“半导体可靠性工程”课程教学改革探索

任敏 高巍 张波

[摘 要] “半导体可靠性工程”是本校微电子相关专业研究生的重要专业课之一。由于传统的课堂讲授模式存在诸多弊端，课程组在深入调研和问题梳理的基础上，以培养学生创新意识和创新能力为目标，探索了适用于本课程的具有交互性、实践性、启发性的教学方法。利用教师与学生的互动，使学生从被动学习变为主动学习;利用经典案例分析，加强课程的生动性;利用实验观摩和参与等实践环节，将理论与实际相结合。课程改革有效地提高了课程教学质量和本校研究生培养质量。

[关键词] 半导体可靠性;教学方法;研究生课程

[基金项目] 2020年度教育部产学合作协同育人项目“‘新工科背景下基于产教融合的‘微电子器件课程改革与建设”（201902082005）

[作者简介] 任 敏（1980—），女，四川乐山人，博士，电子科技大学电子科学与工程学院副教授，主要从事功率半导体器件及其可靠性研究;高 巍（1972—），男，宁夏银川人，博士，电子科技大学电子科学与工程学院副教授，主要从事半导体封装及可靠性研究;张 波（1964—），男，重庆人，硕士，电子科技大学电子科学与工程学院教授，博士生导师，主要从事功率半导体器件和集成电路研究。

[中图分类号] TN303   [文献标识码] A   [文章编号] 1674-9324（2021）26-0041-04    [收稿日期] 2021-03-22

半导体技术是电子信息时代的基石。半导体产业的不断发展升级对从业人员提出了更高的要求：既要具备扎实的理论基础，更应具备较强的实践能力和创新意识，因而对高校半导体相关专业的基础教育也提出了严峻挑战。随着半导体技术的迅速发展，半导体器件及集成电路的可靠性问题不断涌现，半导体可靠性相关知识已成为本领域研发人员知识版图中不可缺少的一块。因此，积极进行“半导体可靠性工程”课程的改革探索，可为高校相关课程的开设提供一定的借鉴，也对培养学生理论联系实践的能力具有积极的意义。

作为我国高校电子科学与技术专业学科的领头羊，电子科技大学从2013年起为微电子相关专业博硕士研究生开设了专业选修课程“半导体可靠性工程”，课程目标是使学生理解半导体可靠性工程的重要意义，掌握半导体可靠性物理基础理论以及半导体的常见失效机理，了解半导体可靠性实验方法及常用分析手段。课程组在教学过程中发现本课程的传统教学方式存在较多弊端，经过长期的思考、反思和实践，体会颇多。本文将总结课程组在多年的课程建设和教学实践中的改革经验，介绍对教学方法的探索和创新体会。

一、课程基本情况

课程改革前，“半导体可靠性工程”的教学采用传统的教师课堂讲授方式。由于大部分学生沿袭了本科期间的学习习惯，在课堂上只是被动地接受，缺乏学习的自主性和质疑精神，因此师生互动不足，学生参与度不高，在一定程度上影响了教学效果。实际上，本课程特别适合采用研讨式并结合案例分析方式开展教学活动，其原因在于：（1）课程内容具有分散性和前沿性。本课程由众多相对独立的知识点构成，围绕每个知识点又衍生出多个研究热点。随着集成电路线宽不断缩小，新的可靠性问题不断出现，研究热点不断更新，新的研究成果层出不穷。现成的教材跟不上产业界更新的速度，而仅靠教师收集和整理最新的文献资料既不够全面，也难以让学生把握本领域研究发展的脉络。如果让学生直接参与到课程内容的设计中来，针对某个研究热点问题查找阅读文献资料并进行课堂讨论，既能调动学生的积极性，又能让学生对学科前沿有更深刻的理解。（2）课程实践性强。很多的可靠性问题与具体的器件和电路设计、工艺流程以及应用场景直接相关，特别需要具有分析能力和解决复杂工程问题的能力。仅靠理论教学既枯燥乏味也缺乏说服力，如果引入具体的案例剖析，甚至让学生进行现场观摩和操作，将极大地改善授课效果。

二、课程改革方案

（一）调研和问题梳理

为了更好地完成“半导体可靠性工程”的改革建设，课程组在授课过程中有意识地通过问卷调查等进行调研，问题主要涉及课程内容和教学方法，如表1所示。从学生的反馈来看，大部分学生希望适当压缩理论部分，增加实践性和实用性更强的案例分析;也表示阅读文献分组报告的方式对自身科研能力的培养有一定的帮助。

课程组也对国内外高校开设的类似课程进行了仔细调研。分析国内多所著名高校相关专业的研究生培养方案后发现，开设半导体可靠性课程的高校并不多。究其原因，首先是因为半导体可靠性工程涉及内容非常广泛，是一门跨半导体物理、半导体工艺、材料、化学等多学科的交叉性学科，涵盖微电子产业链的各个环节，要求授课者具有深厚的知识积淀。其次，半导体可靠性工程是一门新兴的应用学科，其知识点较零散，研究热点不断更新，而目前国内缺乏系统的半导体可靠性教材，这就需要教师在授课过程中大量收集资料，紧跟行业前沿。此外，半导体可靠性工程具有很强的实践性，要求授课教师具有丰富的产业化項目经验，这恰恰是大多数高校教师所缺乏的。通过与国外微电子专业相关教授、业界知名专家交流，以及对国外著名高校课程设置的调研，课程组了解到：国外设置可靠性工程专业和开设可靠性课程的学校相比国内较多，主要由产业中项目经验丰富的教师承担授课任务，甚至会邀请工业界的资深工程师参与授课，因此能让学生接触到业界最新进展，也能为学生提供大量来自工程实践的具体案例。课程通常会安排Seminar环节，学生在教师的组织下针对某一专题进行深入讨论，教师和学生共同参与完成教学环节。

（二）研讨式教学改革

在上述调研的基础上，课程组从以下三个方面入手，在教学中引入研讨模式。

1.对课程讲授内容的重新梳理和优化。在研讨式教学过程中，同样需要教师进行必要的基础理论讲解，但是研讨环节的引入必然会压缩教师授课时间。为了更有效地利用宝贵的课堂时间，让学生的收获最大化，课程组对讲授内容进行适当的调整和优化，做到重点突出，详略得当。通过收集和整理历届选课学生的意见，了解学生特别希望听取的内容以及认为过于简单枯燥或收获不大的内容，结合课程教学大纲对授课内容进行了如下调整：可靠性基础理论部分仍采用传统授课方式，但适当压缩其内容;对半导体失效物理部分的讲解内容进行调整，对“热载流子效应”“NBTI效应”等失效机理增加了产业界和学术界较前沿的研究成果，以学生的开放式讨论为主;对可靠性实验方法和失效分析方法的讲授部分做了大幅删减，但增加了多个实际案例。