基金项目：本文系国家第二批新工科研究与实践项目“多学科交叉复合重构面向储能行业的新能源材料与器件专业探索与实践”（编号：E-CL20201930）；湖北高校省级教学研究项目“新时代地方高校新型复合工程人才培养模式改革研究”（编号：2020393）的研究成果。

01 案例背景

《半导体材料与器件》是面向材料科学与工程专业研究生开设的一门专业课。课程主要介绍半导体材料的基本知识和基础理论，从材料和器件基本结构层面阐述半导体的基本特性和基本物理机理。通过学习要求学生全面地了解和掌握半导体材料的基本知识和基础理论，从材料角度透彻理解半导体器件特性的原理和优化器件特性的基本方法，以及利用现代理论与手段控制和优化材料性能从而提高器件性能的方法，为后继专业课程的学习以及从事相关工作奠定良好基础。课程主要内容包括半导体中的电子状态、杂质和缺陷能级、载流子统计分布、非平衡载流子、PN结和金属-半导体接触。主要面向材料科学与工程专业研究生一年级学生，以教师讲授为主、课堂研讨为辅。

半导体技术是现代电子和信息产业的基础和核心，是现代社会高速发展的重要支撑。随着技术的发展，半导体材料体系功能不断拓展，性能不断提升。在当前提出的“碳达峰、碳中和”的“双碳”目标下，我国半导体产业也迎来了新的发展机遇。在《半导体材料与器件》课程中，开展课程思政建设，帮助同学们建立国际视野，充分认识半导体研发及产业发展现状。同时，能够领悟到时代所赋予自身的责任感和使命感，从而树立远大理想。

02 课程思政教学设计与探索

半导体科学技术方面的诺贝尔奖对当代科技和社会发展的重要支撑。在讲授半导体科学技术发展史时，以2014年诺贝尔物理学奖蓝色发光二极管（LED）为例，挖掘课程思政元素。

首先，通过蓝光LED的介绍，让同学们意识到半导体材料在新一代发光器件中的“心脏”、“大脑”作用。这些前沿领域与我们的生活息息相关，有助于培养学生理论与实践相结合的科学方法，并启发科学兴趣。

然后，通过与白炽灯、日光灯等第一、二代照明技术对比，介绍半导体LED照明技术在寿命、发光效率和耗电量方面的优势，不仅可以节省原材料，更重要的是可以节能、环保（世界上约1/4的电能被用于照明，如果都改用LED照明，节约能源的同时会大大减少二氧化碳的排放）。结合当前的“碳达峰、碳中和”背景，培养学生从低碳角度思考环保问题，增强学生对低碳经济的责任感和使命感。

此外，在讲授半导体中的缺陷知识点时，同学们会学习到缺陷的电导调制作用，即在II-VI族化合物半导体中，可以利用成分偏离正常化学比的办法来控制材料的导电类型。但是，在离子性较强的化合物中，材料的导电类型往往受低形成能缺陷的限制，不容易改变（包括掺杂）。比如，ZnS中的S空位很容易形成，而Zn空位相对较难，因此，ZnS的导电性主要受S空位控制，自然状态下呈N型导电，这种半导体我们一般称为单极性半导体。此时，再回到2014年诺贝尔物理学奖，用来制作LED的II-VI族化合物GaN也是这样。半导体发光管都需要一个PN结来实现电-光的转换。相对来说，N型的GaN很容易制备出来，但是很难获得P型的GaN。因为GaN生长过程中容易产生N空位，未掺杂就呈现N型，而自补偿效应使得P型掺杂效率很低。正是因为这个难题，全世界的科学家和产业界都放弃了GaN，转而研究ZnS、ZnSe等II-VI族化合物半导体。而诺贝尔奖获得者中村修二坚守GaN，在短短几年时间里，通过坚持不懈的努力，突破瓶颈，克服了材料制备工艺难题，实现了P型GaN的大规模制备。中村修二的坚守和探索的科学精神，一方面可以为学生树立榜样，同时也让同学们意识到学术研究是严谨的，是不能浮躁的。

在此基础上，引出国内外半导体材料研发与产业现状，尽管我国已成为白光 LED 芯片及半导体照明灯具的生产大国，但在 LED 外延材料生产及其芯片制备技术方面较为薄弱，70% 以上的核心专利技术由美国、日本、德国等国家掌握，如汽车前灯等高端应用所需的功率型白光 LED 芯片主要是由美国公司提供。通过国内外半导体产业现状和差距，让学生领悟到时代所赋予自身的责任感和使命感，鼓励他们立志投身于半导体研究领域，为我国科技发展做出贡献。

03 课程思政教学效果与体会

采用这种教学思政设计以后，学生更了解半导体材料相关技术和产业，也深刻认识到半导体产业是现代社会高速发展的重要支撑，也是衡量一个国家综合国力的重要指标之一，那么，课程学习的重要性就不言而喻了。通过课程思政元素的挖掘，授课人也收获颇多，不仅仅加深了对授课内容的理解，也在思考中领悟到了时代所赋予教师的责任感和使命感。

参考文献

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[6]郑雁公.半导体物理与器件课程的课堂教学模式改革探索[J].高教学刊，2021， 22：103-108.

[7]俞健.固体与半导体物理教学改革及课程思政探讨[J].教育教学论坛，2020， （35）：289-290.

作者简介

孙盼盼（1987.01—）女，汉，山东泰安，博士，副教授，研究方向：电催化材料与器件。

黄妞（1986.01—）女，汉，湖北荆门，博士，副教授，研究方向：电催化材料与器件。

孙小华（1976.12—）男，汉，湖北汉川，博士，教授，研究方向：能量存储与转换材料及器件。