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半導體概念范文1
摘要：半導體物理課程是應用物理專業非常重要的專業必修課，這門課程比較抽象，理論性、邏輯性較強，對半導體物理教學內容和方式的整合和講授有一定難度。本論文依據西部地區理工科院校的培養方案和國內外先進的教育理念，培養學生創新意識和探索精神，提高教學質量以及學生綜合利用知識的能力。
關鍵詞：半導體物理；教學效果；教學方法
中圖分類號：G642.41 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）13-0167-02
半體物理是固體物理學的一個重要分支，主要闡述半導體的基本物理理論和基本物理性質以及當前各種半導體器件內部電子輸運過程的學科，是應用物理學的新器件和新材料技術方面的基礎學科，現已成為現代新器件、新材料的基本物理理論基礎，為后人研制半導體新器件和新材料實現特殊性能提供解釋物理機理和指導方法，將物理的基本理論和實際應用之間建立橋梁。半導體物理課程的開設為以后學生從事電子行業提供了基本理論知識。相對于西部落后地區一般本科院校的學生來說，他們的專業基礎相對薄弱。但是，學習這門課程需要較強的基礎功底，《量子力學》、《固體物理》這些比較難學的課程必須學好，因此出現學生課堂不愿上課，這極大地影響到教師的積極性，增加了教學的難度。為了更好地講授半導體物理課程，讓學生對這門課程知識的理解和掌握達到教學目的的要求，筆者結合西部落后地區一般本科院校學生的實際情況，并針對在應用物理專業的半導體物理課程教學實踐中發現的問題淺談自己的看法。
一、構建合理的教學內容，提高課程教學的有效性研究
1.修訂教學大綱。根據光電子、微電子兩個專業方向后續課程的需要及參加研究生入學資格考試應掌握的基本知識，兩個專業方向的教學內容及學時分配有所不同，選擇適合學生特點的教材以及教學大綱。在半導體物理學的教學內容包括半導體的晶體結構、載流子和非平衡載流子、半導體PN結器件等相關重點、難點、概念，以及一些參考資料、作業題和思考題，需要合理安排教學計劃及對應學時的分配。針對半導體的教學內容，需要開展該課程教學研討活動，著重強調半導體物理理論用在實踐中。授課教師應根據該學科發展的方向、教學改革和實踐的變化等情況，不定期修訂教學大綱。針對半導體物理學課程的教學上，由于該課程的理論分析（包括能帶理論、半導體的電子傳輸理論等）非常深奧，公式的推導比較多，對于基礎相對較差的學生來說，學習起來非常吃力，而且枯燥乏味。我們經過比較分析現有眾多半導體物理教材后，采用高等學校工科電子類（電子信息類）規劃教材《半導體物理學》，由西安交通大學劉恩科等編寫。該教材半導體物理的基礎知識比較全面體現突出物理概念，強調基本分析方法，沒有很多煩瑣的公式推導，可讀性強，便于自學。目前很多高校都在使用該教材[1]。
2.激發學生的科研興趣，培養學生的科研素質。采用研究型課堂教學為學生提供了發現問題、研究和解決問題的基本程序，并提供了實踐機會，豐富了學生的實踐經驗，為學生在今后工作中開拓創新奠定了堅實的基礎，因為學生將來希望從事IT行業，比如太陽能電池、超大規模集成電路、LED顯示等，因此，在課程起始階段，教師介紹半導體的學科發展，結合半導體在太陽能電池、超大規模集成電路、LED顯示等方面的應用，給學生提供學習思路框架，用簡單的邏輯關系指明各個學習點和概念的相互關系，使學生知識的來龍去脈有整體的把握，使他們了解課程的重要性以及提高對這門課程的興趣。做到較快地掌握教材中給出的很多結論，達到良好的學習的效果[2]。
3.合理使用現代化教學手段。在教育現代化、信息化的今天，以多媒體與計算機網絡技術為核心的信息技術是當代教育改革的制高點，多媒體技術以圖文并茂、聲像俱佳、動靜皆宜的表現形式走進課堂，所以運用多媒體技術教學可以很好地對解決常規課堂教學中難以解決的難點[3]。但在半導體物理教學中，如果一味地使用多媒體課件，盡管很多圖片都非常的逼真、形象，讓學生能夠更好地理解。如第一章中學習有關載流子濃度的計算，對掌握晶體的能帶結構，熟悉硅、鍺、砷化鎵等傳統半導體的能帶結構特征，包括禁帶、導帶、價帶等基本概念的理解來說都非常形象，利用多媒體動畫，就可以清楚地展示出原子排列結構如何從一個原子到多個原子的公有化運動形成能帶，但是多媒體教學忽略了學生的感受和接受能力，違背了教學規律。針對這些問題，在課堂教學中必須先啟發學生的對半導體物理思維，在學生建立對半導體的求知欲之后，適當運用多媒體技術圖文并茂、聲像俱佳、動靜皆宜的優勢，將教學過程中的難點和重點概念傳授給學生。如在講解半導體能帶結構時，通過多媒體課件展示并結合板書，這樣學生更容易接受相關理論的精髓。只有將教師在課堂中的板書與多媒體技術結合起來，才能獲得非常好的教學效果。
二、緊跟學科前沿，結合科研實際適當把前沿知識引入課堂
在半導體物理教學組織管理方面，采用傳統的理論講述、練習習題課、實驗實踐相結合的形式，理論講授課由主講教師講授半導體物理的基本概念和基本分析方法。專門開設習題課，負責復習和鞏固理論課講授的內容，并通過綜合練習提高學生的分析問題的能力。但是不能單純講解理論知識，而是要結合教師和學生的科研實踐對理論知識進行深入的解析，這樣有助于培養學生的科研思維。將教學與科研相結合，讓學生了解半導體物理學科的研究前沿。比如在講解能帶論與半導體相關器件時，可以引入現代科技進展，結合自己主持的半導體器件相關科研項目，如電阻式隨機存儲器（RRAM）作為一種新型的非易失性存儲器，其原理是過渡金屬氧化物在不同極性的外電壓脈沖作用下誘導出不同電阻態的效應。由于電阻式隨機存儲器擁有高速、高密度、低功耗、制備簡單、半導體工藝兼容性好等優秀的性能，引起人們廣泛的關注，有望替代目前市面上的磁存貯器，成為下一代的通用存儲器，其熱點集中在性能及機理的研究上。另外一些研究通過設計成pn結器件，制備成十字交叉結構憶阻器件，以實現高的器件密度以及解決讀寫誤讀的想象。從眾多的有關半導體中基本的晶體結構知識、能帶理論和半導體的電子輸運性質，提出了不同的模型來解釋這一電阻開關現象，相應的機理包含傳導燈絲導通模型，空間電荷束縛模型，電致氧空位遷移機制，肖特基勢壘模型等，而電極效應是指電極與薄膜材料的界面處由表面態導致的電阻轉變的機理。另外在講解半導體發光，以及光電效應時，可以引入到目前太陽能發光，LED發光等應用非常廣的領域，從而激發學生的科研能力，促進學生素質的全面提高，為學生以后從事科研或者相關工作打下一定的基礎。
三、加強實驗教學
實驗實踐教學是應用性人才培養的重要保證，針對半導體物理實踐課來說，其實是半導體課程的最重要部分，通過實踐實驗教學，使學生掌握和體會半導體物理理論對現代半導體產業和半導體知識的理解，讓學生樹立理論聯系實際的學風和工作作風，提高學生綜合分析解決問題的能力。在傳統實驗課中，因內容過分偏重于基礎訓練，所以在方法和手段上很單調，主要以模仿為主，缺少設計性、創新性。在教學內容上，適當增加了綜合性、設計性和創新性實驗，如果恰當地使用直觀、形象物理圖像，使學生獲得感性認識，縮小理論與實際的差距，縮短學生的認識過程，會提高課堂教學質量。這樣也可以調動學生的學習積極性，推進學生的自主實驗和合作實驗。自主設計實驗，測量半導體體電阻率、MOS結構C-V測量、為霍爾效應及半導體相關參數測量，通過這些實驗，使學生掌握幾種基本量測量方法以及數據處理的方法；熟悉基本的分析問題和解決問題方法及常用儀器的使用；在實驗中綜合運用所學的半導體物理學基本知識以及其他相關知識，提高學生的實際操作以及綜合實驗的能力，使科學研究的方法和探索解決問題的能力得到更好的培養，進而達到良好的實驗教學效果。
四、結束語
半導體物理作為應用物理、光電子和微電子專業重要的專業基礎課，半導體物理教學改革是一個龐大而又復雜的系統工程，我們通過對半導體物理教學模式、內容、方法和手段的改革進行了一些有意義的整合與改進，同時不斷提高自身的能力，可以逐漸形成適應應用型本科院校辦學定位的新的教學模式。
參考文獻：
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半導體概念范文2
關鍵詞：半導體器件物理；教學改革；探索與實踐
中圖分類號：G712 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）04-0222-03
一、引言
隨著全球信息化進程的加快，微電子產業得到了迅速的發展，作為向社會輸送技能型人才的高職院校，培養微電子專業學生具備一定理論基礎和較強的實踐創新能力顯得尤為重要?！栋雽w器件物理》是高職院校微電子專業的一門重要的專業基礎課，主要講授的是半導體特性、PN結原理以及雙極型晶體管和MOS型晶體管的結構、工作原理、電學特性等內容，該課程教學的目的是讓學生掌握微電子學專業所用的基本器件知識，為學習集成電路工藝和設計打下理論基礎。
二、目前課程面臨的問題
1.學生的知識基礎的不足。要系統而深入地學習《半導體器件物理》課程，一般要求具備量子力學、固體物理及統計物理等前導課程的基礎知識。高職院校的學生，雖然是高中起點，但其中有很多文科畢業生，物理、數學基礎較差，缺乏現代物理學方面的基本概念和相關理論知識，面對《半導體器件物理》課程的學習，知識上難以順利銜接。
2.缺乏適合高職學生的教材。高職院校的微電子專業通常起步較晚，目前適合高職教育的《半導體器件物理》教材很少，比較成熟的幾乎全部都是本科教材，其基礎知識起點較高、數學推導繁雜，內容覆蓋太廣，不能適應高職學生的需求[1]。
3.教學模式的限制?！栋雽w器件物理》這門課理論性很強，通常把它定位于純理論課程，在教學模式上通常以板書為手段，以講授為主。其實，這門課是一門理論性和實踐性并重的專業基礎課，要求學生在掌握知識的同時學會科學的思維方法、具備開放的研究能力。但是傳統的教學模式對這些能力的培養是一個束縛。
4.教學資源的匱乏。在教學過程中為提高教學效率、增強學生興趣，強調充分應用現代教育技術和手段。但本課程缺乏直觀生動、富有動態變化，切實反映物理過程的輔助用PPT，另外，網絡資源很少，學生無法通過現代信息技術手段來實現自主學習。
三、課程教學改革探索與實踐
1.編寫適合高職學生的教材?；诟呗殞W生的特點和培養高技能應用型人才的目標，在教學內容的選擇上應以必須、夠用為度，突出基礎性、實踐性。例如在半導體材料特性這一部分，我們注意和高中物理的銜接，刪去K空間、布里淵區等過于艱深內容，增加了原子物理的基本概念，順利引出能帶論。在講雙極和MOS器件時，我們將半導體器件版圖的內容滲透到教學內容中，讓學生形成基本概念，有利于和《半導體集成電路》、《集成電路版圖設計》等課程的銜接；同時引入半導體器件工藝流程，為學習《半導體制造工藝》打下基礎，課程的實踐性也得以體現。另外，教學過程中的數學推導盡可能簡潔或者略去，注重通過圖例闡述物理過程，避免學生的畏難情緒。
本課程的內容按照知識內在的邏輯關系，可以分為三個模塊。集成電路的設計與制造是圍繞著半導體材料特性展開的，是微電子專業課程的基礎；PN結原理是雙極型晶體管的基礎、半導體表面特性是MOS型晶體管的基礎；我們把這三塊內容確定為基礎模塊。常規的半導體器件不是雙極性型的就是MOS型的，集成電路的基本單元也就是這兩種類型的晶體管，這是后續課程學習的關鍵，也是崗位職業能力的基礎。我們把這兩塊內容定為核心模塊。功率器件、太陽能電池、LED屬于新興的產品，對他們的結構原理的介紹也是有必要的，歸為拓展模塊。教學過程中要夯實基礎（模塊），突出核心（模塊），介紹拓展（模塊）。以期打好后續課程的基礎，全面培養學生的職業能力?；谏鲜鼋虒W內容選擇及組織形式，在多年教學實踐的基礎上，我們編寫了一本文字淺顯易懂、圖例直觀明了、論述明白流暢、數學表達簡潔、理論聯系實際、內容夠用即可的校本教材。通過試用學生反映較好，為教學工作帶來極大的便利。目前，教材《半導體器件物理》[2]已由機械工業出版社正式出版。
2.推進理實一體化教學改革。以前，教師通常將這門課當成一門理論課來上，以教師講課為主，實行的是填鴨式的灌輸教育，大部分學生對這種教學模式不感興趣。筆者以為，《半導體器件物理》這門課是理論性和實踐性并重的一門課程。在教學改革中我們將半導體實驗嵌入其中，作為理實一體化項目。把原來的驗證性實驗改變為探究性實驗，讓學生通過實驗現象自行分析研究，發現規律、得出的結論，從而提高學習積極性，增強感性認識，最終達到切實掌握知識的目標。
以PN結的正向特性——肖克萊方程為例，肖克萊方程的引入是個難點，完整的推導至少需要一個課時，作為高職院的學生來說，能聽懂的是少數?，F在我們講完正向導通的物理過程之后，運用半導體管特性圖示儀測量出PN的正向特性曲線（如圖2），然后直接引入肖克萊方程：
I=I■exp■-1
我們根據實測曲線給出理想曲線（如圖3）并進行對照，通過對比發現差異，然后介紹閾值電壓及其產生機理。這樣既避開了煩瑣的數學推導，又使得閾值電壓的概念能夠牢固的掌握。
目前課程運用的理實一體化項目有14個，如表1所示，占約占總課時的30%。
3.采用多元化教學方法。為了幫助克服學生學習“半導體器件物理”課程理論性較強和抽象難懂的困難，我們在實際的教學過程中，多采用啟發式和討論式教學，將理論學習和實踐練有機結合起來，增強學生創新思維和參與意識。在課堂教學中，采用啟發式教學，注重師生互動，改變以往的灌輸教育，使學生真正參與進來，加強他們學習的主動性，提高教學效率。采用討論式教學可以使學生在學習中由被動變為主動。在課堂上教師提出一些問題，讓學生自己查閱相關文獻尋找解決的辦法。然后就該問題組織學生展開討論。例如MOS管柵電極兩邊出現電場峰值，會降低擊穿電壓，應當怎么改善？在討論過程中教師總結和點評時，要指出為什么對，為什么錯[3]。在教學過程中，課程組設計完成一套多媒體課件，注重反映重要的概念與公式以突出基本概念和基本計算，展示器件等圖例，既方便說明問題，又可以減少板書時間，將更多的時間留給學生交流討論。PPT中還表現了物理現象的變化過程，將抽象理論知識動起來，大大激發了學生的學習熱情，加深了學生對理論知識的深刻理解。
4.將版圖設計軟件引入教學。Cadence virtuoso是一款功能強大的版圖設計軟件，運用cadence配套的specture仿真工具，也可以對半導體器件進行仿真分析，在這方面cadence軟件也有不俗的表現。下面采用該軟件對mos特性曲線在不同器件參數下進行量化分析。
圖1是標準NMOS器件的特性曲線仿真結果，寬長比為1μm∶1μm；改變其寬長比為1μm∶10μm，特性曲線仿真結果如圖2。通過對比讓學生理解半導體器件結構參數的改變將造成電學特性的變化，掌握如何合理選擇參數的方法。在教學過程中利用版圖設計軟件來進行仿真，增強了學生的感性認識，有助于學生的對理論知識的理解。同時讓學生初步接觸專業軟件，為后續的《集成電路版圖設計技術》等課程打下基礎。
5.建立課程網站。目前，課程已建立了網站，將課程信息、教學內容、多媒體課件、課外習題及答案等材料上網。課程網站的設立共享了教學內容，指導學生學習方法，方便學生自主學習。
四、總結與展望
在《半導體器件物理》課程改革的探索實踐過程中，我們使用課程組編寫的適合高職學生的教材，推進理實一體化的教學模式，在教學過程中恰當的運用啟發、討論等教學方法、制作直觀、動態的PPT輔助教學，收到了良好的教學效果，學生在學習過程中的畏難情緒明顯減少，主動性得到了顯著提升，和往屆相比，學習成績獲得一定的提高，后續課程的老師反映學生對基本概念的掌握更為扎實，教學改革獲得了初步成效。
目前已建立了《半導體器件物理》課程網站，但是缺乏互動。下一步的設想是：利用學校的Kingosoft高校網絡教學平臺，創建了《半導體器件物理》教學網站，開展網絡化教學。要設立多媒體課件、課程錄像、網絡資源、交流論壇、課程信息、課外習題、習題解答等欄目，積極拓展學生的學習空間，加強學生之間、教生之間的交流，以期方便不同理論基礎的學生進行學習，提高學生的自主學習能力，進一步調動了學習的主觀能動性。
參考文獻：
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半導體概念范文3
關鍵詞：半導體器件；物理；教學改革
半導體器件物理是微電子學、電子科學與技術等專業的重要專業基礎課程，也是應用型本科院校培養新興光電產業所需的應用技術人才必備的理論與實踐基礎課程。該課程是連接半導體材料性質和器件應用的橋梁學科，在新興產業應用技術人才的知識結構中具有重要的基礎地位。因此，探討教學中存在的問題，改革教學的方式方法具有重要意義。
一、課堂教學中產生的問題及原因分析
1.學生聽課效率低，學習興趣淡薄，考試成績低
以某大學光電行業方向工科專業近三年半導體器件物理考試成績分布情況為例，表1中近三年學生成績均顯示出60分左右的人數最多，以60分為原點，其高分和低分兩側的人數呈現出逐漸降低的正態分布。從表1中還可以看出，成績低分人數逐年增多，成績偏離理想狀況較多。
2.針對問題分析原因
導致表1結果的原因有以下三方面：
（1）學生的物理基礎參差不齊，知識結構存在斷層
近年來，由于高考制度的改革，部分學生參加高考時未選報物理，物理僅作為會考科目使得相當一部分高中學生輕視物理的學習。當學生進入大學，有些專業大學物理成為必修課，由于學生高中物理基礎差別很大，因此，同一班級的學生物理學習能力就表現得參差不齊。
對于一般工科專業的學生（包括面向新興光電產業的工科專業）來說，他們大二或大三開始學習半導體器件物理課程（或半導體物理課程）時，他們的物理基礎只有在高中學過的普通物理和大學學過大學物理，其內容也僅涉及經典物理學中的力學、熱學、電學和光學的基本規律，而近代物理中的實物粒子的波粒二象性、原子中電子分布和原子躍遷的基本規律、微觀粒子的薛定諤方程和固體物理的基本理論均未涉及。半導體器件物理課程的接受對象，不僅在物理基礎上參差不齊，而且在物理知識結構上還存在斷層，這給該課程的教和學增加了難度。
另外，即使增加學習該門課程所必需的近代物理、量子物理初步知識和固體物理的基礎內容，但由于課程課時的限制，也決定了該課程在學習時存在較大的知識跨度，很多學生難以跟上進度。
（2）課程理論性強，較難理解的知識點集中
半導體器件物理課程以半導體材料的基本性質和應用為基本內容，內容編排上從理想本征半導體的性質和半導體的摻雜改性，到P型半導體和N型半導體結合形成半導體器件的核心單元，再到各種PN結的設計和控制，采取層層推進的方式，邏輯嚴密，理論性強，對學生的要求也高，每一部分的核心內容都要扎實掌握才能跟上學習的進度。同時，在各章內容講解過程中幾乎都有若干較難的知識點，如本征半導體性質部分的有效質量、空穴的概念、能帶的形成、導帶和價帶的概念等；半導體摻雜改性部分的施主、受主、施主能級、受主能級、半導體中的載流子分布規律、平衡載流子和非平衡載流子以及載流子的漂移和擴散運動；簡單PN結部分的平衡PN結、非平衡PN結、PN結的能帶和工作原理；不同專業在PN結的設計和控制這部分會根據所設專業選取不同的章節進行學習，面向光電行業的本科專業則通常選取半導體的光學性質和發光這部分來講授，該部分包含半導體的躍遷類型，以及半導體光生伏特效應和發光二極管等的工作原理。這些知識點分布集中，環環相套，步步遞進，因此理解難度較大。
（3）學習態度不端正的現象普遍存在
近幾年，在社會大環境的影響下，學習態度不端正現象在本科各專業學生中普遍存在。無故遲到曠課情況經常發生，作業抄襲現象嚴重，學生獨立思考積極性差。電子產品的普及也嚴重影響到了學生上課的積極性，很多學生成了手機控，即使坐在課堂上也頻頻看手機、上網。有些學生上課連課本都不帶，更談不上用記錄本記錄重點、難點。特別是半導體器件物理這門課程涉及的知識點密集，重點、難點較多，知識連貫性要求高，如果一些知識點漏掉了，前后可能就連貫不起來，容易使疑難問題堆積起來，對于不認真聽講的部分學生來說，很快就跟不上進度了。另外，學生畏難情緒較嚴重，課下也不注意復習答疑，迎難而上的精神十分少見。俗話說，“師傅領進門，修行在個人?！痹谡n時緊張、學生積極性差、課程理論性強等多重因素影響下，教師的單方面努力很難提高課堂教學效率。
二、改進方法的探討
針對教學過程中發現的問題，本文從教學方法和教學手段兩個方面入手來探討該課程教學的改進。
1.教學方法的改革
半導體器件物理課程教學改革以建設完整的半導體理論體系和實踐應用體系為目標，一方面，著重在教學觀念、教學內容、教學方法、教師隊伍、教學管理和教材方面進行建設和改革，形成適合應用型本科專業學生的課程體系。另一方面，我國本科院校正處于教育的轉型發展時期，圍繞應用型人才培養目標，按照“專業設置與產業需求相對接、課程內容與職業標準相對接、教學過程與生產過程相對接”的原則，半導體器件物理課程改革重視基礎知識和基本技能教學，力爭構建以能力為本的課程體系，做到與時俱進。本課程改革具體體現在以下六個方面：
（1）轉變教學觀念
改變傳統向學生灌輸理論知識的教學觀念，以學習與新興行業相關的基礎知識和關鍵應用技術為導向，確定該課程在整個專業課程體系中承上啟下的基礎性地位，在教學觀念上采取不求深，但求透的理念。
（2）組織教學內容
為構建以能力為本的課程體系，本課程改革在重視基礎知識和基本技能的教學、合理構建應用型人才的知識體系的同時，力爭使學生了解半導體器件制作和應用的職業標準及其發展的熱點問題，并積極實現“產學研”一體化的教學模式，故此本課程改革分幾個層次組織教學內容。
第一層次為基礎知識鋪墊。為解決學生知識結構不完整的問題，在講授半導體器件物理之前要進行固體物理學課程知識的鋪墊，還要增加近論物理學知識，如原子物理和量子力學的知識，為學生構建完整的知識框架，降低認知落差。
第二層次為半導體物理基本理論，也是本課程的主體部分。包括單一半導體材料的基本性質、半導體PN結的工作原理、常見半導體結構的工作原理和半導體的光電及發光現象和應用。
第三層次為課內開放性實驗。在理工科學生必修的基礎物理實驗項目（如“電阻應變傳感器”、“太陽電池伏安特性測量”、“光電傳感器基本特性測量”、“霍爾效應及其應用”等）的基礎上，結合專業方向設置若干實驗讓學生了解半導體電子和光電器件的類型、結構、工作原理及制作的工藝流程以及職業要求和標準，還有行業熱點問題，激發其學習興趣，提高動手能力和實踐能力。
第四層次為開展課題式實踐教育，實現“產學研”一體化。為解決傳統教學理論和實踐脫節問題，以基礎物理實驗項目和針對各專業方向設置的與半導體器件應用相關的實驗項目為實踐基礎，開展大學生科技創新活動，鼓勵學生利用課余時間進入實驗室和工廠企業，利用已學理論對行業熱點問題進行思考和探究，加強實踐教學。
（3）調整教學方法
一方面，要正確處理物理模型和數學分析的關系，不追求公式推導的嚴密性，強調對物理結論的正確理解和應用。另一方面，充分利用現代化的教學設施和手段，變抽象為具體，化枯燥為生動，采用討論式、啟發式和探究式教學，調動學生積極性和主動性。
（4）建設教學隊伍
對國內知名院校的相關專業進行考察和調研，學習先進教學理念和教學方法，邀請國內外相關專業的專家進行講座，邀請企業高級技術人才和管理人才作為兼職教授來為學生講授當前最前沿、最先進的技術及產品，并參與教學大綱及教學內容的修訂。另外，鼓勵教師團隊充分利用產學研踐習的機會深入企業，提高教師隊伍的實踐經驗和綜合素質，為培養雙師型教師打下基礎。
（5）完善教材體系
教材是保證教學質量的重要環節，也是提高專業教學水平的有效方法。針對理工科專業特色方向及學生培養的目標，除選用經典的國家級規劃教材――《半導體物理學》以外，還組織精干力量編寫專業特色方向的相關教材，以形成完善的半導體理論和實踐相結合的教材體系，在教材中融入學校及專業特色，注重理論和實踐相結合，增加案例分析，體現學以致用。
（6）加強教學管理
良好的教學管理是提高教學質量的必要手段。首先根據學生特點以及本課程的教學目標合理制訂教學大綱及教學計劃。在授課過程中充分發揮學生主體作用，積極與學生交流，了解學生現狀，建立學生評價體系，改進教學方法、教學手段及教學內容等，提高教學質量。
2.教學手段改革
（1）采用類比的教學方法
課堂上將深奧理論知識與現實中可比事物進行類比，讓學生易于理解基本理論。例如，在講半導體能帶中電子濃度計算時，將教室中一排排桌椅類比為能帶中的能級，將不規則就座的學生類比為占據能級的電子，計算導帶中電子的濃度類比為計算教室中各排上學生數量總和再除以教室體積。讓學生從現實生活中找出例子與抽象的半導體理論進行形象化類比，幫助學生理解半導體的基本概念和理論。
（2）采用理論實踐相結合的方法
在教學中時刻注意理論聯系實際的教學方法，例如，根據學生專業方向，在講述寬帶隙半導體材料的發光性能時，給學生總結介紹了LED芯片材料的類型和對應的發光波長，讓學生體會到材料性質是器件應用的基礎。
（3）構建網上學習系統
建立紙質、網絡教學資源的一體化體系，及時更新、充實課程資源與信息，通過網絡平臺建設，實現課程的網絡輔助教學和優秀資源共享。這些資源包括與本課程相關的教學大綱、教材、多媒體課件、教學示范、習題、習題答案、參考文獻、學生作業及半導體行業發展前沿技術講座等。
（4）開展綜合創新的實踐
充分利用現有的實驗條件，為學生提供實踐條件。同時積極開拓校外實踐基地，加強校企合作，為學生實習、實踐提供良好的平臺，使課程教學和實踐緊密結合。鼓勵學生根據所學內容，與教師科研結合，申請大學生創新項目，以提高學生實踐創新能力及應用能力。
（5）改革考核體制
改變傳統以閉卷考試為主的考核方式，在考核體制上采取閉卷、討論、答辯和小論文等多種評價方式，多角度衡量、綜合評定教學效果。
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半導體概念范文4
關鍵詞：半導體激光器;驅動電源;設計
中圖分類號：TN929.11 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）35-0008-02
半導體激光器擁有廣闊的應用范圍和極大的應用潛力，廣泛應用于軍事、醫療、商業貿易和工業生產等多個領域。但是傳統的半導體激光器內部的設計模式并不好，使用壽命也很短，大大限制住了半導體激光器的使用路徑。通過對內部驅動電源的設計分析，可以優化半導體激光器的電力結構，有效延長半導體激光器的使用壽命。
1 半導體激光器和驅動電源的概念和含義
半導體激光具有體積小、重量輕、價格相對較低和驅動電源設計簡單等優越性的有利條件。半導體激光器是以半導體材料為工作物質，利用電力產生激光激光的一種物理性工具。半導體激光器要順利地產生和發射出激光，必須要滿足三個基本條件：
一是在電子注入有源區時形成粒子數的反轉;
二是電子在光學諧振腔內產生一定波長的光，并利用電子躍遷來提高光的亮度和強度;
三是在發射激光時，注入諧振腔內的載流子既不能多也不能少，保證激光閾值的電流密度維持在飽和狀態。
半導體激光器是實用性和適用性都最好的一類激光器，廣泛應用于光存儲、激光測距、激光通信、激光打印和雷達等多個方面。驅動電源是把電運供應的電力轉換成某一特定的電壓和電流，用以驅動機器工作運轉的一種電源轉換器。由變壓器、整流橋、穩壓電路、綠波網絡和慢啟動電路組成的驅動電源采用的不是電池供電或通電的開關閉合來控制電源狀態的。
2 半導體激光器對驅動電源的要求
注入半導體激光器的電流小于額定閾值的時候，激光器就會因為輸出功率過小而只能發出微弱的熒光。這時射出的光也只是半導體激光器自發輻射的光能能量，并不是從半導體的物質原子中發射出來的激光。注入半導體激光器的電流大于額定閾值的時候，激光器在恒溫的情況下輸出的功率和注入的電流大小成正比的線性關系。當半導體激光器內部的驅動電流超過允許流通電流的最大上限時，驅動電源就很有可能被燒毀，情況嚴重的時候還可能會發生小型爆炸，傷及相關的使用人員。原本半導體激光器的時間響應速度就很快，基本上都是以毫微秒來進行計量的，即使是極為短小的時間段內的沖擊電流也會造成半導體激光器的破損和毀壞。因此，半導體激光器內部的驅動電源必須要擔負起保護電路安全和電流穩定的職責，盡量減小或消除沖擊性電流帶來的不良影響和損失后果。
一方面，像半導體激光器這種非感性的電力負載，在閉合開關和斷開電源的瞬間都會產生一股很大的沖擊性電流。半導體激光器的驅動電源必須要將電力的輸入和輸出設計成一種啟動較慢的安全性電流回路。通過降低激光波長的紋波系數和濾除電路中的交流分量來保證流通電流和輸入電壓的穩定性。
另一方面，氣候溫度和空氣濕度以及線路老化等原因都對半導體激光器的激光輸出功率有著顯著的負面影響。半導體激光器的驅動電源必須要有一套自動控制電路溫度，同時增益輸出功率的設計方案，使半導體激光器能夠在恒溫的狀態下進行正常的工作。
3 半導體激光器驅動電源的設計
3.1 總體設計方案和分析
本文選取了型號為MD-500-7的這種數字式大功率半導體激光器驅動電源為例。該激光器的額定功率是500 W，能承受的最高電壓不能大于50 V，可以流通的電流為0～60 A。驅動電源的整體設計圖，如圖1所示，圖中明確指出了驅動電源內部對實現技術指標的影響相對較大的重要單元。對這些關鍵性的組成單元，必須要在設計方案上進行深入的理性分析和客觀的對比篩選。
在驅動電源的整個設計系統中，各個組成部分的設計是以總體設計方案為中心，圍繞著總體設計圖來展開的。傳統的半導體激光器驅動電源，采用的都是分析電源主回路和平均分攤電力的單一型設計方案。即便半導體激光器是電子轉光子的一個高效率轉換機器，也和其它的電力產品一樣，不可避免地會因為常規操作和使用次數的增加而出現機理損耗和功能弱化的現象，從而影響激光管工作時光線波長和輸出功率的穩定性能。只有對其內部驅動電源的溫度進行嚴格的調控，才能保證半導體激光器在恒溫的狀態下更為持久可靠地進行工作。為了達到更好的設計理想和使用效果，溫控單元激光二極管的溫度控制也需要必要的分析和研究。
3.2 恒流源驅動器的設計
恒流源電路可以使半導體激光器最大輸出40 A穩流源的驅動電源在連續工作的模式下保證電壓以2～10 V的低水平性輸出。如圖2所示，設定輸出電流最高可達40 A，輸出電壓穩定在2～10 V之間，使用大功率場效應管作為設計中的調整控制管，利用場效應管的開關來控制連接在漏極D上的負載電流ID并使其保持不變，通過控制場效應管的旁吹繆UGS來達到均衡電流的最終目的。
在恒流驅動器正常工作的時候，圖2中MOSFET管Q1的控制電壓Vgs是一種正向的驅動電壓，為MOSFET管提供導通飽和的功能服務。IR是一種通過LD的電流，會遵照相關的指數規律呈增長趨勢。Imax指的是在MOSFET管一直導通的情況下Vdd對L充電所能達到的最大指數。
半導體激光器使用壽命的長短和工作效率的高低直接取決于驅動電源的穩定程度。驅動電源的穩定性能較高，半導體激光器的使用壽命就會相應地延長，發射激光的工作效率也能夠保持在一個較高的水平上。因此，對半導體激光器驅動電源的保護是必要而重要的。驅動電源的保護可以由軟啟動、浪涌消除電路、過流過壓檢測電路和恒流源各部分軟件的設計來具體實現。
3.3 制冷器和驅動電路的設計
半導體激光器驅動電源的溫度控制是建立在閉環負反饋理論和電力恒溫流原理上的一種控溫技術。由P型和N型的半導體制冷元件構成的熱點對偶是最常見的溫度傳感器之一，也是半導體激光器驅動電源制冷系統的基本元件。把P型和N型的半導體制冷元件連接在一起，讓直流電通過P-N組件，P和N接頭的兩個地方就會產生一定程度上的溫度差別。溫度較低的電流方向是從N到P，接口處的溫度會逐漸下降并吸收熱量;溫度較高的電流方向是從P到N，接口處的溫度會慢慢上升并釋放熱量。這種冷熱銜接、對接協調的N-P組件就是一個完整的熱電偶對。將多個熱電偶對成串地設置在電路上，和熱交換器的傳熱元件組合形成普遍應用于驅動電源內部的熱電制冷組合控件，專門負責進行熱傳導和熱疏散，保持驅動電源工作環境的恒定低溫。
演算制冷量的具體公式是：
Qc=αITc-■I2R-KΔT
其中，Qc為制冷量;
α為Seeback系數;
R為元件內阻;
K為元件導熱系數;
I為電流;
ΔT為冷熱端溫差。
溫度傳感器是溫度控制系統中最重要也最核心的硬件組成部分。溫度測量的敏感元件不僅有熱電偶對和熱敏電阻等傳統的溫度傳感器，又有光學溫度傳感器和集成溫度傳感器等先進的現代化溫度傳感器。一般的半導體激光器驅動電源往往采用的都是一種型號為DS18B20的數字溫度傳感器。
4 結 語
由于半導體激光器對內部的驅動電源提出了穩定電流和控制溫度這兩個基本性的技術要求，所以在設計半導體激光器的驅動電源的時候，要充分考慮驅動器、電路主回路和溫控系統等部分的工作原理來設計電源方案。同時還要注意設計一些如軟啟動、過壓檢測電路和消除浪涌電路等用來保護電路的硬件和軟件。
參考文獻：
[1] 叢夢龍，李黎，崔艷松，等.控制半導體激光器的高穩定度數字化驅動 電源的設計[J].光學精密工程，2010，（7）.
半導體概念范文5
關鍵詞： 半導體材料 發展 應用
自然界中的物質，根據其導電性能的差異可劃分為導電性能良好的導體（如銀、銅、鐵等）、幾乎不能導電的絕緣體（如橡膠、陶瓷、塑料等）和半導體（如鍺、硅、砷化鎵等）。
半導體是導電能力介于導體和絕緣體之間的一種物質。它的導電能力會隨溫度、光照及摻入雜質的不同而顯著變化，特別是摻雜可以改變半導體的導電能力和導電類型，這是其廣泛應用于制造各種電子元器件和集成電路的基本依據。
下面就其半導體的發展與應用加以介紹。
一、半導體材料的發展
第一代半導體是“元素半導體”，典型如硅基和鍺基半導體。其中以硅基半導體技術較成熟，應用也較廣泛，一般用硅基半導體來代替元素半導體的名稱。
第二代半導體材料是化合物半導體?；衔锇雽w是以砷化鎵（GaAs）、磷化銦（InP）和氮化鎵（GaN）等為代表，包括許多其它III―V族化合物半導體。這些化合物中，商業半導體器件中用得最多的是砷化鎵（GaAs）和磷砷化鎵（GaAsP）、磷化銦（InP）、砷鋁化鎵（GaAlAs）和磷鎵化銦（InGaP）。其中砷化鎵技術較成熟，應用也較廣泛。
二、半導體材料的應用
半導體材料的早期應用：半導體的第一個應用就是利用它的整流效應作為檢波器，就是點接觸二極管（也俗稱貓胡子檢波器，即將一個金屬探針接觸在一塊半導體上以檢測電磁波）。除了檢波器之外，在早期，半導體還用來做整流器、光伏電池、紅外探測器等，半導體的四個效應都用到了。從1907年到1927年，美國的物理學家研制成功晶體整流器、硒整流器和氧化亞銅整流器。1931年，蘭治和伯格曼研制成功硒光伏電池。1932年，德國先后研制成功硫化鉛、硒化鉛和碲化鉛等半導體紅外探測器，在二戰中用于偵測飛機和艦船。二戰時盟軍在半導體方面的研究也取得了很大成效，英國就利用紅外探測器多次偵測到了德國的飛機。
今天，半導體已廣泛地用于家電、通訊、工業制造、航空、航天等領域。1994年，電子工業的世界市場份額為6910億美元，1998年增加到9358億美元。而其中由于美國經濟的衰退，導致了半導體市場的下滑，即由1995年的1500多億美元，下降到1998年的1300多億美元。經過幾年的徘徊，目前半導體市場已有所回升。
三、第二代半導體材料的發展方向
當前化合物半導體產業發展主要體現在以下五個方面。
1.消費類光電子。光存貯、數字電視與全球家用電子產品裝備無線控制和數據連接的比例越來越高，音視頻裝置日益無線化。再加上筆記本電腦的普及，這類產品的市場為化合物半導體產品的應用帶來了龐大的新市場。
2.汽車光電子市場。目前汽車防撞雷達已在很多高檔車上得到了實用，將來肯定會越來越普及。汽車防撞雷達一般工作在毫米波段，所以肯定離不開砷化鎵甚至磷化銦，它的中頻部分才會用到鍺硅。由于全球汽車工業十分龐大，因此這是一個必定會并發的巨大市場。
3.半導體照明技術的迅猛發展?；诎雽w發光二極管（LED）的半導體光源具有體積小、發熱量低、耗電量小、壽命長、反應速度快、環保、耐沖擊不易破、廢棄物可回收，沒有污染，可平面封裝、易開發成輕薄短小產品等優點，具有重大的經濟技術價值和市場前景。特別是基于LED的半導體照明產品具有高效節能、綠色環保優點，在全球能源資源有限和保護環境可持續發展的雙重背景下，將在世界范圍內引發一場劃時代的照明革命，成為繼白熾燈、熒光燈之后的新一代電光源，進入到千家萬戶。目前LED已廣泛用于大屏幕顯示、交通信號燈、手機背光源等，開始應用于城市夜景美化亮化、景觀燈、地燈、手電筒、指示牌等，隨著單個LED亮度和發光效率的提高，即將進入普通室內照明、臺燈、筆記本電腦背光源、LCD顯示器背光源等，因而具有廣闊的應用前景和巨大的商機。
4.新一代光纖通信技術。新一代的40Gbps光通信設備不久將會推向市場，代替25Gbps設備投入大量使用。而這些設備中將大量使用磷化銦、砷化鎵、鍺硅等化合物半導體集成電路。
5.移動通信技術正在不斷朝著有利于化合物半導體產品的方向發展。目前二代半（2.5G）技術成為移動通信技術的主流，同時正在逐漸向第三代（3G）過渡。二代半技術對功放的效率和散熱有更高的要求，這對砷化鎵器件有利。3G技術要求更高的工作頻率，更寬的帶寬和高線性，這也是對砷化鎵和鍺硅技術有利的。目前第四代（4G）的概念已明確提出來了。4G技術對手機有更高的要求。它要求手機在樓內可接入無線局域網（WLAN），即可工作到2.4GHz和5.8GHz，在室外可在二代、二代半、三代等任意制式下工作。因此這是一種多功能、多頻段、多模式的移動終端。從系統小巧來說，當然會希望實現單芯片集成（SOC），但單一的硅技術無法在那么多功能和模式上都達到性能最優。要把各種優化性能的功能集成在一起，只能用系統級封裝（SIP），即在同一封裝中用硅、鍺硅、砷化鎵等不同工藝來優化實現不同功能，這就為砷化鎵帶來了新的發展前景。
參考文獻：
半導體概念范文6
回顧世界電子技術共有三次突破。第一次，1906年美國的物理學家德富列斯特研制成功世界上第一只三極電子管，第二次，1947年美國人索克雷、巴丁和布拉塔因一起發明了晶體管，以及第三次，1958年TI和仙童公司同時成功開發了世界第一塊集成電路，意味著晶體管時代的結束，IC時代的正式開始。這就是人類在20世紀電子技術領域中的三次重大突破。
半導體工業是電子工業的基礎。為什么半導體工業會有那么大的威力?因為傳統工業材料的純度大部分在99％到99.99％?？墒菍τ诎雽w業，要提高到8～9個9的純度。因此半導體工業的產業鏈提高了系列工業的基礎水平。如半導體工業中，要求低缺陷、高純度、耐腐蝕，潔凈等，代表了一個國家的工業技術的基礎水平。因此，這也能解釋為什么中國原子彈、氫彈能成功，衛星能上天，而集成電路工業不能很快突破，原因就是它是工業化的基礎，需要規模批量的生產。相比之下，中國集成電路工業的基礎還很薄弱，與世界先進水平大約還有5～10年的差距。
半導體工業一定離不開摩爾定律。1965年英特爾的創始人之一戈登摩爾提出了一個猜想，通過他的實驗數據分析，得出每經過18個月，芯片上晶體管的數量可以增加一倍，相當于成本下降一半。至今晶體管的密度增加一倍可能相對容易實現，但是要保持功率密度不變，就太難了。
摩爾定律的精髓是一種激勵的機制。鼓勵行業中每個公司必須持續的進步，否則別人進步，你如果進步得慢就落后了。摩爾定律最大的好處是使工業義無反顧地追隨它，并得到實踐的證實。但是摩爾定律受到物理條件的限制，不可能無限的增加，在物理概念上總有一天會壽終正寢，但相信整個工業不會停止，還會繼續進步。半導體既然是一個產業，一定要賺錢，否則無法生存與進步。 據資料統計，平均地說，一個半導體工廠的研發費用要占銷售額的15％，每年的固定資產投資大概要占到銷售額的20％。兩項相加已經占掉35％。因此半導體企業的毛利率低于20％是很難生存。通常情況下芯片制造廠僅僅依靠運營來實現盈利是很困難的，只有每個類別中的第一、第二位還有可能。
半導體工業的評價方法
第一個是Book/Bill(B/B)，也就是訂單與銷售額之比，也可認為是未來與過去之比。銷售額是已經完成的生產代表過去，而訂單代表的是未來。因此，Book/Bill的數字大干1好，通常小于0.8，表示工業已處于危險境地。顯然如果B/B能到1.1或1.2，那就表明工業處于非常健康的狀態，訂單比完成的銷售額還多。B/B可以適用于多種情況，如目前美國的半導體設備B/B是0.84，表明設備工業已處于臨界狀態。
第二個是Inventory(庫存)，回憶世界半導體業05及06兩年的年初，影響半導體業的主要因素歸于庫存太高。半導體的庫存影響了工業的信心。因為庫存大，客戶就不下或者晚下訂單，甚至撤銷訂單。在正常情況下，半導體業的庫存是40億美元左右，差的時候增大到60億美元。
第三個是ASP(芯片的平均售價)，從07年開始影響半導體業的主要因素是存儲器，而存儲器的問題是價格下降過快，超出業界的預期。如512MDRAM在07年初時ASP為6.5美元，到07年底時已下跌到0.9美元左右，下降幅度達80％。造成世界頭號存儲器廠三星于07年的利潤下降78％，及海力士出現近6個季度來首次季度虧損。另外，如07年世界半導體業年初時多家市場調研公司都估計能增長7％～10％，年底結果僅增長3.3％，都是存儲器價格下降惹的禍。
除了上述三個參數之外，觀察半導體工業還必須結合世界經濟大環境等影響，特別是美國的經濟影響。因為美國的消費能力是中國的約9倍，如果因為高油價、次信貸危機等影響美國消費者的信心指數下降，對于世界半導體工業的影響會很大。因此，評價工業，除了看一些參數之外，還要看大的經濟環境。
世界半導體工業從技術上至今有三次重大的突破。眾所周知，第一次是1963年發明的CMOS技術，幾十年來CMOS原理上并沒有創新，至今仍是集成電路的基礎，反映半導體工業至今仍是依靠技術進步來推動，第二次是2001年時特征尺寸從180納米縮小到130納米、材料上的創新是用銅作為互連層金屬代替了延用30年之久的鋁，第三次是2007年英特爾首先采用高k介質材料及金屬柵。連戈登摩爾也坦承此項技術將摩爾定律又延伸了另一個10年。
目前半導體工業已經相對比較成熟，要轉向材料的創新及晶體管原理的創新才能推動工業的繼續進步。
半導體的技術下一步發展的趨勢，在尺寸縮小方面，不僅包括水平方面縮小，還包括垂直方面縮小，3D晶體管將呈現。在光刻技術方面，193nm浸液式、兩次曝光技術將在32納米制程時呈主流、下一代EUV技術可能要到2012年時才會可能盛行。至于450mm的硅片什么時候到來?業界估計，可能要到2012年或者2016年時才能。新材料方面，將采用低k介質材料，高k介質材料及金屬柵。芯片設計要實現功能多樣化，SoC，多核處理器是未來方向，側重在降低功耗。還有封裝技術尚有很大潛力，之前封裝成本約占芯片總制造成本的50％，現在為適應移動多媒體等市場需求，封裝的成本越來越高，如SiP，MCP等封裝成本將來可能會超過芯片制造成本。
未來的半導體，正在向其延伸工業發展。如FPD、MEMS、Solar、LED等，這些現在都很熱。表明半導體工業還會有很大的發展。
半導體工業的基本特征
第一，增長減緩。1996年到2004年大概年均增長達15％，現在下降了很多，只有7％左右。
第二，不可逆的價格下降壓力，這說明了如果要跨入這個工業，經不住價格下降的壓力，就要自動退出去。