陳卉　文毅　張華斌　胡云峰（電子科技大學(xué)中山學(xué)院電子信息學(xué)院，廣東中山528402）

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“微電子器件”實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與探索*

陳卉文毅張華斌胡云峰
（電子科技大學(xué)中山學(xué)院電子信息學(xué)院，廣東中山528402）

摘要：微電子器件作為電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的核心課程，是學(xué)生學(xué)習(xí)理解后續(xù)專業(yè)課程的基礎(chǔ)。為了符合學(xué)院應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式的需求，筆者對傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行了改革，引入TCAD仿真軟件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)，學(xué)生能形象直觀的了解器件的制作流程及器件制備過程中相關(guān)參數(shù)對器件電學(xué)，光學(xué)性能的影響；帶學(xué)生參觀電子薄膜與集成器件國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)中山分室，了解有機(jī)器件的制備測試流程。微視頻，翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的引入，不僅提高了學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)課程的積極性，也促進(jìn)學(xué)生更好的理解課程的理論教學(xué)內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：綜合性實(shí)驗(yàn)；工藝流程；器件結(jié)構(gòu)；軟件仿真；有機(jī)器件

Abstract:As a core curriculum of Electronic Science and Technology, microelectronic device is the foundation of learning subsequent professional courses. According to the requests of the personnel training mode of college, the writer trys to reform traditional experimental teaching, introduce TCAD simulation software for experimental teaching so that students can visually understand the production process of the device and effect of device parameters on device electrical and optical properties; The writer brings students to visit Electronic Thin Films and Integrated Devices-State Key Laboratory of Zhongshan branch office to learn preparation and testing process of organic devices. The introduction of micro-video and flipped classroom teaching mode not only increases the enthusiasm of students in active learning course, but also promotes a better understanding of the theoretical teaching.

Keywords:comprehensive experiment; process; device structures; software simulation; organic devices

引言

微電子學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)的課程目的是讓電子與科學(xué)技術(shù)專業(yè)的學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)加深對半導(dǎo)體器件物理與工藝的理解，通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)，深入理解半導(dǎo)體材料的物理特性，器件制備的工藝步驟，工藝條件對器件結(jié)構(gòu)性能的影響，器件結(jié)構(gòu)對器件電學(xué)，光學(xué)性能的影響。實(shí)驗(yàn)課程的開展可以有效提高學(xué)生對微電子器件理論課程的學(xué)習(xí)理解，為設(shè)計(jì)具有特定功能的器件和電路準(zhǔn)備條件。學(xué)院目前傳統(tǒng)的微電子學(xué)實(shí)驗(yàn)課程設(shè)置以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，實(shí)驗(yàn)簡單，實(shí)驗(yàn)設(shè)備少，不利于開展綜合型實(shí)驗(yàn)，也不利于學(xué)生更深入的學(xué)習(xí)理解課程內(nèi)容。因此，對傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行改革是極具意義的。

一、傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目及學(xué)時(shí)改革

微電子學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)授課學(xué)時(shí)40學(xué)時(shí)，共有10個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目[1]，具體如表1所示。

傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖菐椭鷮W(xué)生進(jìn)一步掌握半導(dǎo)體材料的壽命、薄膜厚度的測試方法、測試器件的電流電壓特性、溫度特性、測量器件的開關(guān)時(shí)間、特征頻率等。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)對學(xué)生深入理解理論課程有一定作用，實(shí)驗(yàn)設(shè)置基本以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，實(shí)驗(yàn)難度有限，不利于學(xué)生綜合設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)，另一方面，由于儀器設(shè)備數(shù)量限制，每臺(tái)儀器有4-5個(gè)學(xué)生循環(huán)使用，學(xué)生不能充分利用實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)。因此，筆者經(jīng)過反復(fù)教學(xué)嘗試，提出了如下改革方案，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目依據(jù)課程的相關(guān)性調(diào)整為8個(gè)項(xiàng)目，每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目學(xué)時(shí)縮短到2個(gè)學(xué)時(shí)，調(diào)整后的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目及學(xué)時(shí)分配表如表2所示。

表1　調(diào)整前實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目及學(xué)時(shí)分配表

表2　調(diào)整后實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目及學(xué)時(shí)分配表

為了解決儀器數(shù)量不足，每次實(shí)驗(yàn)課同時(shí)開設(shè)2個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，這樣每臺(tái)儀器人數(shù)可以控制在2人左右。一次課講解2個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，實(shí)驗(yàn)講解時(shí)間太長，學(xué)生容易遺忘，教師需要反復(fù)講解，沒有太多時(shí)間給學(xué)生處理實(shí)驗(yàn)過程中遇到的疑難問題。為了解決這一問題，筆者對每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目原理及操作的講解錄制成微視頻，上傳至學(xué)院數(shù)字化平臺(tái)供學(xué)生下載預(yù)習(xí)，上課的時(shí)候利用多媒體循環(huán)播放，這樣學(xué)生就可以根據(jù)視頻教學(xué)完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，筆者也有足夠的時(shí)間為學(xué)生解答實(shí)驗(yàn)過程中的疑難問題。教學(xué)方式的改革不僅取得了良好的實(shí)驗(yàn)效果，也大大縮短了實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)，作者可以利用剩下的24學(xué)時(shí)開設(shè)TCAD仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

二、TCAD仿真軟件的應(yīng)用

為了提高學(xué)生的綜合設(shè)計(jì)能力，筆者在原來傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上引入了TCAD仿真軟件教學(xué)，TCAD的引入筆者也是逐步實(shí)現(xiàn)的。由于TCAD教學(xué)有一定難度，為了考察學(xué)生的接受程度，筆者開始是借助學(xué)院的開放性實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和課程設(shè)計(jì)平臺(tái)進(jìn)行的。開放性實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)比較充足，筆者可以從基本語法、工藝仿真、器件仿真、器件-電路混合仿真逐步教學(xué)[2]，學(xué)生基本能掌握器件設(shè)計(jì)仿真流程。學(xué)院開設(shè)了集成電路工藝基礎(chǔ)課程，集成電路工藝基礎(chǔ)16學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)完成了TCAD單項(xiàng)工藝部分教學(xué)。微電子實(shí)驗(yàn)課程TCAD部分教學(xué)只用8個(gè)學(xué)時(shí)完成軟件環(huán)境，基礎(chǔ)語法教學(xué)和單項(xiàng)工藝（離子注入、擴(kuò)散、刻蝕、外延、淀積等）重復(fù)教學(xué)。16學(xué)時(shí)完成N型場效應(yīng)晶體管及PIN結(jié)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，電學(xué)、光學(xué)仿真[3]。微電子綜合實(shí)驗(yàn)的教學(xué)為學(xué)生進(jìn)一步的器件跟電路設(shè)計(jì)做好了準(zhǔn)備，部分學(xué)生可以利用課程設(shè)計(jì)，畢業(yè)設(shè)計(jì)平臺(tái)等翻轉(zhuǎn)課堂模式，更深入全面的學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)。TCAD的引入，學(xué)生能直觀清楚的看到器件的制作流程，器件結(jié)構(gòu)對器件電學(xué)、光學(xué)性能的影響，相對于傳統(tǒng)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣更為濃厚，教學(xué)效果也明顯提高。TCAD教學(xué)項(xiàng)目及學(xué)時(shí)安排如表3所示，后續(xù)可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況調(diào)整教學(xué)內(nèi)容。

三、開展課外實(shí)踐教學(xué)

學(xué)院近兩年建立了電子薄膜與集成器件國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)中山分室。筆者在實(shí)驗(yàn)過程中，會(huì)分批次請學(xué)生參與到有機(jī)器件的制備過程中，讓學(xué)生直觀看到器件的制備過程，了解不同的薄膜制備工藝（真空蒸鍍法、磁控濺射、旋涂等），掌握器件電學(xué)，光學(xué)測量儀器的使用方法，掌握器件電學(xué)參數(shù)（遷移率、溝道電阻、電流開關(guān)比、閾值電壓、擊穿電壓等[4]），器件光學(xué)參數(shù)（光強(qiáng)、光譜、透光率等）測量方法及物理意義，觀察有機(jī)薄膜形貌，測量有機(jī)薄膜厚度等。學(xué)生可以很明確的知道理論教學(xué)對實(shí)踐的指導(dǎo)意義，為學(xué)生后續(xù)學(xué)習(xí)提供了更廣闊的平臺(tái)。

表3　 TCAD教學(xué)項(xiàng)目及學(xué)時(shí)分配

微電子學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)的改革，引入微視頻，翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式，彌補(bǔ)了課堂授課學(xué)時(shí)的不足，在傳統(tǒng)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，引入綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，不僅提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，為培養(yǎng)具備一定器件及電路設(shè)計(jì)能力人才提供了基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介：陳卉（1981-），女，講師，碩士，主要從事微電子專業(yè)課程教學(xué)與研究。

*基金項(xiàng)目：電子科技大學(xué)中山學(xué)院教研基金（ZJY201501-35）資助。

中圖分類號：G642

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：2096-000X（2016）01-0118-02