半導體理論全文(5篇)

摘要：“半導體物理”是微電子科學與工程等工學專業(yè)最重要的一門專業(yè)基礎課程。為了適應工程教育專業(yè)認證對人才培養(yǎng)的要求，筆者以CDIO工程教育理念為指導，通過改革授課方式、授課內(nèi)容以及借助于多種媒體教學手段進行理論、實踐和創(chuàng)新為一體的半導體物理教學改革和實踐，不但提高了學生主動學習的積極性，而且增強了學生綜合利用所學知識解決工程實踐問題的能力。

關(guān)鍵詞：半導體物理；工程教育；教學改革；工程實踐

工程教育專業(yè)認證是工程教育質(zhì)量的重要保障，有利于促進工程教育改革，提高工程教育質(zhì)量，增強工程教育人才適應社會的能力。半導體物理作為半導體科學的理論基礎，是微電子科學與工程、集成電路設計與集成系統(tǒng)等工程教育專業(yè)所必修的專業(yè)基礎課程，對學生深入學習專業(yè)知識，增強解決實際工程問題的能力具有重要的作用。然而現(xiàn)有半導體物理的教學方式仍以注重理論知識傳授為主，忽略了學生工程實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，不能滿足國家工程教育專業(yè)認證的要求。為了解決這種以理論教學為主而忽略工程實踐的關(guān)鍵性問題，學校以CDIO即構(gòu)思（Conceive）、設計（Design）、實現(xiàn)（Implement）和運作（Operate）的工程教育理念為指導，將理論、實踐、創(chuàng)新融為一體，構(gòu)建符合現(xiàn)代工程教育的半導體物理教學，通過融入工程教育思路的半導體物理教學改革，全面提升學生創(chuàng)新意識和解決工程實踐問題的能力。

一、半導體物理教學現(xiàn)狀分析

1.課程注重理論知識講授，學生解決復雜工程問題的能力不足

目前半導體物理課程的教學過程以理論講授為主，主要講解基本物理概念和理論，缺乏與實踐結(jié)合的綜合性案例分析來指導學生進行工程實踐。雖然筆者所在學校已在整個半導體物理的教學過程引入了研究性學習的思想，將科研中涉及半導體物理的主要知識點融入教學中，但學生應用所學的理論知識解決半導體材料、工藝和器件中問題的能力還不夠。學生還需在老師的指導下進一步進行實踐和創(chuàng)新能力的訓練，提高工程設計意識和綜合工程設計的能力。

2.課程知識點繁多，學生主動學習的積極性不高

摘要：半導體物理與材料課程教學使學生掌握好教學大綱規(guī)定的專業(yè)知識和專業(yè)技能，在專業(yè)課的教學中加入思政元素。探索改革課程的目標內(nèi)容、方法步驟及過程，從而取得成效。

關(guān)鍵詞：半導體物理與材料；思政元素；教學改革

1引言

電子信息產(chǎn)業(yè)的規(guī)模和水平已成為衡量一個國家整體科學技術(shù)和綜合實力的重要標志，相應學科的發(fā)展密切關(guān)系到國家微電子、智能信息、光電子等前沿領域的發(fā)展，涉及國家“十三五”重點發(fā)展的領域。本課程主要介紹半導體物理與材料方面基礎知識和基本規(guī)律，是半導體集成電路行業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的科學基礎[1]。學好本課程，對于國家科技事業(yè)的發(fā)展和服務于南京市地方經(jīng)濟有著重要意義。將思政元素有機融入到專業(yè)課的教學中，已有部分嘗試[2-5]。在掌握原有課程體系教學大綱規(guī)定的專業(yè)知識和專業(yè)技能的基礎上，帶領學生開展并參與了諸如課程教研討論、課后實踐總結(jié)、專業(yè)知識競賽以及全國大學生集成電路雙創(chuàng)大賽等一系列思政與專業(yè)相結(jié)合的實踐活動，充分發(fā)揮課程思政德育功能與價值導向引領作用，在培養(yǎng)半導體集成電路行業(yè)產(chǎn)業(yè)應用型人才的智育育人與德育樹人目標達成方面，取得了良好效果。

2半導體物理與材料的教學改革

2.1課程建設的目標。本課程主要介紹半導體物理與材料方面基礎知識和基本規(guī)律，是半導體行業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的科學基礎。通過本課程學習，使學生掌握半導體晶格結(jié)構(gòu)、電子和空穴分布以及電荷輸運原理等，掌握半導體材料性質(zhì)、性能參數(shù)測試以及設計方法。本課程著力培養(yǎng)學生的基礎知識技能、工程實踐創(chuàng)新能力以及科學研究素養(yǎng)，為微電子領域從事電子器件制作、電路與系統(tǒng)測試應用打下堅實基礎。培養(yǎng)學生的團隊協(xié)作能力、奉獻精神和集體觀念，學生在思想境界與人格品質(zhì)上得到進一步的提升，價值取向得到進一步端正，自身愛國情懷與民族自豪感得到進一步的增強，擔當起科技強國的使命和責任；最終達到為國家培養(yǎng)出電子信息行業(yè)應用型人才的智育育人與德育樹人目標效果。2.2教學改革的方法。本課程在課程思政教學改革實施過程中，主要采取了下列方法步驟。（1）實施“專業(yè)課中融入思想政治教育”，注重關(guān)注電子信息行業(yè)動態(tài)，關(guān)注我國相關(guān)行業(yè)發(fā)展以及相應的就業(yè)機遇與挑戰(zhàn)；授課與課程設計過程中推進德育教育音視頻及動畫教學。（2）將思政內(nèi)容融入到教學大綱修訂中，注重集成電路應用專業(yè)知識點與思政育人的有效結(jié)合。比如將我國半導體產(chǎn)業(yè)以及相關(guān)IC制造企業(yè)從無到有，從小到大，直到做大做強的艱辛發(fā)展歷程實例融入。（3）通過課堂教學討論，在教學生掌握專業(yè)知識點的同時，深度挖掘知識點中蘊含的思政元素，用正確方式把社會主義價值觀和思維方法傳授給學生，使學生樹立正確的人生觀、價值觀、世界觀。（4）將課程思政理念有機地融入學生的課堂作業(yè)與課程學習實踐報告中，將每階段專業(yè)知識點與我國實際行業(yè)產(chǎn)業(yè)情況相聯(lián)系，引導學生積極思考，激發(fā)同學們的愛國情懷、學習激情與創(chuàng)業(yè)熱情，總結(jié)自己自身情況，勇于擔當科技強國的重大使命和責任。（5）聘請相關(guān)行業(yè)專家與馬列學院思政教師作為課程思政指導教師，定期開展專業(yè)知識講座；教學過程中，整合專業(yè)課程教師、學生管理隊伍，各成員之間相互溝通總結(jié)經(jīng)驗。（6）通過舉辦課程思政示范課程知識競賽，讓學生更深入了解半導體集成電路相關(guān)知識；通過帶領學生參加半導體集成電路學科競賽，讓學生切身體驗半導體集成電路行業(yè)產(chǎn)業(yè)最新動態(tài)。2.3課程建設解決的問題與取得的成效。本課程在課程思政教學改革實施過程中，主要取得了下列初步成效。（1）課程設計、教案。半導體物理與材料授課過程中，推進德育教育音視頻以及動畫教學，引入了鼓勵青年學生的講話、我國半導體行業(yè)科技工作者取得的創(chuàng)新成果與成就等；引入并加強了現(xiàn)代化教學手段與信息化建設，推進建設開放共享的網(wǎng)絡教學平臺，立體化提升了智育德育效果與效率。（2）教學大綱修訂。在完成課程智育目標體系基礎上，融入了課程思政育人目標與具體切入點，修訂的教學大綱中，明確標注了思政內(nèi)容融入相關(guān)專業(yè)知識點的情況，實現(xiàn)了專業(yè)知識點與思政育人的有效結(jié)合。修訂晶體材料這個章節(jié)時，將我國半導體行業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨的機遇與挑戰(zhàn)融入。修訂電荷輸運這章時，將我國集成電路芯片制造企業(yè)如中芯、華為等發(fā)展歷程融入。修訂PN結(jié)時，融入我國太陽能電池與LED行業(yè)企業(yè)從無到有、從弱到強直到趕超國際先進的實例。（3）課堂討論與實踐報告。深度挖掘半導體集成電路方面的專業(yè)知識點中蘊含的思政元素，老師在課堂上提出論題，學生分組討論，激發(fā)同學們的愛國情懷、學習激情與創(chuàng)業(yè)熱情，勇于擔當IC領域科技強國使命和責任，引導學生做好歸納總結(jié)。定期分階段布置給學生課程學習實踐報告，注意將每階段的專業(yè)知識點與我國半導體集成電路行業(yè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展狀況相結(jié)合，加深對我國半導體集成電路行業(yè)發(fā)展的機遇與挑戰(zhàn)，以及中美貿(mào)易戰(zhàn)對我國IC芯片產(chǎn)業(yè)的影響等的理解，使課程思政理念有機融入到學生的課程實踐報告中。（4）知識競賽與學科競賽。2019年6月份舉辦了本課程的課程思政示范課程知識競賽，采用網(wǎng)絡在線答題、實時判分并投屏獲獎公示，獲得了師生的一致好評。暑期分別帶隊參加了由工信部舉辦的“第三屆全國大學生集成電路創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽”NI杯的分決賽與全國總決賽，入圍總決賽并榮獲全國二等獎。（5）課程思政示范課程工作室平臺。聘請了半導體行業(yè)專家與思政方面的教授學者作為思政育人顧問，組建多學科背景互相支撐、良性互動的課程教學團隊。教學過程中，整合專業(yè)課程教師、學生管理隊伍，各成員之間相互溝通總結(jié)經(jīng)驗，使思想政治教育從專人向全員的創(chuàng)造性轉(zhuǎn)化。2.4課程建設的不足。由于課程思政教學改革仍處于嘗試階段，不足之處主要有以下三方面。（1）尚未形成一支穩(wěn)定的課程思政示范課程教學團隊，相應建設規(guī)范與方法、思政育人質(zhì)量評價、激勵機制等有待進一步健全。（2）在課程設計、大綱修訂以及教案編寫等方面，還沒有系統(tǒng)性地形成與融入一個課程思政的方案方法。（3）課程思政教學改革的調(diào)研工作不夠充分，工作總結(jié)不夠及時，沒有形成相應的理論調(diào)研報告、建設總結(jié)報告以及教學改革方案。2.5改進措施。（1）邀請馬克思主義學院的思政專家進課堂，將課程思政與思政課程進一步有機結(jié)合[4,5]。在半導體物理與材料課程思政示范課程建設工作中，除聘請本院專家學者擔任指導教師，加入課堂教學并進行理論指導，同時，聘請馬院專家擔任思政指導教師，邀請他們過來深入地開展學術(shù)講座。（2）教學改革前期與相應的行業(yè)企業(yè)結(jié)合較少，后期應著重跟進與相關(guān)企業(yè)（比如臺積電等）的產(chǎn)學研合作，以行業(yè)需求為起點，結(jié)合學科體系內(nèi)在規(guī)律，優(yōu)化課程所需的知識技能與素質(zhì)要求，將最新產(chǎn)業(yè)技術(shù)嵌入到課程教學中。（3）推進“學生中心、成果導向、持續(xù)改進”的工程教育理念。利用網(wǎng)絡教學平臺，引入行動導向課程，在此基礎上推進翻轉(zhuǎn)課堂，進一步優(yōu)化網(wǎng)絡教學平臺。注重學生個性化發(fā)展，借助校企合作平臺，招收有潛力、有志趣的學生參與產(chǎn)學研項目，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新意識與行業(yè)能力。

3結(jié)語

【摘要】半導體科學是一門近幾十年迅猛發(fā)展起來的重要新興學科，是計算機、通訊技術(shù)、電子技術(shù)、雷達、自動化技術(shù)等信息科學的基礎。半導體制造是半導體工業(yè)的重要分支，是集成電路產(chǎn)業(yè)的基礎。

【關(guān)鍵詞】CDIO；半導體制造技術(shù)；課程改革；產(chǎn)業(yè)結(jié)合

一、工程教育（CDIO）模式

工程教育是我國高等教育的重要組成部分，在國家工業(yè)化信息化進程中，對獨立完整門類齊全的工業(yè)體系的形成與發(fā)展，有著不可替代的作用。CDIO工程教育模式是近年來國際工程教育改革的最新成果，是以Conceive、Design、Implement、Operate（即構(gòu)思、設計、實現(xiàn)、運作）一系列從產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運行的產(chǎn)業(yè)周期為載體，讓學生在理論和實踐間過渡，完成自主學習。電子科學與技術(shù)專業(yè)是一個典型的工科專業(yè)，工程性和實踐性非常強，希望通過課程學習使得學生具有以下工程核心能力：（1）具有運用數(shù)學、自然科學及工程知識的能力；（2）具有設計與開展實驗，分析與解釋數(shù)據(jù)的能力；（3）具有開展工程實踐所需技術(shù)、技巧及使用現(xiàn)代工具的能力；（4）具有設計工程系統(tǒng)、組件或工藝流程的能力；（5）具有項目管理、有效溝通、領域整合與團隊合作的能力；（6）具有發(fā)掘、分析、應用研究成果基于工程教育理念的《半導體制造技術(shù)》課程改革◎潘穎司煒裴雪丹及綜合解決復雜工程問題的能力；（7）培養(yǎng)終身學習的習慣與能力；（8）具有基本工程倫理認知，尊重多元觀點。

二、課程目標與存在的問題

《制造》是面向高校電子科學與技術(shù)專業(yè)的一門工程技術(shù)核心主干課程。本課程主要介紹半導體工藝流程、關(guān)鍵工藝步驟，以及相關(guān)領域的新工藝、新設備、新技術(shù)，其目標是培養(yǎng)掌握基礎理論，熟悉專業(yè)知識，了解技術(shù)前沿，拓展科技視野，并具有一定工藝設計、分析解決實際工藝問題的電子科學與技術(shù)領域應用型工程創(chuàng)新人才。隨著電子行業(yè)對半導體器件微型化、高頻率、大功率、可靠性等要求的提高，半導體科學近幾十年的迅猛發(fā)展，《制造》內(nèi)容也隨之不斷充實，內(nèi)容繁雜、綜合性強、與實際工藝結(jié)合緊密。在這樣的現(xiàn)實情況下，《制造》課程的教學難度越來越大，主要體現(xiàn)在以下幾個方面（1）教學信息量大、課程學時有限，難以合理安排教學進度；（2）工藝設備昂貴，課程實踐需求難以滿足；（3）理論知識抽象，與實際工業(yè)聯(lián)系不緊密，學生的積極性和創(chuàng)造性難以提高；（4）課程考核形式單一，難以全面檢查教學成果。課程教學內(nèi)容、方法、考核等一系列問題的背后，根本原因是當前《制造》課程的教學模式不盡合理，教學改革勢在必行。

三、課程建設思路

一、在“模擬電子技術(shù)”課程中的應用

1．1構(gòu)建知識網(wǎng)絡

“模擬電子技術(shù)”課程雖然具有器件種類多和電路概念多的特點，但其內(nèi)容也有內(nèi)在規(guī)律可循。如果教師能夠總攬整個課程，對知識系統(tǒng)進行梳理，找出各知識點之間內(nèi)在的關(guān)系，并將這些知識點逐一連接起來，就可以形成思維導圖。我們向?qū)W生介紹這個利用PPT制作的思維導圖時，可作如下解釋:電子器件均由半導體材料制成，制造半導體器件用得最多的是硅、鍺和砷化鎵三種材料。純凈的本征半導體的導電能力是很弱的，利用半導體的摻雜特性可以制成P型和N型兩種雜質(zhì)半導體。把P型半導體和N型半導體用特殊的工藝使其結(jié)合在一起，就會在交界處形成一個特殊薄層，該薄層稱為“PN結(jié)”。二極管實質(zhì)上就是一個PN結(jié)。它的電路符號、伏安特性、主要參數(shù)及分析方法，在學習中是必須掌握的基礎知識。教材任何一章的內(nèi)容都能夠用類似的思維導圖進行總結(jié)。學生通過思維導圖能更清楚地了解各部分內(nèi)容及其相互關(guān)系，使其具有全局觀。這樣一來，學生學到的知識才是準確的、完整的和系統(tǒng)的。

1．2實施研討式教學

在本課程的“功率放大電路”一章中，介紹了功放的一般問題、各種類型功放電路及工作原理。我們創(chuàng)建思維導圖時，首先需要繪制的概念以要素形式引入，形成初步的思維導圖;然后由學生討論完成要素間的聯(lián)系和層次關(guān)系，并用有向線段標識要素間聯(lián)系，說明其理論依據(jù)或提供簡要的理由。在建立控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的基本思維導圖后，進一步引導學生討論如何解決效率和失真間的矛盾。例如，在由“乙類互補對稱功放”導出“甲乙類互補對稱功放”時，首先通過Multisim，搭建乙類互補功放的電路，輸入信號為正弦波，讓學生討論在示波器上應該看到怎樣的波形?如果實驗結(jié)果表明輸出波形出現(xiàn)了交越失真，我們可以問學生這是為什么?如何解決?然后將相關(guān)內(nèi)容引入思維導圖。最后要求學生思考:如果要進一步提高效率，應采用什么辦法?接著我們引導學生進行發(fā)散性研討，補充思維導圖，Ⅲ部分。經(jīng)過充分的研討，師生共同完成了功率放大電路的思維導圖。在繪制思維導圖過程中，學生對功率放大電路的內(nèi)容會有更深刻的理解。

1．3提高期終復習效率

由于期終復習時間有限，對“模擬電子技術(shù)”的復習課應該用思維導圖方法來復結(jié)。明確知識的層次及各知識點的內(nèi)在聯(lián)系，而后將它們有序地組織起來，建立知識體系。這樣可以解決本課程內(nèi)容多的問題，提高復習課的效率。應用思附導圖方法進行復習，需要注意如下幾點。(1)充分發(fā)揮學生自主性，讓學生主動參與復習全過程，特別是要讓學生參與思維導圖的歸納整理的過程，不要用教師的歸納代替學生的整理。應充分體現(xiàn)由學生疏理知識，尋找規(guī)律和判斷錯誤，充分調(diào)動學生學習的積極性和主動性。(2)體現(xiàn)整門課程內(nèi)容的系統(tǒng)性原則。由于學生的基礎理論知識比較零散，知識間邏輯關(guān)系不清晰，缺乏良好的認知結(jié)構(gòu)，結(jié)果所做的思維導圖是各章思維導圖的簡單相加。教師要進行有效的引導，由“模擬電子技術(shù)”課程的主題—放大電路出發(fā)，按專題進行，采用思維導圖對所學內(nèi)容進行梳理。不要限于本章內(nèi)容，而應突破章節(jié)界線，貫通教材前后，理清知識之間的內(nèi)在聯(lián)系后，建立其思維導圖。這樣一來，學生通過框圖能展現(xiàn)知識的聯(lián)系和知識的整體結(jié)構(gòu)。(3)關(guān)注知識的遷移訓練。復習課不是簡單的重復，其最終目的在于培養(yǎng)和提高學生運用知識和解決問題的能力。在復習過程中，我們要加強知識的遷移訓練，培養(yǎng)學生舉一反三和靈活運用所學知識解決問題的能力。

1新時期下計算機技術(shù)的應用

1.1數(shù)字處理的應用計算機技術(shù)在數(shù)字處理中應用的也極為廣泛，計算機技術(shù)與數(shù)字處理技術(shù)是相輔相成的。并且計算機技術(shù)的應用會涉及到很多的數(shù)據(jù)、數(shù)字處理等功能，因此要與數(shù)據(jù)處理技術(shù)的結(jié)合應用才能實現(xiàn)數(shù)據(jù)、數(shù)字處理的功能，數(shù)字處理技術(shù)也可以說是新時期下計算機技術(shù)的基本，兩者結(jié)合的技術(shù)主要還表現(xiàn)在公式分析以及運算的能力。但是，在應用到數(shù)字處理技術(shù)時，對計算機的硬件技術(shù)以及CPU的使用率等結(jié)構(gòu)的運算技術(shù)要求都是非常高的，同時這些結(jié)構(gòu)也是計算機的重要組成部分。

1.2半導體技術(shù)的應用半導體技術(shù)主要是對半導體的集成度進行衡量的技術(shù)標準，而在新時期下的計算機技術(shù)的發(fā)展中，將逐漸的應用到半導體技術(shù)對半導體的集成進行衡量，有了計算機技術(shù)的加入使半導體的發(fā)展更加迅速，尤其是在儲存量較大的半導體生產(chǎn)中，表現(xiàn)的更為突出。

1.3移動計算機技術(shù)的應用計算機技術(shù)在移動計算機領域中也有所突破，與傳統(tǒng)的移動不便、受區(qū)域限制的計算機相比，現(xiàn)今的計算機不僅打破了區(qū)域的限制，在技術(shù)上也是傳統(tǒng)計算機遠遠達不到的，新時期計算機技術(shù)實現(xiàn)了計算機的微小化、靈活性等特點，是計算機領取發(fā)展中不可缺少的重要組成。

1.4并行處理技術(shù)的應用并行處理技能在與計算機技術(shù)結(jié)合之后，可以充分提高計算機的運行效率以及運行速度，可以實現(xiàn)計算機在同一時間內(nèi)進行多種不同形式的運算。并行處理技術(shù)在科技中得到廣泛的應用，尤其是分布式計算機系統(tǒng)以及共享存儲器的出現(xiàn)，極大的推動了新時期計算機技術(shù)的發(fā)展。

2新時期計算機技術(shù)的改革

2.1教學模式改革從教學角度上講，新時期計算機技術(shù)屬于一門新型的學科，不僅要求熟悉掌握相關(guān)的理論基礎知識，還需要達到相應的實踐審核標準，然后才能談新時期計算機技術(shù)的改革和創(chuàng)新的過程。但是，就目前來看，新時期計算機技術(shù)的教學模式還處于傳統(tǒng)的模式下，依舊存在很多問題，直接阻礙了計算機技術(shù)的發(fā)展創(chuàng)新與應用。因此，為實現(xiàn)新時期計算機技術(shù)的改革，需要從教學模式上進行改革，以理論性知識教學模式為教學基礎，在這個基礎上結(jié)合與互動式學習法進行新時期計算機技術(shù)多樣化的教學模式，實現(xiàn)最佳的效果。