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

篇1

上世紀(jì)中葉，單晶硅和半導(dǎo)體晶體管的發(fā)明及其硅集成電路的研制成功，導(dǎo)致了電子工業(yè)革命；上世紀(jì)70年代初石英光導(dǎo)纖維材料和GaAs激光器的發(fā)明，促進(jìn)了光纖通信技術(shù)迅速發(fā)展并逐步形成了高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，使人類(lèi)進(jìn)入了信息時(shí)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(lèi)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(duì)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(shì)

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(shì)。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(píng)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(huì)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(kāi)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(duì)現(xiàn)有器件特性影響所帶來(lái)的物理限制和光刻技術(shù)的限制問(wèn)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(lái)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(lái)提高ULSI的集成度、運(yùn)算速度和功能，但硅將最終難以滿(mǎn)足人類(lèi)不斷的對(duì)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(shì)。

目前，世界GaAs單晶的總年產(chǎn)量已超過(guò)200噸，其中以低位錯(cuò)密度的垂直梯度凝固法（VGF）和水平（HB）方法生長(zhǎng)的2－3英寸的導(dǎo)電GaAs襯底材料為主；近年來(lái)，為滿(mǎn)足高速移動(dòng)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(guó)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(jià)格居高不下。

GaAs和InP單晶的發(fā)展趨勢(shì)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(cuò)。（4）．GaAs和InP單晶的VGF生長(zhǎng)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(zhǎng)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(lái)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(cè)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(dòng)電路所需的低維結(jié)構(gòu)材料是解決光纖通信瓶頸問(wèn)題的關(guān)鍵，在實(shí)驗(yàn)室西門(mén)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(jí)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(lèi)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(jí)聯(lián)耦合是解決此難題的有效途徑之一。我國(guó)早在1999年，就研制成功980nmInGaAs帶間量子級(jí)聯(lián)激光器，輸出功率達(dá)5W以上；2000年初，法國(guó)湯姆遜公司又報(bào)道了單個(gè)激光器準(zhǔn)連續(xù)輸出功率超過(guò)10瓦好結(jié)果。最近，我國(guó)的科研工作者又提出并開(kāi)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(lái)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(duì)激光器波長(zhǎng)范圍的限制，1994年美國(guó)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(jí)聯(lián)激光器，突破了半導(dǎo)體能隙對(duì)波長(zhǎng)的限制。自從1994年InGaAs／InAIAs／InP量子級(jí)聯(lián)激光器（QCLs）發(fā)明以來(lái)，Bell實(shí)驗(yàn)室等的科學(xué)家，在過(guò)去的7年多的時(shí)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(zhǎng)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(jí)聯(lián)激光器的工作波長(zhǎng)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(wú)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(jí)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(jí)聯(lián)激光器，使我國(guó)成為能研制這類(lèi)高質(zhì)量激光器材料為數(shù)不多的幾個(gè)國(guó)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(guò)渡；生產(chǎn)型的MBE和M0CVD設(shè)備已研制成功并投入使用，每臺(tái)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(guó)卡迪夫的MOCVD中心，法國(guó)的PicogigaMBE基地，美國(guó)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(píng)價(jià)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(gè)亟待解決的問(wèn)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(bào)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(dòng)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(cuò)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(chēng)，他們?cè)?2英寸的硅襯底上，用鈦酸鍶作協(xié)變層（柔性層），成功的生長(zhǎng)了器件級(jí)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(kù)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(guò)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(zhǎng)與制備主要集中在幾個(gè)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(zhǎng)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(guó)上述的MBE小組，2001年通過(guò)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(cuò)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(shí)工作壽命超過(guò)5000小時(shí)，這是大功率激光器的一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，至今未見(jiàn)國(guó)外報(bào)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(zhǎng)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(guó)又報(bào)道了可在室溫工作的單電子開(kāi)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(zhǎng)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(zhǎng)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(duì)InAs／InAlAs量子線超晶格的空間自對(duì)準(zhǔn)（垂直或斜對(duì)準(zhǔn)）的物理起因和生長(zhǎng)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(wú)催化劑、控制生長(zhǎng)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(duì)稱(chēng)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(wú)缺陷和位錯(cuò)；納米線呈矩形截面，典型的寬度為20－300nm，寬厚比為5－10，長(zhǎng)度可達(dá)數(shù)毫米。這種半導(dǎo)體氧化物納米帶是一個(gè)理想的材料體系，可以用來(lái)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(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)技術(shù)，圖形化襯底和不同取向晶面選擇生長(zhǎng)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(guò)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(shì)是尋找原子級(jí)無(wú)損傷加工方法和納米結(jié)構(gòu)的應(yīng)變自組裝可控生長(zhǎng)技術(shù)，以求獲得大小、形狀均勻、密度可控的無(wú)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(chē)、航空、航天、石油開(kāi)采以及國(guó)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(cè)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(wèn)世，發(fā)展很快。此外，256×256GaN基紫外光電焦平面陣列探測(cè)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(chēng)，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(dòng)藍(lán)光激光器和GaN基電子器件的發(fā)展。另外，近年來(lái)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(cè)陂L(zhǎng)波長(zhǎng)光通信用高T0光源和太陽(yáng)能電池等方面顯示了重要應(yīng)用前景。

以Cree公司為代表的體SiC單晶的研制已取得突破性進(jìn)展，2英寸的4H和6HSiC單晶與外延片，以及3英寸的4HSiC單晶己有商品出售；以SiC為GaN基材料襯低的藍(lán)綠光LED業(yè)已上市，并參于與以藍(lán)寶石為襯低的GaN基發(fā)光器件的竟?fàn)帯Ｆ渌鸖iC相關(guān)高溫器件的研制也取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。目前存在的主要問(wèn)題是材料中的缺陷密度高，且價(jià)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(guó)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(kāi)始了II－VI族蘭綠光半導(dǎo)體激光（材料）器件研制的。經(jīng)過(guò)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(guò)1000小時(shí)，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(cuò)和解決歐姆接觸等問(wèn)題，仍是該材料體系走向?qū)嵱没氨仨氁鉀Q的問(wèn)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(duì)稱(chēng)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(cuò)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(gè)迫切要解決的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題。這個(gè)問(wèn)題的解泱，必將大大地拓寬材料的可選擇余地，開(kāi)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(lèi)材料發(fā)展的關(guān)鍵問(wèn)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(zhǎng)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(wèn)題，國(guó)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(zhǎng)相比擬的尺度，來(lái)自結(jié)構(gòu)單元的散射波的多重干涉形成一個(gè)光子帶隙，與半導(dǎo)體材料的電子能隙相似，并可用類(lèi)似于固態(tài)晶體中的能帶論來(lái)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(huì)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(kāi)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(jiàn)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(gè)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(gè)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(lái)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(lái)越小（nm尺度）并最終將受到器件工作原理和工藝技術(shù)限制，而無(wú)法滿(mǎn)足人類(lèi)對(duì)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(lèi)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(kāi)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(gè)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(guò)外加電場(chǎng)控制核自旋間相互作用實(shí)現(xiàn)其邏輯運(yùn)算，自旋測(cè)量是由自旋極化電子電流來(lái)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(lài)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(duì)磷核自旋的干擾，必需使用高純（無(wú)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(wú)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(chǔ)過(guò)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(guó)半導(dǎo)體材料的幾點(diǎn)建議

鑒于我國(guó)目前的工業(yè)基礎(chǔ)，國(guó)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(huì)改變，至今國(guó)內(nèi)各大集成電路制造廠家所需的硅片基本上是依賴(lài)進(jìn)口。目前國(guó)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(guó)家集中人力和財(cái)力，首先開(kāi)展8英寸硅單晶實(shí)用化和6英寸硅外延片研究開(kāi)發(fā)，在“十五”的后期，爭(zhēng)取做到8英寸集成電路生產(chǎn)線用硅單晶材料的國(guó)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(guó)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(shí)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(shí)給以重視，只有這樣，才能逐步改觀我國(guó)微電子技術(shù)的落后局面，進(jìn)入世界發(fā)達(dá)國(guó)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(guó)外的差距主要表現(xiàn)在拉晶和晶片加工設(shè)備落后，沒(méi)有形成生產(chǎn)能力。相信在國(guó)家各部委的統(tǒng)一組織、領(lǐng)導(dǎo)下，并爭(zhēng)取企業(yè)介入，建立我國(guó)自己的研究、開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)聯(lián)合體，取各家之長(zhǎng)，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(kāi)盒就用晶片的生產(chǎn)能力，以滿(mǎn)足我國(guó)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(guó)產(chǎn)化，并具有滿(mǎn)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(guó)國(guó)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(gè)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(zhēng)取在“十五”末，能滿(mǎn)足國(guó)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(wàn)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(guó)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(kāi)發(fā)工作。

篇2

1半導(dǎo)體物理實(shí)驗(yàn)課程存在的問(wèn)題與困難

半導(dǎo)體物理實(shí)驗(yàn)是物理學(xué)專(zhuān)業(yè)電子材料與器件工程方向必修的一門(mén)專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)課，旨在培養(yǎng)學(xué)生對(duì)半導(dǎo)體材料和器件的制備及測(cè)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(guò)對(duì)前幾年本專(zhuān)業(yè)畢業(yè)生的就業(yè)情況分析，發(fā)現(xiàn)該專(zhuān)業(yè)畢業(yè)生缺乏對(duì)領(lǐng)域內(nèi)前沿技術(shù)的理解和掌握。由于沒(méi)有經(jīng)過(guò)相關(guān)知識(shí)的實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練，不少畢業(yè)生就業(yè)后再學(xué)習(xí)過(guò)程較長(zhǎng)，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(jiǎn)單陳舊。目前，國(guó)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(duì)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(méi)有或涉及較少。某些高校還利用虛擬實(shí)驗(yàn)來(lái)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(dòng)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(gè)世紀(jì)七、八十年代國(guó)家對(duì)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(lèi)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(duì)于增加學(xué)生對(duì)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(cè)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(cè)試原理和表征方法，為半導(dǎo)體材料與器件的開(kāi)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(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)內(nèi)容應(yīng)隨著專(zhuān)業(yè)知識(shí)的更新及行業(yè)的發(fā)展及時(shí)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(shí)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(gè)世紀(jì)六七十年代，在長(zhǎng)期實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，不少儀器因無(wú)法修復(fù)的故障而處于待報(bào)廢狀態(tài)。由于儀器設(shè)備不能及時(shí)更新，致使個(gè)別實(shí)驗(yàn)內(nèi)容無(wú)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(shí)甚至?xí)玫藉e(cuò)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(lèi)實(shí)驗(yàn)為主，設(shè)計(jì)性、應(yīng)用性、綜合性等提高類(lèi)實(shí)驗(yàn)較少，且無(wú)法開(kāi)展創(chuàng)新類(lèi)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(duì)專(zhuān)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(shì)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(kāi)設(shè)時(shí)間為本科大四秋季學(xué)期，該實(shí)驗(yàn)課與專(zhuān)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(duì)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(mén)實(shí)驗(yàn)課程不僅能夠通過(guò)對(duì)半導(dǎo)體材料某些重要參數(shù)和特性的觀測(cè)，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(cè)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(shí)，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(shí)，為將來(lái)獨(dú)立開(kāi)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(guò)調(diào)研國(guó)內(nèi)外高校現(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(kāi)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(mén)專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)課，每學(xué)年只有一個(gè)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(zhuān)屬的實(shí)驗(yàn)室，用于陳放新購(gòu)置的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，在沒(méi)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(guò)近三年的建設(shè)，半導(dǎo)體物理實(shí)驗(yàn)專(zhuān)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(duì)專(zhuān)業(yè)核心知識(shí)理解和掌握，而且啟發(fā)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)創(chuàng)造性地解決實(shí)際問(wèn)題，有效提高學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)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(mén)72學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)課，在專(zhuān)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(gè)層次(表1)。第一層次為“九”個(gè)基礎(chǔ)型實(shí)驗(yàn)，涵蓋對(duì)半導(dǎo)體材料的物理性質(zhì)(結(jié)構(gòu)、電學(xué)、光學(xué))的測(cè)定，通過(guò)對(duì)物理量的測(cè)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(cè)量方法等。第二層次為“八”個(gè)提高型實(shí)驗(yàn)(綜合、應(yīng)用性實(shí)驗(yàn))，學(xué)生通過(guò)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(kāi)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(shí)以及分析和解決問(wèn)題的能力。通過(guò)應(yīng)用性實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生將來(lái)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(gè)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(shí)、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(guò)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(gè)基礎(chǔ)型實(shí)驗(yàn)4學(xué)時(shí)，提高型實(shí)驗(yàn)8學(xué)時(shí)，創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)12學(xué)時(shí)，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(gè)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(kāi)課學(xué)期結(jié)束時(shí)完成至少72個(gè)學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)并獲得成績(jī)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(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)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(wèn)并補(bǔ)充完善，在整個(gè)實(shí)驗(yàn)安排過(guò)程中，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容由淺入深、由簡(jiǎn)單到綜合、逐步過(guò)渡至設(shè)計(jì)和研究創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)。三個(gè)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(shí)，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、自發(fā)解決問(wèn)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(jī)由每次實(shí)驗(yàn)后的“實(shí)驗(yàn)報(bào)告”的平均成績(jī)決定，然而單獨(dú)一份實(shí)驗(yàn)報(bào)告并不能夠完整反應(yīng)學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手操作能力和對(duì)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(jī)由每次“實(shí)驗(yàn)”的平均成績(jī)決定。每次實(shí)驗(yàn)成績(jī)包括實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)操作和實(shí)驗(yàn)報(bào)告三部分，實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前通過(guò)問(wèn)答以及學(xué)生講解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容來(lái)給出實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)成績(jī);實(shí)驗(yàn)操作成績(jī)是個(gè)團(tuán)隊(duì)成績(jī)反映每組實(shí)驗(yàn)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的動(dòng)手能力以及組員之間的相互協(xié)助情況;針對(duì)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(lái)撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告，以此來(lái)鍛煉本科生的科技論文寫(xiě)作能力。通過(guò)三部分綜合來(lái)給出的實(shí)驗(yàn)成績(jī)更注重對(duì)知識(shí)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(gòu)置并更新了實(shí)驗(yàn)設(shè)備建立了專(zhuān)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(jué)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(dòng)性。實(shí)驗(yàn)中學(xué)生實(shí)際動(dòng)手的機(jī)會(huì)增多，對(duì)知識(shí)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(huì)主動(dòng)去查閱研中英文科技文獻(xiàn)，真正做到了自主自覺(jué)的學(xué)習(xí)。通過(guò)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(guò)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(shí)，利用新購(gòu)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(shí)，也取得了優(yōu)異的成績(jī)。依托本實(shí)驗(yàn)室，2015年“國(guó)家級(jí)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(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃”立項(xiàng)4項(xiàng)。

篇3

上世紀(jì)中葉，單晶硅和半導(dǎo)體晶體管的發(fā)明及其硅集成電路的研制成功，導(dǎo)致了電子工業(yè)革命；上世紀(jì)70年代初石英光導(dǎo)纖維材料和GaAs激光器的發(fā)明，促進(jìn)了光纖通信技術(shù)迅速發(fā)展并逐步形成了高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，使人類(lèi)進(jìn)入了信息時(shí)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(lèi)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(duì)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(shì)

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(shì)。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(píng)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(huì)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(kāi)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(duì)現(xiàn)有器件特性影響所帶來(lái)的物理限制和光刻技術(shù)的限制問(wèn)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(lái)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(lái)提高ULSI的集成度、運(yùn)算速度和功能，但硅將最終難以滿(mǎn)足人類(lèi)不斷的對(duì)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(shì)。

目前，世界GaAs單晶的總年產(chǎn)量已超過(guò)200噸，其中以低位錯(cuò)密度的垂直梯度凝固法（VGF）和水平（HB）方法生長(zhǎng)的2－3英寸的導(dǎo)電GaAs襯底材料為主；近年來(lái)，為滿(mǎn)足高速移動(dòng)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(guó)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(jià)格居高不下。

GaAs和InP單晶的發(fā)展趨勢(shì)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(cuò)。

（4）。GaAs和InP單晶的VGF生長(zhǎng)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(zhǎng)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(lái)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(cè)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(dòng)電路所需的低維結(jié)構(gòu)材料是解決光纖通信瓶頸問(wèn)題的關(guān)鍵，在實(shí)驗(yàn)室西門(mén)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(jí)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(lèi)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(jí)聯(lián)耦合是解決此難題的有效途徑之一。我國(guó)早在1999年，就研制成功980nmInGaAs帶間量子級(jí)聯(lián)激光器，輸出功率達(dá)5W以上；2000年初，法國(guó)湯姆遜公司又報(bào)道了單個(gè)激光器準(zhǔn)連續(xù)輸出功率超過(guò)10瓦好結(jié)果。最近，我國(guó)的科研工作者又提出并開(kāi)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(lái)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(duì)激光器波長(zhǎng)范圍的限制，1994年美國(guó)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(jí)聯(lián)激光器，突破了半導(dǎo)體能隙對(duì)波長(zhǎng)的限制。自從1994年InGaAs／InAIAs／InP量子級(jí)聯(lián)激光器（QCLs）發(fā)明以來(lái)，Bell實(shí)驗(yàn)室等的科學(xué)家，在過(guò)去的7年多的時(shí)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(zhǎng)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(jí)聯(lián)激光器的工作波長(zhǎng)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(wú)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(jí)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(jí)聯(lián)激光器，使我國(guó)成為能研制這類(lèi)高質(zhì)量激光器材料為數(shù)不多的幾個(gè)國(guó)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(guò)渡；生產(chǎn)型的MBE和M0CVD設(shè)備已研制成功并投入使用，每臺(tái)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(guó)卡迪夫的MOCVD中心，法國(guó)的PicogigaMBE基地，美國(guó)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(píng)價(jià)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(gè)亟待解決的問(wèn)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(bào)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(dòng)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(cuò)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(chēng)，他們?cè)?2英寸的硅襯底上，用鈦酸鍶作協(xié)變層（柔性層），成功的生長(zhǎng)了器件級(jí)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(kù)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(guò)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(zhǎng)與制備主要集中在幾個(gè)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(zhǎng)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(guó)上述的MBE小組，2001年通過(guò)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(cuò)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(shí)工作壽命超過(guò)5000小時(shí)，這是大功率激光器的一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，至今未見(jiàn)國(guó)外報(bào)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(zhǎng)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(guó)又報(bào)道了可在室溫工作的單電子開(kāi)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(zhǎng)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(zhǎng)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(duì)InAs／InAlAs量子線超晶格的空間自對(duì)準(zhǔn)（垂直或斜對(duì)準(zhǔn)）的物理起因和生長(zhǎng)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(wú)催化劑、控制生長(zhǎng)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(duì)稱(chēng)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(wú)缺陷和位錯(cuò)；納米線呈矩形截面，典型的寬度為20－300nm，寬厚比為5－10，長(zhǎng)度可達(dá)數(shù)毫米。這種半導(dǎo)體氧化物納米帶是一個(gè)理想的材料體系，可以用來(lái)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(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)技術(shù)，圖形化襯底和不同取向晶面選擇生長(zhǎng)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(guò)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(shì)是尋找原子級(jí)無(wú)損傷加工方法和納米結(jié)構(gòu)的應(yīng)變自組裝可控生長(zhǎng)技術(shù)，以求獲得大小、形狀均勻、密度可控的無(wú)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(chē)、航空、航天、石油開(kāi)采以及國(guó)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(cè)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(wèn)世，發(fā)展很快。此外，256×256GaN基紫外光電焦平面陣列探測(cè)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(chēng)，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(dòng)藍(lán)光激光器和GaN基電子器件的發(fā)展。另外，近年來(lái)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(cè)陂L(zhǎng)波長(zhǎng)光通信用高T0光源和太陽(yáng)能電池等方面顯示了重要應(yīng)用前景。

以Cree公司為代表的體SiC單晶的研制已取得突破性進(jìn)展，2英寸的4H和6HSiC單晶與外延片，以及3英寸的4HSiC單晶己有商品出售；以SiC為GaN基材料襯低的藍(lán)綠光LED業(yè)已上市，并參于與以藍(lán)寶石為襯低的GaN基發(fā)光器件的竟?fàn)帯Ｆ渌鸖iC相關(guān)高溫器件的研制也取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。目前存在的主要問(wèn)題是材料中的缺陷密度高，且價(jià)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(guó)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(kāi)始了II－VI族蘭綠光半導(dǎo)體激光（材料）器件研制的。經(jīng)過(guò)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(guò)1000小時(shí)，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(cuò)和解決歐姆接觸等問(wèn)題，仍是該材料體系走向?qū)嵱没氨仨氁鉀Q的問(wèn)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(duì)稱(chēng)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(cuò)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(gè)迫切要解決的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題。這個(gè)問(wèn)題的解泱，必將大大地拓寬材料的可選擇余地，開(kāi)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(lèi)材料發(fā)展的關(guān)鍵問(wèn)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(zhǎng)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(wèn)題，國(guó)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(zhǎng)相比擬的尺度，來(lái)自結(jié)構(gòu)單元的散射波的多重干涉形成一個(gè)光子帶隙，與半導(dǎo)體材料的電子能隙相似，并可用類(lèi)似于固態(tài)晶體中的能帶論來(lái)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(huì)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(kāi)辟新的途徑。光子晶體的制備方法主要有：聚焦離子束（FIB）結(jié)合脈沖激光蒸發(fā)方法，即先用脈沖激光蒸發(fā)制備如Ag/MnO多層膜，再用FIB注入隔離形成一維或二維平面陣列光子晶體；基于功能粒子（磁性納米顆粒Fe2O3，發(fā)光納米顆粒CdS和介電納米顆粒TiO2）和共軛高分子的自組裝方法，可形成適用于可光范圍的三維納米顆粒光子晶體；二維多空硅也可制作成一個(gè)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(gè)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(lái)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(lái)越小（nm尺度）并最終將受到器件工作原理和工藝技術(shù)限制，而無(wú)法滿(mǎn)足人類(lèi)對(duì)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(lèi)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(kāi)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)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(gè)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(guò)外加電場(chǎng)控制核自旋間相互作用實(shí)現(xiàn)其邏輯運(yùn)算，自旋測(cè)量是由自旋極化電子電流來(lái)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(lài)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(duì)磷核自旋的干擾，必需使用高純（無(wú)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(wú)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(chǔ)過(guò)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(guó)半導(dǎo)體材料的幾點(diǎn)建議

鑒于我國(guó)目前的工業(yè)基礎(chǔ)，國(guó)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(huì)改變，至今國(guó)內(nèi)各大集成電路制造廠家所需的硅片基本上是依賴(lài)進(jìn)口。目前國(guó)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(guó)家集中人力和財(cái)力，首先開(kāi)展8英寸硅單晶實(shí)用化和6英寸硅外延片研究開(kāi)發(fā)，在“十五”的后期，爭(zhēng)取做到8英寸集成電路生產(chǎn)線用硅單晶材料的國(guó)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(guó)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(shí)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(shí)給以重視，只有這樣，才能逐步改觀我國(guó)微電子技術(shù)的落后局面，進(jìn)入世界發(fā)達(dá)國(guó)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(guó)外的差距主要表現(xiàn)在拉晶和晶片加工設(shè)備落后，沒(méi)有形成生產(chǎn)能力。相信在國(guó)家各部委的統(tǒng)一組織、領(lǐng)導(dǎo)下，并爭(zhēng)取企業(yè)介入，建立我國(guó)自己的研究、開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)聯(lián)合體，取各家之長(zhǎng)，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(kāi)盒就用晶片的生產(chǎn)能力，以滿(mǎn)足我國(guó)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(guó)產(chǎn)化，并具有滿(mǎn)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(guó)國(guó)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(gè)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(zhēng)取在“十五”末，能滿(mǎn)足國(guó)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(wàn)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(guó)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(kāi)發(fā)工作。

篇4

上世紀(jì)中葉，單晶硅和半導(dǎo)體晶體管的發(fā)明及其硅集成電路的研制成功，導(dǎo)致了電子工業(yè)革命；上世紀(jì)70年代初石英光導(dǎo)纖維材料和GaAs激光器的發(fā)明，促進(jìn)了光纖通信技術(shù)迅速發(fā)展并逐步形成了高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，使人類(lèi)進(jìn)入了信息時(shí)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(lèi)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(duì)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(shì)

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(shì)。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(píng)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(huì)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(kāi)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(duì)現(xiàn)有器件特性影響所帶來(lái)的物理限制和光刻技術(shù)的限制問(wèn)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(lái)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(lái)提高ULSI的集成度、運(yùn)算速度和功能，但硅將最終難以滿(mǎn)足人類(lèi)不斷的對(duì)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(shì)。

目前，世界GaAs單晶的總年產(chǎn)量已超過(guò)200噸，其中以低位錯(cuò)密度的垂直梯度凝固法（VGF）和水平（HB）方法生長(zhǎng)的2－3英寸的導(dǎo)電GaAs襯底材料為主；近年來(lái)，為滿(mǎn)足高速移動(dòng)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(guó)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(jià)格居高不下。

GaAs和InP單晶的發(fā)展趨勢(shì)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(cuò)。

（4）。GaAs和InP單晶的VGF生長(zhǎng)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(zhǎng)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(lái)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(cè)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(dòng)電路所需的低維結(jié)構(gòu)材料是解決光纖通信瓶頸問(wèn)題的關(guān)鍵，在實(shí)驗(yàn)室西門(mén)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(jí)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(lèi)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(jí)聯(lián)耦合是解決此難題的有效途徑之一。我國(guó)早在1999年，就研制成功980nmInGaAs帶間量子級(jí)聯(lián)激光器，輸出功率達(dá)5W以上；2000年初，法國(guó)湯姆遜公司又報(bào)道了單個(gè)激光器準(zhǔn)連續(xù)輸出功率超過(guò)10瓦好結(jié)果。最近，我國(guó)的科研工作者又提出并開(kāi)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(lái)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(duì)激光器波長(zhǎng)范圍的限制，1994年美國(guó)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(jí)聯(lián)激光器，突破了半導(dǎo)體能隙對(duì)波長(zhǎng)的限制。自從1994年InGaAs／InAIAs／InP量子級(jí)聯(lián)激光器（QCLs）發(fā)明以來(lái)，Bell實(shí)驗(yàn)室等的科學(xué)家，在過(guò)去的7年多的時(shí)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(zhǎng)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(jí)聯(lián)激光器的工作波長(zhǎng)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(wú)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(jí)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(jí)聯(lián)激光器，使我國(guó)成為能研制這類(lèi)高質(zhì)量激光器材料為數(shù)不多的幾個(gè)國(guó)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(guò)渡；生產(chǎn)型的MBE和M0CVD設(shè)備已研制成功并投入使用，每臺(tái)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(guó)卡迪夫的MOCVD中心，法國(guó)的PicogigaMBE基地，美國(guó)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(píng)價(jià)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(gè)亟待解決的問(wèn)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(bào)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(dòng)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(cuò)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(chēng)，他們?cè)?2英寸的硅襯底上，用鈦酸鍶作協(xié)變層（柔性層），成功的生長(zhǎng)了器件級(jí)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(kù)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(guò)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(zhǎng)與制備主要集中在幾個(gè)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(zhǎng)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(guó)上述的MBE小組，2001年通過(guò)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(cuò)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(shí)工作壽命超過(guò)5000小時(shí)，這是大功率激光器的一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，至今未見(jiàn)國(guó)外報(bào)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(zhǎng)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(guó)又報(bào)道了可在室溫工作的單電子開(kāi)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(zhǎng)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(zhǎng)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(duì)InAs／InAlAs量子線超晶格的空間自對(duì)準(zhǔn)（垂直或斜對(duì)準(zhǔn)）的物理起因和生長(zhǎng)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(wú)催化劑、控制生長(zhǎng)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(duì)稱(chēng)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(wú)缺陷和位錯(cuò)；納米線呈矩形截面，典型的寬度為20－300nm，寬厚比為5－10，長(zhǎng)度可達(dá)數(shù)毫米。這種半導(dǎo)體氧化物納米帶是一個(gè)理想的材料體系，可以用來(lái)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(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)技術(shù)，圖形化襯底和不同取向晶面選擇生長(zhǎng)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(guò)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(shì)是尋找原子級(jí)無(wú)損傷加工方法和納米結(jié)構(gòu)的應(yīng)變自組裝可控生長(zhǎng)技術(shù)，以求獲得大小、形狀均勻、密度可控的無(wú)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(chē)、航空、航天、石油開(kāi)采以及國(guó)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(cè)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(wèn)世，發(fā)展很快。此外，256×256GaN基紫外光電焦平面陣列探測(cè)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(chēng)，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(dòng)藍(lán)光激光器和GaN基電子器件的發(fā)展。另外，近年來(lái)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(cè)陂L(zhǎng)波長(zhǎng)光通信用高T0光源和太陽(yáng)能電池等方面顯示了重要應(yīng)用前景。

以Cree公司為代表的體SiC單晶的研制已取得突破性進(jìn)展，2英寸的4H和6HSiC單晶與外延片，以及3英寸的4HSiC單晶己有商品出售；以SiC為GaN基材料襯低的藍(lán)綠光LED業(yè)已上市，并參于與以藍(lán)寶石為襯低的GaN基發(fā)光器件的竟?fàn)帯Ｆ渌鸖iC相關(guān)高溫器件的研制也取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。目前存在的主要問(wèn)題是材料中的缺陷密度高，且價(jià)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(guó)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(kāi)始了II－VI族蘭綠光半導(dǎo)體激光（材料）器件研制的。經(jīng)過(guò)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(guò)1000小時(shí)，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(cuò)和解決歐姆接觸等問(wèn)題，仍是該材料體系走向?qū)嵱没氨仨氁鉀Q的問(wèn)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(duì)稱(chēng)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(cuò)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(gè)迫切要解決的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題。這個(gè)問(wèn)題的解泱，必將大大地拓寬材料的可選擇余地，開(kāi)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(lèi)材料發(fā)展的關(guān)鍵問(wèn)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(zhǎng)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(wèn)題，國(guó)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(zhǎng)相比擬的尺度，來(lái)自結(jié)構(gòu)單元的散射波的多重干涉形成一個(gè)光子帶隙，與半導(dǎo)體材料的電子能隙相似，并可用類(lèi)似于固態(tài)晶體中的能帶論來(lái)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(huì)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(kāi)辟新的途徑。光子晶體的制備方法主要有：聚焦離子束（FIB）結(jié)合脈沖激光蒸發(fā)方法，即先用脈沖激光蒸發(fā)制備如Ag/MnO多層膜，再用FIB注入隔離形成一維或二維平面陣列光子晶體；基于功能粒子（磁性納米顆粒Fe2O3，發(fā)光納米顆粒CdS和介電納米顆粒TiO2）和共軛高分子的自組裝方法，可形成適用于可光范圍的三維納米顆粒光子晶體；二維多空硅也可制作成一個(gè)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(gè)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(lái)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(lái)越小（nm尺度）并最終將受到器件工作原理和工藝技術(shù)限制，而無(wú)法滿(mǎn)足人類(lèi)對(duì)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(lèi)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(kāi)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)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(gè)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(guò)外加電場(chǎng)控制核自旋間相互作用實(shí)現(xiàn)其邏輯運(yùn)算，自旋測(cè)量是由自旋極化電子電流來(lái)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(lài)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(duì)磷核自旋的干擾，必需使用高純（無(wú)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(wú)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(chǔ)過(guò)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(guó)半導(dǎo)體材料的幾點(diǎn)建議

鑒于我國(guó)目前的工業(yè)基礎(chǔ)，國(guó)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(huì)改變，至今國(guó)內(nèi)各大集成電路制造廠家所需的硅片基本上是依賴(lài)進(jìn)口。目前國(guó)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(guó)家集中人力和財(cái)力，首先開(kāi)展8英寸硅單晶實(shí)用化和6英寸硅外延片研究開(kāi)發(fā)，在“十五”的后期，爭(zhēng)取做到8英寸集成電路生產(chǎn)線用硅單晶材料的國(guó)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(guó)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(shí)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(shí)給以重視，只有這樣，才能逐步改觀我國(guó)微電子技術(shù)的落后局面，進(jìn)入世界發(fā)達(dá)國(guó)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(guó)外的差距主要表現(xiàn)在拉晶和晶片加工設(shè)備落后，沒(méi)有形成生產(chǎn)能力。相信在國(guó)家各部委的統(tǒng)一組織、領(lǐng)導(dǎo)下，并爭(zhēng)取企業(yè)介入，建立我國(guó)自己的研究、開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)聯(lián)合體，取各家之長(zhǎng)，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(kāi)盒就用晶片的生產(chǎn)能力，以滿(mǎn)足我國(guó)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(guó)產(chǎn)化，并具有滿(mǎn)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(guó)國(guó)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(gè)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(zhēng)取在“十五”末，能滿(mǎn)足國(guó)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(wàn)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(guó)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(kāi)發(fā)工作。

篇5

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

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

二、大學(xué)生主題班會(huì)對(duì)思想道德教育的重要意義

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

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

大學(xué)生對(duì)社會(huì)接觸較少，社會(huì)經(jīng)驗(yàn)往往不足，且個(gè)體之間經(jīng)歷不同，在認(rèn)識(shí)層次、認(rèn)識(shí)水平上存在一定差異，對(duì)社會(huì)上存在的問(wèn)題以及個(gè)人自身的成長(zhǎng)與發(fā)展認(rèn)識(shí)也就不同，難以避免片面性和模糊性，有的甚至比較偏激，這就需要相關(guān)引導(dǎo)使學(xué)生形成正確的思想認(rèn)識(shí)。而主題班會(huì)一般從大學(xué)生的現(xiàn)實(shí)生活中取材，內(nèi)容大多和學(xué)生的生活息息相關(guān)，通過(guò)新穎的主題班會(huì)可以吸引學(xué)生充分參與，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)積極探究，從生動(dòng)的體驗(yàn)中獲得對(duì)世界、人生、自我的認(rèn)知，讓他們學(xué)會(huì)獨(dú)立思考、獨(dú)立生活、獨(dú)立生存。

（二）增強(qiáng)班級(jí)向心力，促進(jìn)師生交流

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

（三）有助于學(xué)校、院系德育工作的開(kāi)展

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

三、我國(guó)大學(xué)生主題班會(huì)的現(xiàn)狀

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

（一）對(duì)主題班會(huì)沒(méi)有一個(gè)明確的功能定位

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

（二）開(kāi)展過(guò)于頻繁

很多高校從大一開(kāi)始就不斷地舉行班會(huì)，少則兩周一次，少則一周舉行兩三次，過(guò)于頻繁的班會(huì)占用了學(xué)生太多時(shí)間，且內(nèi)容也因此無(wú)關(guān)痛癢沒(méi)什么實(shí)質(zhì)性意義，一次班會(huì)往往點(diǎn)個(gè)名，有事即說(shuō)，無(wú)事便散，有些班會(huì)甚至只有短短十幾分鐘，讓參加的學(xué)生苦笑不已，甚至產(chǎn)生對(duì)主題班會(huì)教育意義的質(zhì)疑。

（三）內(nèi)容空洞枯燥，索然無(wú)味

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

四、針對(duì)現(xiàn)階段我國(guó)大學(xué)生主題班會(huì)問(wèn)題的解決方法

（一）發(fā)揮班導(dǎo)師在班會(huì)中的指導(dǎo)作用

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

（二）豐富內(nèi)容

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

（三）適度安排班會(huì)組織的頻率與時(shí)間

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

篇6

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

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

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

二、認(rèn)識(shí)中小學(xué)班級(jí)中的團(tuán)體動(dòng)力形態(tài)

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

（一）非主流文化團(tuán)體取向的小團(tuán)體

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

（二）以個(gè)性、興趣結(jié)合和教師評(píng)價(jià)取向的小團(tuán)體

一般來(lái)說(shuō)，中小學(xué)生在教室中的小團(tuán)體比較傾向于個(gè)性與興趣的結(jié)合。但也可能會(huì)因?yàn)槭艿焦φn與教師的標(biāo)準(zhǔn)化評(píng)價(jià)而形成所謂的好學(xué)生小團(tuán)體與調(diào)皮學(xué)生的小團(tuán)體。通常所謂的好學(xué)生小團(tuán)體對(duì)班級(jí)管理會(huì)產(chǎn)生積極的幫助，而調(diào)皮學(xué)生的小團(tuán)體可能造成班級(jí)管理的問(wèn)題所在。因此，班主任要平等對(duì)待學(xué)生，必須消除個(gè)人的喜好，對(duì)于還正在成長(zhǎng)中的學(xué)生不要給予社會(huì)的標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)，因?yàn)槊课粚W(xué)生的潛力是無(wú)限的，教師必須循循善誘，引導(dǎo)這些班級(jí)中的小團(tuán)體朝著健康的方向發(fā)展。

（三）以座位分配取向的小團(tuán)體

中小學(xué)生常會(huì)因?yàn)樵诮淌抑械淖环峙涠绊懙綄W(xué)習(xí)的效果，而由于座位的分配所產(chǎn)生的班級(jí)氣氛值得教育心理學(xué)工作者進(jìn)一步探討。一般來(lái)說(shuō)，中小學(xué)生若與不喜歡的同學(xué)坐在一起，會(huì)影響其學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)；而若與喜歡的同學(xué)坐在一起，則會(huì)非常興奮而顯得士氣高昂。因此，在班級(jí)座位安排方面，班主任必須作適時(shí)的調(diào)整與更新。在座位的分配方面，必須考慮每位學(xué)生不同的學(xué)習(xí)表現(xiàn)，將學(xué)習(xí)表現(xiàn)好的學(xué)生與學(xué)習(xí)表現(xiàn)差的學(xué)生交錯(cuò)分配在一起，如此才不容易造成學(xué)生的被標(biāo)準(zhǔn)化。此外，高效能的學(xué)生座位安排將有助于師生之間形成密切的互動(dòng)。班主任對(duì)于班級(jí)中的分組也需要思考，應(yīng)打破性別意識(shí)與學(xué)業(yè)成就的界線，善用小組間積極的合作與競(jìng)爭(zhēng)模式，培養(yǎng)學(xué)生的主動(dòng)精神與民主素養(yǎng)，如此將產(chǎn)生最佳的團(tuán)體動(dòng)力。

（四）以性別取向的小團(tuán)體

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

三、班主任運(yùn)用團(tuán)體動(dòng)力的班級(jí)輔導(dǎo)策略

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

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

（二）營(yíng)造健康民主的心理環(huán)境的策略

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

（三）班級(jí)學(xué)習(xí)分組策略

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

（四）團(tuán)體游戲輔導(dǎo)策略

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

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

參考文獻(xiàn)：

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

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

篇7

第一，教師要在任何時(shí)候都了解自己班級(jí)中的小團(tuán)體的活動(dòng)狀況、核心人物的態(tài)度以及人員的變遷。同時(shí)，還要了解班級(jí)內(nèi)大部分成員對(duì)這些小團(tuán)體的評(píng)價(jià)。

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

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

篇8

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

中國(guó)代表團(tuán)當(dāng)天分別與朝鮮、俄羅斯、韓國(guó)、日本、美國(guó)代表團(tuán)進(jìn)行了雙邊接觸。雙邊接觸前，六方團(tuán)長(zhǎng)舉行了近兩個(gè)小時(shí)的小范圍會(huì)議。

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

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

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

希爾同時(shí)表示，美方對(duì)會(huì)談進(jìn)程持謹(jǐn)慎樂(lè)觀的態(tài)度。

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

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

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

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

當(dāng)晚，外交部副部長(zhǎng)戴秉國(guó)在釣魚(yú)臺(tái)國(guó)賓館會(huì)見(jiàn)了參加第五輪六方會(huì)談第三階段會(huì)議的各國(guó)代表團(tuán)團(tuán)長(zhǎng)。

戴秉國(guó)對(duì)六方重聚北京表示歡迎。他指出，事實(shí)證明，六方會(huì)談是解決朝鮮半島核問(wèn)題的有效機(jī)制。落實(shí)好共同聲明是六方的共同愿望，也是國(guó)際社會(huì)的普遍期待。兩天來(lái)，各方進(jìn)行了認(rèn)真的討論。相信只要各方抱有誠(chéng)意，堅(jiān)持不懈，認(rèn)真談判，就一定能夠克服困難，為落實(shí)共同聲明開(kāi)好頭、起好步，推動(dòng)六方會(huì)談不斷取得進(jìn)展。

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

2月12日，會(huì)議進(jìn)入第五天，也是關(guān)鍵的一天。從當(dāng)天上午10時(shí)開(kāi)始，會(huì)談各方已經(jīng)進(jìn)行了約16個(gè)小時(shí)的緊張磋商，繼續(xù)為達(dá)成各方都能認(rèn)可的書(shū)面協(xié)議做最后的努力。

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

2月13日下午，第五輪六方會(huì)談第三階段會(huì)議在釣魚(yú)臺(tái)國(guó)賓館舉行了全體會(huì)和閉幕式。武大偉主持了會(huì)議。

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

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

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

會(huì)議以全體起立鼓掌方式通過(guò)了落實(shí)共同聲明起步行動(dòng)文件（全文另載），并決定第六輪六方會(huì)談?dòng)?月19日在北京舉行。

當(dāng)天下午，國(guó)務(wù)委員唐家璇在釣魚(yú)臺(tái)國(guó)賓館會(huì)見(jiàn)了出席第五輪六方會(huì)談第三階段會(huì)議的各方代表團(tuán)團(tuán)長(zhǎng)。

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

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

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

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

篇9

中圖分類(lèi)號(hào)：U448.14 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：2095-2104（2012）

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

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

一、目前我國(guó)道橋工程現(xiàn)狀

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

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

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

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

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

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

四、路橋項(xiàng)目管理中的方案

篇10

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

2 能帶論的主要結(jié)論

2.1 能帶及其一般性質(zhì)

在晶體中，原來(lái)的簡(jiǎn)并能級(jí)即自由原子中的能級(jí)分裂為許多和原來(lái)能級(jí)很接近的能級(jí)，形成能帶。

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

1）分裂的新能級(jí)在一定能量范圍內(nèi)，形成一個(gè)連續(xù)分布的能量帶，稱(chēng)能帶，也稱(chēng)容許帶。

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

3）自由原子中電子能級(jí)越高，對(duì)應(yīng)能帶越寬。

2.2 金屬，半導(dǎo)體，絕緣體的能帶特征

在晶體周期場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的個(gè)電子，他們的基態(tài)可以用類(lèi)似的辦法討論，這時(shí)但電子能級(jí)用表示，分成一系列能帶， 一般不具有簡(jiǎn)單的自由電子的形式。個(gè)電子填充這些能級(jí)中最低的個(gè)，有兩類(lèi)填充情況：

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

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

2.3 能帶的周期性和反演對(duì)稱(chēng)性

1） 周期性：

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

（1）

其中 ：

=（2）

注意 （1）式的方括弧內(nèi)的因子具有正格子之間的平移格矢不變性

令

（3）

（4）

利用 和（2）式很容易證明

=（5）

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

（6）

（7）

2） 反演對(duì)稱(chēng)性 ：

（8）

證明： 態(tài)的薛定諤方程

（9）

（10）

由布洛赫定理：取上式復(fù)共軛：

（11）

態(tài)的薛定諤方程：

（12）

將（11）和（12）重新整理：

（13）

（14）

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

（15）

（16）

可見(jiàn)，能帶具有反演對(duì)稱(chēng)性。[2]

2.4能帶的三種表示圖式[2]

1）擴(kuò)展能區(qū)圖式

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

如圖1（a）所示。

2）周期能區(qū)圖式

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

3）簡(jiǎn)約能區(qū)圖式

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

圖1 三種能區(qū)圖式

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

關(guān)鍵詞: 布里淵區(qū)，薛定諤方程.

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

2 能帶論的主要結(jié)論2.1 能帶及其一般性質(zhì)

在晶體中，原來(lái)的簡(jiǎn)并能級(jí)即自由原子中的能級(jí)分裂為許多和原來(lái)能級(jí)很接近的能級(jí)，形成能帶。

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

1）分裂的新能級(jí)在一定能量范圍內(nèi)，形成一個(gè)連續(xù)分布的能量帶，稱(chēng)能帶，也稱(chēng)容許帶。

2）在相鄰的容許帶之間可能出現(xiàn)不容許能級(jí)存在的能隙，稱(chēng)為禁帶。

3）自由原子中電子能級(jí)越高，對(duì)應(yīng)能帶越寬。

2.2 金屬，半導(dǎo)體，絕緣體的能帶特征

在晶體周期場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的個(gè)電子，他們的基態(tài)可以用類(lèi)似的辦法討論，這時(shí)但電子能級(jí)用表示，分成一系列能帶， 一般不具有簡(jiǎn)單的自由電子的形式。個(gè)電子填充這些能級(jí)中最低的個(gè)，有兩類(lèi)填充情況：

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

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

2.3 能帶的周期性和反演對(duì)稱(chēng)性

1） 周期性：

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

（1）

其中 ：

=（2）

注意 （1）式的方括弧內(nèi)的因子具有正格子之間的平移格矢不變性

令

（3）

（4）

利用 和（2）式很容易證明

=（5）

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

（6）

（7）

2） 反演對(duì)稱(chēng)性 ：

（8）

證明： 態(tài)的薛定諤方程

（9）

（10）

由布洛赫定理：取上式復(fù)共軛：

（11）

態(tài)的薛定諤方程：

（12）

將（11）和（12）重新整理：

（13）

（14）

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

（15）

（16）

可見(jiàn)，能帶具有反演對(duì)稱(chēng)性。[2]

2.4能帶的三種表示圖式[2]

1）擴(kuò)展能區(qū)圖式

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

如圖1（a）所示。

2）周期能區(qū)圖式

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

3）簡(jiǎn)約能區(qū)圖式

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

圖1 三種能區(qū)圖式

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

參考文獻(xiàn)

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

篇11

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

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

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

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

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

雛鳳新聲，結(jié)緣寬禁帶半導(dǎo)體

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

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

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

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

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

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

層層深入，攻關(guān)SiC基稀磁半導(dǎo)體

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

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

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

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

隨著研究的不斷深入，宋波的研究也漸入佳境――

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

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

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

把握前沿，初探AIN晶體生長(zhǎng)

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

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

因此，深入開(kāi)展生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)研究，探究生長(zhǎng)過(guò)程中質(zhì)量輸運(yùn)-溫場(chǎng)分布-成核動(dòng)力學(xué)的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，從微觀機(jī)理上闡述物性變化的原因，探索新奇物理效應(yīng)，成為制約寬禁帶半導(dǎo)體發(fā)展的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題，同時(shí)也是一項(xiàng)亟待開(kāi)展的基礎(chǔ)性研究工作。

在這一研究方向，宋波同樣取得了不俗的成績(jī)――

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

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

這一發(fā)現(xiàn)極大地豐富了人們對(duì)于AlN晶生長(zhǎng)機(jī)理的認(rèn)識(shí)，對(duì)調(diào)控AlN生長(zhǎng)形貌，獲得大尺寸、低缺陷密度的AlN晶體具有重要參考價(jià)值。

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

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

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

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

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

他所獲得的直徑達(dá)35mm的雙面拋光片，位錯(cuò)密度小于107個(gè)/cm2，申報(bào)了國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利7項(xiàng)，研究水平居于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先地位。

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

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

篇12

(一) 引言

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

(二) 慢速光的基本原理

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

（1）

其中，Ng表示的是群折射率而w是光的頻率。

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

(三) 相干群振蕩（CPO）

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

(四) 級(jí)聯(lián)裝置

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

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

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

Figure 1.

(五) 光學(xué)濾波

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

Figure 2.

(六) 偏振旋轉(zhuǎn)的利用

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

Figure 3.

(七) 結(jié)論

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

【參考文獻(xiàn)】

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

篇13

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

0 引言

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

3 實(shí)驗(yàn)與結(jié)果討論

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

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

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

4 總結(jié)

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

【參考文獻(xiàn)】

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