光電子器件范文

導語：如何才能寫好一篇光電子器件，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：光子晶體；硅基光電子學；集成光回路

中圖分類號：TN256 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）08-0230-01

1 光子晶體

光子在傳播時，遇到周期排布的介電常數材料，將會產生布拉格散射，因而會產生光子能帶與帶隙，使光子晶體具有光半導體的性質[1-2]。目前來說，我們主要靠對于缺陷的引入來實現對光子的局域化控制。缺陷有兩種基本形式：線缺陷和點缺陷。當引入線缺陷時，對于處在光子晶體禁帶能量的光子，它不能逃逸進入周圍的光子晶體當中，因而只能沿著線缺陷的確定路徑傳播。光子晶體波導對于光的傳輸性能強過傳統的波導物質，例如光纖。光纖依靠全反射作用來實現光的傳輸，但在較大轉彎角處由于不再滿足全反射條件而會有光子逃逸。在微納尺度上使用光子晶體波導的傳輸效率更高。光子晶體憑借它的特點，被廣泛研究。例如一些應用于各個不同的光頻段，有的看重更低的損耗、小限制的傳播窗口，還有一些則具有特殊用途（減緩光速）。

自從光子晶體的概念被提出以來，它就和它的蘊含的巨大應用價值聯系在一起。[3]它那特有光子帶隙能夠抑制物質的自發輻射，而這可以用于制作全反射鏡。另外，我們在其中引入缺陷，可以制成缺陷模，而缺陷模可以用制作微腔、波導、光開關、甚至人們熟知的激光器和探測器等等。總之，集成光電子學是光子晶體主要的活躍范圍，但是同時光子晶體在其他各個方面也有著重要的應用價值，它可以提高現今不斷走進我們日常生活的發光二極管的工作效率。

2 硅基光電子學

由于硅基半導體集成電路在生產規模和成本方面具有明顯的優勢， 所以現階段人們嘗試用硅作為制作納米級電子器件的主要材料，來縮減在Ⅲ-Ⅴ族元素中尋找材料制作具有相同目的的微納光電子器件的成本，現階段人們憑借已知的硅在1.3～1.5μm通信波段具有的低功耗的優勢，并以此為基礎，已經成功生產出大量的硅基微納光電子器件，就比如說此類的耦合器、光波導器件等。雖然說現階段硅基微納光電子器件已經具有相當明顯的優勢，但為了它在具體應用的過程中保證夠達到預期的應用效果，我們需要對其部分性能進行有效的優化。只要硅基微納光電子器件在性能方面能夠不斷地優化、我們的技術能夠不斷完善，它的應用空間就會得到擴展。

在對硅光晶體的研究中，我們已經看到：在硅基材料中引入光子晶體可以明顯的提高它的發光效率。憑借這我們可以預見：隨著新型硅基高效發光材料研究的不斷深入，新型制備技術如電注入泵浦方法的突破和光子晶體物理性質研究的深入，以及對于高效硅基材料的發光特性使用光子晶體的局域光效應加以控制，就很有可能提高硅基材料的l光增益，以此實現擁有低閾值的硅基激光器制備，進而可以在微電子芯片中利用光子替代電子作為載體來實現光耦合互聯，消除電子傳播發熱的劣勢，這樣就可以突破電子瓶頸效應。[4]

3 集成光回路

和普通的信息處理相似，信息處理“全光子化”，就是指利用光來進行信息傳遞。它的概念包涵了光信號的發出、它的調節、對光信號的接收、對于信號的處理、信號的返回的整個過程。作為光信號的來源的有源發光器以光子晶體為基礎，光信號又受到光子晶體制成的光開關調節和制約。光子晶體波導還能實現對于信號的傳輸與分流的作用，根據第二節提到線缺陷波導的傳輸優勢，能夠實現高效率低損耗，每個分路又要經波分復用器件下載，各個分路中的光信號在各自受到新的調制后，重新匯聚到干路， 回到接收裝置。因為每一部分的各個部件在所用材料與大小上近乎一致，我們知道，傳統光學器件的大小在厘米尺寸，微小的加工誤差都會導致其工作頻率的較大改變，因而產生光模式不匹配的問題，都會有較大的功率損耗，微型化的光子器件能避免這一問題。同時相同材質大小統一也方便光路一體化的實現。再加之與日益成熟的制備技術相適應，將會為全光路信息傳遞集成化鋪就道路。

4 問題分析與展望

二十多年過去了，經過這些年的發展，光子晶體理論已經不斷發展完善，我們也已經在其原理、設計取得了不斷進步。二維光子晶體的制備相對容易，已有諸如反應離子刻蝕和深紫外曝光等成熟技術。相對來說，對于集成光路更重要的三維光子晶體制備技術目前還不成熟，已有一些方法但還不能大規模集成化應用，因此是關鍵發展方向。但是現有制備技術還是不完美，仍然有許多難題、核心關鍵有待克服。例如，二維晶體中的誤差控制，由于我們使用的光子頻率都在納米量級，晶體中幾何上的微小誤差都會導致對調制頻率的影響，進而影響發射接收以及模式匹配。而我們需要將制備技術的精度提升到亞納米量級，才可以制備出高Q值的微腔，我們需要這樣一個可行的、簡便的方法。隨著光子晶體各種特殊現象、性質在被不斷發現，一些新的研究方向隨之提出，或許一些新的性質會隨著人們對于光子晶體的不斷發掘而被發現。

在硅基有源器件方面：我們仍對于滿足電泵浦、通信波段、產品化的硅基光源探尋不深，其中就包括擁有低閾值特性的III-V鍵合光源，十分穩定的、使用低電壓驅動的鍺激光器，還有以Er離子為基礎的電泵硅激光器；我們仍需在調制器上努力以滿足需求。鍺探測器的暗電流制約其發展，為能夠大規模量產，需新技術降低暗電流。

在硅基無源器件方面：問題之一就是硅基波導材料實現低損耗需要特殊工藝處理，因而無法實現大規模電路集成；其二為實現光柵的高耦合效率需要增加反射層，使得工藝更為復雜；這些器件的加工工藝急需簡化，使其能用標準的CMOS工藝制備。在硅基光電集成方面：怎樣將光纖和波導高效耦合是一個難題；因為硅基光電子器件的多樣性，所以需要化為統一標準。另外加工平臺成本較高。此外，硅的高熱光系數使得其光學性能受溫度影響，這一點是器件設計上的難題。封裝也不容忽視。因此，為了硅基光電子集成投入量產，我們需要在材料、工藝、設計等方面進行研究。

展望未來它將幫助我們實現高速、低能耗的探測器設計；擁有低損耗的硅基激光器；十分高效的硅基光電子集成；高計算速率的光電接口；大能夠投入量產的大規模集成設備。

5 結語

在科學研究興盛的當下，人們對于生產生活的需要往往能帶動一種新的科學技術的出現與發展，沒有人們需求的推動新的學說只是空想。新興生產技術的完善與發展也是需要科研工作者們堅持不懈的探索與嘗試。光子晶體獨特的性質備受關注，全世界的科研人員都對它抱有濃厚興趣，最初的概念現今已經拿出了實體成果，我們可以看出對于它的研究人們走過的路程。在光子晶體的實用方面，我們以降低制作難度，減小制作成本，降低不確定性與不穩定性為目標，這也是為實現光學集成所必須做出的雖然這里仍有許多難題等待突破，但是我們仍在為之奮斗。

參考文獻

[1]彭英才，Seiichi Miyazaki，徐駿，陳坤基.面向21世紀的Si基光子學Chinese Journal of Nature.

[2]倪培根.光子晶體制備技術和應用研究進展.物理學報，第59卷第1期2010（1）.

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關鍵詞：自由空間光通訊；激光器；光電探測器；光學濾波器

中圖分類號：TN929.11

自由空間的光通信技術是一種以激光為主要的信息載體的通信技術，按不同的傳輸介質可以分為大氣激光和星際激光通信。而且由于自由空間光擁有速率高和頻帶以及安裝方便，還有一定的高度保密性等的特點，近年來已經受到了人們的重視，得到了很好的發展。大氣激光通信因為受到大氣的信道和不良環境的影響，所以一般只能是作為短距離間的通信和應急的通信手段，因為宇宙空間是在真空的狀態下的，所以激光束在這個空間是受不到任何的干擾的，所以星際的激光通信就越來越受到人們的關注，許多的國家都開始在加大對星際激光通信的研究，也取得了許多好的成果。由于通信技術的不斷的發展，保密通信也開始運用到現代化的戰爭中，以前的有線和無線技術的保密性都夠強，容易泄露軍事機密，而自由空間的光通信是一種保密性嫉妒強的通訊技術。本文主要就是分析自由空間光通信技術中的主要的光電器件的現狀。

1 自由空間光通信系統中的激光器

自由空間光通信系統中的激光器的作用就是產生激光信號并且形成一道光束發射到空中，激光器是整自由空間光通信系統中關鍵性的器件，自由空間光通信系統中的激光器的好壞會直接的影響到通信的可以達到的最遠距離，還會對通信的質量造成很大的影響，對于整個通信系統的整體的性能也有較大的影響，所以選擇好的激光器是十分的重要的。一般對于激光器的要求首先就是要有良好的輸出功率，而發射出的波長要與傳輸的介質的低耗能區相配，其次發射的頻率必須性對穩定，調節與設置比較的方便，有比較大的調制速率，最后就是體積一定要輕，重量要比較輕，耗電量要最少，使用壽命要長，運行的效率要高，還要方便集成和保養維護。當下在光通信中的最常見的激光器是CO2激光器和半導體的激光器等。

1.1 CO2激光器

CO2激光器是一種輝光放電混合體性質的激光器，它的激光輻射不僅僅是可以很好的透過大氣傳進行遠距離的輸送，它光束的相干性也十分的好。CO2激光器發射光的頻率十分的穩定，還可以實現單模式的運行，它可以進行連續不斷的輻射，還可以進行脈沖式的輻射。CO2激光器因為對能量有良好的轉換效率，而且發射出的光束的質量好，運行的功率大，又可以連續的輸出以及脈沖式的輸出，運行所需的費用也比較的低，所以成為用途最廣泛的一種激光器。伴隨著對CO2激光器的不斷研發，新的技術也開始運用到其中，將會研發出體積更小和功率更強以及光束質量更好的不同類型的CO2激光器。

1.2 半導體激光器

已有的半導體的激光工作物質有幾十種，而且對其的研究也已經十分的成熟，比如砷化鎵和摻鋁砷化鎵等。和其他的不同種類的激光器相比，這種半導體式的激光器是經由電子―光子的轉換器，所以它的轉換效率是極高的，而且半導體式的激光器可以覆蓋的波段的范圍也是十分的廣泛的[1]。利用不同的半導體有源材料和多遠化合物半導體不同的組分，可以得到更廣的激光輻射波長，所以可以滿足不同的需求。隨著半導體激光器輻射的波長的不斷的增大，半導體的使用的壽命也會增長許多，最長的使用壽命可以達到106個小時，因為半導體激光的體積和重量都很小，所以整個的半導體的激光器的制作工藝是可以和半導體的電子器件與集成電路的生產工藝進行結合的，這就給其他的器件實現單片光電子集成提供了很大的便利性。最近這幾年隨著對超晶格技術和器件結構研究的不斷成熟，半導體激光器可以連續輸出的功率增加到了120瓦，目前半導體激光器因為體積和重量小，還有對電光裝換的效率極其的高，使用的壽命也長并且比較容易調節控制等一系列的優點已經成為了激光大氣通信的首先激光器。半導體式的激光器有一個明顯的缺點就是容易受到環境溫度的影響。

2 自由空間光通信系統中的光電探測器

光電探測器是激光通信系統中的核心的部件，它是利用干光信號進行接收與轉換的，一般對光通信系統候中光電探測器的要求就是能夠對所有的光波有高度的敏感度，要與光源進行發射的譜線相匹配，而且要有足夠的頻帶寬度可以滿足接收的光信號的帶寬，在對信號接收的整個的過程中，接受的信號中所夾雜的噪聲要小，而且對于外界的環境的敏感度不可以太高，也就是在外界的環境有所改變時還是要保持一定的穩定性。

Si光電二極管是光伏探測器的一種，光伏探測器在對比較微弱的快速的光信號探測方面有很好的效果，而且伴隨著光電技術的不斷的發展，光信號在探測的靈敏度與頻率等方面都有很好的提高，Si光電二極管擁有效率高和噪聲小以及反映快等優點，而且它的耗電量少并且體積小壽命長，結構也十分的簡單，使用起來也很方便。雖然它的光―電轉換的速度緩慢以及探測是進行調制的頻率也比較的低，但是還是利大于弊的。

3 自由空間光通信中的光學濾波器

自由空間中光通信中的光學濾波器可以對光源發出的光場進行接收時，可以最大限度的減少噪聲。在光電通信系統中，對光學濾波器的要求有，首先是要有良好的波長，還要與激光器相適應。由于激光器的波長會隨著溫度的變化而改變，在對溫度沒有進行控制的情況下，如果外界的環境發生較大的改變，那么就會影響到激光器的波長產生改變，最終會影響對信號的有效接收。

干涉濾波器主要是運用反射的波之間的相互延長與抵消來提供選擇性的濾波，這種光學濾波器可以設計成在某些波長的內部反射中，而且在波長上還可以進行相互的抵消，這種干涉濾波器可以被設計成很多的不同種類的多層的介質濾波器，經過適當的對折射率的安排，可以從襯底上反射的場所需要的波長進行一定程度的波長加強。一般的帶有尖銳的干涉濾波器只是會沿著準直軸進入到濾波器的聚光的設計中，一般適度的相移都是經過材料的不同的厚度來維持的[2]。

在空間的激光通信的過程中，有許多的隨機和持續性的干擾，一些太陽的輻射在進行通訊的過程中就會利用星際和其他的散射體的散射在進入接受天線的過程中，就會造成很強的噪音。在整個的通信過程中，因為光通信信道已經建立了，所以使得通信激光的額發散角變小。在這種情況下，只有通過空間的濾波，才可以使得少量的背景光可以進入到接收機內，而且進入到接收機內的通信激光是比較的強的。所以在通信機中運用納米寬帶的干涉濾光器能夠很好的消除背景光的干擾。

4 結束語

通過對自由空間光通信中光電子器件的現狀的分析，可以看出目前在光通信中經常使用的激光器是CO2激光器，它是達到遠距離的通信效果的首先設備。半導體的激光器因為其在方向性和相干性等方面比較的弱，所以是近距離之間的通信光源的首先。光電探測器是整個激光通信系統的核心部件，Si光電二極管因為光電轉換速度較慢和探測調制頻率較低等缺陷，所以比較的適應與小容量的光通信系統中。干涉濾光器是空間通信中十分常見的一種濾波器，它可以有效的減少背景光的干擾，可以很高的對準系統，可以接受的信號的噪比十分的高。自由空間光通信技術在將來會成為一種十分有效的通信手段。

參考文獻：

[1]黃德修，劉雪峰.半導體激光器及其應用[M].北京：國防工業出版社，2009.

[2]楊祥林.光纖通信系統[M].北京：國防工業出版社，2010.

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論文摘要：光電子器件和部件廣泛應用于長距離大容量光纖通信、光存儲、光顯示、光互聯、光信息處理、激光加工、激光醫療和軍事武器裝備，預期還會在未來的光計算中發揮重要作用。本文將介紹國內外光電子技術及光電子產業的發展。

如果說微電子技術推動了以計算機、因特網、光纖通信等為代表的信息技術的高速發展，改變了人們的生活方式，使得知識經濟初見端倪，那么隨著信息技術的發展，大容量光纖通信網絡的建設，光電子技術將起到越來越重要的作用。美國商務部指出：“90年代，全世界的光子產業以比微電子產業高得多的速度發展，誰在光電子產業方面取得主動權，誰就將在21世紀的尖端科技較量中奪魁”。日本《呼聲》月刊也有類似的評論：“21世紀具有代表意義的主導產業，第一是光電子產業，第二是信息通信產業，第三是健康和福利產業……”，可以斷言，光電子技術將繼微電子技術之后再次推動人類科學技術的革命。

1世界光電子技術和產業的發展

光纖通信技術的發展速度遠遠超過當初人們的預料，光纖已經成為通信網的重要傳輸媒介，現在世界上大約有60%的通信業務經光纖傳輸，到20世紀末將達到85%，但從目前光纖通信的整體水平來看，仍處于初級階段，光纖通信的巨大潛力還沒有完全開發出來。目前，各種新技術層出不窮，密集波分復用技術（DWDM，在同一根光纖內傳輸多路不同波長的光信號，以提高單根光纖的傳輸能力）、摻鉺光纖放大器技術（EDFA，可將光信號直接放大，具有輸出功率高、噪聲小，增益帶寬等優點）已取得突破性進展并得到廣泛的應用。現在DWDM系統和光傳輸設備中，光電技術的比例將從過去比重不到10%達到90%。一種全新的、無需進行任何光電變換的光波通信——“全光通信”，由于波分復用技術和摻鉺光纖放大器技術的進展，也日趨成熟，將在橫跨太平洋和大西洋的通信系統上首次使用，給全球的通信業帶來蓬勃生機。為此提供支撐的就是半導體光電子器件和部件。光電子器件和技術已形成一個快速增長的、巨大的光電子產業，對國民經濟的發展起著越來越大的作用。美國光電子產業振興協會估計，到2003年，光電子產業的總產值將達2000億美元。

Internet應用的飛速增長對電信骨干網帶寬提出越來越高的需求，為滿足需求的增長，人們可以鋪設更多的光纖，或靠提高單路光的信息運載量（現在主干網可以分別工作在2.5Gbps和10Gbps，并已有40Gbps的演示性設備）。但更主要的方法卻是靠發展波分復用技術，增加光纖內通光的路數（光波分復用的實驗記錄已經達到2.64Tbps）。波分復用技術的普遍運用為光電子器件和部件提供了廣闊的、快速增長的市場。無限戰略公司的報告指出：“信號傳輸用1.31μm和1.55μm激光器市場1999年達到13億美元，比去年增加23%；1.48μm信號放大用激光器1999年市場份額達到1.6億美元，比去年增加33%；980nm信號放大用激光器銷售額達2.9億美元，比去年增長121%。整個激光器市場的份額1999年達18億美元，預期2003年將達到30億美元”。美國通信工業研究公司（CIR）的研究預測，北美市場光電子部件的市場規模將由目前的28億美元增長到2003年的61億美元，約每年增長18.5%。密集波分復用設備銷售額也將從1998年的22億美元增加到2004年的94億美元。報告稱雖然10年內全光通信還不會全面商業化，但是全光交換將在幾年內成為市場主流，報告也指出盡管光學部件市場被大公司所占據，但仍有創新性公司進入的可能。

2我國的光電子技術和產業

近10年來我國光電子技術研究在國家“863”計劃和有關部門的支持下有了突飛猛進的進展，在很多領域同國外先進國家只有兩三年的距離，個別領域還處于世界領先地位。

國內光電子有關產業基地在光電子器件、部件和子系統（如激光器、探測器、光收發模塊、EDFA、無源光器件）等已經占領了國內較大的市場份額，初步具備同國外大公司競爭的能力，在毫無市場保護的情況下，靠自己的力量爭得了一席之地，市場營銷逐年有較大的增長，個別產品還取得國際市場相關產品中的銷量最大的成績。我國相應研究發展基地和本領域高技術公司的許多產品填補了國內相關產品的空白，打破國外產品在市場上的壟斷地位，同時爭取進入國際市場。

摻鉺光纖放大器（EDFA）是高速大容量光纖通信系統必需的關鍵部件，國內企業產品占國內市場40%的份額。我國也是目前國際上少數幾個有能力研制PIC和OEIC的國家。808nm大功率激光器及其泵浦的固體綠光激光器，670nm紅光激光器已產品化和商品化并批量占領國際市場。國內移動通信的光纖直放站所用的光電器件，90%使用國產器件，國產1.55μmDFB激光器戰勝了國外器件，占領了100%的國內市場。

但是，我們應當認識到在我國光電子技術發展中，光電子器件、部件雖是光通信、光顯示、光存儲等高技術產業的關鍵部分，但在整個系統和設備成本中所占的比重較小，其產值較低，目前科研開發主要處于跟蹤和小批量生產階段，光電子產業所需的規模化、產業化生產技術目前還未有實質突破；國內研究生產的光電器件和部件有相當部分還未能滿足整機和系統的要求，導致國外器件占據國內市場相當多的份額；在機制上仍未擺脫科研、生產、市場相互脫離的狀況。

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筆者認為,光纖通信技術尚有很大的發展空間,今后會有很大的需求和市場。主要是:光纖到家庭FTTH、光交換和集成光電子器件方面會有較大的發展。在此主要討論光纖通信的發展趨勢和市場。

光纖通信的發展趨勢

1、光纖到家庭(FTTH)的發展

FTTH可向用戶提供極豐富的帶寬,所以一直被認為是理想的接入方式,對于實現信息社會有重要作用,還需要大規模推廣和建設。FTTH所需要的光纖可能是現有已敷光纖的2～3倍。過去由于FTTH成本高,缺少寬帶視頻業務和寬帶內容等原因,使FTTH還未能提到日程上來,只有少量的試驗。近來,由于光電子器件的進步,光收發模塊和光纖的價格大大降低;加上寬帶內容有所緩解,都加速了FTTH的實用化進程。

發達國家對FTTH的看法不完全相同:美國AT&T認為FTTH市場較小,在0F62003宣稱:FTTH在20-50年后才有市場。美國運行商Verizon和Sprint比較積極,要在10—12年內采用FTTH改造網絡。日本NTT發展FTTH最早,現在已經有近200萬用戶。目前中國FTTH處于試點階段。

FTTH[遇到的挑戰:現在廣泛采用的ADSL技術提供寬帶業務尚有一定優勢。與FTTH相比:①價格便宜②利用原有銅線網使工程建設簡單③對于目前1Mbps—500kbps影視節目的傳輸可滿足需求。FTTH目前大量推廣受制約。

對于不久的將來要發展的寬帶業務,如:網上教育,網上辦公,會議電視,網上游戲,遠程診療等雙向業務和HDTV高清數字電視,上下行傳輸不對稱的業務,AD8L就難以滿足。尤其是HDTV,經過壓縮,目前其傳輸速率尚需19.2Mbps。正在用H.264技術開發,可壓縮到5～6Mbps。通常認為對QOS有所保證的ADSL的最高傳輸速串是2Mbps,仍難以傳輸HDTV。可以認為HDTV是FTTH的主要推動力。即HDTV業務到來時,非FTTH不可。

FTTH的解決方案:通常有P2P點對點和PON無源光網絡兩大類。

F2P方案一一優點:各用戶獨立傳輸,互不影響,體制變動靈活;可以采用廉價的低速光電子模塊;傳輸距離長。缺點:為了減少用戶直接到局的光纖和管道,需要在用戶區安置1個匯總用戶的有源節點。

PON方案——優點:無源網絡維護簡單;原則上可以節省光電子器件和光纖。缺點:需要采用昂貴的高速光電子模塊;需要采用區分用戶距離不同的電子模塊,以避免各用戶上行信號互相沖突;傳輸距離受PON分比而縮短;各用戶的下行帶寬互相占用,如果用戶帶寬得不到保證時,不單是要網絡擴容,還需要更換PON和更換用戶模塊來解決。(按照目前市場價格,PEP比PON經濟)。

PON有多種,一般有如下幾種:(1)APON:即ATM-PON,適合ATM交換網絡。(2)BPON:即寬帶的PON。(3)OPON:采用通用幀處理的OFP-PON。(4)EPON:采用以太網技術的PON,0EPON是千兆畢以太網的PON。(5)WDM-PON:采用波分復用來區分用戶的PON,由于用戶與波長有關,使維護不便,在FTTH中很少采用。

發達國家發展FTTH的計劃和技術方案,根據各國具體情況有所不同。美國主要采用A-PON,因為ATM交換在美國應用廣泛。日本NTT有一個B-FLETts計劃,采用P2P-MC、B-PON、G-EPON、SCM-PON等多種技術。SCM-PON:是采用副載波調制作為多信道復用的PON。

中國ATM使用遠比STM的SDH少,一般不考慮APON。我們可以考慮的是P2P、GPON和EPON。P2P方案的優缺點前面已經說過,目前比較經濟,使用靈活,傳輸距離遠等;宜采用。而比較GPON和EPON,各有利弊。GPON:采用GFP技術網絡效率高;可以有電話,適合SDH網絡,與IP結合沒有EPON好,但目前GPON技術不很成熟。EPON:與IP結合好,可用戶電話,如用電話需要借助lAD技術。目前,中國的FTTH試點采用EPON比較多。FTTH技術方案的采用,還需要根據用戶的具體情況不同而不同。

近來,無線接入技術發展迅速。可用作WLAN的IEEE802.11g協議,傳輸帶寬可達54Mbps,覆蓋范圍達100米以上,目前已可商用。如果采用無線接入WLAN作用戶的數據傳輸,包括:上下行數據和點播電視VOD的上行數據,對于一般用戶其上行不大,IEEES02.11g是可以滿足的。而采用光纖的FTTH主要是解決HDTV寬帶視頻的下行傳輸,當然在需要時也可包含一些下行數據。這就形成“光纖到家庭+無線接入”(FTTH+無線接入)的家庭網絡。這種家庭網絡,如果采用PON,就特別簡單,因為此PON無上行信號,就不需要測距的電子模塊,成本大大降低,維護簡單。如果,所屬PON的用戶群體,被無線城域網WiMAX(1EEE802.16)覆蓋而可利用,那么可不必建設專用的WLAN。接入網采用無線是趨勢,但無線接入網仍需要密布于用戶臨近的光纖網來支撐,與FTTH相差無幾。FTTH+無線接入是未來的發展趨勢。

2、光交換的發展什么是通信?

實際上可表示為:通信輸+交換。

光纖只是解決傳輸問題,還需要解決光的交換問題。過去,通信網都是由金屬線纜構成的,傳輸的是電子信號,交換是采用電子交換機。現在,通信網除了用戶末端一小段外,都是光纖,傳輸的是光信號。合理的方法應該采用光交換。但目前,由于目前光開關器件不成熟,只能采用的是“光-電-光”方式來解決光網的交換,即把光信號變成電信號,用電子交換后,再變還光信號。顯然是不合理的辦法,是效串不高和不經濟的。正在開發大容量的光開關,以實現光交換網絡,特別是所謂ASON-自動交換光網絡。

通常在光網里傳輸的信息,一般速度都是xGbps的,電子開關不能勝任。一般要在低次群中實現電子交換。而光交換可實現高速XGbDs的交換。當然,也不是說,一切都要用光交換,特別是低速,顆粒小的信號的交換,應采用成熟的電子交換,沒有必要采用不成熟的

大容量的光交換。當前,在數據網中,信號以“包”的形式出現,采用所謂“包交換”。包的顆粒比較小,可采用電子交換。然而,在大量同方向的包匯總后,數量很大時,就應該采用容量大的光交換。

目前,少通道大容量的光交換已有實用。如用于保護、下路和小量通路調度等。一般采用機械光開關、熱光開關來實現。目前,由于這些光開關的體積、功耗和集成度的限制,通路數一般在8—16個。

電子交換一般有“空分”和“時分”方式。在光交換中有“空分”、“時分”和“波長交換”。光纖通信很少采用光時分交換。

光空分交換:一般采用光開關可以把光信號從某一光纖轉到另一光纖。空分的光開關有機械的、半導體的和熱光開關等。近來,采用集成技術,開發出MEM微電機光開關,其體積小到mm。已開發出1296x1296MEM光交換機(Lucent),屬于試驗性質的。

光波長交換:是對各交換對象賦于1個特定的波長。于是,發送某1特定波長就可對某特定對象通信。實現光波長交換的關鍵是需要開發實用化的可變波長的光源,光濾波器和集成的低功耗的可靠的光開關陣列等。已開發出640x640半導體光開關+AWG的空分與波長的相結合的交叉連接試驗系統(corning)。采用光空分和光波分可構成非常靈活的光交換網。日本NTT在Chitose市進行了采用波長路由交換的現場試驗,半徑5公里,共有43個終端節,(試用5個節點),速率為2.5Gbps。

自動交換的光網,稱為ASON,是進一步發展的方向。

3、集成光電子器件的發展

如同電子器件那樣,光電子器件也要走向集成化。雖然不是所有的光電子器件都要集成,但會有相當的一部分是需要而且是可以集成的。目前正在發展的PLC-平面光波導線路,如同一塊印刷電路板,可以把光電子器件組裝于其上,也可以直接集成為一個光電子器件。要實現FTTH也好,ASON也好,都需要有新的、體積小的和廉價的和集成的光電子器件。

日本NTT采用PLO技術研制出16x16熱光開關;1x128熱光開關陣列;用集成和混合集成工藝把32通路的AWG+可變光衰減器+光功率監測集成在一起;8波長每波速串為80Gbps的WDM的復用和去復用分別集成在1塊芯片上,尺寸僅15x7mm,如圖1。NTT采用以上集成器件構成32通路的OADM。其中有些已經商用。近幾年,集成光電子器件有比較大的改進。

中國的集成光電子器件也有一定進展。集成的小通道光開關和屬于PLO技術的AWG有所突破。但與發達國家尚有較大差距。如果我們不迎頭趕上,就會重復如同微電子落后的被動局面。

光纖通信的市場

眾所周知,2000年IT行業泡沫,使光纖通信產業生產規模爆炸性地發展,產品生產過剩。無論是光傳輸設備,光電子器件和光纖的價格都狂跌。特別是光纖,每公里泡沫時期價格為羊1200,現在價格Y100左右1公里,比銅線還便宜。光纖通信的市場何時能恢復?

根據RHK的對北美通信產業投入的統計和預測,如圖2.在2002年是最低谷,相當于倒退4年。現在有所回升,但還不能恢復。按此推測,在2007-2008年才能復元。光纖通信的市場也隨IT市場好轉。這些好轉,在相當大的程度是由FTTH和寬帶數字電視所帶動的。

篇5

關鍵詞半導體；材料；芯片；發展；應用；技術；

中圖分類號：O471 文獻標識碼：A 文章編號：

引言

自然界中的物質，根據其導電性能的差異可劃分為導電性能良好的導體（如銀、銅、鐵等）、幾乎不能導電的絕緣體（如橡膠、陶瓷、塑料等）和半導體（如鍺、硅、砷化鎵等）。半導體是導電能力介于導體和絕緣體之間的一種物質。它的導電能力會隨溫度、光照及摻入雜質的不同而顯著變化，特別是摻雜可以改變半導體的導電能力和導電類型，這是其廣泛應用于制造各種電子元器件和集成電路的基本依據。

一、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。

二、幾種主要半導體材料的發展現狀與趨勢

（一）硅材料

硅材料是半導體中應用廣泛的一類材料，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。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（Smart cut）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。

（二）GaAs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。

（三）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。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Ⅲ－V族超晶格、量子阱材料。我國早在1999年，就研制成功980nm InGaAs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。

（四）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lμ蘭左右，單管室溫連續輸出功率高達3．6～4W。1.5 寬帶隙半導體材料寬帶隙半導體材料主要指的是金剛石，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。

三、半導體材料發展的幾點建議

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求。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。發展超晶格、量子阱和一維、零維半導體微結構材料。

（一）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。

（二）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。

結束語

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

［1］沈能玨,孫同年,余聲明,張臣.現代電子材料技術.信息裝備的基石［M］.北京：國防工業出版社,2002.

［2］靳曉宇.半導體材料的應用與發展研究［J］.大眾商務,2009,(102).

［3］彭杰.淺析幾種半導體材料的應用與發展［J］.硅谷, 2008,(10).

篇6

十三所是國有企業單位。是中國成立最早、規模最大、技術力量雄厚、專業結構配套的綜合性半導體研究所。石家莊十三所、全稱中國電子科技集團公司第十三研究所。現有職工3500多人，其中研究員57人，高級工程師300多人，工程師近千人，碩士、博士240多人。中國電子科技集團公司第十三研究所，位于河北省石家莊市，是我國規模較大、技術力量雄厚、專業結構配套齊全的大型綜合性半導體研究所，專業方向為微電子、光電子、微電子機械系統、光機電微系統和、材料和計量檢測等基礎支撐領域，是國家工學碩士招生培養單位，主要研究光電子技術、軟件工程開發、電氣自動化與智能控制等。

十三所擁有國家級專用集成電路重點實驗室、國家科技部863計劃光電子器件產業化基地和MEMS工藝封裝基地、博士后科研工作站以及十個專業部、研究室，生產線和8個控股的高新技術產業公司，其產品涵蓋半導體材料和電子封裝等、各類半導體分立器件和集成電路以及微波毫米波的模塊組件和小整機。

（來源：文章屋網 ）

篇7

訊：電子商務的迅速發展使國內企業都看中了網上購物這片沃土。隨著電子商務的興起，國內中小企業競相入駐電子商務平臺，眾多品牌紛紛開設自己的B2C電子商務業務，以及在淘寶購物平臺上建立旗艦店。行業內有一些企業高調推出了自己的網絡品牌或者設立了獨立的電子商務部門，進行網絡渠道建設，但是面對競爭激烈的電子商務平臺，網絡推廣方式的轉變成為成功的重要途徑。

首先：網絡作為推廣渠道，給傳統渠道提供新的客戶。比如貝佳斯，服務行業往往不能在網絡上完成交易和消費。很多奢侈品、高價值產品如汽車和房產等，其電子商務的最主要意義就是通過網絡推廣，增加新的客戶。有些客戶可能在網絡上比較了解產品，但還是喜歡通過傳統渠道交易，比如攜程上的很多客戶，往往是喜歡通過電話來訂購機票和旅游產品。有個做保健品的電子商務公司，專門為喜歡在店面交易的老年人開辟了實體店，這些會員在網絡和產品目錄里初步了解產品，然后到實體店購買，其單位租金貢獻的銷售額遠遠大于實體店。

其次:網絡推廣要以作為客戶維護和重復購買的渠道而進行。銷售人員憑借個人關系，店面憑借地理位置，自然會有很高的客戶黏性和回頭客。但是網絡渠道與傳統渠道有本質的不同：“網店之間的距離只有一個鼠標點擊的距離”，客戶的自然回頭率很低。靠新客戶的一次性銷售就賺錢，這個時代已經過去，客戶關系維護和重復銷售是電子商務盈利的基礎。很多知名的電子商務公司的重復購買，其實是靠低價和增加產品在支撐。對于傳統企業，除非你的目的是找風投，做投機，否則靠犧牲利潤來實現重購的模式，資金鏈斷裂是遲早的事情。網絡研究中心稱:網絡的互動性、即時性、多樣性，使其成為客戶聯系的成本最低、效率最高的渠道。如電子郵件、博客、MSN、論壇、視頻、SNS都可以成為提高客戶黏性的有力工具，但是遺憾的是，絕大多數的傳統企業僅僅把網絡營銷應用在前端的推廣和新客戶的開發上，而不會使用這些工具來維護客戶關系，實現低成本的重購。當然，對于高附加值的產品，如高檔化妝品、服裝等，僅僅靠一般的搜索引擎營銷、電子郵件群發等，不可能有效地提高客戶的重復購買，還是要與其他傳統渠道配合，如線下的活動、電話營銷、目錄等。

開發網絡銷售，不是在傳統渠道上做加法，而是做乘法。你可以僅僅利用網絡作為新的推廣渠道、成交渠道，或者重購渠道。電子商務營銷專家黃相如指出：不要孤立地開展網絡銷售，一定要與你已經成熟的渠道結合，并巧妙地利用直復營銷的渠道，如電話、直郵、電郵和數據庫營銷等將電子商務的商業價值最大化。最近有個朋友搞了一個汽車配件商城，在網上賣各種汽車配件，推廣、銷售和服務全部在網絡上完成，但是客戶買完后，還要自己抱著輪胎找維修點安裝。而另外一個做同樣業務的朋友所采用的模式卻完全不同，他主要利用網絡實現配件的銷售和收款，通過傳統的汽車維修點完成安裝與服務，配件直接發貨到指定的維修點，通過電話實現整個服務過程，推廣也是網絡與車主數據庫營銷結合起來。這家電子商務公司，雖然規模不到，但一直盈利，銷售和客戶穩健增長。（來源：美妝新聞）

篇8

[關鍵詞]比較法； 光電子學； 教學； 雙語課程

中圖分類號：H319 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）02-0001-02

概述

《Optoelectronics》課程是光電信息科學與工程等專業一門重要的專業基礎課程，主要講述光的產生、光的探測、光的調制的基本原理。在高校專業課程教學中，為了讓學生接觸到本專業的一些前沿知識和最新研究進展，同時也是為了提高學生閱讀外文科技書籍和資料的能力，課程采用外文原版教材和中英文參考書[1-3]，使用雙語教學，學生剛接觸該課程時出現畏難情緒，缺乏興趣和主動性。為調動學生學習的積極性，提高教學效率和效果，在教學中應用比較法，不僅使學生在前修課程或本課程前面章節已學的知識點得到鞏固和深化，而且使新知識點的教學事半功倍。

比較法的應用

比較法能夠開拓學生的思維空間，在分析鑒別中把握知識的重點，較正確地把握概念、原理、結構、計算方法之間的聯系與區別。將比較法如何運用于教學中呢？比較法教學，就是把內容或形式上有聯系的知識點進行對比、分析，指出其相同點、不同點的教學方法[4]。其主要方法：

（一）求同比較。就是將相同的知識，或性質相似的知識點放在一起加以比較。這樣通過相同點的比較，學生把握兩組或多組知識點的內涵，能夠使理解深入并真正掌握。

（二）求異比較。事物之間存在差異，這是極普遍的現象。在教學實踐中，求異比較是啟發學生盡量多地尋找出不同點，通過兩組或多組知識點間差異的比較，抓住其本質區別，激發學生拓寬對知識點的理解的廣度，并可使學生獲得更新的結構、性能的設計思路。

高校教學中，在前修課程的基礎上，通過專業基礎課的學習，為后面的專業課程打下牢固的基礎。《Optoelectronics》著重于與光通信技術相關的光電子器件，知識點教學主要分為概念、原理、結構和特性參量的教學。

一、比較法用于關鍵概念的教學

《Optoelectronics》雙語課程中新概念多，仔細歸類，發現可作比較的概念不少，如：帶間躍遷和帶內躍遷、損耗和增益等。在關鍵概念的教學中，引導學生與前修課程或本課程前面已學的相關概念進行比較，或者直接將兩個并列的概念同時引入，比較其異同點。

如圖1的PPT所示，在1.6節引入帶內躍遷（Intraband transitions）時，與前面已學的1.4節中的帶間躍遷通過示意圖、條件、躍遷前后狀態的變化以及各自應用進行比較，學生不僅很快理解了“帶內躍遷”新概念，而且對“帶間躍遷”掌握得更深刻。

自發輻射和受激輻射是4.2節中同時引入的概念，教學中：

先給出定義。在熱平衡下，如果在半導體的導帶與價帶中分別有一定數量的電子與空穴，導帶中電子以一定的幾率與價帶中空穴復合并以光子形式放出復合所產生的能量的過程稱為自發發射躍遷；導帶電子與價帶空穴復合過程在適當能量的光子激勵下進行的，由復合產生的光子與激發該過程的光子有完全相同的特性（包括頻率、相位和傳播方向等），這種躍遷過程稱為受激發射。

再進行求同比較和求異比較。相同點如圖2所示，兩種過程前后的狀態變化都是導帶電子與價帶空穴復合發出光子。不同點主要是條件不同，一個是自發的，一個必須有光子激勵且光子能量等于禁帶寬度；發出的光子的特性不同，自發輻射發出的光子是非相干的，對應半導體發光二極管（LED）的工作原理；受激輻射發出的光子是全同光子，是相干光，對應

半導體激光器（LD）、半導體光放大器（SOA）的工作原理。

通過這樣的教學步驟，學生易于理解并在比較中牢固掌握概念，在后續器件原理的學習中，能夠熟練應用概念，結合器件結構易于理解工作原理。

二、比較法用于基本原理的教學

基本原理是各課程的重點和基礎。在《Optoelectronics》雙語課程中，主要是各種器件的工作原理，如檢測器原理與光源原理；各種工作模式的原理，如小信號調制、大信號調制和脈碼調制。

《Optoelectronics》雙語課程的第二章主要闡述了光電檢測器――PIN和雪崩二極管（APD），第三章的重點是LED，第四章著重于LD的靜態。那么在第四章教學的開始，如圖3所示，將課程中光電子器件的兩大類――檢測器（PIN、APD）和光源（LED、LD）從整體上進行比較。首先找出共同點，無論檢測器還是光源都是換能器（Transmitter），只不過檢測器是將光能轉換成電能，而光源是將電能轉換成光能，這樣的相同之處就可以引導學生學習第四章時類比前兩章的方法。然后找不同點，主要是結構和偏置狀態不同，檢測器反向偏置，光源正向偏置，這樣就可歸結于前修課程中的不同偏置下的半導體PN結的工作原理，所以第四章中的很多公式的推導和分析只要抓住結構和偏置的不同，借鑒已有的知識和方法，難點就迎刃而解了。

類似的原理用比較法講解，也起到了很好的效果，如圖4所示，在5.2節引入LD的三種直接調制方式的原理時，通過三種調制方式輸入輸出波形的比較，讓學生直觀明了地理解了這三種調制方式，學生當堂能自己作分析比較：小信號調制和脈碼調制本質上屬于一類，輸入脈沖信號都在閾值之上，所不同的僅在于輸入信號在閾值之上的調制幅度的大小；大信號調制，并不是輸入信號大，而是指輸入信號在閾值的上下變化，因此響應速度是最慢的。

三、比較法用于核心器件結構的教學

前面已提到課程中涉及的光電子器件主要是檢測器PIN、APD和光源LED、LD，差別主要在于結構，所以本課程中引入新結構的時候，一般都會與前面同一類型的結構進行比較，如PIN和APD、面發射和邊發射LED、增益導引型和折射率導引型LD等。

在2.7節引入APD的典型結構時，與2.6節的PIN的結構比較，如圖5所示。找出它們的異同，發現最外的兩層都是重摻雜而且很薄，吸收區都很厚，區別在于APD多加了一層，這層作為雪崩區，電場強度大而且盡量保持均勻，因此接下來的教學主要圍繞這層高場強的雪崩區展開，這樣重點突出而且引入快，也引起學生的興趣第3.5節闡述LED的先進結構，其中邊發射和面發射的結構如圖6中左邊的兩個結構圖所示，應用比較法，突出主要異同點：都有異質PN結；不同之處以如圖6中右邊兩個簡圖所示，邊發射LED頂面是條形電極，側邊發光，類似LD的發光方式；面發射LED為了得到準直的光束，在頂面電極開口處放置微透鏡聚焦。運用對比的方法，并化繁為簡，畫出簡圖，能讓學生一目了然，對結構特點也易掌握。

四、比較法用于重要特性參量計算的教學

比較法不僅適用于定性知識的教學，對器件特性的定量計算也起到觸類旁通的效果。

2.4節和2.6節中都有光電流的計算，可通過比較法，在2.4節的基礎上便捷地推導出2.6節中的光電流。如圖7中上面的能帶圖所示，當光入射到反向偏置的PN結中，產生的光電流包括P區和N區中的擴散電流以及耗盡區的漂移電流；而當光入射反向偏置的PIN檢測器，如圖7中下面的能帶圖所示，P和N都很薄，擴散電流可忽略，而I區的厚度比PN結中的耗盡區的厚度大得多，所以計算其中的漂移電流時，積分號中的產生率不能近似為常數。

課程中最重要的參量計算是圍繞器件的轉換效率，如圖8所示，在第二章雖然反復強調PIN和APD的轉換效率、輸入光子流、輸出電流三者的互算關系，但在作業中有不少同學沒有理解，只是背公式，因此出現不少錯誤。在第三章中再次提到LED的轉換效率、輸入光子流、輸出電流三者的互算關系時，利用比較法，抓住共同點都是換能器，輸入量乘以轉換效率得到輸出量，這樣大多數學生能馬上領會到效率在等式中的位置對于檢測器和光源是不同的，因為兩者的輸入輸出量正好相反。

教學法應用體會

實踐表明， 充分利用比較法進行課程教學， 可以幫助學生理解新概念、基本原理、器件結構以及特性參量的計算方法，并鞏固原有知識，激發學生的學習興趣，主動在比較中尋找規律，以達到觸類旁通，充分培養學生綜合分析能力，提高教學效果。

參考文獻

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[3]黃德修.半導體光電子學[M].成都：電子科技大學出版社，2013.

篇9

關鍵詞半導體材料量子線量子點材料光子晶體

1半導體材料的戰略地位

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

2幾種主要半導體材料的發展現狀與趨勢

2.1硅材料

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

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

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

2.2GaAs和InP單晶材料

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

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

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

2.3半導體超晶格、量子阱材料

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

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

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

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

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

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

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

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

2.4一維量子線、零維量子點半導體微結構材料

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

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

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

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

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

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

2.5寬帶隙半導體材料

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

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

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

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

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

3光子晶體

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

4量子比特構建與材料

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

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

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

5發展我國半導體材料的幾點建議

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

5.1硅單晶和外延材料

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

5.2GaAs及其有關化合物半導體單晶

材料發展建議

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

5.3發展超晶格、量子阱和一維、零維半導體

微結構材料的建議

(1)超晶格、量子阱材料

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

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

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

篇10

作者：李俊杰 單位：貴州大學科技學院電子信息科學與技術

第一電子科學與技術對于國家經濟發展、科技進步和國防建設都具有重要的戰略意義。今天，面對電子科學與技術的迅猛發展，世界上許多發達國家，像美國、德國、日本、英國、法國等，都競相將微電子技術和光電子技術引入國家發展計劃。我國對微電子技術和光電子技術的研究給予了高度重視，在多項國家級戰略性科技計劃中，如“863計劃”、“973計劃”、國家攻關計劃中微電子技術（集成電路技術）和光電子技術（激光技術）都有立項；1995年，原電子工業部提出了“九五”集成電路發展戰略，并實施了“909工程”；國家自然科學基金委員會在1996年底立項開展“光子學與光子技術發展戰略”研究；在“九五”和“十五”期間，國家自然科學基金委員會在重大、重點和杰出青年基金中對電子科學與技術方面的立項給予了足夠的重視和支持。在全國電子科學與技術的科研、教學、生產和使用單位的共同努力下，我國已經形成了門類齊全、水平先進、應用廣泛的微電子和光電子技術的科學研究領域，并在產業化方面形成了一定規模，取得了可喜的進步，為我國的科學技術、國民經濟和國防建設做出了積極貢獻，在國際上了也爭得了一席之地。但是我們應該清醒地看到，在電子科學與技術領域，我國與世界上發達國家的先進水平仍有不小的差距，特別在微電子技術方面的差距更大。這既有歷史、體制、技術、工藝和資金方面的原因，也有各個層次所需專業人才短缺的原因。為了我國電子科學與技術事業的可持續發展和搶占該領域中高新技術的制高點，就必須統籌教育、科研、開發、人才、資金和市場等各種資源和要素，其中人才培養是極其重要的一個環節。在新的歷史條件下，開展電子科學與技術專業發展戰略研究是非常必要的，這對于建立學科專業規范，培養出具有知識、能力、素質協調發展的，適合我國電子科學與技術領域不同層次發展要求的有用人才具有重要指導意義和戰略意義。二、電子科學與技術專業發展簡史電子科學與技術專業中微電子技術和光電子技術的前身是半導體專業和激光專業。

1947年美國貝爾實驗室發明了晶體管，開創了固體電子技術時代。根據國外發展電子器件的進程，我國在1956年提出了“向科學進軍”，將半導體技術列為重點發展的領域之一。同年，中科院應用物理所首先舉辦了半導體器件短期培訓班，請回國的半導體專家黃昆、吳錫九、黃敞、林蘭英、王守武、成眾志等講授半導體理論、晶體管制造技術和半導體線路。由北京大學、復旦大學、吉林大學、廈門大學和南京大學五所大學聯合開辦了半導體物理專業；在工科院校，清華大學率先開辦了半導體專業。1957年，中國科學院在長春建立了第一個光學精密儀器機械研究所。

1964年，中國科學院在上海建立了當時世界上第一所激光技術專業研究所──上海光學精密機械研究所。電子工業部成立了從事激光與紅外研究的11所等。這些國家研究所是早期培養光電子技術高層次研究型人才的搖籃。到了1970年前后，隨著對半導體器件需求量的增加，尤其是大型電子計算機對集成電路需求的推動，促進了國內半導體工業的發展以及對專業人才的需求，全國很多高校都先后增加了半導體物理與器件專業。進入20世紀80年代，由于國內半導體器件和集成電路生產還缺乏競爭力，受到進口元器件的沖擊，很多半導體器件廠下馬或轉產，市場不景氣導致了很多高校的半導體專業被迫取消，專業萎縮。進入20世紀90年代，由于微型計算機、通信、家電等信息產業的發展和普及，對集成電路芯片的需求量越來越大，此外幾場局部戰爭讓全世界接受了電子戰、信息戰的高科技戰爭的理念。微電子技術得到了前所未有的重視，半導體技術專業由此更名為微電子技術專業。為了在信息時代和高科技領域趕上國際先進水平，國家加大了對微電子技術行業的支持力度，并不斷吸引外資，市場對微電子技術專業畢業生的需求不斷增加，從而迎來了微電子技術專業發展的新高峰。隨著20世紀60年代激光技術的飛速發展，我國在1971年，由清華大學、北京大學、天津大學、中國科技大學、哈爾濱工業大學、西北電訊工程學院、北京工業學院、華中工學院、成都電訊工程學院等院校在科學研究的基礎上，成立了激光專業，后來又有多所學校相繼成立了激光專業。

1985年，根據原國家教委頒布的專業目錄，將激光專業和紅外光譜學合并，更名為光電子技術專業。為了拓寬專業口徑和與國際接軌，教育部1998年4月頒布了新的本科專業目錄和引導性專業目錄，將原微電子技術、光電子技術、物理電子技術、電子材料與元器件和電磁場與微波等本科專業整合為一級學科“電子科學與技術”。近年來，許多高校都紛紛建立電子科學與技術專業。各學校的辦學特點不盡相同，但主要培養目標均是培養適應社會主義現代化建設需要的、德智體美等全面發展的高層次電子科學與技術人才。目前，設有電子科學與技術專業的院校有111所。21世紀被稱為信息時代，電子科學與技術在信息、能源、材料、航天、生命、環境、軍事和民用等科技領域將獲得更廣泛的應用，必然導致電子科學與產業的迅猛發展。這種產業化趨勢反過來對本專業的鞏固、深化、提高和發展起到積極的促進作用。因此，電子科學與專業具有良好的發展空間和態勢。