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《微电子器件基础》课程教学探索

本文针对《微电子器件基础》课程的特点,依据在电子科学与技术专业《微电子器件基础》课程教学活动中的感受以及目前国外内相关教学研究文献,分析了《微电子器件基础》课程的目标、教学方法、重点和难点、学业考核方法、课程考试情况,以期达到更好的提高《微电子器件基础》的教学质量的目的。

关键词:课程目标 教学方法 重点与难点 学业考核 课程考试情况分析

中图分类号:G64 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2017)10(c)-0213-03

微电子是现代信息产业的基石,是当代电子系统的核心。微电子产业是国民经济和社会发展的基础性、先导性和战略性产业,是培育发展战略性新兴产业、推动信息化和工业化深度融合的核心与基础,是转变经济发展方式、调整产业结构、保障国家信息安全的重要支撑,其战略地位日益凸显。拥有强大的微电子技术和产业,是迈向创新型国家的重要标志。其中微电子器件是微电子专业重要的基础学科支撑[1-6]。

1 课程目标

《微电子器件基础》为高等学校电子科学与技术微电子器件专业的专业必修课程。该课程首先介绍半导体器件基本方程。在此基础上,全面系统地介绍PN结二极管、双极结型晶体管(BJT)和绝缘栅场效应晶体管(MOSFET)的基本结构、基本原理、工作特性和SPICE模型。还介绍了主要包括HEMT和HBT的异质结器件。让本科生在有限的时间内掌握必要的理论基础,并通过实验巩固所学的知识,掌握半导体参数测量的一些主要原理和方法,为进一步学习有关器件的专门知识及其他器件准备好必要条件。

2 教学方法

本课程采用多媒体教学,教学内容包括:讲课、课堂讨论、习题课、现场教学、实验课、大作业、课程设计等。要求学生掌握三类晶体管(PN结、双极型晶体管、场效应晶体管)的基本原理和工作特性的基本知识、基本原理。希望学生学习本课程后,通过对三类晶体管的基本原理和工作特性的了解,为进一步学习有关器件的专门知识及其他器件准备好必要条件。培养学生分析问题、解决问题的能力。掌握三类晶体管的原理和特性为下一步的数字集成电路、模拟集成电路、射频集成电路和SOC的学习打下器件的基础。

本课程采用“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材,普通高等教育“十一五”国家级规划教材。结合学生个性特点,因材施教。本课程的课堂教学将充分利用数字化技术、网络教学平台等,采用多媒体教学,课堂讲授结合讨论和案例教学,调动学习积极性,提高教学效率。本课程课堂教学流程如图1所示。

其中本课程安排大作业1次,同学们以抽签方式完成相关内容,并提交纸质文档,以百分制记入平时成绩中。内容包括:(1)半导体方程的各种简化形式;(2)势垒电容与扩散电容的计算;(3)PN结内建电场的计算;(4)BJT电流放大系数、截止频率、特征频率、时间常数、功率增益的计算;(5)MOSFET阈电压的计算;(6)MOSFET线性区精确的直流电流电压方程的建立。

3 重点与难点

希望学生学习本课程后,通过对三类晶体管的基本原理和工作特性的了解,为进一步学习有关器件的专门知识及其他器件准备好必要条件。本课程内容较抽象,运用的高数知识较多,理论有一定难度。在教学过程中,本课程主要进行解析分析,通过对方程在一定的具体条件下加以简化后再来求近似解,对于每一个知识点,采用先讲清楚物理概念和分析问题的主要思路,然后再进行数学公式的推演,并拟采用讲解示例、动画辅助、课堂讨论、学生试讲等多样化的教学手段,增强学生的学习兴趣和积极性;采用引导式教学方法,提高学生的自学能力;并结合一定学时的实验课程,培养学生的动手能力,以改善课程的教学效果。

本课程的重难点内容有:(1)半导体方程的各种简化形式;(2)PN结空间电荷区的形成;(3)BJT交流小信号电流电压方程;(4)MOSFET的基本结构与工作原理。本课程的难点内容有:(1)在什么条件下简化半导体方程;(2)雪崩倍增因子的推导;(3)基区输运系数与发射结扩散电容的关系;(4)MOSFET阈电压的推导。希望通过课程的学习和上机的实践,培养学生发现问题、分析问题、描述问题及解决问题的个人能力。

4 学业考核

学业考核是非常重要的一个教学环节。是检验教师教学效果,进一步改进和改革教学方法,同时促使学生主动学习和理解微电子器件相互重难点内容,掌握微电子器件基本参数的主要措施。为此制定如表1的考核标准,尽量做到公平公正的原则给予学生考核。

5 课程考试情况分析

在一系列的教学活动结束后,对13级电科专业38个学生进行了闭卷考试。并对考试结果做了试卷分析。考试成绩的分布情况如表2和成绩分布直方图如图2所示,考试成绩符合正态分布。通过对学生试卷的分析,发现:(1)填空题第5题,对晶体管的高频优值概念不理解;(2)填空题第8、9题,对于MOSFET的工作原理有些模糊;(3)判断题第3题,不清楚PN结的正向电流主要是漂移电流还是扩散电流。在以后的教學中会加强这些内容的训练和理解。

通过《微电子器件基础》的教学活动和考核结果,得出的结论

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