引論：我們?yōu)槟砹?3篇半導(dǎo)體論文范文，供您借鑒以豐富您的創(chuàng)作。它們是您寫作時的寶貴資源，期望它們能夠激發(fā)您的創(chuàng)作靈感，讓您的文章更具深度。

篇1

上世紀(jì)中葉，單晶硅和半導(dǎo)體晶體管的發(fā)明及其硅集成電路的研制成功，導(dǎo)致了電子工業(yè)革命；上世紀(jì)70年代初石英光導(dǎo)纖維材料和GaAs激光器的發(fā)明，促進(jìn)了光纖通信技術(shù)迅速發(fā)展并逐步形成了高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，使人類進(jìn)入了信息時代。超晶格概念的提出及其半導(dǎo)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(shè)計思想，使半導(dǎo)體器件的設(shè)計與制造從“雜質(zhì)工程”發(fā)展到“能帶工程”。納米科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)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(qiáng)大的新型器件與電路，必將深刻地影響著世界的政治、經(jīng)濟(jì)格局和軍事對抗的形式，徹底改變?nèi)藗兊纳罘绞健?/p>

2幾種主要半導(dǎo)體材料的發(fā)展現(xiàn)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(fā)展的總趨勢。目前直徑為8英寸（200mm）的Si單晶已實現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)，基于直徑為12英寸（300mm）硅片的集成電路（IC’s）技術(shù)正處在由實驗室向工業(yè)生產(chǎn)轉(zhuǎn)變中。目前300mm，0．18μm工藝的硅ULSI生產(chǎn)線已經(jīng)投入生產(chǎn)，300mm,0．13μm工藝生產(chǎn)線也將在2003年完成評估。18英寸重達(dá)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(jìn)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(fā)展的主流。另外，SOI材料，包括智能剝離（Smartcut）和SIMOX材料等也發(fā)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(fā)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(yīng)對現(xiàn)有器件特性影響所帶來的物理限制和光刻技術(shù)的限制問題，更重要的是將受硅、SiO2自身性質(zhì)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(tǒng)集成芯片技術(shù)等來提高ULSI的集成度、運(yùn)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(dǎo)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(dǎo)體材料研發(fā)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(yōu)勢。

目前，世界GaAs單晶的總年產(chǎn)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(dǎo)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(fā)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(chǎn)線。InP具有比GaAs更優(yōu)越的高頻性能，發(fā)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(guān)鍵技術(shù)尚未完全突破，價格居高不下。

GaAs和InP單晶的發(fā)展趨勢是：（1）．增大晶體直徑，目前4英寸的SI－GaAs已用于生產(chǎn)，預(yù)計本世紀(jì)初的頭幾年直徑為6英寸的SI－GaAs也將投入工業(yè)應(yīng)用。(2)．提高材料的電學(xué)和光學(xué)微區(qū)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(shù)發(fā)展很快，很有可能成為主流技術(shù)。

2.3半導(dǎo)體超晶格、量子阱材料

半導(dǎo)體超薄層微結(jié)構(gòu)材料是基于先進(jìn)生長技術(shù)（MBE，MOCVD）的新一代人工構(gòu)造材料。它以全新的概念改變著光電子和微電子器件的設(shè)計思想，出現(xiàn)了“電學(xué)和光學(xué)特性可剪裁”為特征的新范疇，是新一代固態(tài)量子器件的基礎(chǔ)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(yīng)變補(bǔ)償材料體系已發(fā)展得相當(dāng)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(dá)fmax=600GHz，輸出功率58mW,功率增益6.4db;雙異質(zhì)結(jié)雙極晶體管（HBT）的最高頻率fmax也已高達(dá)500GHz,HEMT邏輯電路研制也發(fā)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(fā)光二極管和紅光激光器以及大功率半導(dǎo)體量子阱激光器已商品化；表面光發(fā)射器件和光雙穩(wěn)器件等也已達(dá)到或接近達(dá)到實用化水平。目前，研制高質(zhì)量的1．5μm分布反饋（DFB）激光器和電吸收（EA）調(diào)制器單片集成InP基多量子阱材料和超高速驅(qū)動電路所需的低維結(jié)構(gòu)材料是解決光纖通信瓶頸問題的關(guān)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(zhǔn)連續(xù)兆瓦級大功率激光陣列的高質(zhì)量量子阱材料也受到人們的重視。

雖然常規(guī)量子阱結(jié)構(gòu)端面發(fā)射激光器是目前光電子領(lǐng)域占統(tǒng)治地位的有源器件，但由于其有源區(qū)極薄(～0．01μm）端面光電災(zāi)變損傷，大電流電熱燒毀和光束質(zhì)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(qū)量子級聯(lián)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(lián)激光器，輸出功率達(dá)5W以上；2000年初，法國湯姆遜公司又報道了單個激光器準(zhǔn)連續(xù)輸出功率超過10瓦好結(jié)果。最近，我國的科研工作者又提出并開展了多有源區(qū)縱向光耦合垂直腔面發(fā)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(zhì)量的新型激光器，在未來光通信、光互聯(lián)與光電信息處理方面有著良好的應(yīng)用前景。

為克服PN結(jié)半導(dǎo)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(fā)明了基于量子阱內(nèi)子帶躍遷和阱間共振隧穿的量子級聯(lián)激光器，突破了半導(dǎo)體能隙對波長的限制。自從1994年InGaAs／InAIAs／InP量子級聯(lián)激光器（QCLs）發(fā)明以來，Bell實驗室等的科學(xué)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(jìn)展。2001年瑞士Neuchatel大學(xué)的科學(xué)家采用雙聲子共振和三量子阱有源區(qū)結(jié)構(gòu)使波長為9．1μm的QCLs的工作溫度高達(dá)312K，連續(xù)輸出功率3mW。量子級聯(lián)激光器的工作波長已覆蓋近紅外到遠(yuǎn)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(diào)制器和無線光學(xué)連接等方面顯示出重要的應(yīng)用前景。中科院上海微系統(tǒng)和信息技術(shù)研究所于1999年研制成功120K5μm和250K8μm的量子級聯(lián)激光器；中科院半導(dǎo)體研究所于2000年又研制成功3．7μm室溫準(zhǔn)連續(xù)應(yīng)變補(bǔ)償量子級聯(lián)激光器，使我國成為能研制這類高質(zhì)量激光器材料為數(shù)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(jié)構(gòu)材料發(fā)展的主流方向，正從直徑3英寸向4英寸過渡；生產(chǎn)型的MBE和M0CVD設(shè)備已研制成功并投入使用，每臺年生產(chǎn)能力可高達(dá)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(chǎn)型MBE和MOCVD設(shè)備的成熟與應(yīng)用，必然促進(jìn)襯底材料設(shè)備和材料評價技術(shù)的發(fā)展。

(2)硅基應(yīng)變異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料。硅基光、電器件集成一直是人們所追求的目標(biāo)。但由于硅是間接帶隙，如何提高硅基材料發(fā)光效率就成為一個亟待解決的問題。雖經(jīng)多年研究，但進(jìn)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(jié)構(gòu)，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(fā)光器件和有關(guān)納米硅的受激放大現(xiàn)象的報道，使人們看到了一線希望。

另一方面，GeSi／Si應(yīng)變層超晶格材料，因其在新一代移動通信上的重要應(yīng)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(dá)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(xiàn)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(shù)等不同造成的高密度失配位錯而導(dǎo)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(xié)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(jìn)展。

2.4一維量子線、零維量子點半導(dǎo)體微結(jié)構(gòu)材料

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

目前低維半導(dǎo)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(jìn)展。俄羅斯約飛技術(shù)物理所MBE小組，柏林的俄德聯(lián)合研制小組和中科院半導(dǎo)體所半導(dǎo)體材料科學(xué)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(xù)輸出功率高達(dá)3．6～4W。特別應(yīng)當(dāng)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(qū)材料結(jié)構(gòu)中引入應(yīng)力緩解層，抑制了缺陷和位錯的產(chǎn)生，提高了量子點激光器的工作壽命，室溫下連續(xù)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(guān)鍵參數(shù)，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(jìn)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(guān)器件，1998年Yauo等人采用0．25微米工藝技術(shù)實現(xiàn)了128Mb的單電子存貯器原型樣機(jī)的制造，這是在單電子器件在高密度存貯電路的應(yīng)用方面邁出的關(guān)鍵一步。目前，基于量子點的自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)計算機(jī)，單光子源和應(yīng)用于量子計算的量子比特的構(gòu)建等方面的研究也正在進(jìn)行中。

與半導(dǎo)體超晶格和量子點結(jié)構(gòu)的生長制備相比，高度有序的半導(dǎo)體量子線的制備技術(shù)難度較大。中科院半導(dǎo)體所半導(dǎo)體材料科學(xué)重點實驗室的MBE小組，在繼利用MBE技術(shù)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(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，對InAs／InAlAs量子線超晶格的空間自對準(zhǔn)（垂直或斜對準(zhǔn)）的物理起因和生長控制進(jìn)行了研究，取得了較大進(jìn)展。

王中林教授領(lǐng)導(dǎo)的喬治亞理工大學(xué)的材料科學(xué)與工程系和化學(xué)與生物化學(xué)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(fā)技術(shù)，成功地合成了諸如ZnO、SnO2、In2O3和Ga2O3等一系列半導(dǎo)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(xiàn)出高純、結(jié)構(gòu)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(dá)數(shù)毫米。這種半導(dǎo)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(yùn)現(xiàn)象和基于它的功能器件制造。香港城市大學(xué)李述湯教授和瑞典隆德大學(xué)固體物理系納米中心的LarsSamuelson教授領(lǐng)導(dǎo)的小組，分別在SiO2／Si和InAs／InP半導(dǎo)體量子線超晶格結(jié)構(gòu)的生長制各方面也取得了重要進(jìn)展。

低維半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)制備的方法很多，主要有：微結(jié)構(gòu)材料生長和精細(xì)加工工藝相結(jié)合的方法，應(yīng)變自組裝量子線、量子點材料生長技術(shù)，圖形化襯底和不同取向晶面選擇生長技術(shù)，單原子操縱和加工技術(shù)，納米結(jié)構(gòu)的輻照制備技術(shù)，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(xué)方法制備量子點和量子線的技術(shù)等。目前發(fā)展的主要趨勢是尋找原子級無損傷加工方法和納米結(jié)構(gòu)的應(yīng)變自組裝可控生長技術(shù)，以求獲得大小、形狀均勻、密度可控的無缺陷納米結(jié)構(gòu)。

2.5寬帶隙半導(dǎo)體材料

寬帶隙半導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(yīng)用前景。另外，III族氮化物也是很好的光電子材料，在藍(lán)、綠光發(fā)光二極管（LED)和紫、藍(lán)、綠光激光器（LD）以及紫外探測器等應(yīng)用方面也顯示了廣泛的應(yīng)用前景。隨著1993年GaN材料的P型摻雜突破，GaN基材料成為藍(lán)綠光發(fā)光材料的研究熱點。目前，GaN基藍(lán)綠光發(fā)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(dá)140GHz，fT=67GHz，跨導(dǎo)為260ms／mm；HEMT器件也相繼問世，發(fā)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(yè)有限公司2000年宣稱，他們采用熱力學(xué)方法已研制成功2英寸GaN單晶材料，這將有力的推動藍(lán)光激光器和GaN基電子器件的發(fā)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(yīng)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(jìn)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(lán)綠光LED業(yè)已上市，并參于與以藍(lán)寶石為襯低的GaN基發(fā)光器件的竟?fàn)帯Ｆ渌鸖iC相關(guān)高溫器件的研制也取得了長足的進(jìn)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(fā)展。1991年3M公司利用MBE技術(shù)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(dǎo)體激光（材料）器件研制的。經(jīng)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(fā)展和應(yīng)用，使II－VI族蘭綠光材料研制步伐有所變緩。提高有源區(qū)材料的完整性，特別是要降低由非化學(xué)配比導(dǎo)致的點缺陷密度和進(jìn)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?qū)嵱没氨仨氁鉀Q的問題。

寬帶隙半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料往往也是典型的大失配異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料，所謂大失配異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料是指晶格常數(shù)、熱膨脹系數(shù)或晶體的對稱性等物理參數(shù)有較大差異的材料體系，如GaN／藍(lán)寶石（Sapphire），SiC／Si和GaN／Si等。大晶格失配引發(fā)界面處大量位錯和缺陷的產(chǎn)生，極大地影響著微結(jié)構(gòu)材料的光電性能及其器件應(yīng)用。如何避免和消除這一負(fù)面影響，是目前材料制備中的一個迫切要解決的關(guān)鍵科學(xué)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(yīng)用領(lǐng)域。

目前，除SiC單晶襯低材料，GaN基藍(lán)光LED材料和器件已有商品出售外，大多數(shù)高溫半導(dǎo)體材料仍處在實驗室研制階段，不少影響這類材料發(fā)展的關(guān)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(jī)理等仍是制約這些材料實用化的關(guān)鍵問題，國內(nèi)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(jié)構(gòu)材料，介電常數(shù)周期的被調(diào)制在與工作波長相比擬的尺度，來自結(jié)構(gòu)單元的散射波的多重干涉形成一個光子帶隙，與半導(dǎo)體材料的電子能隙相似，并可用類似于固態(tài)晶體中的能帶論來描述三維周期介電結(jié)構(gòu)中光波的傳播，相應(yīng)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(tài)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(zhì)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(jié)合脈沖激光蒸發(fā)方法，即先用脈沖激光蒸發(fā)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(fā)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(jìn)展，但三維光子晶體的研究，仍是一個具有挑戰(zhàn)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(jìn)展。

4量子比特構(gòu)建與材料

隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，計算機(jī)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(shù)限制，而無法滿足人類對更大信息量的需求。為此，發(fā)展基于全新原理和結(jié)構(gòu)的功能強(qiáng)大的計算機(jī)是21世紀(jì)人類面臨的巨大挑戰(zhàn)之一。1994年Shor基于量子態(tài)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(jī)是應(yīng)用量子力學(xué)原理進(jìn)行計算的裝置，理論上講它比傳統(tǒng)計算機(jī)有更快的運(yùn)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(jī)理想極限。實現(xiàn)量子比特構(gòu)造和量子計算機(jī)的設(shè)想方案很多，其中最引人注目的是Kane最近提出的一個實現(xiàn)大規(guī)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(jìn)行信息編碼，通過外加電場控制核自旋間相互作用實現(xiàn)其邏輯運(yùn)算，自旋測量是由自旋極化電子電流來完成，計算機(jī)要工作在mK的低溫下。

這種量子計算機(jī)的最終實現(xiàn)依賴于與硅平面工藝兼容的硅納米電子技術(shù)的發(fā)展。除此之外，為了避免雜質(zhì)對磷核自旋的干擾，必需使用高純（無雜質(zhì)）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(guī)則的磷原子陣列等是實現(xiàn)量子計算的關(guān)鍵。量子態(tài)在傳輸，處理和存儲過程中可能因環(huán)境的耦合（干擾），而從量子疊加態(tài)演化成經(jīng)典的混合態(tài)，即所謂失去相干，特別是在大規(guī)模計算中能否始終保持量子態(tài)間的相干是量子計算機(jī)走向?qū)嵱没八匦杩朔碾y題。

5發(fā)展我國半導(dǎo)體材料的幾點建議

鑒于我國目前的工業(yè)基礎(chǔ)，國力和半導(dǎo)體材料的發(fā)展水平，提出以下發(fā)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(shù)的主導(dǎo)地位至少到本世紀(jì)中葉都不會改變，至今國內(nèi)各大集成電路制造廠家所需的硅片基本上是依賴進(jìn)口。目前國內(nèi)雖已可拉制8英寸的硅單晶和小批量生產(chǎn)6英寸的硅外延片，然而都未形成穩(wěn)定的批量生產(chǎn)能力，更談不上規(guī)模生產(chǎn)。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(fā)，在“十五”的后期，爭取做到8英寸集成電路生產(chǎn)線用硅單晶材料的國產(chǎn)化，并有6～8英寸硅片的批量供片能力。到2010年左右，我國應(yīng)有8～12英寸硅單晶、片材和8英寸硅外延片的規(guī)模生產(chǎn)能力；更大直徑的硅單晶、片材和外延片也應(yīng)及時布點研制。另外，硅多晶材料生產(chǎn)基地及其相配套的高純石英、氣體和化學(xué)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(shù)的落后局面，進(jìn)入世界發(fā)達(dá)國家之林。

5.2GaAs及其有關(guān)化合物半導(dǎo)體單晶

材料發(fā)展建議

GaAs、InP等單晶材料同國外的差距主要表現(xiàn)在拉晶和晶片加工設(shè)備落后，沒有形成生產(chǎn)能力。相信在國家各部委的統(tǒng)一組織、領(lǐng)導(dǎo)下，并爭取企業(yè)介入，建立我國自己的研究、開發(fā)和生產(chǎn)聯(lián)合體，取各家之長，分工協(xié)作，到2010年趕上世界先進(jìn)水平是可能的。要達(dá)到上述目的，到“十五”末應(yīng)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(chǎn)能力，以滿足我國不斷發(fā)展的微電子和光電子工業(yè)的需術(shù)。到2010年，應(yīng)當(dāng)實現(xiàn)4英寸GaAs生產(chǎn)線的國產(chǎn)化，并具有滿足6英寸線的供片能力。

5.3發(fā)展超晶格、量子阱和一維、零維半導(dǎo)體

微結(jié)構(gòu)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(chǔ)出發(fā)，應(yīng)以三基色（超高亮度紅、綠和藍(lán)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(qiáng)MBE和MOCVD兩個基地的建設(shè)，引進(jìn)必要的適合批量生產(chǎn)的工業(yè)型MBE和MOCVD設(shè)備并著重致力于GaAlAs／GaAs，InGaAlP／InGaP,GaN基藍(lán)綠光材料，InGaAs／InP和InGaAsP／InP等材料體系的實用化研究是當(dāng)務(wù)之急，爭取在“十五”末，能滿足國內(nèi)2、3和4英寸GaAs生產(chǎn)線所需要的異質(zhì)結(jié)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(jié)構(gòu)材料的生產(chǎn)能力。達(dá)到本世紀(jì)初的國際水平。

寬帶隙高溫半導(dǎo)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(yīng)擇優(yōu)布點，分別做好研究與開發(fā)工作。

篇2

1半導(dǎo)體物理實驗課程存在的問題與困難

半導(dǎo)體物理實驗是物理學(xué)專業(yè)電子材料與器件工程方向必修的一門專業(yè)實驗課，旨在培養(yǎng)學(xué)生對半導(dǎo)體材料和器件的制備及測試方法的實踐操作能力，其教學(xué)效果直接影響著后續(xù)研究生階段的學(xué)習(xí)和畢業(yè)工作實踐。通過對前幾年本專業(yè)畢業(yè)生的就業(yè)情況分析，發(fā)現(xiàn)該專業(yè)畢業(yè)生缺乏對領(lǐng)域內(nèi)前沿技術(shù)的理解和掌握。由于沒有經(jīng)過相關(guān)知識的實驗訓(xùn)練，不少畢業(yè)生就業(yè)后再學(xué)習(xí)過程較長，融入企事業(yè)單位較慢，因此提升空間受到限制。1．1教學(xué)內(nèi)容簡單陳舊。目前，國內(nèi)高校在半導(dǎo)體物理實驗課程教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置上大同小異，基礎(chǔ)性實驗居多，對于新能源、新型電子器件等領(lǐng)域的相關(guān)實驗內(nèi)容完全沒有或涉及較少。某些高校還利用虛擬實驗來進(jìn)行實驗教學(xué)，其實驗效果遠(yuǎn)不如學(xué)生實際動手操作。我校的半導(dǎo)體物理實驗原有教學(xué)內(nèi)容主要參照上個世紀(jì)七、八十年代國家對半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)人才培養(yǎng)的要求所設(shè)置，受技術(shù)、條件所限，主要以傳統(tǒng)半導(dǎo)體物理的基礎(chǔ)類實驗為主，實驗內(nèi)容陳舊。但是在實驗內(nèi)容中添加新能源、新型電子器件等領(lǐng)域的技術(shù)方法，對于增加學(xué)生對所學(xué)領(lǐng)域內(nèi)最新前沿技術(shù)的了解，掌握現(xiàn)代技術(shù)中半導(dǎo)體材料特性相關(guān)的實驗手段和測試技術(shù)是極為重要的。1．2儀器設(shè)備嚴(yán)重匱乏。半導(dǎo)體物理實驗的教學(xué)目標(biāo)是使學(xué)生熟練掌握半導(dǎo)體材料和器件的制備、基本物理參數(shù)以及物理性質(zhì)的測試原理和表征方法，為半導(dǎo)體材料與器件的開發(fā)設(shè)計與研制奠定基礎(chǔ)。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，專業(yè)實驗的教學(xué)內(nèi)容應(yīng)隨著專業(yè)知識的更新及行業(yè)的發(fā)展及時調(diào)整，從而能更好的完成課程教學(xué)目標(biāo)的要求，培養(yǎng)新時代的人才。實驗內(nèi)容的調(diào)整和更新需要有新型的實驗儀器設(shè)備做保障，但我校原有實驗教學(xué)儀器設(shè)備絕大部分生產(chǎn)于上個世紀(jì)六七十年代，在長期實驗教學(xué)過程中，不少儀器因無法修復(fù)的故障而處于待報廢狀態(tài)。由于儀器設(shè)備不能及時更新，致使個別實驗內(nèi)容無法正常進(jìn)行，可運(yùn)行的儀器設(shè)備也因為年代久遠(yuǎn)，實驗誤差大、重復(fù)性低，有時甚至?xí)玫藉e誤的實驗結(jié)果，只能作學(xué)生“按部就班”的基礎(chǔ)實驗，難以進(jìn)行實驗內(nèi)容的調(diào)整，將新技術(shù)新方法應(yīng)用于教學(xué)中。因此，在改革之前半導(dǎo)體物理實驗的實驗設(shè)計以基礎(chǔ)類實驗為主，設(shè)計性、應(yīng)用性、綜合性等提高類實驗較少，且無法開展創(chuàng)新類實驗。缺少自主設(shè)計、創(chuàng)新、協(xié)作等實踐能力的訓(xùn)練，不僅極大地降低學(xué)生對專業(yè)實驗的興趣，且不利于學(xué)生實踐和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的培養(yǎng)，半導(dǎo)體物理實驗課程的改革勢在必行。

2半導(dǎo)體物理實驗課程改革的內(nèi)容與舉措

半導(dǎo)體物理實驗開設(shè)時間為本科大四秋季學(xué)期，該實驗課與專業(yè)理論課半導(dǎo)體物理學(xué)、半導(dǎo)體器件、薄膜物理學(xué)在同一學(xué)期進(jìn)行。隨著半導(dǎo)體技術(shù)日新月異發(fā)展的今天，對半導(dǎo)體物理實驗的教學(xué)內(nèi)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(dǎo)體材料某些重要參數(shù)和特性的觀測，使學(xué)生掌握半導(dǎo)體材料和器件的制備及基本物理參數(shù)與物理性質(zhì)的測試方法，而且可以在鋪墊必備基礎(chǔ)和實際操作技能的同時，拓展學(xué)生在電子材料與器件工程領(lǐng)域的科學(xué)前沿知識，為將來獨立開展產(chǎn)品的研制和科學(xué)研究打下堅實的基礎(chǔ)。2．1實驗基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)。2013年年底，基于我校本科教學(xué)項目的資金支持，半導(dǎo)體物理實驗教學(xué)團(tuán)隊通過調(diào)研國內(nèi)外高校現(xiàn)行半導(dǎo)體物理實驗教學(xué)資料，結(jié)合我校實驗教學(xué)的自身特點，按照創(chuàng)新教育的要求重新設(shè)計了半導(dǎo)體物理實驗內(nèi)容，并根據(jù)所開設(shè)實驗教學(xué)內(nèi)容合理配置相應(yīng)的實驗儀器設(shè)備，新配置儀器設(shè)備具有一定的前瞻性，品質(zhì)優(yōu)良，數(shù)量合理，保證實驗教學(xué)質(zhì)量。由于作為一門專業(yè)實驗課，每學(xué)年只有一個學(xué)期承擔(dān)教學(xué)任務(wù)，為了提高儀器設(shè)備的利用率，做到實驗設(shè)備資源的不浪費，計劃成立一間半導(dǎo)體物理實驗專屬的實驗室，用于陳放新購置的實驗設(shè)備，在沒有教學(xué)任務(wù)的學(xué)期，該實驗室做為科研實驗室和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實驗室使用。通過近三年的建設(shè)，半導(dǎo)體物理實驗專屬實驗室———新能源材料與電子器件工程創(chuàng)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(yè)論文設(shè)計以及全院本科生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實驗設(shè)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(dǎo)體物理實驗的原有教學(xué)條件，解決了實際困難，使得半導(dǎo)體物理實驗教學(xué)效果顯著提升。不僅加強(qiáng)了學(xué)生對專業(yè)核心知識理解和掌握，而且啟發(fā)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識創(chuàng)造性地解決實際問題，有效提高學(xué)生的實踐動手能力、創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)。2．2實驗教學(xué)內(nèi)容的更新。半導(dǎo)體物理實驗是一門72學(xué)時的實驗課，在專屬實驗室建成后，按照重視基礎(chǔ)、突出綜合、強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新、提升能力的要求，逐步培養(yǎng)與提高學(xué)生的科學(xué)實驗素質(zhì)和創(chuàng)新能力，構(gòu)建了“九—八—五”新的實驗內(nèi)容體系，包括如下三個層次(表1)。第一層次為“九”個基礎(chǔ)型實驗，涵蓋對半導(dǎo)體材料的物理性質(zhì)(結(jié)構(gòu)、電學(xué)、光學(xué))的測定，通過對物理量的測量驗證物理規(guī)律，訓(xùn)練學(xué)生觀察、分析和研究半導(dǎo)體物理實驗現(xiàn)象的能力，掌握常用基本半導(dǎo)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(yīng)用性實驗)，學(xué)生通過第一層次的實驗訓(xùn)練后，已掌握了基本的實驗方法和技能，在此基礎(chǔ)上，開展綜合性實驗，可以培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識以及分析和解決問題的能力。通過應(yīng)用性實驗培養(yǎng)學(xué)生將來利用設(shè)備原理從事生產(chǎn)或者技術(shù)服務(wù)的能力。第三層次為“五”個設(shè)計創(chuàng)新型實驗，學(xué)生需運(yùn)用多學(xué)科知識、綜合多學(xué)科內(nèi)容，結(jié)合教師的科研項目進(jìn)行創(chuàng)新研究，通過設(shè)計型實驗可以鍛煉學(xué)生組織和自主實驗的能力，著力培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新實踐能力和基本的科研素質(zhì)。每個基礎(chǔ)型實驗4學(xué)時，提高型實驗8學(xué)時，創(chuàng)新型實驗12學(xué)時，規(guī)定基礎(chǔ)型為必修實驗，提高型、創(chuàng)新型為選作實驗。九個基礎(chǔ)型實驗全部完成后，學(xué)生可根據(jù)興趣和畢業(yè)設(shè)計要求在提高型、創(chuàng)新型實驗中各分別選做一定數(shù)量的實驗，在開課學(xué)期結(jié)束時完成至少72個學(xué)時的實驗并獲得成績方為合格。2．3實驗教學(xué)方式的優(yōu)化。在教學(xué)方式上，建立以學(xué)生為中心、學(xué)生自我訓(xùn)練為主的教學(xué)模式，充分調(diào)動學(xué)生的主觀能動性。將之前老師實驗前的講解轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生代表講解實驗內(nèi)容，然后老師提問并補(bǔ)充完善，在整個實驗安排過程中，實驗內(nèi)容由淺入深、由簡單到綜合、逐步過渡至設(shè)計和研究創(chuàng)新型實驗。三個層次的實驗內(nèi)容形成連貫的實驗梯度教學(xué)體系，在充分激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的同時，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、自發(fā)解決問題的能力。2．4實驗考核機(jī)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(yīng)學(xué)生的實際動手操作能力和對實驗內(nèi)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(yù)習(xí)、實驗操作和實驗報告三部分，實驗開始前通過問答以及學(xué)生講解實驗內(nèi)容來給出實驗預(yù)習(xí)成績;實驗操作成績是個團(tuán)隊成績反映每組實驗學(xué)生在實驗過程中的動手能力以及組員之間的相互協(xié)助情況;針對提高型和創(chuàng)新性實驗，特別是創(chuàng)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(zhì)的培養(yǎng)等方面的考核。

3半導(dǎo)體物理實驗課程改革后的成效

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

篇3

上世紀(jì)中葉，單晶硅和半導(dǎo)體晶體管的發(fā)明及其硅集成電路的研制成功，導(dǎo)致了電子工業(yè)革命；上世紀(jì)70年代初石英光導(dǎo)纖維材料和GaAs激光器的發(fā)明，促進(jìn)了光纖通信技術(shù)迅速發(fā)展并逐步形成了高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，使人類進(jìn)入了信息時代。超晶格概念的提出及其半導(dǎo)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(shè)計思想，使半導(dǎo)體器件的設(shè)計與制造從“雜質(zhì)工程”發(fā)展到“能帶工程”。納米科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)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(qiáng)大的新型器件與電路，必將深刻地影響著世界的政治、經(jīng)濟(jì)格局和軍事對抗的形式，徹底改變?nèi)藗兊纳罘绞健?/p>

2幾種主要半導(dǎo)體材料的發(fā)展現(xiàn)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(fā)展的總趨勢。目前直徑為8英寸（200mm）的Si單晶已實現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)，基于直徑為12英寸（300mm）硅片的集成電路（IC‘s）技術(shù)正處在由實驗室向工業(yè)生產(chǎn)轉(zhuǎn)變中。目前300mm，0.18μm工藝的硅ULSI生產(chǎn)線已經(jīng)投入生產(chǎn)，300mm，0.13μm工藝生產(chǎn)線也將在2003年完成評估。18英寸重達(dá)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(jìn)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(fā)展的主流。另外，SOI材料，包括智能剝離（Smartcut）和SIMOX材料等也發(fā)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(fā)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(yīng)對現(xiàn)有器件特性影響所帶來的物理限制和光刻技術(shù)的限制問題，更重要的是將受硅、SiO2自身性質(zhì)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(tǒng)集成芯片技術(shù)等來提高ULSI的集成度、運(yùn)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(dǎo)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(dǎo)體材料研發(fā)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(yōu)勢。

目前，世界GaAs單晶的總年產(chǎn)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(dǎo)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(fā)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(chǎn)線。InP具有比GaAs更優(yōu)越的高頻性能，發(fā)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(guān)鍵技術(shù)尚未完全突破，價格居高不下。

GaAs和InP單晶的發(fā)展趨勢是：

（1）。增大晶體直徑，目前4英寸的SI－GaAs已用于生產(chǎn)，預(yù)計本世紀(jì)初的頭幾年直徑為6英寸的SI－GaAs也將投入工業(yè)應(yīng)用。

（2）。提高材料的電學(xué)和光學(xué)微區(qū)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(shù)發(fā)展很快，很有可能成為主流技術(shù)。

2.3半導(dǎo)體超晶格、量子阱材料

半導(dǎo)體超薄層微結(jié)構(gòu)材料是基于先進(jìn)生長技術(shù)（MBE，MOCVD）的新一代人工構(gòu)造材料。它以全新的概念改變著光電子和微電子器件的設(shè)計思想，出現(xiàn)了“電學(xué)和光學(xué)特性可剪裁”為特征的新范疇，是新一代固態(tài)量子器件的基礎(chǔ)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(yīng)變補(bǔ)償材料體系已發(fā)展得相當(dāng)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(dá)fmax=600GHz，輸出功率58mW，功率增益6.4db；雙異質(zhì)結(jié)雙極晶體管（HBT）的最高頻率fmax也已高達(dá)500GHz，HEMT邏輯電路研制也發(fā)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(fā)光二極管和紅光激光器以及大功率半導(dǎo)體量子阱激光器已商品化；表面光發(fā)射器件和光雙穩(wěn)器件等也已達(dá)到或接近達(dá)到實用化水平。目前，研制高質(zhì)量的1.5μm分布反饋（DFB）激光器和電吸收（EA）調(diào)制器單片集成InP基多量子阱材料和超高速驅(qū)動電路所需的低維結(jié)構(gòu)材料是解決光纖通信瓶頸問題的關(guān)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(zhǔn)連續(xù)兆瓦級大功率激光陣列的高質(zhì)量量子阱材料也受到人們的重視。

雖然常規(guī)量子阱結(jié)構(gòu)端面發(fā)射激光器是目前光電子領(lǐng)域占統(tǒng)治地位的有源器件，但由于其有源區(qū)極薄（～0.01μm）端面光電災(zāi)變損傷，大電流電熱燒毀和光束質(zhì)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(qū)量子級聯(lián)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(lián)激光器，輸出功率達(dá)5W以上；2000年初，法國湯姆遜公司又報道了單個激光器準(zhǔn)連續(xù)輸出功率超過10瓦好結(jié)果。最近，我國的科研工作者又提出并開展了多有源區(qū)縱向光耦合垂直腔面發(fā)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(zhì)量的新型激光器，在未來光通信、光互聯(lián)與光電信息處理方面有著良好的應(yīng)用前景。

為克服PN結(jié)半導(dǎo)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(fā)明了基于量子阱內(nèi)子帶躍遷和阱間共振隧穿的量子級聯(lián)激光器，突破了半導(dǎo)體能隙對波長的限制。自從1994年InGaAs／InAIAs／InP量子級聯(lián)激光器（QCLs）發(fā)明以來，Bell實驗室等的科學(xué)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(jìn)展。2001年瑞士Neuchatel大學(xué)的科學(xué)家采用雙聲子共振和三量子阱有源區(qū)結(jié)構(gòu)使波長為9.1μm的QCLs的工作溫度高達(dá)312K，連續(xù)輸出功率3mW.量子級聯(lián)激光器的工作波長已覆蓋近紅外到遠(yuǎn)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(diào)制器和無線光學(xué)連接等方面顯示出重要的應(yīng)用前景。中科院上海微系統(tǒng)和信息技術(shù)研究所于1999年研制成功120K5μm和250K8μm的量子級聯(lián)激光器；中科院半導(dǎo)體研究所于2000年又研制成功3.7μm室溫準(zhǔn)連續(xù)應(yīng)變補(bǔ)償量子級聯(lián)激光器，使我國成為能研制這類高質(zhì)量激光器材料為數(shù)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(jié)構(gòu)材料發(fā)展的主流方向，正從直徑3英寸向4英寸過渡；生產(chǎn)型的MBE和M0CVD設(shè)備已研制成功并投入使用，每臺年生產(chǎn)能力可高達(dá)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(chǎn)型MBE和MOCVD設(shè)備的成熟與應(yīng)用，必然促進(jìn)襯底材料設(shè)備和材料評價技術(shù)的發(fā)展。

（2）硅基應(yīng)變異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料。

硅基光、電器件集成一直是人們所追求的目標(biāo)。但由于硅是間接帶隙，如何提高硅基材料發(fā)光效率就成為一個亟待解決的問題。雖經(jīng)多年研究，但進(jìn)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(jié)構(gòu)，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(fā)光器件和有關(guān)納米硅的受激放大現(xiàn)象的報道，使人們看到了一線希望。

另一方面，GeSi／Si應(yīng)變層超晶格材料，因其在新一代移動通信上的重要應(yīng)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(dá)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(xiàn)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(shù)等不同造成的高密度失配位錯而導(dǎo)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(xié)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(jìn)展。

2.4一維量子線、零維量子點半導(dǎo)體微結(jié)構(gòu)材料

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

目前低維半導(dǎo)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(jìn)展。俄羅斯約飛技術(shù)物理所MBE小組，柏林的俄德聯(lián)合研制小組和中科院半導(dǎo)體所半導(dǎo)體材料科學(xué)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(xù)輸出功率高達(dá)3.6～4W.特別應(yīng)當(dāng)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(qū)材料結(jié)構(gòu)中引入應(yīng)力緩解層，抑制了缺陷和位錯的產(chǎn)生，提高了量子點激光器的工作壽命，室溫下連續(xù)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(guān)鍵參數(shù)，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(jìn)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(guān)器件，1998年Yauo等人采用0.25微米工藝技術(shù)實現(xiàn)了128Mb的單電子存貯器原型樣機(jī)的制造，這是在單電子器件在高密度存貯電路的應(yīng)用方面邁出的關(guān)鍵一步。目前，基于量子點的自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)計算機(jī)，單光子源和應(yīng)用于量子計算的量子比特的構(gòu)建等方面的研究也正在進(jìn)行中。

與半導(dǎo)體超晶格和量子點結(jié)構(gòu)的生長制備相比，高度有序的半導(dǎo)體量子線的制備技術(shù)難度較大。中科院半導(dǎo)體所半導(dǎo)體材料科學(xué)重點實驗室的MBE小組，在繼利用MBE技術(shù)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(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，對InAs／InAlAs量子線超晶格的空間自對準(zhǔn)（垂直或斜對準(zhǔn)）的物理起因和生長控制進(jìn)行了研究，取得了較大進(jìn)展。

王中林教授領(lǐng)導(dǎo)的喬治亞理工大學(xué)的材料科學(xué)與工程系和化學(xué)與生物化學(xué)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(fā)技術(shù)，成功地合成了諸如ZnO、SnO2、In2O3和Ga2O3等一系列半導(dǎo)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(xiàn)出高純、結(jié)構(gòu)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(dá)數(shù)毫米。這種半導(dǎo)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(yùn)現(xiàn)象和基于它的功能器件制造。香港城市大學(xué)李述湯教授和瑞典隆德大學(xué)固體物理系納米中心的LarsSamuelson教授領(lǐng)導(dǎo)的小組，分別在SiO2／Si和InAs／InP半導(dǎo)體量子線超晶格結(jié)構(gòu)的生長制各方面也取得了重要進(jìn)展。

低維半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)制備的方法很多，主要有：微結(jié)構(gòu)材料生長和精細(xì)加工工藝相結(jié)合的方法，應(yīng)變自組裝量子線、量子點材料生長技術(shù)，圖形化襯底和不同取向晶面選擇生長技術(shù)，單原子操縱和加工技術(shù)，納米結(jié)構(gòu)的輻照制備技術(shù)，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(xué)方法制備量子點和量子線的技術(shù)等。目前發(fā)展的主要趨勢是尋找原子級無損傷加工方法和納米結(jié)構(gòu)的應(yīng)變自組裝可控生長技術(shù)，以求獲得大小、形狀均勻、密度可控的無缺陷納米結(jié)構(gòu)。

2.5寬帶隙半導(dǎo)體材料

寬帶隙半導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(yīng)用前景。另外，III族氮化物也是很好的光電子材料，在藍(lán)、綠光發(fā)光二極管（LED）和紫、藍(lán)、綠光激光器（LD）以及紫外探測器等應(yīng)用方面也顯示了廣泛的應(yīng)用前景。隨著1993年GaN材料的P型摻雜突破，GaN基材料成為藍(lán)綠光發(fā)光材料的研究熱點。目前，GaN基藍(lán)綠光發(fā)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(dá)140GHz，fT=67GHz，跨導(dǎo)為260ms／mm；HEMT器件也相繼問世，發(fā)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(yè)有限公司2000年宣稱，他們采用熱力學(xué)方法已研制成功2英寸GaN單晶材料，這將有力的推動藍(lán)光激光器和GaN基電子器件的發(fā)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(yīng)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(jìn)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(lán)綠光LED業(yè)已上市，并參于與以藍(lán)寶石為襯低的GaN基發(fā)光器件的竟?fàn)帯Ｆ渌鸖iC相關(guān)高溫器件的研制也取得了長足的進(jìn)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(fā)展。1991年3M公司利用MBE技術(shù)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(dǎo)體激光（材料）器件研制的。經(jīng)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(fā)展和應(yīng)用，使II－VI族蘭綠光材料研制步伐有所變緩。提高有源區(qū)材料的完整性，特別是要降低由非化學(xué)配比導(dǎo)致的點缺陷密度和進(jìn)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?qū)嵱没氨仨氁鉀Q的問題。

寬帶隙半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料往往也是典型的大失配異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料，所謂大失配異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料是指晶格常數(shù)、熱膨脹系數(shù)或晶體的對稱性等物理參數(shù)有較大差異的材料體系，如GaN／藍(lán)寶石（Sapphire），SiC／Si和GaN／Si等。大晶格失配引發(fā)界面處大量位錯和缺陷的產(chǎn)生，極大地影響著微結(jié)構(gòu)材料的光電性能及其器件應(yīng)用。如何避免和消除這一負(fù)面影響，是目前材料制備中的一個迫切要解決的關(guān)鍵科學(xué)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(yīng)用領(lǐng)域。

目前，除SiC單晶襯低材料，GaN基藍(lán)光LED材料和器件已有商品出售外，大多數(shù)高溫半導(dǎo)體材料仍處在實驗室研制階段，不少影響這類材料發(fā)展的關(guān)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(jī)理等仍是制約這些材料實用化的關(guān)鍵問題，國內(nèi)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(jié)構(gòu)材料，介電常數(shù)周期的被調(diào)制在與工作波長相比擬的尺度，來自結(jié)構(gòu)單元的散射波的多重干涉形成一個光子帶隙，與半導(dǎo)體材料的電子能隙相似，并可用類似于固態(tài)晶體中的能帶論來描述三維周期介電結(jié)構(gòu)中光波的傳播，相應(yīng)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(tài)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(zhì)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(jié)合脈沖激光蒸發(fā)方法，即先用脈沖激光蒸發(fā)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(fā)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(jìn)展，但三維光子晶體的研究，仍是一個具有挑戰(zhàn)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(jìn)展。

4量子比特構(gòu)建與材料

隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，計算機(jī)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(shù)限制，而無法滿足人類對更大信息量的需求。為此，發(fā)展基于全新原理和結(jié)構(gòu)的功能強(qiáng)大的計算機(jī)是21世紀(jì)人類面臨的巨大挑戰(zhàn)之一。1994年Shor基于量子態(tài)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(jī)是應(yīng)用量子力學(xué)原理進(jìn)行計的裝置，理論上講它比傳統(tǒng)計算機(jī)有更快的運(yùn)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(jī)理想極限。實現(xiàn)量子比特構(gòu)造和量子計算機(jī)的設(shè)想方案很多，其中最引人注目的是Kane最近提出的一個實現(xiàn)大規(guī)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(jìn)行信息編碼，通過外加電場控制核自旋間相互作用實現(xiàn)其邏輯運(yùn)算，自旋測量是由自旋極化電子電流來完成，計算機(jī)要工作在mK的低溫下。

這種量子計算機(jī)的最終實現(xiàn)依賴于與硅平面工藝兼容的硅納米電子技術(shù)的發(fā)展。除此之外，為了避免雜質(zhì)對磷核自旋的干擾，必需使用高純（無雜質(zhì)）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(guī)則的磷原子陣列等是實現(xiàn)量子計算的關(guān)鍵。量子態(tài)在傳輸，處理和存儲過程中可能因環(huán)境的耦合（干擾），而從量子疊加態(tài)演化成經(jīng)典的混合態(tài)，即所謂失去相干，特別是在大規(guī)模計算中能否始終保持量子態(tài)間的相干是量子計算機(jī)走向?qū)嵱没八匦杩朔碾y題。

5發(fā)展我國半導(dǎo)體材料的幾點建議

鑒于我國目前的工業(yè)基礎(chǔ)，國力和半導(dǎo)體材料的發(fā)展水平，提出以下發(fā)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(shù)的主導(dǎo)地位

至少到本世紀(jì)中葉都不會改變，至今國內(nèi)各大集成電路制造廠家所需的硅片基本上是依賴進(jìn)口。目前國內(nèi)雖已可拉制8英寸的硅單晶和小批量生產(chǎn)6英寸的硅外延片，然而都未形成穩(wěn)定的批量生產(chǎn)能力，更談不上規(guī)模生產(chǎn)。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(fā)，在“十五”的后期，爭取做到8英寸集成電路生產(chǎn)線用硅單晶材料的國產(chǎn)化，并有6～8英寸硅片的批量供片能力。到2010年左右，我國應(yīng)有8～12英寸硅單晶、片材和8英寸硅外延片的規(guī)模生產(chǎn)能力；更大直徑的硅單晶、片材和外延片也應(yīng)及時布點研制。另外，硅多晶材料生產(chǎn)基地及其相配套的高純石英、氣體和化學(xué)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(shù)的落后局面，進(jìn)入世界發(fā)達(dá)國家之林。

5.2GaAs及其有關(guān)化合物半導(dǎo)體單晶材料發(fā)展建議

GaAs、InP等單晶材料同國外的差距主要表現(xiàn)在拉晶和晶片加工設(shè)備落后，沒有形成生產(chǎn)能力。相信在國家各部委的統(tǒng)一組織、領(lǐng)導(dǎo)下，并爭取企業(yè)介入，建立我國自己的研究、開發(fā)和生產(chǎn)聯(lián)合體，取各家之長，分工協(xié)作，到2010年趕上世界先進(jìn)水平是可能的。要達(dá)到上述目的，到“十五”末應(yīng)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(chǎn)能力，以滿足我國不斷發(fā)展的微電子和光電子工業(yè)的需術(shù)。到2010年，應(yīng)當(dāng)實現(xiàn)4英寸GaAs生產(chǎn)線的國產(chǎn)化，并具有滿足6英寸線的供片能力。

5.3發(fā)展超晶格、量子阱和一維、零維半導(dǎo)體微結(jié)構(gòu)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(chǔ)出發(fā)，應(yīng)以三基色（超高亮度紅、綠和藍(lán)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(qiáng)MBE和MOCVD兩個基地的建設(shè)，引進(jìn)必要的適合批量生產(chǎn)的工業(yè)型MBE和MOCVD設(shè)備并著重致力于GaAlAs／GaAs，InGaAlP／InGaP，GaN基藍(lán)綠光材料，InGaAs／InP和InGaAsP／InP等材料體系的實用化研究是當(dāng)務(wù)之急，爭取在“十五”末，能滿足國內(nèi)2、3和4英寸GaAs生產(chǎn)線所需要的異質(zhì)結(jié)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(jié)構(gòu)材料的生產(chǎn)能力。達(dá)到本世紀(jì)初的國際水平。

寬帶隙高溫半導(dǎo)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(yīng)擇優(yōu)布點，分別做好研究與開發(fā)工作。

篇4

上世紀(jì)中葉，單晶硅和半導(dǎo)體晶體管的發(fā)明及其硅集成電路的研制成功，導(dǎo)致了電子工業(yè)革命；上世紀(jì)70年代初石英光導(dǎo)纖維材料和GaAs激光器的發(fā)明，促進(jìn)了光纖通信技術(shù)迅速發(fā)展并逐步形成了高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，使人類進(jìn)入了信息時代。超晶格概念的提出及其半導(dǎo)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(shè)計思想，使半導(dǎo)體器件的設(shè)計與制造從“雜質(zhì)工程”發(fā)展到“能帶工程”。納米科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)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(qiáng)大的新型器件與電路，必將深刻地影響著世界的政治、經(jīng)濟(jì)格局和軍事對抗的形式，徹底改變?nèi)藗兊纳罘绞健?/p>

2幾種主要半導(dǎo)體材料的發(fā)展現(xiàn)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(fā)展的總趨勢。目前直徑為8英寸（200mm）的Si單晶已實現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)，基于直徑為12英寸（300mm）硅片的集成電路（IC‘s）技術(shù)正處在由實驗室向工業(yè)生產(chǎn)轉(zhuǎn)變中。目前300mm，0.18μm工藝的硅ULSI生產(chǎn)線已經(jīng)投入生產(chǎn)，300mm，0.13μm工藝生產(chǎn)線也將在2003年完成評估。18英寸重達(dá)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(jìn)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(fā)展的主流。另外，SOI材料，包括智能剝離（Smartcut）和SIMOX材料等也發(fā)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(fā)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(yīng)對現(xiàn)有器件特性影響所帶來的物理限制和光刻技術(shù)的限制問題，更重要的是將受硅、SiO2自身性質(zhì)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(tǒng)集成芯片技術(shù)等來提高ULSI的集成度、運(yùn)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(dǎo)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(dǎo)體材料研發(fā)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(yōu)勢。

目前，世界GaAs單晶的總年產(chǎn)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(dǎo)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(fā)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(chǎn)線。InP具有比GaAs更優(yōu)越的高頻性能，發(fā)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(guān)鍵技術(shù)尚未完全突破，價格居高不下。

GaAs和InP單晶的發(fā)展趨勢是：

（1）。增大晶體直徑，目前4英寸的SI－GaAs已用于生產(chǎn)，預(yù)計本世紀(jì)初的頭幾年直徑為6英寸的SI－GaAs也將投入工業(yè)應(yīng)用。

（2）。提高材料的電學(xué)和光學(xué)微區(qū)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(shù)發(fā)展很快，很有可能成為主流技術(shù)。

2.3半導(dǎo)體超晶格、量子阱材料

半導(dǎo)體超薄層微結(jié)構(gòu)材料是基于先進(jìn)生長技術(shù)（MBE，MOCVD）的新一代人工構(gòu)造材料。它以全新的概念改變著光電子和微電子器件的設(shè)計思想，出現(xiàn)了“電學(xué)和光學(xué)特性可剪裁”為特征的新范疇，是新一代固態(tài)量子器件的基礎(chǔ)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(yīng)變補(bǔ)償材料體系已發(fā)展得相當(dāng)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(dá)fmax=600GHz，輸出功率58mW，功率增益6.4db；雙異質(zhì)結(jié)雙極晶體管（HBT）的最高頻率fmax也已高達(dá)500GHz，HEMT邏輯電路研制也發(fā)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(fā)光二極管和紅光激光器以及大功率半導(dǎo)體量子阱激光器已商品化；表面光發(fā)射器件和光雙穩(wěn)器件等也已達(dá)到或接近達(dá)到實用化水平。目前，研制高質(zhì)量的1.5μm分布反饋（DFB）激光器和電吸收（EA）調(diào)制器單片集成InP基多量子阱材料和超高速驅(qū)動電路所需的低維結(jié)構(gòu)材料是解決光纖通信瓶頸問題的關(guān)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(zhǔn)連續(xù)兆瓦級大功率激光陣列的高質(zhì)量量子阱材料也受到人們的重視。

雖然常規(guī)量子阱結(jié)構(gòu)端面發(fā)射激光器是目前光電子領(lǐng)域占統(tǒng)治地位的有源器件，但由于其有源區(qū)極薄（～0.01μm）端面光電災(zāi)變損傷，大電流電熱燒毀和光束質(zhì)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(qū)量子級聯(lián)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(lián)激光器，輸出功率達(dá)5W以上；2000年初，法國湯姆遜公司又報道了單個激光器準(zhǔn)連續(xù)輸出功率超過10瓦好結(jié)果。最近，我國的科研工作者又提出并開展了多有源區(qū)縱向光耦合垂直腔面發(fā)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(zhì)量的新型激光器，在未來光通信、光互聯(lián)與光電信息處理方面有著良好的應(yīng)用前景。

為克服PN結(jié)半導(dǎo)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(fā)明了基于量子阱內(nèi)子帶躍遷和阱間共振隧穿的量子級聯(lián)激光器，突破了半導(dǎo)體能隙對波長的限制。自從1994年InGaAs／InAIAs／InP量子級聯(lián)激光器（QCLs）發(fā)明以來，Bell實驗室等的科學(xué)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(jìn)展。2001年瑞士Neuchatel大學(xué)的科學(xué)家采用雙聲子共振和三量子阱有源區(qū)結(jié)構(gòu)使波長為9.1μm的QCLs的工作溫度高達(dá)312K，連續(xù)輸出功率3mW.量子級聯(lián)激光器的工作波長已覆蓋近紅外到遠(yuǎn)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(diào)制器和無線光學(xué)連接等方面顯示出重要的應(yīng)用前景。中科院上海微系統(tǒng)和信息技術(shù)研究所于1999年研制成功120K5μm和250K8μm的量子級聯(lián)激光器；中科院半導(dǎo)體研究所于2000年又研制成功3.7μm室溫準(zhǔn)連續(xù)應(yīng)變補(bǔ)償量子級聯(lián)激光器，使我國成為能研制這類高質(zhì)量激光器材料為數(shù)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(jié)構(gòu)材料發(fā)展的主流方向，正從直徑3英寸向4英寸過渡；生產(chǎn)型的MBE和M0CVD設(shè)備已研制成功并投入使用，每臺年生產(chǎn)能力可高達(dá)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(chǎn)型MBE和MOCVD設(shè)備的成熟與應(yīng)用，必然促進(jìn)襯底材料設(shè)備和材料評價技術(shù)的發(fā)展。

（2）硅基應(yīng)變異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料。

硅基光、電器件集成一直是人們所追求的目標(biāo)。但由于硅是間接帶隙，如何提高硅基材料發(fā)光效率就成為一個亟待解決的問題。雖經(jīng)多年研究，但進(jìn)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(jié)構(gòu)，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(fā)光器件和有關(guān)納米硅的受激放大現(xiàn)象的報道，使人們看到了一線希望。

另一方面，GeSi／Si應(yīng)變層超晶格材料，因其在新一代移動通信上的重要應(yīng)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(dá)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(xiàn)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(shù)等不同造成的高密度失配位錯而導(dǎo)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(xié)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(jìn)展。

2.4一維量子線、零維量子點半導(dǎo)體微結(jié)構(gòu)材料

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

目前低維半導(dǎo)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(jìn)展。俄羅斯約飛技術(shù)物理所MBE小組，柏林的俄德聯(lián)合研制小組和中科院半導(dǎo)體所半導(dǎo)體材料科學(xué)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(xù)輸出功率高達(dá)3.6～4W.特別應(yīng)當(dāng)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(qū)材料結(jié)構(gòu)中引入應(yīng)力緩解層，抑制了缺陷和位錯的產(chǎn)生，提高了量子點激光器的工作壽命，室溫下連續(xù)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(guān)鍵參數(shù)，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(jìn)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(guān)器件，1998年Yauo等人采用0.25微米工藝技術(shù)實現(xiàn)了128Mb的單電子存貯器原型樣機(jī)的制造，這是在單電子器件在高密度存貯電路的應(yīng)用方面邁出的關(guān)鍵一步。目前，基于量子點的自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)計算機(jī)，單光子源和應(yīng)用于量子計算的量子比特的構(gòu)建等方面的研究也正在進(jìn)行中。

與半導(dǎo)體超晶格和量子點結(jié)構(gòu)的生長制備相比，高度有序的半導(dǎo)體量子線的制備技術(shù)難度較大。中科院半導(dǎo)體所半導(dǎo)體材料科學(xué)重點實驗室的MBE小組，在繼利用MBE技術(shù)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(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，對InAs／InAlAs量子線超晶格的空間自對準(zhǔn)（垂直或斜對準(zhǔn)）的物理起因和生長控制進(jìn)行了研究，取得了較大進(jìn)展。

王中林教授領(lǐng)導(dǎo)的喬治亞理工大學(xué)的材料科學(xué)與工程系和化學(xué)與生物化學(xué)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(fā)技術(shù)，成功地合成了諸如ZnO、SnO2、In2O3和Ga2O3等一系列半導(dǎo)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(xiàn)出高純、結(jié)構(gòu)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(dá)數(shù)毫米。這種半導(dǎo)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(yùn)現(xiàn)象和基于它的功能器件制造。香港城市大學(xué)李述湯教授和瑞典隆德大學(xué)固體物理系納米中心的LarsSamuelson教授領(lǐng)導(dǎo)的小組，分別在SiO2／Si和InAs／InP半導(dǎo)體量子線超晶格結(jié)構(gòu)的生長制各方面也取得了重要進(jìn)展。

低維半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)制備的方法很多，主要有：微結(jié)構(gòu)材料生長和精細(xì)加工工藝相結(jié)合的方法，應(yīng)變自組裝量子線、量子點材料生長技術(shù)，圖形化襯底和不同取向晶面選擇生長技術(shù)，單原子操縱和加工技術(shù)，納米結(jié)構(gòu)的輻照制備技術(shù)，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(xué)方法制備量子點和量子線的技術(shù)等。目前發(fā)展的主要趨勢是尋找原子級無損傷加工方法和納米結(jié)構(gòu)的應(yīng)變自組裝可控生長技術(shù)，以求獲得大小、形狀均勻、密度可控的無缺陷納米結(jié)構(gòu)。

2.5寬帶隙半導(dǎo)體材料

寬帶隙半導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(yīng)用前景。另外，III族氮化物也是很好的光電子材料，在藍(lán)、綠光發(fā)光二極管（LED）和紫、藍(lán)、綠光激光器（LD）以及紫外探測器等應(yīng)用方面也顯示了廣泛的應(yīng)用前景。隨著1993年GaN材料的P型摻雜突破，GaN基材料成為藍(lán)綠光發(fā)光材料的研究熱點。目前，GaN基藍(lán)綠光發(fā)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(dá)140GHz，fT=67GHz，跨導(dǎo)為260ms／mm；HEMT器件也相繼問世，發(fā)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(yè)有限公司2000年宣稱，他們采用熱力學(xué)方法已研制成功2英寸GaN單晶材料，這將有力的推動藍(lán)光激光器和GaN基電子器件的發(fā)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(yīng)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(jìn)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(lán)綠光LED業(yè)已上市，并參于與以藍(lán)寶石為襯低的GaN基發(fā)光器件的竟?fàn)帯Ｆ渌鸖iC相關(guān)高溫器件的研制也取得了長足的進(jìn)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(fā)展。1991年3M公司利用MBE技術(shù)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(dǎo)體激光（材料）器件研制的。經(jīng)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(fā)展和應(yīng)用，使II－VI族蘭綠光材料研制步伐有所變緩。提高有源區(qū)材料的完整性，特別是要降低由非化學(xué)配比導(dǎo)致的點缺陷密度和進(jìn)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?qū)嵱没氨仨氁鉀Q的問題。

寬帶隙半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料往往也是典型的大失配異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料，所謂大失配異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料是指晶格常數(shù)、熱膨脹系數(shù)或晶體的對稱性等物理參數(shù)有較大差異的材料體系，如GaN／藍(lán)寶石（Sapphire），SiC／Si和GaN／Si等。大晶格失配引發(fā)界面處大量位錯和缺陷的產(chǎn)生，極大地影響著微結(jié)構(gòu)材料的光電性能及其器件應(yīng)用。如何避免和消除這一負(fù)面影響，是目前材料制備中的一個迫切要解決的關(guān)鍵科學(xué)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(yīng)用領(lǐng)域。

目前，除SiC單晶襯低材料，GaN基藍(lán)光LED材料和器件已有商品出售外，大多數(shù)高溫半導(dǎo)體材料仍處在實驗室研制階段，不少影響這類材料發(fā)展的關(guān)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(jī)理等仍是制約這些材料實用化的關(guān)鍵問題，國內(nèi)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(jié)構(gòu)材料，介電常數(shù)周期的被調(diào)制在與工作波長相比擬的尺度，來自結(jié)構(gòu)單元的散射波的多重干涉形成一個光子帶隙，與半導(dǎo)體材料的電子能隙相似，并可用類似于固態(tài)晶體中的能帶論來描述三維周期介電結(jié)構(gòu)中光波的傳播，相應(yīng)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(tài)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(zhì)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(jié)合脈沖激光蒸發(fā)方法，即先用脈沖激光蒸發(fā)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(fā)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(jìn)展，但三維光子晶體的研究，仍是一個具有挑戰(zhàn)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(jìn)展。

4量子比特構(gòu)建與材料

隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，計算機(jī)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(shù)限制，而無法滿足人類對更大信息量的需求。為此，發(fā)展基于全新原理和結(jié)構(gòu)的功能強(qiáng)大的計算機(jī)是21世紀(jì)人類面臨的巨大挑戰(zhàn)之一。1994年Shor基于量子態(tài)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(jī)是應(yīng)用量子力學(xué)原理進(jìn)行計的裝置，理論上講它比傳統(tǒng)計算機(jī)有更快的運(yùn)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(jī)理想極限。實現(xiàn)量子比特構(gòu)造和量子計算機(jī)的設(shè)想方案很多，其中最引人注目的是Kane最近提出的一個實現(xiàn)大規(guī)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(jìn)行信息編碼，通過外加電場控制核自旋間相互作用實現(xiàn)其邏輯運(yùn)算，自旋測量是由自旋極化電子電流來完成，計算機(jī)要工作在mK的低溫下。

這種量子計算機(jī)的最終實現(xiàn)依賴于與硅平面工藝兼容的硅納米電子技術(shù)的發(fā)展。除此之外，為了避免雜質(zhì)對磷核自旋的干擾，必需使用高純（無雜質(zhì)）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(guī)則的磷原子陣列等是實現(xiàn)量子計算的關(guān)鍵。量子態(tài)在傳輸，處理和存儲過程中可能因環(huán)境的耦合（干擾），而從量子疊加態(tài)演化成經(jīng)典的混合態(tài)，即所謂失去相干，特別是在大規(guī)模計算中能否始終保持量子態(tài)間的相干是量子計算機(jī)走向?qū)嵱没八匦杩朔碾y題。

5發(fā)展我國半導(dǎo)體材料的幾點建議

鑒于我國目前的工業(yè)基礎(chǔ)，國力和半導(dǎo)體材料的發(fā)展水平，提出以下發(fā)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(shù)的主導(dǎo)地位

至少到本世紀(jì)中葉都不會改變，至今國內(nèi)各大集成電路制造廠家所需的硅片基本上是依賴進(jìn)口。目前國內(nèi)雖已可拉制8英寸的硅單晶和小批量生產(chǎn)6英寸的硅外延片，然而都未形成穩(wěn)定的批量生產(chǎn)能力，更談不上規(guī)模生產(chǎn)。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(fā)，在“十五”的后期，爭取做到8英寸集成電路生產(chǎn)線用硅單晶材料的國產(chǎn)化，并有6～8英寸硅片的批量供片能力。到2010年左右，我國應(yīng)有8～12英寸硅單晶、片材和8英寸硅外延片的規(guī)模生產(chǎn)能力；更大直徑的硅單晶、片材和外延片也應(yīng)及時布點研制。另外，硅多晶材料生產(chǎn)基地及其相配套的高純石英、氣體和化學(xué)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(shù)的落后局面，進(jìn)入世界發(fā)達(dá)國家之林。

5.2GaAs及其有關(guān)化合物半導(dǎo)體單晶材料發(fā)展建議

GaAs、InP等單晶材料同國外的差距主要表現(xiàn)在拉晶和晶片加工設(shè)備落后，沒有形成生產(chǎn)能力。相信在國家各部委的統(tǒng)一組織、領(lǐng)導(dǎo)下，并爭取企業(yè)介入，建立我國自己的研究、開發(fā)和生產(chǎn)聯(lián)合體，取各家之長，分工協(xié)作，到2010年趕上世界先進(jìn)水平是可能的。要達(dá)到上述目的，到“十五”末應(yīng)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(chǎn)能力，以滿足我國不斷發(fā)展的微電子和光電子工業(yè)的需術(shù)。到2010年，應(yīng)當(dāng)實現(xiàn)4英寸GaAs生產(chǎn)線的國產(chǎn)化，并具有滿足6英寸線的供片能力。

5.3發(fā)展超晶格、量子阱和一維、零維半導(dǎo)體微結(jié)構(gòu)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(chǔ)出發(fā)，應(yīng)以三基色（超高亮度紅、綠和藍(lán)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(qiáng)MBE和MOCVD兩個基地的建設(shè)，引進(jìn)必要的適合批量生產(chǎn)的工業(yè)型MBE和MOCVD設(shè)備并著重致力于GaAlAs／GaAs，InGaAlP／InGaP，GaN基藍(lán)綠光材料，InGaAs／InP和InGaAsP／InP等材料體系的實用化研究是當(dāng)務(wù)之急，爭取在“十五”末，能滿足國內(nèi)2、3和4英寸GaAs生產(chǎn)線所需要的異質(zhì)結(jié)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(jié)構(gòu)材料的生產(chǎn)能力。達(dá)到本世紀(jì)初的國際水平。

寬帶隙高溫半導(dǎo)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(yīng)擇優(yōu)布點，分別做好研究與開發(fā)工作。

篇5

（二）信息網(wǎng)絡(luò)化對大學(xué)生道德教育的挑戰(zhàn)

網(wǎng)絡(luò)的虛擬化易導(dǎo)致大學(xué)生人際交往的障礙，必然會影響和改變其生活方式，產(chǎn)生人際障礙，人際關(guān)系淡漠和人際距離疏遠(yuǎn)，并導(dǎo)致孤獨、苦悶、焦慮、壓抑，甚至情緒低落、消沉、精神不振等。同時，互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展方便了西方思想文化的滲透，這對大學(xué)生的世界觀、人生觀、理想信念、道德倫理、民族認(rèn)同感等會造成潛移默化的扭曲、侵蝕和消磨，而且也使我們的思想教育工作效果受到極大的削弱。

二、大學(xué)生主題班會對思想道德教育的重要意義

大學(xué)生主題班會是對大學(xué)生進(jìn)行素質(zhì)教育的一項最基本、最常用的途徑之一，是開展學(xué)生教育管理和道德素質(zhì)建設(shè)的一個重要載體和陣地，近年來越來越受到高校領(lǐng)導(dǎo)的重視，借助主題班會來提高大學(xué)生思想素質(zhì)有著重要意義。

（一）增強(qiáng)思想教育的吸引力，幫助大學(xué)生明確思想認(rèn)識

大學(xué)生對社會接觸較少，社會經(jīng)驗往往不足，且個體之間經(jīng)歷不同，在認(rèn)識層次、認(rèn)識水平上存在一定差異，對社會上存在的問題以及個人自身的成長與發(fā)展認(rèn)識也就不同，難以避免片面性和模糊性，有的甚至比較偏激，這就需要相關(guān)引導(dǎo)使學(xué)生形成正確的思想認(rèn)識。而主題班會一般從大學(xué)生的現(xiàn)實生活中取材，內(nèi)容大多和學(xué)生的生活息息相關(guān)，通過新穎的主題班會可以吸引學(xué)生充分參與，引導(dǎo)學(xué)生主動積極探究，從生動的體驗中獲得對世界、人生、自我的認(rèn)知，讓他們學(xué)會獨立思考、獨立生活、獨立生存。

（二）增強(qiáng)班級向心力，促進(jìn)師生交流

一個真正意義上的大學(xué)班集體，并不是若干個大學(xué)生的一種簡單組合，它的建立有一個過程，需要大學(xué)生由彼此陌生到互相熟悉最終到互相了解并在此基礎(chǔ)上產(chǎn)生向心力進(jìn)而產(chǎn)生凝聚意識，這是大學(xué)階段的班級得以牢牢維系的根本所在。而一個高質(zhì)量的主題班會氛圍輕松活潑，能夠調(diào)動全班同學(xué)參與活動，有助于增強(qiáng)班級成員的自豪感、凝聚力、自信心，同時在這種環(huán)境中互動，更容易拉近老師與學(xué)生以及學(xué)生與學(xué)生之間的距離，促進(jìn)彼此之間的了解。并且班導(dǎo)師在參與班會過程中可以進(jìn)一步了解學(xué)生的思想動態(tài)，提升他們的判斷力、思考力，從而輔助其對學(xué)生的思想教育。

（三）有助于學(xué)校、院系德育工作的開展

班會時間可以被充分利用來積極宣傳落實學(xué)校、院系的各項工作、規(guī)章制度、文件精神，增進(jìn)大學(xué)生對學(xué)校德育工作的了解。同時大學(xué)生對學(xué)校的態(tài)度也被及時反饋到學(xué)校。這樣，有利于擴(kuò)大學(xué)校德育工作的宣傳范圍，增強(qiáng)其宣傳力度，提高影響度，取得思想教育的效果。

三、我國大學(xué)生主題班會的現(xiàn)狀

目前，隨著大學(xué)生的思想政治教育問題日益引起社會的廣泛關(guān)注，中國各大高校也將主題班會列為必不可少的一項教學(xué)內(nèi)容。我國高校開展主題班會較為積極，盡量朝著內(nèi)容多樣化的方向努力，組織也做到正規(guī)有序，確實起到了一定思想教育的作用。但是我國大學(xué)生主題班會存在的問題也不容小覷。主要不足如下：

（一）對主題班會沒有一個明確的功能定位

不明確的功能定位導(dǎo)致主題班會職責(zé)不明確，效果得不到保證。且班會的主題大都空泛，使得主題班會往往流于事務(wù)性和形式化，并未真正發(fā)揮主題班會的思想教育的作用和價值，從而降低了主題班會課的教育效果。

（二）開展過于頻繁

很多高校從大一開始就不斷地舉行班會，少則兩周一次，少則一周舉行兩三次，過于頻繁的班會占用了學(xué)生太多時間，且內(nèi)容也因此無關(guān)痛癢沒什么實質(zhì)性意義，一次班會往往點個名，有事即說，無事便散，有些班會甚至只有短短十幾分鐘，讓參加的學(xué)生苦笑不已，甚至產(chǎn)生對主題班會教育意義的質(zhì)疑。

（三）內(nèi)容空洞枯燥，索然無味

雖然高校們也正努力打破班會無聊，沒有收獲的僵局，試圖做到班會內(nèi)容豐富多樣化，但顯然這種努力遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，成效也不明顯。大部分班級的班會以點名和通知事務(wù)的形式為主，不然就是班導(dǎo)師和班干部的單方面灌輸，形式也突破不了傳統(tǒng)的討論與文藝節(jié)目，久而久之難免使學(xué)生喪失積極性，引起不滿。

四、針對現(xiàn)階段我國大學(xué)生主題班會問題的解決方法

（一）發(fā)揮班導(dǎo)師在班會中的指導(dǎo)作用

班導(dǎo)師是班級的主心骨，班導(dǎo)師對待班會的態(tài)度，直接影響著學(xué)生對待班會的態(tài)度。因此，班導(dǎo)師必須嚴(yán)格要求自己，以高度的責(zé)任心投入到班會工作之中。班導(dǎo)師對班會的內(nèi)容、形式與大學(xué)生進(jìn)行研究，達(dá)成共識后一錘定音，不再更改，但要把握好班會的方向；之后，班導(dǎo)師要根據(jù)內(nèi)容，與班干部討論，從而采取好的形式，精心設(shè)計班會，確保每次班會都在班導(dǎo)師的宏觀指導(dǎo)之下完成，可以防止大學(xué)生在一些問題把握上的不穩(wěn)定性，班會的威信也可以更好地在大學(xué)生中確立起來。同時，班導(dǎo)師在班會上要用飽滿的熱情真誠地贊美一切美的事物和現(xiàn)象，抨擊各種不良的行為。要將自己的人格與正義融入一言一行中，用楷模的力量去引導(dǎo)學(xué)生，熏陶學(xué)生，啟迪學(xué)生的道德覺悟，增強(qiáng)學(xué)生的道德意識，培養(yǎng)學(xué)生的道德責(zé)任感。隨著班導(dǎo)師指導(dǎo)班會的次數(shù)增多，學(xué)生干部就會汲取經(jīng)驗，掌握舉行班會的重點與要點，這時班導(dǎo)師就可以放權(quán)交給學(xué)生自行開展，但也要定時參與到班會當(dāng)中來。

（二）豐富內(nèi)容

結(jié)合國際、國內(nèi)大事，重要節(jié)日、紀(jì)念日，學(xué)校、院系的工作狀況班級工作的實際以及大學(xué)生學(xué)習(xí)、生活和心理上的需要，廣泛宣傳和教育學(xué)生所關(guān)注的問題，交流解答疑難困惑，并將社會主義榮辱觀等重要內(nèi)容滲透進(jìn)來，使班會不再是追求形式的敷衍，而令學(xué)生確有收獲。這樣，在滿足大學(xué)生的需求的同時，也取得了意想不到的德育效果。

（三）適度安排班會組織的頻率與時間

盡量少占用學(xué)生的課余時間，做到數(shù)量適中但卻不失為精華。豐富班會開展的形式，可以采用不同學(xué)生輪流主持，演講，小組討論，辯論賽的形式，使更多的學(xué)生更好地參與進(jìn)來。最好還能將班會的地點擴(kuò)展到室外，舉行一些主題活動，實踐演練，幫助學(xué)生在實際參與中了解班會的內(nèi)容和要旨，并產(chǎn)生對班會工作的信心與濃厚興趣，從而獲得學(xué)生們的支持。

篇6

團(tuán)體是指兩個或兩個以上的人，互相影響、互相依賴，且具有共同的目標(biāo)，為了完成特定的目標(biāo)而相互結(jié)合成的組織。團(tuán)體具有互動與相對動態(tài)的性質(zhì)，是具有社會互動性質(zhì)的組織，團(tuán)體遵循共同的規(guī)范，具有目標(biāo)性。

團(tuán)體動力是指某社會團(tuán)體之所以形成的原因，以及維系團(tuán)體功能的一種力量或一種方式。團(tuán)體動力學(xué)是社會科學(xué)的分支，是一門探討團(tuán)體結(jié)構(gòu)及團(tuán)體與成員間相互動力關(guān)系的學(xué)問。其理論有場地論、因素分析論、社會團(tuán)體工作理論、心理分析理論等。場地論代表人物勒溫認(rèn)為，應(yīng)該把團(tuán)體看作是一個生命的空間，它是由一些力量或變量組成，它們是影響團(tuán)體內(nèi)成員的重要變項。根據(jù)此理論，在教育教學(xué)實踐中，班主任若能將班級作為心理場地并作數(shù)量化呈現(xiàn)，才能分析、控制班級與運(yùn)用班級動力。因素分析論的代表人物卡特爾認(rèn)為，團(tuán)體動力主要受到某些重要因素的影響，領(lǐng)導(dǎo)者在決定團(tuán)體的發(fā)展時，需要了解團(tuán)體內(nèi)的關(guān)鍵因素。根據(jù)卡特爾的理論，若能對團(tuán)體內(nèi)的各項屬性一一加以評估，掌握有關(guān)的獨立變項，可以有效運(yùn)作團(tuán)體。社會團(tuán)體工作論是將團(tuán)體工作者的敘事性記錄及團(tuán)體成員的個案史等資料加以分析，以了解團(tuán)體對成員人格發(fā)展的影響；重視團(tuán)體經(jīng)驗與個體成長的交互作用，注重行動研究，即領(lǐng)導(dǎo)者如何有效利用學(xué)習(xí)遷移，促發(fā)成員轉(zhuǎn)移團(tuán)體咨詢情景的積極經(jīng)驗，以協(xié)助成員產(chǎn)生建設(shè)，增進(jìn)社會適應(yīng)。心理分析理論強(qiáng)調(diào)團(tuán)體歷程中有關(guān)的情感因素，包括領(lǐng)導(dǎo)者和成員、成員與成員、成員與他人，強(qiáng)調(diào)透過對成員過去經(jīng)驗的了解及個案記錄的分析解釋，促發(fā)動力性的團(tuán)體經(jīng)驗，協(xié)助成員產(chǎn)生積極的行為改變與人格發(fā)展。

班級是一個團(tuán)體，班主任是團(tuán)體的領(lǐng)導(dǎo)者。如何消除團(tuán)體的沖突，促進(jìn)團(tuán)體凝聚力的提升，進(jìn)而形成團(tuán)體的動力，并運(yùn)用團(tuán)體動力的輔導(dǎo)策略，這些是班主任科學(xué)管理班級應(yīng)涉及到的內(nèi)容。了解團(tuán)體動力理論，借鑒動力理論，有助于班主任形成自己有效管理班級的教育理念。

二、認(rèn)識中小學(xué)班級中的團(tuán)體動力形態(tài)

21世紀(jì)社會急劇的變遷與轉(zhuǎn)型，使得傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)功能論受到現(xiàn)代文化的挑戰(zhàn)。班級是學(xué)校教育中最基層的單位，而過去以教師為中心的教室管理模式較忽視與壓抑班級團(tuán)體動力的影響性。班級中存在著許許多多的小團(tuán)體，這些小團(tuán)體具有其潛在的影響力。作為班主任，應(yīng)善用這些團(tuán)體動力來使得班級管理更具有成效。

（一）非主流文化團(tuán)體取向的小團(tuán)體

所謂的非主流文化指相對于主流文化之外的其他文化，它是邊緣的、附屬的與次要的文化。中小學(xué)學(xué)生的他律性較強(qiáng)，容易受到同輩團(tuán)體的影響而在班級中形成學(xué)生非主流文化團(tuán)體，容易受到媒體與流行文化等因素的影響，而形成一種屬于次級文化的小團(tuán)體。例如在中小學(xué)中流行的女孩們的影視歌星崇拜現(xiàn)象，中小學(xué)男生當(dāng)前所流行的網(wǎng)絡(luò)游戲，如魔獸爭霸等，都是典型的學(xué)校非主流文化。班主任若能留心觀察學(xué)生無意間形成的非主流文化團(tuán)體，運(yùn)用引導(dǎo)的方法把這些團(tuán)體的動力凝聚起來向著具有教育性的方向發(fā)展，對于班級管理是有所幫助的。

（二）以個性、興趣結(jié)合和教師評價取向的小團(tuán)體

一般來說，中小學(xué)生在教室中的小團(tuán)體比較傾向于個性與興趣的結(jié)合。但也可能會因為受到功課與教師的標(biāo)準(zhǔn)化評價而形成所謂的好學(xué)生小團(tuán)體與調(diào)皮學(xué)生的小團(tuán)體。通常所謂的好學(xué)生小團(tuán)體對班級管理會產(chǎn)生積極的幫助，而調(diào)皮學(xué)生的小團(tuán)體可能造成班級管理的問題所在。因此，班主任要平等對待學(xué)生，必須消除個人的喜好，對于還正在成長中的學(xué)生不要給予社會的標(biāo)準(zhǔn)評價，因為每位學(xué)生的潛力是無限的，教師必須循循善誘，引導(dǎo)這些班級中的小團(tuán)體朝著健康的方向發(fā)展。

（三）以座位分配取向的小團(tuán)體

中小學(xué)生常會因為在教室中的座位分配而影響到學(xué)習(xí)的效果，而由于座位的分配所產(chǎn)生的班級氣氛值得教育心理學(xué)工作者進(jìn)一步探討。一般來說，中小學(xué)生若與不喜歡的同學(xué)坐在一起，會影響其學(xué)習(xí)動機(jī)；而若與喜歡的同學(xué)坐在一起，則會非常興奮而顯得士氣高昂。因此，在班級座位安排方面，班主任必須作適時的調(diào)整與更新。在座位的分配方面，必須考慮每位學(xué)生不同的學(xué)習(xí)表現(xiàn)，將學(xué)習(xí)表現(xiàn)好的學(xué)生與學(xué)習(xí)表現(xiàn)差的學(xué)生交錯分配在一起，如此才不容易造成學(xué)生的被標(biāo)準(zhǔn)化。此外，高效能的學(xué)生座位安排將有助于師生之間形成密切的互動。班主任對于班級中的分組也需要思考，應(yīng)打破性別意識與學(xué)業(yè)成就的界線，善用小組間積極的合作與競爭模式，培養(yǎng)學(xué)生的主動精神與民主素養(yǎng)，如此將產(chǎn)生最佳的團(tuán)體動力。

（四）以性別取向的小團(tuán)體

小學(xué)高年級的學(xué)生和中學(xué)生進(jìn)入了青春期，而這個階段女生的發(fā)育比起同年齡的男生要早，因此這個階段的性別界限特別明顯。在這個青澀的成長階段，中小學(xué)生的智力、學(xué)習(xí)開始初步定型，自尊心與好勝心、喜歡與厭惡、好奇與排斥等特別明顯。一般來說，小學(xué)高年級和中學(xué)的女生在班級中常會組成許多小團(tuán)體，這些小團(tuán)體會基于興趣與個性而組成在一起，且團(tuán)體之間的界線會比中低年級的學(xué)生們來得更明顯。而小學(xué)高年級的男生和中學(xué)男生在心智與生理發(fā)展方面顯著慢于同齡的女生，會有被同齡女生領(lǐng)導(dǎo)的現(xiàn)象，因此小學(xué)高年級和中學(xué)的男生的小團(tuán)體界線比較模糊。中小學(xué)教師在這個階段的班級管理要特別留心于性別因素所產(chǎn)生的影響，應(yīng)避免性別間的小團(tuán)體沖突，并善用此階段學(xué)生的語言模式與學(xué)生溝通，盡量以“活動式”與“主題式”的策略激發(fā)學(xué)生的團(tuán)體動力，并善于借助相互合作與競爭之間產(chǎn)生的最大的效能。這將有助于教師的班級管理。

三、班主任運(yùn)用團(tuán)體動力的班級輔導(dǎo)策略

在中小學(xué)中，過去偏向于以班主任為中心的班級管理，其目的在于幫助教師控制學(xué)生的常規(guī)與秩序。而在新時代的班級管理中，必須融入民主的精神與多元的風(fēng)貌，運(yùn)用團(tuán)體動力的心理輔導(dǎo)策略。在實踐中，教師要善于利用師生間的人際影響，進(jìn)行師生間的積極溝通，尊重學(xué)生，傾聽學(xué)生的聲音，并適度地給學(xué)生建設(shè)性的反饋，最終形成科學(xué)的管理理念。（一）角色意識培養(yǎng)策略

在班級這個生命空間中，每個學(xué)生的動力聚合成班級的凝聚力。要形成班級的凝聚力，教師要抓好班級成員的角色意識培養(yǎng)，通過班級的正式角色和非正式角色的合理安排，使每個學(xué)生都能形成積極的角色意識和角色行為，使每個學(xué)生能夠感到自己在班上是受重視的，是有地位的，是負(fù)有責(zé)任的，只有這樣，才能不斷增強(qiáng)學(xué)生的責(zé)任感、義務(wù)感、安全感、歸屬感和集體主義榮譽(yù)感，從而自覺接受各種集體規(guī)范，不斷提高自己的心理健康水平和社會適應(yīng)能力。如在班級實行值日班長制度，使學(xué)生的責(zé)任感和主人翁意識得到培養(yǎng)。再如，通過各種集體活動為學(xué)生提供豐富多彩的鍛煉機(jī)會，讓每個學(xué)生負(fù)責(zé)一些事務(wù)，鍛煉他們的能力。這不但可以促進(jìn)學(xué)生的良好個性品質(zhì)的發(fā)展，促進(jìn)其動力的產(chǎn)生，也能不斷提升他們的心理健康水平。

（二）營造健康民主的心理環(huán)境的策略

心理環(huán)境包括班風(fēng)、校風(fēng)、輿論、同學(xué)關(guān)系、師生關(guān)系等。建立良好人際關(guān)系，培育健康的輿論、風(fēng)氣，能夠使學(xué)生經(jīng)常受到積極的感染和熏陶，逐漸形成積極上進(jìn)、開朗樂觀、關(guān)心集體、團(tuán)結(jié)互助的良好的性格特征，不斷提高對人際環(huán)境的適應(yīng)能力。目前教師必須改變過去權(quán)威者的角色，站在指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)與成長的立場，適時引導(dǎo)學(xué)生，培養(yǎng)學(xué)生獨立自主的能力，使學(xué)生能在民主的氣氛中，展現(xiàn)自己的特色與風(fēng)格，并學(xué)習(xí)其他人的優(yōu)點。教師應(yīng)在民主健康的氣氛中引導(dǎo)班級向積極正向發(fā)展，建立積極、正確和健康的輿論導(dǎo)向，尊重學(xué)生所提出的觀點，并讓學(xué)生經(jīng)由民主的程序共同建立班級的規(guī)則與秩序，達(dá)到學(xué)生之間的相互約束與互相學(xué)習(xí)，從而獲得全班的凝聚力與向心力，這有助于教師成功地管理班級。

（三）班級學(xué)習(xí)分組策略

學(xué)生非主流文化所組成的小團(tuán)體以及班級內(nèi)的各式各樣的小團(tuán)體所產(chǎn)生的團(tuán)體動力，與教師的班級管理有著密切的關(guān)系。中小學(xué)教師在管理班級時，需要關(guān)注時代的發(fā)展，融入民主的精神，改變以往以教師為中心的班級管理策略，轉(zhuǎn)向教師與學(xué)生共同管理的模式，培養(yǎng)學(xué)生的責(zé)任感。教師可進(jìn)行引導(dǎo)而不急于幫學(xué)生作決定，如此將有助于培養(yǎng)學(xué)生獨立自主的能力。在班級教學(xué)分組方面，必須著眼于班級成員的全面提升，把各類不同學(xué)習(xí)成績的學(xué)生分散并綜合，這將使得每一個小組的成員都可以進(jìn)行相互指導(dǎo)。這種學(xué)習(xí)成績混合的分組為學(xué)習(xí)成績高的學(xué)生提供了成長的機(jī)會，同時也為學(xué)習(xí)成績較差的學(xué)生提供了補(bǔ)救的機(jī)會。善用此類分組方法將會激發(fā)學(xué)生產(chǎn)生學(xué)習(xí)上的最佳團(tuán)體動力。此外，教師也可以根據(jù)不同性質(zhì)的內(nèi)容或不同的活動形態(tài)進(jìn)行分組，如此將增加班級成員間的互動，增強(qiáng)班級成員的向心力。

（四）團(tuán)體游戲輔導(dǎo)策略

狹義的團(tuán)體游戲輔導(dǎo)是指游戲、唱跳，唱跳包含了歌唱與上下肢體移動的音樂律動。從兒童發(fā)展理論中可以得知，游戲在兒童發(fā)展中的作用是非常重要的，團(tuán)體游戲能增進(jìn)學(xué)生的感情交流，增進(jìn)學(xué)生對組織的向心力，對于激發(fā)學(xué)生新的創(chuàng)意與新的思維模式大有幫助。團(tuán)體游戲輔導(dǎo)有助于學(xué)生的人際關(guān)系與發(fā)展，也是培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)體生活技能，培養(yǎng)學(xué)生健全人格的一種有效的教學(xué)方法。團(tuán)體游戲?qū)τ谂囵B(yǎng)創(chuàng)新性的兒童，對于激發(fā)班級的團(tuán)體動力，具有很大的幫助。班主任在班級管理中，適度運(yùn)用團(tuán)體游戲輔導(dǎo)的理念與技巧，并遷移至學(xué)生的學(xué)習(xí)上，可以引發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)成效。

班主任是教師中的優(yōu)秀代表。他們除了應(yīng)具備普通教師的基本素質(zhì)之外，還應(yīng)具備良好的心理素質(zhì)、熱愛學(xué)生的職業(yè)素養(yǎng)和科學(xué)的管理能力。“當(dāng)教育者贏得了學(xué)生的信任時，學(xué)生對接受教育的反感就會被克服而讓位于一種奇特情況，他們把教育者看作一個可以親近的人”。學(xué)生在與班主任朝夕相處時，容易產(chǎn)生依賴和歸屬心理，班主任將成為學(xué)生最為親近和信賴的人。

參考文獻(xiàn)：

[1]石文山，陳家麟.論班級心理健康教育模式的基本特征.河北師范大學(xué)學(xué)報，2004,(5).

[2]沈貴鵬.師生互動的隱性心理教育價值.當(dāng)代教育論壇，2004，(11).

[3]賈曉波.陳世平.學(xué)校心理輔導(dǎo)實用教程.天津：天津教育出版社，2002.

[4]陳曉紅.班主任應(yīng)成為青少年學(xué)生心理健康的呵護(hù)者.教育探索，2006，（2）.

篇7

第一，教師要在任何時候都了解自己班級中的小團(tuán)體的活動狀況、核心人物的態(tài)度以及人員的變遷。同時，還要了解班級內(nèi)大部分成員對這些小團(tuán)體的評價。

第二，教師要做好小團(tuán)體的核心人物的工作。小團(tuán)體的活動和作用，很大程度上取決于這些核心人物的態(tài)度。因此，做好他們的工作是把握小團(tuán)體的關(guān)鍵。

第三，教師要善于在班級中創(chuàng)造良好的情感氣氛，使班級目標(biāo)與小團(tuán)體目標(biāo)在根本利益上是相容的，并努力使小團(tuán)體的活動適應(yīng)班級的活動。同時，教師要善于在各種活動中充分調(diào)動小團(tuán)體的積極性，發(fā)揮他們的特長，并注意提高他們的活動質(zhì)量。

篇8

2月9日上午，第五輪六方會談第三階段會議舉行了團(tuán)長會議，下午又是一系列雙邊磋商，本階段會談進(jìn)入“磨合期”。

中國代表團(tuán)當(dāng)天分別與朝鮮、俄羅斯、韓國、日本、美國代表團(tuán)進(jìn)行了雙邊接觸。雙邊接觸前，六方團(tuán)長舉行了近兩個小時的小范圍會議。

此外，當(dāng)天中午美朝雙方代表團(tuán)團(tuán)長進(jìn)行了會談，并且在北京金融街的麗斯卡爾頓酒店共進(jìn)了午餐，這是美朝在此階段六方會談期間的首次雙邊接觸。

午餐后，朝鮮代表團(tuán)團(tuán)長金桂冠表示：“我和希爾就推動會談取得進(jìn)展的方案交換了意見。我們已經(jīng)就一些問題達(dá)成了共識。但是，整體上仍然有分歧，我們正在努力增加共識。”

而美國代表團(tuán)團(tuán)長希爾則向媒體透露：“我們綜合討論了‘9?19共同聲明’所涉及的一切議題。朝鮮在棄核起步階段應(yīng)采取的行動全部包含在聲明里，沒有新內(nèi)容。但是‘9?19共同聲明’中哪些內(nèi)容將被列入此次的協(xié)議草案，哪些內(nèi)容需要等到3月份以后考慮，還要經(jīng)過進(jìn)一步的磋商。”

希爾同時表示，美方對會談進(jìn)程持謹(jǐn)慎樂觀的態(tài)度。

除此之外，美朝雙方還就中方提出的協(xié)議草案進(jìn)行了商談，希爾對此表示：“我們努力就協(xié)議上的文字進(jìn)行磋商，而且還要保證雙方對于文字表達(dá)意思的理解是一致的，這是很困難的事情。”

此前，韓國、日本以及美國代表團(tuán)都已經(jīng)證實中方向其它各方提出一份協(xié)議草案，但各代表團(tuán)均未正式透露草案內(nèi)容。韓國代表團(tuán)副團(tuán)長任圣南當(dāng)天表示，各方對中方提出的草案“在大的框架內(nèi)達(dá)成相當(dāng)程度的共識”。

據(jù)俄羅斯駐華使館新聞處處長伊薩耶夫介紹，此份草案包括建立5個工作小組，將就朝鮮棄核后的一系列問題展開實質(zhì)性的工作。其一是由專家組成的工作小組直接就朝鮮停止核武項目問題開展行動。另外4個工作小組負(fù)責(zé)相應(yīng)的4個主題：援助朝鮮項目，包括經(jīng)濟(jì)和能源援助、東北亞安全合作問題，剩下的兩個則是朝鮮與日本、美國關(guān)系正常化問題。此外，中方的提議還包括在2個月左右的時間內(nèi)，朝鮮凍結(jié)自己的核項目，其中包括寧邊反應(yīng)堆，以交換對平壤的能源援助。

各方圍繞幾方面議題展開討論，將構(gòu)成起步階段行動計劃的基礎(chǔ)。但是各方對草案仍存一定的分歧，其中最大的障礙是美國再次提出將“凍結(jié)”朝鮮寧邊核設(shè)施改為“拆除”的建議，而朝鮮則堅決予以反對。

當(dāng)晚，外交部副部長戴秉國在釣魚臺國賓館會見了參加第五輪六方會談第三階段會議的各國代表團(tuán)團(tuán)長。

戴秉國對六方重聚北京表示歡迎。他指出，事實證明，六方會談是解決朝鮮半島核問題的有效機(jī)制。落實好共同聲明是六方的共同愿望，也是國際社會的普遍期待。兩天來，各方進(jìn)行了認(rèn)真的討論。相信只要各方抱有誠意，堅持不懈，認(rèn)真談判，就一定能夠克服困難，為落實共同聲明開好頭、起好步，推動六方會談不斷取得進(jìn)展。

各方團(tuán)長對中方為推動六方會談作出的建設(shè)性努力予以高度贊賞，表示通向半島無核化的道路充滿希望，也有坎坷。各方愿共同努力，縮小分歧，擴(kuò)大共識，切實落實共同聲明，朝著既定的目標(biāo)一步步邁進(jìn)。

2月12日，會議進(jìn)入第五天，也是關(guān)鍵的一天。從當(dāng)天上午10時開始，會談各方已經(jīng)進(jìn)行了約16個小時的緊張磋商，繼續(xù)為達(dá)成各方都能認(rèn)可的書面協(xié)議做最后的努力。

據(jù)六方會談新聞中心的消息，當(dāng)天會談各方舉行了“車輪戰(zhàn)式”的雙邊磋商。其中，日本和朝鮮代表團(tuán)舉行了此次會議以來首次雙邊磋商，磋商持續(xù)約一個小時。朝鮮和美國代表團(tuán)也舉行了至少兩次雙邊磋商。

2月13日下午，第五輪六方會談第三階段會議在釣魚臺國賓館舉行了全體會和閉幕式。武大偉主持了會議。

武大偉說，在各方共同努力下，本次會議就落實共同聲明起步行動達(dá)成重要共識，這標(biāo)志著六方會談和朝鮮半島無核化進(jìn)程又向前邁出了重要而堅實的一步，有利于半島和東北亞地區(qū)的和平、穩(wěn)定與發(fā)展，有利于有關(guān)國家改善和發(fā)展相互關(guān)系，也有利于構(gòu)筑和諧東北亞新格局。

武大偉對各方在會談中顧全大局、顯示靈活、相向而行的積極態(tài)度和做出的建設(shè)性努力表示贊賞，希望各方履行相應(yīng)義務(wù)，盡快啟動相關(guān)工作，落實好起步階段各項行動和措施。

武大偉表示，希望六方協(xié)調(diào)一致，乘風(fēng)破浪，把六方會談的航船駛向和平、發(fā)展、合作、共贏的彼岸。

會議以全體起立鼓掌方式通過了落實共同聲明起步行動文件（全文另載），并決定第六輪六方會談于3月19日在北京舉行。

當(dāng)天下午，國務(wù)委員唐家璇在釣魚臺國賓館會見了出席第五輪六方會談第三階段會議的各方代表團(tuán)團(tuán)長。

唐家璇代表中國政府對各方經(jīng)過艱苦努力，就落實共同聲明起步行動達(dá)成共識，第五輪六方會談取得積極成果表示祝賀。他說，六方不僅確定了落實共同聲明起步階段的具體行動，還就如何落實的機(jī)制達(dá)成了共識，這是六方會談取得的一個重大突破，標(biāo)志著朝鮮半島無核化進(jìn)程邁入實質(zhì)性階段，充分體現(xiàn)了各方通過和平協(xié)商實現(xiàn)半島無核化的政治意愿。

唐家璇說，這次會議取得積極成果的重要意義之一，就是展示了六方會談的生命力，證明六方會談是解決半島核問題的現(xiàn)實有效途徑，是各方通過對話增進(jìn)理解與信任、通過合作構(gòu)筑和諧東北亞新格局的重要平臺，也證明通過對話協(xié)商和平解決國際爭端是一條正確、可行的道路。

唐家璇指出，繼續(xù)推動實現(xiàn)半島無核化進(jìn)程，實現(xiàn)有關(guān)國家關(guān)系正常化，維護(hù)東北亞地區(qū)和平與穩(wěn)定，符合各方根本利益。希望各方繼續(xù)努力，顯示政治意志和智慧，體現(xiàn)靈活與耐心，在任何情況下都要堅持對話解決的方向，認(rèn)真履行各自的承諾，不斷推動六方會談繼續(xù)取得更大的成果。唐家璇表示，中國政府堅定支持本次會議達(dá)成的文件，愿意承擔(dān)相應(yīng)的義務(wù)。

朝、日、韓、俄、美5方團(tuán)長高度贊賞中方為推動本輪會談取得成果所發(fā)揮的重要作用，一致表示本次會議是半島無核化進(jìn)程中新的里程碑，各方愿認(rèn)真履行各自承擔(dān)的責(zé)任和義務(wù)，兌現(xiàn)承諾，實施好起步階段的行動，在共同推動六方會談進(jìn)程中不斷增進(jìn)互信，加強(qiáng)合作，致力于實現(xiàn)東北亞地區(qū)持久和平、穩(wěn)定與繁榮。

篇9

中圖分類號：U448.14 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：2095-2104（2012）

由于道路和橋梁是國民經(jīng)濟(jì)的大動脈，道路和橋梁的運(yùn)行關(guān)聯(lián)性極強(qiáng)，牽一發(fā)而動全身，確保其日夜不間斷安全、正點地運(yùn)行，密切關(guān)系到國家的政治、經(jīng)濟(jì)、軍事、救災(zāi)和人民生產(chǎn)生活等諸多大事，如果在一座小橋上中斷行車一天，將使數(shù)以百計的客貨列車停運(yùn)，影響可波及數(shù)省，責(zé)任極其重大，所以道路和橋梁的設(shè)計、施工更加要強(qiáng)調(diào)穩(wěn)重。

道路和橋梁的施工單位在確保安全、不中斷行車、利用行車間隙或短暫的封鎖時間進(jìn)行道路和橋梁設(shè)施的修理、更換，從組織、計劃、準(zhǔn)備和技術(shù)措施方面的考慮，都要十分細(xì)致、周密和嚴(yán)謹(jǐn)，要考慮如何盡可能不影響或少影響正常運(yùn)行，以顧全國家、社會的大局利益，保證道路和橋梁運(yùn)輸系統(tǒng)的總體效益。

一、目前我國道橋工程現(xiàn)狀

（一）隨著城鄉(xiāng)一體化建設(shè)和交通運(yùn)輸事業(yè)的飛速發(fā)展，車輛載重量、車速和交通量已大為提高，在過去三、四十年所建造的低標(biāo)準(zhǔn)的、長期失養(yǎng)的農(nóng)用、公路及城市的道路和橋梁能否繼續(xù)服役并安全運(yùn)營，已成為公路和城市建設(shè)決策部門的一件大事。但是，有病害、甚至病害嚴(yán)重的危橋，如果有正確的檢查分析與診斷，以新技術(shù)、新材料給予加強(qiáng)、加固一般是能夠繼續(xù)安全運(yùn)營的，并且能使其原有載重等級得到提高。此項檢查、分析、加固的費用，一般只是新建費用的10%-20%.而且在加固過程中，除少量重車短期繞行之外，勿須全部中斷交通，其經(jīng)濟(jì)效益和社會效益極其了然。

（二）道路和橋梁的運(yùn)營管理本來就較難，又長期失控，車輛超限、超速、尤其是嚴(yán)重超載，給道路和橋梁造成極大的損害。道路和橋梁一方面是遭到強(qiáng)力損害，另一方面卻未得到應(yīng)有的關(guān)注、檢查、養(yǎng)護(hù)和救治，其壽命能長嗎？使得有的橋梁才建好十幾二十年，就因病害嚴(yán)重、承載力已大大降低而成為危橋。再加以缺少經(jīng)驗豐富、理論基礎(chǔ)扎實的技術(shù)人員參與分析決策，加固乏術(shù)，不能保證安全，以致耗費巨資，將橋梁拆除重建。

（三）對于事關(guān)行車安全的道路和橋梁設(shè)施的管理、檢查、養(yǎng)護(hù)維修、大修加固、技術(shù)檢定等方面，我國的道路和橋梁交通系統(tǒng)就施行了一整套嚴(yán)格的制度。特別是道路和橋梁設(shè)施的管理，長期以來實行了道路和橋梁檔案管理、經(jīng)常檢查、定期檢查、特別檢查和計劃預(yù)防性維修制度，配合路橋檢定、路橋試驗、洪水沖刷觀測、路橋大修和防洪工程，維護(hù)了路橋的正常完好狀態(tài)，從而大大地延長了路橋的使用壽命，使得經(jīng)歷了幾十年的酷暑嚴(yán)冬、暴雨烈日、洪水淘刷、戰(zhàn)亂損壞和提載提速考驗，除少數(shù)做了加固、換梁或改建之外，絕大多數(shù)的蒼老舊橋至今仍保持著安全運(yùn)營狀態(tài)，為國家承擔(dān)著日益繁重的運(yùn)輸任務(wù)，創(chuàng)造了極大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

二、公路橋梁的施工管理加強(qiáng)公路橋梁的管理并進(jìn)行維修和加固，使其處于正常的工作狀態(tài)，充分發(fā)揮橋梁的作用，是公路管理部門的一項主要任務(wù)。對于橋梁的超限運(yùn)輸管理工作具有工期短、要求高、工程量較小、前期工作量大等特點，公路超限運(yùn)輸一般是為國家或省的重點建設(shè)工程服務(wù)。 （一）對于經(jīng)常過大件的路段，應(yīng)對改路段上的大小橋梁進(jìn)行重點檢查和管理，收集原始檔案材料，掌握其動態(tài)，針對其技術(shù)和承受能力編制相應(yīng)的加固處理方案，需要報批的及時按程序報批。（二）在施工中針對其技術(shù)嚴(yán)格按照業(yè)主已批準(zhǔn)的加固方案進(jìn)行施工，注意抓重點、制約工程。（三）重視加固工程的原始資料的收集和整理工作，為今后的加固工程積累經(jīng)驗。（四）充分調(diào)動基層單位的積極性，正確處理責(zé)、權(quán)、利的關(guān)系。公路橋梁的維修加固同樣屬于橋梁工程，不能重建輕養(yǎng)，橋梁的加固比新建還難，因為橋梁的維修加固，沒有現(xiàn)成的規(guī)范，更沒有可供使用的標(biāo)準(zhǔn)圖，橋梁的病害又錯綜復(fù)雜，病害原因難以確定。因此應(yīng)充分重視公路橋梁的管理工作，加大資金投入，使其保持良好的工作狀態(tài)，確保公路運(yùn)輸?shù)陌踩?/p>

三、要抓好道路和橋梁工程項目經(jīng)理的管理技能，順利實現(xiàn)項目的目標(biāo)。

項目經(jīng)理是企業(yè)法人代表在項目上的全權(quán)委托人。在企業(yè)內(nèi)部，項目經(jīng)理是項目實施全過程全部工作的總負(fù)責(zé)人，對外可以作為企業(yè)法人的代表在授權(quán)范圍內(nèi)負(fù)責(zé)、處理各項事務(wù)，因此項目經(jīng)理是項目實施最高責(zé)任者和組織者。由此可見，項目經(jīng)理是與項目分不開的，離開了項目，也就不存在“經(jīng)理”，因此，要探討道路和橋梁工程企業(yè)項目經(jīng)理應(yīng)具備的條件，就不能不說項目管理，有怎么樣的項目管理，就必須有怎么樣的項目經(jīng)理去管理，項目管理的方式、方法變了，項目經(jīng)理應(yīng)具備的條件也應(yīng)與之相適應(yīng)，否則就無法實現(xiàn)預(yù)期的管理目標(biāo)。道路和橋梁工程的施工過程，項目經(jīng)理對項目的管理主要限于對施工項目的管理，也就是說對一個道路和橋梁工程施工過程及成果進(jìn)行計劃、組織、指揮、協(xié)調(diào)和控制。施工項目管理是項目管理的一個分支，項目管理的發(fā)展與改革促進(jìn)了施工項目管理的發(fā)展，以及施工項目規(guī)模的越來越龐大與復(fù)雜也對項目經(jīng)理提出了更高的要求。傳統(tǒng)的項目經(jīng)理通常只是一個技術(shù)方面的專家和任務(wù)執(zhí)行者。而現(xiàn)代項目經(jīng)理不僅要有運(yùn)用各種管理工具來進(jìn)行計劃和控制的專業(yè)技術(shù)能力，還要有經(jīng)營管理等其他多方面能力，比如對項目部成員的激勵以及與業(yè)主、監(jiān)理、設(shè)計以及當(dāng)?shù)卣雀鞣降牟呗员３忠恢碌哪芰Αｍ椖拷?jīng)理必須通過人的因素來熟練運(yùn)用技術(shù)因素，以達(dá)到其項目目標(biāo)。也就是說，道路和橋梁工程的項目經(jīng)理，必須使項目部成為一個配合默契、具有積極性和責(zé)任感的高效率群體。因此，在現(xiàn)代項目管理的大環(huán)境與普遍采用項目法施工的情況下，筆者認(rèn)為，相關(guān)道路和橋梁企業(yè)的項目經(jīng)理若要實現(xiàn)預(yù)定項目管理的各種目標(biāo)，項目經(jīng)理要嚴(yán)格遵守道路橋梁工程施工與管理專業(yè)實施性專業(yè)規(guī)則管理技能和技術(shù)技能。從而確保道路橋梁工程施工與管理的順利實施。

四、路橋項目管理中的方案

篇10

1引言固體能帶理論是目前研究固體中電子運(yùn)動的一個主要理論基礎(chǔ)。固體能帶性質(zhì)可以區(qū)別固體為何分為導(dǎo)體，半導(dǎo)體，絕緣體；可以了解半導(dǎo)體導(dǎo)電機(jī)理。

2 能帶論的主要結(jié)論

2.1 能帶及其一般性質(zhì)

在晶體中，原來的簡并能級即自由原子中的能級分裂為許多和原來能級很接近的能級，形成能帶。

電子在單一方勢阱中運(yùn)動，能級是分立的；電子在周期性勢阱中運(yùn)動，每一能級變?yōu)橐荒軒А?/p>

1）分裂的新能級在一定能量范圍內(nèi)，形成一個連續(xù)分布的能量帶，稱能帶，也稱容許帶。

2）在相鄰的容許帶之間可能出現(xiàn)不容許能級存在的能隙，稱為禁帶。科技論文，固體能帶性質(zhì)。

3）自由原子中電子能級越高，對應(yīng)能帶越寬。

2.2 金屬，半導(dǎo)體，絕緣體的能帶特征

在晶體周期場中運(yùn)動的個電子，他們的基態(tài)可以用類似的辦法討論，這時但電子能級用表示，分成一系列能帶， 一般不具有簡單的自由電子的形式。個電子填充這些能級中最低的個，有兩類填充情況：

1）電子恰好填滿最低的一系列能帶，再高的各帶全部都是空的，最高的滿帶稱為價帶，最低的空帶稱為導(dǎo)帶，價帶最高能級（價帶頂）與導(dǎo)帶最低能級（導(dǎo)帶底）之間的能量范圍稱為帶隙。這種情況對應(yīng)絕緣體和半導(dǎo)體。帶隙寬度大的（例如約）為絕緣體，帶隙寬度小的（例如約）為半導(dǎo)體。

2） 除去完全被電子充滿的一系列能帶外，還有只是部分地被電子填充的能帶，后者常被稱為導(dǎo)帶。這時最高占據(jù)能級為費米能級，它位于一個或幾個能帶的能量范圍之內(nèi)。在每一個部分占據(jù)的能帶中，空間都有一個占有電子與不占電子區(qū)域的分界面，所有這些表面的集合就是費米面。這種情況對應(yīng)金屬導(dǎo)體。

2.3 能帶的周期性和反演對稱性

1） 周期性：

其中 是一維情況的倒格矢， 為一個布里淵區(qū)涉及的范圍。這里我們只作粗略的證明：在點的布洛赫函數(shù)可以寫為：

（1）

其中 ：

=（2）

注意 （1）式的方括弧內(nèi)的因子具有正格子之間的平移格矢不變性

令

（3）

（4）

利用 和（2）式很容易證明

=（5）

（2）式中方括弧內(nèi)因子與表示的 具有同一個布拉菲格子的平移不變性，這樣，平移對稱操作不會改變可觀察量 的大小，所以相差為倒格矢的兩個 態(tài)的全部本征函數(shù)和能量本征值的集合應(yīng)是全同的，這樣，只要在各布里淵區(qū)按能連從低到高次序重新標(biāo)號，有下式成立：

（6）

（7）

2） 反演對稱性 ：

（8）

證明： 態(tài)的薛定諤方程

（9）

（10）

由布洛赫定理：取上式復(fù)共軛：

（11）

態(tài)的薛定諤方程：

（12）

將（11）和（12）重新整理：

（13）

（14）

方程 （13）和（14）中的哈密頓量是完全相同的，它們唯一地確定了一組能量本征值的集合。適當(dāng)選取（13）和（14）方程的能量本征值的序號，就可以確保：

（15）

（16）

可見，能帶具有反演對稱性。[2]

2.4能帶的三種表示圖式[2]

1）擴(kuò)展能區(qū)圖式

對于能量最低的能帶，在第一布里淵區(qū)內(nèi)變動。科技論文，固體能帶性質(zhì)。對于能量次低的能帶，在第二布里淵區(qū)內(nèi)。依次類推，是的單值函數(shù)，不同的能帶畫出在不同的布里淵區(qū)內(nèi)。

如圖1（a）所示。

2）周期能區(qū)圖式

由于，所以圖1 （a）中的任意一條能譜曲線可以通過平移倒格矢從一個布里淵區(qū)移到其它布里淵區(qū)。在每個布里淵區(qū)內(nèi)表示出所有能帶，構(gòu)成空間內(nèi)的完整圖象，如圖1（c）所示。

3）簡約能區(qū)圖式

把圖1（a）中所示的所有能譜曲線通過平移倒格矢移入第一布里淵區(qū)。這時是的多值函數(shù)，對于一個給定的，每個能帶都有相應(yīng)的能量與其對應(yīng)。限制在第一布里淵區(qū)之內(nèi)。如圖1（b）所示。

圖1 三種能區(qū)圖式

3 結(jié)束語固體能帶理論是目前研究固體中電子運(yùn)動的一個主要理論基礎(chǔ)。利用固體能帶的一些性質(zhì)，可以更好地分析導(dǎo)體，半導(dǎo)體，絕緣體。

關(guān)鍵詞: 布里淵區(qū)，薛定諤方程.

1引言固體能帶理論是目前研究固體中電子運(yùn)動的一個主要理論基礎(chǔ)。固體能帶性質(zhì)可以區(qū)別固體為何分為導(dǎo)體，半導(dǎo)體，絕緣體；可以了解半導(dǎo)體導(dǎo)電機(jī)理。[1]

2 能帶論的主要結(jié)論2.1 能帶及其一般性質(zhì)

在晶體中，原來的簡并能級即自由原子中的能級分裂為許多和原來能級很接近的能級，形成能帶。

電子在單一方勢阱中運(yùn)動，能級是分立的；電子在周期性勢阱中運(yùn)動，每一能級變?yōu)橐荒軒А?/p>

1）分裂的新能級在一定能量范圍內(nèi)，形成一個連續(xù)分布的能量帶，稱能帶，也稱容許帶。

2）在相鄰的容許帶之間可能出現(xiàn)不容許能級存在的能隙，稱為禁帶。

3）自由原子中電子能級越高，對應(yīng)能帶越寬。

2.2 金屬，半導(dǎo)體，絕緣體的能帶特征

在晶體周期場中運(yùn)動的個電子，他們的基態(tài)可以用類似的辦法討論，這時但電子能級用表示，分成一系列能帶， 一般不具有簡單的自由電子的形式。個電子填充這些能級中最低的個，有兩類填充情況：

1）電子恰好填滿最低的一系列能帶，再高的各帶全部都是空的，最高的滿帶稱為價帶，最低的空帶稱為導(dǎo)帶，價帶最高能級（價帶頂）與導(dǎo)帶最低能級（導(dǎo)帶底）之間的能量范圍稱為帶隙。科技論文，固體能帶性質(zhì)。這種情況對應(yīng)絕緣體和半導(dǎo)體。帶隙寬度大的（例如約）為絕緣體，帶隙寬度小的（例如約）為半導(dǎo)體。

2） 除去完全被電子充滿的一系列能帶外，還有只是部分地被電子填充的能帶，后者常被稱為導(dǎo)帶。這時最高占據(jù)能級為費米能級，它位于一個或幾個能帶的能量范圍之內(nèi)。在每一個部分占據(jù)的能帶中，空間都有一個占有電子與不占電子區(qū)域的分界面，所有這些表面的集合就是費米面。這種情況對應(yīng)金屬導(dǎo)體。

2.3 能帶的周期性和反演對稱性

1） 周期性：

其中 是一維情況的倒格矢， 為一個布里淵區(qū)涉及的范圍。這里我們只作粗略的證明：在點的布洛赫函數(shù)可以寫為：

（1）

其中 ：

=（2）

注意 （1）式的方括弧內(nèi)的因子具有正格子之間的平移格矢不變性

令

（3）

（4）

利用 和（2）式很容易證明

=（5）

（2）式中方括弧內(nèi)因子與表示的 具有同一個布拉菲格子的平移不變性，這樣，平移對稱操作不會改變可觀察量 的大小，所以相差為倒格矢的兩個 態(tài)的全部本征函數(shù)和能量本征值的集合應(yīng)是全同的，這樣，只要在各布里淵區(qū)按能連從低到高次序重新標(biāo)號，有下式成立：

（6）

（7）

2） 反演對稱性 ：

（8）

證明： 態(tài)的薛定諤方程

（9）

（10）

由布洛赫定理：取上式復(fù)共軛：

（11）

態(tài)的薛定諤方程：

（12）

將（11）和（12）重新整理：

（13）

（14）

方程 （13）和（14）中的哈密頓量是完全相同的，它們唯一地確定了一組能量本征值的集合。適當(dāng)選取（13）和（14）方程的能量本征值的序號，就可以確保：

（15）

（16）

可見，能帶具有反演對稱性。[2]

2.4能帶的三種表示圖式[2]

1）擴(kuò)展能區(qū)圖式

對于能量最低的能帶，在第一布里淵區(qū)內(nèi)變動。對于能量次低的能帶，在第二布里淵區(qū)內(nèi)。科技論文，固體能帶性質(zhì)。依次類推，是的單值函數(shù)，不同的能帶畫出在不同的布里淵區(qū)內(nèi)。

如圖1（a）所示。

2）周期能區(qū)圖式

由于，所以圖1 （a）中的任意一條能譜曲線可以通過平移倒格矢從一個布里淵區(qū)移到其它布里淵區(qū)。在每個布里淵區(qū)內(nèi)表示出所有能帶，構(gòu)成空間內(nèi)的完整圖象，如圖1（c）所示。

3）簡約能區(qū)圖式

把圖1（a）中所示的所有能譜曲線通過平移倒格矢移入第一布里淵區(qū)。這時是的多值函數(shù)，對于一個給定的，每個能帶都有相應(yīng)的能量與其對應(yīng)。限制在第一布里淵區(qū)之內(nèi)。科技論文，固體能帶性質(zhì)。如圖1（b）所示。科技論文，固體能帶性質(zhì)。

圖1 三種能區(qū)圖式

3 結(jié)束語固體能帶理論是目前研究固體中電子運(yùn)動的一個主要理論基礎(chǔ)。利用固體能帶的一些性質(zhì)，可以更好地分析導(dǎo)體，半導(dǎo)體，絕緣體。

參考文獻(xiàn)

[1]黃昆,韓汝琦.固體物理學(xué)[M].北京：高等教育出版社,1988.

篇11

它被視為未來支撐信息、能源、交通、國防等產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重點新材料，將引領(lǐng)光電產(chǎn)業(yè)的新一輪革命。

它就是以碳化硅（SiC）、氮化鋁（AlN）、氮化鎵（GaN）等為代表的第三代半導(dǎo)體材料，如今世界各國爭相布局的戰(zhàn)略高地。

在世界范圍內(nèi)，第三代半導(dǎo)體材料在各個領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)成熟度各有不同，在某些前沿研究方向，仍處于實驗室研發(fā)階段。盡管我國起步較晚，發(fā)展較緩，無論基礎(chǔ)研究還是產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)都仍有很長的路要走，但這并未影響該領(lǐng)域內(nèi)科研人員潛心攻關(guān)、奮起直追的決心。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)基礎(chǔ)與交叉科學(xué)研究院宋波教授，就是奮戰(zhàn)在我國第三代半導(dǎo)體材料研究最前沿的優(yōu)秀科研人員之一。

他L期從事第三代寬禁帶半導(dǎo)體材料的生長與物性研究，凝練了氣相質(zhì)量輸運(yùn)動態(tài)平衡控制及溫場調(diào)控等關(guān)鍵科學(xué)問題，對碳化硅、氮化鋁等光電功能晶體生長過程的動力學(xué)優(yōu)化、關(guān)鍵工藝參數(shù)控制與物理性質(zhì)調(diào)控等相互關(guān)聯(lián)的科學(xué)問題開展了系統(tǒng)研究，成果頗豐。

雛鳳新聲，結(jié)緣寬禁帶半導(dǎo)體

一代材料，一代器件，一場革命。材料的重要性，在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)已經(jīng)得到印證。

以硅（Si）為代表的第一代半導(dǎo)體材料，引發(fā)了電子工業(yè)大革命；以砷化鎵（GaAs）為代表的第二代半導(dǎo)體材料，則拓展了半導(dǎo)體在高頻、光電子等方面的應(yīng)用，使人類進(jìn)入光纖通信、移動通信的新時代。而如今，正是第三代半導(dǎo)體材料“大展身手”的時代。

第三代半導(dǎo)體材料又叫寬禁帶半導(dǎo)體，是指禁帶寬度大于2 eV（電子伏特）的一類半導(dǎo)體，以碳化硅、氮化鋁、氮化鎵、立方氮化硼（C-BN）等為主要代表。它們所表現(xiàn)出的高溫下的穩(wěn)定性、高效的光電轉(zhuǎn)化能力、更低的能量損耗等絕對優(yōu)勢，吸引了業(yè)界的普遍關(guān)注，有望全面取代傳統(tǒng)半導(dǎo)體材料，開啟半導(dǎo)體新時代。

宋波進(jìn)入這一領(lǐng)域是在博士階段。那是2005年前后，他正就讀于中國科學(xué)院物理研究所，師從我國著名晶體結(jié)構(gòu)專家陳小龍研究員開展研究。當(dāng)時國內(nèi)寬禁帶半導(dǎo)體研究起步不久，各項研究都非常薄弱。

2008年，宋波回到家鄉(xiāng)哈爾濱，并在哈爾濱工業(yè)大學(xué)韓杰才院士引薦下加入該校基礎(chǔ)與交叉科學(xué)研究院。在這里，宋波確立了寬禁帶半導(dǎo)體生長與物性研究這一研究方向，立志從基礎(chǔ)研究領(lǐng)域著手，改善我國關(guān)鍵性、基礎(chǔ)性戰(zhàn)略材料依賴進(jìn)口的局面，促進(jìn)寬禁帶半導(dǎo)體材料和器件產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，提升產(chǎn)業(yè)核心競爭力，縮小與西方國家的差距。

在近十年的研究過程中，宋波作為課題負(fù)責(zé)人承擔(dān)了包括國家自然科學(xué)基金項目、總裝“十二五”預(yù)先研究重點項目、科技部國際科技合作項目等在內(nèi)的20多項科研項目，在J. Am. Chem. Soc.， Nano Lett.， Phys. Rev. Lett.， Adv. Funct. Mater.， Phys. Rev. B等國際著名SCI學(xué)術(shù)雜志上100余篇，論文被正面他引1000余次；獲得授權(quán)發(fā)明專利13項。特別是在SiC基稀磁半導(dǎo)體和AIN基晶體生長研究方向，取得了一系列創(chuàng)新性成果，引領(lǐng)了國內(nèi)外相關(guān)研究的進(jìn)步，在行業(yè)內(nèi)形成了一定的影響力。

層層深入，攻關(guān)SiC基稀磁半導(dǎo)體

稀磁半導(dǎo)體是自旋電子學(xué)的材料基礎(chǔ)，能夠同時利用電子的電荷屬性和自旋屬性，兼具半導(dǎo)體和磁性的性質(zhì)，新穎而獨特，是第三代半導(dǎo)體材料的熱點研究之一。

現(xiàn)階段，GaAs、GaN和ZnO基稀磁半導(dǎo)體的研究已經(jīng)取得了突破性進(jìn)展，但仍無法滿足人們對自旋器件高溫、高頻、大功率和抗輻射等性能的要求，SiC基的出現(xiàn)恰逢其時。宋波在這一前沿方向進(jìn)行了廣泛而深入的研究，并取得了系列研究進(jìn)展。

他提出了非磁性元素Al摻雜制備SiC基稀磁半導(dǎo)體，在200 K觀察到了玻璃態(tài)的鐵磁有序，同時實現(xiàn)了4H-SiC晶型的穩(wěn)定可控。首次提出了非磁性元素?fù)诫sAlN基稀磁半導(dǎo)體的研究思路，有效地避免磁性雜質(zhì)的引入，為探討稀磁半導(dǎo)體的磁性來源提供了理想的實驗體系。

論文在2009年發(fā)表后，至今已被他引50余次，得到不少業(yè)內(nèi)專業(yè)人士的直接認(rèn)可，認(rèn)為其啟迪了思考。中國科學(xué)院外籍院士C.N.R. Rao教授就曾在論文中直言：宋等的工作顯示了鐵磁性不是來自磁性雜質(zhì)而是來自于sp3雜化向sp3-sp2混合雜化轉(zhuǎn)變的過程中所導(dǎo)致。

隨著研究的不斷深入，宋波的研究也漸入佳境――

同樣在2009年，他利用在h-BN中的實驗結(jié)果證實了美國布法羅州立大學(xué)Peihong Zhang教授等人的理論預(yù)言，即在帶隙寬度達(dá)5.5 eV的h-BN中存在缺陷直接誘導(dǎo)的內(nèi)稟磁性。這一成果獲得了包括波蘭科學(xué)院物理研究院O. Volnianska教授在內(nèi)的業(yè)界專家的正面引用和廣泛認(rèn)可。

2010年，他提出了雙元素（Al，TM）復(fù)合摻雜SiC基稀磁半導(dǎo)體的研究思路。在Al摻雜穩(wěn)定4H-SiC晶型的基礎(chǔ)之上，同時摻雜磁性過渡金屬元素，來獲得高Tc、高矯頑力和高剩磁的稀磁半導(dǎo)體。

2011年，他提出了采用缺陷工程調(diào)控半導(dǎo)體磁性的新方向。與合作者一起采用中子輻照在碳化硅晶體中誘導(dǎo)出了以硅-碳雙空位為主的缺陷，在實驗上給出了硅-碳雙空位導(dǎo)致鐵磁性的證據(jù)，并從理論上揭示了雙空位產(chǎn)生磁性的物理機(jī)制，證實了磁性元素并非半導(dǎo)體磁性的唯一來源，為深入探究寬禁帶半導(dǎo)體的磁性起源提供了新的科學(xué)認(rèn)識。在此之后，國內(nèi)外有超過18個研究小組開展了缺陷誘導(dǎo)半導(dǎo)體磁性的研究工作，并在相關(guān)論文中引用了他們的成果，將其列為缺陷導(dǎo)致磁性的典型例子。

把握前沿，初探AIN晶體生長

AlN基的高溫、高頻、高功率微波器件是雷達(dá)、通信等現(xiàn)代化軍事和航天裝備等領(lǐng)域急需的電子器件。

宋波介紹，與其它的半導(dǎo)體材料相比，AlN基低維材料的形貌較為單一，這導(dǎo)致對其新性質(zhì)和新應(yīng)用的探索受到了較大的制約。

因此，深入開展生長動力學(xué)研究，探究生長過程中質(zhì)量輸運(yùn)-溫場分布-成核動力學(xué)的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，從微觀機(jī)理上闡述物性變化的原因，探索新奇物理效應(yīng)，成為制約寬禁帶半導(dǎo)體發(fā)展的關(guān)鍵科學(xué)問題，同時也是一項亟待開展的基礎(chǔ)性研究工作。

在這一研究方向，宋波同樣取得了不俗的成績――

（一）在AlN機(jī)理生長方面，首次發(fā)現(xiàn)本征的六重螺旋生長機(jī)制。

他@得了單晶AlN納米和微米彈簧、AlN螺旋結(jié)構(gòu)、AlN平面六邊形環(huán)等新穎納米結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)性研究首次發(fā)現(xiàn)AlN納米/微米結(jié)構(gòu)和AlN單晶都遵循六重對稱的旋轉(zhuǎn)生長機(jī)制。

這一發(fā)現(xiàn)極大地豐富了人們對于AlN晶生長機(jī)理的認(rèn)識，對調(diào)控AlN生長形貌，獲得大尺寸、低缺陷密度的AlN晶體具有重要參考價值。

（二）在AlN新物理性質(zhì)探索方面，他首次在AlN微米螺旋結(jié)構(gòu)中發(fā)現(xiàn)了時間長達(dá)300秒的長余輝效應(yīng)。

研究中，他分別從理論和實驗上對AlN螺旋結(jié)構(gòu)中氮空位和鋁間隙耦合效應(yīng)進(jìn)行了研究。首次發(fā)現(xiàn)氮空位和鋁間隙的共同作用會誘導(dǎo)出新的能級，進(jìn)而導(dǎo)致長余輝效應(yīng)的顯現(xiàn)。這一發(fā)現(xiàn)，豐富了人們對于AlN基本物理性質(zhì)的認(rèn)識，為設(shè)計和制造新型AlN基光電子器件提供理論指導(dǎo)。

在AlN納米線螺旋結(jié)構(gòu)的力學(xué)測試中首次發(fā)現(xiàn)了AlN單晶螺旋中存在彈性形變。該發(fā)現(xiàn)為制備AlN基納米器件提供了進(jìn)一步的認(rèn)識。

（三）在AlN晶體生長方面，突破了多項關(guān)鍵技術(shù)，包括形核溫度控制技術(shù)、晶粒長大過程控制技術(shù)、形核控制技術(shù)等。

研究中，宋波掌握了包括電阻率及均勻性控制技術(shù)、多型缺陷濃度控制技術(shù)以及晶體質(zhì)量穩(wěn)定性控制技術(shù)等在內(nèi)的多項關(guān)鍵技術(shù)，獲得了高質(zhì)量的晶體材料。

他所獲得的直徑達(dá)35mm的雙面拋光片，位錯密度小于107個/cm2，申報了國家發(fā)明專利7項，研究水平居于國內(nèi)領(lǐng)先地位。

他重新設(shè)計和研制了全鎢的晶體生長爐、AlN原料原位補(bǔ)充系統(tǒng)和垂直梯度坩堝。試驗結(jié)果表明，采用新的生長組合系統(tǒng)大大提高了AlN的晶體質(zhì)量，其中AlN晶體的主要缺陷密度，特別是O（氧）含量降低了約3個數(shù)量級，電阻率提高了約2個數(shù)量級，為進(jìn)一步獲得高質(zhì)量的AlN晶體提供了技術(shù)支撐。

多年來，宋波非常在意與國際學(xué)者的交流與合作，不僅承擔(dān)了科技部國際科技合作項目，還在多年的研究中與美國威斯康星大學(xué)麥迪遜分校Song Jin教授、西班牙科爾多瓦大學(xué)Rafael Luque教授建立了廣泛的合作關(guān)系。特別值得一提的，是在對俄對烏合作方面，宋波與俄羅斯科學(xué)院固體物理研究所國際知名晶體學(xué)家Vladimir Kurlov教授、國際SiC晶體生長專家Yuri Makarov教授，以及俄羅斯科學(xué)院西伯利亞分院半導(dǎo)體研究所的Oleg Pchelyakov教授、Valerii Preobrazhenskii教授建立了密切的合作關(guān)系，曾多次出訪俄羅斯與烏克蘭相關(guān)科研機(jī)構(gòu)，為推動雙方的科技交流合作作出了重要貢獻(xiàn)。

篇12

(一) 引言

從慢速光的發(fā)展起，關(guān)于光的相關(guān)研究日益涌現(xiàn)，隨后我們探索了很多不同的物理計劃和媒介，并通過對光和物質(zhì)相互作用的基本特性的更進(jìn)一步的理解，以及利用這些相互作用應(yīng)用到各個方面的可能性的增加，從而激發(fā)人們研究光速控制問題的興趣。畢業(yè)論文，相干群振蕩。更為特別的是，已經(jīng)有人建議將慢速光效應(yīng)應(yīng)用到光的緩沖上來[2]，但也有人指出，在可以實現(xiàn)的延遲時間和可以容納的帶寬之間的反映問題上，基本物理極限是有折衷的[3]。有兩個例子可以說明，一個是對光饋相控天線陣的控制及合成，另一個是對微波濾波器的控制。對實際應(yīng)用來說，我們特別感興趣的是，通過使用這種媒介，實現(xiàn)對廉價和小型設(shè)備的認(rèn)識，并允許這些設(shè)備其他功能的集成。因此，那些以半導(dǎo)體為基礎(chǔ)的設(shè)備尤其受到人們的關(guān)注。并且，在這些設(shè)備結(jié)構(gòu)里慢速和快速光效應(yīng)的研究上，人們已經(jīng)做了很多工作。但不幸的是，半導(dǎo)體材料中的電磁感應(yīng)透明現(xiàn)象是很難被人們所認(rèn)識的[1]。因此，移相的時間很短，而離散層次結(jié)構(gòu)（它對于實施電磁感應(yīng)透明的計劃是必要的）可以通過利用半導(dǎo)體量子點來被人們所認(rèn)識。利用現(xiàn)如今的技術(shù)所獲得的大小波動，將導(dǎo)致這種不均勻的擴(kuò)大，從而減弱其影響[2]。畢業(yè)論文，相干群振蕩。相反，人紅寶石晶體所表現(xiàn)出的振蕩效果（CPO），已經(jīng)被不同的組數(shù)利用，以實現(xiàn)在半導(dǎo)體波導(dǎo)光中的光速控制[6-15]。從最近的評論來看，本文重新認(rèn)識了CPO的物理效應(yīng)，并強(qiáng)調(diào)了提高相移和頻率范圍的不同計劃。

(二) 慢速光的基本原理

連續(xù)波（CW）光束在折射率為n的介質(zhì)中傳播時，其傳播速度v =c / n，其中C是真空中的光速。折射率n與該介質(zhì)中的相對介電常數(shù)通過等式相互聯(lián)系起來。如果信號強(qiáng)度隨時間而變化，即信號的頻譜具有有限的寬度，那么強(qiáng)度調(diào)制的傳播速度由群速度所給定，有如下等式:

（1）

其中，Ng表示的是群折射率而w是光的頻率。

因此，可以看出，群速度隨媒質(zhì)和頻率中相速度的不同而不同，其中的折射率與頻率方面存在一階非零的的導(dǎo)數(shù)。如果光的強(qiáng)度被調(diào)制了（例如正弦調(diào)制），那么群速度由通過設(shè)備傳輸強(qiáng)度模式的速度所描述。在討論光的放緩問題的時候，我們感興趣的是由媒質(zhì)分散所導(dǎo)出的方程組（1）式，既然群折射率的這一部分可能因此而被改變，它就使我們能夠控制光的速度。

(三) 相干群振蕩（CPO）

CPO所產(chǎn)生的效應(yīng)依賴于能夠激發(fā)半導(dǎo)體的外部激光束，它導(dǎo)致了在半導(dǎo)體中載波分配的調(diào)制以及隨后折射率的分散和改變。畢業(yè)論文，相干群振蕩。在一般情況下，該效應(yīng)可以通過建立在四波混頻（FWM）理論的頻率域來分析。然而，在實際情況下，重要的外部信號是由調(diào)制激光束的強(qiáng)度產(chǎn)生的，在動態(tài)折射率可以忽略的情況下，該效應(yīng)可以由時域中的飽和作用來解釋[9]。畢業(yè)論文，相干群振蕩。在波導(dǎo)吸收的理論下（也就是說，存在一個電子吸收（EA）），CPO效應(yīng)導(dǎo)致了慢速光的產(chǎn)生，對應(yīng)于相位的延遲，波導(dǎo)的放大，而半導(dǎo)體光放大器（SOA）導(dǎo)致快速光的產(chǎn)生，對應(yīng)于相位的超前。在這兩種情況下，飽和功率和有效載體的周期就分別是功率分配和頻率獨立性的重要特征。根據(jù)激光束和調(diào)制頻率之間的頻率的不同，載波分配的不同動態(tài)效應(yīng)就顯得尤為重要。活性層的內(nèi)部結(jié)構(gòu)（即散裝或低維度）會因此成為影響快速和慢速光行為特征的因素。

(四) 級聯(lián)裝置

既然電子吸收（EA）結(jié)構(gòu)顯示出的壽命要比半導(dǎo)體光放大器（SOA）結(jié)構(gòu)顯示出的壽命短得多（因為SOA存在多載波掃頻），那么電子吸收（EA）就成為高頻率應(yīng)用的最佳選擇。但另一方面，這種吸收限制了傳播力度。解決該問題的一個辦法是將上述兩種結(jié)構(gòu)結(jié)合，這是因為，不同的反應(yīng)能夠受益于EA部分的慢速光效應(yīng)，而從SOA部分獲得增益，并且沒有快速光在該部分的抵消作用[11]。此外，通過連接幾個這樣的結(jié)構(gòu)，可以增加總微波的相位延遲[12]。畢業(yè)論文，相干群振蕩。圖1顯示出了照片，并編制了一個多部分的設(shè)備原理圖和相對應(yīng)相位變化的測量。

在等高線圖中，它作為輸入光的強(qiáng)度和反向偏置的功能圖。根據(jù)圖中所顯示的，要控制光放緩的程度是可能的，要么通過反向電偏移，要么通過光纖輸入光信號強(qiáng)度。對于固定反向偏置，我們觀察到一個最佳的強(qiáng)度，這是由于誘導(dǎo)輸入信號的飽和度和觀察固定光學(xué)輸入強(qiáng)度

的最佳反向偏置[5]，這也反映了增加電壓有源區(qū)跌幅的載波掃出時間[9]。在這種特殊情況下，對于SOA部分的固定電流和EA部分的反向電壓來說，我們能夠獲得大約140度的最高相位變化。如果電氣偏移允許我們改變反向偏置，絕對相位的變化可能獲得進(jìn)一步增加，最近，這一結(jié)論被一個獨立部分的波導(dǎo)所論證[13]。

Figure 1.

(五) 光學(xué)濾波

人們已經(jīng)證明，對于強(qiáng)度調(diào)制來說，比如雙邊帶，輸入信號的相移只取決于動態(tài)增益[9，10]。然而，折射率的調(diào)制可以通過演示光學(xué)過濾前檢測來增加相移（即調(diào)制一個非零線寬增強(qiáng)因子）[14]。該實驗裝置如圖1所示，波長為1539.46nm的激光被網(wǎng)絡(luò)分析儀所調(diào)制，它通過一個推拉式的Mach-Zehnder強(qiáng)度調(diào)制器（MZM）生成了兩個邊帶（紅移邊帶，藍(lán)移邊帶），并伴隨有強(qiáng)大的載體,其中ares=-0.2。經(jīng)過了大量的SOA檢測（這里四波混頻效應(yīng)將導(dǎo)致相位的變化和兩個邊帶的增強(qiáng)），兩個邊帶其中之一（紅移邊帶或藍(lán)移邊帶）將會在檢測前被具有0.1nm帶寬的光纖光柵陷波器所阻止。當(dāng)調(diào)制頻率大于4GHz時，一個邊帶可以很容易地被清除，而不破壞或其他邊帶或載波，通過采用光纖放大器（EDFA）和可變光衰減器（VOA），輸入光功率可以調(diào)整在-10.3dBm和13.6dBm之間。畢業(yè)論文，相干群振蕩。實驗結(jié)果顯示，如圖所標(biāo)記的三種不同的情況，即無過濾（黑），阻塞藍(lán)邊帶和通過紅邊帶（紅色），阻塞紅邊帶而通過藍(lán)邊帶（藍(lán)色）。該結(jié)果與以波混合模型為基礎(chǔ)的數(shù)值模擬相比較，顯示出了良好的吻合度。結(jié)果表明，絕對相移以及工作頻率可以通過阻塞紅移邊帶而大大加強(qiáng)。另一方面，阻斷藍(lán)移邊帶只會導(dǎo)致相移發(fā)生微小的變化。這種現(xiàn)象可以通過如下原因解釋，即當(dāng)我們考慮經(jīng)過波混頻后，它導(dǎo)致了兩個邊帶的有效增益和相位變化，因為它不同組成部分之間相位的變化在這里發(fā)揮了重要作用。

Figure 2.

(六) 偏振旋轉(zhuǎn)的利用

最后，我們可以展示一個完全不同的方法，該方法通過利用極化效應(yīng)來實現(xiàn)對微波相移控制，該實驗裝置如圖3所示，波長為1550nm的激光束被網(wǎng)絡(luò)分析儀正弦調(diào)制，它是通過一個 Mach-Zehnder強(qiáng)度調(diào)制器（MZM）來確保相反符號轉(zhuǎn)移曲線的TE和TM組件正常運(yùn)行。利用這種方法，被調(diào)制的TE和TM組件之間的相位φ實現(xiàn)了180 °的相移。通過利用SOA（半導(dǎo)體光放大器）中依賴強(qiáng)度的偏振旋轉(zhuǎn)，并在光電檢測之前引進(jìn)偏振選擇性的組成部分，我們因此可以控制相移。在實驗中，通過引入一種摻鉺光纖放大器（EDFA）和可變光衰減器（VOA），SOA的輸入光功率可以在- 7dBm的和13dBm之間調(diào)節(jié)，這將促使SOA信號的偏振旋轉(zhuǎn)[14]。在經(jīng)過SOA以后，通過網(wǎng)絡(luò)分析儀，我們用一個偏振控制器（PC3）和偏振分光鏡（PBS）來選擇需要被檢測的偏振性。SOA的源電流固定在160毫安，調(diào)制的射頻功率為0dBm。測量結(jié)果表明，該相位可以通過輸入光功率和大約150 °的相移控制而不斷的調(diào)整，它所獲得的高調(diào)制頻率高達(dá)19 GHz。

Figure 3.

(七) 結(jié)論

我們已經(jīng)介紹并展示了控制強(qiáng)度調(diào)制光信號相移的不同計劃，它建立在半導(dǎo)體光波導(dǎo)中慢速和快速光效應(yīng)的基礎(chǔ)之上。我們發(fā)現(xiàn)，通過級聯(lián)設(shè)備或利用光學(xué)過濾設(shè)備可以進(jìn)一步增強(qiáng)活動區(qū)域中混合波的基本作用。此外，我們可以實現(xiàn)移相器，方法是在兩個光場偏振元件上引入不同的相移，并通過利用非線性偏振旋轉(zhuǎn)效應(yīng)不斷交換它們之間的相移。在這個時候，最大的相移達(dá)到了我們所要求的180 °并且能夠獲得高達(dá)20 GHz頻率。為了足夠靈活的實施相控天線陣和微波濾波器，相移的控制應(yīng)該被進(jìn)一步增加到360°，并且可根據(jù)實際應(yīng)用增加額外的要求。

【參考文獻(xiàn)】

[1]L. V. Hau, S. E. Harris, Z.Dutton and C. H. Behroozi, “Light speed

reduction to 17 meters per second in anultracold atomic gas.” Nature

篇13

【Key words】Semiconductor laser； simulate； temperature； power

0 引言

半導(dǎo)體激光器以其壽命長、體積小、效率高、價格低廉等優(yōu)點，在軍事、醫(yī)療、通信、精密加工等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。它是高效率的電子―光子轉(zhuǎn)換器件，但由于存在非輻射復(fù)合損耗、自由載流子吸收等損耗機(jī)制， 使其外微分量子效率只能達(dá)到20%―30%[1]；同時又是一種比較敏感的器件，每毫安電流的變化會引起約0.01nm 輸出波長的漂移，每攝氏度溫度的變化會引起約0.1nm 輸出波長的改變[2]；其本身還存在著較多的外部失效因素，包括暗線缺陷、腔面損傷、電極退化、浪涌沖擊、靜電擊穿等，這些失效原因主要與激光器的制造過程、工藝、材料相關(guān)，用戶無法控制，與之相比浪涌沖擊、靜電擊穿是用戶應(yīng)該加以關(guān)注的問題，應(yīng)用中應(yīng)設(shè)法加以保護(hù)[3]。

3 實驗與結(jié)果討論

搭建了實驗平臺并對半導(dǎo)體激光器實際輸出功率大小受溫度的影響進(jìn)行了實驗，將半導(dǎo)體激光器放置在密閉的封閉空間內(nèi)，并將密閉容器放置在加熱片上。加熱片給密閉容器加熱并通過溫度監(jiān)視器顯示密閉容器的溫度，半導(dǎo)體激光器的功率可以通過電源可調(diào)開關(guān)進(jìn)行調(diào)節(jié)。

實驗步驟：首先搭建好實驗裝置，帶完成后打開加熱片控制開關(guān)對密閉空間進(jìn)行加熱升溫，并通過溫度監(jiān)視器（其探頭是溫敏傳感器）實時反應(yīng)密閉空間內(nèi)的溫度。當(dāng)密閉空間內(nèi)的溫度上升為25℃時，通過功率表記錄下激光器的功率參數(shù)。在對加熱片進(jìn)行升溫，使密閉空間內(nèi)的溫度升高到35℃時記錄下第二組數(shù)據(jù)，并以10℃為一個梯度對密閉空間進(jìn)行加熱和數(shù)據(jù)記錄，直到溫度達(dá)60℃后得到四組不同溫度梯度下激光器輸出功率的實驗數(shù)據(jù)。在此基礎(chǔ)上，從復(fù)十次這樣的實驗得出從復(fù)實驗數(shù)據(jù)。

由實驗數(shù)據(jù)可得半導(dǎo)體激光器的輸出功率受環(huán)境溫度的影響非常明顯，隨著溫度的升高激光器的輸出功率在明顯的下降。當(dāng)溫度上升到60℃時激光器的輸出功率就在4.5mw附近波動。處于室溫環(huán)境條件下，激光器正常工作時的輸出功率在4.75mw左右。

4 總結(jié)

本文首先通過matblab模擬了激光器輸出功率與環(huán)境溫度間的數(shù)值關(guān)系，得到環(huán)境溫度超過32℃后激光器的輸出功率呈線性減小。在數(shù)值模擬的基礎(chǔ)上搭建了實驗平臺驗證了激光器輸出功率隨環(huán)境溫度變化的關(guān)系。實驗結(jié)果表明激光器所處的環(huán)境溫度在45℃到60℃的范圍內(nèi)，溫度越高激光器的輸出功率越小，這給半導(dǎo)體激光器在一定溫度范圍內(nèi)的選型提供一定的參考價值。

【參考文獻(xiàn)】

[1]單成玉.溫度對半導(dǎo)體激光器性能參數(shù)的影響[J].吉林師范大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）.

[2]任雷.半導(dǎo)體激光器驅(qū)動級溫控系統(tǒng)研究[D].學(xué)位論文.2013，28（6）.

[3]叢夢龍，李黎，崔艷松，等.控制半導(dǎo)體激光器的高穩(wěn)定度數(shù)字化驅(qū)動電源的設(shè)計[J].光學(xué)精密工程，2010， 18（7）：1629-1636.