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關(guān)鍵詞半導體；材料；芯片；發(fā)展；應用；技術(shù)；

中圖分類號：O471 文獻標識碼：A 文章編號：

引言

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

一、半導體材料的概念與特性

當今，以半導體材料為芯片的各種產(chǎn)品普遍進入人們的生活，如電視機，電子計算機，電子表，半導體收音機等都已經(jīng)成為我們?nèi)粘Ｋ豢扇鄙俚募矣秒娖鳌?半導體材料為什么在今天擁有如此巨大的作用， 這需要我們從了解半導體材料的概念和特性開始。

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

二、幾種主要半導體材料的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢

（一）硅材料

硅材料是半導體中應用廣泛的一類材料，目前直徑為8英寸（200mm）的Si單晶已實現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)，基于直徑為12英寸（300mm）硅片的集成電路（IC's）技術(shù)正處在由實驗室向工業(yè)生產(chǎn)轉(zhuǎn)變中。18英寸重達414公斤的硅單晶和18英寸的硅園片已在實驗室研制成功，直徑27英寸硅單晶研制也正在積極籌劃中。

從進一步提高硅IC'S的速度和集成度看，研制適合于硅深亞微米乃至納米工藝所需的大直徑硅外延片會成為硅材料發(fā)展的主流。另外，SOI材料，包括智能剝離（Smart cut）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。

（二）GaAs和InP單晶材料

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

（三）半導體超晶格、量子阱材料

半導體超薄層微結(jié)構(gòu)材料是基于先進生長技術(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計思想，出現(xiàn)了“電學和光學特性可剪裁”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Ⅲ－V族超晶格、量子阱材料。我國早在1999年，就研制成功980nm InGaAs帶間量子級聯(lián)激光器，輸出功率達5W以上；2000年初，法國湯姆遜公司又報道了單個激光器準連續(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用前景。

（四）一維量子線、零維量子點半導體微結(jié)構(gòu)材料

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

目前低維半導體材料生長與制備主要集中在幾個比較成熟的材料體系上，如GaAlAs／GaAs，In（Ga）As／GaAs，InGaAs／InAlAs／GaAs，InGaAs／InP，In（Ga）As／InAlAs／InP,InGaAsP／InAlAs／InP以及GeSi／Si等，并在納米微電子和光電子研制方面取得了重大進展。俄羅斯約飛技術(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體所半導體材料科學重點實驗室的MBE小組等研制成功的In（Ga）As／GaAs高功率量子點激光器，工作波長lμ蘭左右，單管室溫連續(xù)輸出功率高達3．6～4W。1.5 寬帶隙半導體材料寬帶隙半導體材料主要指的是金剛石，III族氮化物，碳化硅，立方氮化硼以及氧化物（ZnO等）及固溶體等，特別是SiC、GaN和金剛石薄膜等材料，因具有高熱導率、高電子飽和漂移速度和大臨界擊穿電壓等特點，成為研制高頻大功率、耐高溫、抗輻照半導體微電子器件和電路的理想材料；在通信、汽車、航空、航天、石油開采以及國防等方面有著廣泛的應用前景。另外，III族氮化物也是很好的光電子材料，在藍、綠光發(fā)光二極管（LED)和紫、藍、綠光激光器（LD）以及紫外探測器等應用方面也顯示了廣泛的應用前景。隨著1993年GaN材料的P型摻雜突破，GaN基材料成為藍綠光發(fā)光材料的研究熱點。

三、半導體材料發(fā)展的幾點建議

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年趕上世界先進水平是可能的。要達到上述目的，到“十五”末應形成以4英寸單晶為主2－3噸／年的SI－GaAs和3－5噸／年摻雜GaAs、InP單晶和開盒就用晶片的生產(chǎn)能力，以滿足我國不斷發(fā)展的微電子和光電子工業(yè)的需求。到2010年，應當實現(xiàn)4英寸GaAs生產(chǎn)線的國產(chǎn)化，并具有滿足6英寸線的供片能力。發(fā)展超晶格、量子阱和一維、零維半導體微結(jié)構(gòu)材料。

（一）超晶格、量子阱材料

從目前我國國力和我們已有的基礎出發(fā)，應以三基色（超高亮度紅、綠和藍光）材料和光通信材料為主攻方向，并兼顧新一代微電子器件和電路的需求，加強MBE和MOCVD兩個基地的建設，引進必要的適合批量生產(chǎn)的工業(yè)型MBE和MOCVD設備并著重致力于GaAlAs／GaAs，InGaAlP／InGaP,GaN基藍綠光材料，InGaAs／InP和InGaAsP／InP等材料體系的實用化研究是當務之急，爭取在“十五”末，能滿足國內(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。達到本世紀初的國際水平。

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

（二）一維和零維半導體材料的發(fā)展設想

基于低維半導體微結(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、物力建設我國自己的納米科學與技術(shù)研究發(fā)展中心就成為了成敗的關(guān)鍵。具體目標是，“十五”末，在半導體量子線、量子點材料制備，量子器件研制和系統(tǒng)集成等若干個重要研究方向接近當時的國際先進水平；2010年在有實用化前景的量子點激光器，量子共振隧穿器件和單電子器件及其集成等研發(fā)方面，達到國際先進水平，并在國際該領(lǐng)域占有一席之地?？梢灶A料，它的實施必將極大地增強我國的經(jīng)濟和國防實力。

結(jié)束語

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

參考文獻

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

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【關(guān)鍵詞】寬帶半導體材料 電子機構(gòu) 性質(zhì)

Ⅱ-Ⅲ2-Ⅳ4型三元化合物，為具有缺陷黃銅礦結(jié)構(gòu)的寬帶半導體材料，材料電子機構(gòu)優(yōu)化性強，彈性以及光學性質(zhì)好，用于光學設備乃至電光器件等的制造中，在提高設備性能方面，價值顯著。本文以密度泛函理論為基礎，對缺陷黃銅礦結(jié)構(gòu)半導體CdAl2S4的電子機構(gòu)、彈性及光學性質(zhì)進行了分析：

1 寬帶半導體材料模擬計算方法

以密度泛函理論為基礎進行模擬計算。將CdAl2S4拆分開來，分為Cd、Al以及S三個部分，三者的價電子組態(tài)存在一定差異，Cd電子組態(tài)為4d105s2、Al電子組態(tài)為3s23p2、S電子組態(tài)為3s23p4。電子與電子之間存在的交換關(guān)聯(lián)勢，以PBE泛函作為基礎進行描述。參數(shù)設計情況如表1。

從表1中可以看出，半導體材料參數(shù)如下：

（1）動能截斷值：500eV。

（2）布里淵區(qū)k點網(wǎng)格8×8×4。

（3）原子作用收斂標準：10-3eV/A。

（4）自洽精度：10-6eV/atom。

2 寬帶半導體材料的電子機構(gòu)與性質(zhì)

2.1 寬帶半導體材料的電子機構(gòu)

從晶格結(jié)構(gòu)、能帶結(jié)構(gòu)方面，對寬帶半體材料CdAl2S4的電子機構(gòu)進行了研究：

2.1.1 晶格結(jié)構(gòu)

寬帶半導體材料CdAl2S4的原子中，不同原子的空間占位不同，具體如表2。

考慮不同原子在空間占位方面存在的差異，應首先采用晶格優(yōu)化的方法，提高材料結(jié)構(gòu)本身的穩(wěn)定性，CdAl2S4的晶格結(jié)構(gòu)參數(shù)以及鍵長如下：Cd-S鍵長2.577、Al1-S鍵長2.279、Al2-S鍵長2.272。a實驗值2.553，計算值5.648。

2.1.2 能帶結(jié)構(gòu)

寬帶半導體材料CdAl2S4的能帶結(jié)構(gòu)如圖1。

圖1顯示，寬帶半導體材料CdAl2S4的價帶主要由三部分所構(gòu)成，分別為低價帶、高價帶與最高價帶：

（1）低價帶：低價帶即能量最低的價帶，包括S的s態(tài)以及Al的s態(tài)等部分，通過對半導體材料CdAl2S4的低價帶的觀察可以發(fā)現(xiàn)，S與Al兩者中所包含的原則，具有較高的結(jié)合性質(zhì)。

（2）高價帶：與低價帶相比，高價帶的能量相對較高，判斷與Cd原子有關(guān)。觀察圖1可以看出，半導體材料CdAl2S4高價帶Cd-d態(tài)的局域性較強。

（3）最高價帶：最高價帶的能量最高，一般在-5.4-0eV之間，該價帶包括上下兩部分，兩部分所包含的能態(tài)各不相同。以導帶部分為例，其能態(tài)一般在3.395eV-6.5eV之間。

2.2 寬帶半導體材料的性質(zhì)

從彈性性質(zhì)、光學性質(zhì)兩方面，對寬帶半導體材料CdAl2S4的性質(zhì)進行了分析：

2.2.1 彈性性質(zhì)

晶體相鄰原子的成鍵性質(zhì)等，與彈性性質(zhì)存在聯(lián)系。從寬帶半導體材料CdAl2S4的各向異性因子，該材料的彈性性質(zhì)呈現(xiàn)各向異性的特點。

寬帶半導體材料CdAl2S4的延展性與脆性，與彈性同樣存在聯(lián)系，簡單的講，材料的延展性與彈性呈正相關(guān)，材料脆性與彈性，則呈負相關(guān)。通常情況下，材料的延展性與脆性如何，可以采用體模量與剪切模量之間的比值來確定，當兩者之間的比值在1.75以下時，說明材料的延展性較差，脆性較強，彈性性質(zhì)較差。相反，當兩者之間的比值在1.75以上時，則說明材料的延展性較強，脆性較弱，彈性性質(zhì)較強。

通過對寬帶半導體材料CdAl2S4體模量與剪切模量之間的比值的計算可以發(fā)現(xiàn)，比值為1.876，較1.75大，可以認為，該材料的延展性較強，脆性較弱，彈性性質(zhì)較強。

2.2.2 光學性質(zhì)

半導體材料的光學性質(zhì)，屬于其物理性質(zhì)中極其重要的一方面，在光學儀器等的研制過程中，對半導體材料的光學性質(zhì)十分重視。寬帶半導體材料CdAl2S4的本質(zhì)來看，該材料晶體為四方晶系單光軸晶體，各向異性顯著。

將光譜能量確定為0-20eV，對材料的光學性質(zhì)進行了研究，發(fā)現(xiàn)半導體材料CdAl2S4的光子能量在3.5eV以下以及12.5eV以上的區(qū)域，而不存在在兩者之間，可以認為，該材料晶體的光學性質(zhì)具有各向異性。另外，研究顯示，該材料的反射系數(shù)可達到0.85，強放射峰在紫外區(qū)域，可以認為，寬帶半導體材料CdAl2S4具有紫外探測以及紫外屏蔽的光學性質(zhì)。

3 討論

寬帶半導體材料CdAl2S4電子機構(gòu)相對穩(wěn)定，延展性較強，脆性較弱，彈性性質(zhì)較強，具有紫外探測以及紫外屏蔽的光學性質(zhì)。未來，應對寬帶半導體材料的性質(zhì)進行進一步的研究，以開發(fā)出該材料的更多功能，確保其價值能夠得到更好的發(fā)揮。

4 結(jié)論

鑒于寬帶半導體材料CdAl2S4在電子機構(gòu)以及彈性性質(zhì)和光學性質(zhì)方面存在的特點及優(yōu)勢，可以將其應用到紫外探測以及紫外屏蔽等材料的研制過程中，使之優(yōu)勢能夠得到充分的發(fā)揮，為社會各領(lǐng)域的發(fā)展發(fā)揮價值。

參考文獻

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[2]陳芳，魏志鵬，劉國軍，唐吉龍，房丹，方鉉，高嫻，趙海峰，王雙鵬.掃描近場光學顯微技術(shù)在半導體材料表征領(lǐng)域應用的研究進展[J].材料導報，2014（23）：28-33.

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瞬態(tài)光伏技術(shù)（TPV）能夠有效探索半導體功能材料中光生電荷的輸運性質(zhì)，是一種無損檢測技術(shù)。簡述了利用瞬態(tài)光伏技術(shù)探索半導體功能材料的光電性質(zhì)，包括分析功能材料的類型、載流子的傳輸方向、載流子的壽命、分離效率等信息，這對我們理解半導體功能材料的各種光物理過程是非常有益的。

關(guān)鍵詞：

瞬態(tài)光伏技術(shù)；光生電荷；光生電子-空穴對；光生載流子

瞬態(tài)光伏技術(shù)是微區(qū)掃描技術(shù)中表面光電壓的一種。表面光電壓就是半導體的光伏效應，當半導體的表面被大于其帶隙能的光照射時，半導體價帶（VB）中的電子由于吸收了光子的能量，躍遷到半導體導帶（CB），價帶中留下空穴，產(chǎn)生光生電子-空穴對，這種光生電荷的空間分離產(chǎn)生的電勢差為光伏效應，W.G.Adams在1876年最先觀察到這一現(xiàn)象。1948年以后，半導體領(lǐng)域的開拓使得光伏效應成為一種檢測手段，并應用于半導體材料特征參數(shù)的表征上。不同于穩(wěn)態(tài)表面光電壓（SPS）檢測在連續(xù)波長的光激發(fā)下的光生載流子（電子或空穴）的分離結(jié)果，瞬態(tài)光伏技術(shù)檢測的是在極短的光（納秒ns或飛秒fs級別）激發(fā)后的光生載流子的產(chǎn)生、分離、復合等一系列動力學行為。

1瞬態(tài)光伏技術(shù)的發(fā)展

瞬態(tài)光伏的說法源于英文Transientphotovoltage。這種檢測方法也有許多其他的表達方式，如時間分辨光伏等。最早利用瞬態(tài)光伏技術(shù)的是E.O.Johanson［1］，1957年Johnson通過此技術(shù)探索了多種半導體中少數(shù)載流子的壽命。瞬態(tài)光伏技術(shù)的發(fā)展依賴檢測儀器中光源的使用，Johnson采用的光源為電火花隙（Sparkgap），它的時間分辨率在微秒范圍內(nèi)。J.Hlavka和R.Svehla［2］使用發(fā)光二極管作為光源，將測試裝置從等效電路上進行分析，得到的時間分辨率為100ns。這一技術(shù)的改進對未來瞬態(tài)光伏技術(shù)的迅速發(fā)展起到了至關(guān)重要的推動作用。隨著具有超快時間分辨率的脈沖激光器作為光源，瞬態(tài)光伏的時間分辨率也逐漸提高，在各類型的半導體材料中都有應用，探索這些半導體材料的光電性質(zhì)，獲得了很多優(yōu)異的成果。例如2004年，B.Mahrov等人研究了空穴導體CuSCN等和電子導體TiO2等的瞬態(tài)光伏，分析得知不同的半導體類型（空穴或電子導體）導致了電荷注入方式不同［3］。

在利用瞬態(tài)光伏技術(shù)作為研究手段的工作中，德國Th.Dittrich研究小組獲得了令人矚目的成績。他們不僅檢測到時間分辨率為納秒級的光伏結(jié)果，同時研究了不同類型半導體材料的瞬態(tài)光伏性質(zhì)，建立了多種模型［4］。V.Duzhko博士在低電導材料方面也做了大量的工作，從單一的Si器件到現(xiàn)在的復雜器件，如染料敏化的TiO2器件、量子點電池器件等［5］。此外，瑞士的AndersHagfeldt小組［6］，英國的BrianC.O'Regan小組［7］和日本的KunioAwaga小組［8］也對半導體材料的瞬態(tài)光伏性質(zhì)有卓越的研究。在國內(nèi)復旦大學應用表面物理國家重點實驗室的侯曉遠教授課題組和吉林大學光化學與光物理實驗室的王德軍教授領(lǐng)導的科研小組對瞬態(tài)光伏技術(shù)的研究都取得非常好的研究成果。侯曉遠教授課題組從有機薄膜半導體等瞬態(tài)光伏結(jié)果發(fā)現(xiàn)了極快激子解離過程［9］。王德軍教授課題組在研究功能半導體材料，如TiO2、ZnO、Fe3O4、BiVO4等新興的半導體材料的瞬態(tài)光電性質(zhì)有重要發(fā)現(xiàn)［10-13］。

2瞬態(tài)光伏技術(shù)的裝置及獲得的信息

理想的光伏測試技術(shù)可以調(diào)節(jié)不同的參數(shù)對半導體功能材料進行測試，例如，調(diào)節(jié)系統(tǒng)的溫度、壓力、氣氛等一系列參數(shù)，也可以選擇不同的光源（連續(xù)光源或者脈沖激光源）進行瞬態(tài)光伏（時間分辨的光電壓）的測量，如圖1a中所示。作為一種無損檢測設備，瞬態(tài)光伏系統(tǒng)的搭建通常是按照圖1b中的簡圖自組裝搭建。光源為脈沖激光器，測試過程中經(jīng)過衰減的激光可以通過漸變圓形中性濾光片進行調(diào)節(jié)，衰減后的激光通過反光鏡直接照射到樣品池中。樣品池的被測信號經(jīng)過信號放大器，由數(shù)字示波器進行檢測記錄。光生電荷的產(chǎn)生是一個極其快速的過程，相比之下，光生電荷載流子的分離、擴散、轉(zhuǎn)移和復合則較慢，一般時間分辨率在納秒、微秒甚至更長的時間，光生載流子在不同時間分辨率內(nèi)的傳輸動力學行為對半導體功能材料的活性有著重要的影響。例如，半導體的光電轉(zhuǎn)換效率就受到半導體光生電子空穴對的分離程度影響；光生載流子的傳輸方向影響功能材料的性質(zhì)及其應用；同時光生載流子的壽命及其具有的能量可以決定體系的氧化還原性等。因此，通過瞬態(tài)光伏技術(shù)可以獲得半導體功能材料光生電荷的分離效率、獲得光生載流子（電子或空穴）的擴散方向、光生載流子的擴散壽命等微觀動力學信息。通過這些信息，我們可以分析半導體功能材料的物理化學性質(zhì)，以及這些性質(zhì)與材料活性之間的關(guān)系，這對進一步提高和優(yōu)化功能材料的性能是非常重要的。

3瞬態(tài)光伏獲得材料類型和載流子傳輸方向

利用瞬態(tài)光伏技術(shù)可以判斷功能材料的類型。例如圖2所示，2a中為n型Si的瞬態(tài)光伏譜圖。它顯示當材料的表面受到光照以后，n型半導體的瞬態(tài)光伏信號為正，光生電子向材料的體相遷移，光生空穴向表面遷移，并在表面大量聚集，因此表現(xiàn)為正信號。2b中p型Si的瞬態(tài)光伏信號為負。當p型材料受到光激發(fā)以后，光生電子向材料的表面移動，光生空穴向體相移動，因此信號為負［14］。

4瞬態(tài)光伏技術(shù)比較材料的分離效率及壽命

利用瞬態(tài)光伏技術(shù)可以分析半導體功能材料的光生電荷分離效率和光生載流子的擴散壽命。在光催化應用中，光生載流子的分離效率及壽命影響著催化劑的活性。光生電子-空穴對的分離效率越高，載流子的壽命越長，說明在光催化降解過程中參與氧化還原反應的載流子越多，催化活性越高。如在C摻雜的TiO2材料（C-TiO2）中［10］，不同的煅燒溫度獲得的樣品，由于光電性質(zhì)的不同，催化活性具有明顯差異。如圖3a所示，瞬態(tài)光伏信號在最大值處（P2峰）歸因于光生電荷載流子的擴散，與P25的瞬態(tài)光電壓曲線相比，在130℃、150℃、180℃煅燒溫度制備下C摻雜TiO2樣品P2峰位的響應時間分別是19ms、32ms、30ms，C的摻雜使得樣品的擴散光伏壽命明顯延長，說明C-TiO2的光生載流子的分離效率更高，光生載流子的復合更慢，因此有更多的載流子參與光催化的氧化還原反應，催化活性更高，如圖3b。

5瞬態(tài)光伏技術(shù)的未來及展望

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關(guān)鍵詞：量子點 發(fā)光 量子點尺寸效應

近幾年來，寬禁帶半導體發(fā)光材料引起人們極大的興趣，是因為這些材料在藍光及紫外光發(fā)光二極管、半導體激光器和紫外光探測器上有重要的應用價值。這些器件在光信息存儲、全色顯示和紫外光探測上有巨大的市場需求，人們已經(jīng)制造出III族氮化物和ZnSe等藍光材料，并用這些材料制成了高效率的藍光發(fā)光二極管和激光器，這使全色顯示成為可能。量子點（QuantumDot）憑借自身獨特的光電特性越來越受到人們的重視，成為研究的熱點。

由于量子點所具有的量子尺寸、量子隧穿、庫侖阻塞、量子干涉、多體關(guān)聯(lián)和非線性光學效應非常明顯，故在低維量子結(jié)構(gòu)的研究中，對載流子施以盡可能多的空間限制，制備零維量子點結(jié)構(gòu)并開發(fā)其應用，受到世界各國科學家和企業(yè)家的高度重視。

1、半導體量子點的制備方法

高質(zhì)量半導體量子點材料的制備是量子器件和電路應用的基礎，如何實現(xiàn)對無缺陷量子點的形狀、尺寸、面密度、體密度和空間分布有序性等的可控生長，一直是材料科學家追求的目標和關(guān)注的熱點。

應變自組裝量子點結(jié)構(gòu)生長技術(shù)是指在半導體外延生長過程中，由于襯底和外延層的晶格失配及表面、界面能不同，導致外延層島狀生長而制得量子點的方法。這種生長模式被稱為SK生長模式。外延過程的初期為二維平面生長，平面生長厚度通常只有幾個原子層厚，稱為浸潤層。隨浸潤層厚度的增加，應變能不斷積累，當達到某一臨界層厚度時，外延生長則由二維平面生長向三維島狀生長過渡，由此形成直徑為幾十納米、高度為幾納米的小島，這種材料若用禁帶較寬的材料包圍起來，就形成量子點。用這種方法制備的量子點具有尺寸小、無損傷的優(yōu)點。用這種方法已經(jīng)制備出了高質(zhì)量的GaN量子點激光器。

化學自組裝量子點制備方法是一種通過高分子偶聯(lián)劑將形成量子點的團簇或納米顆粒聯(lián)結(jié)起來，并沉積在基質(zhì)材料上來制備量子點低維材料的方法。隨著人們對量子線、量子點制備和應用的迫切需求，以上物理制備方法顯得費時費力，特別是在批量制備時更是如此，化學自組裝為納米量子點的平面印刷和納米有機-無機超晶格的制備提供了可能。由于化學自組裝量子點的制備具有量子點均勻有序、制備速度快、重復性好等優(yōu)點，且選用不同的偶聯(lián)劑可以對不同的量子點前驅(qū)顆粒進行不同對稱性的組裝，從而能制備出不同的量子點。它的出現(xiàn)為批量制備高功率半導體量子器件和激光器提供了一種有效的途徑，因此這種方法被認為是制備量子點最有前途的方法之一。

2、 II-VI族半導體量子點的發(fā)光原理和發(fā)光特性

2.1 發(fā)光原理

半導體量子點的發(fā)光原理（如圖1-1所示），當一束光照射到半導體材料上，半導體材料吸收光子后，其價帶上的電子躍遷到導帶，導帶上的電子還可以再躍遷回價帶而發(fā)射光子，也可以落入半導體材料的電子陷阱中。當電子落入較深的電子陷阱中的時候，絕大部分電子以非輻射的形式而猝滅了，只有極少數(shù)的電子以光子的形式躍遷回價帶或吸收一定能量后又躍遷回到導帶。因此當半導體材料的電子陷阱較深時，它的發(fā)光效率會明顯降低。

2.2 發(fā)光特性

由于受量子尺寸效應和介電限域效應的影響，半導體量子點顯示出獨特的發(fā)光特性。主要表現(xiàn)為：（1）半導體量子點的發(fā)光性質(zhì)可以通過改變量子點的尺寸來加以調(diào)控；（2）半導體量子點具有較大的斯托克斯位移和較窄而且對稱的熒光譜峰（半高全寬只有40nm）；（3）半導體量子點具有較高的發(fā)光效率。半導體量子點的發(fā)光特性，除了量子點的三維量子限制作用之外，還有其他諸多因素需要考慮。不過人們通過大膽嘗試與努力探索，已在量子點的發(fā)光特性研究方面取得了很大的進展。

3、量子點材料的應用

鑒于量子點的獨特理化性質(zhì)，科學工作者就量子點材料的應用研究開展了大量的工作，研究領(lǐng)域主要集中在納米電子學、光電子學、生命科學和量子計算等領(lǐng)域，下面介紹一下量子點在這些方面的應用。

3.1量子點激光器

用量子線或量子點設計并制作微結(jié)構(gòu)激光器的新思想是由日本的兩名年輕的科學家在1982年提出了，但是由于制備工藝的難度很大而擱淺。隨著技術(shù)的進步，到90年代初，利用MBE和MOCVD技術(shù)，通過 Stranski―Krastanow（S―K）模式生長In（Ga）As/GaAs自組裝量子點等零維半導體材料有了突破性的進展，生長出品格較完整，尺寸較均勻，且密度和發(fā)射率較高的InAs量子點，并于1994年制備出近紅外波段In（Ga）As/GaAs量子點激光器。

3.2量子點紅外探測器

半導體材料紅外探測器的研究一直吸引人們非常廣泛的興趣。以量子點作為有源區(qū)的紅外探測器從理論上比量子阱紅外探測器具有更大的優(yōu)勢，這些優(yōu)勢包括：（1）量子點探測器可以探測垂直入射的光，無需像量子阱探測器那樣要制作復雜的光柵；（2）量子點分立態(tài)的間隔大約為50meV-70meV，由于聲子瓶頸效應，電子在量子點分立態(tài)上的弛豫時間比在量子阱能態(tài)上長，這有利于制造工作溫度高的器件；（3）三維載流子限制降低了熱發(fā)射和暗電流；（4）探測器不需冷卻，這將會大大減少陣列和成像系統(tǒng)的尺寸及成本。因此，量子點探測器已經(jīng)成為光探測器研究的前沿，并取得了重大進展。

3.3 單電子器件

電子器件是基于庫侖阻塞效應和單電子隧道效應的基本原理，通過控制在微小隧道結(jié)體系中單個電子的隧穿過程來實現(xiàn)特定功能的器件，是一種新型的納米電子器件。

3.4 量子計算機

量子計算機是一類遵循量子力學規(guī)律進行高速數(shù)學和邏輯運算、存儲及處理量子信息的物理裝置。當某個裝置處理和計算的是量子信息，運行的是量子算法時，它就是量子計算機。1998年，Loss和Di Vincenzo描述了利用耦合單電子量子點上的自旋態(tài)來構(gòu)造量子比特，實現(xiàn)信息傳遞的方法。

除此之外，量子點在生物化學、分子生物學、細胞生物學、基因組學、蛋白質(zhì)組學、藥物篩選、生物大分子相互作用等研究中有極大的應用前景。

結(jié)束語 我們相信量子點技術(shù)應用的未來出現(xiàn)很多奇跡，隨著對量子點的深入研究，其在各個領(lǐng)域的應用前景還將更加廣闊。

參考文獻

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關(guān)鍵詞半導體材料量子線量子點材料光子晶體

1半導體材料的戰(zhàn)略地位

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

2幾種主要半導體材料的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢

2.1硅材料

從提高硅集成電路成品率，降低成本看，增大直拉硅（CZ－Si）單晶的直徑和減小微缺陷的密度仍是今后CZ－Si發(fā)展的總趨勢。目前直徑為8英寸（200mm）的Si單晶已實現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)，基于直徑為12英寸（300mm）硅片的集成電路（IC‘s）技術(shù)正處在由實驗室向工業(yè)生產(chǎn)轉(zhuǎn)變中。目前300mm，0.18μm工藝的硅ULSI生產(chǎn)線已經(jīng)投入生產(chǎn)，300mm，0.13μm工藝生產(chǎn)線也將在2003年完成評估。18英寸重達414公斤的硅單晶和18英寸的硅園片已在實驗室研制成功，直徑27英寸硅單晶研制也正在積極籌劃中。

從進一步提高硅IC‘S的速度和集成度看，研制適合于硅深亞微米乃至納米工藝所需的大直徑硅外延片會成為硅材料發(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、運算速度和功能，但硅將最終難以滿足人類不斷的對更大信息量需求。為此，人們除尋求基于全新原理的量子計算和DNA生物計算等之外，還把目光放在以GaAs、InP為基的化合物半導體材料，特別是二維超晶格、量子阱，一維量子線與零維量子點材料和可與硅平面工藝兼容GeSi合金材料等，這也是目前半導體材料研發(fā)的重點。

2.2GaAs和InP單晶材料

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

目前，世界GaAs單晶的總年產(chǎn)量已超過200噸，其中以低位錯密度的垂直梯度凝固法（VGF）和水平（HB）方法生長的2－3英寸的導電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)，預計本世紀初的頭幾年直徑為6英寸的SI－GaAs也將投入工業(yè)應用。

（2）。提高材料的電學和光學微區(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半導體超晶格、量子阱材料

半導體超薄層微結(jié)構(gòu)材料是基于先進生長技術(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計思想，出現(xiàn)了“電學和光學特性可剪裁”為特征的新范疇，是新一代固態(tài)量子器件的基礎材料。

（1）Ⅲ－V族超晶格、量子阱材料。

GaAIAs／GaAs，GaInAs／GaAs，AIGaInP／GaAs；GalnAs／InP，AlInAs／InP，InGaAsP／InP等GaAs、InP基晶格匹配和應變補償材料體系已發(fā)展得相當成熟，已成功地用來制造超高速，超高頻微電子器件和單片集成電路。高電子遷移率晶體管（HEMT），贗配高電子遷移率晶體管（P－HEMT）器件最好水平已達fmax=600GHz，輸出功率58mW，功率增益6.4db；雙異質(zhì)結(jié)雙極晶體管（HBT）的最高頻率fmax也已高達500GHz，HEMT邏輯電路研制也發(fā)展很快?；谏鲜霾牧象w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)器件等也已達到或接近達到實用化水平。目前，研制高質(zhì)量的1.5μm分布反饋（DFB）激光器和電吸收（EA）調(diào)制器單片集成InP基多量子阱材料和超高速驅(qū)動電路所需的低維結(jié)構(gòu)材料是解決光纖通信瓶頸問題的關(guān)鍵，在實驗室西門子公司已完成了80×40Gbps傳輸40km的實驗。另外，用于制造準連續(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5W以上；2000年初，法國湯姆遜公司又報道了單個激光器準連續(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用前景。

為克服PN結(jié)半導體激光器的能隙對激光器波長范圍的限制，1994年美國貝爾實驗室發(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，突破了半導體能隙對波長的限制。自從1994年InGaAs／InAIAs／InP量子級聯(lián)激光器（QCLs）發(fā)明以來，Bell實驗室等的科學家，在過去的7年多的時間里，QCLs在向大功率、高溫和單膜工作等研究方面取得了顯著的進展。2001年瑞士Neuchatel大學的科學家采用雙聲子共振和三量子阱有源區(qū)結(jié)構(gòu)使波長為9.1μm的QCLs的工作溫度高達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)制器和無線光學連接等方面顯示出重要的應用前景。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；中科院半導體研究所于2000年又研制成功3.7μm室溫準連續(xù)應變補償量子級聯(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設備已研制成功并投入使用，每臺年生產(chǎn)能力可高達3.75×104片4英寸或1.5×104片6英寸。英國卡迪夫的MOCVD中心，法國的PicogigaMBE基地，美國的QED公司，Motorola公司，日本的富士通，NTT，索尼等都有這種外延材料出售。生產(chǎn)型MBE和MOCVD設備的成熟與應用，必然促進襯底材料設備和材料評價技術(shù)的發(fā)展。

（2）硅基應變異質(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。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，但進展緩慢。人們目前正致力于探索硅基納米材料（納米Si／SiO2），硅基SiGeC體系的Si1－yCy/Si1－xGex低維結(jié)構(gòu)，Ge／Si量子點和量子點超晶格材料，Si／SiC量子點材料，GaN／BP／Si以及GaN／Si材料。最近，在GaN／Si上成功地研制出LED發(fā)光器件和有關(guān)納米硅的受激放大現(xiàn)象的報道，使人們看到了一線希望。

另一方面，GeSi／Si應變層超晶格材料，因其在新一代移動通信上的重要應用前景，而成為目前硅基材料研究的主流。Si/GeSiMODFET和MOSFET的最高截止頻率已達200GHz，HBT最高振蕩頻率為160GHz，噪音在10GHz下為0.9db，其性能可與GaAs器件相媲美。

盡管GaAs／Si和InP／Si是實現(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，取得了突破性的進展。

2.4一維量子線、零維量子點半導體微結(jié)構(gòu)材料

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

目前低維半導體材料生長與制備主要集中在幾個比較成熟的材料體系上，如GaAlAs／GaAs，In（Ga）As／GaAs，InGaAs／InAlAs／GaAs，InGaAs／InP，In（Ga）As／InAlAs／InP，InGaAsP／InAlAs／InP以及GeSi／Si等，并在納米微電子和光電子研制方面取得了重大進展。俄羅斯約飛技術(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體所半導體材料科學重點實驗室的MBE小組等研制成功的In（Ga）As／GaAs高功率量子點激光器，工作波長lμm左右，單管室溫連續(xù)輸出功率高達3.6～4W.特別應當指出的是我國上述的MBE小組，2001年通過在高功率量子點激光器的有源區(qū)材料結(jié)構(gòu)中引入應力緩解層，抑制了缺陷和位錯的產(chǎn)生，提高了量子點激光器的工作壽命，室溫下連續(xù)輸出功率為1W時工作壽命超過5000小時，這是大功率激光器的一個關(guān)鍵參數(shù)，至今未見國外報道。

在單電子晶體管和單電子存貯器及其電路的研制方面也獲得了重大進展，1994年日本NTT就研制成功溝道長度為30nm納米單電子晶體管，并在150K觀察到柵控源－漏電流振蕩；1997年美國又報道了可在室溫工作的單電子開關(guān)器件，1998年Yauo等人采用0.25微米工藝技術(shù)實現(xiàn)了128Mb的單電子存貯器原型樣機的制造，這是在單電子器件在高密度存貯電路的應用方面邁出的關(guān)鍵一步。目前，基于量子點的自適應網(wǎng)絡計算機，單光子源和應用于量子計算的量子比特的構(gòu)建等方面的研究也正在進行中。

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

王中林教授領(lǐng)導的喬治亞理工大學的材料科學與工程系和化學與生物化學系的研究小組，基于無催化劑、控制生長條件的氧化物粉末的熱蒸發(fā)技術(shù)，成功地合成了諸如ZnO、SnO2、In2O3和Ga2O3等一系列半導體氧化物納米帶，它們與具有圓柱對稱截面的中空納米管或納米線不同，這些原生的納米帶呈現(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，長度可達數(shù)毫米。這種半導體氧化物納米帶是一個理想的材料體系，可以用來研究載流子維度受限的輸運現(xiàn)象和基于它的功能器件制造。香港城市大學李述湯教授和瑞典隆德大學固體物理系納米中心的LarsSamuelson教授領(lǐng)導的小組，分別在SiO2／Si和InAs／InP半導體量子線超晶格結(jié)構(gòu)的生長制各方面也取得了重要進展。

低維半導體結(jié)構(gòu)制備的方法很多，主要有：微結(jié)構(gòu)材料生長和精細加工工藝相結(jié)合的方法，應變自組裝量子線、量子點材料生長技術(shù)，圖形化襯底和不同取向晶面選擇生長技術(shù)，單原子操縱和加工技術(shù)，納米結(jié)構(gòu)的輻照制備技術(shù)，及其在沸石的籠子中、納米碳管和溶液中等通過物理或化學方法制備量子點和量子線的技術(shù)等。目前發(fā)展的主要趨勢是尋找原子級無損傷加工方法和納米結(jié)構(gòu)的應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寬帶隙半導體材料

寬帶隙半導體材主要指的是金剛石，III族氮化物，碳化硅，立方氮化硼以及氧化物（ZnO等）及固溶體等，特別是SiC、GaN和金剛石薄膜等材料，因具有高熱導率、高電子飽和漂移速度和大臨界擊穿電壓等特點，成為研制高頻大功率、耐高溫、抗輻照半導體微電子器件和電路的理想材料；在通信、汽車、航空、航天、石油開采以及國防等方面有著廣泛的應用前景。另外，III族氮化物也是很好的光電子材料，在藍、綠光發(fā)光二極管（LED）和紫、藍、綠光激光器（LD）以及紫外探測器等應用方面也顯示了廣泛的應用前景。隨著1993年GaN材料的P型摻雜突破，GaN基材料成為藍綠光發(fā)光材料的研究熱點。目前，GaN基藍綠光發(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140GHz，fT=67GHz，跨導為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，他們采用熱力學方法已研制成功2英寸GaN單晶材料，這將有力的推動藍光激光器和GaN基電子器件的發(fā)展。另外，近年來具有反常帶隙彎曲的窄禁帶InAsN，InGaAsN，GaNP和GaNAsP材料的研制也受到了重視，這是因為它們在長波長光通信用高T0光源和太陽能電池等方面顯示了重要應用前景。

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

II－VI族蘭綠光材料研制在徘徊了近30年后，于1990年美國3M公司成功地解決了II－VI族的P型摻雜難點而得到迅速發(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配比導致的點缺陷密度和進一步降低失配位錯和解決歐姆接觸等問題，仍是該材料體系走向?qū)嵱没氨仨氁鉀Q的問題。

寬帶隙半導體異質(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用。如何避免和消除這一負面影響，是目前材料制備中的一個迫切要解決的關(guān)鍵科學問題。這個問題的解泱，必將大大地拓寬材料的可選擇余地，開辟新的應用領(lǐng)域。

目前，除SiC單晶襯低材料，GaN基藍光LED材料和器件已有商品出售外，大多數(shù)高溫半導體材料仍處在實驗室研制階段，不少影響這類材料發(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族材料的退化機理等仍是制約這些材料實用化的關(guān)鍵問題，國內(nèi)外雖已做了大量的研究，至今尚未取得重大突破。

3光子晶體

光子晶體是一種人工微結(jié)構(gòu)材料，介電常數(shù)周期的被調(diào)制在與工作波長相比擬的尺度，來自結(jié)構(gòu)單元的散射波的多重干涉形成一個光子帶隙，與半導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，相應光子晶體光帶隙（禁帶）能量的光波模式在其中的傳播是被禁止的。如果光子晶體的周期性被破壞，那么在禁帶中也會引入所謂的“施主”和“受主”模，光子態(tài)密度隨光子晶體維度降低而量子化。如三維受限的“受主”摻雜的光子晶體有希望制成非常高Q值的單模微腔，從而為研制高質(zhì)量微腔激光器開辟新的途徑。光子晶體的制備方法主要有：聚焦離子束（FIB）結(jié)合脈沖激光蒸發(fā)方法，即先用脈沖激光蒸發(fā)制備如Ag/MnO多層膜，再用FIB注入隔離形成一維或二維平面陣列光子晶體；基于功能粒子（磁性納米顆粒Fe2O3，發(fā)光納米顆粒CdS和介電納米顆粒TiO2）和共軛高分子的自組裝方法，可形成適用于可光范圍的三維納米顆粒光子晶體；二維多空硅也可制作成一個理想的3－5μm和1.5μm光子帶隙材料等。目前，二維光子晶體制造已取得很大進展，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，取得了進展。

4量子比特構(gòu)建與材料

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

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

這種量子計算機的最終實現(xiàn)依賴于與硅平面工藝兼容的硅納米電子技術(shù)的發(fā)展。除此之外，為了避免雜質(zhì)對磷核自旋的干擾，必需使用高純（無雜質(zhì)）和不存在核自旋不等于零的硅同位素（29Si）的硅單晶；減小SiO2絕緣層的無序漲落以及如何在硅里摻入規(guī)則的磷原子陣列等是實現(xiàn)量子計算的關(guān)鍵。量子態(tài)在傳輸，處理和存儲過程中可能因環(huán)境的耦合（干擾），而從量子疊加態(tài)演化成經(jīng)典的混合態(tài)，即所謂失去相干，特別是在大規(guī)模計算中能否始終保持量子態(tài)間的相干是量子計算機走向?qū)嵱没八匦杩朔碾y題。

5發(fā)展我國半導體材料的幾點建議

鑒于我國目前的工業(yè)基礎，國力和半導體材料的發(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)的主導地位

至少到本世紀中葉都不會改變，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口。目前國內(nèi)雖已可拉制8英寸的硅單晶和小批量生產(chǎn)6英寸的硅外延片，然而都未形成穩(wěn)定的批量生產(chǎn)能力，更談不上規(guī)模生產(chǎn)。建議國家集中人力和財力，首先開展8英寸硅單晶實用化和6英寸硅外延片研究開發(fā)，在“十五”的后期，爭取做到8英寸集成電路生產(chǎn)線用硅單晶材料的國產(chǎn)化，并有6～8英寸硅片的批量供片能力。到2010年左右，我國應有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、片材和外延片也應及時布點研制。另外，硅多晶材料生產(chǎn)基地及其相配套的高純石英、氣體和化學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，進入世界發(fā)達國家之林。

5.2GaAs及其有關(guān)化合物半導體單晶材料發(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年趕上世界先進水平是可能的。要達到上述目的，到“十五”末應形成以4英寸單晶為主2－3噸／年的SI－GaAs和3－5噸／年摻雜GaAs、InP單晶和開盒就用晶片的生產(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，應當實現(xiàn)4英寸GaAs生產(chǎn)線的國產(chǎn)化，并具有滿足6英寸線的供片能力。

5.3發(fā)展超晶格、量子阱和一維、零維半導體微結(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出發(fā)，應以三基色（超高亮度紅、綠和藍光）材料和光通信材料為主攻方向，并兼顧新一代微電子器件和電路的需求，加強MBE和MOCVD兩個基地的建設，引進必要的適合批量生產(chǎn)的工業(yè)型MBE和MOCVD設備并著重致力于GaAlAs／GaAs，InGaAlP／InGaP，GaN基藍綠光材料，InGaAs／InP和InGaAsP／InP等材料體系的實用化研究是當務之急，爭取在“十五”末，能滿足國內(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。達到本世紀初的國際水平。

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

（2）一維和零維半導體材料的發(fā)展設想?；诘途S半導體微結(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、物力建設我國自己的納米科學與技術(shù)研究發(fā)展中心就成為了成敗的關(guān)鍵。具體目標是，“十五”末，在半導體量子線、量子點材料制備，量子器件研制和系統(tǒng)集成等若干個重要研究方向接近當時的國際先進水平；2010年在有實用化前景的量子點激光器，量子共振隧穿器件和單電子器件及其集成等研發(fā)方面，達到國際先進水平，并在國際該領(lǐng)域占有一席之地。可以預料，它的實施必將極大地增強我國的經(jīng)濟和國防實力。

篇6

關(guān)鍵詞：光照；電阻率；半導體；光子能量

中圖分類號：O611 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2012）26-0060-02

1 概述

電阻率是半導體材料的重要特性參數(shù)之一。微區(qū)薄層電阻的均勻性和電學特性受到越來越多的關(guān)注，因此這對材料電阻率測量的精度就有了更高的要求。我們通常使用四探針測試儀測量半導體材料的電阻率。造成測試儀測量產(chǎn)生誤差的原因有很多方面，如測試環(huán)境的影響、探針的問題、測試設備的校準以及被測對象自身的影響等。本文主要分析光照對測量精度的影響。

2 光的吸收

半導體材料通常能強烈地吸收光能，具有數(shù)量級約為105cm-1的吸收系數(shù)。吸收系數(shù)的大小可以反映半導體材料吸收光能的能力，通常用α來表示。材料吸收光的能力常常與入射光子能量有關(guān)。若外界有穩(wěn)定的一定波長的光照作用在被測硅片表面，半導體材料吸收光輻射能量，從而導致價帶中的電子獲得足夠能量從價帶躍遷到導帶，在價帶中留下空穴，這樣在半導體中產(chǎn)生了電子-空穴對，這個過程也被稱為本征吸收。要使半導體材料發(fā)生本征吸收，入射光子的能量需要滿足hν≥Eg的條件，否則電子的躍遷則不能發(fā)生。被測硅片樣品對不同能量的光子的吸收能力是不同的。圖1所示的是硅材料的吸收系數(shù)α和入射光子能量hν之間的關(guān)系。

3 測試條件

測試所用樣品的外延層和襯底之間要有pn結(jié)隔離，或者外延層的電阻率要比襯底的電阻率小得多。測試儀探針的導電性能要好，與被測材料的接觸電勢差要小，同時，探針的位置要固定，防止探針游移。

在測量過程中，電流源提供的電流的相對變化不能超過0.05%。工作電流的選擇主要取決于被測樣品的電阻率大小。如果選取的工作電流過小，則測量電壓的難度將提升；選取較大的工作電流可以測得較高的電壓值，這可以提高測量的精確性，但是工作電流過大會使得被測樣品發(fā)熱，樣品的電阻率隨之發(fā)生變化，這又降低了測量的精度。所以為了選取合適的工作電流，需要先獲得被測樣品的I-V特性關(guān)系，根據(jù)I-V關(guān)系將工作電流控制在線性較好的范圍內(nèi)，這樣被測樣品的電阻率就不會隨著電流的變化有過大變化，測量的精度可以得到保證。

一般來說，對于具有較大電阻率的樣品，工作電流要選得小一些，而電阻率較小的樣品則工作電流可以選得大一些。而在確保電流和電壓有足夠測量精度的前提下，工作電流應當盡可能選得小一些。

5 光照對測試結(jié)果影響的分析

6 結(jié)語

總體而言，隨著入射光子能量的增加，硅樣品的吸收系數(shù)逐漸增大，即表示材料對光子能量較大或頻率較大的光吸收能力較強。當入射的光子能量較大，被測硅樣品越能吸收入射光的能量，這樣則能產(chǎn)生越多的光生載流子，從而使被測樣品的電導率升高，電阻率和方塊電阻減小，這樣就使得電阻率實際的測量值越偏離標稱值。當入射光子能量較小或頻率較小時，情況則正好相反。另外當入射光頻率一定，光強越強產(chǎn)生的光生載流子也越多，也可以使被測樣品的實測電阻值小于標稱值。正因為在實際測量時，半導體樣品不可避免地會處在一定光照條件下，測量過程中光照條件不一樣就會使測量電阻率出現(xiàn)的測量誤差有所差異。

參考文獻

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關(guān)鍵詞:半導體物理實驗;教學改革;專業(yè)實驗

實驗教學作為高校教學環(huán)節(jié)中的一個重要組成部分，不僅因為其是課堂教學的延伸，更由于通過實驗教學，可以加深學生對理論知識的理解，培養(yǎng)學生的動手能力，拓展學生的創(chuàng)造思維［1，2］。實驗教學分為基礎實驗和專業(yè)實驗兩部分［3，4］:基礎實驗面向全校學生，如大學物理實驗、普通化學實驗等，其主要任務是鞏固學生對所學基礎知識和規(guī)律的理解，旨在提高學生的觀察、分析及解決問題的能力，提供知識儲備［5，6］;與基礎實驗不同，專業(yè)實驗僅面向某一專業(yè)，是針對專業(yè)理論課程的具體學習要求設計的實驗教學內(nèi)容，對于學生專業(yè)方向能力的提高具有極強的促進作用［7～8］。通過專業(yè)實驗教學使學生能夠更好的理解、掌握和應用基礎知識和專業(yè)知識，提高分析問題的能力并解決生活中涉及專業(yè)的實際問題，為學生開展專業(yè)創(chuàng)新實踐活動打下堅實的基礎［9～11］。

1半導體物理實驗課程存在的問題與困難

半導體物理實驗是物理學專業(yè)電子材料與器件工程方向必修的一門專業(yè)實驗課，旨在培養(yǎng)學生對半導體材料和器件的制備及測試方法的實踐操作能力，其教學效果直接影響著后續(xù)研究生階段的學習和畢業(yè)工作實踐。通過對前幾年本專業(yè)畢業(yè)生的就業(yè)情況分析，發(fā)現(xiàn)該專業(yè)畢業(yè)生缺乏對領(lǐng)域內(nèi)前沿技術(shù)的理解和掌握。由于沒有經(jīng)過相關(guān)知識的實驗訓練，不少畢業(yè)生就業(yè)后再學習過程較長，融入企事業(yè)單位較慢，因此提升空間受到限制。1．1教學內(nèi)容簡單陳舊。目前，國內(nèi)高校在半導體物理實驗課程教學內(nèi)容的設置上大同小異，基礎性實驗居多，對于新能源、新型電子器件等領(lǐng)域的相關(guān)實驗內(nèi)容完全沒有或涉及較少。某些高校還利用虛擬實驗來進行實驗教學，其實驗效果遠不如學生實際動手操作。我校的半導體物理實驗原有教學內(nèi)容主要參照上個世紀七、八十年代國家對半導體產(chǎn)業(yè)人才培養(yǎng)的要求所設置，受技術(shù)、條件所限，主要以傳統(tǒng)半導體物理的基礎類實驗為主，實驗內(nèi)容陳舊。但是在實驗內(nèi)容中添加新能源、新型電子器件等領(lǐng)域的技術(shù)方法，對于增加學生對所學領(lǐng)域內(nèi)最新前沿技術(shù)的了解，掌握現(xiàn)代技術(shù)中半導體材料特性相關(guān)的實驗手段和測試技術(shù)是極為重要的。1．2儀器設備嚴重匱乏。半導體物理實驗的教學目標是使學生熟練掌握半導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，為半導體材料與器件的開發(fā)設計與研制奠定基礎。隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，專業(yè)實驗的教學內(nèi)容應隨著專業(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目標的要求，培養(yǎng)新時代的人才。實驗內(nèi)容的調(diào)整和更新需要有新型的實驗儀器設備做保障，但我校原有實驗教學儀器設備絕大部分生產(chǎn)于上個世紀六七十年代，在長期實驗教學過程中，不少儀器因無法修復的故障而處于待報廢狀態(tài)。由于儀器設備不能及時更新，致使個別實驗內(nèi)容無法正常進行，可運行的儀器設備也因為年代久遠，實驗誤差大、重復性低，有時甚至會得到錯誤的實驗結(jié)果，只能作學生“按部就班”的基礎實驗，難以進行實驗內(nèi)容的調(diào)整，將新技術(shù)新方法應用于教學中。因此，在改革之前半導體物理實驗的實驗設計以基礎類實驗為主，設計性、應用性、綜合性等提高類實驗較少，且無法開展創(chuàng)新類實驗。缺少自主設計、創(chuàng)新、協(xié)作等實踐能力的訓練，不僅極大地降低學生對專業(yè)實驗的興趣，且不利于學生實踐和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的培養(yǎng)，半導體物理實驗課程的改革勢在必行。

2半導體物理實驗課程改革的內(nèi)容與舉措

半導體物理實驗開設時間為本科大四秋季學期，該實驗課與專業(yè)理論課半導體物理學、半導體器件、薄膜物理學在同一學期進行。隨著半導體技術(shù)日新月異發(fā)展的今天，對半導體物理實驗的教學內(nèi)容也提出了新的要求，因此，要求這門實驗課程不僅能夠通過對半導體材料某些重要參數(shù)和特性的觀測，使學生掌握半導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和實際操作技能的同時，拓展學生在電子材料與器件工程領(lǐng)域的科學前沿知識，為將來獨立開展產(chǎn)品的研制和科學研究打下堅實的基礎。2．1實驗基礎設施的建設。2013年年底，基于我校本科教學項目的資金支持，半導體物理實驗教學團隊通過調(diào)研國內(nèi)外高校現(xiàn)行半導體物理實驗教學資料，結(jié)合我校實驗教學的自身特點，按照創(chuàng)新教育的要求重新設計了半導體物理實驗內(nèi)容，并根據(jù)所開設實驗教學內(nèi)容合理配置相應的實驗儀器設備，新配置儀器設備具有一定的前瞻性，品質(zhì)優(yōu)良，數(shù)量合理，保證實驗教學質(zhì)量。由于作為一門專業(yè)實驗課，每學年只有一個學期承擔教學任務，為了提高儀器設備的利用率，做到實驗設備資源的不浪費，計劃成立一間半導體物理實驗專屬的實驗室，用于陳放新購置的實驗設備，在沒有教學任務的學期，該實驗室做為科研實驗室和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實驗室使用。通過近三年的建設，半導體物理實驗專屬實驗室———新能源材料與電子器件工程創(chuàng)新實驗室建成并投入使用，該實驗室為電子材料與器件工程方向的本科生畢業(yè)論文設計以及全院本科生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實驗設計提供了基本保障，更為重要的是該實驗室的建成極大地改善了半導體物理實驗的原有教學條件，解決了實際困難，使得半導體物理實驗教學效果顯著提升。不僅加強了學生對專業(yè)核心知識理解和掌握，而且啟發(fā)學生綜合運用所學知識創(chuàng)造性地解決實際問題，有效提高學生的實踐動手能力、創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)。2．2實驗教學內(nèi)容的更新。半導體物理實驗是一門72學時的實驗課，在專屬實驗室建成后，按照重視基礎、突出綜合、強調(diào)創(chuàng)新、提升能力的要求，逐步培養(yǎng)與提高學生的科學實驗素質(zhì)和創(chuàng)新能力，構(gòu)建了“九—八—五”新的實驗內(nèi)容體系，包括如下三個層次(表1)。第一層次為“九”個基礎型實驗，涵蓋對半導體材料的物理性質(zhì)(結(jié)構(gòu)、電學、光學)的測定，通過對物理量的測量驗證物理規(guī)律，訓練學生觀察、分析和研究半導體物理實驗現(xiàn)象的能力，掌握常用基本半導體物理實驗儀器的原理、性能和測量方法等。第二層次為“八”個提高型實驗(綜合、應用性實驗)，學生通過第一層次的實驗訓練后，已掌握了基本的實驗方法和技能，在此基礎上，開展綜合性實驗，可以培養(yǎng)學生綜合運用所學知識以及分析和解決問題的能力。通過應用性實驗培養(yǎng)學生將來利用設備原理從事生產(chǎn)或者技術(shù)服務的能力。第三層次為“五”個設計創(chuàng)新型實驗，學生需運用多學科知識、綜合多學科內(nèi)容，結(jié)合教師的科研項目進行創(chuàng)新研究，通過設計型實驗可以鍛煉學生組織和自主實驗的能力，著力培養(yǎng)學生創(chuàng)新實踐能力和基本的科研素質(zhì)。每個基礎型實驗4學時，提高型實驗8學時，創(chuàng)新型實驗12學時，規(guī)定基礎型為必修實驗，提高型、創(chuàng)新型為選作實驗。九個基礎型實驗全部完成后，學生可根據(jù)興趣和畢業(yè)設計要求在提高型、創(chuàng)新型實驗中各分別選做一定數(shù)量的實驗，在開課學期結(jié)束時完成至少72個學時的實驗并獲得成績方為合格。2．3實驗教學方式的優(yōu)化。在教學方式上，建立以學生為中心、學生自我訓練為主的教學模式，充分調(diào)動學生的主觀能動性。將之前老師實驗前的講解轉(zhuǎn)變?yōu)閷W生代表講解實驗內(nèi)容，然后老師提問并補充完善，在整個實驗安排過程中，實驗內(nèi)容由淺入深、由簡單到綜合、逐步過渡至設計和研究創(chuàng)新型實驗。三個層次的實驗內(nèi)容形成連貫的實驗梯度教學體系，在充分激發(fā)學生學習興趣的同時，培養(yǎng)學生自主學習、自發(fā)解決問題的能力。2．4實驗考核機制的改革。目前大部分實驗課的成績由每次實驗后的“實驗報告”的平均成績決定，然而單獨一份實驗報告并不能夠完整反應學生的實際動手操作能力和對實驗內(nèi)容的熟悉程度。因此，本課程將此改革為總成績由每次“實驗”的平均成績決定。每次實驗成績包括實驗預習、實驗操作和實驗報告三部分，實驗開始前通過問答以及學生講解實驗內(nèi)容來給出實驗預習成績;實驗操作成績是個團隊成績反映每組實驗學生在實驗過程中的動手能力以及組員之間的相互協(xié)助情況;針對提高型和創(chuàng)新性實驗，特別是創(chuàng)新性實驗，要求以科技論文的形式來撰寫實驗報告，以此來鍛煉本科生的科技論文寫作能力。通過三部分綜合來給出的實驗成績更注重對知識的掌握、能力的提高和綜合素質(zhì)的培養(yǎng)等方面的考核。

3半導體物理實驗課程改革后的成效

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

4結(jié)語

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關(guān)鍵詞：半導體器件；物理；教學改革

半導體器件物理是微電子學、電子科學與技術(shù)等專業(yè)的重要專業(yè)基礎課程，也是應用型本科院校培養(yǎng)新興光電產(chǎn)業(yè)所需的應用技術(shù)人才必備的理論與實踐基礎課程。該課程是連接半導體材料性質(zhì)和器件應用的橋梁學科，在新興產(chǎn)業(yè)應用技術(shù)人才的知識結(jié)構(gòu)中具有重要的基礎地位。因此，探討教學中存在的問題，改革教學的方式方法具有重要意義。

一、課堂教學中產(chǎn)生的問題及原因分析

1.學生聽課效率低，學習興趣淡薄，考試成績低

以某大學光電行業(yè)方向工科專業(yè)近三年半導體器件物理考試成績分布情況為例，表1中近三年學生成績均顯示出60分左右的人數(shù)最多，以60分為原點，其高分和低分兩側(cè)的人數(shù)呈現(xiàn)出逐漸降低的正態(tài)分布。從表1中還可以看出，成績低分人數(shù)逐年增多，成績偏離理想狀況較多。

2.針對問題分析原因

導致表1結(jié)果的原因有以下三方面：

（1）學生的物理基礎參差不齊，知識結(jié)構(gòu)存在斷層

近年來，由于高考制度的改革，部分學生參加高考時未選報物理，物理僅作為會考科目使得相當一部分高中學生輕視物理的學習。當學生進入大學，有些專業(yè)大學物理成為必修課，由于學生高中物理基礎差別很大，因此，同一班級的學生物理學習能力就表現(xiàn)得參差不齊。

對于一般工科專業(yè)的學生（包括面向新興光電產(chǎn)業(yè)的工科專業(yè)）來說，他們大二或大三開始學習半導體器件物理課程（或半導體物理課程）時，他們的物理基礎只有在高中學過的普通物理和大學學過大學物理，其內(nèi)容也僅涉及經(jīng)典物理學中的力學、熱學、電學和光學的基本規(guī)律，而近代物理中的實物粒子的波粒二象性、原子中電子分布和原子躍遷的基本規(guī)律、微觀粒子的薛定諤方程和固體物理的基本理論均未涉及。半導體器件物理課程的接受對象，不僅在物理基礎上參差不齊，而且在物理知識結(jié)構(gòu)上還存在斷層，這給該課程的教和學增加了難度。

另外，即使增加學習該門課程所必需的近代物理、量子物理初步知識和固體物理的基礎內(nèi)容，但由于課程課時的限制，也決定了該課程在學習時存在較大的知識跨度，很多學生難以跟上進度。

（2）課程理論性強，較難理解的知識點集中

半導體器件物理課程以半導體材料的基本性質(zhì)和應用為基本內(nèi)容，內(nèi)容編排上從理想本征半導體的性質(zhì)和半導體的摻雜改性，到P型半導體和N型半導體結(jié)合形成半導體器件的核心單元，再到各種PN結(jié)的設計和控制，采取層層推進的方式，邏輯嚴密，理論性強，對學生的要求也高，每一部分的核心內(nèi)容都要扎實掌握才能跟上學習的進度。同時，在各章內(nèi)容講解過程中幾乎都有若干較難的知識點，如本征半導體性質(zhì)部分的有效質(zhì)量、空穴的概念、能帶的形成、導帶和價帶的概念等；半導體摻雜改性部分的施主、受主、施主能級、受主能級、半導體中的載流子分布規(guī)律、平衡載流子和非平衡載流子以及載流子的漂移和擴散運動；簡單PN結(jié)部分的平衡PN結(jié)、非平衡PN結(jié)、PN結(jié)的能帶和工作原理；不同專業(yè)在PN結(jié)的設計和控制這部分會根據(jù)所設專業(yè)選取不同的章節(jié)進行學習，面向光電行業(yè)的本科專業(yè)則通常選取半導體的光學性質(zhì)和發(fā)光這部分來講授，該部分包含半導體的躍遷類型，以及半導體光生伏特效應和發(fā)光二極管等的工作原理。這些知識點分布集中，環(huán)環(huán)相套，步步遞進，因此理解難度較大。

（3）學習態(tài)度不端正的現(xiàn)象普遍存在

近幾年，在社會大環(huán)境的影響下，學習態(tài)度不端正現(xiàn)象在本科各專業(yè)學生中普遍存在。無故遲到曠課情況經(jīng)常發(fā)生，作業(yè)抄襲現(xiàn)象嚴重，學生獨立思考積極性差。電子產(chǎn)品的普及也嚴重影響到了學生上課的積極性，很多學生成了手機控，即使坐在課堂上也頻頻看手機、上網(wǎng)。有些學生上課連課本都不帶，更談不上用記錄本記錄重點、難點。特別是半導體器件物理這門課程涉及的知識點密集，重點、難點較多，知識連貫性要求高，如果一些知識點漏掉了，前后可能就連貫不起來，容易使疑難問題堆積起來，對于不認真聽講的部分學生來說，很快就跟不上進度了。另外，學生畏難情緒較嚴重，課下也不注意復習答疑，迎難而上的精神十分少見。俗話說，“師傅領(lǐng)進門，修行在個人。”在課時緊張、學生積極性差、課程理論性強等多重因素影響下，教師的單方面努力很難提高課堂教學效率。

二、改進方法的探討

針對教學過程中發(fā)現(xiàn)的問題，本文從教學方法和教學手段兩個方面入手來探討該課程教學的改進。

1.教學方法的改革

半導體器件物理課程教學改革以建設完整的半導體理論體系和實踐應用體系為目標，一方面，著重在教學觀念、教學內(nèi)容、教學方法、教師隊伍、教學管理和教材方面進行建設和改革，形成適合應用型本科專業(yè)學生的課程體系。另一方面，我國本科院校正處于教育的轉(zhuǎn)型發(fā)展時期，圍繞應用型人才培養(yǎng)目標，按照“專業(yè)設置與產(chǎn)業(yè)需求相對接、課程內(nèi)容與職業(yè)標準相對接、教學過程與生產(chǎn)過程相對接”的原則，半導體器件物理課程改革重視基礎知識和基本技能教學，力爭構(gòu)建以能力為本的課程體系，做到與時俱進。本課程改革具體體現(xiàn)在以下六個方面：

（1）轉(zhuǎn)變教學觀念

改變傳統(tǒng)向?qū)W生灌輸理論知識的教學觀念，以學習與新興行業(yè)相關(guān)的基礎知識和關(guān)鍵應用技術(shù)為導向，確定該課程在整個專業(yè)課程體系中承上啟下的基礎性地位，在教學觀念上采取不求深，但求透的理念。

（2）組織教學內(nèi)容

為構(gòu)建以能力為本的課程體系，本課程改革在重視基礎知識和基本技能的教學、合理構(gòu)建應用型人才的知識體系的同時，力爭使學生了解半導體器件制作和應用的職業(yè)標準及其發(fā)展的熱點問題，并積極實現(xiàn)“產(chǎn)學研”一體化的教學模式，故此本課程改革分幾個層次組織教學內(nèi)容。

第一層次為基礎知識鋪墊。為解決學生知識結(jié)構(gòu)不完整的問題，在講授半導體器件物理之前要進行固體物理學課程知識的鋪墊，還要增加近論物理學知識，如原子物理和量子力學的知識，為學生構(gòu)建完整的知識框架，降低認知落差。

第二層次為半導體物理基本理論，也是本課程的主體部分。包括單一半導體材料的基本性質(zhì)、半導體PN結(jié)的工作原理、常見半導體結(jié)構(gòu)的工作原理和半導體的光電及發(fā)光現(xiàn)象和應用。

第三層次為課內(nèi)開放性實驗。在理工科學生必修的基礎物理實驗項目（如“電阻應變傳感器”、“太陽電池伏安特性測量”、“光電傳感器基本特性測量”、“霍爾效應及其應用”等）的基礎上，結(jié)合專業(yè)方向設置若干實驗讓學生了解半導體電子和光電器件的類型、結(jié)構(gòu)、工作原理及制作的工藝流程以及職業(yè)要求和標準，還有行業(yè)熱點問題，激發(fā)其學習興趣，提高動手能力和實踐能力。

第四層次為開展課題式實踐教育，實現(xiàn)“產(chǎn)學研”一體化。為解決傳統(tǒng)教學理論和實踐脫節(jié)問題，以基礎物理實驗項目和針對各專業(yè)方向設置的與半導體器件應用相關(guān)的實驗項目為實踐基礎，開展大學生科技創(chuàng)新活動，鼓勵學生利用課余時間進入實驗室和工廠企業(yè)，利用已學理論對行業(yè)熱點問題進行思考和探究，加強實踐教學。

（3）調(diào)整教學方法

一方面，要正確處理物理模型和數(shù)學分析的關(guān)系，不追求公式推導的嚴密性，強調(diào)對物理結(jié)論的正確理解和應用。另一方面，充分利用現(xiàn)代化的教學設施和手段，變抽象為具體，化枯燥為生動，采用討論式、啟發(fā)式和探究式教學，調(diào)動學生積極性和主動性。

（4）建設教學隊伍

對國內(nèi)知名院校的相關(guān)專業(yè)進行考察和調(diào)研，學習先進教學理念和教學方法，邀請國內(nèi)外相關(guān)專業(yè)的專家進行講座，邀請企業(yè)高級技術(shù)人才和管理人才作為兼職教授來為學生講授當前最前沿、最先進的技術(shù)及產(chǎn)品，并參與教學大綱及教學內(nèi)容的修訂。另外，鼓勵教師團隊充分利用產(chǎn)學研踐習的機會深入企業(yè)，提高教師隊伍的實踐經(jīng)驗和綜合素質(zhì)，為培養(yǎng)雙師型教師打下基礎。

（5）完善教材體系

教材是保證教學質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，也是提高專業(yè)教學水平的有效方法。針對理工科專業(yè)特色方向及學生培養(yǎng)的目標，除選用經(jīng)典的國家級規(guī)劃教材――《半導體物理學》以外，還組織精干力量編寫專業(yè)特色方向的相關(guān)教材，以形成完善的半導體理論和實踐相結(jié)合的教材體系，在教材中融入學校及專業(yè)特色，注重理論和實踐相結(jié)合，增加案例分析，體現(xiàn)學以致用。

（6）加強教學管理

良好的教學管理是提高教學質(zhì)量的必要手段。首先根據(jù)學生特點以及本課程的教學目標合理制訂教學大綱及教學計劃。在授課過程中充分發(fā)揮學生主體作用，積極與學生交流，了解學生現(xiàn)狀，建立學生評價體系，改進教學方法、教學手段及教學內(nèi)容等，提高教學質(zhì)量。

2.教學手段改革

（1）采用類比的教學方法

課堂上將深奧理論知識與現(xiàn)實中可比事物進行類比，讓學生易于理解基本理論。例如，在講半導體能帶中電子濃度計算時，將教室中一排排桌椅類比為能帶中的能級，將不規(guī)則就座的學生類比為占據(jù)能級的電子，計算導帶中電子的濃度類比為計算教室中各排上學生數(shù)量總和再除以教室體積。讓學生從現(xiàn)實生活中找出例子與抽象的半導體理論進行形象化類比，幫助學生理解半導體的基本概念和理論。

（2）采用理論實踐相結(jié)合的方法

在教學中時刻注意理論聯(lián)系實際的教學方法，例如，根據(jù)學生專業(yè)方向，在講述寬帶隙半導體材料的發(fā)光性能時，給學生總結(jié)介紹了LED芯片材料的類型和對應的發(fā)光波長，讓學生體會到材料性質(zhì)是器件應用的基礎。

（3）構(gòu)建網(wǎng)上學習系統(tǒng)

建立紙質(zhì)、網(wǎng)絡教學資源的一體化體系，及時更新、充實課程資源與信息，通過網(wǎng)絡平臺建設，實現(xiàn)課程的網(wǎng)絡輔助教學和優(yōu)秀資源共享。這些資源包括與本課程相關(guān)的教學大綱、教材、多媒體課件、教學示范、習題、習題答案、參考文獻、學生作業(yè)及半導體行業(yè)發(fā)展前沿技術(shù)講座等。

（4）開展綜合創(chuàng)新的實踐

充分利用現(xiàn)有的實驗條件，為學生提供實踐條件。同時積極開拓校外實踐基地，加強校企合作，為學生實習、實踐提供良好的平臺，使課程教學和實踐緊密結(jié)合。鼓勵學生根據(jù)所學內(nèi)容，與教師科研結(jié)合，申請大學生創(chuàng)新項目，以提高學生實踐創(chuàng)新能力及應用能力。

（5）改革考核體制

改變傳統(tǒng)以閉卷考試為主的考核方式，在考核體制上采取閉卷、討論、答辯和小論文等多種評價方式，多角度衡量、綜合評定教學效果。

參考文獻：

[1]劉秋香，王銀海，趙韋人，等.“半導體物理學”課程教學實踐與探索[J].廣東工業(yè)大學學報（社會科學版），2010（10）：87-88，94.

[2]徐煒煒，黃靜.從半導體物理課程教學談高素質(zhì)人才培養(yǎng)[J].南通航運職業(yè)技術(shù)學院學報，2009，8（4）：97-99.

[3]王印月，趙猛.改革半導體課程教學融入研究性學習思想[J].高等理科教育，2003，47（1）：69-71.

篇9

關(guān)鍵詞：AT89S52單片機；半導體制冷；太陽能；溫度傳感器外模塊

1 概述

當前科技化、自動化和生態(tài)化是全世界未來發(fā)展的趨勢，由市場調(diào)查的統(tǒng)計數(shù)據(jù)說明，隨著人們生活節(jié)奏的加快，越來越多的人會選擇快遞（外賣）這種方式，而傳統(tǒng)的運送快遞（外賣）選擇的保溫箱在運送途中可能導致重要物品或食品的變質(zhì)或損壞，并不具備中長時間恒溫保存的功能。當今，隨著常規(guī)能源等消耗量的大規(guī)模增加，日益惡化的生態(tài)環(huán)境迫使人們積極尋找一條新的可持續(xù)發(fā)展的能源之路。由于太陽能電池技術(shù)的發(fā)展和成熟，太陽能電池作為可再生能源是目前應用最為廣泛的發(fā)電裝置。市場保溫箱品種性能單一，不具備創(chuàng)新性和環(huán)保性。針對以上問題我們設計了基于控制冬夏季溫度變化的新型太陽能保鮮箱。

2 系統(tǒng)組成

系統(tǒng)以AT89S52單片機為核心控制模塊，分別與溫度傳感器、半導體制冷片、半導體散熱套件來實現(xiàn)自動保持箱內(nèi)溫度的功能；利用太陽能電池板，光伏充電控制器和蓄電池裝置對其進行供電，環(huán)保無污染；利用路繼電器模塊帶光耦隔離、TTL RS232模塊、可調(diào)降壓穩(wěn)壓模塊控制并穩(wěn)定元件的輸出及耗損，通過電流的持續(xù)輸出達到一個穩(wěn)定的控溫狀態(tài)。

3 功能及原理介紹

3.1 通過半導體制冷片控溫并穩(wěn)定的原理

該種保鮮箱的低溫環(huán)境試驗與一般的恒溫空調(diào)不同，它要求對制冷量和加熱量進行比較頻繁的調(diào)節(jié)，因此，其控制要求較高。它是一種產(chǎn)生負熱阻的制冷技術(shù)，其特點是無運動部件，可靠性也比較高。半導體材料制冷片的工作原理是：當一塊N型半導體材料和一塊P型半導體材料聯(lián)結(jié)成電偶對時，在這個電路中接通直流電流后，就能產(chǎn)生能量的轉(zhuǎn)移，當電流由N型元件流向P型元件的接頭吸收熱量，成為冷端； 當電流由P 型元件流向N 型元件的接頭釋放熱量，成為熱端。吸熱和放熱的大小通過電流的大小以及半導體材料N、P極的元件對數(shù)來決定。當制冷片內(nèi)部由上百對電偶聯(lián)成一熱電堆同時工作時，就能達到我們所需要的制冷或制熱效果。[1]

3.2 太陽能電池板連接蓄電池對系統(tǒng)進行供電

采用12V太陽能電池和12V蓄電池連接，用一個光伏充電控制器，控制太陽能電池的輸出電壓，可以保護電池不被過充， 同時，也確保晚上太陽能電池不發(fā)電時，防止蓄電池的電倒流。連接方式如下：太陽能電池――光伏控制器――蓄電池――直流負載。在太陽能給蓄電池充電的同時，蓄電池向外供電完全可行，在這樣的情況下，負載使用的電力會優(yōu)先直接使用太陽能電池的電，剩余的充到電池里；相反，若此太陽能電池的電量不夠，會同時從蓄電池內(nèi)取電。[2]

3.3 AT89S52單片機控制的溫度傳感器對溫度系統(tǒng)的調(diào)節(jié)

基于AT89S52單片機的數(shù)字溫度計設計，即對溫度進行實時測量，使用單線數(shù)字溫度傳感器DS18B20把溫度信號直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號輸入單片機。測量溫度的關(guān)鍵是溫度傳感器，采用智能溫度傳感器以實現(xiàn)溫度數(shù)字化，既能以數(shù)字形式直接輸出被測溫度值，具有測量誤差小分辨力高，抗干擾能力強，能夠遠程傳輸數(shù)據(jù)，帶串行總線接口等優(yōu)點。

4 新型太陽能保鮮箱推廣應用實踐策略

當然要想充分發(fā)揮新型太陽能保鮮箱的效能，展現(xiàn)其環(huán)保性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟性的特點，還需要注重新型太陽能保鮮箱的推廣應用工作的開展。具體來講，需要積極做好以下幾個方面的工作：

4.1 鼓勵太陽能保鮮箱的創(chuàng)新設計

無論是AT89S52單片機芯片與溫度傳感器模塊，還是路繼電器模塊帶光耦隔離和TTL RS232模塊，或者是可調(diào)降壓穩(wěn)壓模塊和半導體制冷片，乃至是半導體散熱套件及太陽能電池板，都是當前高新技術(shù)發(fā)展的代表。也就是說在開展新型太陽能保鮮箱設計的時候，要樹立創(chuàng)新意識，結(jié)合當前市場客戶的需求，研發(fā)出適銷對路的產(chǎn)品。當然鼓勵太陽能保鮮箱的創(chuàng)新設計需要對應的激勵機制：其一，高度重視關(guān)于太陽能保鮮箱相關(guān)理論的研究，鼓勵學者和專家緊跟當前國際保鮮技術(shù)理論潮流，深入研究，形成健全的太陽能保鮮箱設計理論體系；其二，高度重視自主知識產(chǎn)權(quán)的保護工作，為太陽能保鮮創(chuàng)新設計工作者創(chuàng)造良好的政策環(huán)境，以實現(xiàn)自身創(chuàng)新能力的提升。

4.2 健全新型太陽能保鮮箱推廣體系

此款新型太陽能保鮮箱有著經(jīng)濟效益好，運行穩(wěn)定，環(huán)保低碳的特點，這與當前建設資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會來講，是很值得在市場上進行推廣的產(chǎn)品。為此，建立健全新型太陽能保鮮箱推廣體系，顯得尤為必要。為此，其主要需要做好以下幾個方面的工作：其一，培養(yǎng)專業(yè)化的太陽能保鮮箱推廣團隊，要求各個成員全面了解新型太陽能保鮮箱的優(yōu)勢，明確其消費群體的特點，以便高效的去開展營銷活動；其二，國家應該針對于這種環(huán)保型的太陽能保鮮箱制定對應的補貼政策，刺激新型太陽能保鮮箱的消費需求，使得其更加快的融入到市場中去。

5 結(jié)束語

目前，隨著社會節(jié)奏的加快，快遞或物品的運輸業(yè)也十分發(fā)達，從而貴重或不易保存的物品的儲存運輸方法就顯得尤為重要。而傳統(tǒng)的運輸保存方式，一是因保存不周可能會導致產(chǎn)品質(zhì)量發(fā)生變化，二是可能因過高的運輸保存成本導致人們難以承受，針對這種情況設計的基于控制冬夏季溫度變化的新型太陽能保鮮箱通過成本較低的AT89S52單片機控制的半導體制冷系統(tǒng)及常用的溫度傳感器外模塊即可達到上述幾點要求。并且此套設計系統(tǒng)以太陽能電池板和蓄電池裝置供電，替代常規(guī)能源，綠色環(huán)保無污染，符合可持續(xù)發(fā)展要求。其經(jīng)濟實用，簡易創(chuàng)新，綠色環(huán)保的設計定會被人們接受，可以廣泛推廣，從而創(chuàng)造良好的市場前景。

參考文獻

[1]鄭弘.一種基于半導體制冷技術(shù)的冷暖控制器主機設計[J].機電工程技術(shù)，2009，7.

篇10

太陽能是人類取之不盡用之不竭的可再生能源，也是清潔能源，不產(chǎn)生任何的環(huán)境污染。在太陽能的有效利用當中，大陽能光電利用是近些年來發(fā)展最快，最具活力的研究領(lǐng)域，制作太陽能電池主要是以半導體材料為基礎，其工作原理是利用光電材料吸收光能后發(fā)生光電子轉(zhuǎn)換反應，根據(jù)所用材料的不同，太陽能電池可分為：硅太陽能電池；以無機鹽如砷化鎵IIIV化合物、硫化鎘、銅銦硒等多元化合物為材料的電池；功能高分子材料制備的太陽能電池；納米晶太陽能電池等。對太陽能電池材料的要求有：半導體材料的禁帶不能太寬；要有較高的光電轉(zhuǎn)換效率；材料本身對環(huán)境不造成污染；材料便于工業(yè)化生產(chǎn)且材料性能穩(wěn)定。隨著新材料的不斷開發(fā)和相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，除了傳統(tǒng)硅材料，新型材料的太陽能電池也愈來愈顯示出誘人的前景。本書描述了制作太陽能電池的技術(shù)和材料，包括傳統(tǒng)的光伏材料、新型無機材料，以及有機材料、納米材料。本書涵蓋了新型太陽能電池的材料及其研究現(xiàn)狀，并討論了太陽能電池的發(fā)展及趨勢。

在本書中，讀者可了解到先進光伏技術(shù)進展以及多種太陽能電池材料，主要介紹了如下幾類太陽能電池材料：（1）單晶硅材料及單晶硅太陽能電池：單晶硅太陽能電池轉(zhuǎn)換效率最高，但由于單晶硅材料成本高，價格居高不下，電池工藝繁瑣，因而單晶硅太陽能電池沒有得到很大的發(fā)展；（2）多晶硅薄膜電池：多晶硅薄膜電池使用的硅遠較單晶硅少，其成本遠低于單晶硅電池，能量轉(zhuǎn)換效率高于非晶硅薄膜電池、無效率衰退問題，因此多晶硅薄膜電池有望在太陽能電地市場上占據(jù)主導地位；（3）非晶硅太陽能電池：非晶硅太陽能電池具有較高的轉(zhuǎn)換效率和較低的成本，重量輕等特點，但其穩(wěn)定性不高影響了其實際應用；（4）多元化合物薄膜電池：多元化合物薄膜作為太陽能電池的半導體材料，具有價格低廉、性能良好和工藝簡單等優(yōu)點，將成為太陽能電池的一個重要方向；（5）有機太陽能電池：有機太陽能電池具有柔性好、制作容易、材料來源廣泛、成本低等優(yōu)勢，對大規(guī)模利用太陽能、提供廉價電能具有重要意義；（6）第三代太陽能電池：第三代太陽能電池技術(shù)隨著科技的不斷進步正在迅速發(fā)展，具有巨大的應用潛力。

本書主要內(nèi)容如下：1.引言；2.基本物理原理對光電轉(zhuǎn)換效率的限制；3.對光伏材料的物理表征；4.晶體硅太陽能電池的發(fā)展；5.非晶硅和微晶硅太陽能電池；6.III-V族太陽能電池；7.硫族薄膜太陽能電池；8.印刷有機太陽能電池；9第三代太陽能電池。

本書適合于光伏行業(yè)的科研工作者以及相關(guān)專業(yè)的研究生閱讀。

楊盈瑩，助理研究員