū)摻雜濃度以及集電區(qū)摻雜濃度等)，結構參數(shù)的具體核算方法可參考主教材《微電子器件》的第二版第四章雙極晶體管的設計。選擇合適的器件制備工藝，利用Silvaco完成器件工藝仿真及電學特性仿真，依據(jù)仿真結果調(diào)整器件結構參數(shù)，反復仿真核算，優(yōu)化參數(shù)至達到各項指定的技術指標，完成器件版圖設計。整個設計流程下來，學生能深刻的理解器件的制備工藝及器件結構參數(shù)對器件性能的影響，抽象的理論知識具體化，不僅加深了學生對晶體管理論知識點的理解，也大大提高了學生學習的主動性。

6 結語

筆者在“微電子器件”課程的教學過程中，還用到很多其它的教學手段來輔助教學。例如，筆者設計了很多動畫flash來模擬課程中較為抽象的物理模型，利用學院提供的數(shù)字化平臺為學生補充與課程相關的一些基礎課知識點，再如課程器件建模過程中反復用到的泰勒級數(shù)展開、三大器件的器件制備工藝以及PN結伏安特性的主教材以外的推導方法等，補充的知識點能幫助學生更全面、更深刻地理解課程。

總之，在教學過程中教無定法，不斷地摸索多元化的教學方法和手段，結合學生的實際情況，才能獲得良好的教學效果。

[1] 李娜，李斌．《晶體管原理》教學的一些思考[J]．廣州：中山大學學報論叢，2004，3(24)

[2] 陳星弼，張慶中．微電子器件(第3版)[M]．北京：電子工業(yè)出版社，2012

[3] 李玉龍．高線性功率音頻晶體管設計[D]．成都：電子科技大學，2005

Study for Diversification Teaching Methods in Microelectronic Devices Course

CHEN Hui, ZENG Bao-qin, WEN Yi,ZHANG Hua-bin

(ElectronicEngineeringDepartment,ZhongShanInstitute,UniversityofElectronicScienceandTechnology，Zhongshan528402，China)

According to the course features of Microelectronic Devices, we have tried selection method, heuristic combined with associated method, analogy method, practice method, task-driven method and other teaching methods, with actual professional development of students, development needs and market demand for teaching. Better teaching effects have been achieved.

microelectronic devices; PN junction; teaching methods

2015-07-13;

2016-01- 04

電子科技大學中山學院教研基金項目(ZJY201501-35)。

陳 卉(1981-)，女，碩士，講師，主要從事微電子專業(yè)課程教學與研究，E-mail: 649419641@qq.com

A

1008-0686(2016)03-0097-03

中國分類號：TN30