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

篇1

關(guān)鍵詞半導(dǎo)體材料量子線量子點(diǎn)材料光子晶體

1半導(dǎo)體材料的戰(zhàn)略地位

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(jì)思想，使半導(dǎo)體器件的設(shè)計(jì)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(shí)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(jì)算和DNA生物計(jì)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(diǎn)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(diǎn)。

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(diǎn)；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(dú)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(jì)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(jì)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(shí)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(shí)驗(yàn)室西門子公司已完成了80×40Gbps傳輸40km的實(shí)驗(yàn)。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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(diǎn)和量子點(diǎn)超晶格材料，Si／SiC量子點(diǎn)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(shí)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(diǎn)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(shí)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(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的MBE小組等研制成功的In（Ga）As／GaAs高功率量子點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)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(shí)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(diǎn)的自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)，單光子源和應(yīng)用于量子計(jì)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(diǎn)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(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)，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(diǎn)。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?yàn)樗鼈冊陂L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)?。其他SiC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(diǎn)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(diǎn)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(shí)驗(yàn)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(shí)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(jì)算機(jī)芯片集成度不斷增高，器件尺寸越來越?。╪m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(jì)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(jì)算機(jī)是應(yīng)用量子力學(xué)原理進(jìn)行計(jì)算的裝置，理論上講它比傳統(tǒng)計(jì)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(jì)算機(jī)理想極限。實(shí)現(xiàn)量子比特構(gòu)造和量子計(jì)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(shí)現(xiàn)大規(guī)模量子計(jì)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(shí)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(jì)算機(jī)要工作在mK的低溫下。

這種量子計(jì)算機(jī)的最終實(shí)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(shí)現(xiàn)量子計(jì)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(jì)算中能否始終保持量子態(tài)間的相干是量子計(jì)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(diǎn)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(cái)力，首先開展8英寸硅單晶實(shí)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(diǎn)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(shí)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(shí)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(diǎn)，分別做好研究與開發(fā)工作。

(2)一維和零維半導(dǎo)體材料的發(fā)展設(shè)想?；诘途S半導(dǎo)體微結(jié)構(gòu)材料的固態(tài)納米量子器件，目前雖然仍處在預(yù)研階段，但極其重要，極有可能觸發(fā)微電子、光電子技術(shù)新的革命。低維量子器件的制造依賴于低維結(jié)構(gòu)材料生長和納米加工技術(shù)的進(jìn)步，而納米結(jié)構(gòu)材料的質(zhì)量又很大程度上取決于生長和制備技術(shù)的水平。因而，集中人力、物力建設(shè)我國自己的納米科學(xué)與技術(shù)研究發(fā)展中心就成為了成敗的關(guān)鍵。具體目標(biāo)是，“十五”末，在半導(dǎo)體量子線、量子點(diǎn)材料制備，量子器件研制和系統(tǒng)集成等若干個重要研究方向接近當(dāng)時的國際先進(jìn)水平；2010年在有實(shí)用化前景的量子點(diǎn)激光器，量子共振隧穿器件和單電子器件及其集成等研發(fā)方面，達(dá)到國際先進(jìn)水平，并在國際該領(lǐng)域占有一席之地?？梢灶A(yù)料，它的實(shí)施必將極大地增強(qiáng)我國的經(jīng)濟(jì)和國防實(shí)力。

篇2

關(guān)鍵詞:半導(dǎo)體物理實(shí)驗(yàn);教學(xué)改革;專業(yè)實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為高校教學(xué)環(huán)節(jié)中的一個重要組成部分，不僅因?yàn)槠涫钦n堂教學(xué)的延伸，更由于通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)，可以加深學(xué)生對理論知識的理解，培養(yǎng)學(xué)生的動手能力，拓展學(xué)生的創(chuàng)造思維［1，2］。實(shí)驗(yàn)教學(xué)分為基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和專業(yè)實(shí)驗(yàn)兩部分［3，4］:基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)面向全校學(xué)生，如大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)、普通化學(xué)實(shí)驗(yàn)等，其主要任務(wù)是鞏固學(xué)生對所學(xué)基礎(chǔ)知識和規(guī)律的理解，旨在提高學(xué)生的觀察、分析及解決問題的能力，提供知識儲備［5，6］;與基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)不同，專業(yè)實(shí)驗(yàn)僅面向某一專業(yè)，是針對專業(yè)理論課程的具體學(xué)習(xí)要求設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，對于學(xué)生專業(yè)方向能力的提高具有極強(qiáng)的促進(jìn)作用［7～8］。通過專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)使學(xué)生能夠更好的理解、掌握和應(yīng)用基礎(chǔ)知識和專業(yè)知識，提高分析問題的能力并解決生活中涉及專業(yè)的實(shí)際問題，為學(xué)生開展專業(yè)創(chuàng)新實(shí)踐活動打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)［9～11］。

1半導(dǎo)體物理實(shí)驗(yàn)課程存在的問題與困難

半導(dǎo)體物理實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)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(shí)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)課程教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置上大同小異，基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)居多，對于新能源、新型電子器件等領(lǐng)域的相關(guān)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容完全沒有或涉及較少。某些高校還利用虛擬實(shí)驗(yàn)來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)，其實(shí)驗(yàn)效果遠(yuǎn)不如學(xué)生實(shí)際動手操作。我校的半導(dǎo)體物理實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)為主，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容陳舊。但是在實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(jì)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)內(nèi)容的調(diào)整和更新需要有新型的實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備做保障，但我校原有實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)內(nèi)容無法正常進(jìn)行，可運(yùn)行的儀器設(shè)備也因?yàn)槟甏眠h(yuǎn)，實(shí)驗(yàn)誤差大、重復(fù)性低，有時甚至?xí)玫藉e誤的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，只能作學(xué)生“按部就班”的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，難以進(jìn)行實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)以基礎(chǔ)類實(shí)驗(yàn)為主，設(shè)計(jì)性、應(yīng)用性、綜合性等提高類實(shí)驗(yàn)較少，且無法開展創(chuàng)新類實(shí)驗(yàn)。缺少自主設(shè)計(jì)、創(chuàng)新、協(xié)作等實(shí)踐能力的訓(xùn)練，不僅極大地降低學(xué)生對專業(yè)實(shí)驗(yàn)的興趣，且不利于學(xué)生實(shí)踐和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的培養(yǎng)，半導(dǎo)體物理實(shí)驗(yàn)課程的改革勢在必行。

2半導(dǎo)體物理實(shí)驗(yàn)課程改革的內(nèi)容與舉措

半導(dǎo)體物理實(shí)驗(yàn)開設(shè)時間為本科大四秋季學(xué)期，該實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)的教學(xué)內(nèi)容也提出了新的要求，因此，要求這門實(shí)驗(yàn)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(shí)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(dú)立開展產(chǎn)品的研制和科學(xué)研究打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。2．1實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)。2013年年底，基于我校本科教學(xué)項(xiàng)目的資金支持，半導(dǎo)體物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)團(tuán)隊(duì)通過調(diào)研國內(nèi)外高?，F(xiàn)行半導(dǎo)體物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)資料，結(jié)合我校實(shí)驗(yàn)教學(xué)的自身特點(diǎn)，按照創(chuàng)新教育的要求重新設(shè)計(jì)了半導(dǎo)體物理實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，并根據(jù)所開設(shè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容合理配置相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。由于作為一門專業(yè)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)設(shè)備資源的不浪費(fèi)，計(jì)劃成立一間半導(dǎo)體物理實(shí)驗(yàn)專屬的實(shí)驗(yàn)室，用于陳放新購置的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，在沒有教學(xué)任務(wù)的學(xué)期，該實(shí)驗(yàn)室做為科研實(shí)驗(yàn)室和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實(shí)驗(yàn)室使用。通過近三年的建設(shè)，半導(dǎo)體物理實(shí)驗(yàn)專屬實(shí)驗(yàn)室———新能源材料與電子器件工程創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室建成并投入使用，該實(shí)驗(yàn)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(jì)以及全院本科生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)提供了基本保障，更為重要的是該實(shí)驗(yàn)室的建成極大地改善了半導(dǎo)體物理實(shí)驗(yàn)的原有教學(xué)條件，解決了實(shí)際困難，使得半導(dǎo)體物理實(shí)驗(yàn)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(shí)際問題，有效提高學(xué)生的實(shí)踐動手能力、創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)。2．2實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的更新。半導(dǎo)體物理實(shí)驗(yàn)是一門72學(xué)時的實(shí)驗(yàn)課，在專屬實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)素質(zhì)和創(chuàng)新能力，構(gòu)建了“九—八—五”新的實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)，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(yàn)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(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的能力，掌握常用基本半導(dǎo)體物理實(shí)驗(yàn)儀器的原理、性能和測量方法等。第二層次為“八”個提高型實(shí)驗(yàn)(綜合、應(yīng)用性實(shí)驗(yàn))，學(xué)生通過第一層次的實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練后，已掌握了基本的實(shí)驗(yàn)方法和技能，在此基礎(chǔ)上，開展綜合性實(shí)驗(yàn)，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(shí)驗(yàn)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(jì)創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)，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(xiàng)目進(jìn)行創(chuàng)新研究，通過設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)可以鍛煉學(xué)生組織和自主實(shí)驗(yàn)的能力，著力培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力和基本的科研素質(zhì)。每個基礎(chǔ)型實(shí)驗(yàn)4學(xué)時，提高型實(shí)驗(yàn)8學(xué)時，創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)12學(xué)時，規(guī)定基礎(chǔ)型為必修實(shí)驗(yàn)，提高型、創(chuàng)新型為選作實(shí)驗(yàn)。九個基礎(chǔ)型實(shí)驗(yàn)全部完成后，學(xué)生可根據(jù)興趣和畢業(yè)設(shè)計(jì)要求在提高型、創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)中各分別選做一定數(shù)量的實(shí)驗(yàn)，在開課學(xué)期結(jié)束時完成至少72個學(xué)時的實(shí)驗(yàn)并獲得成績方為合格。2．3實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)前的講解轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生代表講解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，然后老師提問并補(bǔ)充完善，在整個實(shí)驗(yàn)安排過程中，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容由淺入深、由簡單到綜合、逐步過渡至設(shè)計(jì)和研究創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)。三個層次的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容形成連貫的實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)考核機(jī)制的改革。目前大部分實(shí)驗(yàn)課的成績由每次實(shí)驗(yàn)后的“實(shí)驗(yàn)報告”的平均成績決定，然而單獨(dú)一份實(shí)驗(yàn)報告并不能夠完整反應(yīng)學(xué)生的實(shí)際動手操作能力和對實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)”的平均成績決定。每次實(shí)驗(yàn)成績包括實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)操作和實(shí)驗(yàn)報告三部分，實(shí)驗(yàn)開始前通過問答以及學(xué)生講解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容來給出實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)成績;實(shí)驗(yàn)操作成績是個團(tuán)隊(duì)成績反映每組實(shí)驗(yàn)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)，特別是創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，要求以科技論文的形式來撰寫實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)課程改革后的成效

半導(dǎo)體物理實(shí)驗(yàn)在我校本科教學(xué)項(xiàng)目的支持下，購置并更新了實(shí)驗(yàn)設(shè)備建立了專屬實(shí)驗(yàn)室，構(gòu)建了“九—八—五”新實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)際的能力得到增強(qiáng)，提高了學(xué)生的積極性和主動性。實(shí)驗(yàn)中學(xué)生實(shí)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(jì)實(shí)驗(yàn)，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(shí)驗(yàn)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(jì)打下了良好的基礎(chǔ)。與此同時，利用新購置的實(shí)驗(yàn)設(shè)備建立的實(shí)驗(yàn)室，在做為科研實(shí)驗(yàn)室和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實(shí)驗(yàn)室使用時，也取得了優(yōu)異的成績。依托本實(shí)驗(yàn)室，2015年“國家級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃”立項(xiàng)3項(xiàng)，2016年“國家級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃”立項(xiàng)4項(xiàng)。

4結(jié)語

篇3

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

勤奮鉆研，鑄就科研里程碑

早1995年大學(xué)畢業(yè)后，胡鑒勇在家鄉(xiāng)的一所中學(xué)擔(dān)任了9年的化學(xué)教師；2004年留學(xué)于日本佐賀大學(xué)獲得工學(xué)博士學(xué)位，隨后進(jìn)入日本山形大學(xué)有機(jī)光電子研究中心，OLED研究世界權(quán)威科學(xué)家城戶淳二教授（Prof. Junji Kido）研究室進(jìn)行博士后研究，并在日本世界級科研中心-日本理化學(xué)研究所RIKEN，跟隨著名有機(jī)半導(dǎo)體材料科學(xué)家龍宮和男教授（Prof. Kazuo Takimiya）從事特別研究員工作；2015年由陜西師范大學(xué)以海外高層次人才-陜西省“百人計(jì)劃”特聘教授身份引進(jìn)到陜師大材料科學(xué)與工程學(xué)院工作。

“勤奮、刻苦、創(chuàng)新、突破”是胡鑒勇博士的特點(diǎn)，在日本求學(xué)工作期間，他參與過一項(xiàng)日本國家研發(fā)課題（高效有機(jī)電子器件研發(fā)），承擔(dān)過日本文部科學(xué)省、日本新能源和產(chǎn)業(yè)技術(shù)開發(fā)機(jī)構(gòu)（NEDO）和日本科學(xué)技術(shù)振興機(jī)構(gòu)（JST）資助的多項(xiàng)研究課題。

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

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

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

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

迎接挑戰(zhàn)，提升人生新高度

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

為了進(jìn)一步提升有機(jī)光電子材料研究新高度，拓展以有機(jī)電致發(fā)光二極管（OLED）、有機(jī)場效應(yīng)晶體管（OFET）和有機(jī)太陽能電池（OPV）為代表的有機(jī)光電子材料和器件在新型信息顯示、綠色節(jié)能固體照明和新能源等技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用前景，胡鑒勇博士爭取到了多項(xiàng)科研課題，在不到一年的時間里，成功打造了一個環(huán)境優(yōu)美、設(shè)備一流的先進(jìn)實(shí)驗(yàn)室和一個小而精致的科研創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，以期在OLED躋身最具發(fā)展前景的下一代顯示技術(shù)和固態(tài)照明技術(shù)產(chǎn)業(yè)化，OFET應(yīng)用于有機(jī)傳感器、有源矩陣顯示、射頻標(biāo)簽、電子紙等新興產(chǎn)業(yè)，OPV技術(shù)光電轉(zhuǎn)換效率實(shí)用化等領(lǐng)域大顯身手，開展更深入、更細(xì)致的高端研究工作。

篇4

英文名稱：Journal of Synthetic Crystals

主管單位：中國建筑材料聯(lián)合會

主辦單位：中材人工晶體研究院

出版周期：雙月刊

出版地址：北京市

語

種：中文

開

本：16開

國際刊號：1000-985X

國內(nèi)刊號：11-2637/O7

郵發(fā)代號：

發(fā)行范圍：國內(nèi)外統(tǒng)一發(fā)行

創(chuàng)刊時間：1972

期刊收錄：

CA 化學(xué)文摘(美)(2009)

SA 科學(xué)文摘(英)(2009)

CBST 科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)速報(日)(2009)

EI 工程索引(美)(2009)

中國科學(xué)引文數(shù)據(jù)庫(CSCD―2008)

核心期刊：

中文核心期刊(2008)

中文核心期刊(2004)

中文核心期刊(2000)

中文核心期刊(1996)

期刊榮譽(yù)：

中科雙效期刊

Caj-cd規(guī)范獲獎期刊

聯(lián)系方式

篇5

關(guān)鍵詞：光纖，語音，傳輸，光電檢測

 

1、光纖通信系統(tǒng)的基本組成

最基本的光纖通信系統(tǒng)由數(shù)據(jù)源、光發(fā)送端、光學(xué)信道和光接收機(jī)組成。其中數(shù)據(jù)源包括所有的信號源，它們是話音、圖象、數(shù)據(jù)等業(yè)務(wù)經(jīng)過信源編碼所得到的信號；光發(fā)送機(jī)和調(diào)制器則負(fù)責(zé)將信號轉(zhuǎn)變成適合于在光纖上傳輸?shù)墓庑盘?，先后用過的光波有0.85、1.31和1.55三個低損耗窗口。光學(xué)信道包括最基本的光纖，還有中繼放大器EDFA等；而光學(xué)接收機(jī)則接收光信號，并從中提取信息，然后轉(zhuǎn)變成電信號，最后得到對應(yīng)的話音、圖象、數(shù)據(jù)等信息。論文格式。在光纖通信系統(tǒng)中，光纖中傳輸?shù)氖嵌M(jìn)制光脈沖'0'碼和'1'碼，它由二進(jìn)制數(shù)字信號對光源進(jìn)行通斷調(diào)制而產(chǎn)生。而數(shù)字信號是對連續(xù)變化的模擬信號進(jìn)行抽樣、量化和編碼產(chǎn)生的，稱為PCM（pulse code modulation），即脈沖編碼調(diào)制。這種電的數(shù)字信號稱為數(shù)字基帶信號，由PCM電端機(jī)產(chǎn)生。光纖通信系統(tǒng)的基本組成原理圖如下圖1-1所示：

圖1-1光纖通信系統(tǒng)

1.1光發(fā)射端機(jī)

光發(fā)射機(jī)是實(shí)現(xiàn)電/光轉(zhuǎn)換的光端機(jī)。它由光源、驅(qū)動器和調(diào)制器組成。其功能是將來自于電端機(jī)的電信號對光源發(fā)出的光波進(jìn)行調(diào)制，成為已調(diào)光波，然后再將已調(diào)的光信號耦合到光纖或光纜中傳輸。電端機(jī)就是常規(guī)的電子通信設(shè)備。光發(fā)射機(jī)的原理圖如下圖1-2所示：

圖1-2光發(fā)射機(jī)原理框圖

光源是光發(fā)射機(jī)的核心，其性能好壞將對光纖通信系統(tǒng)產(chǎn)生很大的影響。目前光纖通信系統(tǒng)使用的光源都是由半導(dǎo)體材料制成的，而半導(dǎo)體光源分兩種：發(fā)光管LED和激光管LD。由于半導(dǎo)體激光器發(fā)出的是激光，發(fā)光功率大、譜線寬度窄，但電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，溫度特性差。而半導(dǎo)體發(fā)光二極管發(fā)出的是熒光，發(fā)光功率不大，譜線寬度寬，但電路結(jié)構(gòu)簡單、壽命長、價格便宜。在實(shí)驗(yàn)室中經(jīng)常用到。

1.2光纖或光纜

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

1.3中繼器

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

1.4光纖連接器、耦合器等無源器件

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

1.5光接收端機(jī)

光收信機(jī)是實(shí)現(xiàn)光/電轉(zhuǎn)換的光端機(jī)。 它由光檢測器和光放大器組成。其功能是將光纖或光纜傳輸來的光信號，經(jīng)光檢測器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺缓?，再將這微弱的電信號經(jīng)放大電路放大到足夠的電平，送到接收端的電端汲去。光接收機(jī)原理圖如下圖1-3所示：

圖1-3光接收機(jī)電路原理方框圖

2、光纖語音電路設(shè)計(jì)

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

2.1、發(fā)射器電路板

此電路主要是把音頻信號經(jīng)麥克風(fēng)轉(zhuǎn)換為電信號，電信號經(jīng)濾波器、多級放大器把微弱的電流信號轉(zhuǎn)換為適合半導(dǎo)體二極管發(fā)光的電壓信號，在晶體管的調(diào)制下把電信號轉(zhuǎn)換為光信號送入光纖中進(jìn)行傳輸。在發(fā)射器電路上有一個話筒和調(diào)制LED發(fā)光的線路。LED裝在塑料殼中以便于連接光纖或光纜進(jìn)行發(fā)送信號。在實(shí)驗(yàn)室里設(shè)計(jì)操作可以使用200m長的塑料光纖傳送語音信號，也可以使用玻璃光纖在更遠(yuǎn)的距離內(nèi)通信。光纖語音發(fā)射器電路如下圖1-4所示：

圖1-4光纖語音發(fā)射電路

2.2、光電接收器電路板:

在接收器電路板上通過光電檢測器把光纖傳輸?shù)奈⑷醯墓庑盘栟D(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)電容濾波、運(yùn)算放大器放大，把電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，放大到適合揚(yáng)聲器輸出的電壓，恢復(fù)原始的語音信號。光纖語音接收電路如下圖1-5所示：

圖1-5光纖語音接收電路

3、結(jié) 語

本文詳細(xì)的介紹了光纖通信系統(tǒng)的組成，為設(shè)計(jì)光纖語音傳輸電路提供理論基礎(chǔ)。在該電路系統(tǒng)中語音信號以光波形式在光纜內(nèi)傳輸、不受任何電場和磁場的影響。傳輸距離遠(yuǎn)，抗干擾能力強(qiáng)。每個電路板需要一個9V電池，元件簡單，易于實(shí)現(xiàn)，在實(shí)驗(yàn)室就能操作完成。

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[6] ic37.com/

篇6

論文關(guān)鍵詞：元素周期表，規(guī)律

 

一．“m/n定性”規(guī)律：

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

二．“陰前陽下，徑小序大”規(guī)律：

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

r (Ca2+)<r(K+)<r(Ar)<r(Cl-)<r(S2-)。

三．序差“左上右下”規(guī)律：

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

四．主族中非金屬元素個數(shù)規(guī)律：

除ⅠA族外，任何一主族中，非金屬個數(shù)=族序數(shù)—2。

五．“對角”規(guī)律：

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

2．元素周期表中左上右下（↖ ）相鄰的兩金屬元素的離子半徑相近。

六．“奇偶數(shù)”規(guī)律：

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

七．“序位互定”規(guī)律：

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

八．“分界”規(guī)律：

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

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

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

篇7

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

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

三位科學(xué)家40年前的研究,幫助構(gòu)建了當(dāng)下的信息時代,也為自己贏得了諾貝爾獎。

高錕與低損耗光纖

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

但由于缺乏穩(wěn)定、可靠和低損耗的傳輸介質(zhì),光通信似乎仍是一個遙不可及的目標(biāo),因?yàn)楣庑盘栐诋?dāng)時的光纖材料中只能傳輸20米。

當(dāng)時,高錕是國際電話電報公司旗下英國標(biāo)準(zhǔn)電訊實(shí)驗(yàn)室的一名研究人員。他1933年11月出生在上海的一個書香門第,孩提時代的他就喜歡科學(xué)實(shí)驗(yàn),甚至自制過小型炸藥彈丸。

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

與不少同行因此對光纖傳輸?shù)募夹g(shù)前景產(chǎn)生懷疑不同,高錕研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為更值得關(guān)注的,是光纖原材料問題。

他后來回憶道:“那時面對的最大難題,就是玻璃的雜質(zhì)問題。玻璃看似透明,其實(shí)雜有不純的元素,所以我們構(gòu)想,假若有一種沒有雜質(zhì)的玻璃,光波的傳導(dǎo)就不會衰減?！?/p>

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

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

北京郵電大學(xué)前校長林金桐對記者說:“從高錕和霍肯的論文,到世界上第一個商用光纖通信系統(tǒng)的誕生,僅用了十年時間,這在重大科學(xué)研究成果向現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力轉(zhuǎn)化的眾多案例中,顯得格外突出?！?/p>

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

香港中文大學(xué)前任校長金耀基甚至將高錕研究成果的重要性,與印刷術(shù)、火藥、指南針等中國古明相提并論,“今天生活在網(wǎng)絡(luò)社會,就是因?yàn)楣饫w的發(fā)明改變了我們的生活?！?更多關(guān)于高錕的資料,見本期“華人”欄目)

貝爾實(shí)驗(yàn)室和CCD

在現(xiàn)代的高速網(wǎng)絡(luò)通信中,數(shù)字圖像是最主要的承載內(nèi)容,而這很大程度上要?dú)w功于本年度諾貝爾物理學(xué)獎的另一項(xiàng)獲獎內(nèi)容――美國朗訊公司貝爾實(shí)驗(yàn)室的威拉德?博伊爾和喬治?史密斯發(fā)明的用于數(shù)字圖像的裝置:電荷耦合器件(Charge Coupled Device,CCD)。

博伊爾1924年出生于加拿大,26歲時在加拿大麥基爾大學(xué)獲得博士學(xué)位。他在1953年加入貝爾實(shí)驗(yàn)室,并在1962年與同事首先發(fā)明了可以連續(xù)運(yùn)行的紅寶石激光器。

史密斯1930年出生于美國,29歲時在美國芝加哥大學(xué)獲得博士學(xué)位后也進(jìn)入貝爾實(shí)驗(yàn)室。

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

這種新技術(shù)的源頭,還要追溯到愛因斯坦提出的光電效應(yīng),即通過光電效應(yīng),光可以被轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?。然?如何在極短時間內(nèi)收集并讀出信號,看上去卻是一個無法逾越的技術(shù)挑戰(zhàn)。因此,一開始,很多同行都對CCD的概念嗤之以鼻。

但博伊爾和史密斯堅(jiān)信自己的想法,并成功地將藍(lán)圖變成了現(xiàn)實(shí)。他們采用特殊的硅半導(dǎo)體材料,并將硅片細(xì)分為一個個“單元格”或者說“像素”,這樣,當(dāng)光照射到像素之上,會產(chǎn)生信號電荷。當(dāng)時,很多電子器件以電流或電壓作為信號,CCD則采用電荷作為信號。

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

CCD的發(fā)明,帶來了攝影的一場革命。光能夠被電子化捕捉,而不再需要傳統(tǒng)的感光膠卷,數(shù)碼相機(jī)也得以走進(jìn)千家萬戶。

篇8

中美專家計(jì)劃“綠能城市”

【本刊訊】（記者 蔡婷貽）減排和城市的持續(xù)發(fā)展不僅與經(jīng)濟(jì)成長結(jié)為一體，而且已經(jīng)變成招商引資的重要因素。在12月4日舉辦的“未來城市”論壇上，來自美國的專家們一致強(qiáng)調(diào)這一觀點(diǎn)。

該論壇由美國前財(cái)政部部長亨利?保爾森成立的芝加哥大學(xué)保爾森研究所與中國國際經(jīng)濟(jì)交流中心聯(lián)合舉辦。在美國專家眼中，仍快速發(fā)展的中國，占有推廣綠色節(jié)能城市的絕對優(yōu)勢，因?yàn)椴粩嘟ㄔO(shè)的中國有機(jī)會將節(jié)能減排的概念直接運(yùn)用到城市化進(jìn)程中。

長期致力于環(huán)保運(yùn)動的保爾森表示，“中國最讓我感興趣的地方是，這是世界上最大的實(shí)驗(yàn)室。中國在城市化進(jìn)程中的一些理念和經(jīng)驗(yàn)將對世界上所有人至關(guān)重要。”據(jù)他透露，中美專家將在中國城市中開展一個“綠能城市”實(shí)驗(yàn)計(jì)劃，假若成功，這一計(jì)劃將被推向世界其他城市。

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

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

紐約1.3萬輛計(jì)程車安裝了GPS，市政府借此來衡量交通流量。北京也有6.5萬輛計(jì)程車裝有類似的系統(tǒng)。“我認(rèn)為投資高運(yùn)量的交通工具，通過提高效率來運(yùn)輸更多乘客將是重要的策略。而用數(shù)據(jù)證明政策是不是有效，則是最有效的方法?！辟惖峡?侃說。

關(guān)鍵詞

“雪鷹”號科考直升機(jī)墜毀

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

“雪鷹”號是一種可執(zhí)行多種任務(wù)的多用途直升機(jī)，包括消防救援、人員貨物運(yùn)輸、巡邏保護(hù)等，在南極地區(qū)被廣泛使用。

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

進(jìn)展

英國科學(xué)家造出優(yōu)質(zhì)干細(xì)胞

英國科學(xué)家制取出了質(zhì)量一流的“金標(biāo)”干細(xì)胞，這可能引發(fā)對退化性疾病的新治療方法的研究。相關(guān)論文已發(fā)表于《細(xì)胞治療》期刊。

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

瑞士制成首個輝鉬芯片

篇9

論文關(guān)鍵詞： 信息技術(shù)　微電子專業(yè)教學(xué)　應(yīng)用 

論文摘 要： 信息技術(shù)包括多媒體技術(shù)、虛擬仿真技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，等等。它的飛速發(fā)展和廣泛普及，使得傳統(tǒng)的教學(xué)方法正在向現(xiàn)代教育技術(shù)方法轉(zhuǎn)變。針對新興的多學(xué)科綜合的微電子專業(yè)，作者討論了信息技術(shù)在微電子專業(yè)教學(xué)中的作用與意義，聯(lián)系實(shí)際教學(xué)實(shí)踐，指出了各種信息技術(shù)的特點(diǎn)及應(yīng)用中需注意的關(guān)鍵問題。 

 

信息技術(shù)是現(xiàn)代教育技術(shù)的基石和重要組成部分?！秶抑虚L期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020年）》中提出：“信息技術(shù)對教育發(fā)展具有革命性影響，必須予以高度重視”；“強(qiáng)化信息技術(shù)應(yīng)用。提高教師應(yīng)用信息技術(shù)水平，更新教學(xué)觀念，改進(jìn)教學(xué)方法，提高教學(xué)效果”。信息技術(shù)與高校專業(yè)教學(xué)相結(jié)合，可以改進(jìn)教學(xué)手段、創(chuàng)新教學(xué)方法、提高教學(xué)效率、增強(qiáng)教學(xué)效果。 

微電子專業(yè)是我國近年來大力發(fā)展的一個多學(xué)科綜合、高技術(shù)密集的新興專業(yè)，主要研究半導(dǎo)體材料、器件與工藝和集成電路與系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造和測試等理論和技術(shù)。微電子專業(yè)教學(xué)由于課程開設(shè)時間較短、涉及學(xué)科多、理論性強(qiáng)、同時又與實(shí)踐結(jié)合緊密。因此如何有效地改善教學(xué)效果，提高教學(xué)質(zhì)量成為微電子專業(yè)教學(xué)中迫切需要解決的問題。將現(xiàn)代信息技術(shù)應(yīng)用到微電子專業(yè)的教學(xué)活動中，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和積極性，促進(jìn)了教師與學(xué)生的互動，取得了很好的教學(xué)效果。 

1.多媒體技術(shù)在專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用 

多媒體教學(xué)是信息技術(shù)在教學(xué)過程中最典型、最廣泛的具體應(yīng)用。多媒體信息技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用是指采用圖像、動畫、視頻等新穎的教學(xué)形式，將教學(xué)內(nèi)容生動形象地展示給學(xué)生，使學(xué)生獲得直觀的感性認(rèn)識。多媒體教學(xué)方式有助于學(xué)生對教學(xué)內(nèi)容，特別是重難點(diǎn)內(nèi)容的理解和吸收，是對傳統(tǒng)教學(xué)方式的突破和有益的補(bǔ)充。針對于微電子專業(yè)的特殊性和綜合性，我們在教學(xué)中采用多種多媒體表現(xiàn)方式，分別應(yīng)用在以下幾個方面。 

1.1幻燈片教學(xué) 

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

1.2動畫演示 

電腦動畫的運(yùn)用能夠進(jìn)一步提升多媒體技術(shù)的作用和效果。動畫能夠?qū)⑽㈦娮訉I(yè)課程中遇到的深奧的理論問題和復(fù)雜的內(nèi)部機(jī)理，通過簡單的畫面動態(tài)地表示出來，從而使學(xué)生加快加深理解，特別有利于重點(diǎn)難點(diǎn)的掌握。另外，電腦動畫能夠逼真地再現(xiàn)微電子工藝流程的加工過程，可以模擬實(shí)際操作步驟，從而可以代替或輔助部分實(shí)踐教學(xué)。 

1.3錄像放映 

微電子專業(yè)的實(shí)習(xí)單位往往是高投資、大規(guī)模、貴重設(shè)備云集的高科技公司。這些公司管理制度嚴(yán)格、專業(yè)程度高，對在校學(xué)生進(jìn)企業(yè)實(shí)習(xí)有著很多限制，同學(xué)們經(jīng)常只能去參觀工廠環(huán)境，遠(yuǎn)眺機(jī)器的運(yùn)作，甚至有些生產(chǎn)企業(yè)不對學(xué)生開放實(shí)習(xí)。這樣，教學(xué)得不到生產(chǎn)實(shí)踐的支持，使得理論與實(shí)踐嚴(yán)重脫節(jié)，降低了教學(xué)效果。而將企業(yè)內(nèi)部的生產(chǎn)流程拍成錄像，或者購置相關(guān)內(nèi)容的影像資料，通過多媒體放映給同學(xué)觀看，可以近距離地觀摩生產(chǎn)流程和設(shè)備運(yùn)作、了解技術(shù)細(xì)節(jié)，對不甚明白的內(nèi)容可以反復(fù)觀看。采用這種方式進(jìn)行教學(xué)，同學(xué)們紛紛反映大開眼界，受益匪淺，不僅對課程里所學(xué)的內(nèi)容有了直觀的認(rèn)識，而且了解到產(chǎn)業(yè)的前沿發(fā)展。 

2.虛擬仿真技術(shù)在專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用 

得益于計(jì)算機(jī)硬件的飛速進(jìn)步和軟件技術(shù)的迅猛發(fā)展，虛擬仿真技術(shù)成為當(dāng)前流行的新型教學(xué)手段。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段，局限于實(shí)驗(yàn)室購置的設(shè)備和儀器，特別是微電子專業(yè)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備價格高昂、操作復(fù)雜、容易損傷，使同學(xué)很難得到上機(jī)鍛煉的機(jī)會。而使用基于虛擬仿真技術(shù)的教學(xué)方式，過程簡單靈活，交互方式多樣，結(jié)果直觀明了，既能培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和分析、綜合能力，又能提高學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性。 

虛擬仿真技術(shù)在微電子專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在兩個方面：一是在電路設(shè)計(jì)方面，基于電子設(shè)計(jì)自動化（electronic design automation，eda）技術(shù)實(shí)現(xiàn)對電子線路（包括集成電路與版圖）的模擬仿真；二是在微電子工藝與器件方面，基于半導(dǎo)體工藝和器件的計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)（technology computer aided design，tcad）實(shí)現(xiàn)對微電子制造工藝和半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)及工作過程的仿真與演示。使用仿真軟件所提供的強(qiáng)大功能，包括軟件所具有的可升級性，在課堂和實(shí)驗(yàn)中通過軟件設(shè)計(jì)微電子電路、工藝和器件，在屏幕上模擬其功能，可使教學(xué)概念清晰，內(nèi)容生動，過程可視，還能夠大幅節(jié)省實(shí)驗(yàn)設(shè)備的購置和維護(hù)費(fèi)用，經(jīng)濟(jì)高效。 

3.網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用 

近年來網(wǎng)絡(luò)技術(shù)更加普及，也更加方便，特別是校園局域網(wǎng)的建設(shè)，提供了學(xué)生隨時隨地使用各種終端進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)的教育環(huán)境。這也促使我們把教學(xué)平臺從教室向網(wǎng)絡(luò)拓展，必然在一定程度上改變教學(xué)的形式和基本架構(gòu)，帶來革命性的變化。 

互聯(lián)網(wǎng)和校園局域網(wǎng)一方面可以作為信息資源庫，為微電子專業(yè)課程教學(xué)提供教學(xué)教案、課件、習(xí)題等資源的下載和在線瀏覽；另一方面也可以作為師生課外互動的平臺，進(jìn)行答疑、作業(yè)提交、通知等教學(xué)活動。這兩種方式也是目前微電子教學(xué)中最主要的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用手段。使用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)有助于師生雙方的交流，教學(xué)信息的豐富，以及多元化教學(xué)，等等。網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的推廣和網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的建設(shè)，極大地推動了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在教學(xué)體系中的應(yīng)用，將會成為現(xiàn)代教育技術(shù)的主流之一。 

綜合運(yùn)用信息技術(shù)的各種方法和手段，結(jié)合微電子專業(yè)特點(diǎn)，更新教學(xué)觀念，加強(qiáng)教學(xué)實(shí)踐應(yīng)用，能夠有效地提升教學(xué)效率和效果，培養(yǎng)出更優(yōu)秀的符合社會需求的專業(yè)人才。 

 

參考文獻(xiàn)： 

［1］劉子良.發(fā)揮幻燈片在計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)中的作用［j］.中國現(xiàn)代教育裝備，2007，52（6）：22-24. 

篇10

【關(guān)鍵詞】ZnS：Mn；發(fā)光性質(zhì)；發(fā)光壽命

0 引言

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

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑和儀器

實(shí)驗(yàn)所用的化學(xué)試劑包括：醋酸鋅、醋酸錳、硫化鈉、巰基丙酸均為分析純，實(shí)驗(yàn)用水為自制的去離子水。

1.2 ZnS：Mn納米顆粒的制備

1.2.1 配置反應(yīng)溶液

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

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

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

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 X射線粉末衍射（XRD）分析

圖1 ZnS：Mn納米顆粒的X射線粉末衍射圖

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

2.2 ZnS：Mn光致發(fā)光光譜

圖2 ZnS：Mn的光致發(fā)光光譜

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

2.3 ZnS：Mn的壽命

為了研究ZnS：Mn納米顆粒的激發(fā)態(tài)的壽命，我們測量了在光激發(fā)下的瞬態(tài)發(fā)光。

圖3為ZnS：Mn（1%）的在355脈沖激光激發(fā)下的發(fā)光壽命衰減曲線，通過數(shù)學(xué)擬合可知我們得到的發(fā)光衰減曲線滿足雙e指數(shù)衰減規(guī)律：

I=Ae■+Be■

這里I為發(fā)光強(qiáng)度，A和B是常說，t時間，τ1和τ2是激發(fā)態(tài)壽命。具體壽命擬合結(jié)果顯示ZnS：Mn（1%）的發(fā)光壽命τ1為5.57364E-4， τ2為1.41348E-4。

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

圖3 ZnS：Mn（1%）的發(fā)光壽命衰減曲線

3 結(jié)論

本文采用溶膠法制備了不同摻雜量的ZnS：Mn納米顆粒，用X射線衍射譜對ZnS：Mn納米晶的晶型結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征，結(jié)果表明了該合成法合成的ZnS：Mn納米晶為立方相，且發(fā)現(xiàn)在相同的制備條件下，隨著ZnS中Mn的含量的增加，納米晶的顆粒不斷增大。用光致發(fā)光光譜研究了Mn2+的發(fā)光強(qiáng)度，比較得出：隨著Mn摻雜的增加，Mn2+的發(fā)光強(qiáng)度在增加，1%Mn的ZnS納米晶中，Mn2+的發(fā)光強(qiáng)度最強(qiáng)。ZnS：Mn瞬態(tài)發(fā)光研究顯示，納米量級的ZnS：Mn晶體的壽命比常規(guī)的ZnS：Mn晶體要短一些，但是又不像Bhargava等人實(shí)驗(yàn)得出的納米量級的ZnS：Mn晶體發(fā)光壽命至少縮短了5個量級。處于納米表面和內(nèi)部的Mn離子的激發(fā)態(tài)壽命不同，由此導(dǎo)致發(fā)光衰減是雙e指數(shù)衰減。

【參考文獻(xiàn)】

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