半導體材料發展特性范文

導語：如何才能寫好一篇半導體材料發展特性，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公文云整理的十篇范文，供你借鑒。

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關鍵詞：半導體，超晶格，集成電路，電子器件

 

1.半導體材料的概念與特性

當今，以半導體材料為芯片的各種產品普遍進入人們的生活，如電視機，電子計算機，電子表，半導體收音機等都已經成為我們日常所不可缺少的家用電器。半導體材料為什么在今天擁有如此巨大的作用，這需要我們從了解半導體材料的概念和特性開始。

半導體是導電能力介于導體和絕緣體之間的一類物質，在某些情形下具有導體的性質。半導體材料廣泛的應用源于它們獨特的性質。首先，一般的半導體材料的電導率隨溫度的升高迅速增大，各種熱敏電阻的開發就是利用了這個特性；其次，雜質參入對半導體的性質起著決定性的作用，它們可使半導體的特性多樣化，使得PN結形成，進而制作出各種二極管和三極管；再次，半導體的電學性質會因光照引起變化，光敏電阻隨之誕生；一些半導體具有較強的溫差效應，可以利用它制作半導體制冷器等；半導體基片可以實現元器件集中制作在一個芯片上，于是產生了各種規模的集成電路。這種種特性使得半導體獲得各種各樣的用途，在科技的發展和人們的生活中都起到十分重要的作用。

2.半導體材料的發展歷程

半導體材料從發現到發展，從使用到創新，也擁有著一段長久的歷史。在20世紀初期，就曾出現過點接觸礦石檢波器。1930年，氧化亞銅整流器制造成功并得到廣泛應用，使半導體材料開始受到重視。1947年鍺點接觸三極管制成，成為半導體的研究得到重大突破。50年代末，薄膜生長技術的開發和集成電路的發明，使得微電子技術得到進一步發展。60年代，砷化鎵材料制成半導體激光器，固溶體半導體材料在紅外線方面的研究發展，半導體材料的應用得到擴展。1969年超晶格概念的提出和超晶格量子阱的研究成功，使得半導體器件的設計與制造從“雜志工程”發展到“能帶工程”，將半導體材料的研究和應用推向了一個新的領域。90年代以來隨著移動通信技術的飛速發展，砷化鎵和磷化銦等半導體材料得成為焦點，用于制作高速、高頻、大功率及發光電子器件等；近些年，新型半導體材料的研究得到突破，以氮化鎵為代表的先進半導體材料開始體現出其超強優越性，被稱為IT產業新的發動機。

3.各類半導體材料的介紹與應用

半導體材料多種多樣，要對其進一步的學習，我們需要從不同的類別來認識和探究。通常半導體材料分為：元素半導體、化合物半導體、固溶體半導體、非晶半導體、有機半導體、超晶格半導體材料。不同的半導體材料擁有著獨自的特點，在它們適用的領域都起到重要的作用。

3.1元素半導體材料

元素半導體材料是指由單一元素構成的具有半導體性質的材料，分布于元素周期表三至五族元素之中，以硅和鍺為典型。硅在在地殼中的含量較為豐富，約占25%，僅次于氧氣。硅在當前的應用相當廣泛，它不僅是半導體集成電路、半導體器件和硅太陽能電池的基礎材料，而且用半導體制作的電子器件和產品已經大范圍的進入到人們的生活，人們的家用電器中所用到的電子器件80%以上元件都離不開硅材料。鍺是稀有元素，地殼中的含量較少，由于鍺的特有性質，使得它的應用主要集中于制作各種二極管，三極管等。而以鍺制作的其他器件如探測器，也具備著許多的優點，廣泛的應用于多個領域。

3.2化合物半導體材料

通常所說的化合物半導體多指晶態無機化合物半導體，即是指由兩種或兩種以上元素確定的原子配比形成的化合物，并具有確定的禁帶寬度和能帶結構的半導體性質。化合物半導體材料種類繁多，按元素在元素周期表族來分類，分為三五族（如砷化鎵、磷化銦等），二六族（如硒化鋅），四四族（如碳化硅）等。如今化合物半導體材料已經在太陽能電池、光電器件、超高速器件、微波等領域占據重要的位置，且不同種類具有不同的性質，也得到不同的應用。。

3.3固溶體半導體材料

固溶體半導體材料是某些元素半導體或者化合物半導體相互溶解而形成的一種具有半導體性質的固態溶液材料，又稱為混晶體半導體或者合金半導體。隨著每種成分在固溶體中所占百分比（X值）在一定范圍內連續地改變，固溶體半導體材料的各種性質（尤其是禁帶寬度）將會連續地改變，但這種變化不會引起原來半導體材料的晶格發生變化.利用固溶體半導體這種特性可以得到多種性能的材料。

3.4非晶半導體材料

非晶半導體材料是具有半導體特性的非晶體組成的材料，如α-硅、α-鍺、α-砷化鎵、α-硫化砷、α-硒等。。這類材料，原子排列短程有序，長程無序，又稱無定形半導體，部分稱作玻璃半導體。非晶半導體按鍵合力的性質分為共價鍵非晶半導體和離子鍵非晶半導體兩類，可用液相快冷方法和真空蒸發或濺射的方法制備。在工業上，非晶半導體材料主要用于制備像傳感器、太陽能電池薄膜晶體管等非晶半導體器件。

3.5有機半導體材料

有機半導體是導電能力介于金屬和絕緣體之間，具有熱激活電導率且電導率在10-10～100S·cm的負一次方范圍內的有機物，如萘蒽、聚丙烯和聚二乙烯苯以及堿金屬和蒽的絡合物等.其中聚丙烯腈等有機高分子半導體又稱塑料半導體。有機半導體可分為有機物、聚合物和給體-受體絡合物三類。相比于硅電子產品，有機半導體芯片等產品的生產能力較差，但是擁有加工處理更方便、結實耐用、成本低廉的獨特優點。目前，有機半導體材料及器件已廣泛應用于手機，筆記本電腦，數碼相機，有機太陽能電池等方面。

3.6超晶格微結構半導體材料

超晶格微結構半導體材料是指按所需特性設計的能帶結構，用分子束外延或金屬有機化學氣相沉積等超薄層生產技術制造出來的具有各種特異性能的超薄膜多層結構材料。由于載流子在超晶格微結構半導體中的特殊運動，使得其出現許多新的物理特性并以此開發了新一代半導體技術。。當前，對超晶格微結構半導體材料的研究和應用依然在研究之中，它的發展將不斷推動許多領域的提高和進步。

4.半導體材料的發展方向

隨著信息技術的快速發展和各種電子器件、產品等要求不斷的提高，半導體材料在未來的發展中依然起著重要的作用。在經過以Si、GaAs為代表的第一代、第二代半導體材料發展歷程后，第三代半導體材料的成為了當前的研究熱點。我們應當在兼顧第一代和第二代半導體發展的同時，加速發展第三代半導體材料。目前的半導體材料整體朝著高完整性、高均勻性、大尺寸、薄膜化、集成化、多功能化方向邁進。隨著微電子時代向光電子時代逐漸過渡，我們需要進一步提高半導體技術和產業的研究，開創出半導體材料的新領域。相信不久的將來，通過各種半導體材料的不斷探究和應用，我們的科技、產品、生活等方面定能得到巨大的提高和發展！

參考文獻

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[4]半導體技術天地.2ic.cn/html/bbs.html.

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【關鍵詞】半導體；材料與器件；教學改革

0 引言

《半導體材料與器件》是信息顯示與光電子工程本科專業的專業基礎課程，旨在使學生理解并掌握半導體材料的物理學的理論體系及基本器件的功能和應用，了解半導體器件的特性以及相應的儀器檢測方法，儀器測試原理，以及相關理論；了解半導體物理學發展的前沿及發展動態。同時，使學生學習本課程領域內專業知識的同時，提高專業英語的聽說讀寫能力，全面提高中英文專業水平，為社會輸送高質量人才。

1 優質教學資源建設

合適的教材是保證雙語教學能夠順利進行的前提，擁有外文原版教材是雙語教學的必要條件。目前，在國內找不到一本合適的半導體材料與器件方面的教材；相關教材，如劉恩科等編著的《半導體物理學》、孟慶臣等編著的《半導體器件物理》、田敬民編著的《半導體物理問題與習題》，鄧志杰等編的《半導體材料》，楊樹人等編《半導體材料》，但能同時滿足《半導體材料與器件》教學要的教材還沒有。通過對網絡資料搜索，我們找到了相關的英文原版教材《Semiconductor Materials and Device Characterization》，是由美國Arizona State University 的Dieter K. Schroder教授等著作的，這本書系統地介紹了半導體材料與器件的基本參數、特性、測試儀器以及測試方法和原理，是一本優秀的教材，先后在美國、加拿大、德國等地出版。在國內，尚未有出版發行，亦沒有影印版可以借鑒。另外，還有一些地道的英文原版教材，如University of Florida的Franky So等編著的《Organic Electronics Materials Processing Devices and Applications》，Robert F. Pierret等編著的《Semiconductor Device Fundamentals》。通過充分整合這些優秀教材，建立教材庫，供教學使用，將為半導體材料與器件教學提供有力保障。

2 新型雙語教學模式的探索

2.1 傳統“填鴨式”教學方式的改進

傳統的“填鴨式”教學方法，一個最大的優點是可以在極短的時間內，傳授完大部分的課本知識，節省時間。但是，其缺點也顯而易見，不利于學生消化、吸收新知識，造成“左耳進、右耳出”的現象。為避免這種現象，我們針對《半導體材料與器件》這門課的教學方式特作改進。以知識點串講的方式取代傳統的逐章逐節的講解模式，做到一半以上的時間用英語講解，對重點、難點分別用中、英文對譯；穿插師生互動環節，課堂提問，鼓勵學生用英語作答，營造雙語學習環境。考慮到這門課的開設，設置在第6個學期，學生經過近3年的大學英語學習，應該具備一定的英文閱讀寫作能力，可以安排一些調研性內容，以報告或小論文的形式體現。對于個章節中專業詞匯和專業術語，提前發放給學生自學，以減輕課堂負擔。根據循序漸進的原則，講解的時間逐漸縮短，點到為止，啟發式教學。另外，還可以穿插一些最新的研究動態，使學生對知識的應用以及科學前沿有所了解，提高學習興趣，樹立科技知識不斷更新進步的理念。

2.2 學生講授課程的探索

在吃透半導體材料與器件這門課的基礎上，精煉教學內容，簡化PPT課件，在保證不減少知識點的以及課程進度的前提下，適當添加一些學生講授課程的比例，激發學生內在的學習潛能，培養其知識獲取、內化、表達的能力，內容以課本知識點為主，形式上可以多樣化，如分組討論、隨機抽查、即興演講等；給學生表現自己才能的機會，營造口語表達的環境，解決“開口難”的難題。條件許可的情況下，邀請外籍老師來聽課、指導工作。考慮到學生之間的差異，針對英語基礎較差和化學背景比較薄弱的同學，可以單獨進行輔導，開開“小灶”，做到因材施教。

3 考核方式的探索

加大平時分所占的比例。現有的考核方式為（30%）平時分 + （70%）期末考試卷面分數，這不利于公平評價學生雙語課的成績，因為聽、說能力沒有得到體現。既然這樣，就應該在平時的表現中體現出來，如，可以將平時分提高到40%，甚至50%，將學生平時在課堂上的聽、說、讀、寫等表現情況也納入平時分的考核中來，在雙語課程考核中，增加這么一條；當然，平時分還應包括出勤率、課堂表現、習題作業完成情況等，一并納入到平時分的考核中來，這樣的考核方式應該更客觀、有效。對于平時的習題，任課老師要做到及時評閱，及時發現問題，對錯誤之處要進行評述，習題必須用英語表述，包括老師對習題的評閱，也必須用英語，錯誤之處要用英語糾正，起到示范作用。

4 考試題型多樣化，增加贈分題

考試題型多樣化，除了常見的五大題型，即選擇題、填空題、名詞解釋、簡答題、論述題，可以試探性的增加贈分題。贈分題應該是一些難度較大的綜合題，以激勵那些優秀的學生深入學習科技知識、施展才藝，同時拉開不同層次學生之間的距離，體現層次，進一步充分做到優生優培，因材施教。

5 結論

雙語課的教學是一項巨大而漫長的人才培養工程，要遵循漸進的原則。本文就《半導體材料與器件》這門課的雙語教學過程中出現的問題做出了討論，試探性的提出了新的雙語教學模式、優質課程建設以及評價方式的變革，以便更好地為社會需求培養高素質人才。

【參考文獻】

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電子工業的“脊梁”

1871年，俄國化學家門捷列夫在總結元素周期表時，認為在鋅元素后面，鋁元素下面應該還有一個未被發現的元素，其性質與鋁元素相近，他稱之為“類鋁元素”。1875年，法國化學家布瓦博德蘭從閃鋅礦中找到了這個“類鋁元素”，他以Gallia（高盧，拉丁語中對法國的稱呼）一詞將該元素命名為Gallium，元素符號定Ga，中文名為“鎵”。

在一定的條件下，鎵能與硫、硒、碲、磷、砷、銻等發生反應，從而生成鎵的系列化合物，它們都是優質的半導體材料，被廣泛應用于光電子領域和微波通信領域，被譽為是電子工業的“脊梁”。目前，消耗在半導體行業的金屬鎵資源大約占到了總消費量的80%～85%。隨著電子信息工業的發展以及鎵應用領域的拓展，金屬鎵的戰略地位也越來越凸顯。我國于2011年將鎵列為戰略儲備金屬，并開始重視對鎵的戰略儲備。

砷化鎵是繼硅半導體材料之后的又一個應用最為廣泛的半導體材料。砷化鎵的最大特點是具有很好的光電性能，即在光照或外加電場的條件下，電子激發可以釋放出光能來，并且其光發射效率也要比其他半導體材料高一些。20世紀80年代，砷化鎵被廣泛應用到微波器件、激光器和發光二極管等產品中，被人們認為是最有發展前途的半導體材料。

磷化鎵是制作半導體發光元件的又一個優質材料。20世紀70年代，科學家先后用磷化鎵作為基板開發出了可以發黃色、橙色和綠色光的發光二極管。到了80年代，砷化鋁鎵的應用導致了第一代高亮度發光二極管的誕生。到了90年代初，四元素半導體材料磷化鋁鎵銦的采用，使得發光二極管的發光效率有了很大的提高。用磷化鋁鎵銦制成的超高亮度紅色、橙色、黃色和綠色發光二極管，可以應用于戶外顯示領域。

氮化鎵是Ⅲ-Ⅴ族半導體材料中最具有希望的寬禁帶光學材料，曾于20世紀90年代初成就了藍色LED的輝煌。而藍色LED的推出，又帶來了白光LED照明的新紀元。目前，LED照明技術路線主要有三條，分別為藍寶石、碳化硅和硅襯底氮化鎵基LED技術路線。其中，前兩條技術路線分別是以日本和美國為主發展起來的，而第三條技術路線是由我國發展起來的，有力地提升了我國LED技術在國際上的地位。我國科學家研制的硅襯底高光效氮化鎵基藍色發光二極管獲得2015年度國家技術發明一等獎。

如今，氮化鎵材料的研究與應用已成為全球半導體領域的前沿和熱點，并成為研制微電子器件、光電子器件的第三代半導體材料。較寬的直接帶隙、較強的原子鍵、較高的熱導率以及較穩定的化學性，使其在光電子、高溫大功率器件以及高頻微波器件等方面有著廣闊的應用前景。

太陽能電池中的“明星”

鎵的化合物半導體材料做成的太陽能電池，可以把太陽能直接轉變成電能，并且具有比較高的效率。隨著太陽能電池材料的不斷發展，人們對太陽能電池材料提出了更高的要求。比如，半導體材料的禁帶寬度要適中，光電轉化效率要高，材料制備過程和電池使用過程中不能存在環境污染，并且材料生產要能規模化等。在這樣的背景下，薄膜太陽能電池引起了人們的重視，并成為了科技工作者的研究重點。現在，銅銦鎵硒（CIGS）薄膜太陽能電池作為多元化合物薄膜電池的重要一員，其轉化效率是所有薄膜太陽能電池中最高的。

在銅銦鎵硒薄膜太陽能電池中，通過摻入適量鎵替代部分同族的銦，并可以調節CIGS的禁帶寬度，這是CIGS材料優于硅系光伏材料的根本所在。同時，CIGS材料的吸收系數很高，還具有較大范圍的太陽光譜的響應特性。

銅銦鎵硒薄膜太陽能電池具有轉換效率高、材料來源廣、生產成本低、污染小、無光衰、弱光性能好等顯著特點，有望成為新一代有競爭力的商業化薄膜太陽能電池。

醫學領域的“奇才”

在醫療領域中，鎵合金主要是用作醫療器件和醫用材料。例如，用鎵合金作為牙齒填充材料，它是一種不含汞的牙體材料，其生物學性能明顯優于銀汞合金。在醫療診斷領域，鎵的化合物也有用武之地。例如，枸櫞酸鎵注射液可用于腫瘤和炎癥的定位診斷和鑒別診斷。

金屬鎵的熔點為29.75℃，金屬銦的熔點為156.61℃，當它們以一定的配比制成合金后，在室溫下就可以呈現液態了，因而有很好的流動性。利用鎵銦液態合金制作的新型體溫計，可作為環保型溫度計取代水銀溫度計。

2015年6月，我國科學家宣布在世界上首次應用液態金屬“縫合”了牛蛙斷裂的坐骨神經，進而刷新了人們對人體神經連接與修復難題的認知。這種液態金屬為鎵銦錫合金。鎵銦錫合金在常溫下為液態，借助注射器可以進入到神經管道中進行“搭橋”，其信號傳導效果幾乎與未受傷的神經一樣。結果，牛蛙一側坐骨神經在遭受刺激時所產生的電信號，準確無誤地傳遞到了另一側的神經。這說明鎵銦錫液態金屬搭建的神經之“橋”幾乎達到了完美的程度。這種完美的效果取決于鎵銦錫液態合金杰出的導電性能。

鎵銦錫液態合金不僅能保證斷裂的神經末梢在“搭橋”連接下的快速聯通，而且鎵銦錫液態合金性能穩定，不與體液、周圍器官組織發生反應，因此在X射線的照射下會呈現出極高的影像對比度。如果修復的神經恢復良好，那么可以把液態金屬從體內抽離出來，不留任何痕跡。

尖端領域的“新秀”

2013年12月，我國科學家引入氣流控制下的液態金屬噴墨原理，可在任意表面上繪制電路。這種液態金屬“墨水”是以金屬鎵為主要成分的合金組合，在室溫下可以自由流動。

在現代電子工業中，印刷電路板已經不是什么新鮮事兒了。然而，利用液態金屬噴墨電子打印方法來“繪制”電路可是一項十分新奇的發明。傳統的印刷電路板制作流程通常需要經過電鍍、蝕刻等工序，具有高能耗、高污染、高耗時等缺點，并且很難適應各種不同的基底表面。利用液態金屬噴墨原理進行的電子打印方式可以在各種復雜的基底表面上“繪制”出任意的電路。

更令人驚奇的是，鎵元素還被用于“液態金屬機器”的制作呢！這里的“液態金屬”通常是指熔點比較低的金屬或合金材料，鎵、鎵銦合金以及鎵銦錫合金等在室溫下呈現液態，因此都屬于“液態金屬”。2015年4月，我國科學家在實驗中發現，一個直徑約為5毫米的液態鎵金屬球，在電解液中吞食了0.012克鋁之后，能以每秒5厘米的速度前進。科學家認為，液態鎵金屬球的行為類似于自然界的簡單軟體動物的習性，能夠把“吃”進的食物轉化為能量，并且具有自主運動的能力，難怪科學家把它稱為“液態金屬軟體動物”或“液態金屬機器”。進一步的研究認為，“液態金屬機器”之所以能從鋁中獲得自主運動的能量，是因為“液態金屬”和活潑的鋁形成原電池反應，從而產生電荷的運動，繼而引起“液態金屬”表面張力的不平衡，對易于變形的“液態金屬”產生強大的推力。同時，在上述電化學反應過程中產生的氫氣也對“液態金屬”的馬達行為施加了影響。

盡管基于鎵及鎵合金的“液態金屬機器”的功能還是非常有限的，但是它帶給人們的啟示和影響卻是十分深遠的。比如，“液態金屬機器”的自主變形和運動等特性，為人們研制實用化的智能馬達、血管機器人以及流體泵送系統提供了思路和模板。隨著“液態金屬機器”的日趨完善和升級，想必會在執行高難度操作等方面取得新的突破，并有望在醫療、科研以及軍事等領域發揮巨大作用。

不斷拓展的“領地”

由于鎵具有“熱縮冷脹”的性質，因此具有比較好的鑄造性，可以用其來制造鉛字合金，這樣可使字體更加清晰。利用鎵的低熔點形成的含鎵易熔合金，可應用于電路熔斷器和各種保險裝置以及自動滅火裝置。利用鎵與銅、鎳、錫、金等成分可制成冷焊劑，以解決異型薄壁等難以焊接的難題。盡管鎵的熔點非常低，但是它的沸點卻非常高（2070℃）。利用鎵的這個特性可以用其來制造測量高溫的溫度計，用這種溫度計可以測量煉鋼爐、反應爐、原子反應堆的溫度。

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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5

自上世紀中期投入應用以來，半導體已經深入到人們的生活、學習和工作的方方面面，給電子工業帶來革命性的影響。但是這個時刻陪伴身邊的半導體究竟是什么？

中國科學院王占國院士同半導體打了一輩子交道，他這樣回答：半導體是介于導體和絕緣體之間的一類材料。它有四個特點：熱敏性，與金屬不同，半導體的電阻與溫度變化是相反的，電阻越小溫度越高；光敏性，光一照，它的電導就發生變化；光伏效應，光照產生光電壓；整流效應，從A端到B端是通的，從B端到A端就不通了。

半導體的特性為我們帶來了無窮益處：“如發射一噸重的衛星，假如用晶體管代替電子管重量可減輕100千克，就可以節省9噸的燃料。它不僅廣泛應用在航空航天、人造衛星等高科技領域，而且是我們生活中不可或缺的：醫學上的核磁共振儀，日常用的收音機、電視機、洗衣機、微波爐、電冰箱、電子表、手機……里面核心控制的設備都是半導體。半導體應該說是無孔不入、無處不在。”

硅作為半導體材料的代表，現在已經成為微電子技術的基礎材料，我們用的電子元器件和電路的90%都是硅材料。使用硅材料做集成電路，產值已達到每年約3000億美元，由硅材料做成的器件和電路可以拉動幾萬億美元的電子產業，半導體硅材料可以說是信息時代的基礎。

追隨一生的半導體

王占國1938年12月29日生于河南鎮平。1962年畢業于南開大學物理系，同年到中科院半導體所工作。從那時起，他的人生腳步，就沒有離開過半導體這個領域。

參加工作以后，王占國致力于半導體材料光電性質和硅太陽電池輻照效應研究。其中，硅太陽電池電子輻照效應研究成果為我國人造衛星用硅太陽電池定型（由PN改為NP）投產起了關鍵作用。

1971～1980年，他負責設計、建成了低溫電學測量和光致發光實驗系統，并對GaAs和其它III-V族化合物半導體材料的電學、光學性質進行了研究。其中，體GaAs熱學和強場性質的實驗結果以及與林蘭英先生一起提出的“GaAs質量的雜質控制觀點”，對我國70年代末純度GaAs材料研制方向的戰略轉移和GaAs外延材料質量在80年代初達國際先進水平貢獻了力量。

1980～1983年，經黃昆和林蘭英兩位所長推薦，他赴國際著名的深能級研究中心瑞典隆德大學固體物理系，從事半導體深能級物理和光譜物理研究。在該領域權威H.G.Grimmeiss教授等的支持和合作下，做出了多項有國際影響的工作：提出了識別兩個深能級共存系統兩者是否是同一缺陷不同能態新方法，解決了國際上對GaAs中A、B能級和硅中金受主及金施主能級本質的長期爭論；提出了混晶半導體中深能級展寬和光譜譜線分裂的物理新模型，解釋了它們的物理實質；澄清和識別了一些長期被錯誤指派的GaAs中與銅等相關的發光中心等。

1984～1993年，在半導體材料生長及性質研究中，提出了GaAs電學補償五能級模型和電學補償新判據，為提高GaAs質量、器件與電路的成品率提供了依據。與人合作，提出了直拉硅中新施主微觀結構新模型，摒棄了新施主微觀結構直接與氧相關的傳統觀點，成功地解釋了現有的實驗事實，預示了它的新行為；與龔秀英等同事合作，在國內率先開展了超長波長銻化物材料生長和性質研究，并首先在國內研制成功InGaAsSb，AlGaAsSb材料及紅外探測器和激光器原型器件。

他協助林蘭英先生，開拓了我國微重力半導體材料科學研究新領域，首次在太空從熔體中生長出GaAs單晶并對其光、電性質作了系統研究，受到國內外同行的高度評價。

他于1986年任半導體所研究員，材料室主任；1990年任博士生導師，1991～1995年擔任副所長；1995年當選為中國科學院院士。1991～2001年任國家高技術新材料領域專家委員會委員、常委、功能材料專家組組長，因對863計劃做出突出貢獻，2001年863計劃實施十五周年時，被科技部授予先進個人稱號；1996～2000年任國家S-863計劃綱要建議軟課題研究新材料技術領域專家組組長；2003年任國家材料中長期科技發展戰略研究新材料專家組組長；1997～2002年和2006～2009年任國家自然科學基金信息學部半導體學科評審專家組組長等。此外，還有多種學術兼職。

任863專家委員會委員期間，他積極推動了我國全固態激光器的研發和半導體照明事業的發展。如今，我國的半導體白光照明已經處于國際先進水平，極大地促進了節能環保事業的發展。

從上世紀90年代起，他工作的重點已集中在半導體低維結構和量子器件這一國際前沿研究方面，先后主持和參與負責十多個國家863、973，國家重點科技攻關，國家自然科學基金重大、重點和面上項目以及中科院重點、重大等研究項目。

他和MBE組的同事一起，在成功地研制了國內領先、國際先進水平的電子遷移率（4.8K）高達百萬的2DEG材料和高質量、器件級HEMT和P-HEMT結構材料的基礎上，又發展了應變自組裝In（Ga）As/GaAs，InAlAs/AlGaAs/GaAs， InAs/InAlAs/InP和InAs/InGaAs/InP等量子點、量子線和量子點（線）超晶格材料生長技術，并初步在納米尺度上實現了對量子點（線）尺寸、形狀和密度的可控生長；首次發現InP基InAs量子線空間斜對準的新現象；成功地制備了從可見光到近紅外的量子點（線）材料，并研制成功室溫連續工作輸出光功率達4瓦（雙面之和）的大功率量子點激光器，為當時國際上報道的最好結果之一；紅光量子點激光器和 InGaAs/InAlAs、GaAs/AlGaAs量子級聯激光器與探測器材料及其器件的研究水平也處在國際的前列；2001年，他作為國家重點基礎研究發展計劃973項目“信息功能材料相關基礎問題”的首席科學家，又提出了柔性襯底的概念，為大失配異質結構材料體系研制開辟了一個可能的新方向。

上述研究成果曾獲國家自然科學二等獎和國家科技進步三等獎，中國科學院自然科學一等獎和中國科學院科技進步一、二和三等獎，何梁何利科學與技術進步獎，國家重點科技攻關獎以及優秀研究生導師獎等十多項；從1983年以來，先后在國外著名學術刊物180多篇，培養博士、碩士和博士后百余名。

新科技革命的起點

硅集成電路的器件尺度不可能無限減小，摩爾定律在硅器件尺寸減小到一定程度的時候，會遇到量子效應、功耗問題、隧穿問題等等，這就限制了現有模式的繼續發展。國際上預計，2022年硅集成電路器件的最小尺寸將達到10納米左右。

篇6

關鍵詞 LED芯片；光學模擬；Tacacepro

中圖分類號TU7 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708（2014）113-0126-02

0引言

目前科學技術日益進步，人民的生活水平不斷的提高。人們對家具生活得舒適程度也要求越來越高。現在國內外一些發展快速的城市的住宅用的燈具、景觀燈已經大馬路上面用的照明路燈已經大部分都開始采用新型的LED節能燈了。但是由于LED燈的制作成本較高，導致LED在市場占領方面略顯遲緩。目前國內外著名學者和一些研究機構以及一些大型的企業正在夜以繼日的不斷探索，希望可以研究出一些新型的LED材料，減小LED制作的成本，使得LED燈的普及率更加高些。

1 LED燈的發光原理和LED的光學參數

1.1 LED燈的發光原理

Light emitting diode的英文縮寫就是LED。LED的基礎結構是在一小片的發光半導體材料上面，放置一個電極的引線架子，接著在架子的周圍用環氧樹脂固定并密封。這樣子可以起到保護電機芯線和半導體的作用，這樣子制作出來的LED抗震性非常好，且具有一定的防水作用。

LED發光二極管的主要部分是有由兩片N型的半導體和P型半導體背對背制作而成的芯片。因為P型半導體材料和P型半導體材料上面都帶了載流子，這兩種不同的半導體的交界面之間會形成一個空間電荷存儲區間。也就是我們常說的PN結。在給半導體材料的正負極之間加上電壓的情況下，PN結之間就會形成電場，PN結中的空子和電子就會在電子的作用下發生運動，并結合在一起。在空子和電子的結合過程中，會產生多余的能量，則這些能量會以發光的方式釋放出來。最終實現電能向光能的轉換。LED的發光原理圖圖1所示。給LED加上正向電壓，也就在半導體的P極接上正極，在半導體的N極接上負極。在LED的兩極之間就會形成電流，電流從正極流向負極，這樣子在空穴跟電子的結合過程之間就會發出不同顏色的光。LED間通的電流大小決定了Led的發光亮度。而LED的發光顏色主要是由半導體材料里面參雜的熒光粉的材料來控制的。

1.2 LED的光學參數

為了鑒別一個LED的好壞，經常會有一些參數來描述LED。常用的LED的光學參數有光通量、發光強度、亮度、色溫、顯色性以及光效等參數。

光通量是指在正常情況下人眼可以感覺到的光的輻射功率。它等于在單位時間里面一束光的輻射的能量與該束光所對應的相對視率的成績。由于人眼對不同的光的靈敏度不一樣，所以當光的輻射功率相等的時候，并不能代表光通量也是相同的。發光強度又叫光強，它是指發光體在一個固定的立體單元里面傳輸的光通量與該立體單元的面積的商，這個商就代表了單位體積的光通量。亮度是指光源在給定的一個方向里面單位體積上面的光束的發光強度。而光效而是指光源的發光效率。也就是光源的總光通量與該發光體所消耗的能量的商。發光體的發光效率越高，代表了該照明設備將電能轉化成光能的能力越強。也代表了在同能的能量的情況下，該設備的照明性能越強，也就是該設備所能達到的亮度越大。顯色性是指光源對物體顏色的分辨程度。也就是對顏色的逼真效果。發光設備的顯色性能越高，則該設備對顏色的在線能力越強，而我們看到的顏色也就越接近于其本來的顏色。而顯色性能較差的設備，則對顏色的能力在線能力越差，我們所看到顏色也與越來的顏色相差越大。

盡管LED燈功率小，占用空間小，易于調色，顏色可操作性強。但是LED光源也存在一些缺陷。主要缺陷表現在以下幾個方面：LED發光功率小、LED的成本價格太高、制作工藝要求高。

2 LED芯片的測試

由于LED技術發展迅速，LED市場也發展快速。目前不少企業正逐漸把大量的資金都投入到LED行業當中，并成立的相應的企業。然而當中卻存在一些唯利是圖的商人，他們利用人們對LED技術的缺乏的弱點，都宣稱自己企業的生產的LED燈的壽命可以達到60000小時以上，有的商家甚至說明自己的產品可以達到110000小時以上。為此如何才能正確的區分出那些產品是合格產品，那些產品的質量真的就像商人所描述的那樣子，現在已經逐漸成為一個困擾使用者的巨大問題。為此，本文提供一個簡單的測試辦法：測試方案的電路圖如下圖2.首先，我們采用積分球來記錄相應LED二極管在正向導通的情況下的導通壓降。接著根據這個導通壓降和電路的電流，確定和相對應二極管電路回路電阻值的大小。以確保二極管不被燒壞。接著在測試之前，對二極管進行校準，確保二極管壽命測試的準確性。然后測量每個二極管在不同的工作電流下的發光量是多大以及正向導通壓降是多大，并通過光譜分析儀器來確定每個二極管的最初光譜是什么。為了保證測量的精度，對每個二極管都測試5次以上，并取平均值。最后記錄該數據。最后在每個月的固定時間段對每一顆的LED都進行測試，測試其的光通量，并給LED同上三種不同的電流，并記錄此時的LED的光通量，根據不同電流下的LED的光通量值繪制出相應二極管的光通量變化曲線。根據繪制的二極管的光通量變化曲線就可以大致的計算出二極管的實際工作時間。通過二極管的頻譜分析儀可以知道二極管的色度漂移情況。

3 LED芯片及LED燈具的光學模擬

傳統的LED燈的照明設計都是通過大量實驗得到的，盡管所測得的結果比較準確，但是這個測試結果只有在燈具的外觀已經制作完成以后才可以進行大量實驗。要是測試的結果不能和原先設計的一樣，就需要重新設計LED的外觀，浪費大量的人力和財力。本文以Tacacepro光學模擬軟件為核心，對LED燈具的外觀不斷修改，對LED燈的數量和陣列方式不斷的改進，通過模擬的方式，并進行了大量的仿真，終于得出了LED燈排列方式對LED燈總體發光效率以及空間照明的影響規律。并最終設計出了一種發光效率高，節約能源的LED燈具。LED的模擬過程如下;首先運用Tacacepro對LED燈具進行建模，所建的模型如圖3。并通過軟件設置LED芯片的光源屬性等參數。接著定義LED燈具的各種材料特性。并定義光源的波長以及光源的閥值等不同的參數。最后運用軟件對LED的光學設計模型模擬。

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關鍵詞:光電探測器 光電導效應 光電導器件

光電探測器是一種利用半導體材料的光電導效應制成的能夠將光輻射轉換成電量的器件,它利用這個特性可以進行顯示及控制的功能。光探測器可以代替人眼,由于具有光譜響應范圍寬的特點,光探測器亦是人眼的一個延伸。光電探測器利用被照射材料由于輻射關系電導率發生改變的物理特點,在紅外波段中的應用主要在紅外熱成像、導彈制造及紅外遙感等一些方面;在可見光或近紅外波段中的應用主要在在工業自動控制、光度計量及射線測量和探測等方面。隨著電子科學技術的日趨成熟,光電探測器的應用將更加廣泛。

1、光電探測器的發展

1873年,英國W.史密斯發現硒的光電導效應,但是這種效應長期處于探索研究階段,未獲實際應用。第二次世界大戰以后,隨著半導體的發展,各種新的光電導材料不斷出現。在可見光波段方面,到50年代中期,性能良好的硫化鎘、硒化鎘光敏電阻和紅外波段的硫化鉛光電探測器都已投入使用。60年代初,中遠紅外波段靈敏的Ge、Si摻雜光電導探測器研制成功,典型的例子是工作在3～5微米和8～14微米波段的Ge:Au(鍺摻金)和Ge:Hg光電導探測器。60年代末以后,HgCdTe、PbSnTe等可變禁帶寬度的三元系材料的研究取得進展。

在60年代初以前還沒有研制出適用的窄禁帶寬度的半導體材料,因而人們利用非本征光電導效應。Ge、Si等材料的禁帶中存在各種深度的雜質能級,照射的光子能量只要等于或大于雜質能級的離化能,就能夠產生光生自由電子或自由空穴。非本征光電導體的響應長波限λ由下式求得λc=1.24/Ei式中Ei代表雜質能級的離化能。

到60年代中后期,Hg1-xCdxTe、PbxSn1-xTe、PbxSn1-xSe等三元系半導體材料研制成功,并進入實用階段。它們的禁帶寬度隨組分x值而改變,例如x=0.2的HG0.8Cd0.2Te材料,可以制成響應波長為 8～14微米大氣窗口的紅外探測器。

2、光電探測器的工作原理

光電探測器的工作原理是基于光電效應,熱探測器基于材料吸收了光輻射能量后溫度升高,從而改變了它的電學性能,它區別于光子探測器的最大特點是對光輻射的波長無選擇性。

所謂光電導效應,是指由輻射引起被照射材料電導率改變的一種物理現象,它光是內光電效應的一種。當照射的光子能量hv等于或大于半導體的禁帶寬度Eg時,光子能夠將價帶中的電子激發到導帶,從而產生導電的電子、空穴對,這就是本征光電導效應。這里h是普朗克常數,v是光子頻率,Eg是材料的禁帶寬度(單位為電子伏)。因此,本征光電導體的響應長波限λc為λc=hc/Eg=1.24/Eg(μm)式中c為光速。本征光電導材料的長波限受禁帶寬度的限制。

光電導器件:利用具有光電導效應的半導體材料做成的光電探測器稱為光電導器件,通常叫做光敏電阻。在可見光波段和大氣透過的幾個窗口,即近紅外、中紅外和遠紅外波段,都有適用的光敏電阻。光敏電阻被廣泛地用于光電自動探測系統、光電跟蹤系統、導彈制導、紅外光譜系統等。

光電子發射器件:光電管與光電倍增管是典型的光電子發射型(外光電效應)探測器件。其主要特點是靈敏度高,穩定性好,響應速度快和噪聲小,是一種電流放大器件。尤其是光電倍增管具有很高的電流增益,特別適于探測微弱光信號;但它結構復雜,工作電壓高,體積較大。光電倍增管一般用于測弱輻射而且響應速度要求較高的場合,如人造衛星的激光測距儀、光雷達等。

硫化鎘CdS和硒化鎘CdSe光敏電阻是可見光波段用得最多的兩種光敏電阻;硫化鉛PbS光敏電阻是工作于大氣第一個紅外透過窗口的主要光敏電阻,室溫工作的PbS光敏電阻響應波長范圍1.0～3.5微米,峰值響應波長2.4微米左右;銻化銦InSb光敏電阻主要用于探測大氣第二個紅外透過窗口,其響應波長3～5μm;碲鎘汞器件的光譜響應在8～14 微米,其峰值波長為10.6微米,與CO2激光器的激光波長相匹配,用于探測大氣第三個窗口(8～14微米)。

3、光電探測器的結構

第一支InGaAs光電探測器在1978年就被報道,略晚于第一支InGaAsP光電探測器。這些探測器都可以通過改變組分含量從而達到需要的波長響應,一種典型的InGaAsP光電探測器結構圖如下圖所示:

圖 一種典型的InGaAsP光電探測器結構圖

利用異質結構以In0 6qGa0 31As0 66P0 34作為本征吸收層,以In0.7:Ga0.22As0.47P0.53為P型表面入射窗,得到了峰值響應波長為1.36 gm的窄的頻譜響應。為了制作方便,一股將這種光電探測器做成臺面結構。

InGaAsP光電探測器中,表面鈍化層、載流子產生復合及隧穿等都會引起暗電流。通過優化表面鈍化層可以使表面漏電流密度小到IlA/cm量級。

s.R.Forrestt等人指出,在較低偏壓下載流子產生復合對暗電流起主導作用,只有當偏壓大于100V時隧穿電流才變得顯著。即使由產生復合引起的小的暗電流也會對光電探測器靈敏度產生不利影響,因此應合理設計結構使暗電流最小。

為了制作方便,將這種光電探測器做成臺面結構,包括外延生長,擴散及離子注入等方法。然而這些臺面不利于集成,難以實現光電子集成回路(OEIC),因此人們又做出了各種平面結構,這些平面結構類似于上圖所示,同時這種平面結構有助于因表面漏電流引起的暗電流。

4、光電探測器的種類

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關鍵詞：有機廢水處理 電化學 羥基自由基 電Fenton試劑 電解氧化 半導體光電催化

近年來，濃度高且結構穩定的有機廢水不斷出現，如何有效地去除這些難降解的有機廢水已經成為水處理的熱點問題。羥基自由基（·OH）因其有極高的氧化電位（2.8V），其氧化能力極強，與大多數有機污染物都可以發生快速的鏈式反應，無選擇性地把有害物質氧化成CO2、H2O或礦物鹽，無二次污染[1]。目前國內外有不少研究者進行利用·OH處理有機廢水的研究。產生·OH的途徑較多，主要有Fenton法[2]、氧化絮凝法[3]、臭氧法[4]、超聲降解法[5]和光催化法[6]。近年來應用電化學法產生·OH處理有機廢水獲得了較大的進展，在降解和脫色上卓有成效。下面就對電生·OH的途徑及其在有機廢水處理中應用的最新進展進行評述。

1.電Fenton法

工藝上將Fe2+和H2O2的組合稱為Fenton試劑。它能有效地氧化降解廢水中的有機污染物，其實質是H2O2在Fe2+的催化下產生具有高反應活性的·OH。目前，Fenton法主要是通過光輻射、催化劑、電化學作用產生·OH。利用光催化或光輻射法產生·OH，存在H2O2及太陽能利用效率低等問題。而電Fenton法是H2O2和Fe2+均通過電化學法持續地產生[7]，它比一般化學Fenton試劑具有H2O2利用率高、費用低及反應速度快等優點。因此，通過電Fenton法產生·OH將成為主要途徑之一。

應用電Fenton法產生·OH處理有機廢水多數是以平板鐵為陽極，多孔碳電極為陰極，在陰極通以氧氣或空氣。通電時，在陰陽兩極上進行相同電化當量的電化學反應，在相同的時間內分別生成相同物質的量的Fe2+和H2O2，從而使得隨后生成Fenton試劑的化學反應得以實現[8]。

溶液的pH值對氧陰極還原獲得H2O2的反應有很大的影響[9]。研究表明，溶液的pH值不僅對陰極反應電位和槽電壓有影響，還將決定著生成H2O2的電流效率，進而影響隨后生成·OH的效率及與有機污染物的降解脫色反應。

然而，電解氧化法工業化應用仍存在著一些問題，如電流效率仍然偏低、能耗大、電催化降解反應器的效率較低、電化學催化降解有機污染物的機理還需要進一步探討等[21]。加強對上述問題的研究，是該法今后發展的方向。

3. 半導體電催化法

由于某些半導體材料有良好的光化學特性和活潑的電化學行為，近年來，利用半導體材料制成電極在有機廢水中的研究應用已引起眾多研究者的重視[22]。

半導體催化材料在電場中有“空穴”效應[23]，即半導體處于一定強度的電場時，其價帶電子會越過禁帶進入導帶，同時在價帶上形成電激空穴，空穴有很強的俘獲電子的能力，可以奪取半導體顆粒表面的有機物或溶劑中的電子發生氧化還原反應。在水溶液發生的電催化氧化反應中，水分子在半導體表面失去電子生成強氧化性的·OH，同時半導體催化劑和電極產生的H2O2等活性氧化物質也起協同作用，因此，在電催化反應體系中存在多種產生強氧化因子的途徑，能有效地提高了催化降解的效率。在半導體電催化反應中，電壓和電流強度都要達到一定的值。一般來說，隨著外加電壓的升高，體系產生·OH的速率增大，有機物的去除效率提高[24]。但也有研究發現，當外加電壓達到一定值時，進一步升高電壓會抑制自由基的生成，降低了催化效率[25]。

半導體電催化法在有機廢水處理中的研究，主要以在摻雜半導體電極和納米半導體材料電極作為陽極產生·OH處理有機廢水。董海等[26]采用摻銻的SnO2粉制成的半導體電極，研究了含酚廢水的電催化降解反應，對酚的降解率達90%。

4. 半導體光電催化法

在紫外光等照射下，并外加電場的作用下TiO2半導體內也會存在“空穴”效應，這種光電組合產生·OH的方法又稱光電催化法。TiO2光電組合效應不但可以把導帶電子的還原過程同價帶空穴的氧化過程從空間位置上分開(與半導體微粒相比較)，明顯地減少了簡單復合，結果大大增加了半導體表面·OH的生成效率且防止了氧化中間產物在陰極上的再還原，而且導帶電子能被引到陰極還原水中的H+，因此不需要向系統內鼓入作為電子俘獲劑的O2[27]。

由于上述優勢，光電催化技術在有機廢水的研究工作得到了迅速發展，戴清等[28]利用TiO2薄膜電極作為工作電極，建立了電助光催化體系，以含氯苯酚(例如4-氯苯酚和2，4，6-三氯苯酚)廢水作為降解對象，進行光電催化研究。 Cheng 等[29]用三維電極光電催化降解處理亞甲基蘭廢水，研究表明，其脫色率和COD的去除率分別為95%和87%。Waldne等[30]用TiO2半導體光電催化法進行降解4-氯苯酚的研究，取得較好處理效果。

目前，光電化學反應的研究工作還大多局限于實驗室階段，應用納米TiO2半導體電極光電催化法處理大規模工業有機廢水的報道還不多，主要是由于TiO2半導體重復利用率不高和光電催化反應器光電催化效率降低。因此，把TiO2經過改性、修飾制備成高效且能重復使用的電極，如在TiO2材料表面上進行貴金屬沉積、摻雜金屬離子、復合半導體、表面光敏化劑等[31]，已成為以TiO2為半導體電極進行光電催化降解有機污染物研究的熱點。此外，這項技術的實用化必然涉及到反應器的結構和類型的確定，開發高效重復使用且費用較低的工業化光催化反應器，也將是納米TiO2工業化應用的關鍵。

5.展望

盡管國內外電化學法處理有機廢水技術已有了很大的發展，其中不少已達到工業化應用的水平，但電化學作為一門能在凈化環境中有所作為的學科，還在不斷發展中。電生·OH在有機廢水處理中有其獨特的特點，其應用的前景是很樂觀的。但仍存在一些問題需要解決：

（1）目前，電Fenton法的研究還不是很成熟，電流效率低，設計合理電解池的結構和尋找新型的電極材料將是今后研究的方向。

（2）通過電解氧化法產生·OH處理有機廢水處理，其降解效率受陽極材料和結構、電流密度、電解質及其傳質能力等多種因素的影響。目前電解槽的傳質問題影響電流效率的提高，如果要應用到實際生產中，還需提高產生·OH的電流效率，降低成本。因此，加強電解催化的機理的研究，研制開發各種高效電解催化反應器和高電化學活性及性能穩定的電極材料等，是今后急需解決的問題。

（3）用納米半導體光電催化氧化法是目前研究的熱點，如何獲得并提高半導體材料光電催化活性，開發高效、穩定能重復使用、價格低廉的半導體電極材料和工業光電催化反應器是今后在該領域研究的熱點，也是使納米TiO2應用于工業化的關鍵。

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[關鍵詞]金剛石薄膜；肖特基勢壘二極管；整流比

中圖分類號：TN545 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2015）43-0331-02

1 引言

肖特基勢壘二極管（SBD）是利用金屬電極與半導體材料接觸后形成的整流特性制作的一種二極管器件。與傳統的PN結二極管相比較，SBD的勢壘高度較小，其開啟電壓和導通壓降均較小。此外，SBD的正向電流是由半導體中的多數載流子流入金屬電極所形成的，不存在少數載流子的注入和存儲問題，反應恢復時間短，開關速度快（比PN結二極管高出4個數量級左右）。目前大部分SBD是由單晶硅材料制作的，隨著硅工藝的發展，其二極管性能已逐漸逼近硅材料的極限值。為了滿足高溫、高壓和大功率工況下的應用需求，需要選擇更為合適的半導體材料制作SBD，如寬帶隙半導體材料。與傳統的寬帶隙半導體材料如SiC、GaN等相比，金剛石具有更大的帶隙寬度（～ 5.5 eV）、高的飽和載流子遷移率（空穴3800 cm2/V?s和電子4500 cm2/V?s）、大的擊穿電場（～ 107 V/m）、高的熱導率以及極高的化學惰性和力學性能等，是一種替代硅材料制作SBD的理想材料[1，2]。

近年來，各國研究人員在金剛石SBD方面開展了大量的開創性工作，已利用同質外延摻硼單晶金剛石薄膜制作了多種結構的SBD，并通過優化金剛石材料的缺陷以及二極管制作工藝獲得優異地二極管性能[3-8]。然而，同質外延所用的HPHT單晶金剛石基體價格昂貴，且尺寸較小（通常為3 × 3 mm），不利于金剛石SBD的大規模廣泛使用。近年來，大量研究表明異質外延沉積的高度織構化取向的多晶金剛石薄膜的諸多物理性質與同質外延單晶金剛石非常接近；然而，與同質外延沉積技術相比，異質外延沉積技術即經濟通用又能大面積制備，這將為以高度織構化取向的異質外延金剛石SBD的廣泛應用提供可靠的技術保障。

針對以上應用需求，本文結合所制備的織構化取向摻硼多晶金剛石薄膜的膜厚和晶粒尺寸大小，設計了一種新穎的交叉“指”狀的平面型SBD并成功制作，所制備的SBD展現了較低的開啟電壓、低的反向漏電流和高的整流比等特性，有望在大功率和開關器件等領域應用。

2 實驗

2.1 SBD的設計

本實驗中所使用的半導體材料是采用微波等離子體化學氣相沉積（MPCVD）法，通過獨特的形核-刻蝕-生長循環沉積工藝所制備的（110）織構化摻硼多晶金剛石薄膜（如圖2中的100步驟），其工藝參數及結果詳見文獻[9]。盡管高度織構化的摻硼多晶金剛石薄膜物理性質類似于單晶金剛石薄膜，但與單晶金剛石相比，由于多晶薄膜內存在大量的晶界和位錯等缺陷，它們不可避免地會對二極管的性能造成影響；同時，考慮到金剛石的柱狀晶生長機制，金剛石薄膜的成核面缺陷密度遠高于生長面，且生長面的晶粒尺寸隨膜厚的增加而增加，所以生長面的晶粒尺寸也較大。為了將缺陷對二極管性能的影響降低對最小化，我們設計了如圖1所示的“叉指狀”平面型二極管結構，該二極管為在高度織構化摻硼多晶金剛石薄膜的生長面同側制作呈交叉指狀分布的歐姆和肖特基接觸電極，其中歐姆接觸電極以及肖特基接觸電極的寬度在0.008 ～ 0.1 mm之間可調，且兩個相鄰“指”電極之間的間距也在0.072 ～ 0.9 mm范圍內可調；歐姆接觸電極為Ti/Au，而肖特基接觸電極為Au。

2.2 SBD的制作

在綜合考慮金剛石薄膜特征以及現有的設備等因素后，本項目采用傳統的勻膠-光刻-蒸鍍-溶膠等微電子加工工藝制作SBD，其流程如圖2所示。在進行光刻膠勻膠步驟（圖2中200步驟）之前，我們需要對金剛石薄膜表面進行濕化學氧化預處理，這是因為MPCVD沉積的金剛石薄膜表面多為氫終止狀態（C-H鍵為主），一般氫終止表面具有良好的表面導電性和負的電子親合勢，會導致降低肖特基接觸勢壘高度，且會在肖特基接觸Au電極與表面形成導電通道，從而使器件的漏電流增大[10]，因此我們首先將金剛石薄膜置于在濃硫酸和濃硝酸的混合溶液（體積比為 3：1）中煮沸30分鐘，然后去離子水清洗即可，測量薄膜表面接觸角發現其值從89°降低到19°，表明金剛石薄膜表面氧終止化已成功；隨后采用勻膠機在金剛石層表面形成均勻的光刻膠（正膠）膜，厚度約為4 ？m，并在100 ？C下保溫30分鐘，以去除膠膜中的溶劑（圖2中200步驟）；在歐姆接觸電極光刻掩模板的保護下，采用254 nm紫外光曝光，丙酮顯影后將未被曝光的光刻膠溶解（步驟300），形成歐姆接觸電極圖案；利用電子束蒸發鍍膜技術蒸鍍金屬Ti膜，移走曝光光刻膠區域后形成圖案化的Ti電極，并在氮氣氣氛下于550？C下快速退火20分鐘（步驟400）；隨后，在肖特基接觸電極光刻掩模板的保護下，二次勻膠并光刻制得所需要的圖案（步驟500）；最后通過電子束蒸發鍍膜，一步原位同時在金剛石表面形成肖特基接觸Au電極和在Ti電極上形成歐姆接觸Au電極（步驟600），并在氮氣氣氛下于600？C下退火1小時已形成保證Ti/Au層的良好歐姆接觸和Au層的穩定肖特基勢壘。圖3為制作好的SBD的（a）歐姆接觸電極、（b）整體接觸電極以及（c）封裝后SBD的實物圖。

3 結果與討論

在本實驗中，我們選用了四種不同硼摻雜濃度的（110）織構化多晶金剛石薄膜制作了相同結構的SBD，從而考察薄膜內硼摻雜濃度對SBD性能的影響。表1為四個金剛石薄膜的B/C比、載流子濃度以及電阻率等電學參數特性。可以看出，在所采用的四個金剛石薄膜樣品中，其載流子濃度和電阻率分別呈指數的下降和上升，基本上覆蓋了目前MPCVD法制備摻硼金剛石的濃度變化范圍，具有較好的代表性和可比性。

待器件封裝完畢后，我們對以上四個SBD進行電流-電壓（I-V）整流特性測試，其結果如圖4所示，其中二極管內歐姆接觸電極和肖特基接觸電極的寬度和相鄰兩電極之間的間距均取最優化值，分別為0.01 mm（電極寬度）和0.08 mm（極間距）。由圖4a可以看出，當金剛石薄膜內B/C比為10000 ppm時，即重摻雜時，SBD的I-V特性幾乎為一條直線，呈現為電阻特性，無任何二極管特性，表明在重摻雜容易導致貫穿隧道效應，Ti/Au電極和Au電極與金剛石之間的勢壘高度很低，空穴很容易穿過勢壘，使得器件表面金屬與半導體接觸時，形成了良好的歐姆接觸，而非肖特基接觸。從圖4b可以看出，2#金剛石薄膜樣品所制備的SBD展現了一定的二極管特性，但是反向漏電流較大，這可能是由于高硼濃度摻雜導致金剛石薄膜內的晶界和缺陷密度過高有關，因為從金剛石的沉積過程來看，增加摻硼濃度有利于降低金剛石的晶粒尺寸，從而導致晶界和其他缺陷含量增加[11]。當進一步降低金剛石薄膜中B/C比至2000 ppm時（3#樣品），所制備的SBD呈現了較好的二極管整流特性，其中開關電壓約為1.85 V（如圖4c所示）。當金剛石薄膜內B/C比將至400 ppm時，所制備的SBD在-5 V ～ 5 V之間展現了良好的二極管整流特性，其反向漏電流更小，約為10-10 A，其整流比達到約103量級（如圖4d所示）。與3#金剛石樣品所制備的SBD相比，4#金剛石樣品的正向電流更小（～ 103量級差），同時開啟電壓也更高（增加了約0.8 V），這主要是由于4#金剛石薄膜樣品的電阻率比3#樣品的高所致。從以上結果可以看出，欲獲得性能優異的金剛石SBD器件，需要合理地控制硼的摻雜量，若過高的話，SBD的勢壘過低，整流特性較差；然而過低的話，會使SBD器件的內阻較大，作為功率器件的話能耗過大。

4 結論

（1）針對（110）織構化摻硼多晶金剛石薄膜的特點，設計了一種新型的“叉指狀”平面型SBD；

（2）采用傳統的微電子器件制作工藝成功實現了基于金剛石薄膜的SBD制作，其中金屬電極寬度和電極間距在一定范圍內均可控；

（3）在較低摻硼濃度時，SBD整流比可達103左右，反向漏電流約為10-10 A量級，但SBD的內阻較大導致正向電流值較小，開啟電壓較大等不足之處。

參考文獻

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[9] 熊鷹，王兵，楚士晉，擇優取向摻硼金剛石（BDD）薄膜的制備及表征，安全與環境科學，出版中。

[10] XIONG Y（熊鷹），WANG B（王兵），LI（代麗）， et al.； Physica Status Solidi A， 2014， 211： 2744-2748.

[11] ZHUANG H， FU H Y， JIANG X， Surface & Coating Technology， 2014， 259： 526-531.

篇10

商務談判調研報告篇01第五組

組長：吳曉平

成員：何艷霞

張 莉

董藍娟

關春燕

張瑞芳

鄭芳麗

頓 丹

郭 露

談判背景資料：

天津半導體工廠欲改造其生產線，需要采購設備、備件和技術。適合該廠的供應商在美國，日本各地均可找到兩家以上。正在此時，香港某生產商的推銷人員去天津訪問，找到該廠采購人員表示可以為該廠提供所需的設備和技術。由于香港客商講中文，又是華人，很快關系就熟悉了。工廠表示了采購意向，但由于香港生產商的知名度較低，天津半導體工廠對其產品一直存有疑慮，于是答應安排一次談判，對相關事宜進行商談。我們第五組在主談人員吳曉平的帶領下，與第六組即香港供應商進行談判。下面是我們在與其談判前做的調查工作： 公司企業背景資料：

天津中環半導體股份有限公司是一家集科研、生產、經營、創投于一體的國有控股高新技術企業，擁有獨特的半導體材料-節能型半導體器件和新能源材料-新能源器件雙產業鏈。該公司是在深圳證券交易所上市的公眾公司，股票代碼002129。注冊資本482,829,608元，總資產達20.51 億。年銷售額超過2億元,產品行銷全國并遠銷海外18個國家和地區。高壓硅堆產銷量居世界第1位，國際市場占有率達到43%，國內市場占有率達到57%。微波爐用高壓硅堆國際市場占有率達到55%。 在單晶硅材料領域，形成了以直拉硅棒、區熔硅棒、直拉硅片、區熔硅片為主的四大產品系列，是中國硅單晶品種最齊全的廠家之一, 區

熔硅單晶的國內市場占有率在65%以上，產量和市場占有率已連續5年居國內同行業首位，產銷規模居世界第三位 ， 公司現有專利技術15項，專有技術200多項，形成了一系列自主知識產權。公司致力于半導體節能和新能源產業，是一家集半導體材料-新能源材料和節能型半導體器件-新能源器件科研、生產、經營、創投于一體的國有控股企業，擁有全球獨特的雙產業鏈，是天津市高新技術企業，擁有1個博士后科研工作站、2家省部級研發中心。 且憑借獨特的產業鏈優勢、持續不斷的技術創新能力和友好的商業界面，進一步完善以節能型產品和新能源產品為導向的產業格局，為股東、合作伙伴、員工創造最大價值，實現企業、社會、環境的可持續發展。

、市場環境調研：

自20xx年天津濱海新區納入國家xx規劃和國家發展戰略，并批準濱海新區為國家綜合配套改革試驗區，天津的經濟重新展現出活力，并被譽為中國經濟第三增長極20xx年3月22日國務院常務會議，將天津完整定位為國際港口城市、北方經濟中心、生態城市 ，從此京津之間的北方經濟中心之爭，終于落下帷幕。20xx年起，開始落戶天津舉辦，匯聚了數千全球政界、商界和學界精英人士參與討論世界經濟議題，而夏季達沃斯論壇的永久會址位于建設中的北塘國際會議中心。截至20xx年，世界500強跨國公司已有150家在天津落地生根，投資項目共396個，合同外資額達81億美元。[10] 中國社會科學院在

二、市場需求調研：

由于城鎮居民收入水平大幅提高，居民消費水平也顯著提高。20xx年天津市人均消費支出11,141元，比20xx年增長了57.5%。城鎮居民的消費結構正在向享受型和發展型轉變，故人們的消費觀念也會隨之提高，對高檔品的需求會越來越高，所以該產品市場需求空間很大。

三、市場競爭狀況：

公司單晶硅品種齊全，其中區熔系列單晶硅產品產銷規模全球排名第三、國內市場份額超過70%，產量和市場占有率已連續多年居國內同行業首位;直拉單晶及硅片技術和產銷規模方面居國內前列;拋光片產業采用國際一流的新技術、新工藝流程，獨立開發具有自主知識產權的大直徑硅拋光片生產技術，研發和產業化水平處于國內領先位置;太陽能硅材料產業經過產業化生產驗證，與國內同行業相比單位兆瓦直拉晶體生長投資下降了33%以上，生產效率提高了60%以上，生產成本降低了25%以上;半導體整流器件產業經過多年技術創新的積淀，掌握了從芯片到封裝的全套核心技術;節能型半導體功率器件產業在凈化間設計、動力配套、裝備水平、產品品種、產品技術方面均處于國內同行業領先水平。所以該公司潛力很大，能為它提供設備和技術的供應商有很多。如：1)羅姆(ROHM)半導體集團是全球著名半導體廠商之一，創立于1958年，是總部位于日本京都市的跨國集團公司。品質第一是羅姆的一貫方針。我們始終將產品質量放在第一位。歷經半個多世紀的發展，羅姆的生產、銷售、研發網絡遍及世界各地。產

品涉及多個領域，其中包括IC、分立半導體、光學半導體、被動元件以及模塊產品。在世界電子行業中，羅姆的眾多高品質產品得到了市場的許可和贊許，成為系統IC和最新半導體技術方面首屈一指的主導企業。羅姆十分重視中國市場，已陸續在全國設立多家代表機構，在大連和天津先后開設工廠，并在上海和深圳設立技術中心和品質保證中心提供技術和品質支持。在天津進行晶體管、二極管、LED、半導體激光、LED顯示器的生產、在大連進行電源模塊、熱敏打印頭、多線傳感頭、光電模塊的生產，作為羅姆半導體集團的主力生產基地，源源不斷地向中國國內外提供高品質產品。 2)美國國家半導體公司(National Semiconductor)簡稱國半或者國家半導體，成立于1959年，是著名的模擬和混合信號半導體制造商，也是半導體工業的先驅。公司總部設在美國加州。國半公司致力于利用一流的模擬和數字技術為信息時代創造高集成度的解決方案。它的生產網點遍布全球，在美國德克薩斯州、緬因州和蘇格蘭建有晶片制造廠，在馬來西亞和新加坡建有檢驗中心和裝配廠。美國國家半導體是先進的模擬技術供應商，一直致力促進信息時代的技術發展。該公司將現實世界的模擬技術與先進的數字技術結合一起，并利用這些集成技術致力開發各種模擬半導體產品，其中包括電源管理、圖像處理、顯示驅動器、音頻系統、放大器及數據轉換等方面的獨立式設備及子系統。該公司主要以無線產品、顯示器、個人計算機與網絡，及各種不同的便攜式產品為市場目標。NS(美國國家半導體公司)是推動信息時展的領先模擬技術公司。國半將真實世界的模擬技術和完美工藝的數字技術相結合，專注基于模擬技術的半導體產品，包括電源管理、圖像技術、顯示驅動器、音頻、放大器和數據轉換等領域的獨立元件和子系統。國半關鍵的目標市場包括無線應用、顯示器、PC、網絡和各種便攜式應用。 3)天津市環歐半導體材料技術有限公司是從事半導體材料硅單晶、硅片的生產企業。擁有40余年的生產歷史和專業經驗，形成了以直拉硅單晶、區熔硅單晶、直拉硅片、區熔硅片為主的四大產品系列，是中國硅單晶品種最齊全的廠家之一。

四、企業內部環境：

公司試驗室具有SEM顯微鏡分析、X射線、SRP測試等高端分析設備和HTRB、PCT、熱電阻等可靠性試驗設備，能夠滿足半導體產品的大部分可靠性測試試驗。公司還擁有版圖設計、工藝與器件仿真等軟件平臺，可以提高新品開發的效率。功率器件事業部與國內外多家原材料供應商、光刻版制造公司、設計公司、封裝/測試公司、設備制造商，等建立了長期的戰略合作關系，可以為產品研發進行新產品的試作、量產等提供豐富的資源和強有力的支持，大大縮短研發流片周期，提高研發效率;

公司的高壓硅堆優勢明顯：1)CRT電視機及顯示器市場，公司市場占有率為60%，其余市場主要被日本富士電機公司、日本三肯公司、日本日立公司和江蘇皋鑫電子有限公司等公司占據，在該領域公司在技術和市場方面具有絕對優勢;

2)微波爐市場，公司占據了43%的市場份額;3)在CRT電視機、顯示器以外的市場，日本公司具有傳統形成的市場優勢。國內主要同行廠家有：江蘇如皋皋鑫電子有限公司、樂山無線電股份有限公司、重慶平洋電子有限公司、鞍山市電子電力公司。而公司20xx年的年銷量達到7.3億支，超過以上四個同行廠家年銷量總和的一倍以上，規模優勢明顯。

單晶硅及硅片：公司與同行業競爭的優勢主要表現在以下幾個方面：1)多

晶硅供應有保障、區熔單晶硅具備全球意義的強大綜合競爭力;2)直拉單晶硅具備國內意義的較強競爭力;3)擁有具有重大商業價值的專利及專有技術;5)產品品種齊全。公司與同行業競爭的劣勢主要表現在產業規模小和資金投入少。

原料優勢：從20xx年公司存貨中的原材料情況看，主要為多晶硅、硅片和單晶硅棒，三項合計3879.49萬元，占原材料總額的77.18%。多晶硅、單晶硅、硅片是公司生產的重要原材料。近年來，硅材料市場價格上漲，供不應求，擁硅為王已成業內共識，自20xx年初，公司開始增加硅儲備。這是公司的一大明顯優勢，但是也是一個短期優勢。

但是面對嚴峻的市場競爭狀況，該公司仍然面臨巨大的挑戰，需要居安思危，具備憂患意識才能勝出。

五、談判對象：

香港隆通設備有限公司，該公司剛成立不久，雖然可以提供我方所需的設備被和技術，但是知名度較低，公司的信譽和產品的質量都有待調查和研究。香港隆通有限公司的優勢是發展迅速，有很大的發展前景。

商務談判調研報告篇02：談判實習報告本次的商務談判實習，使我受益良多。首先就是讓我明白了一個團隊的重要性，個人的發展離不開團隊。其次，通過商務談判實習，使我對談判有了更深刻的理解，這也為以后打下了良好的基礎。最后，通過對商務談判的實習也更加磨練了自我，增加了個人經歷和閱歷，學會了如何與團隊合作與分享。

我在此次談判中所扮演的角色是河南第一建筑集團有限責任工程的技術總監。技術總監一般負責一個企業的技術管理體系的建設和維護，制定技術標準和相關流程，能夠帶領和激勵自己的團隊完成公司賦予的任務，實現公司的技術管理和支撐目標，為公司創造價值!一個好的技術總監不僅要自身具有很強的技術管理能力，同時，也要有很強的技術體系建設和團隊管理的能力，要對企業所在行業具有深入理解，對行業技術發展趨勢和管理現狀具有準確的判斷。 同時作為一個技術總監，我認為不僅要對本公司的產品感興趣，非常了解，還要博覽其他公司的產品，不斷創新，努力奮斗，為公司作出更大的貢獻。

作為一個技術總監，我在這幾天的實習過程中，通過對各個鋼鐵產品公司的產品與技術的對比，讓我明白了，作為一個技術總監，對公司的產品富有重要責任，一個公司的產品質量必須合格，技術人員必須認真負責，技術的重要性對公司非常重要。同時也讓我明白了，溝通的重要性，一個優秀的技術人員不僅需要過硬的技術，還必須有良好的溝通能力，協調各個部門，才能順利的發展產品，才能更好的研發出更好的產品。

本次談判讓我感觸最深的就是一個團隊的合作精神。我們這個團隊是一群有能力，有信念的人在特定在商務談判的團隊中，為了一個 共同的目標相互支持合作奮斗的。我們的團隊可以調動團隊成員的所有資源和才智，并且會自動地驅除所有不和諧現象。我們這個團隊大家經過努力迸發出強大的力量。我們談判組的總經

理，財務總監，采購部部長，總經理助理，法律顧問和技術總監，大家這個團隊努力合作，各有分工，且分工明確，通過大家不懈的努力，通過資料不斷的匯總，然后大家在一起不斷的修改，再努力，技術分析報告，采購策劃書，合同等資料相互總結，最終形成了一份完美的談判策劃書。

我們這個團隊充分發揚了團隊精神，通過實習讓我明白了團隊精神的意義和重要性，在一個組織或部門之中，團隊合作精神顯得尤為重要，在一個組織之中，很多時候，合作的成員不是我們能選擇得了的，所以，很可能出現組內成員各方面能力參差不齊的情況，如果作為一個領導者，此時就需要很好的凝聚能力，能夠把大多數組員各方面的特性凝聚起來，同時也要求領導者要有很好地與不同的人相處與溝通的能力。要加強與他人的合作，首先就必須保證集體成員是忠誠的，有責任心的，有意志力的，而且，還要有著對于自身團隊的榮譽感，使命感。必須信任團隊的所有成員，彼此之間要開誠布公，互相交心，做到心心相印，毫無保留;要與團隊的每一個成員緊密合作，直到整個團體都能緊密合作為止;分析每一個成員完成工作的動機，分析他們的能力，針對我們每個人的問題，集思廣議，多聽聽大家的建議，同時，我們相互談論，談判工作上工作上對大家有一定要求，做好團隊成員之間的溝通和協調工作，使整個團隊像一臺機器一樣，有條不紊地和諧運轉。

所以，學會與他人合作，發揮團隊精神在具體生活中的運用，可以使我們團隊收到事半功倍的效果，使我們的談判工作更加良好地向前發展。也為談判做了更好的準備。