半导体理论全文(5篇)

摘要：“半导体物理”是微电子科学与工程等工学专业最重要的一门专业基础课程。为了适应工程教育专业认证对人才培养的要求，笔者以CDIO工程教育理念为指导，通过改革授课方式、授课内容以及借助于多种媒体教学手段进行理论、实践和创新为一体的半导体物理教学改革和实践，不但提高了学生主动学习的积极性，而且增强了学生综合利用所学知识解决工程实践问题的能力。

关键词：半导体物理；工程教育；教学改革；工程实践

工程教育专业认证是工程教育质量的重要保障，有利于促进工程教育改革，提高工程教育质量，增强工程教育人才适应社会的能力。半导体物理作为半导体科学的理论基础，是微电子科学与工程、集成电路设计与集成系统等工程教育专业所必修的专业基础课程，对学生深入学习专业知识，增强解决实际工程问题的能力具有重要的作用。然而现有半导体物理的教学方式仍以注重理论知识传授为主，忽略了学生工程实践能力和创新能力的培养，不能满足国家工程教育专业认证的要求。为了解决这种以理论教学为主而忽略工程实践的关键性问题，学校以CDIO即构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operate）的工程教育理念为指导，将理论、实践、创新融为一体，构建符合现代工程教育的半导体物理教学，通过融入工程教育思路的半导体物理教学改革，全面提升学生创新意识和解决工程实践问题的能力。

一、半导体物理教学现状分析

1.课程注重理论知识讲授，学生解决复杂工程问题的能力不足

目前半导体物理课程的教学过程以理论讲授为主，主要讲解基本物理概念和理论，缺乏与实践结合的综合性案例分析来指导学生进行工程实践。虽然笔者所在学校已在整个半导体物理的教学过程引入了研究性学习的思想，将科研中涉及半导体物理的主要知识点融入教学中，但学生应用所学的理论知识解决半导体材料、工艺和器件中问题的能力还不够。学生还需在老师的指导下进一步进行实践和创新能力的训练，提高工程设计意识和综合工程设计的能力。

2.课程知识点繁多，学生主动学习的积极性不高

摘要：半导体物理与材料课程教学使学生掌握好教学大纲规定的专业知识和专业技能，在专业课的教学中加入思政元素。探索改革课程的目标内容、方法步骤及过程，从而取得成效。

关键词：半导体物理与材料；思政元素；教学改革

1引言

电子信息产业的规模和水平已成为衡量一个国家整体科学技术和综合实力的重要标志，相应学科的发展密切关系到国家微电子、智能信息、光电子等前沿领域的发展，涉及国家“十三五”重点发展的领域。本课程主要介绍半导体物理与材料方面基础知识和基本规律，是半导体集成电路行业产业发展的科学基础[1]。学好本课程，对于国家科技事业的发展和服务于南京市地方经济有着重要意义。将思政元素有机融入到专业课的教学中，已有部分尝试[2-5]。在掌握原有课程体系教学大纲规定的专业知识和专业技能的基础上，带领学生开展并参与了诸如课程教研讨论、课后实践总结、专业知识竞赛以及全国大学生集成电路双创大赛等一系列思政与专业相结合的实践活动，充分发挥课程思政德育功能与价值导向引领作用，在培养半导体集成电路行业产业应用型人才的智育育人与德育树人目标达成方面，取得了良好效果。

2半导体物理与材料的教学改革

2.1课程建设的目标。本课程主要介绍半导体物理与材料方面基础知识和基本规律，是半导体行业产业发展的科学基础。通过本课程学习，使学生掌握半导体晶格结构、电子和空穴分布以及电荷输运原理等，掌握半导体材料性质、性能参数测试以及设计方法。本课程着力培养学生的基础知识技能、工程实践创新能力以及科学研究素养，为微电子领域从事电子器件制作、电路与系统测试应用打下坚实基础。培养学生的团队协作能力、奉献精神和集体观念，学生在思想境界与人格品质上得到进一步的提升，价值取向得到进一步端正，自身爱国情怀与民族自豪感得到进一步的增强，担当起科技强国的使命和责任；最终达到为国家培养出电子信息行业应用型人才的智育育人与德育树人目标效果。2.2教学改革的方法。本课程在课程思政教学改革实施过程中，主要采取了下列方法步骤。（1）实施“专业课中融入思想政治教育”，注重关注电子信息行业动态，关注我国相关行业发展以及相应的就业机遇与挑战；授课与课程设计过程中推进德育教育音视频及动画教学。（2）将思政内容融入到教学大纲修订中，注重集成电路应用专业知识点与思政育人的有效结合。比如将我国半导体产业以及相关IC制造企业从无到有，从小到大，直到做大做强的艰辛发展历程实例融入。（3）通过课堂教学讨论，在教学生掌握专业知识点的同时，深度挖掘知识点中蕴含的思政元素，用正确方式把社会主义价值观和思维方法传授给学生，使学生树立正确的人生观、价值观、世界观。（4）将课程思政理念有机地融入学生的课堂作业与课程学习实践报告中，将每阶段专业知识点与我国实际行业产业情况相联系，引导学生积极思考，激发同学们的爱国情怀、学习激情与创业热情，总结自己自身情况，勇于担当科技强国的重大使命和责任。（5）聘请相关行业专家与马列学院思政教师作为课程思政指导教师，定期开展专业知识讲座；教学过程中，整合专业课程教师、学生管理队伍，各成员之间相互沟通总结经验。（6）通过举办课程思政示范课程知识竞赛，让学生更深入了解半导体集成电路相关知识；通过带领学生参加半导体集成电路学科竞赛，让学生切身体验半导体集成电路行业产业最新动态。2.3课程建设解决的问题与取得的成效。本课程在课程思政教学改革实施过程中，主要取得了下列初步成效。（1）课程设计、教案。半导体物理与材料授课过程中，推进德育教育音视频以及动画教学，引入了鼓励青年学生的讲话、我国半导体行业科技工作者取得的创新成果与成就等；引入并加强了现代化教学手段与信息化建设，推进建设开放共享的网络教学平台，立体化提升了智育德育效果与效率。（2）教学大纲修订。在完成课程智育目标体系基础上，融入了课程思政育人目标与具体切入点，修订的教学大纲中，明确标注了思政内容融入相关专业知识点的情况，实现了专业知识点与思政育人的有效结合。修订晶体材料这个章节时，将我国半导体行业产业发展面临的机遇与挑战融入。修订电荷输运这章时，将我国集成电路芯片制造企业如中芯、华为等发展历程融入。修订PN结时，融入我国太阳能电池与LED行业企业从无到有、从弱到强直到赶超国际先进的实例。（3）课堂讨论与实践报告。深度挖掘半导体集成电路方面的专业知识点中蕴含的思政元素，老师在课堂上提出论题，学生分组讨论，激发同学们的爱国情怀、学习激情与创业热情，勇于担当IC领域科技强国使命和责任，引导学生做好归纳总结。定期分阶段布置给学生课程学习实践报告，注意将每阶段的专业知识点与我国半导体集成电路行业产业的发展状况相结合，加深对我国半导体集成电路行业发展的机遇与挑战，以及中美贸易战对我国IC芯片产业的影响等的理解，使课程思政理念有机融入到学生的课程实践报告中。（4）知识竞赛与学科竞赛。2019年6月份举办了本课程的课程思政示范课程知识竞赛，采用网络在线答题、实时判分并投屏获奖公示，获得了师生的一致好评。暑期分别带队参加了由工信部举办的“第三届全国大学生集成电路创新创业大赛”NI杯的分决赛与全国总决赛，入围总决赛并荣获全国二等奖。（5）课程思政示范课程工作室平台。聘请了半导体行业专家与思政方面的教授学者作为思政育人顾问，组建多学科背景互相支撑、良性互动的课程教学团队。教学过程中，整合专业课程教师、学生管理队伍，各成员之间相互沟通总结经验，使思想政治教育从专人向全员的创造性转化。2.4课程建设的不足。由于课程思政教学改革仍处于尝试阶段，不足之处主要有以下三方面。（1）尚未形成一支稳定的课程思政示范课程教学团队，相应建设规范与方法、思政育人质量评价、激励机制等有待进一步健全。（2）在课程设计、大纲修订以及教案编写等方面，还没有系统性地形成与融入一个课程思政的方案方法。（3）课程思政教学改革的调研工作不够充分，工作总结不够及时，没有形成相应的理论调研报告、建设总结报告以及教学改革方案。2.5改进措施。（1）邀请马克思主义学院的思政专家进课堂，将课程思政与思政课程进一步有机结合[4,5]。在半导体物理与材料课程思政示范课程建设工作中，除聘请本院专家学者担任指导教师，加入课堂教学并进行理论指导，同时，聘请马院专家担任思政指导教师，邀请他们过来深入地开展学术讲座。（2）教学改革前期与相应的行业企业结合较少，后期应着重跟进与相关企业（比如台积电等）的产学研合作，以行业需求为起点，结合学科体系内在规律，优化课程所需的知识技能与素质要求，将最新产业技术嵌入到课程教学中。（3）推进“学生中心、成果导向、持续改进”的工程教育理念。利用网络教学平台，引入行动导向课程，在此基础上推进翻转课堂，进一步优化网络教学平台。注重学生个性化发展，借助校企合作平台，招收有潜力、有志趣的学生参与产学研项目，培养他们的创新意识与行业能力。

3结语

【摘要】半导体科学是一门近几十年迅猛发展起来的重要新兴学科，是计算机、通讯技术、电子技术、雷达、自动化技术等信息科学的基础。半导体制造是半导体工业的重要分支，是集成电路产业的基础。

【关键词】CDIO；半导体制造技术；课程改革；产业结合

一、工程教育（CDIO）模式

工程教育是我国高等教育的重要组成部分，在国家工业化信息化进程中，对独立完整门类齐全的工业体系的形成与发展，有着不可替代的作用。CDIO工程教育模式是近年来国际工程教育改革的最新成果，是以Conceive、Design、Implement、Operate（即构思、设计、实现、运作）一系列从产品研发到产品运行的产业周期为载体，让学生在理论和实践间过渡，完成自主学习。电子科学与技术专业是一个典型的工科专业，工程性和实践性非常强，希望通过课程学习使得学生具有以下工程核心能力：（1）具有运用数学、自然科学及工程知识的能力；（2）具有设计与开展实验，分析与解释数据的能力；（3）具有开展工程实践所需技术、技巧及使用现代工具的能力；（4）具有设计工程系统、组件或工艺流程的能力；（5）具有项目管理、有效沟通、领域整合与团队合作的能力；（6）具有发掘、分析、应用研究成果基于工程教育理念的《半导体制造技术》课程改革◎潘颖司炜裴雪丹及综合解决复杂工程问题的能力；（7）培养终身学习的习惯与能力；（8）具有基本工程伦理认知，尊重多元观点。

二、课程目标与存在的问题

《制造》是面向高校电子科学与技术专业的一门工程技术核心主干课程。本课程主要介绍半导体工艺流程、关键工艺步骤，以及相关领域的新工艺、新设备、新技术，其目标是培养掌握基础理论，熟悉专业知识，了解技术前沿，拓展科技视野，并具有一定工艺设计、分析解决实际工艺问题的电子科学与技术领域应用型工程创新人才。随着电子行业对半导体器件微型化、高频率、大功率、可靠性等要求的提高，半导体科学近几十年的迅猛发展，《制造》内容也随之不断充实，内容繁杂、综合性强、与实际工艺结合紧密。在这样的现实情况下，《制造》课程的教学难度越来越大，主要体现在以下几个方面（1）教学信息量大、课程学时有限，难以合理安排教学进度；（2）工艺设备昂贵，课程实践需求难以满足；（3）理论知识抽象，与实际工业联系不紧密，学生的积极性和创造性难以提高；（4）课程考核形式单一，难以全面检查教学成果。课程教学内容、方法、考核等一系列问题的背后，根本原因是当前《制造》课程的教学模式不尽合理，教学改革势在必行。

三、课程建设思路

一、在“模拟电子技术”课程中的应用

1．1构建知识网络

“模拟电子技术”课程虽然具有器件种类多和电路概念多的特点，但其内容也有内在规律可循。如果教师能够总揽整个课程，对知识系统进行梳理，找出各知识点之间内在的关系，并将这些知识点逐一连接起来，就可以形成思维导图。我们向学生介绍这个利用PPT制作的思维导图时，可作如下解释:电子器件均由半导体材料制成，制造半导体器件用得最多的是硅、锗和砷化镓三种材料。纯净的本征半导体的导电能力是很弱的，利用半导体的掺杂特性可以制成P型和N型两种杂质半导体。把P型半导体和N型半导体用特殊的工艺使其结合在一起，就会在交界处形成一个特殊薄层，该薄层称为“PN结”。二极管实质上就是一个PN结。它的电路符号、伏安特性、主要参数及分析方法，在学习中是必须掌握的基础知识。教材任何一章的内容都能够用类似的思维导图进行总结。学生通过思维导图能更清楚地了解各部分内容及其相互关系，使其具有全局观。这样一来，学生学到的知识才是准确的、完整的和系统的。

1．2实施研讨式教学

在本课程的“功率放大电路”一章中，介绍了功放的一般问题、各种类型功放电路及工作原理。我们创建思维导图时，首先需要绘制的概念以要素形式引入，形成初步的思维导图;然后由学生讨论完成要素间的联系和层次关系，并用有向线段标识要素间联系，说明其理论依据或提供简要的理由。在建立控制系统稳定性的基本思维导图后，进一步引导学生讨论如何解决效率和失真间的矛盾。例如，在由“乙类互补对称功放”导出“甲乙类互补对称功放”时，首先通过Multisim，搭建乙类互补功放的电路，输入信号为正弦波，让学生讨论在示波器上应该看到怎样的波形?如果实验结果表明输出波形出现了交越失真，我们可以问学生这是为什么?如何解决?然后将相关内容引入思维导图。最后要求学生思考:如果要进一步提高效率，应采用什么办法?接着我们引导学生进行发散性研讨，补充思维导图，Ⅲ部分。经过充分的研讨，师生共同完成了功率放大电路的思维导图。在绘制思维导图过程中，学生对功率放大电路的内容会有更深刻的理解。

1．3提高期终复习效率

由于期终复习时间有限，对“模拟电子技术”的复习课应该用思维导图方法来复结。明确知识的层次及各知识点的内在联系，而后将它们有序地组织起来，建立知识体系。这样可以解决本课程内容多的问题，提高复习课的效率。应用思附导图方法进行复习，需要注意如下几点。(1)充分发挥学生自主性，让学生主动参与复习全过程，特别是要让学生参与思维导图的归纳整理的过程，不要用教师的归纳代替学生的整理。应充分体现由学生疏理知识，寻找规律和判断错误，充分调动学生学习的积极性和主动性。(2)体现整门课程内容的系统性原则。由于学生的基础理论知识比较零散，知识间逻辑关系不清晰，缺乏良好的认知结构，结果所做的思维导图是各章思维导图的简单相加。教师要进行有效的引导，由“模拟电子技术”课程的主题—放大电路出发，按专题进行，采用思维导图对所学内容进行梳理。不要限于本章内容，而应突破章节界线，贯通教材前后，理清知识之间的内在联系后，建立其思维导图。这样一来，学生通过框图能展现知识的联系和知识的整体结构。(3)关注知识的迁移训练。复习课不是简单的重复，其最终目的在于培养和提高学生运用知识和解决问题的能力。在复习过程中，我们要加强知识的迁移训练，培养学生举一反三和灵活运用所学知识解决问题的能力。

1新时期下计算机技术的应用

1.1数字处理的应用计算机技术在数字处理中应用的也极为广泛，计算机技术与数字处理技术是相辅相成的。并且计算机技术的应用会涉及到很多的数据、数字处理等功能，因此要与数据处理技术的结合应用才能实现数据、数字处理的功能，数字处理技术也可以说是新时期下计算机技术的基本，两者结合的技术主要还表现在公式分析以及运算的能力。但是，在应用到数字处理技术时，对计算机的硬件技术以及CPU的使用率等结构的运算技术要求都是非常高的，同时这些结构也是计算机的重要组成部分。

1.2半导体技术的应用半导体技术主要是对半导体的集成度进行衡量的技术标准，而在新时期下的计算机技术的发展中，将逐渐的应用到半导体技术对半导体的集成进行衡量，有了计算机技术的加入使半导体的发展更加迅速，尤其是在储存量较大的半导体生产中，表现的更为突出。

1.3移动计算机技术的应用计算机技术在移动计算机领域中也有所突破，与传统的移动不便、受区域限制的计算机相比，现今的计算机不仅打破了区域的限制，在技术上也是传统计算机远远达不到的，新时期计算机技术实现了计算机的微小化、灵活性等特点，是计算机领取发展中不可缺少的重要组成。

1.4并行处理技术的应用并行处理技能在与计算机技术结合之后，可以充分提高计算机的运行效率以及运行速度，可以实现计算机在同一时间内进行多种不同形式的运算。并行处理技术在科技中得到广泛的应用，尤其是分布式计算机系统以及共享存储器的出现，极大的推动了新时期计算机技术的发展。

2新时期计算机技术的改革

2.1教学模式改革从教学角度上讲，新时期计算机技术属于一门新型的学科，不仅要求熟悉掌握相关的理论基础知识，还需要达到相应的实践审核标准，然后才能谈新时期计算机技术的改革和创新的过程。但是，就目前来看，新时期计算机技术的教学模式还处于传统的模式下，依旧存在很多问题，直接阻碍了计算机技术的发展创新与应用。因此，为实现新时期计算机技术的改革，需要从教学模式上进行改革，以理论性知识教学模式为教学基础，在这个基础上结合与互动式学习法进行新时期计算机技术多样化的教学模式，实现最佳的效果。