張立文 劉博 劉敏 張金燦

摘 ? 要：“微電子器件”課程是電子科學與技術專業(yè)的一門重要課程。該課程主要講述各種微電子器件的結(jié)構原理、特性及特殊效應等，不僅涵蓋內(nèi)容廣泛，還存在物理概念抽象、復雜數(shù)學公式推導計算等特點，教學難度較大。針對這些問題，結(jié)合電子科學與技術專業(yè)人才培養(yǎng)需求，本文對“微電子器件”課程進行教學研究與探索，推動課程教學內(nèi)容優(yōu)化、改進教學方法、激發(fā)學習興趣、培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力，以適應微電子行業(yè)快速的技術更新。

關鍵詞：微電子器件 ?教學研究 ?電子科學與技術 ?教學改革

中圖分類號：G642 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）02（a）-0212-02

隨著全球信息化進程的高速發(fā)展，微電子技術已成為當代發(fā)展最快的技術之一。微電子技術的發(fā)展和應用，大大推動了航天航空技術、遙測傳感技術、通信技術、計算機技術及網(wǎng)絡技術等產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，被譽為現(xiàn)代電子信息產(chǎn)業(yè)的心臟和高科技的原動力，對國民經(jīng)濟和社會發(fā)展具有十分重要的意義。尤其是去年的“中興”事件也表明：要促進我國高科技信息技術的發(fā)展，就必須掌握研制高性能微電子器件的核心技術，制造出屬于我們自己的芯片。如今，微電子技術已成為衡量一個國家科學技術進步和綜合國力的重要標志。

“微電子器件”課程是我校電子科學與技術專業(yè)的一門重要課程，其在“模擬電子技術”、“半導體物理”等課程基礎上，進一步系統(tǒng)地闡述微電子器件的結(jié)構原理、基本特性及特殊效應等內(nèi)容。同時也是學生學習后續(xù)“集成電路設計”、“高頻電子技術”和“半導體測試技術”等課程的基礎[1-2]。這使“微電子器件”課程在整個專業(yè)課程體系中起到承上啟下的作用，在我校電子科學與技術專業(yè)本科人才培養(yǎng)體系中占據(jù)非常重要的位置。然而，該課程涉及的內(nèi)容極其廣泛，而且還存在物理概念抽象以及公式繁復等特點，對于學生來說，在學習過程中存在一定的難度。同時，微電子技術的不斷發(fā)展、知識快速更新也對本專業(yè)學生提出了更高的要求。因此，無論從學科專業(yè)建設，還是從微電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展和人才需求戰(zhàn)略角度，“微電子器件”課程的教學研究都非常必要。

1 ?課程教學改革背景

我校電子科學與技術專業(yè)前身是電子信息科學與技術專業(yè)，從1990年開始招收電子信息科學與技術專業(yè)本科生，下設有集成電路技術方向。隨著全球化電子信息產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，對電子科學與技術專業(yè)的人才需求在近年來呈持續(xù)快速增長趨勢。2015年開始招生電子科學與技術專業(yè)。“微電子器件”一直是該專業(yè)核心課程。在早期剛開設該門課的時候，設置48個理論學時，早期設置的該課程不僅介紹了一些常用的微電子器件的結(jié)構原理，還對后續(xù)的集成電路設計基礎部分進行了初步探討。經(jīng)過教學實踐之后，發(fā)現(xiàn)該課程存在如下主要問題：（1）課程涵蓋內(nèi)容廣泛既有器件方面內(nèi)容，又有集成電路設計內(nèi)容，48個學時遠遠不夠，學生看似學了很多，但都是皮毛，沒有深入，教學效果不理想;（2）介紹的集成電路設計部分內(nèi)容和后續(xù)專業(yè)課程“集成專業(yè)設計原理”有重復，讓學生覺得有點乏味;（3）由于課程涉及很多抽象、晦澀的物理概念，導致學生在課程學習后不知如何與實際應用相聯(lián)系。針對上述問題，結(jié)合電子科學與技術專業(yè)人才培養(yǎng)需求，我們對“微電子器件”課程的教學內(nèi)容和教學方法等方面進行教學改革的研究和探索。

2 ?教學研究與探索

2.1 教學內(nèi)容編排研究

微電子本身就是快速發(fā)展，更新頻繁的技術。如何把握教學內(nèi)容，夯實學生的專業(yè)基礎知識，又讓學生了解微電子技術前景與未來，在教學內(nèi)容的設置上課程組成員做了充分討論，將課程教學重點放在掌握PN結(jié)二極管、雙極結(jié)型晶體管和絕緣柵場效應晶體管基本結(jié)構原理、工作特性，學時設置為56學時。教材選取也是課程建設的關鍵環(huán)節(jié)，目前微電子器件相關書籍深淺不一，主要包括：《微電子器件》、《微電子器件與IC設計基礎》、《微電子器件基礎》、《微電子器件封裝與測試技術》、《微電子技術的可靠性—互連、器件及系統(tǒng)》等[3-7]。它們大都包括微電子器件內(nèi)容，由于面向讀著對象不同，內(nèi)容側(cè)重點也不同。考慮該課程在整個培養(yǎng)體系的承上啟下作用，最后選用電子工業(yè)出版社陳星弼教授主編的《微電子器件》作為該課程的主教材[3]，該教材為普通高等教育“十一五”、“十二五”國家級規(guī)劃教材，其內(nèi)容全面，理論分析透徹和數(shù)學推導清晰。授課時，首先講授課程導論，概述課程內(nèi)容及微電子器件發(fā)展概況、產(chǎn)業(yè)及研究現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢，目的是讓學生對微電子器件課程有一個直觀認識，引發(fā)他們的學習興趣。由于教材中沒有該章節(jié)，教學內(nèi)容是教師總結(jié)多本參考書并結(jié)合最新行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀進行講授。接下來根據(jù)教材講授，第1章介紹半導體物理基礎及基本方程，第2章至第4章主要闡述PN結(jié)二極管、雙極結(jié)型晶體管和絕緣柵場效應晶體管的基本結(jié)構原理、工作特性和SPICE模型，第5章介紹半導體異質(zhì)結(jié)器件。課程內(nèi)容側(cè)重微電子器件，刪掉原先安排的集成電路設計基礎部分的教學內(nèi)容，同時在原有48課時基礎上增加8個學時，既能與后續(xù)課程內(nèi)容區(qū)分，又能對微電子器件相關內(nèi)容進行精講、細講，夯實學生的基礎，為后續(xù)專業(yè)課學習奠定堅實基礎。

2.2 重視課程導論，激發(fā)學生學習興趣

“微電子器件”課程涉及大量抽象的物理知識，這使學生理解起來有些困難;另外，復雜的公式推導又使得學生面對繁瑣的計算而容易失去學習興趣。因此，在授課中如何激發(fā)學生的學習興趣是非常重要的。為此，一定要上好入門的第一節(jié)課程導論課。通過課程導論的講解，要讓學生明白該課程學什么，為什么學，如何學。首先，該課程學什么？其實就是讓學生在開始上課之前了解這門課程將要講些什么內(nèi)容。一方面要讓學生初步了解整個課程的知識體系，克服學生對這門課程望而生畏的心理。另一方面結(jié)合微電子技術最新發(fā)展狀況，介紹高科技信息產(chǎn)業(yè)的熱點問題，比如華為5G技術、中國北斗導航系統(tǒng)等，強調(diào)中國微電子發(fā)展的重大前景和需求。從行業(yè)發(fā)展前景的角度，激發(fā)學生對該課程學習的積極性和主動性。其次，為什么學習該課程？這要求學生了解“微電子器件”課程在整個電子科學與技術專業(yè)培養(yǎng)體系中的位置和作用。向?qū)W生闡明該課程在整個課程體系學習中起到承上啟下的作用。同時結(jié)合行業(yè)發(fā)展和就業(yè)前景，讓學生懂得學好這門課程是有用的，學習起來也會有動力。最后，如何學？考慮到該課程物理概念抽象并伴隨較多繁瑣的公式，如何學就是要讓學生了解學這門課程都需要準備哪些數(shù)學和物理知識，如何進行課前預習和課后復習等等。隨著信息技術的發(fā)展，也可以通過建立QQ或微信學習群，學生有不懂的問題可以在群里交流和討論，老師也可以在學習群里發(fā)作業(yè)、討論、為學生答疑解惑，讓學生能輕松愉快地接受知識。