先进科研测试技术在实验教学中的应用研究

一、概述

近年来，先进的科学研究对实践教学的促进作用备受关注，发展迅速。GaN作为典型的第三带半导体材料，相关材料与器件研究是西安电子科技大学的科研优势，取得了众多的研究成果[1-4]。同时行业对于工程型人才的实际需求也要求“微电子科学与工程”专业实验教学要与行业迫切需求、科研前沿发展相适应。

“微电子科学与工程”专业是国家一级学科“电子科学与技术”的重要支撑专业，本科实践教育对学生创新能力和创新意识的培养是至关重要的，这也是近年来高等教育的主要发展方向之一[5-8]。如何以科研优势促进教学发展的思路由来已久[9-13]，将先进的科研测试技术引入本科相关专业的实验教学环节是很好的“以研促教”方法，是一个重要的实验教学研究课题。

二、行业对人才的客观需求和本科实验教学现状

近年来，“微电子科学与工程”专业发展迅速，国家对集成电路产业非常重视，近年来美国对华为的百般刁难和出口限制充分说明了芯片产业对于国家的重要性和战略意义。产业的快速发展和对相关人才需求，极大地推动了教学改革的发展。西安电子科技大学的“微电子科学与工程”本科专业属于国家一类热门专业。本科实验教学对高层次理论型、工程型人才培养至关重要，但在本科专业实验教学中存在一些问题，主要表现为：

(一)课程教学大纲滞后于学科发展前沿和行业实际需求

“微电子科学与工程”专业的前身是1965年设立“半导体材料与器件”专业，历经50多年的发展，专业培养计划进行了多次的修订和完善，从课程内容、学时、能力培养、课程层次关系等多方面进行了改进。随着近十年行业和学科的快速发展，学校的专业教育表现出在专业前沿领域涉及不足的问题，同时教学内容滞后于学科的快速发展，教学形式与行业脱节现象严重。

(二)重科研轻教学的现象一直客观存在着

目前，对于高校的评价体系中，核心指标仍然主要是由科学研究工作完成的，其中论文、项目经费等是重要的量化评价指标，这就导致了重科研轻教学现象的客观存在。国家政策是高等教育重要的发展指针，也是学校考核教师的重要方向，尽管在国家层面多次出台政策促进教学的快速发展，但是重科研轻教学现象仍然存在，亟待有所改变。

(三)先进的科研测试手段在教学中的应用较难推广

在西电“微电子科学与工程”专业的本科教学中，科研优势对教学的促进作用不明显。先进的科研设施和精密仪器很难面向本科教学用途推广，精密的科研设备具有高昂的价格和维护成本，承担着科研前沿和高层次研究型人才培养任务。学科前沿知识的传递在教学中有涉及，但延伸性较差。先进的科研技术手段在实验教学中应用不足。

针对上述问题，在西电“微电子科学与工程”专业的实验教学中，依托西电在第三带半导体材料GaN研究领域的科研优势，探索先进科研测试手段应用于教学并形成良性促进作用就显得十分迫切和必要了。

三、案例内容和先进科研测试技术在实验教学中的应用

结合本科专业实验教学实际和人才培养需要，以新实验教改项目的形式完成荧光光谱分析技术的实验教学应用作为案例，研究应用先进科研测试技术于教学的模式、方法和难点等问题。

(一)光学测试手段在科研和实验教学应用中的区别

GaN和InN形成的合金InGaN是发光二极管量子阱的核心区域，在InGaN材料的科学研究中，禁带宽度、组分和晶格常数等是非常重要的指标。光谱分析技术的科研应用由来已久，目前主要有透射电子显微镜和X射线衍射为代表的测试技术，这些技术均很好地满足了科学研究对测试精度的要求，但都存在设备价格高昂、场地要求高和维护成本高等特点，不利于实践教学推广。

在人才培养需求的带动下，面向教学市场的巨大需求，基于荧光光谱分析技术的实验系统出现了，这为增设本科专业实验测试InGaN发光材料参数提供了可能。荧光光谱分析技术采用的光源为LED或LD光源，波长较长，能够测试的半导体材料范围比科研需求要窄，但它具有很高的测试精度，仍然能够满足本科的实验教学需求，在技术上使得理论表征和实际测试先进材料In－GaN成为可能，是第三代半导体材料相关理论教学的延伸。

(二)新实验开发与荧光光谱分析技术的应用

文章来源：《分析测试技术与仪器》 网址: http://www.fxcsjsyyq.cn/qikandaodu/2021/0727/791.html