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關鍵詞
半導體材料;多晶硅;單晶硅;砷化鎵;氮化鎵
1前言
半導體材料是指電阻率在107Ωcm10-3Ωcm，界于金屬和絕緣體之間的材料。半導體材料是制作晶體管、集成電路、電力電子器件、光電子器件的重要基礎材料[1]，支撐著通信、計算機、信息家電與網(wǎng)絡技術(shù)等電子信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。電子信息產(chǎn)業(yè)規(guī)模最大的是美國和日本，其2002年的銷售收入分別為3189億美元和2320億美元[2]。近幾年來，我國電子信息產(chǎn)品以舉世矚目的速度發(fā)展，2002年銷售收入以1.4億人民幣居全球第3位，比上年增長20，產(chǎn)業(yè)規(guī)模是1997年的2.5倍，居國內(nèi)各工業(yè)部門首位[3]。半導體材料及應用已成為衡量一個國家經(jīng)濟發(fā)展、科技進步和國防實力的重要標志。
半導體材料的種類繁多，按化學組成分為元素半導體、化合物半導體和固溶體半導體;按組成元素分為一元、二元、三元、多元等;按晶態(tài)可分為多晶、單晶和非晶;按應用方式可分為體材料和薄膜材料。大部分半導體材料單晶制片后直接用于制造半導體材料，這些稱為“體材料”;相對應的“薄膜材料”是在半導體材料或其它材料的襯底上生長的，具有顯著減少“體材料”難以解決的固熔體偏析問題、提高純度和晶體完整性、生長異質(zhì)結(jié)，能用于制造三維電路等優(yōu)點。許多新型半導體器件是在薄膜上制成的，制備薄膜的技術(shù)也在不斷發(fā)展。薄膜材料有同質(zhì)外延薄膜、異質(zhì)外延薄膜、超晶格薄膜、非晶薄膜等。
在半導體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展中，一般將硅、鍺稱為第一代半導體材料;將砷化鎵、磷化銦、磷化鎵、砷化銦、砷化鋁及其合金等稱為第二代半導體材料;而將寬禁帶eg2.3ev的氮化鎵、碳化硅、硒化鋅和金剛石等稱為第三代半導體材料[4]。上述材料是目前主要應用的半導體材料，三代半導體材料代表品種分別為硅、砷化鎵和氮化鎵。本文沿用此分類進行介紹。
2主要半導體材料性質(zhì)及應用
材料的物理性質(zhì)是產(chǎn)品應用的基礎，表1列出了主要半導體材料的物理性質(zhì)及應用情況[5]。表中禁帶寬度決定發(fā)射光的波長，禁帶寬度越大發(fā)射光波長越短藍光發(fā)射;禁帶寬度越小發(fā)射光波長越長。其它參數(shù)數(shù)值越高，半導體性能越好。電子遷移速率決定半導體低壓條件下的高頻工作性能，飽和速率決定半導體高壓條件下的高頻工作性能。
硅材料具有儲量豐富、價格低廉、熱性能與機械性能優(yōu)良、易于生長大尺寸高純度晶體等優(yōu)點，處在成熟的發(fā)展階段。目前，硅材料仍是電子信息產(chǎn)業(yè)最主要的基礎材料，95以上的半導體器件和99以上的集成電路ic是用硅材料制作的。在21世紀，可以預見它的主導和核心地位仍不會動搖。但是硅材料的物理性質(zhì)限制了其在光電子和高頻高功率器件上的應用。
砷化鎵材料的電子遷移率是硅的6倍多，其器件具有硅器件所不具有的高頻、高速和光電性能，并可在同一芯片同時處理光電信號，被公認是新一代的通信用材料。隨著高速信息產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，砷化鎵成為繼硅之后發(fā)展最快、應用最廣、產(chǎn)量最大的半導體材料。同時，其在軍事電子系統(tǒng)中的應用日益廣泛，并占據(jù)不可取代的重要地位。
gan材料的禁帶寬度為硅材料的3倍多，其器件在大功率、高溫、高頻、高速和光電子應用方面具有遠比硅器件和砷化鎵器件更為優(yōu)良的特性，可制成藍綠光、紫外光的發(fā)光器件和探測器件。近年來取得了很大進展，并開始進入市場。與制造技術(shù)非常成熟和制造成本相對較低的硅半導體材料相比，第三代半導體材料目前面臨的最主要挑戰(zhàn)是發(fā)展適合gan薄膜生長的低成本襯底材料和大尺寸的gan體單晶生長工藝。
主要半導體材料的用途如表2所示?？梢灶A見以硅材料為主體、gaas半導體材料及新一代寬禁帶半導體材料共同發(fā)展將成為集成電路及半導體器件產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主流。
3半導體材料的產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀
3.1半導體硅材料
3.1.1多晶硅
多晶硅是制備單晶硅和太陽能電池的原料，主要生產(chǎn)方法為改良西門子法。目前全世界每年消耗約18000t25000t半導體級多晶硅。2001年全球多晶硅產(chǎn)能為23900t，生產(chǎn)高度集中于美、日、德3國。美國先進硅公司和哈姆洛克公司產(chǎn)能均達6000t/a，德國瓦克化學公司和日本德山曹達公司產(chǎn)能超過3000t/a，日本三菱高純硅公司、美國memc公司和三菱多晶硅公司產(chǎn)能超過1000t/a，絕大多數(shù)世界市場由上述7家公司占有。2000年全球多晶硅需求為22000t，達到峰值，隨后全球半導體市場滑坡;2001年多晶硅實際產(chǎn)量為17900t，為產(chǎn)能的75左右。全球多晶硅市場供大于求，隨著半導體市場的恢復和太陽能用多晶硅的增長，多晶硅供需將逐步平衡。
我國多晶硅嚴重短缺。我國多晶硅工業(yè)起步于50年代，60年代實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。由于技術(shù)水平低、生產(chǎn)規(guī)模太小、環(huán)境污染嚴重、生產(chǎn)成本高，目前只剩下峨嵋半導體材料廠和洛陽單晶硅廠2個廠家生產(chǎn)多晶硅。2001年生產(chǎn)量為80t[7]，僅占世界產(chǎn)量的0.4，與當今信息產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展和多晶硅的市場需求急劇增加極不協(xié)調(diào)。我國這種多晶硅供不應求的局面還將持續(xù)下去。據(jù)專家預測，2005年國內(nèi)多晶硅年需求量約為756t，2010年為1302t。
峨嵋半導體材料廠和洛陽單晶硅廠1999年多晶硅生產(chǎn)能力分別為60t/a和20t/a。峨嵋半導體材料廠1998年建成的100t/a規(guī)模的多晶硅工業(yè)性生產(chǎn)示范線，提高了各項經(jīng)濟技術(shù)指標，使我國擁有了多晶硅生產(chǎn)的自主知識產(chǎn)權(quán)。該廠正在積極進行1000t/a多晶硅項目建設的前期工作。洛陽單晶硅廠擬將多晶硅產(chǎn)量擴建至300t/a，目前處在可行性研究階段。
3.1.2單晶硅
生產(chǎn)單晶硅的工藝主要采用直拉法cz、磁場直拉法mcz、區(qū)熔法fz以及雙坩鍋拉晶法。硅晶片屬于資金密集型和技術(shù)密集型行業(yè)，在國際市場上產(chǎn)業(yè)相對成熟，市場進入平穩(wěn)發(fā)展期，生產(chǎn)集中在少數(shù)幾家大公司，小型公司已經(jīng)很難插手其中。
目前國際市場單晶硅產(chǎn)量排名前5位的公司分別是日本信越化學公司、德瓦克化學公司、日本住友金屬公司、美國memc公司和日本三菱材料公司。這5家公司2000年硅晶片的銷售總額為51.47億元，占全球銷售額的70.9，其中的3家日本公司占據(jù)了市場份額的46.1，表明日本在全球硅晶片行業(yè)中占據(jù)了主導地位[8]。
集成電路高集成度、微型化和低成本的要求對半導體單晶材料的電阻率均勻性、金屬雜質(zhì)含量、微缺陷、晶片平整度、表面潔凈度等提出了更加苛刻的要求詳見文獻[8]，晶片大尺寸和高質(zhì)量成為必然趨勢。目前全球主流硅晶片已由直徑8英寸逐漸過渡到12英寸晶片，研制水平達到16英寸。
我國單晶硅技術(shù)及產(chǎn)業(yè)與國外差距很大，主要產(chǎn)品為6英寸以下，8英寸少量生產(chǎn)，12英寸開始研制。隨著半導體分立元件和硅光電池用低檔和廉價硅材料需求的增加，我國單晶硅產(chǎn)量逐年增加。據(jù)統(tǒng)計，2001年我國半導體硅材料的銷售額達9.06億元，年均增長26.4。單晶硅產(chǎn)量為584t，拋光片產(chǎn)量5183萬平方英寸，主要規(guī)格為3英寸6英寸，6英寸正片已供應集成電路企業(yè)，8英寸主要用作陪片。單晶硅出口比重大，出口額為4648萬美元，占總銷售額的42.6，較2000年增長了5.3[7]。目前，國外8英寸ic生產(chǎn)線正向我國戰(zhàn)略性移動，我國新建和在建的f8英寸ic生產(chǎn)線有近10條之多，對大直徑高質(zhì)量的硅晶片需求十分強勁，而國內(nèi)供給明顯不足，基本依賴進口，我國硅晶片的技術(shù)差距和結(jié)構(gòu)不合理可見一斑。在現(xiàn)有形勢和優(yōu)勢面前發(fā)展我國的硅單晶和ic技術(shù)面臨著巨大的機遇和挑戰(zhàn)。
我國硅晶片生產(chǎn)企業(yè)主要有北京有研硅股、浙大海納公司、洛陽單晶硅廠、上海晶華電子、浙江硅峰電子公司和河北寧晉單晶硅基地等。有研硅股在大直徑硅單晶的研制方面一直居國內(nèi)領先地位，先后研制出我國第一根6英寸、8英寸和12英寸硅單晶，單晶硅在國內(nèi)市場占有率為40。2000年建成國內(nèi)第一條可滿足0.25μm線寬集成電路要求的8英寸硅單晶拋光片生產(chǎn)線;在北京市林河工業(yè)開發(fā)區(qū)建設了區(qū)熔硅單晶生產(chǎn)基地，一期工程計劃投資1.8億元，年產(chǎn)25t區(qū)熔硅和40t重摻砷硅單晶，計劃2003年6月底完工;同時承擔了投資達1.25億元的863項目重中之重課題“12英寸硅單晶拋光片的研制”。浙大海納主要從事單晶硅、半導體器件的開發(fā)、制造及自動化控制系統(tǒng)和儀器儀表開發(fā)，近幾年實現(xiàn)了高成長性的高速發(fā)展。
3.2砷化鎵材料
用于大量生產(chǎn)砷化鎵晶體的方法是傳統(tǒng)的lec法液封直拉法和hb法水平舟生產(chǎn)法。國外開發(fā)了兼具以上2種方法優(yōu)點的vgf法垂直梯度凝固法、vb法垂直布里支曼法和vcz法蒸氣壓控制直拉法，成功制備出4英寸6英寸大直徑gaas單晶。各種方法比較詳見表3。
移動電話用電子器件和光電器件市場快速增長的要求，使全球砷化鎵晶片市場以30的年增長率迅速形成數(shù)十億美元的大市場，預計未來20年砷化鎵市場都具有高增長性。日本是最大的生產(chǎn)國和輸出國，占世界市場的7080;美國在1999年成功地建成了3條6英寸砷化鎵生產(chǎn)線，在砷化鎵生產(chǎn)技術(shù)上領先一步。日本住友電工是世界最大的砷化鎵生產(chǎn)和銷售商，年產(chǎn)gaas單晶30t。美國axt公司是世界最大的vgf
gaas材料生產(chǎn)商[8]。世界gaas單晶主要生產(chǎn)商情況見表4。國際上砷化鎵市場需求以4英寸單晶材料為主，而6英寸單晶材料產(chǎn)量和市場需求快速增加，已占據(jù)35以上的市場份額。研制和小批量生產(chǎn)水平達到8英寸。
我國gaas材料單晶以2英寸3英寸為主，
4英寸處在產(chǎn)業(yè)化前期，研制水平達6英寸。目前4英寸以上晶片及集成電路gaas晶片主要依賴進口。砷化鎵生產(chǎn)主要原材料為砷和鎵。雖然我國是砷和鎵的資源大國，但僅能生產(chǎn)品位較低的砷、鎵材料6n以下純度，主要用于生產(chǎn)光電子器件。集成電路用砷化鎵材料的砷和鎵原料要求達7n，基本靠進口解決。
國內(nèi)gaas材料主要生產(chǎn)單位為中科鎵英、有研硅股、信息產(chǎn)業(yè)部46所、55所等。主要競爭對手來自國外。中科鎵英2001年起計劃投入近2億資金進行砷化鎵材料的產(chǎn)業(yè)化，初期計劃規(guī)模為4英寸6英寸砷化鎵單晶晶片5萬片8萬片，4英寸6英寸分子束外延砷化鎵基材料2萬片3萬片，目前該項目仍在建設期。目前國內(nèi)砷化鎵材料主要由有研硅股供應，2002年銷售gaas晶片8萬片。我國在努力縮小gaas技術(shù)水平和生產(chǎn)規(guī)模的同時，應重視具有獨立知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)和產(chǎn)品開發(fā)，發(fā)展我國的砷化鎵產(chǎn)業(yè)。
3.3氮化鎵材料
gan半導體材料的商業(yè)應用研究始于1970年，其在高頻和高溫條件下能夠激發(fā)藍光的特性一開始就吸引了半導體開發(fā)人員的極大興趣。但gan的生長技術(shù)和器件制造工藝直到近幾年才取得了商業(yè)應用的實質(zhì)進步和突破。由于gan半導體器件在光電子器件和光子器件領域廣闊的應用前景，其廣泛應用預示著光電信息乃至光子信息時代的來臨。
2000年9月美國kyma公司利用aln作襯底，開發(fā)出2英寸和4英寸gan新工藝;2001年1月美國nitronex公司在4英寸硅襯底上制造gan基晶體管獲得成功;2001年8月臺灣powdec公司宣布將規(guī)模生產(chǎn)4英寸gan外延晶片。gan基器件和產(chǎn)品開發(fā)方興未艾。目前進入藍光激光器開發(fā)的公司包括飛利浦、索尼、日立、施樂和惠普等。包括飛利浦、通用等光照及汽車行業(yè)的跨國公司正積極開發(fā)白光照明和汽車用gan基led發(fā)光二極管產(chǎn)品。涉足gan基電子器件開發(fā)最為活躍的企業(yè)包括cree、rfmicrodevice以及nitronex等公司。
目前，日本、美國等國家紛紛進行應用于照明gan基白光led的產(chǎn)業(yè)開發(fā)，計劃于2015年-2020年取代白熾燈和日光燈，引起新的照明革命。據(jù)美國市場調(diào)研公司strstegiesunlimited分析數(shù)據(jù)，2001年世界gan器件市場接近7億美元，還處于發(fā)展初期。該公司預測即使最保守發(fā)展，2009年世界gan器件市場將達到48億美元的銷售額。
因gan材料尚處于產(chǎn)業(yè)初期，我國與世界先進水平差距相對較小。深圳方大集團在國家“超級863計劃”項目支持下，2001年與中科院半導體等單位合作，首期投資8千萬元進行g(shù)an基藍光led產(chǎn)業(yè)化工作，率先在我國實現(xiàn)氮化鎵基材料產(chǎn)業(yè)化并成功投放市場。方大公司已批量生產(chǎn)出高性能gan芯片，用于封裝成藍、綠、紫、白光led，成為我國第一家具有規(guī)?；芯俊㈤_發(fā)和生產(chǎn)氮化鎵基半導體系列產(chǎn)品、并擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的企業(yè)。中科院半導體所自主開發(fā)的gan激光器2英寸外延片生產(chǎn)設備，打破了國外關鍵設備部件的封鎖。我國應對大尺寸gan生長技術(shù)、器件及設備繼續(xù)研究，爭取在gan等第三代半導體產(chǎn)業(yè)中占據(jù)一定市場份額和地位。
4結(jié)語
不可否認，微電子時代將逐步過渡到光電子時代，最終發(fā)展到光子時代。預計到2010年或2014年，硅材料的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展將走向極限，第二代和第三代半導體技術(shù)和產(chǎn)業(yè)將成為研究和發(fā)展的重點。我國政府決策部門、半導體科研單位和企業(yè)在現(xiàn)有的技術(shù)、市場和發(fā)展趨勢面前應把握歷史機遇，迎接挑戰(zhàn)。
參考文獻
[1]師昌緒.材料大辭典[m].北京化學工業(yè)出版社，19941314
[2]http//bjjc.org.cn/10zxsc/249.htm.我國電子信息產(chǎn)業(yè)總規(guī)模居世界第三.北方微電子產(chǎn)業(yè)基地門戶網(wǎng)
[3]蓬勃發(fā)展的中國電子信息產(chǎn)業(yè).信息產(chǎn)業(yè)部電子信息產(chǎn)品管理司司長張琪在“icchina2003”上的主題報告
[4]梁春廣.gan-第三代半導體的曙光.新材料產(chǎn)業(yè)，2000，53136
[5]李國強.第三代半導體材料.新材料產(chǎn)業(yè)，2002,61417
[6]萬群，鐘俊輝.電子信息材料[m].北京冶金工業(yè)出版社，199012
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域占統(tǒng)治地位的有源器件，但由于其有源區(qū)極?。ā?.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鍵科學問題。這個問題的解泱，必將大大地拓寬材料的可選擇余地，開辟新的應用領域。
目前，除SiC單晶襯低材料，GaN基藍光LED材料和器件已有商品出售外，大多數(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)展的關鍵問題，如GaN襯底，ZnO單晶簿膜制備，P型摻雜和歐姆電極接觸，單晶金剛石薄膜生長與N型摻雜，II－VI族材料的退化機理等仍是制約這些材料實用化的關鍵問題，國內(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?。╪m尺度）并最終將受到器件工作原理和工藝技術(shù)限制，而無法滿足人類對更大信息量的需求。為此，發(fā)展基于全新原理和結(jié)構(gòu)的功能強大的計算機是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。
1.半導體材料的概念與特性
當今，以半導體材料為芯片的各種產(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０雽w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。
2.半導體材料的發(fā)展歷程
半導體材料從發(fā)現(xiàn)到發(fā)展，從使用到創(chuàng)新，也擁有著一段長久的歷史。在20世紀初期，就曾出現(xiàn)過點接觸礦石檢波器。1930年，氧化亞銅整流器制造成功并得到廣泛應用，使半導體材料開始受到重視。1947年鍺點接觸三極管制成，成為半導體的研究得到重大突破。50年代末，薄膜生長技術(shù)的開發(fā)和集成電路的發(fā)明，使得微電子技術(shù)得到進一步發(fā)展。60年代，砷化鎵材料制成半導體激光器，固溶體半導體材料在紅外線方面的研究發(fā)展，半導體材料的應用得到擴展。1969年超晶格概念的提出和超晶格量子阱的研究成功，使得半導體器件的設計與制造從“雜志工程”發(fā)展到“能帶工程”，將半導體材料的研究和應用推向了一個新的領域。90年代以來隨著移動通信技術(shù)的飛速發(fā)展，砷化鎵和磷化銦等半導體材料得成為焦點，用于制作高速、高頻、大功率及發(fā)光電子器件等；近些年，新型半導體材料的研究得到突破，以氮化鎵為代表的先進半導體材料開始體現(xiàn)出其超強優(yōu)越性，被稱為IT產(chǎn)業(yè)新的發(fā)動機。
3.各類半導體材料的介紹與應用
半導體材料多種多樣，要對其進一步的學習，我們需要從不同的類別來認識和探究。通常半導體材料分為：元素半導體、化合物半導體、固溶體半導體、非晶半導體、有機半導體、超晶格半導體材料。不同的半導體材料擁有著獨自的特點，在它們適用的領域都起到重要的作用。
3.1元素半導體材料
元素半導體材料是指由單一元素構(gòu)成的具有半導體性質(zhì)的材料，分布于元素周期表三至五族元素之中，以硅和鍺為典型。硅在在地殼中的含量較為豐富，約占25%，僅次于氧氣。硅在當前的應用相當廣泛，它不僅是半導體集成電路、半導體器件和硅太陽能電池的基礎材料，而且用半導體制作的電子器件和產(chǎn)品已經(jīng)大范圍的進入到人們的生活，人們的家用電器中所用到的電子器件80%以上元件都離不開硅材料。鍺是稀有元素，地殼中的含量較少，由于鍺的特有性質(zhì)，使得它的應用主要集中于制作各種二極管，三極管等。而以鍺制作的其他器件如探測器，也具備著許多的優(yōu)點，廣泛的應用于多個領域。
3.2化合物半導體材料
通常所說的化合物半導體多指晶態(tài)無機化合物半導體，即是指由兩種或兩種以上元素確定的原子配比形成的化合物，并具有確定的禁帶寬度和能帶結(jié)構(gòu)的半導體性質(zhì)?；衔锇雽w材料種類繁多，按元素在元素周期表族來分類，分為三五族（如砷化鎵、磷化銦等），二六族（如硒化鋅），四四族（如碳化硅）等。如今化合物半導體材料已經(jīng)在太陽能電池、光電器件、超高速器件、微波等領域占據(jù)重要的位置，且不同種類具有不同的性質(zhì)，也得到不同的應用。。
3.3固溶體半導體材料
固溶體半導體材料是某些元素半導體或者化合物半導體相互溶解而形成的一種具有半導體性質(zhì)的固態(tài)溶液材料，又稱為混晶體半導體或者合金半導體。隨著每種成分在固溶體中所占百分比（X值）在一定范圍內(nèi)連續(xù)地改變，固溶體半導體材料的各種性質(zhì)（尤其是禁帶寬度）將會連續(xù)地改變，但這種變化不會引起原來半導體材料的晶格發(fā)生變化.利用固溶體半導體這種特性可以得到多種性能的材料。
3.4非晶半導體材料
非晶半導體材料是具有半導體特性的非晶體組成的材料，如α-硅、α-鍺、α-砷化鎵、α-硫化砷、α-硒等。。這類材料，原子排列短程有序，長程無序，又稱無定形半導體，部分稱作玻璃半導體。非晶半導體按鍵合力的性質(zhì)分為共價鍵非晶半導體和離子鍵非晶半導體兩類，可用液相快冷方法和真空蒸發(fā)或濺射的方法制備。在工業(yè)上，非晶半導體材料主要用于制備像傳感器、太陽能電池薄膜晶體管等非晶半導體器件。
3.5有機半導體材料
有機半導體是導電能力介于金屬和絕緣體之間，具有熱激活電導率且電導率在10-10～100S·cm的負一次方范圍內(nèi)的有機物，如萘蒽、聚丙烯和聚二乙烯苯以及堿金屬和蒽的絡合物等.其中聚丙烯腈等有機高分子半導體又稱塑料半導體。有機半導體可分為有機物、聚合物和給體-受體絡合物三類。相比于硅電子產(chǎn)品，有機半導體芯片等產(chǎn)品的生產(chǎn)能力較差，但是擁有加工處理更方便、結(jié)實耐用、成本低廉的獨特優(yōu)點。目前，有機半導體材料及器件已廣泛應用于手機，筆記本電腦，數(shù)碼相機，有機太陽能電池等方面。
3.6超晶格微結(jié)構(gòu)半導體材料
超晶格微結(jié)構(gòu)半導體材料是指按所需特性設計的能帶結(jié)構(gòu)，用分子束外延或金屬有機化學氣相沉積等超薄層生產(chǎn)技術(shù)制造出來的具有各種特異性能的超薄膜多層結(jié)構(gòu)材料。由于載流子在超晶格微結(jié)構(gòu)半導體中的特殊運動，使得其出現(xiàn)許多新的物理特性并以此開發(fā)了新一代半導體技術(shù)。。當前，對超晶格微結(jié)構(gòu)半導體材料的研究和應用依然在研究之中，它的發(fā)展將不斷推動許多領域的提高和進步。
4.半導體材料的發(fā)展方向
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
[1]沈能玨,孫同年,余聲明,張臣.現(xiàn)代電子材料技術(shù).信息裝備的基石[M].北京：國防工業(yè)出版社,2002.
[2]靳曉宇.半導體材料的應用與發(fā)展研究[J].大眾商務,2009,(102).
[3]彭杰.淺析幾種半導體材料的應用與發(fā)展[J].硅谷, 2008,(10).
0.引言
當代和未來信息技術(shù)都占據(jù)著重要的地位，因此隨著社會的不斷發(fā)展,對信息的處理、傳輸和存儲將要求更大的規(guī)模和速度。半導體材料在信息處理和傳輸中有著重要的作用，半導體技術(shù)應用了電子的電荷屬性；磁性材料在信息存儲有著重要的應用，磁性技術(shù)利用了電子的自旋屬性。但是半導體材料都不具有磁性,磁性材料及其化合物都不具有半導體的性質(zhì)，因此人們想到了通過摻入磁性離子來獲得磁性的方法，即在GaAs、GaN、ZnO等半導體中摻雜引入過渡金屬（或稀土金屬）等磁性離子，這種通過摻雜而產(chǎn)生的磁性與本征磁性有一定的區(qū)別，人們稱其為稀磁性。在化合物半導體中，由磁性離子部分地代替非磁性離子所形成的一類新型半導體材料，稱之為稀磁半導體。
1. 發(fā)展現(xiàn)狀
1.1 摻雜具有室溫鐵磁性的Fe、Co、Ni等過渡磁性金屬離子
在ZnO中摻雜引入磁性離子可以使樣品產(chǎn)生磁性，因此人們在ZnO中摻入了具有室溫鐵磁性的Fe、Co、Ni等過渡磁性金屬離子，結(jié)果發(fā)現(xiàn)樣品的室溫鐵磁性對制備技術(shù)、生長條件等都有很大的依賴關系。侯登錄等人[1]采用磁控濺射法在Si基底上制備Fe摻雜的樣品，發(fā)現(xiàn)鐵磁性是其本征性質(zhì)。。Liu等人用化學氣相沉積法制備了Co摻雜的樣品，分析發(fā)現(xiàn)摻雜Co的ZnO樣品鐵磁性與Co的不純相ZnCo2O 4無關。Akdogan等人用射頻磁控濺射法制備了摻雜不同Co離子濃度的的樣品，分析得出氧原子的自旋極化對樣品長程鐵磁序的形成有重要作用，且Co原子的摻雜引起了ZnO的本征鐵磁性。Parra-Palomino等人研究發(fā)現(xiàn)樣品的鐵磁性與ZnO中的缺陷有關。
1.2 摻雜具有低溫鐵磁性的Mn、Cr等過渡磁性金屬離子
在ZnO中摻雜引入磁性離子可以使樣品產(chǎn)生磁性，因此人們在ZnO中摻入了具有低溫鐵磁性的Mn、Cr等過渡磁性金屬離子，于宙等人[2]用化學方法制備了Mn摻雜的ZnO基稀磁半導體材料，分析發(fā)現(xiàn)該材料的鐵磁性是由Mn離子對ZnO中Zn離子的替代作用引起的。Robert等用射頻磁控濺射法制備了摻雜Cr的ZnO樣品。分析發(fā)現(xiàn)H原子占據(jù)了O的位置并產(chǎn)生了一個深的施主缺陷從而增強了自由載流子數(shù)和鐵磁的超交換作用，進而導致了樣品的鐵磁性。
1.3 摻入不具有室溫鐵磁性的Al、Cu等金屬離子
研究發(fā)現(xiàn)在ZnO樣品中摻入不具有室溫鐵磁性的Al、Cu等離子樣品也可以顯示出室溫鐵磁性。劉惠蓮等[3]用檸檬酸鹽法合成了一系列摻Cu樣品，研究發(fā)現(xiàn)鐵磁性是其本征性質(zhì)。Ma等人用脈沖激光沉積法制備了摻雜Al的ZnO樣品，發(fā)現(xiàn)樣品鐵磁性與Al原子和Zn之間的電荷傳輸有關。
1.4 多元素摻雜ZnO基稀磁半導體
邱東江等人[4]用電子束反應蒸發(fā)法生長了Mn和N共摻雜的薄膜，發(fā)現(xiàn)樣品的室溫鐵磁性很可能源于束縛磁極化子的形成。Gu等人用射頻磁控濺射法制備了摻雜Mn和N的ZnO樣品。分析發(fā)現(xiàn)樣品為室溫鐵磁性,這可能與N原子的摻入使空穴的濃度增加有關。Shim等人用標準固態(tài)反應法制備了摻雜Fe、Cu的ZnO樣品，發(fā)現(xiàn)摻雜Fe、Cu的ZnO的鐵磁性起源于第二相。且Fe原子進入ZnO并取代Zn原子是產(chǎn)生鐵磁性的主要原因。宋海岸等人[5]在Si(100)襯底上制備了Ni摻雜和(Ni、Li)共摻ZnO薄膜樣品。研究發(fā)現(xiàn)鐵磁性的起源可以用電子調(diào)制的機制來解釋,Ni-ZnO中的施主電子形成了束縛磁極化子,束縛磁極化子能級的交疊形成自旋-自旋雜質(zhì)能帶,通過這些施主電子耦合即Ni2+原子之間的遠程交換相互作用導致了鐵磁性。
由于摻雜ZnO是一個新興的研究方向，因此人們對其研究結(jié)果不盡相同有的甚至相反，例如對于Fe摻雜的ZnO基稀磁半導體，Parra-Palomino等人發(fā)現(xiàn)摻雜Fe的樣品的鐵磁性可以用載流子交換機制來解釋，侯登錄等人[1]發(fā)現(xiàn)摻雜Fe的樣品的鐵磁性可以用局域磁偶極子作用機制來解釋。又如對于摻雜樣品的鐵磁性是樣品的本征性質(zhì)還是非本征性質(zhì)方面人們的觀點也不盡相同，Shim等人發(fā)現(xiàn)鐵磁性是摻雜Ni的ZnO樣品的非本征性質(zhì)。Akdogan等人發(fā)現(xiàn)Co原子的摻雜引起了樣品的本征鐵磁性。對于摻雜所引起的樣品磁性方面，Liu等人研究發(fā)現(xiàn)摻雜Co的ZnO樣品具有鐵磁性，而Tortosa等人發(fā)現(xiàn)摻雜Co的ZnO樣品是順磁性的。研究發(fā)現(xiàn)樣品的鐵磁性與制備方法、生長的氣體環(huán)境、氣體壓強、生長時間、退火溫度、退火時間、摻雜劑量、摻雜元素的種類以及相對含量均有很大的關系。
2. 結(jié)論
目前, 對于ZnO基稀磁半導體材料的研究主要集中在兩個方面:(1)優(yōu)化生長參數(shù),獲得高質(zhì)量的薄膜。。(2)選擇不同摻雜元素與摻雜量,通過單摻雜或共摻雜,提高薄膜的居里溫度,奠定其應用基礎。
通過對單摻雜金屬的ZnO樣品及共摻雜的樣品的結(jié)構(gòu)分析、以及電學、磁學、導電性等性質(zhì)的分析，發(fā)現(xiàn)對于相同的摻雜，樣品鐵磁性的強弱不同，有的結(jié)論甚至相反。這與樣品的制備技術(shù)不同、以及不同的生長環(huán)境有關。通過各種制備方法及不同制備工藝得到的ZnO薄膜的性能存在較大的差異,而且可重復率比較低。鐵磁性來源和機理分析還需要進一步的系統(tǒng)性研究。。對樣品的鐵磁性起源理論眾多。目前關于稀磁半導體材料鐵磁性根源的解釋有多種，有載流子交換機制(可以解釋具有室溫鐵磁性的Fe、Co、Ni、V、Cr、Cu、Al等元素摻雜的情況）。載流子導致的鐵磁性與反鐵磁性競爭機制（可以解釋Mn、Cr、Co等元素摻雜的情況）。局域磁偶極子之間相互作用機制（可以解釋V、Ni等元素摻雜的情況）。
在實驗和理論的統(tǒng)一方面還存在有許多的矛盾之處,而且每種理論都只得到了部分實驗證實.因此對ZnO基稀磁半導體的磁性機理的認識還需進一步的提高。可以在以下幾個方面開展進一步的更深入的研究。一是改善樣品的制備工藝，許多試驗重復率很低說明樣品的制備過程中有許多影響因素，有待于對其發(fā)現(xiàn)并掌握。二是改變摻雜的金屬元素，傳統(tǒng)的摻雜只對過渡金屬進行了大量研究對于非過渡金屬的相關研究很少。而且由單摻雜向共摻雜轉(zhuǎn)變是一條很好的思路。
參考文獻
[1]侯登錄,趙瑞斌.氧空位對Fe摻雜ZnO的鐵磁性的影響.商丘學報.2008,24(12):1-6.
[2]于宙,李祥,龍雪等.Mn摻雜ZnO稀磁半導體材料的制備和磁性,物理學報.2008,57,7(4539-4544):1-6
[3]劉惠蓮, 楊景海，張永軍，等.Cu摻雜ZnO納米結(jié)構(gòu)的室溫鐵磁性研究[J].半導體學報,2008, 29(11): 2257-2260.
[4]邱東江,王俊,丁扣寶.退火對Mn和N共摻雜的Zn0.88Mn0.12O :N薄膜特性的影響.物理學報,2008,57(8):5249-5255.
安艷清：公司轉(zhuǎn)型看上去很突然，但背后的邏輯是，IC半導體材料和光伏硅材料同屬半導體材料，是同種物質(zhì)的兩種用途存在方式。公司1988年就已經(jīng)開始從事太陽能級半導體材料的生產(chǎn)制造，因此公司只是將光伏領域的太陽能半導體材料實施了放大。而且，由于用于芯片的IC半導體材料在技術(shù)方面的要求遠高于用于太陽能電池的硅材料，因此在光伏領域有著技術(shù)方面的先天優(yōu)勢。
另外，公司專注于半導體硅材料的研發(fā)、生產(chǎn)和制造，是公司的主業(yè)，IC半導體材料不但沒有做不下去，而且做得非常好。在全球范圍內(nèi)我們的區(qū)熔單晶硅（FZ）綜合實力排名前三，2010年我們的市場份額為12%至18%，2011年底我們占全球區(qū)熔單晶硅（FZ）市場份額約為20%。
《投資者報》：國內(nèi)做半導體的企業(yè)不少，為何是中環(huán)率先掌握最領先的技術(shù)，你認為中環(huán)技術(shù)上的優(yōu)勢主要來自于哪些方面？
安艷清：一方面來自公司這些年在半導體材料領域上的技術(shù)積淀。早在2002年，環(huán)歐公司在國內(nèi)率先采用多線切割技術(shù)切割半導體及太陽能硅片。2007年至2009年期間，環(huán)歐公司采用國內(nèi)領先的晶體生長模擬技術(shù)開始研發(fā)新一代的太陽能晶體生長技術(shù)及設備。
另一方面，也離不開公司總經(jīng)理沈浩平和技術(shù)團隊多年的潛心研究。沈總1983年物理系畢業(yè)時，畢業(yè)論文就是關于薄膜電池的研究，并在重量級學術(shù)刊物上刊載，此后沈總一直在中環(huán)旗下全資子公司環(huán)歐公司從事技術(shù)研發(fā)，即便后來擔任環(huán)歐公司副總經(jīng)理，他也一直在一線工作，堅持在一線工作19年。并帶出一大批技術(shù)骨干，形成了有著核心競爭力的團隊，這才是中環(huán)技術(shù)不斷創(chuàng)新和升級的最重要源泉。
《投資者報》：目前光伏行業(yè)一片慘淡，中環(huán)股份受到的沖擊有多大？你如何看待這次光伏行業(yè)調(diào)整？
安艷清：這個行業(yè)前期是一窩蜂式涌入的跟風行業(yè)，只要有資金，各行各業(yè)的人都可以進入，不管是專業(yè)的還是非專業(yè)的，大家都能賺到錢。在這樣的時候，像我們這樣擁有技術(shù)優(yōu)勢但規(guī)模不太大的企業(yè)是體現(xiàn)不出優(yōu)勢的，只有那些大規(guī)模生產(chǎn)的企業(yè)才有優(yōu)勢。但這樣一個人人參與人人賺錢的行業(yè)一定是不正常的，調(diào)整和洗牌是必然的。
現(xiàn)在中環(huán)一半的利潤貢獻來自光伏，當然不可能不受影響，但我們主要做單晶硅，而且是品質(zhì)較高的高端產(chǎn)品，影響相對較小。2011年下半年，30%的企業(yè)處于停產(chǎn)和半停產(chǎn)狀態(tài)，70%的處于產(chǎn)閉狀態(tài)。但我們目前一直處于滿產(chǎn)狀態(tài)。
《投資者報》：公司受影響小的原因是什么？
安艷清：我們受影響小的原因是這個行業(yè)經(jīng)歷一輪瘋狂發(fā)展后，下游客戶的需求發(fā)生了變化，前兩年是需求大供方少，上游廠商生產(chǎn)什么樣的產(chǎn)品都有市場，但現(xiàn)在下游客戶變得理性了，也變得挑剔了，需求開始向高端發(fā)展，那些產(chǎn)品品質(zhì)好的、有信譽的而高端需求在向高端企業(yè)靠攏，我們這種有長久技術(shù)實力，有市場資源和和管理資源的企業(yè)才會勝出。
但在這個洗牌過程中，無論是資本市場的人，還是行業(yè)外的人，分不清哪個是真李逵哪個是假李逵，在這種情況下，對我們公司有質(zhì)疑是可以理解的，我們也希望通過我們的業(yè)績說話，通過市場表現(xiàn)說話。
《投資者報》：一項新技術(shù)的應用過程比較復雜，得先試生產(chǎn)，再小批量生產(chǎn)，最后才能達到工業(yè)生產(chǎn)里面的大規(guī)模生產(chǎn)。公司直拉區(qū)熔技術(shù)正式應用到光伏領域并轉(zhuǎn)化為規(guī)模生產(chǎn)？對公司業(yè)績的貢獻有多少？
安艷清：公司CFZ技術(shù)的大規(guī)模生產(chǎn)不存在任何的瓶頸，因為CFZ產(chǎn)品技術(shù)是公司CZ技術(shù)和FZ技術(shù)兩種技術(shù)的融合，而且公司CZ和FZ的規(guī)?；a(chǎn)歷史超過20年。
我們不會擔心市場，公司的產(chǎn)品都是以市場為導向的，事實上，是因為當前時點已經(jīng)有了客戶資源，我們才宣布要規(guī)?；a(chǎn)的。對公司的業(yè)績會有大的貢獻。
《投資者報》：是因為資金有限還是擔心行業(yè)低谷產(chǎn)品市場受限？
安艷清：目前公司CFZ沒有實現(xiàn)大規(guī)模化生產(chǎn)的真正瓶頸來自于資金，我們的計劃不是一次性投資之后一次性投產(chǎn)，而是循序漸進，一邊增加投入一邊擴大產(chǎn)能。
關于行業(yè)低谷產(chǎn)品市場受限的問題，我個人認為，如同手機市場中的蘋果，沒有人能阻擋蘋果手機的市場。
《投資者報》：從2009年開始，中環(huán)股份的管理層也作了調(diào)整理，現(xiàn)在看來，新的管理層為公司帶來了哪些變化？
安艷清：2009年我們七個高管中新上任四個，而且來自不同的行業(yè)，我認為對公司經(jīng)營和管理注入了一些活力，這些人不僅僅追求穩(wěn)定，也屬于“折騰型”的高管，喜歡多做些事。從業(yè)務層面看，一方面依托公司此前的技術(shù)和市場優(yōu)勢，將半導體材料產(chǎn)業(yè)規(guī)模放大了，通過中環(huán)領先項目實現(xiàn)了從材料到器件的樞紐，也布局了新能源項目，這三年里產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型與布局基本完成，并步入一個良性的發(fā)展通道。
《投資者報》：在經(jīng)營層面和市值管理方面，公司有何近期和中長期的戰(zhàn)略規(guī)劃？
1 教學內(nèi)容的選材
在教學內(nèi)容的選材方面，我們綜合考慮了以下幾個因素：
首先，學生必須能夠有所學，開設一門課程才是有意義的。光電材料是功能材料的一種，為了便于學生循序漸進地吸收理解光電材料的專業(yè)知識點，教學內(nèi)容分成三個方面：光功能材料、電功能材料、光電材料及器件。首先，講解光功能材料和電功能材料方面的知識點，在具有這些知識的基礎上，再講解光電材料及器件方面的知識，學生們就比較容易理解。
其次，我們結(jié)合現(xiàn)在的就業(yè)情況及研究熱點。我們設置的教學內(nèi)容，既考慮了學生們以后的就業(yè)，也考慮到想進一步深造讀研究生的學生們的研究工作。光功能材料方面的教學內(nèi)容包含了激光材料、發(fā)光材料、紅外材料及光纖材料。電功能材料方面的教學內(nèi)容包含了導電材料、半導體材料、介電材料、鐵電材料及超導材料，其實半導體材料也是一種導電材料，之所以把半導體材料單獨作為一個章節(jié)，是因為半導體材料是太陽能電池和LED照明燈的核心材料，這也是為后面的光電材料及器件的講解做鋪墊。光電材料及器件方面的教學內(nèi)容包含了光電子發(fā)射材料、光電導材料、透明導電薄膜材料、光伏材料與太陽能電池及光電顯示材料。
2 教學方法的探索
光電材料的內(nèi)容更新很快，現(xiàn)在的學生不僅應該掌握傳統(tǒng)基礎的材料知識，更應該掌握最新的知識點，更應該了解光電材料的最新研究進展，而使用多媒體教學能夠及時地更新課件的內(nèi)容，使得教學內(nèi)容能夠跟上最新的研究成果[2]，也能讓學生及時了解學習最新的材料知識。
多媒體教學還有助于激發(fā)學生學習的興趣[3]，因為它在視覺上能夠讓學生很直觀的學習知識，比如：太陽能電池的工作原理，我們可以在Powerpoint（PPT）上給出太陽能電池工作原理圖，然后再對照圖給學生詳細講解其原理，學生將更深刻的理解其原理。再比如，在講解光纖的傳輸原理時，可以通過多媒體技術(shù)使用動畫，讓學生很直觀地了解光纖的原理。
但是多媒體教學應該和傳統(tǒng)的板書結(jié)合起來，因為有些知識僅僅通過多媒體展示，學生可能比較難理解，還需要老師再次將其中的重點和難點板書出來詳細講解，同時也可以加深同學的印象。
同時，我們在整個的教學過程中，采用的是啟發(fā)式及提問式的教學方法。通過對學生進行提問，啟發(fā)學生自主思考，加深學生對知識點的理解。
3 課程考核方式的選擇
課程考核的成績包含兩個方面，一個是平時成績的考核，一個是期末成績的考核。
平時成績的考核，我們通過上課提問、課后習題、出勤率等方面進行考核。上課提問可以考查學生對上節(jié)課內(nèi)容的掌握程度，還可以考查學生是否認真聽講、是否認真思考問題。課后習題包括兩個方面，一個是對課上內(nèi)容的考查，幫助學生鞏固課上知識，另一個是對課外知識的拓展，督促學生課后查閱文獻，培養(yǎng)學生的學習能力。
期末成績的考核，我們采用撰寫科技論文的形式進行考核?！豆怆姴牧蠈д摗烽_設在大四上學期，總共24個課時。因為光電材料的內(nèi)容更新比較快，而教學課時比較有限，通過撰寫科技論文的形式，既可以督促學生去更全面的了解光電材料最新的研究進展，又可以鍛煉學生查閱文獻的能力，培養(yǎng)學生總結(jié)文獻的能力，有利于大四學生在下學期更快進入本科畢業(yè)論文的工作。
4 需要改進的地方
作為本專業(yè)開設的新課，在教學的探索與實踐過程中，肯定存在一些不足，有很多地方需要我們?nèi)シ词『透倪M。我們自己對此進行了總結(jié)，具體包括以下三個方面：
（1）在多媒體教學過程中，我們不僅只是使用了PPT這個軟件，還應該引入視頻，比如，在講解使用直拉法制備單晶硅時，就可以引入一段視頻，讓學生更直觀地了解使用直拉法是如何制備單晶硅的。
（2）在教學的過程中，我們還應該出示實物，讓學生能夠直接接觸，加深印象?？梢猿鍪緦嵨锇ü饫w、發(fā)光二極管LED，單晶硅片和多晶硅片（這時，還可以教學生從宏觀上如何分辨單晶硅片和非晶硅片）、ITO玻璃、閃鋅礦及纖鋅礦結(jié)構(gòu)模型等，不但增強生學習光電材料的興趣，而且讓他們對光電材料實體有直接的感性認識[4]。
近年來，隨著工業(yè)的快速發(fā)展，水環(huán)境中有毒物、致癌物污染物的大量排放，嚴重地威脅著人類的健康。半導體光催化氧化技術(shù)以其眾多的優(yōu)點受到了人們的青睞[1,2]，但是，由于光催化技術(shù)的反應體系較為復雜，目前的光催化技術(shù)還基本停留在實驗室研究的層面上，其中最為突出的問題是光催化劑的光量子效率低，對光的響應范圍狹窄，催化能效率低，催化劑不穩(wěn)定等，因此光催化劑的制備及改性一直是國內(nèi)外研究的熱點[1-5]。BiOX（Cl、Br、I）是一類新型的半導體材料[3-5]，具有獨特的電子結(jié)構(gòu)、良好的光學性質(zhì)和較高的催化活性，且隨著鹵素原子序數(shù)的增加，其光吸收和光催化性能均呈規(guī)律性變化，近年來引起了研究人員的興趣。本實驗通過水熱合成法制備了BiOBr光催化劑并對其進行表征，考察了不同溶劑下制備BiOBr光催化劑的形貌組成；以甲基橙為目標降解物，考察了不同pH值以及硫酸鈉電解質(zhì)的加入對BiOBr光催化降解性能的影響。
一、實驗方法
1.催化劑的制備
二、光催化實驗
三、結(jié)果與討論
1.樣品表征
2.光催化降解
采用硝酸為溶劑制備的BiOBr粉末為光催化劑，紫外可見光下催化降解甲基橙。溶液初始pH值對光催化降解動力學的影響如圖2所示。由圖可見，pH值對催化劑的光催化活性具有顯著影響，pH=2時，甲基橙具有最好的催化降解效果，降解率達到了74%；pH=7時，降解率為52%；pH=9時，降解率只有21%，隨著pH值的升高，催化劑的光催化活性逐漸降低。
四、結(jié)論
通過水熱合成法制備產(chǎn)物，研究表明不同的水熱條件（溶劑）對產(chǎn)物的表面形貌產(chǎn)生了顯著的影響，以硝酸為溶劑條件下制備的片狀粉末顆粒更小。通過對BiOBr催化降解甲基橙的多組實驗數(shù)據(jù)進行研究分析，可知pH為2、加入硫酸鈉電解質(zhì)條件下降解效果最好。
參考文獻
[1] Fujishima A, Honda K.. Nature.1972, 238(5358):23&37-38.
[2] Zhichao Shan, Wendeng Wang, Xinping Lin. Journal of Solid State Chenistry. 2008 (181):1361-1366.
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，“師傅領進門，修行在個人?！痹谡n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)相關的基礎知識和關鍵應用技術(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.
社會的發(fā)展速度越快，對自然界的傷害也就越大，而電子方面的材料對生活空氣的污染也越來越嚴重。因此，必須要建立節(jié)能環(huán)保的生產(chǎn)概念，必須保證低碳生活，并且社會已經(jīng)有了明確的態(tài)度，必須要控制污染，減少能源的浪費，做到經(jīng)濟環(huán)保。而伴隨著時間的推移，電子信息材料的使用需求越來越大，進而影響了社會的生態(tài)平衡。那么，要想在這一種材料中實施低碳經(jīng)濟，如何去做呢？
一、電子信息材料在低碳經(jīng)濟中的發(fā)展
1、光電子材料。這種材料主要包含了液晶的元素，它在電子信息的生產(chǎn)中，使用非常的頻繁。液晶的這種材料，主要是用于電器類的顯示屏，而這一種材料可以在電流經(jīng)過時，將液晶這種材料進行改變，并將其液晶的序列進行重新排布。而當再一次經(jīng)過電流時，電氣的顯示屏是不會被屋外的光線穿透的，這也就符合了社會低碳經(jīng)濟的理念。曾經(jīng)的電氣顯示屏，危害大，且消耗量也大。而如今的液晶顯示屏，已經(jīng)很好的解決了這些問題，并且還可以對顯示屏的色度進行調(diào)和。另外，它還是一種非線性的材質(zhì)，一般情況下，液晶的材料都是處于軟凝聚的形式，所以，它才可以很好的進行光學反應中的折變反應，而對于電流較低時，電子設備就會發(fā)揮很強的功效，由此，可以看出，這一種材料在未來的發(fā)展中，占據(jù)重要的位置。而根據(jù)光學反應中的原理得知，要想影響液晶材料的性能，運用光學反應，對其進行干擾，讓液晶的材料很好的對電氣的顯示屏進行反射?？偟膩碚f，就是將光電子材料的某一性質(zhì)用到液晶材質(zhì)中，研究出低碳的電子顯示屏材料。因此，在未來科技的領域中，電子信息技術(shù)還是存在著很大的進步空間的，只有通過不斷的完善它的不足之處，才能更好的滿足社會的各項需求。2、集成電路和半導體。根據(jù)現(xiàn)在社會的需求，電子信息材料的集成電路和半導體，是非常重要的基礎材料，主要屬于多晶硅。而現(xiàn)在在各行各業(yè)中，使用最多的就是集成電路和半導體材料，就像現(xiàn)在的西門子，差不多改良后的西門子，都包含了這一種材料。它主要制作的流程就是將HCL也就是鹽酸和純度非常高的硅的粉末進行反應，并且在進行混合時，需要設定合適的溫度，然后反應出三氯氫硅，再利電子信息材料在低碳經(jīng)濟中的發(fā)展應用張鵬宇河北正定中學高三在校學生用化學中分餾的方法，進行提純，最后再進行還原反應的操作，獲取純度更高的多晶硅。它便是以后電子信息材料中不可獲取的元素。并且，西門子還通過集成電路和半導體材料，對其他零碎的部件也進行了全面的改良，獲取了非常不錯的結(jié)果。同時，也減少了很多能源的損耗。
二、電子信息材料在低碳經(jīng)濟中的應用
2.1電子信息材料在集成電路中的運用
由于現(xiàn)在科技發(fā)展的速度越來越快，所以現(xiàn)在的集成電路和半導體材料的使用，也越來越廣泛，也成為了環(huán)氧模塑料中非常重要的生產(chǎn)材料，并且，根據(jù)這一種的材料的性質(zhì)，能夠非常方便的完成整個生產(chǎn)過程，同時也能夠很好的做到節(jié)能減排，盡可能的保持低碳經(jīng)濟的生活。
2.2電子信息材料在光電子中的使用
光電子的使用，主要是將一些有用的信息進行傳遞，所以，對于電子信息材料的使用上，主要是為了對其他部件指令，因此，在其他行業(yè)的電子材料使用中，也被廣泛的使用。當然，現(xiàn)在為了更好的滿足低碳生活的需求，很多電子材料的功能都被不斷的改進，并進行高度集中，盡可能的發(fā)揮自己最有效的功能，并且減少對生活環(huán)境的污染。
2.3電子信息材料在新型部件中的使用功能
為了更好的減少對環(huán)境的污染，就必須先對電子信息的材料進行全面的檢測，必須保證所使用的電子信息材料所消耗的能源是非常少的，并且污染性不大。因此，開始針對這一項問題，使用新型部件，希望盡可能的既滿足電子信息材料的使用功能，也能很好地滿足綠色環(huán)保的需求。而為了有效的滿足這一項需求，就必須將電子材料的面積進行擴大，并對其所包含的的部件進行智能化設計，盡可能的減少一些耗費能源的部件的使用，但同時又能保證材料本身的作用。
三、結(jié)語
綜上所述，低碳經(jīng)濟已經(jīng)成為電子信息材料使用的理念，也是必須要解決的一項難題。根據(jù)現(xiàn)在先進的科學技術(shù)，不斷的對電子信息材料進行改善，希望盡可能的達到環(huán)保的要求。另外，在電子信息材料的低碳經(jīng)濟理念的發(fā)展中，要不斷的納入新的科技理念和科學技術(shù)，才能達到理想中的狀態(tài)。
參考文獻
[1]陳海燕.電子信息材料在低碳經(jīng)濟中的發(fā)展應用思路研究[J].無線互聯(lián)科技,2014,(10):177.
[2]史博娟,占勝發(fā),曹坤陽,鄒細雁.低碳經(jīng)濟背景下信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展研究[J].科技廣場,2014,(06):118-126.
[3]謝芳,劉興綱,董孝斌.關于電子信息產(chǎn)業(yè)的低碳明天與生態(tài)文明建設的思考[J].生態(tài)經(jīng)濟(學術(shù)版),2011,(01):161-163.
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中圖分類號：G42 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）07-0123-02
近幾年來，隨著半導體電子產(chǎn)業(yè)和光學專業(yè)的快速發(fā)展，半導體光電正逐漸成為一門新興的學科。半導體光電技術(shù)是集現(xiàn)代半導體技術(shù)、電子學技術(shù)和光學信息處理技術(shù)等學科于一體的綜合性學科，要求學生具有扎實的半導體物理、光電子、數(shù)學和計算機等基礎知識。該學科作為光、機、電、算、材一體的交叉學科，?？普n程較多，涉及知識面較廣，有其自身的課程特點：既要講授半導體相關的專業(yè)知識，又要補充光電專業(yè)的知識，還要加強數(shù)理基礎理論教學；既要圍繞半導體光電專業(yè)核心，又要涉足其他專業(yè)領域；既要重視教學方法，提高教學質(zhì)量，又要加強前沿知識的學習和科研，不斷更新知識體系，將最新的行業(yè)信息灌輸給學生。同時，隨著近年來固態(tài)半導體LED照明技術(shù)、半導體激光、太陽能光伏和半導體探測器等高新行業(yè)的蓬勃發(fā)展，需要大量的具有創(chuàng)新研究能力的技術(shù)人才來從事半導體光電材料、器件以及系統(tǒng)的研究和開發(fā)。這就需要高校培養(yǎng)具有動手能力強，基礎知識扎實，綜合分析能力優(yōu)秀的研究型人才。但是目前高校半導體光電學科的教學普遍停留在理論層面，缺乏實踐性內(nèi)容的提升。因而作為一門實用性很強的專業(yè)，應著重加強理論與實踐相結(jié)合的全面教學，逐步開展研究性課程的教學探索，打破傳統(tǒng)的教學理念，以形成學生在課程學習中主動思考探索并重視創(chuàng)新叉研究的積極教學模式，為半導體光電學科建立一個全新的培養(yǎng)方式。
一、理論教學中創(chuàng)設前沿性課題，引導學生進行探究性學習
在傳統(tǒng)的教學模式中，專業(yè)課程的講授主要依靠講解概念、分析原理、推導公式、得出結(jié)論。而學生就是按部就班地記筆記、做習題、應付考試。課堂教學效果完全取決于教師的教學經(jīng)驗，最終學生所接受的知識也僅僅停留在課本的層面，這完全達不到迅猛發(fā)展的高新的半導體光電學科的培養(yǎng)要求。這就需要教師打破傳統(tǒng)的教學理念，開展研究性的教學方式。研究性教學是以學生的探究性學習為基礎，教師提出一些創(chuàng)新性的問題，以及與專業(yè)相關的一些前沿性科技專題報道，學生在創(chuàng)新性的問題中，借助課本提供的基礎理論和教師提供的相關資料，借鑒科學研究的方法，或獨立探索、或協(xié)作討論，通過探究學習、合作學習、自主學習等方式最終找到解決問題的方案，甚至提出更具有創(chuàng)新性的思路。因此，在教學過程中，我們應嘗試減少課堂講授時間、增加課堂討論時間，有意識地提出一些較深層次的問題：如提高太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率的方法、新型的半導體材料制作光電器件的優(yōu)異性等，有針對性地組織專題討論?？己朔绞揭哉n程設計或者專題論文的形式進行，以培養(yǎng)學生的思考和創(chuàng)新研究能力。此外，要重視階段性總結(jié)和檢查工作，培養(yǎng)學生綜合素質(zhì)和能力。教師在注重教學方式改進的同時，也要重視學生學習效果的階段性檢查和總結(jié)。傳統(tǒng)的課堂教學是以作業(yè)為考察標準，這種考察的弊端是給學生提供了抄襲作業(yè)的機會，學習效果不佳。因此應考慮采取多元化的檢查方式，增加檢查手段?？梢宰寣W生將多媒體課件與教材和參考書相結(jié)合，根據(jù)教師在課堂教學中指出的難點和重點，單獨總結(jié)出學習筆記，并進行定期檢查。
二、建立半導體專業(yè)與光電專業(yè)協(xié)同的教學環(huán)境
半導體光電從理論上來講是研究半導體中光子與電子的相互作用、光能與電能相互轉(zhuǎn)換的一門科學，涉及量子力學、固體物理、半導體物理等一些基礎學科；從實踐層面來講，也關聯(lián)著半導體光電材料、光電探測器、異質(zhì)結(jié)光電器件及其相關系統(tǒng)的研究。因此，在理論上應鼓勵教師根據(jù)教學情況，編寫有針對性的，并且包含基礎物理學、半導體電子學、光學和系統(tǒng)設計等具有交叉性理論的教材和講義，提升學生在半導體光電交叉領域的理論基礎。同時需要組織和調(diào)動各層次教師，建設教學研究中心。結(jié)合老教師的經(jīng)驗和青年教師的創(chuàng)意，共同進行教學改革探索。另外，實現(xiàn)半導體光電學科的教學探索，不僅需要專業(yè)教師改進和完善課堂教學措施，提升教學水平和質(zhì)量，同時也需要專業(yè)的半導體光電材料生長、器件制備和檢測設備，以及專業(yè)設計軟件供教學和科研使用。該學科的性質(zhì)決定了教學的內(nèi)容不能僅僅局限于理論方面，還需要實驗方面的補充和實踐，從而可以從軟件和硬件雙方面實現(xiàn)協(xié)同的教學環(huán)境。在具體的操作過程中，以光譜分析為例，傳統(tǒng)的光譜分析光源采用的是一些氣體激光器，我們可以在教學中利用新型的半導體固體激光器來替代傳統(tǒng)的氣體激光器，將半導體光電器件和光學系統(tǒng)有機結(jié)合起來，提供兩者協(xié)同的新型設備。指導學生在實驗中分析新型的光譜系統(tǒng)和傳統(tǒng)系統(tǒng)的優(yōu)劣性，以及如何在現(xiàn)有的基礎上改進系統(tǒng)，提高系統(tǒng)的使用性能，在教學中鍛煉學生的協(xié)同學科的技能性訓練。進一步可以引入顯微鏡成像技術(shù)，采用簡易的一些光學元器件，在實驗室內(nèi)讓學生動手搭建顯微成像設備，鍛煉學生對光學系統(tǒng)的整體認知能力，并且可以提升傳統(tǒng)設備的應用范圍。這一系列交叉協(xié)同教學實驗的建立有利于打破教學和研究的界限，打破學科的界限，突出半導體光電學科的交叉性特點，促進學生知識的全面性掌握，為研究型的教學模式開辟新的途徑。
三、建立前沿性半導體光電專業(yè)實驗教學平臺
半導體光電涉及的領域很廣泛，單純的理論教學不能滿足學生對于高新的工程應用的直觀認識，許多設備和器件只闡述其工作原理，概念比較抽象，學生不易理解。因而需要重視研究型實踐教學。在條件允許的情況的，將半導體材料生長和器件制造設備引入課堂，讓學生深刻掌握器件的制造流程。同時可以引入先進的光電檢測設備，讓學生開展一些器件的檢測實驗，在實驗過程中熟悉器件和光電系統(tǒng)的工作原理，可以起到事半功倍的作用。同時還可以讓學生在實踐中不斷思考和探索一些前瞻性的科學研究問題。以半導體LED光電器件為例：由于LED材料和器件制造設備較為精密、價格昂貴、不易獲取。在理論課程后，可以引用適當?shù)腖ED材料生長設備MOCVD的一些生長過程的實物圖片和視頻，以及半導體器件制備的薄膜沉積、光刻制作和刻蝕工藝的流程圖和視頻，讓學生盡可能地將抽象的理論與具體實踐聯(lián)系起來。此外，購置現(xiàn)成的LED器件和光電檢測設備，利用光電測試設備對LED器件開展一些電學和光學性能的檢測，在測試過程中讓學生對LED光電轉(zhuǎn)換基本原理和不同測試條件對器件光電性能影響的物理機制開展探索性研究。對于阻礙LED發(fā)展的一些前沿性難題進行深刻的思考和分析，提出合理的改進和解決方案?；趯W科的科研實驗條件，我們還可以提出項目教學法，把教學內(nèi)容通過“實踐項目”的形式進行教學，為了能夠一個半導體和光電專業(yè)相協(xié)同的實驗平臺，可以設置一個系統(tǒng)的實驗項目包含多門課程的知識。項目教學是在教師的指導下，將相對獨立的教學內(nèi)容相關的項目交由學生自己處理。信息的收集，方案的設計，項目實施及最終評價報告，都由學生負責完成，學生通過該項目的進行，了解并把握實驗制造和檢測得整個過程及每一個環(huán)節(jié)的基本要求，教師在整個過程中主要起引導作用。以此來培養(yǎng)學生的實踐性、研究性學習能力，讓學生扮演項目研究者的角色，在研究項目情景的刺激下及教師的指導下主動開展探究活動，并在探究過程中掌握知識和學習分析問題、解決問題的方法，從而達到提高分析問題、解決問題能力的目的。這樣才具備一門前沿性的學科所應該達到的理想效果。
四、建立專業(yè)校企合作基地
半導體光電專業(yè)需結(jié)合地域經(jīng)濟發(fā)展特點，建立專業(yè)的校企合作基地。校企合作是高校培養(yǎng)高素質(zhì)技能型人才的重要模式，是實現(xiàn)高校培養(yǎng)目標的基本途徑。以江南大學為例，可以依據(jù)無錫當?shù)毓I(yè)的發(fā)展中心，與半導體光電類企業(yè)，如無錫尚德太陽能股份有限公司、江蘇新廣聯(lián)LED器件制造企業(yè)、LED照明企業(yè)實益達、萬潤光子等公司進行深入合作，建立企業(yè)實訓創(chuàng)新基地及本科生、研究生工作站。定期組織學生去企業(yè)進行參觀，了解半導體光電類產(chǎn)品的產(chǎn)線制造過程。還可以安排有興趣的學生在學有余力的同時進入企業(yè)進行實習，使學生能夠?qū)⒄n堂的理論知識應用到實際的應用生產(chǎn)中，并且可以利用理論知識來解決實際生產(chǎn)中所遇到的一些問題。以實際產(chǎn)線的需求分析為基礎，結(jié)合理論教學的要求，建立以工作體系為基礎的課程內(nèi)容體系；實施綜合化、一體化的課程內(nèi)容，構(gòu)建以合作為主題的新型課堂模式，做到教室、實驗室和生產(chǎn)車間三者結(jié)合的教學場所。最終積累一定的合作經(jīng)驗后，校企可以合作開發(fā)教材，聘請行業(yè)專家和學校專業(yè)教師針對課程的特點，結(jié)合課堂基礎和生產(chǎn)實踐的要求，結(jié)合學生在相關企業(yè)實訓實習的進展，編寫出符合高校教學和企業(yè)生產(chǎn)需求的新型校企雙用教材。
綜上所述，要開展研究型半導體光電類課程的教學探索，首先要突破傳統(tǒng)的理論教學模式，根據(jù)課堂教學需求，改善課堂教學措施，形成有創(chuàng)意、有個性化的課堂特色，旨在培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維能力。
