“电力半导体器件”是我校电子科学与技术专业一门重要的专业基础课。本课程旨在使学生能够掌握电力半导体器件的结构、原理和特性及其设计方法,分析器件使用过程中出现的各种问题,培养学生的实践能力与创新意识,为以后从事电力半导体器件的设计、制造及应用奠定扎实的理论基础。
我校自上世纪50年代开始在国内半导体行业就享有一定的声誉,当时因生产出国内第一台单晶炉而轰动国内外,而半导体器件与物理专业也正是在这样的背景下开设起来的。随着当时社会发展对半导体器件需求量的增加,尤其是电力电子技术的兴起对新型电力半导体器件的需求推动,促进了国内半导体工业的发展,以及对专业人才的需求,在此背景下陕西机械学院(现西安理工大学)半导体器件与材料教研室(现电子工程系)创办了半导体器件与物理专业(现电子科学与技术专业和微电子学专业)。电子科学与技术专业于2005年获批陕西省“名牌专业”,2008年获批国家级“特色专业”。
自1974年开始招收本科生以来,就坚持每年开设“电力半导体器件”课程,至今已有40多年教学历史。“电力半导体器件”是该专业的一门重要学位课,在该学科的知识结构中占有非常重要的地位。通过本课程的学习,对学生熟悉各种电力半导体器件的结构、工作原理、特性及制造工艺,学会半导体芯片的结构与工艺设计方法,分析和解决实际应用中出现的问题等。经过40多年的教学实践活动,培养了一大批从事电力半导体器件的专业人才,活跃在国内外电力电子技术领域,得到同行们的认可和赞赏!
本课程在校内的持续建设有三个阶段:
1. 优良的教学传统和规范的教学管理阶段
我校开展“电力半导体器件”课程教学已有41届学生毕业。在1974年办学初期,作为该专业的一门重要必修课,受到了教研室的高度重视,当时由聂代祚教授、涂序梅教授、肖蒲英副教授等组成课程小组,对课程教学内容、重点及难点等进行了深入的讨论,制定了本课程的教学大纲,教材采用校内自编教材《电力半导体器件》,课程内容重点为传统的电力半导体器件(如整流二极管、功率双极晶体管、晶闸管及其派生器件等)相关内容(60学时);直到1994年才更改为由我校聂代祚教授撰写、电子工业出版社出版的《电力半导体器件》规划教材。
随着计算机与信息技术的不断发展,功率集成电路逐渐成为IT行业追逐的热点。该课程将原来的教学内容进行了压缩(变成30学时),又增加一部分新内容,命名为《MOS场效应器件》(30学时),教材采用了B.J.yant编著的《Fundamentals of Power Semiconductor Devices》。教学手段仍采用传统板书形式,当时两课程共计60学时。随着二十一世纪初期,集成电路(IC)的进一步发展,电力半导体器件发展进入了衰退期。随后《电力半导体器件》和《MOS场效应器件》两课程又被合并为《电力半导体器件》(48学时),后续又减为课时又40学时、32学时。
2. 教学内容和方法的改革阶段
随着电力半导体器件应用技术的不断拓展,对电力半导体器件提出了更高的要求。新型电力半导体不断出现,教学内容也随之需要更新,知识点不断增多,庞杂的教学内容与有限的课时之间的矛盾更加尖锐。传统板书教学虽是基础的教学方式,也是学生互动的有效手段,但这种传统的教学方法与较为陈旧的教学内容已很难适应现代电力电子技术发展的需求,而多媒体技术无疑构成了教学中不可缺少的工具。由第二代课程负责人王彩琳教授改变了以往的教学模式,于2001年将本课程的授课方式由传统的板书教学改为多媒体教学,并与传统板书教学相结合,增加了课程信息量,兼顾师生课堂互动效果,采用各种图片、影像资料及其多媒体动画展示,把抽象、微观又复杂的器件结构、原理及工艺等理论知识,通过多媒体形式再现出来,使之形象化、直观化、具体化,不仅增加了教学的信息量,同时激发了学生学习兴趣和主动性,也便于学生理解和课后复习。本课程的教材于2005年更改为《Power Semiconductor Device Theory and Application》,Benda V, Gower J, Grant D A. England, Johy willey & Sons, 1999//吴郁,张万荣,刘兴明译《功率半导体器件—理论及应用》,由北京化学工业出版社出版。并以之前的教材作为辅助,课程内容重点改为以功率MOSFET、IGBT和晶闸管为主要对象,重点介绍电力半导体器件的结构、原理和特性。
为了给学生创造更多的实践机会,在中省共建特色优势学科实验室建设项目的资助下,本专业成立了校内“电子工程系实践教学基地”,建成了一条超净的功率半导体器件制造工艺线,购买了如扩散炉、氧化炉、光刻机、感应耦合等离子刻蚀机(ICP)、等离子增强化学气相淀积(PECVD)、电子束蒸发、烧结炉、清洗机等半导体工艺设备,可用于学生的半导体工艺实践教学,完成从理论到实践的快速过度。
3. 课程建设的完善和更新阶段
2016年在电子科学与技术的学科评估中,评估专家一致建议强化专业特色。与此同时,为了迎接电子科学与技术专业的工程教育认证,加强学生的设计能力培养,更好的支撑毕业要求,《电力半导体器件》又增加了新的教学内容,同时课程名称也改为《电力半导体器件原理及设计》(56学时)。重新修订了本课程的教学大纲,贯彻成果导向教育(OBE)理念,将课程目标定为对学生分析问题和设计能力的培养,从教学大纲、课程设计、教案、课件等方面进行了全面的课程建设。该课程的教材于更新为王彩琳教授2015年编著的《电力半导体新器件及其制造技术》。“电力半导体器件”课程于2018年获批了校精品在线开放课程建设,同时在陕西省一流专业建设经费的资助下,完善了整个课程体系的建设,建设了课程网站平台,成立了由8位博士构成的课程团队,并建成“电力半导体器件”网络共享平台,线上线下在线开放。
目前,该课程不仅建立了独具特色的授课体系和完善的实践教学体系,还建立了与教学内容相结合的自编习题与课后思考题及单元测验系统,能较为全面地反映学生对本课程的掌握程度,各种教学文件和档案,如PPT、作业、测验、讨论、辅助学习资料等课程基本资源完善、齐全。
为了提高本科教育教学质量,结合本科专业认证中毕业要求课程的达成指标,设置了课程调查问卷,可以为我校电子科学于技术专业的专业认证提供有力的支撑。