主讲教师：张鹏展  课程名称：半导体物理与材料

                      课程性质：专业核心课 适用专业：电子科学与技术

一、课程简介

半导体集成电路（IC）产业规模水平，已成为衡量一个国家整体科学技术和综合实力的重要指标之一，密切关系到国家“十四五”重点发展的微电子、智能信息、光电子等行业领域。本课程面向对象为全日制大专院校电子科学与技术专业、材料科学与工程专业在校研究生与本科生，主要介绍半导体物理与材料方面的基础知识和基本规律，是半导体IC行业产业发展的科学基础。在学好本课程专业知识的同时，充分发挥本课程德育功能与价值导向引领作用，着重于智育育人与德育树人两方面培养半导体IC行业产业应用型人才，对国家半导体IC事业的发展和服务于南京市地方经济有重要的意义。

二、思政元素挖掘与思政素材选取

授课过程中，充分挖掘蕴含于课程内容的德育素材，切入我国半导体集成电路行业产业发展的机遇与挑战，制定相适应的教学方法及手段，将育人元素融入课程内容。采用案例教学，将我国半导体集成电路行业以及相关的产业企业（华为、中芯国际等）从无到有，从小到大，做大做强赶超国际先进的实例贯穿于课堂教学中，展开关于我国半导体IC芯片制造企业与半导体行业产业发展的课堂大讨论，激发同学们的爱国情怀、学习激情与创业热情，培养学生的奉献精神、团队协作能力和集体意识，提升学生的思想境界与人格品质，端正价值取向，增强自身爱国情怀与民族自豪感。

三、课程思政案例设计与实施

1.案例教学目标

通过学习本案例，应掌握智育与德育要求如下：

(1) 智育目标：通过本案例的学习，掌握半导体物理的发展历史、现状和主要的研究方向，了解半导体材料基本特性和分类以及人类的使用和研究历史，了解微电子的发展、掌握集成电路的概念；了解半导体材料的制备和性质、性能参数测试及设计方法等基础知识，为后续课程内容提供必备的半导体理论知识基础。

(2) 德育目标：结合当前微电子技术与半导体集成电路产业的迅猛发展，以及我国IC产业所蕴含的机遇与挑战，充分发挥本课程的德育功能与价值导向引领作用，引导学生立志赶超国际先进半导体产学研技术，立足于我国现阶段国情，担当起科技强国的使命和责任，培养学生的奉献精神、团队协作能力和集体意识，使得学生在思想境界与人格品质上得到提升，价值取向得到端正，自身爱国情怀与民族自豪感得到增强，从而达到为国家培养出半导体IC行业应用型人才育人目标。

2.教学组织与实施

《半导体物理与材料》初识这节课，共分五部分：

第一部分，介绍课程内容性质定位行业应用等。

第二部分，介绍半导体物理理论，相应技术的发展历程,以及对应各个时期的重大历史性突破与重要器件技术进步。

第三部分，介绍半导体集成电路行业产业。首先讲解半导体集成电路芯片的制程过程；其次，分析IC产业的总体分布以及我国目前面临的机遇与挑战。

第四部分，半导体物理与材料知识竞赛：通过网络教学平台模式，采用在线答题、实时判分并投屏公示。

第五部分，针对我们目前的少芯之痛，进行主题讨论，有效融入思政元素。学生上台各自讲解自身对我国半导体集成电路行业发展机遇挑战，以及中美贸易战对我国IC产业影响等的理解。通过课堂讨论，激发同学们的爱国情怀、学习激情与创业热情，提升学生思想境界与人格品质，增强自身科技强国信念。

具体教学安排过程如下：

人类社会从远古的石器时代、到铜器时代，再进步到铁器时代。现今人类历史因而正式进入硅时代。硅基半导体材料器件，包括存储器、微处理器、逻辑器件、光电器件在内的手机、电脑、数码相机、高铁、轿车等，时刻在为我们服务。

（播放微课视频）

（一）半导体物理与材料课程简介

本课程是研究半导体的物理现象、物理规律、物理性质和理论的一门科学。本课程是我院电子科学与技术系课程体系中的专业基础课。使学生获得电子信息类专业必备的，半导体方面的基本物理规律和基本理论知识。通过本课程学习，为后续专业课的学习及参加工作打下牢固基础；重在培养学生思想方法和工程技术应用能力。

（二）半导体物理理论及其技术的发展历程

1、萌芽阶段 (1834-1946)：20世纪40年代前，半导体物理技术的发展处于真空管时代，真空管体积大、重量重、功耗高、可靠性差。

2、发展阶段 (1947-1958)：1947贝尔实验室发明了固体晶体管，晶体管发明者肖克莱、巴丁、布拉顿获得诺贝尔物理学奖。1949年肖克莱提出双极型晶体管理论，标志现代半导体物理理论形成。

3、完善阶段 (1959-1990)：1958年，基尔比发明第一颗基于锗的集成电路。这个装置揭开了二十世纪信息革命的序幕，宣告了信息化时代来临。1959年，美国仙童公司的诺伊思开发出Si平面工艺技术，从而推动了IC制造业的大发展。

4 、成熟阶段 (1990-现在）：进入21世纪之后，半导体科技进入迅速发展时期，相应的半导体物理理论不断完善、新器件层出不穷。而半导体集成电路产业，逐渐成为了世界经济的支柱。

（三）半导体集成电路产业作相应介绍

半导体集成电路行业，作为电子信息产业的基础，已成为世界经济的支柱。现在IT产业已成为世界第一大产业，占到全世界每年GDP约十分之一。

集成电路芯片的制程过程如下:

IC产业包括上游的芯片设计、中游的芯片制造和下游的封测。目前我国正大力发展半导体IC产业，长三角区域建成了南京江北国家级新区半导体IC产业园。

在全球半导体行业市场规模迅速扩张的同时，我国相应市场规模也在不断壮大，十三五期间占到全球市场六成，市场潜力巨大。而与之相对应的产业规模明显滞后，发展面临严峻挑战。

（四）半导体物理与材料知识竞赛抢答环节

邀请院领导进课堂，在知识竞赛结束后，讲一讲他对“课程思政”的感悟，向同学们分析半导体物理这门课程重要性。剖析本课程德育功能与价值导向引领作用，对同学们提出希望，每个人都能立志赶超国际先进半导体产学研技术，立足于我国现阶段国情，担当起科技强国的使命和责任。

（五）课堂主题讨论

（观看半导体物理与材料相关视频）

我们从跨国公司进口芯片数量与自己生产芯片数量之间存在巨大差距 ，每年需要拿出三千亿美金的外汇进口各类芯片，这是我们的少芯之痛。落后就要挨打！中美贸易战背景下，中兴手机被制裁。中兴的少芯之痛值得我们深思，只有掌握了核心技术，才有真正的出路。而当前我国半导体集成电路行业人才需求矛盾十分突出，数量严重不足，人才质量严重不足。

自强首在储才，储才必先兴学。当前我国正处于全面建成小康社会关键期，我们应高举习近平新时代中国特色社会主义思想伟大旗帜，获得启发，坚定信念，为国储才，投身中华民族伟大复兴建设中，贡献自己的一份力量！

3.教学效果分析及教学反思

《半导体物理与材料》初识是本课程的绪论部分，首先讲述半导体物理的研究对象、课程性质、定位以及在行业应用中的地位，其次回顾了半导体理论及其科学技术的发展历程，最后介绍相对应的半导体集成电路行业。授课过程中融入了课程思政育人目标与具体切入点。引入了我国集成电路产业现状以及面临的机遇与挑战的视频，引入我国半导体行业科技工作者取得的创新成果与成就等； 加强了现代化教学手段与信息化建设，利用网络教学平台，立体化提升了智育德育效果与效率，取得了良好的教学效果。

4.教学创新

本节课是理工科专业核心课在传统讲授法教学模式下的一次革新尝试。摒弃传统绪论的平铺直叙式单调乏味，有效运用PPT、动画与音视频资料等手段，立体化地从三个层次分别介绍了半导体物理绪论的每个教学重点，同时，在授课过程中有效融入思政元素，实现智育德育一体化有机结合。

5.课程思政的理念与内涵

课程思政案例教学过程中，以南京市大力发展半导体集成电路产业为背景，针对国家级江北新区集成电路产业布局，着力构建课程理论研究与应用创新相结合的课程特色和优势，以课程思政理论带动行业产业应用，以行业产业应用促进课程思政理论发展，充分体现“应用能力”、“软件能力”和“南京能力”。教学过程中，培养学生的基础知识技能、工程实践创新能力以及科学研究素养，为微电子领域从事电子器件制作、电路与系统测试应用打下坚实基础；将思政元素有机融入专业课教学，充分发挥课程思政德育功能与价值导向引领。在掌握课程体系规定专业知识技能基础上，带领学生开展并参与了课程教研讨论、课后实践总结、专业知识竞赛以及全国大学生集成电路双创大赛等一系列思政与专业相结合的教学实践活动，引导学生立志赶超国际先进半导体产学研技术，担当起科技强国的使命和责任。

6.专业知识与思政元素的有机融合

(1)、实施“专业课中融入思想政治教育”，注重专业知识点与思政育人有效结合。比如将我国半导体产业以及相关IC制造企业从无到有，从小到大，直到做大做强艰辛发展历程实例融入。

(2)、授课过程中推进德育教育音视频及动画教学，注重关注电子信息行业动态，关注我国相关行业发展以及相应的就业机遇与挑战。

(3)、通过课堂教学讨论，在教学生掌握专业知识点的同时，深度挖掘知识点中蕴含的思政元素，用正确方式把社会主义价值观和思维方法传授给学生，使学生树立正确的人生观、价值观、世界观。

(4)、将“课程思政”理念有机地融入学生的课堂作业与实践报告中，将每阶段专业知识点与我国实际行业产业情况相联系，引导学生积极思考，总结自己自身情况，激发同学们的爱国情怀、学习激情与创业热情。