半导体理论范文

半导体理论范文第1篇

在20世纪70年代末，有三位科学家首次发现，之前一直被认为不导电的聚合物，在某些特定的情况下也能导电，他们因此摘得2000年诺贝尔化学奖的桂冠。自此，科学家们一直希望利用聚合物难得的电学属性，制造出弯曲后不会破碎的电子设备。

然而，在使用聚合物半导体进行实验时，这些柔性材料展示出了“反常的输送行为”，也就是说，电子流过系统各部分的速度并不一致。对此，最新研究的领导者、斯坦福大学化学工程学教授安德鲁·斯帕克微兹表示：“塑料或聚合物能被很好地弯曲或拉伸，但在分子尺度上，其像一碗意大利面，与各式各样的硅和其他无机半导体结构相比，这种结构更加不一致。这种不统一的结构对于聚合物半导体的导电属性具有重要影响。”

斯帕克微兹和加州大学的洛德利格·诺列加、斯坦福大学材料科学和工程学教授阿尔伯托·塞列欧制造出了首块包含有这种分子尺度的多相结构的理论模型，他们希望借此理解、预测并提升半导体聚合物的导电性能。

借用这一模型，研究人员发现，聚合物半导体不同组成部分的导电速率不一样。他们解释称，这种速率的多样性取决于聚合物的组成部分是像一碗意大利面一样混杂在一起，还是即使被弯曲也仍如高速公路上的车道一样比较平直。换句话说，这种使塑料和其他聚合物能够弯曲的纠缠结构也削弱了其导电能力。

新模型也使人们能更好地理解聚合物半导体的柔韧性和导电能力如何达到均衡。另外，研究人员也给出了一个简单的算法，告诉科学家们如何控制制造聚合物的过程，并据此设计出电学性能获得改善的材料。

半导体理论范文第2篇

关键词：半导体物理；教学改革；教学效果

作者简介：刘德伟（1979-），男，河南濮阳人，郑州轻工业学院物理与电子工程学院，讲师；李涛（1977-），男，河南淮阳人，郑州轻工业学院物理与电子工程学院，讲师。（河南 郑州 450002）

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）34-0085-02

半导体物理是半导体科学的理论基础，是电子科学与技术、微电子学等专业重要的专业基础课，其教学质量直接关系到后续课程的学习效果以及学生未来的就业和发展。然而，由于半导体物理的学科性很强，理论较为深奥，涉及知识点多，理论推导繁琐，学生在学习的过程中存在一定的难度。因此，授课教师必须在充分理解半导体物理，熟悉半导体工艺和集成电路设计的基础上，结合教学实际中存在的问题，优化整合教学内容，丰富教学手段，探索教学改革措施，培养学生的学习兴趣，提高半导体物理课程的教学质量。

一、半导体物理课程特点及教学中存在的主要问题

郑州轻工业学院采用的教材为刘恩科主编的《半导体物理学》（第七版，电子工业出版社），该教材是电子科学与技术类专业精品教材。[1]结合教材特点与教学实践，半导体物理课程教学过程中存在的主要问题与不足[2]可归纳如下：

1.教材内容知识点多，理论性强

半导体物理课程前五章为理论基础部分，主要讲述了半导体中的电子状态、杂质和缺陷能级、载流子的统计分布、半导体的导电性与非平衡载流子，在此基础上阐述了电子有效质量、费米能级、迁移率、非平衡载流子寿命等基本概念；分析了状态密度、分布函数、载流子浓度以及迁移率与杂质浓度、温度的关系。课程涉及理论知识较深，易混淆知识点较多，数学公式推导复杂，很多基本概念及数学公式要求学生掌握量子力学、固体物理、热力学统计物理和高等数学等多门基础学科的理论知识。因此，学生在前期学习中，在相关知识点上难以衔接，对相关理论的掌握存在一定困难。

2.传统教学模式难以理论联系实际

半导体物理课程后八章主要介绍了半导体基本器件的结构与性能，半导体的光、电、热、磁等基本性质。如pn结电流电压特性及电容、击穿电压与隧道效应、肖特基接触与欧姆接触；半导体表面与MIS结构、表面电场对pn结性能的影响；半导体异质结构及半导体激光器等。由于这部分内容主要阐述半导体的实际应用，仅仅从课本上学习相关知识，难以理论联系实际，对于没有接触过半导体制备工艺的学生而言，就会觉得内容枯燥，课堂乏味。

3.教材内容无法追踪科技前沿

现代半导体技术日新月异，发展迅速，例如在半导体照明、半导体激光器、探测器、太阳能电池等领域都获得了重大研究成果，研究领域不断拓展，新的理论不断涌现，与化学、医学、生物等学科之间的交叉和渗透越来越强，极大地丰富了半导体物理的教学内容。而半导体物理教材内容的更新相对较慢，因此，如何在有限的课时内既要讲授教材内容，又要穿插相关科技前沿是一个值得深入探讨的问题。

二、半导体物理课程教学改革措施

基于以上分析，半导体物理课程对授课教师要求较高，如何在有限的课堂教学过程中将大量的知识讲解清楚，需要教师积极探索新的教学模式，针对课程特点与教学现状，通过不断实践克服存在的问题与不足，采用多样化的教学手段，优化整合教学内容，狠抓教学环节，使学生较好地理解并掌握相关知识，为后续课程的学习打下良好的基础。[3]

1.优化整合教学内容

由于现代半导体技术发展极为迅速，研究方向不断拓展，相关知识更新较快。因此，授课教师应与时俱进，关注科技前沿与研究热点，合理安排教学内容。结合电子科学与技术专业其它课程的教学内容，在保持课程知识结构与整体系统性的同时，对教学内容进行合理取舍，压缩与其他课程重叠的内容，删除教材中相对陈旧的知识，密切跟踪科技前沿与研究热点，适当增加新的理论，补充重要的半导体技术发展史，激发学生的学习热情，培养学生的科学精神。例如压缩教材中第一章固体物理课程已经详细讲解过的能带理论内容，将授课时间由原来的8学时压缩至6学时；在讲解半导体光学特性时，结合半导体光电子学的研究前沿，增加该部分内容所涉及的研究领域与最新技术，如半导体超晶格、量子阱等方面的内容；在讲述MIS结构的C-V特性时，补充C-V特性的研究意义，介绍半导体表面特性对集成芯片性能的影响，鼓励学生查阅总结利用C-V特性研究半导体表面的方法；在讲授半导体元器件的结构及性能时，适当补充半导体器件的制备工艺，播放一些半导体器件的制备视频，让学生结合某种半导体器件分析其结构与性能；在讲解半导体异质结构时，先让学生了解pn结种类，然后对比同质结与异质结的异同，最后让学生掌握异质结的电流电压特性，通过增加半导体激光器的发展史，即从第一支同质结半导体激光器只能在低温下发射脉冲激光到现在的异质结激光器的优异性能，让学生充分认识到半导体物理是现代半导体技术发展的理论基础，是科技创新的力量源泉。通过介绍科技前沿与研究热点，指导学生查阅相关文献，扩大学生的知识面，提高学生学习的积极主动性。

2.突出重点，分化难点，强调基本概念与物理模型

半导体物理课程涉及到的基本概念和物理模型较多，仅凭教材中的定义理解这些概念和模型，学生很难完全掌握。在讲解深奥的物理模型时，教师应运用恰当的类比，通过生动形象的事例对比分析，加深学生对物理模型的理解，增加学生的学习兴趣。例如教材中半导体载流子浓度的计算既是难点又是重点，学习中涉及到状态密度、玻尔兹曼分布函数、费密分布函数以及载流子浓度等为较容易混淆的概念。为了帮助学生理解，教师可以通过教学楼里面的学生人数与半导体中的电子数目进行类比：不同楼层的教室对应不同的能带，教室座位数对应能态的数目，教室的学生人数就相当于半导体中的电子数目，这样，计算半导体电子浓度的问题就与计算教室单位空间内学生人数的问题非常类似。通过这种生动形象的类比，学生很容易明白半导体中的能态密度就相当于教室单位空间的座位数，而半导体中的电子在能级上的占据几率就对应于教室内学生的入座情况。半导体中的电子在能级上的占据概率需要满足波尔兹曼分布函数或费米分布函数，而分布函数的确定取决于费米能级的位置，当分布函数确定后，单位能量间隔内的电子数目就可以通过简单的微积分计算出来。

另外，半导体物理课程中理论推导和数学上的近似处理较多，繁琐的公式推导增加了学生对物理模型的理解。如果教师在教学过程中能适当地把物理模型和公式推导分开，正确处理两者之间的关系，分别从物理和数学两方面寻找攻克这些难点的途径，使学生在彻底理解物理模型的基础上掌握理论推导。例如教材中有关n型半导体载流子浓度的内容安排如下：首先根据杂质半导体的电中性条件，推导出一个包含费米能的表达式，然后根据杂质电离情况分为低温弱电离区、中间电离区、强电离区、过渡区以及高温本征激发区，最后再根据不同电离区的特点进行讨论与近似处理。所涉及到的物理模型相对简单，但分区讨论和近似处理部分篇幅较长。如果运用传统教学模式，学生很容易沉浸在复杂的数学公式推导之中，难以透彻理解物理模型。如果教师在授课过程中先让学生了解该部分内容的整体安排，理解物理模型，再分析各温区的主要特点，最后总结规律，通过数学推导得出结论，就能很好地提高教学效果。

3.温故知新，适时比较，加强各章节之间的联系

对于课堂上刚刚讲授过的知识，学生并不一定能够完全掌握，此时教师应该结合半导体物理课程的特点，在教学过程中做到温故知新，适时比较，加强不同章节之间知识点的联系。例如pn结是半导体器件的基本单元，如日常生活中常见的激光器、LED、整流器、调制器、探测器、太阳能电池等。在讲授该章内容时，如果教师以pn结为主线将教材中不同章节之间的内容有机联系起来，学生就会从整体上进一步了解半导体物理课程的教学内容。只有在教学过程中不断加强各章节知识点之间的联系，学生才能完全掌握半导体器件的基本原理，为以后从事半导体行业打下坚实的基础。再如所选教材中有关半导体载流子浓度的计算，分为非简并半导体和简并半导体两种情况。在讲述后者时，教师通过对比分析非简并半导体和简并半导体在概念上有何异同，再引导学生比较简并半导体与非简并半导体载流子浓度的计算公式，学生就会意识到二者的主要区别就是分布函数不同，在计算简并半导体载流子浓度时，虽然分布函数替换后导致积分变复杂，但只是数学处理的方法不同，两者的物理思想却完全一致。通过这样的比较学习，学生对非简并半导体与简并半导体以及玻尔兹曼分布函数与费米分布函数的理解就会更加深入。

三、结束语

通过以上教学改革措施，培养了学生的学习兴趣，增加了学生的学习积极性，提高了半导体物理课程的课堂教学效果，为学生后续专业课程的学习奠定了扎实的基础。

参考文献：

[1]刘恩科，朱秉升，罗晋生.半导体物理学[M].北京：电子工业出版社，2011.

[2]马，孙一翎，沈为民，等.“半导体物理”重点课程建设与教学探讨[J].科技信息，2009，（5）：139.

半导体理论范文第3篇

关键词：材料科学 半导体物理 教学模式 学案导学

中图分类号：G64 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）11（c）-0181-02

半导体物理学是以半导体中原子状态和电子状态以及各种半导体器件内部电子运动过程为研究对象的学科，是固体物理的一个重要组成部分，凝聚态物理的一个活跃分支[1]。半导体物理学是一门公认的难教、难学的课程，为了提高半导体物理学的教学质量，相关院校的教师们提出了许多有益的建议和有效的方法，如类比学习法[2]、多媒体教学法、市场导向法[3]等。基于提高课堂效率、改善半导体物理学课程的教学效果的目标，作者在乐山师范学院材料科学工程专业（光伏方向）的半导体物理学的教学中，对传统的课堂教学模式进行改革，在半导体物理学的课堂教学中采用“学案导学”教学模式，该文就“学案导学”教学模式在乐山师范学院材料科学工程专业（光伏方向）的半导体物理学课程教学实践作一简述，供同行参考。

1 半导体物理学课程教学模式改革的必要性和迫切性

传统半导体物理学的主要内容包含半导体的晶格结构、半导体中的电子状态、杂质和缺陷能级、载流子的统计分布、非平衡载流子及载流子的运动规律、p―n结、异质结、金属半导体接触、表面及MIS结构等半导体表面和界面问题以及半导体的光、热、磁、压阻等物理现象[4]。但是近年来半导体物理发展迅猛，新现象、新理论、新的研究领域不断涌现。上世纪50～60年代，属于以固体能带理论、晶格动力学理论、金属―半导体接触理论、p-n结理论和隧道效应理论为主的晶态半导体物理时代；70～80年代则形成半导体超晶格物理、半导体表面物理和非晶态半导体物理三足鼎立的格局；90 年代以后，随着多孔硅、C60以及碳纳米管、纳米团簇、量子线与量子点微结构的兴起，纳米半导体物理的研究开始出现并深化；现在，以GaN为主的第三代半导体、有机聚合物半导体、光子带隙晶体以及自旋电子学的研究，使半导体物理研究进入一个新的里程[5]。

半导体物理学是材料科学工程专业（光伏方向）的核心专业课程，是太阳能电池原理等后续专业课程的基础。它是一门理论性较强同时又和实践密切结合的课程。要透彻学习半导体物理学，既要求有较强的数学功底，熟悉微积分和数理方程；又要求有深厚的物理理论基础，需要原子物理、统计物理、量子力学、固体物理等前置课程作为理论基础。由于材料科学工程（光伏方向）培养目标侧重于培养光伏工程专业技术人才，而不是学术型的研究人才，在课程设置方面有自己的独特要求，学生在学习半导体物理之前，没有系统学习过数学物理方程、量子力学、固体物体、统计物理等专业课程，所以理论基础极其薄弱，这给该门课程的教学带来极大的困难和挑战。而且半导体物理的理论深奥，概念多，公式多，涉及知识范围广，理论推导复杂，沿用“教师讲学生听”的传统课堂教学模式，学生学习兴趣不高，直接的结果就是课程教学质量较低，教学效果不好，学生学习普遍被动。面对发展迅猛的半导体物理和目前教学现状，如果不对“教师讲、学生听”的半导体物理学的课堂教学模式进行改革，难以跟上形势的发展。为此教师要在半导体物理学教学中采用了“学案导学”教学模式。

2 “学案导学”导学教学模式在半导体物理课程教学中的实施过程

“学案导学”教学模式由“学、教、练、评”四个模块构成。“学”，就是学生根据教师出示的教学目标、教学重点、教学难点，通过自学掌握所学内容。“教”，就是教师讲重点、难点、讲思路等。“练”，就是通过课堂训练和课后练习相结合，检验学习效果。“评”，就是通过教师点评方式矫正错误，总结方法，揭示规律。“学案导学”教学模式相对于传统教学模式的改革绝不是一蹴而就的课堂教学形式的简单改变，而是一项复杂的系统工程，包括教学模式的总体目标确定、教学内容的重新构建、导学案的编写、课堂教学过程的实施。

2.1 半导体物理学“学案导学”教学模式总体目标的确定

半导体物理学课堂教学模式创新的总体目标是：以材料科学工程专业（光伏方向）人才培养方案和半导体物理学课程教学大纲依据，以学生为主体，以训练为主线，以培养学生的思维方式、创新精神和实践能力为根本宗旨，倡导自主、合作、探究的新型学习方式，构建自主高效的课堂教学模式；注重学生的主体参与，体现课堂的师生互动和生生互动，关注学生的兴趣、动机、情感和态度，突出学生的思维开发和能力培养；针对学生的不同需求，实行差异化教学，面向全体，分层实施。

2.2 根据人才培养方案构建合理有效的教学内容

半导体物理学的教材种类较多，经典教材包括：黄昆、谢希德主编的《半导体物理》（科学出版社出版）；叶修良主编《半导体物理学》（高等教育出版社出版）；刘恩科、朱秉生主编《半导体物理学》（电子工业出版社出版）。该校教研组经过认真分析，选择刘恩科主编的《半导体物理学》第7版作为教材，该书内容极其丰富，全书共分13章，前五章主要讲解晶体半导体的结构、电子的能带、载流子的统计分布、半导体的导电性、非平衡载流子理论等基础知识，第6章讲PN结理论，第7章讲金属和半导体的接触性能、第8章讲半导体的表面理论、第9章讲半导体的异质结构，第10、11、12章讲解半导体的光学性质、热电性质、磁和压电效应，第13章讲解非晶态半导体的结构和性质；该教材理论性很强，有很多繁杂的数学推导，要真正掌握教材所讲内容，需要深厚的数学功底和物理理论功底。该校材料科学工程专业（光伏方向）立足于培养光伏工程的应用型人才，学生理论功底较为薄弱，故我们对理论推导不做过高的要求，但对推导的结果要形成定性的理解。具体要求学生掌握半导体物理学的基本理论、晶体半导体材料的基本结构、半导体材料基本参数的测定方法。根据人才培养方案的要求，我们确定的主要理论教学内容有：（1）半导体中的电子状态；（2）半导体中的杂质和缺陷能级；（3）半导体中载流子的统计分布；（4）半导体的导电性；（5）非平衡载流子理论；（6）PN节；（7）金属和半导体接触；（8）半导体表面理论。对半导体的光学性质、热电性质、磁和压电效应以及非晶态半导体不做要求。在课程实践方面我们开设四个实验：（1）半导体载流子浓度的测定；（2）少数载流子寿命的测量；（3）多晶硅和单晶硅电阻率的测量；（4）PN节正向特性的研究和应用。

2.3 立足学生实际精心编写导学案

“导学案”是我们指导学生自主学习的纲领性文件，对每个教学内容都精心编写了“导学案”。“导学案”主要包括每章节的主要内容、课程重点、课程难点、基本概念、基本要求、思考题等六个方面的内容。以“半导体中的电子状态”为例，我们编写的导学案如下：

2.3.1 本节主要内容

原子中的电子状态：

（1）玻耳的氢原子理论；（2）玻耳氢原子理论的意义；（3）氢原子能级公式及玻耳氢原子轨道半径；（4）索末菲对玻耳理论的发展；（5）量子力学对半经典理论的修正；（6）原子能级的简并度。

晶体中的电子状态：

（1）电子共有化运动；（2）电子共有化运动使能级分裂为能带。

半导体硅、锗晶体的能带：

（1）硅、锗原子的电子结构；（2）硅、锗晶体能带的形成；（3）半导体（硅、锗）的能带特点

2.3.2 课程重点

（1）氢原子能级公式，氢原子第一玻耳轨道半径，这两个公式还可用于类氢原子。（今后用到）

（2）量子力学认为微观粒子（如电子）的运动须用波函数来描述，经典意义上的轨道实质上是电子出现几率最大的地方。电子的状态可用四个量子数表示。

（3）晶体形成能带的原因是由于电子共有化运动。

（4）半导体（硅、锗）能带的特点：

①存在轨道杂化，失去能级与能带的对应关系。杂化后能带重新分开为上能带和下能带，上能带称为导带，下能带称为价带。

②低温下，价带填满电子，导带全空，高温下价带中的一部分电子跃迁到导带，使晶体呈现弱导电性。

③导带与价带间的能隙（Energy gap）称为禁带（forbidden band），禁带宽度取决于晶体种类、晶体结构及温度。

④当原子数很大时，导带、价带内能级密度很大，可以认为能级准连续。

课程难点：原子能级的简并度为（2l+1），若记入自旋，简并度为2（2l+1）；注意一点，原子是不能简并的。

基本概念：电子共有化运动是指原子组成晶体后，由于原子壳层的交叠，电子不再局限在某一个原子上，可以由一个原子转移到另一个原子上去。因而，电子将可以在整个晶体中运动，这种运动称为电子的共有化运动。但须注意，因为各原子中相似壳层上的电子才有相同的能量，电子只能在相似壳层中转移。

基本要求：掌握氢原子能级公式和氢原子轨道半径公式；掌握能带形成的原因及电子共有化运动的特点；掌握硅、锗能带的特点。

思考题：（1）原子中的电子和晶体中电子受势场作用情况以及运动情况有何不同，原子中内层电子和外层电子参与共有化运动有何不同。（2）晶体体积的大小对能级和能带有什么影响。

2.4 以学生为主体组织课堂教学

在每次上课的前一周，我们将下周要学习的内容的导学案印发给学生，人手一份，让学生按照导学案的要求先在课余时间提前预习，对一些基本概念要有初步的理解，对该课内容要形成基本的认识。比如，我们在学习“半导体中的电子状态”这一内容时，要求学生通过预习要清楚：孤立原子中的电子所处的状态是怎样的；晶体中的原子状态又是怎样的；半导体硅、锗的能带有何特点。在课堂教学中我们的教学组织程序是一问、二讨论、三讲解、四总结。一问，是指通过提问，抽取个别同学回答问题，了解学生的自主学习情况。二讨论是指让同学们就教师提出的问题开展自主深入的讨论。例如就晶体中电子的状态这一问题，让学生讨论什么是共有化运动；电子的共有化远动是如何产生的；电子的共有化运动有何特征；电子的共有化运动如何使能级分裂为能带。让学生畅所欲言，充分发表自己的意见，教师认真聆听，发现学生的错误认识，为下一步的讲解做好准备。三讲解是指就三个方面的知识进行讲解，其一是就学生讨论过程中的错误认识和错误观点及时的纠正；其二是对学生不具备的理论知识进行补充讲解，例如学生不具备量子力学基础，就要给学生补充讲解量子力学认为微观粒子（如电子）的运动须用波函数来描述，经典意义上的轨道实质上是电子出现几率最大的地方，电子的状态可用四个量子数表示；其三是就难点进行讲解，比如原子能级的简并度，学生理解起来较为困难，就需要教师深入细致地讲解；四总结就是归纳本堂课要掌握的重点知识，那些基本概念必须掌握，那些基本公式必须会应用。

3 “学案导学”教学模式在半导体物理课程教学中有效性的评价

在乐山师范学院材料科学工程专业（光伏方向）的2011级、2012级三个班半导体物理学的教学中，采用“学案导学”教学模式，取得了良好的教学效果。这体现在以下三个方面：一，学生养成了在课前自主学习的良好习惯，在课堂上积极参与讨论，活跃了思维，激发了学生的学习热情；二，学生带着问题上课，澄清了很多模糊的认识，极大地提高了学习效率；三，从考试成绩看，优秀率和合格率大幅度提高，表明学生对半导体物理学的基本理论、对半导体材料的基本特性、对半导体材料参数的测试方法均有较好的掌握。这说明学案导学教学模式在半导体物理学的教学中是成功的。

参考文献

[1] 马，孙一翎，沈为民.“半导体物理”重点课程建设与教学探讨[J].科技信息，2009（5）.

[2] 江锡顺.提高应用型本科院校半导体物理教学质量的方法研究[J].滁州学院学，2011，13（5）.

[3] 汤乃云.微电子专业“半导体物理”教学改革的探索[J].课程教材改革，2012，13（31）.

[4] 刘恩科，朱秉升，罗晋生.半导体物理学[M].北京：电子工业出版社，2008.

半导体理论范文第4篇

关键词：半导体物理；教学改革；创新型人才

中图分类号：G640 文献标识码：A 文章编号：1002-4107（2017）04-0077-02

“半导体物理”是微电子科学的理论基础，是电子科学与技术、微电子科学与工程、集成电路设计等专业的主干课之一，本n程的学习对学生深入掌握专业基础知识和增强解决实际问题的能力影响深远[1-2]。一方面半导体物理内容广、概念和物理模型多，理论性和系统性均较强；另一方面该学科日新月异，新概念、新技术层出不穷。而传统的“半导体物理”教学内容缺乏对半导体物理前沿研究成果和研究方向的介绍，且教学方法单一，不利于高素质创新型人才的培养。我们结合教学实际中存在的问题，优化整合教学内容，丰富教学手段，改革考核形式，提高教学质量，以满足专业自身发展和创新型人才培养的要求。

一、“半导体物理”课程及教学现状

西安科技大学“半导体物理”课程采用的教材为刘恩科等主编的《半导体物理学》（第七版，电子工业出版社），该教材是普通高等教育“十一五”部级规划教材，电子科学与技术类专业精品教材[3]。综合教学实践与教材特点，对“半导体物理”课程的特点以及教学过程中存在的主要问题归纳如下。

（一）教材内容知识点多理论性强，传统教学模式难以理论联系实际

“半导体物理”课程内容主要分为三大部分：第一部分为半导体的基本知识和性质，主要讲述半导体中的电子状态、半导体中的杂质和缺陷能级、半导体中载流子的统计分布、半导体的导电性、非平衡载流子；第二部分为与半导体器件结构相关的接触现象，主要包括p-n

结、金属和半导体的接触、半导体表面与MIS结构、半导体异质结构等；第三部分为半导体的一些特殊效应，如半导体的光、电、热、磁等基本性质。课程涉及内容广、概念多，易混淆知识点较多，物理模型推导复杂，要求学生在前期学习中掌握量子力学、热力学与统计物理学以及固体物理等多门基础学科的理论知识。因此，学生在学习中，在相关知识点上难以衔接，对相关理论的掌握存在一定困难。另外第二、三部分的内容主要阐述半导体的实际应用，仅仅从课本上学习相关知识，难以理论联系实际，对于没有接触过半导体器件以及集成电路制备工艺的学生而言，就会觉得课堂教学枯燥、乏味。

（二）教材内容无法追踪科技前沿，不利于学生创新能力的培养

现代微电子技术发展迅速，与磁学、生物医学等学科之间的交叉和渗透越来越强，研究领域不断拓展，新的理论不断涌现[4]，而“半导体物理”教材内容的更新相对较慢，对半导体物理前沿的新动态、新成果、新概念介绍得不够。因此，如何在有限的课时内既要讲授教材内容，又要穿插相关科技前沿是一个值得深入探讨的问

题。另外传统的教学方法单一，不利于学生解决问题能力的培养及创新能力的培养。为了培养和造就高素质的创新型人才，“半导体物理”教学改革也势在必行。

二、“半导体物理”教学改革探索与实践

从上面的分析可以看出，“半导体物理”理论性强、内容丰富、体系庞大，是一门理论与应用相结合的课程。传统的“半导体物理”课程教学方法单一、教学内容对半导体物理前沿研究成果和研究方向的介绍不够，不利于学生创新能力的培养，因此如何在教学过程中激发学生的学习兴趣，使学生在深刻地理解半导体物理相关基础知识的同时，了解半导体物理前沿研究成果和研究方

向，实现半导体物理基础理论学习与培养创新意识的有机统一，需要教师积极探索新的教学模式。

（一）注重课程建设

对传统的“半导体物理”教学内容进行整合，引入半导体物理领域某些前沿研究成果，实现教学内容的创新，是“半导体物理”教学改革的突破口。现代教育是培养人的综合素质的教育。培养适应当前科技进步、社会经济发展、日益激烈的国际竞争要求的和具有创新精神、创新能力的人才，是大学教育的中心任务。因此，在课程教学改革中在保持课程知识结构与整体系统性的同时，合理安排教学内容，在注重课程的“基础性和应用性”的同时，密切跟踪本学科科技前沿与研究热点，在教学中结合相关内容引入对微电子技术未来发展方向的介绍，适当增加新的理论，补充增加关于微电子技术及产业的起源、现状和发展趋势的内容。由于“半导体物理”教学中对半导体物理特性的分析采用经典物理与量子理论相结合的方式，我们在教学中充分利用半导体物理基础理论的这一特点，在进行与量子效应相关内容的教学时，引入对诸如自旋场效应晶体管（SpinFET）、单电子晶体管等新概念器件和量子效应器件的介绍。在教学中通过对半导体物理前沿研究成果和研究方向的介绍，为学生创新活动注入动力；同时结合微电子科学技术进步和产业发展使学生认识到扎实的半导体理论基础是创新的基础，从而深化学生对该门课程重要性的认识，激发学生的学习热情。

（二）创新教学方法

1.采用教师讲授为主，学生讨论为辅的教学方式。课堂讲授始终围绕教学大纲，抓住核心，突出重点和难点；重点、难点的教学内容，要精讲，突出背景、主线、难点要点剖析到位；讨论采用教师积极引导、学生自由发言和章节做小结等形式；对于课程中的一般内容，通过安排学生自学、给思考题，培养学生自学能力；开展学科进展讲座，让了解学生微电子学科前沿及发展动态。引导学生从期刊、网上获取学科发展信息。

2.加强实践教学环节。根据微电子学科发展的特点进行了认真的改革和设计，加大了实验实践环节，开展专业工具训练，组织了包括半导体新材料与新结构器件创新组、模拟数字集成电路设计创新组、电力电子技术创新组等兴趣小组。通过这些小组，在指导教师的指导下，学生结合所学专业知识和专业发展动态，凝练研究方向，采用仿真与实验相结合的方式开展相应的科研创新实践活动，学生对科研创新实践活动的兴趣提高了，而且在这些实实在在的科研创新实践活动中，学生发现问题，通过自学和合作解决问题的能力得到了锻炼，学生在实践环节中加深了对理论基础知识的理解，达到在创新活动中提高创新意识和创新能力的目的。

（三）改革教学手段

充分利用现代多媒体教育技术生动、形象等特点，突出“半导体物理”课程的重点、难点，注重内容的动静结合、快慢相宜，课程团队将多年的教学积累和资源系列化、精品化，编写、制作并完善了全部电子教案和多媒体课件，在教学过程中通过动态嵌入反映抽象物理过程与原理的动画，使抽象的物理概念c物理模型形象化，弥补了传统课堂教学的不足，在提高教学效果方面取得了良好的效果。

（四）优化考核形式

为了能使考核方式体现在“半导体物理”教学的全过程中，我们采用了问题讨论、习题练习、实践实验评测以及闭卷考试等全方位的考核方式，形成既注重理论基础的考核，又体现能力培养教学目标的分层次综合考核体系。这使得闭卷考试成绩所占比例由过去的不少于70%，逐步向少于50%的目标靠近。

1.重视平时考查和综合训练。在学完每章节之后，均给出和重点难点知识点相关的思考题；通过随堂练习，测试学生的课堂掌握程度；结合对半导体物理的介绍，要求学生查阅相关文献，完成一篇小论文。通过把以上这些多形式的考查记入学生的平时成绩，在实现督促学生及时消化所学知识点的同时，培养学生独立思考以及收集处理信息的能力。

2.增加实验实践考核环节。把专业工具训练考核以及科研创新实践活动与课程内容学习相结合，例如通过仿真模拟和实验测试，加深学生对半导体材料及器件结构相关接触概念的理解，既考核了学生对基本知识的理解和掌握程度，还培养了学生对专业工具的使用，有助于锻炼和培养学生的创新能力。这些灵活多样的考核，不仅能够比较全面地反映学生的水平，还有利于激发学生学习“半导体物理”的热情，培养学生的创新能力，从而促进教学质量的提高。

“半导体物理”是一门介于理论与实践之间的课程，经过多年的微电子专业“半导体物理”课程教学实践，我们针对“半导体物理”教学中存在的主要问题，通过调整教学内容，改革考核形式，及时补充微电子科技前沿知识，并基于“以教师为主导，以学生为主体”的指导思想，采用互动式教学方式，并借助于多媒体技术及网络交流平台等手段，结合实验实践教学以及创新小组和各层级的大学生创新项目，实现教学质量和教学效果的提高。但“半导体物理”教学改革是一项复杂的工程，涉及诸多方面，要使之真正跟上当今微电子科技飞速发展的要

求，培养出合格的高素质创新型人才，还需广大微电子专业教育工作者做更多的研究和探索。

参考文献：

[1]胡云峰.半导体物理启发式教学改革探讨[J].科教导

刊：上旬刊，2013，（3）.

[2]刘德伟，李涛.半导体物理课程教学改革探讨[J].中国

电力教育，2013，（34）.

[3]刘恩科，朱秉生，罗晋生.半导体物理学[M].北京：电子

工业出版社，2012：3.

[4][美]S.M.Sze，Kwok K.Ng；耿莉，张瑞智译.半导体器件

半导体理论范文第5篇

关键词 半导体物理学 教学 “点-线-面”的板书设计思路

中图分类号：G424 文献标识码：A

0 引言

半导体物理学是研究半导体的基本物理性质、晶体结构和结合以及研究方法的科学。其内容涉半导体中的电子状态即能带结构、杂质和缺陷的影响、电子在外电场和外磁场作用下的输运过程、半导体的光电和热电效应、半导体的表面结构和性质、半导体与金属或不同类型半导体接触时界面的性质和所发生的过程、各种半导体器件的作用机理和制造工艺等[1-4]。从上面列举的半导体物理学研究内容可以看出，半导体物理学是一门理论与实践密切相关的课程。研究半导体中的电子状态是以固体电子论为基础，但是由于学时所限，在半导体物理学的教学过程中这些有关理论不可能像固体物理学中讲述得那样系统和详细，加之学生知识基础不一，这些理论知识的讲授一直是教师难教，学生难学的教学难点之一。因此怎么讲授这些内容是一个非常值得探讨的问题。文献[5]提出好的板书有助于教师阐述和讲解教学内容，使学生容易接受。文献[6]提出精心设计的板书不仅能够锻炼学生的主动思考能力，培养他们的逻辑思维，还能降低双语教学的语言障碍，从而大大提高课堂教学的质量与效率。文献[7-8]提出了板书与多媒体相结合的教学方式以确保提高课堂教学质量。文献[9]提出板书的两种方法：对比板书和归纳推理板书。文献[10]总结了物理课堂教学中的四种板书形式：“要点式”、“结构式”、“表格式”和“框图式”。文献[11]讨论了板书的四种组织形式：大纲式、问题式、比较式和复结式。

本文首先提出了“点-线-面”的板书设计思路，然后举例说明，最后总结“点-线-面”的板书设计思路的教学效果。

1 板书设计思路

针对半导体物理知识的特点，为了让学生能通过直观的板书明白半导体物理知识，因此本文提出“点-线-面”的板书设计思路。“点-线-面”的板书设计思路分三个步骤，分别是知识“点”分解、形成知识“线”和板“面”规划。

步骤一：知识“点”分解

半导体物理涉及很多理论知识，比如能带理论，复合理论等等；这些理论又由若干知识点组成，比如直接复合理论包括热平衡状态和非平衡状态两个知识点，热平衡状态又包括产生过程和复合过程两个知识点等等。因此本文的板书设计思路首先是分解出所有的知识“点”。

步骤二：形成知识“线”

所谓知识线，就是把各知识点按一定的内在联系串联起来，形成基本线索。因此首先要弄清各知识点的前因后果，来龙去脉，从而得到知识点之间的逻辑关系，形成知识“线”。

步骤三：板“面”规划

板“面”规划是根据黑板的大小和知识点的多少，规划出需要的板面数，然后在黑板上给知识点设计合理的位置。

2 板书设计举例

本文以非平衡载流子直接复合理论进行板书设计举例，具体步骤如下：

步骤一：知识“点”分解

非平衡载流子直接复合理论中可以分解出以下的知识点：产生率、复合率、净复合率、非平衡载流子的寿命、小注入条件、大注入条件、型半导体、型半导体等。

步骤二：形成知识“线”

在以上的知识点中可以形成一条知识“线”，首先由直接复合理论引出产生率和复合率两个知识点，然后由这两个知识点引出净复合率知识点，接着净复合率引出非平衡载流子的寿命知识点，再接着引入小注入条件和大注入条件两个知识点对非平衡载流子的寿命进行分类，从而把这些知识点串在一起形成了知识“线”。

步骤三：板“面”规划

教室的黑板为两块1米？米的可以上线滑动的黑板，由于每个知识点都包含公式表达式，知识点的长度比宽度大，如果采取从左到右的方法板书知识“线”，则长度不够，如果采取从上到下板书知识“线”，两块黑板合并使用的话，则只需2米？米的空间就能完成板书，具体的板书如图1：

3 教学效果

通过在课堂教学采用“点-线-面”的板书设计思路，对于复杂理论知识，老师容易讲明白，学生容易理解和记忆，具体的教学效果表现如下：（1）学生在课堂中更加活跃。采用“点-线-面”的板书设计思路教学后，学生在课堂中积极参与到知识点的分解和知识线的梳理中来，有个别同学还能针对老师的板书提出自己的知识点分解和知识线梳理思路，给老师很好的启发。（2）学生在课后的学习和讨论也更加多。学生在课堂中学习了“点-线-面”的知识图后，课后的学习更加积极，同学之间的讨论也更加多，甚至有同学提前分析下一次课的知识图。

4 结束语

半导体物理学是一门介于理论与实践之间的课，由于它的理论性，导致老师难教，学生难学。本文针对半导体物理知识的特点，为了让学生能通过直观的板书明白半导体物理知识，提出了“点-线-面”的板书设计思路。“点-线-面”的板书设计思路分三个步骤，分别是知识“点”分解、形成知识“线”和板“面”规划。通过在教学中采用“点-线-面”的板书设计思路，对于复杂理论知识，老师容易讲清楚，学生也容易理解和记忆，收到了很好的教学效果。

参考文献

[1] 沈伟东，刘旭，朱勇，等.用透过率测试曲线确定半导体薄膜的光学常数和厚度[J].半导体学报，2005（2）：335-340.

[2] 唐莹，孙一翎，李万清.MATLAB在半导体课程教学中的应用[J].长春理工大学学报（高教版），2009（10）：126-127.

[3] 孙连亮，李树深，张荣，等.半导体物理研究新进展[J].半导体学报，2003（10）：1115-1119.

[4] 江锡顺.提高应用型本科院校半导体物理教学质量的方法研究[J].滁州学院学报，2011（5）：110-111.

[5] 何根基.物理教学中板书设计的艺术[J].萍乡高等专科学校学报，2001（4）：35-39.

[6] 潘娜娜，潘宇.板书在大学物理双语教学中的应用[J].科教文汇（上旬刊），2012（1）：111-112.

[7] 王高峰，赵增茹.现代多媒体和传统板书相结合的大学物理教学模式[J].科技信息，2012（35）：237.

[8] 郑世燕.板书与多媒体相结合的大学物理教学模式[J].甘肃联合大学学报（自然科学版），2009（S1）：48-49.

[9] 汤迈，顾大猷，王浩.谈中学物理教学中的板书[J].黄石师院学报（自然科学版），1982（2）：98-104.

[10] 张标.物理课堂教学的板书[J].南昌职业技术师范学院学报，1999（3）：120.

半导体理论范文第6篇

关键词 半导体物理 教学改革 教学质量

中图分类号：G047 文献标识码：A 文章编号：1002-7661（2015）19-0007-02

从第一个半导体点接触式晶体管发明以来，半导体产业已经成为了国民经济重要的组成部分，世界各国均竞相大力发展本国的半导体产业，以期在国际舞台的较量中争得主动权。因此，它关系到国民经济整体效益和国家安全，关系国家前途的重要战略产业。现代半导体科学的迅猛发展、知识的不断翻新、竞争的不断深入、对人才素质要求的不断提高都给我国半导体产业的发展提出了严峻挑战，也给半导体物理基础教育提出了新的、更高的要求。

半导体物理主要介绍了半导体材料和器件中的重要物理现象，阐述了半导体物理性质和理论，确定了半导体有关物理量的实验方法。半导体物理是微电子类相关专业，如电子科学与技术、微电子、集成电路设计等专业核心重点课程，作为微电子技术的理论基础，半导体物理研究、半导体材料和器件的基本性能和内在机理是研究集成电路工艺、设计及应用的重要理论基础；作为微电子学相关专业的特色课程及后续课程的理论基础，半导体物理的教学直接影响了后续专业理论及实践的教学。但是，由于半导体物理的学科性很强，理论较为深奥，涉及知识点多，理论推导繁琐，对于学生的数学物理的基础要求较高，学生在学习的过程中存在一定的难度。因此，对授课教师提出了更高的要求，不仅要对半导体物理有充分的理解，还要熟悉半导体工艺和半导体集成电路设计。同时，必须针对目前教学过程中存在的问题与不足，优化和整合教学内容，丰富教学手段，结合科技发展热点问题，探索教学改革措施，激发学生的学习兴趣，提高半导体物理课程的教学质量。

一、优化整合教学内容

重庆邮电大学采用的教材为刘恩科主编的《半导体物理学》（第七版，电子工业出版社），该教材是电子科学与技术类专业精品教材。同时，半导体物理课程学科领域发展极为迅速，新的理论和研究前沿不断涌现，研究领域不断扩展，学科交叉渗透性越来越强，知识更新也很快。针对以上问题，授课教师应与时俱进，在保持课程知识结构与整体系统性的同时，对教学内容进行合理取舍，压缩与其它课程重叠的内容，删除教材中相对陈旧的知识，密切跟踪科技前沿与研究热点，加入近几十年来发展成熟的新理论、新知识，突出研究热点问题，力求做到基础性和前瞻性的紧密结合，使学生在掌握基础知识的同时能对半导体的发展历程和发展趋势有一个清晰的认识，让学生能从中掌握事物的本质，促进思维的发展，形成技能；同时注重与信息化技术相结合，互联网搜索最近几年半导体技术的最新研究成果，以多媒体录像及图片的形式，使学生能及时掌握前沿发展趋势，激发学生的学习热情，培养学生的科学精神。例如，在正式开始《半导体物理学》相关内容课程教学前，应将前置课程中重要的基本知识贯穿于教学过程中，以免造成学生认识上的巨大跳跃感；在讲解半导体能带结构前，增加适量学时讲授近论物理知识，使学生了解原子中电子能级和电子壳层分布，掌握泡利不相容原理、玻耳兹曼分布律和玻尔频率条件等微观粒子运动的基本规律。这些都是学习《半导体物理学》必备的知识，只有在透彻理解这些基本概念的前提下，才能对现有课程知识有更深入的了解和掌握。否则将造成学生理解上的障碍，最终导致学生失去继续学习的兴趣。 因此在授课内容的选择、排列上要遵循循序渐进的原则。再例如在讲授半导体元器件的结构及性能时，适当补充半导体器件的制备工艺，结合半导体器件的制备视频，让学生结合某种半导体器件分析其结构与性能。

二、强调基本概念与物理模型，提高教学质量

半导体物理课程涉及到的基本概念和物理模型较多，仅凭教材中的定义理解这些概念和模型，学生很难完全掌握。教师授课时应重在与应用相结合，以必需、够用为度，结合实用性和先进性，力求内容精简、重点突出、概念明确、说理清晰。将书本上的理论推导与结论同相关实验相结合，使学生对抽象的课堂相关知识能顺利地转化为直观认识，增强教学效果。实践是检验真理的标准，在理论教学的同时，适当安排学生进行相关实验操作，观察实验现象，既加深了对理论的认识，锻炼了动手能力，又能通过做实验使学生切身体会到一个物理结论是怎样体现了理论和实践的完美统一，从中领悟出科学研究的普遍方法和过程。

部分深奥的物理模型，学生比较难以理解，教师应运用恰当的类比，进行形象分析，加深学生对物理模型的理解，增加学生的学习兴趣。例如讲电子能态密度以及电子密度的概念，部分学生较容易混淆的概念。为了帮助学生理解，教师可以通过教学楼里面的学生人数与半导体中的电子数目进行类比：同楼层不同的教室对应不同的能态，教室里座位数对应能态的数目，把学生当作半导体中的电子。这样计算电子能态密度就相当于计算教室里单位面积的座位数，计算半导体电子浓度就相当于计算教室单位面积内学生人数。一个学生坐在某一排的某个座位上，即认为这个电子态被电子占有。通过这种生动形象的类比，学生对这两个概念的理解就清楚多了。半导体物理课程中理论推导和数学上的近似处理较多，繁琐的公式推导增加了学生对物理模型理解的难度。物理模型和简单的数学推导用多媒体或视频的形式展示给学生，复杂的数学推导则采用黑板板书的形式加以讲解，这样能适当地把物理模型和公式推导分开，使学生在彻底理解物理模型的基础上掌握理论推导。

课前预习和课后练习也是提高课堂教学的两个重要的环节。应适当给学生布置相关的课后作业，引导学生进行独立思考，在下一堂课开始安排一定的时间进行个别回答或集体讨论，及时解决学生的疑惑，从而形成可持续发展的模式。

三、考核方式的改革

为了客观地评价教学效果和教学质量，针对半导体物理课程特点，对考核方式作如下尝试：1.考试是课程教学过程中一个非常重要的环节，平时成绩是衡量学生平时学习表现的主要指标，所以本课程考核方式之一采用期末试卷笔试与平时成绩结合的方式；2.在授课过程中，针对课程的某些从实验得出的理论结论，开放实验室，让学生分组协作完成实验结验证，从而将课本知识转化为实践动手能力。

四、结束语

总之，半导体物理是电子科学与技术专业专业基础核心课，在教学过程中合理安排教学内容，采用现代化教学手段，不断进行教学改革，提高了半导体物理课程的课堂教学效果，为学生后续专业课程的学习奠定了扎实的基础，培养适应社会需求的专业型人才。

参考文献：

[1]汤乃云.微电子“半导体物理”教学改革的探索[J].中国电力教育，2012，（13）：59-60.

[2]刘恩科，朱秉升，罗晋生. 半导体物理学[M]. 北京：电子工业出版社，2011.

[3]刘德伟，李涛. 半导体物理课程教学改革探讨[J].中国电力教育，2013，（34）：85-86.

半导体理论范文第7篇

关键词：沟通漏斗;半导体物理;交流沟通

中图分类号：G642.41 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）43-0143-02

对于教学过程，师生之间的交往，存在着“沟通漏斗”现象，即一个人虽然有十分丰富的想法，当他与别人交流时，只能说出心中所想的80%，而对方听到最多的也只能是60%，实际上当时能够听懂和理解的却只有40%，而最终能够记住的差不多仅有20%。心中的想法虽然很完美，但听者的效果却差之千里，这就是“沟通漏斗”效应。

“沟通漏斗”现象是人与人之间交流时客观存在的障碍，这种障碍无法彻底消除，只能尽可能地减少，它存在于我们日常生活的各个方面，无论是口头还是书面语言的交流，都有“沟通漏斗”影响着信息的接收，且在教学活动中显得尤为突出，教师辛辛苦苦备课、授课，学生接受效果甚差。以《半导体物理》为例，该课程公式推导复杂、知识点多、涉及面广、理论内容深奥、学科性强，对学生的数学物理基础知识要求很高。由于半导体物理枯燥乏味，理论公式推导烦琐复杂，尤其受到这一“沟通漏斗”效应的影响。这就致使学生在学习过程中常常茫然不知所措，久而久之丧失了对该课程的学习兴趣，使得教学质量低下。因此，有必要采取适当的方法或途径，来克服这一“漏斗”现象。

一、了解半导体物理的发展史，明确课程性质

《半导体物理》课程是微电子学专业的一门核心专业基础课程，是连接半导体行业的桥梁。当前，半导体行业已成为国民经济的重要组成部分，它与国家安全和国民经济紧密地联系在一起，在世界各国综合国力的较量中占据这及其重要的位置，已成为国家重要战略产业[1]。半导体物理是对半导体材料的基本性能和内在机理进行研究，是半导体行业的一门基础专业课程。其发展史可简述为：30年代初，英国物理学家威尔逊（H. A. Wilson）将固体能带理论用于判据区分导体、半导体和绝缘体，奠定了半导体物理的理论基础。1947年，美国贝尔实验室的巴丁（J. Bardeen）、肖克利（W. Shockley）和布拉顿（W. H. Brattain）发明了晶体管，开创了人类的硅时代，大大促进了半导体物理的发展。50年代，人们对半导体的能带结构、载流子的平衡和运输、光电特性、PN结合金属―半导体接触等做出理论解释，从而发展成一个较为完整的理论体系，促进了半导体技术和集成电路的飞速发展，逐渐形成了现代世界半导体产业。半导体物理的发展经历了从简单到复杂、从多维到低维、从有序到无序的过程，目前仍处在科学研究的前沿地位。

正所谓“工欲善其事，必先利其器”，因此，很有必要在第一次课上详细介绍半导体物理的发展史，消除学生对半导体物理的神秘感，加深学生对半导体物理课程性质的认识，这样就可以初步实现“感性沟通”。

二、注入行业前沿知识，培养学生的自主兴趣

人与人的交流沟通往往会决定人的兴趣，而兴趣能进一步促进交流沟通。以微电子市场为导向，结合行业领域的迅速发展，培养学生的自主兴趣[2]。兴趣可进一步增强学生的科学探索意识，培养学生“干一行，爱一行”的习惯，让学生逐渐深化课本知识，转变“让我学”到“我要学”的观念，升华专业素质，只有从被动学习转换为主动学习，学生才会认真听讲，遇到问题及时主动与老师沟通。

同时还要进一步加强与企业的合作，建立企业实践教学基地。通过企业实习基地实践教学的建设与发展，形成了系统的培养学生具备半导体材料和器件等基本物理与电学属性的测试分析能力。在实践教学过程中，师生可针对某一具体的实例展开讨论，这样学生的兴趣和创造性能得到很大的激发，使他们能运用半导体物理理论知识去解决实际的问题，增强了他们学习的动力，做到学以致用。

三、形象化演示，数学软件MATLAB应用于《半导体物理》

“百闻不如一见”，做好形象化演示，化静为动，化抽象为具体，增加教学内容的直观性和启发性，对促进师生间的交流沟通、培养学生学习兴趣和提高课堂效率都能起到事半功倍的效果。由于半导体物理理论知识繁多，公式的数学推导过程烦琐，纯粹的理论“教学沟通”效果很不理想，学生难以理解和掌握，时间一长，学生的疑问就像滚雪球似的越来越大，随之难免会产生厌学情绪，进而产生恶性循环，使得师生之间难以继续“交流沟通”。随着电子计算机技术的迅速发展，一些专业软件，如商业数学软件MATLAB，得以快速开发并逐渐融入到《半导体物理》教学过程，比如利用matlab软件对PN结二极管电流与温度关系进行仿真模拟[3]，在这一过程中，学生对知识点有直观的了解，定量分析问题的能力就会提高，师生之间的沟通相应地更加顺畅。

四、课后及时交流与答疑

由于教师弹性工作制和学生课后生活空间私密性等原因，高校师生课后直接交流的机会受到很大的影响，久而久之师生之间的关系变得淡化与冷漠。因此，非常有必要加强师生课后的交流沟通与答疑。当下智能手机及电脑非常普及，这就使得师生之间可以第一时间沟通交流，如建立师生共享的QQ群或微信群，用于教学交流和网络答疑。大家可以在群里对半导体物理学习过程中所遇到的问题，畅所欲言，各抒己见，彼此学习，取长补短，相得益彰，共同进步和提高。

五、结束语

教与学是一个相互配合，交流沟通的过程，充分调动学生学习半导体物理课程的积极性，改善教学方法和教学手段，对于减小“沟通漏斗”具有十分重要的作用。

参考文献：

[1]王强.半导体物理的形象化教学[J].中国现代教育装备，2009，（1）：92-93.

[2]汤乃云.微电子专业“半导体物理”教学改革的探索[J].中国电力教育，2012，（13）：59-60.

半导体理论范文第8篇

【关键词】半导体物理学；教学模式改革；教学方法创新

【Abstract】Based on the considering of present teaching mode for semiconductor physics and the feedback of teaching effect，we present several conceptions about the reformation and innovation in the education of semiconductor physics.Blending the experimental teaching into theory course， useing multi-media and numerical simulation software，replacing the force-feeding teaching mode with research teaching model，to improve students' learning interest and efficiency and train the capacity of solving the practical problem by applying the knowledge of semiconductor physics.

【Key words】Semiconductor physics；Teaching mode reform；Teaching method innovation

自第一块基于半导体材料设计的晶体管从贝尔实验室诞生以来，人们借助半导体器件已经设计出了各种各样的微电子器件满足人们生产、生活的各种需求，人类从此进入了飞速发展的微电子时代。随着半导体物理的发展和加工技术的进步，微电子器件在尺寸上更加小型化和功能上更加多元化，集成电路上可容纳的微电子元件每18个月可以翻一番，这一规律也被人们称之为“摩尔定律”[1]。在半体材料和功能器件飞速发展的今天，人们对半导体物理的基础知识学习显得更加重要。因此，国内大多数理工科高等院校都开设了半导体物理学课程，为学生将来走进以半导体物理为基础的公司和企业工作打下理论基础。然而，半导体物理学课程由于其涉及内容范围广、知识点甚多、公式推导复杂以及内容系统性强等原因使得学生在学习过程中会产生恐惧、厌学等情绪。另外，由于该学科领域是国际科学研究热点之一，研究领域不断扩展，知识快速更新，新的理论和知识不断涌现。因此，教授半导体物理学课程的教师应该在教材内容的基础上，采取更直接、形象的教学方法向学生阐释半导体物理的基础知识，并结合当今该领域的科学研究前沿向学生展现该领域的发展趋势，提高学生对半导体物理学的学习兴趣，促进学生知识的积累和思维的发展，培养学生利用半导体材料设计电子器件、搭建集成电路的技能。笔者结合近一年来对半导体物理学课程的讲授与教学效果的反馈提出几点关于半导体物理学课堂教学改革和创新的构想。

1 半导体物理学课堂教学的现状

1.1 理论与实验课程结合不充分

目前，大多数高等院校所开设的半导体物理学理论课程与实验课程是相分离的并由不同任课教师讲授。另外，理论课程与实验课程在开课的时间上也不一致，通常是理论课程的老师讲授完所有相关课程以后，学生再去实验室随实验指导教师完成实验学习，理论与实验课程在时间上一般相差半个学期。这样的安排会导致两方面的问题：第一，理论课程与实验课程教师的不统一。理论课程的教师仅仅完成理论部分的教学任务，不能从学生的角度考虑实验教学对理论基础的补充对学生理解理论内容的作用。同时，实验指导教师也仅仅考虑自己在实验教学过程中应该完成的教学任务，并不能与理论课程教师进行很好地沟通，在教学效果上不能产生合力作用。第二，理论课程与实验课程时间的不统一。理论课程的教学时间与实验课程的教学时间相差半个学期导致学生在理论学习过程中所产生的疑问和想法很难及时的在实验中解决和证实。学生很难将学到的知识及时运用到实际的应用中，这不仅降低了学生学习的兴趣也影响了学习的效率。

1.2 多媒体教学工具运用不充分

半导体物理学课程因具有理论性强，物理概念抽象，物理过程难以观察等特点。因此，授课教师应该设计一些课程动画以让学生直观感受半导体材料中难以观察到的物理过程，深刻理解物理概念。然而，很多高等院校虽然开设了半导体物理课程，但是大多数教师依然是网上搜索下载别人的课件，或者仅仅是复制一些课本上的文字内容以及少数的图表内容，很少有授课教师花时间将一些半导体物理过程，如载流子浓度、费米能级随温度及掺杂浓度的变化等用动画形式向学生展示。笔者了解到，半导体物理学课程授课教师以课件向学生展示文字和图表信息和以板书形式向学生展示物理公式推导过程所得到的教学效果并不理想。老师花了很多时间推导公式，讲解公式得到的结论和物理意义，然而学生往往不能透彻理解和体会，得到的教学效果往往事倍功半，学生的学习兴趣也可想而知。

1.3 教师对科学前沿涉及不充分

半导体理论范文第9篇

关键词：半导体光电；研究型；实践；教学探索

中图分类号：G42 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）07-0123-02

近几年来，随着半导体电子产业和光学专业的快速发展，半导体光电正逐渐成为一门新兴的学科。半导体光电技术是集现代半导体技术、电子学技术和光学信息处理技术等学科于一体的综合性学科，要求学生具有扎实的半导体物理、光电子、数学和计算机等基础知识。该学科作为光、机、电、算、材一体的交叉学科，专科课程较多，涉及知识面较广，有其自身的课程特点：既要讲授半导体相关的专业知识，又要补充光电专业的知识，还要加强数理基础理论教学；既要围绕半导体光电专业核心，又要涉足其他专业领域；既要重视教学方法，提高教学质量，又要加强前沿知识的学习和科研，不断更新知识体系，将最新的行业信息灌输给学生。同时，随着近年来固态半导体LED照明技术、半导体激光、太阳能光伏和半导体探测器等高新行业的蓬勃发展，需要大量的具有创新研究能力的技术人才来从事半导体光电材料、器件以及系统的研究和开发。这就需要高校培养具有动手能力强，基础知识扎实，综合分析能力优秀的研究型人才。但是目前高校半导体光电学科的教学普遍停留在理论层面，缺乏实践性内容的提升。因而作为一门实用性很强的专业，应着重加强理论与实践相结合的全面教学，逐步开展研究性课程的教学探索，打破传统的教学理念，以形成学生在课程学习中主动思考探索并重视创新叉研究的积极教学模式，为半导体光电学科建立一个全新的培养方式。

一、理论教学中创设前沿性课题，引导学生进行探究性学习

在传统的教学模式中，专业课程的讲授主要依靠讲解概念、分析原理、推导公式、得出结论。而学生就是按部就班地记笔记、做习题、应付考试。课堂教学效果完全取决于教师的教学经验，最终学生所接受的知识也仅仅停留在课本的层面，这完全达不到迅猛发展的高新的半导体光电学科的培养要求。这就需要教师打破传统的教学理念，开展研究性的教学方式。研究性教学是以学生的探究性学习为基础，教师提出一些创新性的问题，以及与专业相关的一些前沿性科技专题报道，学生在创新性的问题中，借助课本提供的基础理论和教师提供的相关资料，借鉴科学研究的方法，或独立探索、或协作讨论，通过探究学习、合作学习、自主学习等方式最终找到解决问题的方案，甚至提出更具有创新性的思路。因此，在教学过程中，我们应尝试减少课堂讲授时间、增加课堂讨论时间，有意识地提出一些较深层次的问题：如提高太阳能电池的光电转换效率的方法、新型的半导体材料制作光电器件的优异性等，有针对性地组织专题讨论。考核方式以课程设计或者专题论文的形式进行，以培养学生的思考和创新研究能力。此外，要重视阶段性总结和检查工作，培养学生综合素质和能力。教师在注重教学方式改进的同时，也要重视学生学习效果的阶段性检查和总结。传统的课堂教学是以作业为考察标准，这种考察的弊端是给学生提供了抄袭作业的机会，学习效果不佳。因此应考虑采取多元化的检查方式，增加检查手段。可以让学生将多媒体课件与教材和参考书相结合，根据教师在课堂教学中指出的难点和重点，单独总结出学习笔记，并进行定期检查。

二、建立半导体专业与光电专业协同的教学环境

半导体光电从理论上来讲是研究半导体中光子与电子的相互作用、光能与电能相互转换的一门科学，涉及量子力学、固体物理、半导体物理等一些基础学科；从实践层面来讲，也关联着半导体光电材料、光电探测器、异质结光电器件及其相关系统的研究。因此，在理论上应鼓励教师根据教学情况，编写有针对性的，并且包含基础物理学、半导体电子学、光学和系统设计等具有交叉性理论的教材和讲义，提升学生在半导体光电交叉领域的理论基础。同时需要组织和调动各层次教师，建设教学研究中心。结合老教师的经验和青年教师的创意，共同进行教学改革探索。另外，实现半导体光电学科的教学探索，不仅需要专业教师改进和完善课堂教学措施，提升教学水平和质量，同时也需要专业的半导体光电材料生长、器件制备和检测设备，以及专业设计软件供教学和科研使用。该学科的性质决定了教学的内容不能仅仅局限于理论方面，还需要实验方面的补充和实践，从而可以从软件和硬件双方面实现协同的教学环境。在具体的操作过程中，以光谱分析为例，传统的光谱分析光源采用的是一些气体激光器，我们可以在教学中利用新型的半导体固体激光器来替代传统的气体激光器，将半导体光电器件和光学系统有机结合起来，提供两者协同的新型设备。指导学生在实验中分析新型的光谱系统和传统系统的优劣性，以及如何在现有的基础上改进系统，提高系统的使用性能，在教学中锻炼学生的协同学科的技能性训练。进一步可以引入显微镜成像技术，采用简易的一些光学元器件，在实验室内让学生动手搭建显微成像设备，锻炼学生对光学系统的整体认知能力，并且可以提升传统设备的应用范围。这一系列交叉协同教学实验的建立有利于打破教学和研究的界限，打破学科的界限，突出半导体光电学科的交叉性特点，促进学生知识的全面性掌握，为研究型的教学模式开辟新的途径。

三、建立前沿性半导体光电专业实验教学平台

半导体光电涉及的领域很广泛，单纯的理论教学不能满足学生对于高新的工程应用的直观认识，许多设备和器件只阐述其工作原理，概念比较抽象，学生不易理解。因而需要重视研究型实践教学。在条件允许的情况的，将半导体材料生长和器件制造设备引入课堂，让学生深刻掌握器件的制造流程。同时可以引入先进的光电检测设备，让学生开展一些器件的检测实验，在实验过程中熟悉器件和光电系统的工作原理，可以起到事半功倍的作用。同时还可以让学生在实践中不断思考和探索一些前瞻性的科学研究问题。以半导体LED光电器件为例：由于LED材料和器件制造设备较为精密、价格昂贵、不易获取。在理论课程后，可以引用适当的LED材料生长设备MOCVD的一些生长过程的实物图片和视频，以及半导体器件制备的薄膜沉积、光刻制作和刻蚀工艺的流程图和视频，让学生尽可能地将抽象的理论与具体实践联系起来。此外，购置现成的LED器件和光电检测设备，利用光电测试设备对LED器件开展一些电学和光学性能的检测，在测试过程中让学生对LED光电转换基本原理和不同测试条件对器件光电性能影响的物理机制开展探索性研究。对于阻碍LED发展的一些前沿性难题进行深刻的思考和分析，提出合理的改进和解决方案。基于学科的科研实验条件，我们还可以提出项目教学法，把教学内容通过“实践项目”的形式进行教学，为了能够一个半导体和光电专业相协同的实验平台，可以设置一个系统的实验项目包含多门课程的知识。项目教学是在教师的指导下，将相对独立的教学内容相关的项目交由学生自己处理。信息的收集，方案的设计，项目实施及最终评价报告，都由学生负责完成，学生通过该项目的进行，了解并把握实验制造和检测得整个过程及每一个环节的基本要求，教师在整个过程中主要起引导作用。以此来培养学生的实践性、研究性学习能力，让学生扮演项目研究者的角色，在研究项目情景的刺激下及教师的指导下主动开展探究活动，并在探究过程中掌握知识和学习分析问题、解决问题的方法，从而达到提高分析问题、解决问题能力的目的。这样才具备一门前沿性的学科所应该达到的理想效果。

四、建立专业校企合作基地

半导体光电专业需结合地域经济发展特点，建立专业的校企合作基地。校企合作是高校培养高素质技能型人才的重要模式，是实现高校培养目标的基本途径。以江南大学为例，可以依据无锡当地工业的发展中心，与半导体光电类企业，如无锡尚德太阳能股份有限公司、江苏新广联LED器件制造企业、LED照明企业实益达、万润光子等公司进行深入合作，建立企业实训创新基地及本科生、研究生工作站。定期组织学生去企业进行参观，了解半导体光电类产品的产线制造过程。还可以安排有兴趣的学生在学有余力的同时进入企业进行实习，使学生能够将课堂的理论知识应用到实际的应用生产中，并且可以利用理论知识来解决实际生产中所遇到的一些问题。以实际产线的需求分析为基础，结合理论教学的要求，建立以工作体系为基础的课程内容体系；实施综合化、一体化的课程内容，构建以合作为主题的新型课堂模式，做到教室、实验室和生产车间三者结合的教学场所。最终积累一定的合作经验后，校企可以合作开发教材，聘请行业专家和学校专业教师针对课程的特点，结合课堂基础和生产实践的要求，结合学生在相关企业实训实习的进展，编写出符合高校教学和企业生产需求的新型校企双用教材。

综上所述，要开展研究型半导体光电类课程的教学探索，首先要突破传统的理论教学模式，根据课堂教学需求，改善课堂教学措施，形成有创意、有个性化的课堂特色，旨在培养学生的创新思维能力。

参考文献：

[1]包佳祺，俞侃，尹娟娟，娄人杰.独立学院光电信息专业的课堂教学改革[J].教育教学论坛，2012，（33B）：67-69.

半导体理论范文第10篇

关键词：半导体材料；器件；教学；改革

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）04-0169-02

一、引言

当代半导体产业已成为关系到国民经济和国家信息安全的重要战略性产业。与日本、美国等发达国家相比，在电子信息领域，我国与其尚存在一定的差距。在过去的几十年中，半导体科学和其他相关学科的快速发展，半导体器件在多个领域的广泛应用，对我国今后半导体材料及器件的基础教育提出了更高的要求。《半导体材料及器件》是能源与电子材料方向本科生的一门专业课，在半导体物理学知识的基础上，将光电子器件和微电子器件结合起来，全面系统地讲述了半导体物理的基础知识以及典型的半导体器件的工作原理及工作性能。《半导体材料及器件》课程涉及一部分的物理知识，需要学生有一定程度的物理基础；并且，面对各种器件复杂的工作原理，在教学时学生常会感到枯燥乏味，抽象难懂，从《半导体材料及器件》的课堂教学及学生的整体反映来看，学生对本课程的热情低，课堂效果差。因此，为了提高教学质量，培养出满足产业发展和市场需求，具备自主创新能力的人才，对《半导体材料及器件》课程进行教学改革。

二、课程开设的目的和意义

材料的发展在前沿新技术、新科技的研发中起到了重要作用。其中，照明、通信、电子领域产业的发展很大程度上依赖于半导体材料的发展与应用。《半导体材料及器件》课程将理论与应用联系了起来，《半导体材料及器件》课程的开设不仅有利于学生更好的学习理论知识，而且可以根据理论理解相应器件的工作原理，从而更准确、更清晰的了解、使用光电子器件和微电子器件。相对光电子技术而言，发展较成熟的微电子技术已经应用到各个领域。微电子技术与其他学科结合诞生的新学科也成为重要的发展方向。因此，要求半导体材料及器件方向培养的学生能适应这种跨学科、多学科结合发展的需求。

三、教学改革的措施

1.教学内容的建设。传统的直接对教学内容进行讲解，很难调动学生的兴趣，容易使学生感到内容枯燥，引起学生的反感情绪，不利于教学质量的提高。因此，在绪论部分对半导体材料的发展历史以及半导体材料及器件在生活生产中的广泛应用进行系统介绍，消除学生对半导体材料及器件的陌生感，提高学生对半导体材料的认识，引发学习兴趣。并且，传统的教学方式偏重于对理论知识和原理的学习，对新知识如何在实际的研究和生产工作中加以应用则涉及的较少，增加应用型知识的教授是我校《半导体材料及器件》教学改革重点实施的方面。基于此，考虑到实验课程是本科生动手实践很好的机会，但过程中难免会遇到问题，在授课时对授课内容对应部分的实验问题进行详细讲解，不仅可以激发学生的探索能力，而且在实践的基础上学生能更充分的理解知识。我校《半导体材料及器件》课程结合了半导体材料和半导体器件两方面，半导体器件方面又分为光电子器件和微电子器件两部分。现有的教材或侧重讲半导体材料，或侧重讲半导体器件，且所讲内容深浅程度不一，我校师生根据多年的教学实践情况，编写了一本难度适中、适合我校本科生学习的教材，本科生使用此教材学习半导体材料和光电子器件的知识，而微电子器件部分则采用标准教材。

2.教师队伍的配置。高水平的、稳定的教学队伍是提高教学质量的人才保障。针对材料科学与工程专业的发展现状，教学队伍实行“以老带新、新进”的发展方式。为青年教师配备经验丰富的教授，对青年教师进行指导，负责教学经验传授和教学质量监控，通过资深教授的帮助和带领作用，提高青年教师的专业水平和教学能力。近几年，学院专业先后吸收了几位年轻的博士，为课堂教学和科研工作注入了新鲜血液。青年教师与本科生更具有共同语言，更容易相处和获得学生的认可，所讲授的知识更容易被学生理解，课堂教学质量有明显提高。经过近几年的改革发展，我院积极开拓引进人才的途径，每个月都会邀请相关学科的学者来我院讲学，开拓学生的视野，扩充学生的知识，同时，教师积极与各兄弟院校本专业教师交流学习，通过不断地“走出去”与“走进来”，形成了一支综合实力强的教学队伍。

3.教学方法改革。课堂教学要求教师在有限的时间内讲完规定的知识，因此，常常会产生“满堂灌”、“填鸭式”的教学模式。在这种模式下，学生接受理解的知识非常有限，甚至会慢慢对本门学科失去学习兴趣，使学生被迫学习。在教学实践中，要改变这种错误的教学模式，需要教师对本学科有一个明确地把握。《半导体材料及器件》是一个涉及知识广泛且理论与实践并重的交叉学科，要求教师在授课时做到“有粗有细”，对工业生产中常用到的知识做到精讲、细讲，对难以理解的深奥理论可以略讲，减小学生的听课负担。面对抽象的理论原理，器件原理制作成动画，利用多媒体设备进行讲解能提高听课质量。《半导体材料及器件》学科的理论知识抽象难懂，在有一定半导体材料及器件知识的基础上进行实践参观，走出课堂，走向企业，通过参观学习和教师在参观现场的讲解，不仅可以帮助学生加深理解课堂上学习的内容，而且有利于理论知识与实际生产情况的统一，激发学生的学习兴趣。教师可在参观后提出相关问题，留给学生分组讨论，然后由学生做成PPT在课堂上讲解，由其他组的同学进行提问，调动全体同学，使学生成为课堂的主体，培养学生的分析能力和团结合作精神。学期考核时，提高平时成绩占总成绩的比例并提前告知学生，激发学生平时课堂和实践学习的积极性，使教学取得更好的效果。

四、改革特色

改革降低了课程的学习难度，减轻了学生的学业负担，但更注重应用型知识的教学、学生自主学习能力和分析问题能力的培养。“授人以鱼不如授人以渔”，面对半导体材料及器件方面知识快速的更新，掌握学习方法才能在这个领域有更好的发展。将半岛体光电子器件和半导体微电子器件单独来讲，便于进行器件原理和应用的对比和联系，对二者进行有机的结合。通过对授课内容进行调整和丰富，对教学方法进行创新性的改革，实现本科生理论知识程度与实际应用能力的共同提高，培养具备实践能力、分析能力和创新能力的跨学科综合性人才。

五、结语

结合《半导体材料及器件》课程的教学实践和半导体产业的发展现状，从实际情况出发，本文对《半导体材料及器件》课程的授课内容、教师队伍配备和教学方法进行了改革和创新，希望能够增强学生的学习兴趣，提高课堂教学质量，提升学生的分析能力，培养出与时俱进，具有自主学习能力和科研、实践能力的综合型人才，满足科学研究和社会生产的需求。

参考文献：

[1]刘恩科，朱秉升，罗晋生，等.半导体物理学[M].第七版.北京：电子工业出版社，2011：67-68.

[2]汪慧兰.微电子技术课程设置与改革初探[J].内蒙古电大学刊，2008，（11）：100-101.

[3]徐振邦.《半导体器件物理》课程改革探索与实践[J].教育教学论坛，2014，（04）：222-224.

The Teaching Reform and Practice for "Semiconductor Materials" and Devices Course

DUAN Li，ZHANG Ya-hui，FAN Ji-bin，YU Xiao-chen，ZHANG Yan，CHENG Xiao-jiao，HE Feng-ni

（School of Materials Science and Engineering，Chang'an University，Xi'an，Shaanxi 710064，China）

Abstract：To meet the demand of strategic new industry personnel training in our country and cultivate applied talents and research personnel conform to the need of the development，the"Semiconductor Materials and Devices"Course was set up in the cultivation of undergraduate student in major of energy and electronic materials.The course established with the goal of improving the students' the bility of combining theory with practice and it contains knowledge about semiconductor materials，optoelectronic devices and microelectronic bining with teaching practice，through the thinking and practice about the significance and the purpose of this course，construction of teaching content，construction of teaching forces and teaching methods to improve students' learning enthusiasm and initiative，stimulate students' interest in learning this course，make students fully understand the theories and principles of optoelectronic devices and microelectronic devices，so as to improve the teaching quality.