導語：如何才能寫好一篇半導體材料論文，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

關鍵詞半導體材料量子線量子點材料光子晶體

1半導體材料的戰略地位

上世紀中葉，單晶硅和半導體晶體管的發明及其硅集成電路的研制成功，導致了電子工業革命；上世紀70年代初石英光導纖維材料和GaAs激光器的發明，促進了光纖通信技術迅速發展并逐步形成了高新技術產業，使人類進入了信息時代。超晶格概念的提出及其半導體超晶格、量子阱材料的研制成功，徹底改變了光電器件的設計思想，使半導體器件的設計與制造從“雜質工程”發展到“能帶工程”。納米科學技術的發展和應用，將使人類能從原子、分子或納米尺度水平上控制、操縱和制造功能強大的新型器件與電路，必將深刻地影響著世界的政治、經濟格局和軍事對抗的形式，徹底改變人們的生活方式。

2幾種主要半導體材料的發展現狀與趨勢

2.1硅材料

從提高硅集成電路成品率，降低成本看，增大直拉硅（CZ－Si）單晶的直徑和減小微缺陷的密度仍是今后CZ－Si發展的總趨勢。目前直徑為8英寸（200mm）的Si單晶已實現大規模工業生產，基于直徑為12英寸（300mm）硅片的集成電路（IC’s）技術正處在由實驗室向工業生產轉變中。目前300mm，0．18μm工藝的硅ULSI生產線已經投入生產，300mm,0．13μm工藝生產線也將在2003年完成評估。18英寸重達414公斤的硅單晶和18英寸的硅園片已在實驗室研制成功，直徑27英寸硅單晶研制也正在積極籌劃中。

從進一步提高硅IC’S的速度和集成度看，研制適合于硅深亞微米乃至納米工藝所需的大直徑硅外延片會成為硅材料發展的主流。另外，SOI材料，包括智能剝離（Smartcut）和SIMOX材料等也發展很快。目前，直徑8英寸的硅外延片和SOI材料已研制成功，更大尺寸的片材也在開發中。

理論分析指出30nm左右將是硅MOS集成電路線寬的“極限”尺寸。這不僅是指量子尺寸效應對現有器件特性影響所帶來的物理限制和光刻技術的限制問題，更重要的是將受硅、SiO2自身性質的限制。盡管人們正在積極尋找高K介電絕緣材料（如用Si3N4等來替代SiO2），低K介電互連材料，用Cu代替Al引線以及采用系統集成芯片技術等來提高ULSI的集成度、運算速度和功能，但硅將最終難以滿足人類不斷的對更大信息量需求。為此，人們除尋求基于全新原理的量子計算和DNA生物計算等之外，還把目光放在以GaAs、InP為基的化合物半導體材料，特別是二維超晶格、量子阱，一維量子線與零維量子點材料和可與硅平面工藝兼容GeSi合金材料等，這也是目前半導體材料研發的重點。

2.2GaAs和InP單晶材料

GaAs和InP與硅不同，它們都是直接帶隙材料，具有電子飽和漂移速度高，耐高溫，抗輻照等特點；在超高速、超高頻、低功耗、低噪音器件和電路，特別在光電子器件和光電集成方面占有獨特的優勢。

目前，世界GaAs單晶的總年產量已超過200噸，其中以低位錯密度的垂直梯度凝固法（VGF）和水平（HB）方法生長的2－3英寸的導電GaAs襯底材料為主；近年來，為滿足高速移動通信的迫切需求，大直徑（4,6和8英寸）的SI－GaAs發展很快。美國莫托羅拉公司正在籌建6英寸的SI－GaAs集成電路生產線。InP具有比GaAs更優越的高頻性能，發展的速度更快，但研制直徑3英寸以上大直徑的InP單晶的關鍵技術尚未完全突破，價格居高不下。

GaAs和InP單晶的發展趨勢是：（1）．增大晶體直徑，目前4英寸的SI－GaAs已用于生產，預計本世紀初的頭幾年直徑為6英寸的SI－GaAs也將投入工業應用。(2)．提高材料的電學和光學微區均勻性。（3）．降低單晶的缺陷密度，特別是位錯。（4）．GaAs和InP單晶的VGF生長技術發展很快，很有可能成為主流技術。

2.3半導體超晶格、量子阱材料

半導體超薄層微結構材料是基于先進生長技術（MBE，MOCVD）的新一代人工構造材料。它以全新的概念改變著光電子和微電子器件的設計思想，出現了“電學和光學特性可剪裁”為特征的新范疇，是新一代固態量子器件的基礎材料。

(1)Ⅲ－V族超晶格、量子阱材料。GaAIAs／GaAs，GaInAs／GaAs，AIGaInP／GaAs；GalnAs／InP，AlInAs／InP，InGaAsP／InP等GaAs、InP基晶格匹配和應變補償材料體系已發展得相當成熟，已成功地用來制造超高速，超高頻微電子器件和單片集成電路。高電子遷移率晶體管(HEMT），贗配高電子遷移率晶體管（P－HEMT）器件最好水平已達fmax=600GHz，輸出功率58mW,功率增益6.4db;雙異質結雙極晶體管（HBT）的最高頻率fmax也已高達500GHz,HEMT邏輯電路研制也發展很快。基于上述材料體系的光通信用1．3μm和1.5μm的量子阱激光器和探測器，紅、黃、橙光發光二極管和紅光激光器以及大功率半導體量子阱激光器已商品化；表面光發射器件和光雙穩器件等也已達到或接近達到實用化水平。目前，研制高質量的1．5μm分布反饋（DFB）激光器和電吸收（EA）調制器單片集成InP基多量子阱材料和超高速驅動電路所需的低維結構材料是解決光纖通信瓶頸問題的關鍵，在實驗室西門子公司已完成了80×40Gbps傳輸40km的實驗。另外，用于制造準連續兆瓦級大功率激光陣列的高質量量子阱材料也受到人們的重視。

雖然常規量子阱結構端面發射激光器是目前光電子領域占統治地位的有源器件，但由于其有源區極薄(～0．01μm）端面光電災變損傷，大電流電熱燒毀和光束質量差一直是此類激光器的性能改善和功率提高的難題。采用多有源區量子級聯耦合是解決此難題的有效途徑之一。我國早在1999年，就研制成功980nmInGaAs帶間量子級聯激光器，輸出功率達5W以上；2000年初，法國湯姆遜公司又報道了單個激光器準連續輸出功率超過10瓦好結果。最近，我國的科研工作者又提出并開展了多有源區縱向光耦合垂直腔面發射激光器研究，這是一種具有高增益、極低閾值、高功率和高光束質量的新型激光器，在未來光通信、光互聯與光電信息處理方面有著良好的應用前景。

為克服PN結半導體激光器的能隙對激光器波長范圍的限制，1994年美國貝爾實驗室發明了基于量子阱內子帶躍遷和阱間共振隧穿的量子級聯激光器，突破了半導體能隙對波長的限制。自從1994年InGaAs／InAIAs／InP量子級聯激光器（QCLs）發明以來，Bell實驗室等的科學家，在過去的7年多的時間里，QCLs在向大功率、高溫和單膜工作等研究方面取得了顯著的進展。2001年瑞士Neuchatel大學的科學家采用雙聲子共振和三量子阱有源區結構使波長為9．1μm的QCLs的工作溫度高達312K，連續輸出功率3mW。量子級聯激光器的工作波長已覆蓋近紅外到遠紅外波段（3－87μm），并在光通信、超高分辨光譜、超高靈敏氣體傳感器、高速調制器和無線光學連接等方面顯示出重要的應用前景。中科院上海微系統和信息技術研究所于1999年研制成功120K5μm和250K8μm的量子級聯激光器；中科院半導體研究所于2000年又研制成功3．7μm室溫準連續應變補償量子級聯激光器，使我國成為能研制這類高質量激光器材料為數不多的幾個國家之一。

目前，Ⅲ－V族超晶格、量子阱材料作為超薄層微結構材料發展的主流方向，正從直徑3英寸向4英寸過渡；生產型的MBE和M0CVD設備已研制成功并投入使用，每臺年生產能力可高達3．75×104片4英寸或1．5×104片6英寸。英國卡迪夫的MOCVD中心，法國的PicogigaMBE基地，美國的QED公司，Motorola公司，日本的富士通，NTT，索尼等都有這種外延材料出售。生產型MBE和MOCVD設備的成熟與應用，必然促進襯底材料設備和材料評價技術的發展。

(2)硅基應變異質結構材料。硅基光、電器件集成一直是人們所追求的目標。但由于硅是間接帶隙，如何提高硅基材料發光效率就成為一個亟待解決的問題。雖經多年研究，但進展緩慢。人們目前正致力于探索硅基納米材料（納米Si／SiO2），硅基SiGeC體系的Si1－yCy/Si1－xGex低維結構，Ge／Si量子點和量子點超晶格材料，Si／SiC量子點材料，GaN／BP／Si以及GaN／Si材料。最近，在GaN／Si上成功地研制出LED發光器件和有關納米硅的受激放大現象的報道，使人們看到了一線希望。

另一方面，GeSi／Si應變層超晶格材料，因其在新一代移動通信上的重要應用前景，而成為目前硅基材料研究的主流。Si/GeSiMODFET和MOSFET的最高截止頻率已達200GHz，HBT最高振蕩頻率為160GHz，噪音在10GHz下為0．9db，其性能可與GaAs器件相媲美。

盡管GaAs／Si和InP／Si是實現光電子集成理想的材料體系，但由于晶格失配和熱膨脹系數等不同造成的高密度失配位錯而導致器件性能退化和失效，防礙著它的使用化。最近，Motolora等公司宣稱，他們在12英寸的硅襯底上，用鈦酸鍶作協變層（柔性層），成功的生長了器件級的GaAs外延薄膜，取得了突破性的進展。

2.4一維量子線、零維量子點半導體微結構材料

基于量子尺寸效應、量子干涉效應，量子隧穿效應和庫侖阻效應以及非線性光學效應等的低維半導體材料是一種人工構造（通過能帶工程實施）的新型半導體材料，是新一代微電子、光電子器件和電路的基礎。它的發展與應用，極有可能觸發新的技術革命。

目前低維半導體材料生長與制備主要集中在幾個比較成熟的材料體系上，如GaAlAs／GaAs，In（Ga）As／GaAs，InGaAs／InAlAs／GaAs，InGaAs／InP，In（Ga）As／InAlAs／InP,InGaAsP／InAlAs／InP以及GeSi／Si等，并在納米微電子和光電子研制方面取得了重大進展。俄羅斯約飛技術物理所MBE小組，柏林的俄德聯合研制小組和中科院半導體所半導體材料科學重點實驗室的MBE小組等研制成功的In（Ga）As／GaAs高功率量子點激光器，工作波長lμm左右，單管室溫連續輸出功率高達3．6～4W。特別應當指出的是我國上述的MBE小組，2001年通過在高功率量子點激光器的有源區材料結構中引入應力緩解層，抑制了缺陷和位錯的產生，提高了量子點激光器的工作壽命，室溫下連續輸出功率為1W時工作壽命超過5000小時，這是大功率激光器的一個關鍵參數，至今未見國外報道。

在單電子晶體管和單電子存貯器及其電路的研制方面也獲得了重大進展，1994年日本NTT就研制成功溝道長度為30nm納米單電子晶體管，并在150K觀察到柵控源－漏電流振蕩；1997年美國又報道了可在室溫工作的單電子開關器件，1998年Yauo等人采用0．25微米工藝技術實現了128Mb的單電子存貯器原型樣機的制造，這是在單電子器件在高密度存貯電路的應用方面邁出的關鍵一步。目前，基于量子點的自適應網絡計算機，單光子源和應用于量子計算的量子比特的構建等方面的研究也正在進行中。

與半導體超晶格和量子點結構的生長制備相比，高度有序的半導體量子線的制備技術難度較大。中科院半導體所半導體材料科學重點實驗室的MBE小組，在繼利用MBE技術和SK生長模式，成功地制備了高空間有序的InAs／InAI（Ga）As／InP的量子線和量子線超晶格結構的基礎上，對InAs／InAlAs量子線超晶格的空間自對準（垂直或斜對準）的物理起因和生長控制進行了研究，取得了較大進展。

王中林教授領導的喬治亞理工大學的材料科學與工程系和化學與生物化學系的研究小組，基于無催化劑、控制生長條件的氧化物粉末的熱蒸發技術，成功地合成了諸如ZnO、SnO2、In2O3和Ga2O3等一系列半導體氧化物納米帶，它們與具有圓柱對稱截面的中空納米管或納米線不同，這些原生的納米帶呈現出高純、結構均勻和單晶體，幾乎無缺陷和位錯；納米線呈矩形截面，典型的寬度為20－300nm，寬厚比為5－10，長度可達數毫米。這種半導體氧化物納米帶是一個理想的材料體系，可以用來研究載流子維度受限的輸運現象和基于它的功能器件制造。香港城市大學李述湯教授和瑞典隆德大學固體物理系納米中心的LarsSamuelson教授領導的小組，分別在SiO2／Si和InAs／InP半導體量子線超晶格結構的生長制各方面也取得了重要進展。

低維半導體結構制備的方法很多，主要有：微結構材料生長和精細加工工藝相結合的方法，應變自組裝量子線、量子點材料生長技術，圖形化襯底和不同取向晶面選擇生長技術，單原子操縱和加工技術，納米結構的輻照制備技術，及其在沸石的籠子中、納米碳管和溶液中等通過物理或化學方法制備量子點和量子線的技術等。目前發展的主要趨勢是尋找原子級無損傷加工方法和納米結構的應變自組裝可控生長技術，以求獲得大小、形狀均勻、密度可控的無缺陷納米結構。

2.5寬帶隙半導體材料

寬帶隙半導體材主要指的是金剛石，III族氮化物，碳化硅，立方氮化硼以及氧化物（ZnO等）及固溶體等，特別是SiC、GaN和金剛石薄膜等材料，因具有高熱導率、高電子飽和漂移速度和大臨界擊穿電壓等特點，成為研制高頻大功率、耐高溫、抗輻照半導體微電子器件和電路的理想材料；在通信、汽車、航空、航天、石油開采以及國防等方面有著廣泛的應用前景。另外，III族氮化物也是很好的光電子材料，在藍、綠光發光二極管（LED)和紫、藍、綠光激光器（LD）以及紫外探測器等應用方面也顯示了廣泛的應用前景。隨著1993年GaN材料的P型摻雜突破，GaN基材料成為藍綠光發光材料的研究熱點。目前，GaN基藍綠光發光二極管己商品化，GaN基LD也有商品出售，最大輸出功率為0．5W。在微電子器件研制方面，GaN基FET的最高工作頻率（fmax）已達140GHz，fT=67GHz，跨導為260ms／mm；HEMT器件也相繼問世，發展很快。此外，256×256GaN基紫外光電焦平面陣列探測器也已研制成功。特別值得提出的是，日本Sumitomo電子工業有限公司2000年宣稱，他們采用熱力學方法已研制成功2英寸GaN單晶材料，這將有力的推動藍光激光器和GaN基電子器件的發展。另外，近年來具有反常帶隙彎曲的窄禁帶InAsN，InGaAsN,GaNP和GaNAsP材料的研制也受到了重視，這是因為它們在長波長光通信用高T0光源和太陽能電池等方面顯示了重要應用前景。

以Cree公司為代表的體SiC單晶的研制已取得突破性進展，2英寸的4H和6HSiC單晶與外延片，以及3英寸的4HSiC單晶己有商品出售；以SiC為GaN基材料襯低的藍綠光LED業已上市，并參于與以藍寶石為襯低的GaN基發光器件的竟爭。其他SiC相關高溫器件的研制也取得了長足的進步。目前存在的主要問題是材料中的缺陷密度高，且價格昂貴。

II－VI族蘭綠光材料研制在徘徊了近30年后，于1990年美國3M公司成功地解決了II－VI族的P型摻雜難點而得到迅速發展。1991年3M公司利用MBE技術率先宣布了電注入（Zn，Cd）Se／ZnSe蘭光激光器在77K（495nm）脈沖輸出功率100mW的消息，開始了II－VI族蘭綠光半導體激光（材料）器件研制的。經過多年的努力，目前ZnSe基II－VI族蘭綠光激光器的壽命雖已超過1000小時，但離使用差距尚大，加之GaN基材料的迅速發展和應用，使II－VI族蘭綠光材料研制步伐有所變緩。提高有源區材料的完整性，特別是要降低由非化學配比導致的點缺陷密度和進一步降低失配位錯和解決歐姆接觸等問題，仍是該材料體系走向實用化前必須要解決的問題。

寬帶隙半導體異質結構材料往往也是典型的大失配異質結構材料，所謂大失配異質結構材料是指晶格常數、熱膨脹系數或晶體的對稱性等物理參數有較大差異的材料體系，如GaN／藍寶石（Sapphire），SiC／Si和GaN／Si等。大晶格失配引發界面處大量位錯和缺陷的產生，極大地影響著微結構材料的光電性能及其器件應用。如何避免和消除這一負面影響，是目前材料制備中的一個迫切要解決的關鍵科學問題。這個問題的解泱，必將大大地拓寬材料的可選擇余地，開辟新的應用領域。

目前，除SiC單晶襯低材料，GaN基藍光LED材料和器件已有商品出售外，大多數高溫半導體材料仍處在實驗室研制階段，不少影響這類材料發展的關鍵問題,如GaN襯底，ZnO單晶簿膜制備，P型摻雜和歐姆電極接觸，單晶金剛石薄膜生長與N型摻雜，II－VI族材料的退化機理等仍是制約這些材料實用化的關鍵問題，國內外雖已做了大量的研究，至今尚未取得重大突破。

3光子晶體

光子晶體是一種人工微結構材料，介電常數周期的被調制在與工作波長相比擬的尺度，來自結構單元的散射波的多重干涉形成一個光子帶隙，與半導體材料的電子能隙相似，并可用類似于固態晶體中的能帶論來描述三維周期介電結構中光波的傳播，相應光子晶體光帶隙（禁帶）能量的光波模式在其中的傳播是被禁止的。如果光子晶體的周期性被破壞，那么在禁帶中也會引入所謂的“施主”和“受主”模，光子態密度隨光子晶體維度降低而量子化。如三維受限的“受主”摻雜的光子晶體有希望制成非常高Q值的單模微腔，從而為研制高質量微腔激光器開辟新的途徑。光子晶體的制備方法主要有：聚焦離子束（FIB）結合脈沖激光蒸發方法，即先用脈沖激光蒸發制備如Ag/MnO多層膜，再用FIB注入隔離形成一維或二維平面陣列光子晶體；基于功能粒子（磁性納米顆粒Fe2O3，發光納米顆粒CdS和介電納米顆粒TiO2）和共軛高分子的自組裝方法，可形成適用于可見光范圍的三維納米顆粒光子晶體；二維多空硅也可制作成一個理想的3－5μm和1．5μm光子帶隙材料等。目前，二維光子晶體制造已取得很大進展，但三維光子晶體的研究，仍是一個具有挑戰性的課題。最近，Campbell等人提出了全息光柵光刻的方法來制造三維光子晶體，取得了進展。

4量子比特構建與材料

隨著微電子技術的發展，計算機芯片集成度不斷增高，器件尺寸越來越小（nm尺度）并最終將受到器件工作原理和工藝技術限制，而無法滿足人類對更大信息量的需求。為此，發展基于全新原理和結構的功能強大的計算機是21世紀人類面臨的巨大挑戰之一。1994年Shor基于量子態疊加性提出的量子并行算法并證明可輕而易舉地破譯目前廣泛使用的公開密鑰Rivest，Shamir和Adlman（RSA）體系，引起了人們的廣泛重視。

所謂量子計算機是應用量子力學原理進行計算的裝置，理論上講它比傳統計算機有更快的運算速度，更大信息傳遞量和更高信息安全保障，有可能超越目前計算機理想極限。實現量子比特構造和量子計算機的設想方案很多，其中最引人注目的是Kane最近提出的一個實現大規模量子計算的方案。其核心是利用硅納米電子器件中磷施主核自旋進行信息編碼，通過外加電場控制核自旋間相互作用實現其邏輯運算，自旋測量是由自旋極化電子電流來完成，計算機要工作在mK的低溫下。

這種量子計算機的最終實現依賴于與硅平面工藝兼容的硅納米電子技術的發展。除此之外，為了避免雜質對磷核自旋的干擾，必需使用高純（無雜質）和不存在核自旋不等于零的硅同位素（29Si）的硅單晶；減小SiO2絕緣層的無序漲落以及如何在硅里摻入規則的磷原子陣列等是實現量子計算的關鍵。量子態在傳輸，處理和存儲過程中可能因環境的耦合（干擾），而從量子疊加態演化成經典的混合態，即所謂失去相干，特別是在大規模計算中能否始終保持量子態間的相干是量子計算機走向實用化前所必需克服的難題。

5發展我國半導體材料的幾點建議

鑒于我國目前的工業基礎，國力和半導體材料的發展水平，提出以下發展建議供參考。

5.1硅單晶和外延材料

硅材料作為微電子技術的主導地位至少到本世紀中葉都不會改變，至今國內各大集成電路制造廠家所需的硅片基本上是依賴進口。目前國內雖已可拉制8英寸的硅單晶和小批量生產6英寸的硅外延片，然而都未形成穩定的批量生產能力，更談不上規模生產。建議國家集中人力和財力，首先開展8英寸硅單晶實用化和6英寸硅外延片研究開發，在“十五”的后期，爭取做到8英寸集成電路生產線用硅單晶材料的國產化，并有6～8英寸硅片的批量供片能力。到2010年左右，我國應有8～12英寸硅單晶、片材和8英寸硅外延片的規模生產能力；更大直徑的硅單晶、片材和外延片也應及時布點研制。另外，硅多晶材料生產基地及其相配套的高純石英、氣體和化學試劑等也必需同時給以重視，只有這樣，才能逐步改觀我國微電子技術的落后局面，進入世界發達國家之林。

5.2GaAs及其有關化合物半導體單晶

材料發展建議

GaAs、InP等單晶材料同國外的差距主要表現在拉晶和晶片加工設備落后，沒有形成生產能力。相信在國家各部委的統一組織、領導下，并爭取企業介入，建立我國自己的研究、開發和生產聯合體，取各家之長，分工協作，到2010年趕上世界先進水平是可能的。要達到上述目的，到“十五”末應形成以4英寸單晶為主2－3噸／年的SI－GaAs和3－5噸／年摻雜GaAs、InP單晶和開盒就用晶片的生產能力，以滿足我國不斷發展的微電子和光電子工業的需術。到2010年，應當實現4英寸GaAs生產線的國產化，并具有滿足6英寸線的供片能力。

5.3發展超晶格、量子阱和一維、零維半導體

微結構材料的建議

(1)超晶格、量子阱材料

從目前我國國力和我們已有的基礎出發，應以三基色（超高亮度紅、綠和藍光）材料和光通信材料為主攻方向，并兼顧新一代微電子器件和電路的需求，加強MBE和MOCVD兩個基地的建設，引進必要的適合批量生產的工業型MBE和MOCVD設備并著重致力于GaAlAs／GaAs，InGaAlP／InGaP,GaN基藍綠光材料，InGaAs／InP和InGaAsP／InP等材料體系的實用化研究是當務之急，爭取在“十五”末，能滿足國內2、3和4英寸GaAs生產線所需要的異質結材料。到2010年，每年能具備至少100萬平方英寸MBE和MOCVD微電子和光電子微結構材料的生產能力。達到本世紀初的國際水平。

寬帶隙高溫半導體材料如SiC，GaN基微電子材料和單晶金剛石薄膜以及ZnO等材料也應擇優布點，分別做好研究與開發工作。

(2)一維和零維半導體材料的發展設想。基于低維半導體微結構材料的固態納米量子器件，目前雖然仍處在預研階段，但極其重要，極有可能觸發微電子、光電子技術新的革命。低維量子器件的制造依賴于低維結構材料生長和納米加工技術的進步，而納米結構材料的質量又很大程度上取決于生長和制備技術的水平。因而，集中人力、物力建設我國自己的納米科學與技術研究發展中心就成為了成敗的關鍵。具體目標是，“十五”末，在半導體量子線、量子點材料制備，量子器件研制和系統集成等若干個重要研究方向接近當時的國際先進水平；2010年在有實用化前景的量子點激光器，量子共振隧穿器件和單電子器件及其集成等研發方面，達到國際先進水平，并在國際該領域占有一席之地。可以預料，它的實施必將極大地增強我國的經濟和國防實力。

篇2

關鍵詞:半導體物理實驗;教學改革;專業實驗

實驗教學作為高校教學環節中的一個重要組成部分，不僅因為其是課堂教學的延伸，更由于通過實驗教學，可以加深學生對理論知識的理解，培養學生的動手能力，拓展學生的創造思維［1，2］。實驗教學分為基礎實驗和專業實驗兩部分［3，4］:基礎實驗面向全校學生，如大學物理實驗、普通化學實驗等，其主要任務是鞏固學生對所學基礎知識和規律的理解，旨在提高學生的觀察、分析及解決問題的能力，提供知識儲備［5，6］;與基礎實驗不同，專業實驗僅面向某一專業，是針對專業理論課程的具體學習要求設計的實驗教學內容，對于學生專業方向能力的提高具有極強的促進作用［7～8］。通過專業實驗教學使學生能夠更好的理解、掌握和應用基礎知識和專業知識，提高分析問題的能力并解決生活中涉及專業的實際問題，為學生開展專業創新實踐活動打下堅實的基礎［9～11］。

1半導體物理實驗課程存在的問題與困難

半導體物理實驗是物理學專業電子材料與器件工程方向必修的一門專業實驗課，旨在培養學生對半導體材料和器件的制備及測試方法的實踐操作能力，其教學效果直接影響著后續研究生階段的學習和畢業工作實踐。通過對前幾年本專業畢業生的就業情況分析，發現該專業畢業生缺乏對領域內前沿技術的理解和掌握。由于沒有經過相關知識的實驗訓練，不少畢業生就業后再學習過程較長，融入企事業單位較慢，因此提升空間受到限制。1．1教學內容簡單陳舊。目前，國內高校在半導體物理實驗課程教學內容的設置上大同小異，基礎性實驗居多，對于新能源、新型電子器件等領域的相關實驗內容完全沒有或涉及較少。某些高校還利用虛擬實驗來進行實驗教學，其實驗效果遠不如學生實際動手操作。我校的半導體物理實驗原有教學內容主要參照上個世紀七、八十年代國家對半導體產業人才培養的要求所設置，受技術、條件所限，主要以傳統半導體物理的基礎類實驗為主，實驗內容陳舊。但是在實驗內容中添加新能源、新型電子器件等領域的技術方法，對于增加學生對所學領域內最新前沿技術的了解，掌握現代技術中半導體材料特性相關的實驗手段和測試技術是極為重要的。1．2儀器設備嚴重匱乏。半導體物理實驗的教學目標是使學生熟練掌握半導體材料和器件的制備、基本物理參數以及物理性質的測試原理和表征方法，為半導體材料與器件的開發設計與研制奠定基礎。隨著科學技術的不斷發展，專業實驗的教學內容應隨著專業知識的更新及行業的發展及時調整，從而能更好的完成課程教學目標的要求，培養新時代的人才。實驗內容的調整和更新需要有新型的實驗儀器設備做保障，但我校原有實驗教學儀器設備絕大部分生產于上個世紀六七十年代，在長期實驗教學過程中，不少儀器因無法修復的故障而處于待報廢狀態。由于儀器設備不能及時更新，致使個別實驗內容無法正常進行，可運行的儀器設備也因為年代久遠，實驗誤差大、重復性低，有時甚至會得到錯誤的實驗結果，只能作學生“按部就班”的基礎實驗，難以進行實驗內容的調整，將新技術新方法應用于教學中。因此，在改革之前半導體物理實驗的實驗設計以基礎類實驗為主，設計性、應用性、綜合性等提高類實驗較少，且無法開展創新類實驗。缺少自主設計、創新、協作等實踐能力的訓練，不僅極大地降低學生對專業實驗的興趣，且不利于學生實踐和創新創業能力的培養，半導體物理實驗課程的改革勢在必行。

2半導體物理實驗課程改革的內容與舉措

半導體物理實驗開設時間為本科大四秋季學期，該實驗課與專業理論課半導體物理學、半導體器件、薄膜物理學在同一學期進行。隨著半導體技術日新月異發展的今天，對半導體物理實驗的教學內容也提出了新的要求，因此，要求這門實驗課程不僅能夠通過對半導體材料某些重要參數和特性的觀測，使學生掌握半導體材料和器件的制備及基本物理參數與物理性質的測試方法，而且可以在鋪墊必備基礎和實際操作技能的同時，拓展學生在電子材料與器件工程領域的科學前沿知識，為將來獨立開展產品的研制和科學研究打下堅實的基礎。2．1實驗基礎設施的建設。2013年年底，基于我校本科教學項目的資金支持，半導體物理實驗教學團隊通過調研國內外高校現行半導體物理實驗教學資料，結合我校實驗教學的自身特點，按照創新教育的要求重新設計了半導體物理實驗內容，并根據所開設實驗教學內容合理配置相應的實驗儀器設備，新配置儀器設備具有一定的前瞻性，品質優良，數量合理，保證實驗教學質量。由于作為一門專業實驗課，每學年只有一個學期承擔教學任務，為了提高儀器設備的利用率，做到實驗設備資源的不浪費，計劃成立一間半導體物理實驗專屬的實驗室，用于陳放新購置的實驗設備，在沒有教學任務的學期，該實驗室做為科研實驗室和創新創業實驗室使用。通過近三年的建設，半導體物理實驗專屬實驗室———新能源材料與電子器件工程創新實驗室建成并投入使用，該實驗室為電子材料與器件工程方向的本科生畢業論文設計以及全院本科生的創新創業實驗設計提供了基本保障，更為重要的是該實驗室的建成極大地改善了半導體物理實驗的原有教學條件，解決了實際困難，使得半導體物理實驗教學效果顯著提升。不僅加強了學生對專業核心知識理解和掌握，而且啟發學生綜合運用所學知識創造性地解決實際問題，有效提高學生的實踐動手能力、創新能力和綜合素質。2．2實驗教學內容的更新。半導體物理實驗是一門72學時的實驗課，在專屬實驗室建成后，按照重視基礎、突出綜合、強調創新、提升能力的要求，逐步培養與提高學生的科學實驗素質和創新能力，構建了“九—八—五”新的實驗內容體系，包括如下三個層次(表1)。第一層次為“九”個基礎型實驗，涵蓋對半導體材料的物理性質(結構、電學、光學)的測定，通過對物理量的測量驗證物理規律，訓練學生觀察、分析和研究半導體物理實驗現象的能力，掌握常用基本半導體物理實驗儀器的原理、性能和測量方法等。第二層次為“八”個提高型實驗(綜合、應用性實驗)，學生通過第一層次的實驗訓練后，已掌握了基本的實驗方法和技能，在此基礎上，開展綜合性實驗，可以培養學生綜合運用所學知識以及分析和解決問題的能力。通過應用性實驗培養學生將來利用設備原理從事生產或者技術服務的能力。第三層次為“五”個設計創新型實驗，學生需運用多學科知識、綜合多學科內容，結合教師的科研項目進行創新研究，通過設計型實驗可以鍛煉學生組織和自主實驗的能力，著力培養學生創新實踐能力和基本的科研素質。每個基礎型實驗4學時，提高型實驗8學時，創新型實驗12學時，規定基礎型為必修實驗，提高型、創新型為選作實驗。九個基礎型實驗全部完成后，學生可根據興趣和畢業設計要求在提高型、創新型實驗中各分別選做一定數量的實驗，在開課學期結束時完成至少72個學時的實驗并獲得成績方為合格。2．3實驗教學方式的優化。在教學方式上，建立以學生為中心、學生自我訓練為主的教學模式，充分調動學生的主觀能動性。將之前老師實驗前的講解轉變為學生代表講解實驗內容，然后老師提問并補充完善，在整個實驗安排過程中，實驗內容由淺入深、由簡單到綜合、逐步過渡至設計和研究創新型實驗。三個層次的實驗內容形成連貫的實驗梯度教學體系，在充分激發學生學習興趣的同時，培養學生自主學習、自發解決問題的能力。2．4實驗考核機制的改革。目前大部分實驗課的成績由每次實驗后的“實驗報告”的平均成績決定，然而單獨一份實驗報告并不能夠完整反應學生的實際動手操作能力和對實驗內容的熟悉程度。因此，本課程將此改革為總成績由每次“實驗”的平均成績決定。每次實驗成績包括實驗預習、實驗操作和實驗報告三部分，實驗開始前通過問答以及學生講解實驗內容來給出實驗預習成績;實驗操作成績是個團隊成績反映每組實驗學生在實驗過程中的動手能力以及組員之間的相互協助情況;針對提高型和創新性實驗，特別是創新性實驗，要求以科技論文的形式來撰寫實驗報告，以此來鍛煉本科生的科技論文寫作能力。通過三部分綜合來給出的實驗成績更注重對知識的掌握、能力的提高和綜合素質的培養等方面的考核。

3半導體物理實驗課程改革后的成效

半導體物理實驗在我校本科教學項目的支持下，購置并更新了實驗設備建立了專屬實驗室，構建了“九—八—五”新實驗內容體系，并采用新的教學方式和考核機制，教師和學生普遍感覺到新實驗教學體系的目的性、整體性和層次性都得到了極大的提高。教學內容和教學方式的調整，使學生理論聯系實際的能力得到增強，提高了學生的積極性和主動性。實驗中學生實際動手的機會增多，對知識的渴求程度明顯加強，為了更好地完成創新設計實驗，部分本科生還會主動去查閱研中英文科技文獻，真正做到了自主自覺的學習。通過實驗課程的教學，學生掌握了科技論文的基本格式，數據處理的圖表制作，了解了科學研究的過程，具備了基本的科研能力，也為學生的畢業設計打下了良好的基礎。與此同時，利用新購置的實驗設備建立的實驗室，在做為科研實驗室和創新創業實驗室使用時，也取得了優異的成績。依托本實驗室，2015年“國家級大學生創新創業訓練計劃”立項3項，2016年“國家級大學生創新創業訓練計劃”立項4項。

4結語

篇3

本文的主角――陜西師范大學材料科學與工程學院特聘教授胡鑒勇，是國內有機光電子材料研究領域的新生代杰出代表。以有機電致發光二極管（OLED）、有機場效應晶體管（OFET）和有機太陽能電池（OPV）為代表的有機光電子材料和器件是研究的熱點，胡鑒勇博士長期致力于應用于高性能有機光電子器件的新型有機/高分子半導體材料的開發和研究，在高效穩定的有機光電子材料的設計、合成、性能表征及其在有機光電子元器件的應用方面開展了大量創新性研究，取得了一系列原創性成果，逐漸成長為有機光電子材料領域的骨干力量。

勤奮鉆研，鑄就科研里程碑

早1995年大學畢業后，胡鑒勇在家鄉的一所中學擔任了9年的化學教師；2004年留學于日本佐賀大學獲得工學博士學位，隨后進入日本山形大學有機光電子研究中心，OLED研究世界權威科學家城戶淳二教授（Prof. Junji Kido）研究室進行博士后研究，并在日本世界級科研中心-日本理化學研究所RIKEN，跟隨著名有機半導體材料科學家龍宮和男教授（Prof. Kazuo Takimiya）從事特別研究員工作；2015年由陜西師范大學以海外高層次人才-陜西省“百人計劃”特聘教授身份引進到陜師大材料科學與工程學院工作。

“勤奮、刻苦、創新、突破”是胡鑒勇博士的特點，在日本求學工作期間，他參與過一項日本國家研發課題（高效有機電子器件研發），承擔過日本文部科學省、日本新能源和產業技術開發機構（NEDO）和日本科學技術振興機構（JST）資助的多項研究課題。

在有機深藍熒光材料的研究方面胡鑒勇博士貢獻卓著。高效率的深藍發光能最大限度地提高全彩顯示品質或照明的顯色指數，有效降低OLED顯示器的功耗，開發性能好的藍光材料，尤其是具有高的發光效率和CIE色度坐標Y值小于0.10的深藍光材料對于實現高性能的OLED器件意義重大，胡鑒勇博士設計合成了一類新的蒽類衍生物―基于雙蒽的D-A型深藍延遲熒光材料，通過對傳統的藍光始祖材料蒽分子進行一系列結構上的修飾，包括采取苯基為中心橋鏈和pi共軛阻隔基團，在其對位上分別引入以單蒽為核的電子供體單元（D）和電子受體單元（A），形成了具有獨特的雙蒽結構的D-A型材料分子，以該類材料為發光體，成功實現了滿足高清晰度電視（HDTV）藍光標準的高效率器件，對實現高性能OLED器件具有“里程碑”式的創新意義。該工作發表在材料領域國際頂尖期刊《先進功能材料》上（Adv. Funct. Mater. 2014， 24， 2064），并入選SCI高被引論文（top 1%）。

在空氣穩定的、高遷移率的雙極性有機半導體材料的研究方面胡鑒勇博士成績斐然。開發空氣穩定的、高遷移率的n型和雙極性有機半導體材料，是實現高性能OFET的前提。胡鑒勇博士和團隊成員一起合作開發了一種全新的電子受體單元―萘并二噻吩二酰亞胺（NDTI），以其為共聚電子受體中心的D-A型聚合物實現了空氣穩定的，高遷移率的n型和雙極性有機場效應晶體管，該成果發表在美國化學會上（J. Am. Chem. Soc. 2013， 135， 11445），并入選SCI高被引論文（top 1%）。以此為契機，胡鑒勇博士進一步基于NDTI發展了新型雙極性有機小分子材料，并實現了空氣穩定的、可溶液加工的、高遷移率的雙極性有機場效應晶體管和互補邏輯電路（J. Mater. Chem. C， 2015， 3， 4244； Chem. Mater. 2015， 27， 6418）。

在非富勒烯受體材料的研究方面胡鑒勇博士成效顯著。近些年來，以聚合物電子給體和富勒烯電子受體材料為活性層的本體異質結太陽能電池取得了巨大的進步，但由于富勒烯價格昂貴、吸收光譜和能級調制較為困難，開發高效的n型聚合物電子受體材料來替代富勒烯備受業界關注。胡鑒勇博士開發的基于NDTI的有機小分子和聚合物，作為非富勒烯受體材料，在全聚合物OPV器件中取得了較好的光電轉換效率（ACS Macro Lett. 2014， 3， 872）。

迄今為止，胡鑒勇博士以第一作者或通訊作者在Adv. Funct. Mater.； J. Am. Chem. Soc.； Chem. Commun.； Org. Lett.； J. Mater. Chem. C.； Chem. Eur. J.；和J. Org. Chem.等國際著名學術期刊上共發表SCI論文30余篇，受邀撰寫英文論著1章， 在國際學術會議上作講演報告20余次，多次受邀在國內著名大學和學會上做學術交流報告，申請日本專利多項，已授權2項。多年來作為一名有機光電子材料領域的科研人員，胡鑒勇博士兢兢業業、孜孜以求，以自己的實際行動為鑄就科研力量不斷添磚加瓦。

迎接挑戰，提升人生新高度

“十年彈指一揮間”，十年前為了提升人生高度，豐富人生閱歷，胡鑒勇博士以34歲的“高齡”選擇自費出國留學路，付出了常人難以想象的的艱辛和努力；十年后懷揣著拳拳赤子之心，胡鑒勇博士毅然謝絕多家日本和國內公司的誠意邀請，選擇了陜西師范大學作為自己事業發展的新平臺。

為了進一步提升有機光電子材料研究新高度，拓展以有機電致發光二極管（OLED）、有機場效應晶體管（OFET）和有機太陽能電池（OPV）為代表的有機光電子材料和器件在新型信息顯示、綠色節能固體照明和新能源等技術領域的應用前景，胡鑒勇博士爭取到了多項科研課題，在不到一年的時間里，成功打造了一個環境優美、設備一流的先進實驗室和一個小而精致的科研創新團隊，以期在OLED躋身最具發展前景的下一代顯示技術和固態照明技術產業化，OFET應用于有機傳感器、有源矩陣顯示、射頻標簽、電子紙等新興產業，OPV技術光電轉換效率實用化等領域大顯身手，開展更深入、更細致的高端研究工作。

篇4

英文名稱：Journal of Synthetic Crystals

主管單位：中國建筑材料聯合會

主辦單位：中材人工晶體研究院

出版周期：雙月刊

出版地址：北京市

語

種：中文

開

本：16開

國際刊號：1000-985X

國內刊號：11-2637/O7

郵發代號：

發行范圍：國內外統一發行

創刊時間：1972

期刊收錄：

CA 化學文摘(美)(2009)

SA 科學文摘(英)(2009)

CBST 科學技術文獻速報(日)(2009)

EI 工程索引(美)(2009)

中國科學引文數據庫(CSCD―2008)

核心期刊：

中文核心期刊(2008)

中文核心期刊(2004)

中文核心期刊(2000)

中文核心期刊(1996)

期刊榮譽：

中科雙效期刊

Caj-cd規范獲獎期刊

聯系方式

篇5

關鍵詞：光纖，語音，傳輸，光電檢測

 

1、光纖通信系統的基本組成

最基本的光纖通信系統由數據源、光發送端、光學信道和光接收機組成。其中數據源包括所有的信號源，它們是話音、圖象、數據等業務經過信源編碼所得到的信號；光發送機和調制器則負責將信號轉變成適合于在光纖上傳輸的光信號，先后用過的光波有0.85、1.31和1.55三個低損耗窗口。光學信道包括最基本的光纖，還有中繼放大器EDFA等；而光學接收機則接收光信號，并從中提取信息，然后轉變成電信號，最后得到對應的話音、圖象、數據等信息。論文格式。在光纖通信系統中，光纖中傳輸的是二進制光脈沖'0'碼和'1'碼，它由二進制數字信號對光源進行通斷調制而產生。而數字信號是對連續變化的模擬信號進行抽樣、量化和編碼產生的，稱為PCM（pulse code modulation），即脈沖編碼調制。這種電的數字信號稱為數字基帶信號，由PCM電端機產生。光纖通信系統的基本組成原理圖如下圖1-1所示：

圖1-1光纖通信系統

1.1光發射端機

光發射機是實現電/光轉換的光端機。它由光源、驅動器和調制器組成。其功能是將來自于電端機的電信號對光源發出的光波進行調制，成為已調光波，然后再將已調的光信號耦合到光纖或光纜中傳輸。電端機就是常規的電子通信設備。光發射機的原理圖如下圖1-2所示：

圖1-2光發射機原理框圖

光源是光發射機的核心，其性能好壞將對光纖通信系統產生很大的影響。目前光纖通信系統使用的光源都是由半導體材料制成的，而半導體光源分兩種：發光管LED和激光管LD。由于半導體激光器發出的是激光，發光功率大、譜線寬度窄，但電路結構復雜，溫度特性差。而半導體發光二極管發出的是熒光，發光功率不大，譜線寬度寬，但電路結構簡單、壽命長、價格便宜。在實驗室中經常用到。

1.2光纖或光纜

光纖作為傳輸媒介，作用是將發射端機光源發出的光信號，經遠距離傳輸后耦合到接收端機的檢測器，完成信息傳輸任務。在通信中使用的光纖通常是由石英玻璃制成的，由纖芯和包層組成。目前，塑料光纖應用于低速、短距離的傳輸中。其構成光纖的纖芯與包層都是塑料材料。與大芯徑50/125μm和62.5/125μm的石英玻璃多模光纖相比，塑料光纖的芯徑高達200～1000μm，其接續時可使用不帶光纖定位套筒的便直注塑塑料連接器，即便是光纖接續中芯對準產生 ±30μm偏差都不會影響耦合損耗。正是塑料光纖結構賦予了其施工快捷，接續成本低等優點。另外，芯徑100μm或更大則能夠消除在石英玻璃多模光纖中存在的模間噪音。論文格式。

1.3中繼器

含有光中繼器的光纖傳輸系統成為光纖中繼通信。光信號在光纖中傳輸一定的距離后，由于受到光纖衰減和色散的影響會產生能量衰減和波形失真，為保證通信質量，必須對衰減和失真達到一定程度的光信號及時進行放大和恢復。中繼器由光檢測器、光源和判決再生電路組成。它的作用有兩個：一個是補償光信號在光纖中傳輸時受到的衰減；另一個是對波形失真的脈沖進行整形。

1.4光纖連接器、耦合器等無源器件

由于光纖或光纜的長度受光纖拉制工藝和光纜施工條件的限制，且光纖的拉制長度也是有限度的（如1Km)。因此一條光纖線路可能存在多根光纖相連接的問題。于是，光纖間的連接、光纖與光端機的連接及耦合，對光纖連接器、耦合器等無源器件的使用是必不可少的。

1.5光接收端機

光收信機是實現光/電轉換的光端機。 它由光檢測器和光放大器組成。其功能是將光纖或光纜傳輸來的光信號，經光檢測器轉變為電信號，然后，再將這微弱的電信號經放大電路放大到足夠的電平，送到接收端的電端汲去。光接收機原理圖如下圖1-3所示：

圖1-3光接收機電路原理方框圖

2、光纖語音電路設計

光纖語音電路由三部分組成：光發射電路、光纖和光接收電路。論文格式。其工作原理是：音頻信號最初是聲波，由發送器的電子麥克風轉換為電信號。此信號由LM358組成的音頻放大器放大，并且借助于一個單獨的晶體管控制LED的端電壓，將電信號轉換為光信號。光信號送入光纖或光纜。在光纖或光纜的另一端，光信號照射到接收器的光電檢測器上。光電檢測器再將其轉換為電信號。此信號被放大并送入揚聲器轉換為聲波恢復為原始信號。

2.1、發射器電路板

此電路主要是把音頻信號經麥克風轉換為電信號，電信號經濾波器、多級放大器把微弱的電流信號轉換為適合半導體二極管發光的電壓信號，在晶體管的調制下把電信號轉換為光信號送入光纖中進行傳輸。在發射器電路上有一個話筒和調制LED發光的線路。LED裝在塑料殼中以便于連接光纖或光纜進行發送信號。在實驗室里設計操作可以使用200m長的塑料光纖傳送語音信號，也可以使用玻璃光纖在更遠的距離內通信。光纖語音發射器電路如下圖1-4所示：

圖1-4光纖語音發射電路

2.2、光電接收器電路板:

在接收器電路板上通過光電檢測器把光纖傳輸的微弱的光信號轉換為電信號，經電容濾波、運算放大器放大，把電流信號轉換為電壓信號，放大到適合揚聲器輸出的電壓，恢復原始的語音信號。光纖語音接收電路如下圖1-5所示：

圖1-5光纖語音接收電路

3、結 語

本文詳細的介紹了光纖通信系統的組成，為設計光纖語音傳輸電路提供理論基礎。在該電路系統中語音信號以光波形式在光纜內傳輸、不受任何電場和磁場的影響。傳輸距離遠，抗干擾能力強。每個電路板需要一個9V電池，元件簡單，易于實現，在實驗室就能操作完成。

參考文獻

[1] 顧畹儀，李國瑞.光纖通信系統[ M].北京：北京郵電大學出版社，2006.

[2]周增基，周洋溢，胡遼林，任光亮，周綺麗.光纖通信[M].西安：西安電子科技大學出版社，2008.12.

[3]田國棟.光纖通信技術[M].西安：西安電子科技大學出版社，2008.9.

[4]杜慶波，曾慶珠，李潔，王文軒.光纖通信技術與設備[M]. 西安：西安電子科技大學出版社，2008.2.

[5] 楊家德.光電技術使用電路精選[J]..四川：成都科技大學出版社，1996.

[6] ic37.com/

篇6

論文關鍵詞：元素周期表，規律

 

一．“m/n定性”規律：

若主族元素族數為m，周期數為n，則：①m/n＜1時為金屬，m/n值越小，元素失電子能力越強；②m/n＞1時是非金屬。m/n越大，元素得電子能力越強；③m/n=1時多為兩性元素。例如：Na是第一主族元素，m/n=1/3＜1為金屬，Cl是第三周期第七主族元素，m/n=7/3＞1為非金屬。

二．“陰前陽下，徑小序大”規律：

“稀有氣體元素原子、與之同周期元素的陰離子及下一周期元素陽離子”三者之間具有相同的電子層結構；同時原子序數大的，其粒子半徑反而小。例如：

r (Ca2+)<r(K+)<r(Ar)<r(Cl-)<r(S2-)。

三．序差“左上右下”規律：

元素周期表中上下相鄰兩元素原子序數之差，取決于其所在周期表中的位置，如果它們位于元素周期表ⅢB元素之左（或右），它們的原子序數之差就是上（或下）面的元素所在周期的元素個數。

四．主族中非金屬元素個數規律：

除ⅠA族外，任何一主族中，非金屬個數=族序數—2。

五．“對角”規律：

1．沿表中金屬與非金屬分界線方向（↖ ），對角相鄰的兩主族元素（都是金屬或非金化學論文，性質（得、失電子能力）相近。

2．元素周期表中左上右下（↖ ）相鄰的兩金屬元素的離子半徑相近。

六．“奇偶數”規律：

在元素周期表中，原子序數為奇（或偶）數的元素，元素所在的主序數及主要化學價也為奇（或偶）數（第Ⅷ族元素除外），即價奇序奇，價偶序偶。

七．“序位互定”規律：

若n為奇數，則第n周期最多容納的元素種數為（n+1）2/2；若n為偶數，則第n周期最多容納的元素種數為（n+2）2/2。應用這一規律，不僅可求出任一周期所含元素種數（第七周期為排滿除外），進而還可以“序位互定”，即已知某元素的原子序數，可確定其在表中的位置；已知某元素在表中的位置，可確定出其原子序數。

八．“分界”規律：

1．表中金屬與非金屬間有一分界線，分界線左邊元屬（金屬元素）的單質為金屬晶體，化合物為離子晶體。分界線左邊元屬（非金屬元素）的單質及其相互間的化合物為，固態時多為分子晶體。

2．分界線附近的金屬多數有兩性，非金屬及其某些化合物多數為原子晶體（如晶體硼、晶體硅、二氧化硅晶體、碳化硅晶體等）；同時在分界線附近還可以找到半導體材料。

3．若把元素周期表從第ⅤA與ⅥA之間分開，則左邊元素氫化物化學式，是將氫元素符號寫在后面（如SiH4、PH3、CaH2等）；而右邊的氫化物化學式，是將氫元素符號寫在前面（如H20、HBr等）。

篇7

10月6日下午,2009年諾貝爾物理學獎揭曉,高錕與美國貝爾實驗室的威拉德?博伊爾(Willard Boyle)、喬治?史密斯(George Smith)共獲殊榮。高錕的獲獎成果,是在英國標準電訊實驗室完成的。后來,他在香港中文大學做過九年校長(1987年至1996年),直至退休。

由于在光纖通信領域的開創性成就,高錕將獲得約140萬美元獎金的一半,博伊爾和史密斯發明了用于數字圖像技術的CCD傳感器,將各獲四分之一的獎金。

三位科學家40年前的研究,幫助構建了當下的信息時代,也為自己贏得了諾貝爾獎。

高錕與低損耗光纖

20世紀60年代初,激光器的發明給光通信研究帶來了新的希望――激光束不僅具有亮度高等優點,還可以在光纖中傳播。

但由于缺乏穩定、可靠和低損耗的傳輸介質,光通信似乎仍是一個遙不可及的目標,因為光信號在當時的光纖材料中只能傳輸20米。

當時,高錕是國際電話電報公司旗下英國標準電訊實驗室的一名研究人員。他1933年11月出生在上海的一個書香門第,孩提時代的他就喜歡科學實驗,甚至自制過小型炸藥彈丸。

后來,高錕隨家人遷居香港,曾在香港圣約瑟書院就讀。1954年,他遠赴英倫,在倫敦大學攻讀電機工程。

與不少同行因此對光纖傳輸的技術前景產生懷疑不同,高錕研究團隊認為更值得關注的,是光纖原材料問題。

他后來回憶道:“那時面對的最大難題,就是玻璃的雜質問題。玻璃看似透明,其實雜有不純的元素,所以我們構想,假若有一種沒有雜質的玻璃,光波的傳導就不會衰減。”

1966年6月,高錕與同事喬治?霍肯(George Hockham)在《電氣電子工程師學會學報》上發表題為“用于光頻的光纖表面波導”的論文指出,提純原材料后可制造出適合長距離通信使用的低損耗光纖:在純的玻璃纖維中,光信號可傳輸100公里以上。

這一研究奠定了光纖通信的基礎。這一年,他年僅32歲。1970年,美國康寧公司研制出第一種超純光纖。1975年,英國安裝了世界上第一套光纖通信系統。

北京郵電大學前校長林金桐對記者說:“從高錕和霍肯的論文,到世界上第一個商用光纖通信系統的誕生,僅用了十年時間,這在重大科學研究成果向現實生產力轉化的眾多案例中,顯得格外突出。”

諾貝爾獎評委會在新聞公報中表示,這些低損耗的玻璃纖維推動了因特網等寬帶通信的發展,光在這些玻璃纖維中流動,文本、音樂、圖像和視頻可在瞬間進行全球傳輸,“如果我們拆開密布全球的玻璃纖維,將得到一條10億公里以上的長線,足夠環繞地球2.5萬多圈。”

香港中文大學前任校長金耀基甚至將高錕研究成果的重要性,與印刷術、火藥、指南針等中國古明相提并論,“今天生活在網絡社會,就是因為光纖的發明改變了我們的生活。”(更多關于高錕的資料,見本期“華人”欄目)

貝爾實驗室和CCD

在現代的高速網絡通信中,數字圖像是最主要的承載內容,而這很大程度上要歸功于本年度諾貝爾物理學獎的另一項獲獎內容――美國朗訊公司貝爾實驗室的威拉德?博伊爾和喬治?史密斯發明的用于數字圖像的裝置:電荷耦合器件(Charge Coupled Device,CCD)。

博伊爾1924年出生于加拿大,26歲時在加拿大麥基爾大學獲得博士學位。他在1953年加入貝爾實驗室,并在1962年與同事首先發明了可以連續運行的紅寶石激光器。

史密斯1930年出生于美國,29歲時在美國芝加哥大學獲得博士學位后也進入貝爾實驗室。

1969年10月的一天,史密斯走進同在貝爾實驗室半導體研究部門工作的博伊爾的辦公室,兩人進行了一場“頭腦風暴”。在不到兩個小時的時間里,博伊爾和史密斯在黑板上大致勾繪出一種新裝置的藍圖,兩人將其命名為電荷耦合器件。

這種新技術的源頭,還要追溯到愛因斯坦提出的光電效應,即通過光電效應,光可以被轉變為電信號。然而,如何在極短時間內收集并讀出信號,看上去卻是一個無法逾越的技術挑戰。因此,一開始,很多同行都對CCD的概念嗤之以鼻。

但博伊爾和史密斯堅信自己的想法,并成功地將藍圖變成了現實。他們采用特殊的硅半導體材料,并將硅片細分為一個個“單元格”或者說“像素”,這樣,當光照射到像素之上,會產生信號電荷。當時,很多電子器件以電流或電壓作為信號,CCD則采用電荷作為信號。

信號電荷不僅可以在CCD內存貯,還可以穿越一排排的“像素”,在電極與電極之間快速傳輸(電荷耦合),并最終被讀出。

CCD的發明,帶來了攝影的一場革命。光能夠被電子化捕捉,而不再需要傳統的感光膠卷,數碼相機也得以走進千家萬戶。

篇8

中美專家計劃“綠能城市”

【本刊訊】（記者 蔡婷貽）減排和城市的持續發展不僅與經濟成長結為一體，而且已經變成招商引資的重要因素。在12月4日舉辦的“未來城市”論壇上，來自美國的專家們一致強調這一觀點。

該論壇由美國前財政部部長亨利?保爾森成立的芝加哥大學保爾森研究所與中國國際經濟交流中心聯合舉辦。在美國專家眼中，仍快速發展的中國，占有推廣綠色節能城市的絕對優勢，因為不斷建設的中國有機會將節能減排的概念直接運用到城市化進程中。

長期致力于環保運動的保爾森表示，“中國最讓我感興趣的地方是，這是世界上最大的實驗室。中國在城市化進程中的一些理念和經驗將對世界上所有人至關重要。”據他透露，中美專家將在中國城市中開展一個“綠能城市”實驗計劃，假若成功，這一計劃將被推向世界其他城市。

“綠能城市”涵蓋交通能力、能源消耗、建筑節能等多方面。紐約交通主管賽迪克-侃(Janette Sadik-Khan)在接受《財經》記者采訪時表示，舒適、方便的居住環境是城市能否吸引世界級投資的重要誘因，而大城市人口的不斷增長則是城市規劃者面臨的主要挑戰。以紐約交通為例,因公共運輸系統發達，私家車出行減少，紐約在過去20年內交通量幾乎沒有明顯的增長。但是，到2030年紐約人口將再增加100萬人，而這個城市已經沒有容量修建新的道路。

“紐約市政府致力于擴大公共運輸系統和鼓勵市民騎自行車、走路出行。為了這100萬人，我們正在公路上增加自行車道，在過去四年里增加了260英里的自行車道,現在總長是600英里，這使自行車使用幾乎增加了一倍。”賽迪克-侃建議,街道是非常寶貴的資源，在交通量不斷增長的同時，城市規劃者必須作出優先選擇，讓街道得到最高效率地使用就是最優先的選擇。

紐約1.3萬輛計程車安裝了GPS，市政府借此來衡量交通流量。北京也有6.5萬輛計程車裝有類似的系統。“我認為投資高運量的交通工具，通過提高效率來運輸更多乘客將是重要的策略。而用數據證明政策是不是有效，則是最有效的方法。”賽迪克-侃說。

關鍵詞

“雪鷹”號科考直升機墜毀

12月9日，正在執行任務的第28次南極科學考察隊配置的“雪鷹”號KA32直升機，在南極冰山間的海冰區上空突然失控，迫降未成功，后墜落海冰上損毀。兩名機組人員安全脫險，并被及時救回“雪龍”號科考船。中國科考隊聯系了附近的俄羅斯站與印度站，對損毀直升機進行營救。事故的調查工作已全面展開。

“雪鷹”號是一種可執行多種任務的多用途直升機，包括消防救援、人員貨物運輸、巡邏保護等，在南極地區被廣泛使用。

失事直升機于2008年12月從俄羅斯購進，購置價格約5400萬元，于2009年正式服務于中國南極考察隊。此次是該機第三次隨隊執行任務，中信通用航空有限責任公司受委托管理并執行此次南極考察飛行任務。此次考察任務，中國極地研究中心亦購買了8000萬元意外損害保險。

進展

英國科學家造出優質干細胞

英國科學家制取出了質量一流的“金標”干細胞，這可能引發對退化性疾病的新治療方法的研究。相關論文已發表于《細胞治療》期刊。

此前在人體上進行的胚胎干細胞試驗一直使用質量較低的“研究級”干細胞，它們是在經過處理后被重新定為“臨床級”的，而研究人員新制取的干細胞在被捐贈出來時就具有“臨床級”質量，不需要昂貴而又危險的轉換過程。這些“金標”干細胞已捐給了英國干細胞庫，并將在此接受進一步檢測，以確保它們安全無害，達到可用于人體試驗的質量。

瑞士制成首個輝鉬芯片

篇9

論文關鍵詞： 信息技術　微電子專業教學　應用 

論文摘 要： 信息技術包括多媒體技術、虛擬仿真技術、網絡技術，等等。它的飛速發展和廣泛普及，使得傳統的教學方法正在向現代教育技術方法轉變。針對新興的多學科綜合的微電子專業，作者討論了信息技術在微電子專業教學中的作用與意義，聯系實際教學實踐，指出了各種信息技術的特點及應用中需注意的關鍵問題。 

 

信息技術是現代教育技術的基石和重要組成部分。《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010—2020年）》中提出：“信息技術對教育發展具有革命性影響，必須予以高度重視”；“強化信息技術應用。提高教師應用信息技術水平，更新教學觀念，改進教學方法，提高教學效果”。信息技術與高校專業教學相結合，可以改進教學手段、創新教學方法、提高教學效率、增強教學效果。 

微電子專業是我國近年來大力發展的一個多學科綜合、高技術密集的新興專業，主要研究半導體材料、器件與工藝和集成電路與系統的設計、制造和測試等理論和技術。微電子專業教學由于課程開設時間較短、涉及學科多、理論性強、同時又與實踐結合緊密。因此如何有效地改善教學效果，提高教學質量成為微電子專業教學中迫切需要解決的問題。將現代信息技術應用到微電子專業的教學活動中，提高了學生學習的興趣和積極性，促進了教師與學生的互動，取得了很好的教學效果。 

1.多媒體技術在專業教學中的應用 

多媒體教學是信息技術在教學過程中最典型、最廣泛的具體應用。多媒體信息技術在教學中的應用是指采用圖像、動畫、視頻等新穎的教學形式，將教學內容生動形象地展示給學生，使學生獲得直觀的感性認識。多媒體教學方式有助于學生對教學內容，特別是重難點內容的理解和吸收，是對傳統教學方式的突破和有益的補充。針對于微電子專業的特殊性和綜合性，我們在教學中采用多種多媒體表現方式，分別應用在以下幾個方面。 

1.1幻燈片教學 

多媒體輔助教學課件通常由多頁幻燈片組成。在幻燈片中可以插入各種對象如文字、圖片、圖形、表格、藝術字和聲音等，把抽象的、難以直接用語言表達的概念和理論以直觀的、易于接受的形式表現出來，有效地增強了教學效果。微電子專業課程理論較多，信息量大，直接講授學生感到比較枯燥。使用幻燈片教學后，色彩豐富，圖形清楚，概念清晰，有助于把抽象概念形象化，復雜問題簡明化，調動學生的積極性，提高學習效率。 

1.2動畫演示 

電腦動畫的運用能夠進一步提升多媒體技術的作用和效果。動畫能夠將微電子專業課程中遇到的深奧的理論問題和復雜的內部機理，通過簡單的畫面動態地表示出來，從而使學生加快加深理解，特別有利于重點難點的掌握。另外，電腦動畫能夠逼真地再現微電子工藝流程的加工過程，可以模擬實際操作步驟，從而可以代替或輔助部分實踐教學。 

1.3錄像放映 

微電子專業的實習單位往往是高投資、大規模、貴重設備云集的高科技公司。這些公司管理制度嚴格、專業程度高，對在校學生進企業實習有著很多限制，同學們經常只能去參觀工廠環境，遠眺機器的運作，甚至有些生產企業不對學生開放實習。這樣，教學得不到生產實踐的支持，使得理論與實踐嚴重脫節，降低了教學效果。而將企業內部的生產流程拍成錄像，或者購置相關內容的影像資料，通過多媒體放映給同學觀看，可以近距離地觀摩生產流程和設備運作、了解技術細節，對不甚明白的內容可以反復觀看。采用這種方式進行教學，同學們紛紛反映大開眼界，受益匪淺，不僅對課程里所學的內容有了直觀的認識，而且了解到產業的前沿發展。 

2.虛擬仿真技術在專業教學中的應用 

得益于計算機硬件的飛速進步和軟件技術的迅猛發展，虛擬仿真技術成為當前流行的新型教學手段。傳統的實驗教學手段，局限于實驗室購置的設備和儀器，特別是微電子專業的實驗設備價格高昂、操作復雜、容易損傷，使同學很難得到上機鍛煉的機會。而使用基于虛擬仿真技術的教學方式，過程簡單靈活，交互方式多樣，結果直觀明了，既能培養學生的動手能力和分析、綜合能力，又能提高學習興趣，激發學生的創造性。 

虛擬仿真技術在微電子專業教學中的應用主要體現在兩個方面：一是在電路設計方面，基于電子設計自動化（electronic design automation，eda）技術實現對電子線路（包括集成電路與版圖）的模擬仿真；二是在微電子工藝與器件方面，基于半導體工藝和器件的計算機輔助技術（technology computer aided design，tcad）實現對微電子制造工藝和半導體器件結構及工作過程的仿真與演示。使用仿真軟件所提供的強大功能，包括軟件所具有的可升級性，在課堂和實驗中通過軟件設計微電子電路、工藝和器件，在屏幕上模擬其功能，可使教學概念清晰，內容生動，過程可視，還能夠大幅節省實驗設備的購置和維護費用，經濟高效。 

3.網絡技術在專業教學中的應用 

近年來網絡技術更加普及，也更加方便，特別是校園局域網的建設，提供了學生隨時隨地使用各種終端進行網絡學習的教育環境。這也促使我們把教學平臺從教室向網絡拓展，必然在一定程度上改變教學的形式和基本架構，帶來革命性的變化。 

互聯網和校園局域網一方面可以作為信息資源庫，為微電子專業課程教學提供教學教案、課件、習題等資源的下載和在線瀏覽；另一方面也可以作為師生課外互動的平臺，進行答疑、作業提交、通知等教學活動。這兩種方式也是目前微電子教學中最主要的網絡應用手段。使用網絡教學有助于師生雙方的交流，教學信息的豐富，以及多元化教學，等等。網絡教學的推廣和網絡教學平臺的建設，極大地推動了網絡技術在教學體系中的應用，將會成為現代教育技術的主流之一。 

綜合運用信息技術的各種方法和手段，結合微電子專業特點，更新教學觀念，加強教學實踐應用，能夠有效地提升教學效率和效果，培養出更優秀的符合社會需求的專業人才。 

 

參考文獻： 

［1］劉子良.發揮幻燈片在計算機輔助教學中的作用［j］.中國現代教育裝備，2007，52（6）：22-24. 

篇10

【關鍵詞】ZnS：Mn；發光性質；發光壽命

0 引言

硫化鋅納米半導體材料是制造光電設備的重要材料之一，具有帶隙寬、化學穩定性好等特點，可用做藍光發光材料，自Bhargava等[1]用實驗證實經表面鈍化處理的納米ZnS：Mn能夠顯著提高半導體的發光效率，越來越多的科研工作者涌向了ZnS摻雜Mn這一領域。而摻雜錳離子的硫化鋅是一種發橙色光的光電材料，用途很廣，可用作磁性材料和發光材料，因此，很多研究者都把目光集中在了ZnS：Mn的發光性質方向上的研究。

1 實驗部分

1.1 試劑和儀器

實驗所用的化學試劑包括：醋酸鋅、醋酸錳、硫化鈉、巰基丙酸均為分析純，實驗用水為自制的去離子水。

1.2 ZnS：Mn納米顆粒的制備

1.2.1 配置反應溶液

稱取6.5700g的醋酸鋅，在磁力攪拌下加入巰基丙酸（1%ml）水溶液中，配置的70ml溶液為①，此溶液為白色的乳濁液；稱取0.0368g質量的醋酸錳，在磁力攪拌下加入巰基丙酸（1%ml）水溶液中，配置的30ml溶液為②，此溶液為粉紅色的透明溶液；稱取10.854g的硫化鈉溶入去離子水中，配置的50ml溶液為③，此溶液為無色透明溶液。

1.2.2 在250ml三口燒瓶中，先讓②溶液和③溶液在90℃溫度、磁力攪拌、冷凝回流、氮氣環境下反應30分鐘，再加入①溶液，反應六個小時，制的乳濁液。在氮氣保護下冷卻至室溫的乳濁液，用無水乙醇離心三次，在80℃下真空干燥3小時獲得固體，需研磨獲得粉末，該合成的ZnS：Mn納米顆粒中Mn2+ / Zn2+為0.5%（mol之比）。

同樣條件下以此制備Mn2+ / Zn2+為1%、1.5%、2%的ZnS：Mn納米顆粒。

2 實驗結果與討論

2.1 X射線粉末衍射（XRD）分析

圖1 ZnS：Mn納米顆粒的X射線粉末衍射圖

圖中a為標準卡片（JCPDS NO.77-2100）上的ZnS，b、c、d、e為本論文實驗制備的Mn2+ / Zn2+為0.5%、1%、1.5%、2%的ZnS：Mn納米顆粒。標準卡片上的ZnS的2θ=28.5°，47.5°，56.5°，對應晶面是（111），（220）和（311），從圖上分析，該實驗合成的ZnS：Mn納米顆粒和標準卡片是一致的，說明該反應合成的ZnS：Mn的晶體結構和ZnS相同，為立方形晶體結構，在我們摻雜范圍內晶體結構無根本變化，無雜相生成。平均晶粒尺寸D是根據謝樂公式D=Kλ/βcosθ計算獲得。K為Scherrer常數，其值為0.89；β為積分半高寬度，θ為衍射角；λ為X射線波長，為0.154056nm。由于摻雜的Mn的量不同，納米晶體的平均粒徑依次為2.21nm，2.55nm，2.87nm和3.37nm，隨著Mn含量的增加，納米顆粒的幾何尺寸逐漸增加。

2.2 ZnS：Mn光致發光光譜

圖2 ZnS：Mn的光致發光光譜

用340nm波長的光激發合成的ZnS：Mn納米材料，以此圖分析：ZnS：Mn納米顆粒的發光有兩個發光峰，在波長475nm左右藍光發射峰和在600nm左右桔黃色光發射峰。波長475nm的藍光是來自體材料ZnS的缺陷，一般認為是鋅空位，600nm桔黃色光是由于Mn2+的3d中4T1-6A1的躍遷。Bhargava等人認為，在ZnS：Mn納米粒子中，由于Mn離子的d電子態與ZnS基體的SP電子態的耦合導致了Mn2+的4T1-6A1的躍遷[2]。Sooklal等人發現Mn2+取代了體材料ZnS晶格中Zn2+導致了Mn2+的4T1-6A1的躍遷，而ZnS表面方上的Mn2+產生的是紫外光，因此可以推斷出Mn2+成為ZnS晶格中的一部分，成為發光中心[3]。一些學者發現隨著ZnS納米晶中Mn2+濃度的增加，橙色光（波長600nm）強度會下降。Sooklal等人發現Mn2+的最佳濃度為的最佳濃度為2%，Khosravi等人研究認為Mn2+的最佳濃度為0.12wt%，Leeb等人報道Mn2+的最佳濃度為1%。從我所做的實驗中能看出，Mn2+的發光強度隨著Mn2+濃度的增加而增加，Mn2+的最大濃度為1%，當Mn2+的濃度繼續增加，也就是超過1%時，Mn2+的發光強度下降。由于納米顆粒表面和內部結構受制備條件影響非常大，制備過程和制備條件的差異導致發光的不同，所以不同研究者得到的結論和規律有很大的差異，有些甚至是相反的。

2.3 ZnS：Mn的壽命

為了研究ZnS：Mn納米顆粒的激發態的壽命，我們測量了在光激發下的瞬態發光。

圖3為ZnS：Mn（1%）的在355脈沖激光激發下的發光壽命衰減曲線，通過數學擬合可知我們得到的發光衰減曲線滿足雙e指數衰減規律：

I=Ae■+Be■

這里I為發光強度，A和B是常說，t時間，τ1和τ2是激發態壽命。具體壽命擬合結果顯示ZnS：Mn（1%）的發光壽命τ1為5.57364E-4， τ2為1.41348E-4。

關于ZnS：Mn的壽命，Bhargava等在實驗上發現納米ZnS：Mn的590nm發光（對應Mn2+的4T1-6A1躍遷）在保持較高發光效率的同時發光壽命至少縮短了5個量級[2]，他們給出常規晶體ZnS：Mn的壽命是1.8ms，納米晶體ZnS：Mn的壽命是20.5ns，3.7ns。但是后來有許多人研究證實了這一結果是有誤的。而我所測試的ZnS：Mn的壽命是幾百個微秒，僅次于常規晶體ZnS：Mn的壽命：1.8ms，也證實了納米晶體的ZnS：Mn的壽命不是納米量級。通常，發光衰減時間要歸結于發光物理過程和發光中心所處的環境。從發光過程分析不會有兩個衰減壽命，雙衰減壽命應該是存在兩種不同環境的發光中心。我們知道有一部分Mn2+在合成過程中進入ZnS晶格中，取代晶體中的Zn2+，而另一部分是穿在于ZnS晶體表面附近。當10nm左右的納米顆粒表面原子占20%左右，表面附近原子要更多。表面的Mn離子所處晶場和內部的不同，激發態的壽命不同，所以發光衰減存在兩個壽命。隨著納米顆粒粒徑的增加，表面原子所占的比例逐漸降低。

圖3 ZnS：Mn（1%）的發光壽命衰減曲線

3 結論

本文采用溶膠法制備了不同摻雜量的ZnS：Mn納米顆粒，用X射線衍射譜對ZnS：Mn納米晶的晶型結構進行了表征，結果表明了該合成法合成的ZnS：Mn納米晶為立方相，且發現在相同的制備條件下，隨著ZnS中Mn的含量的增加，納米晶的顆粒不斷增大。用光致發光光譜研究了Mn2+的發光強度，比較得出：隨著Mn摻雜的增加，Mn2+的發光強度在增加，1%Mn的ZnS納米晶中，Mn2+的發光強度最強。ZnS：Mn瞬態發光研究顯示，納米量級的ZnS：Mn晶體的壽命比常規的ZnS：Mn晶體要短一些，但是又不像Bhargava等人實驗得出的納米量級的ZnS：Mn晶體發光壽命至少縮短了5個量級。處于納米表面和內部的Mn離子的激發態壽命不同，由此導致發光衰減是雙e指數衰減。

【參考文獻】

[1]Bhargava R N， Gallagher D. Optical properties of manganese doped nanocrystals of ZnS[J].Phys Rev Lett，1994，72：416-419.