微电子器件实验教学改革

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摘要：

微电子器件作为电子科学与技术专业的核心课程，是学生学习理解后续专业课程的基础。为了符合学院应用型人才培养模式的需求，笔者对传统实验教学进行了改革，引入TCAD仿真软件进行实验教学，学生能形象直观的了解器件的制作流程及器件制备过程中相关参数对器件电学，光学性能的影响；带学生参观电子薄膜与集成器件国家重点实验中山分室，了解有机器件的制备测试流程。微视频，翻转课堂教学模式的引入，不仅提高了学生主动学习课程的积极性，也促进学生更好的理解课程的理论教学内容。

关键词：综合性实验；工艺流程；器件结构；软件仿真；有机器件

引言

微电子学综合实验的课程目的是让电子与科学技术专业的学生通过实验加深对半导体器件物理与工艺的理解，通过实验教学，深入理解半导体材料的物理特性，器件制备的工艺步骤，工艺条件对器件结构性能的影响，器件结构对器件电学，光学性能的影响。实验课程的开展可以有效提高学生对微电子器件理论课程的学习理解，为设计具有特定功能的器件和电路准备条件。学院目前传统的微电子学实验课程设置以验证性实验为主，实验简单，实验设备少，不利于开展综合型实验，也不利于学生更深入的学习理解课程内容。因此，对传统的实验项目进行改革是极具意义的。

一、传统实验项目及学时改革

微电子学综合实验授课学时40学时，共有10个实验项目。传统实验目的是帮助学生进一步掌握半导体材料的寿命、薄膜厚度的测试方法、测试器件的电流电压特性、温度特性、测量器件的开关时间、特征频率等。传统实验教学对学生深入理解理论课程有一定作用，实验设置基本以验证性实验为主，实验难度有限，不利于学生综合设计能力的培养，另一方面，由于仪器设备数量限制，每台仪器有4-5个学生循环使用，学生不能充分利用实验学时。因此，笔者经过反复教学尝试，提出了如下改革方案，传统实验项目依据课程的相关性调整为8个项目，每个实验项目学时缩短到2个学时。为了解决仪器数量不足，每次实验课同时开设2个实验项目，这样每台仪器人数可以控制在2人左右。一次课讲解2个实验项目，实验讲解时间太长，学生容易遗忘，教师需要反复讲解，没有太多时间给学生处理实验过程中遇到的疑难问题。为了解决这一问题，笔者对每个实验项目原理及操作的讲解录制成微视频，上传至学院数字化平台供学生下载预习，上课的时候利用多媒体循环播放，这样学生就可以根据视频教学完成实验内容，笔者也有足够的时间为学生解答实验过程中的疑难问题。教学方式的改革不仅取得了良好的实验效果，也大大缩短了实验学时，作者可以利用剩下的24学时开设TCAD仿真实验项目。

二、TCAD仿真软件的应用

为了提高学生的综合设计能力，笔者在原来传统实验的基础上引入了TCAD仿真软件教学，TCAD的引入笔者也是逐步实现的。由于TCAD教学有一定难度，为了考察学生的接受程度，笔者开始是借助学院的开放性实验平台和课程设计平台进行的。开放性实验学时比较充足，笔者可以从基本语法、工艺仿真、器件仿真、器件-电路混合仿真逐步教学[2]，学生基本能掌握器件设计仿真流程。学院开设了集成电路工艺基础课程，集成电路工艺基础16学时的实验教学完成了TCAD单项工艺部分教学。微电子实验课程TCAD部分教学只用8个学时完成软件环境，基础语法教学和单项工艺（离子注入、扩散、刻蚀、外延、淀积等）重复教学。16学时完成N型场效应晶体管及PIN结的结构设计，电学、光学仿真[3]。微电子综合实验的教学为学生进一步的器件跟电路设计做好了准备，部分学生可以利用课程设计，毕业设计平台等翻转课堂模式，更深入全面的学习相关知识。TCAD的引入，学生能直观清楚的看到器件的制作流程，器件结构对器件电学、光学性能的影响，相对于传统的验证性实验，学生学习兴趣更为浓厚，教学效果也明显提高。TCAD教学项目及学时安排，后续可以根据实际应用情况调整教学内容。

三、开展课外实践教学

学院近两年建立了电子薄膜与集成器件国家重点实验中山分室。笔者在实验过程中，会分批次请学生参与到有机器件的制备过程中，让学生直观看到器件的制备过程，了解不同的薄膜制备工艺（真空蒸镀法、磁控溅射、旋涂等），掌握器件电学，光学测量仪器的使用方法，掌握器件电学参数（迁移率、沟道电阻、电流开关比、阈值电压、击穿电压等[4]），器件光学参数（光强、光谱、透光率等）测量方法及物理意义，观察有机薄膜形貌，测量有机薄膜厚度等。学生可以很明确的知道理论教学对实践的指导意义，为学生后续学习提供了更广阔的平台。微电子学综合实验的改革，引入微视频，翻转课堂的教学模式，弥补了课堂授课学时的不足，在传统验证性实验基础上，引入综合设计性实验项目，不仅提高了学生的学习兴趣，为培养具备一定器件及电路设计能力人才提供了基础。

参考文献

[1]陈卉，胡云峰．微电子综合实验讲义[D].广东：电子科技大学中山学院电子信息学院，2013．

[2]唐龙骨．半导体工艺和器件仿真软件SilvacoTCAD实用教程[M].北京：清华大学出版社，2014．

[3]高云，杨维明，叶葱，等．微电子器件与工艺模拟实验讲义[D].武汉：湖北大学物理与电子技术学院，2015：15-38．

[4]端鹏飞．新型场效应晶体管的研究与制备[D].北京：中国科学院大学，2014：25-27

作者：陈卉 文毅 张华斌 胡云峰 单位：电子科技大学中山学院电子信息学院