半導體論文范文
時間：2023-04-06 22:49:00
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篇1
關鍵詞半導體材料量子線量子點材料光子晶體
1半導體材料的戰略地位
上世紀中葉，單晶硅和半導體晶體管的發明及其硅集成電路的研制成功，導致了電子工業革命；上世紀70年代初石英光導纖維材料和GaAs激光器的發明，促進了光纖通信技術迅速發展并逐步形成了高新技術產業，使人類進入了信息時代。超晶格概念的提出及其半導體超晶格、量子阱材料的研制成功，徹底改變了光電器件的設計思想，使半導體器件的設計與制造從“雜質工程”發展到“能帶工程”。納米科學技術的發展和應用，將使人類能從原子、分子或納米尺度水平上控制、操縱和制造功能強大的新型器件與電路，必將深刻地影響著世界的政治、經濟格局和軍事對抗的形式，徹底改變人們的生活方式。
2幾種主要半導體材料的發展現狀與趨勢
2.1硅材料
從提高硅集成電路成品率，降低成本看，增大直拉硅（CZ－Si）單晶的直徑和減小微缺陷的密度仍是今后CZ－Si發展的總趨勢。目前直徑為8英寸（200mm）的Si單晶已實現大規模工業生產，基于直徑為12英寸（300mm）硅片的集成電路（IC‘s）技術正處在由實驗室向工業生產轉變中。目前300mm，0.18μm工藝的硅ULSI生產線已經投入生產，300mm，0.13μm工藝生產線也將在2003年完成評估。18英寸重達414公斤的硅單晶和18英寸的硅園片已在實驗室研制成功，直徑27英寸硅單晶研制也正在積極籌劃中。
從進一步提高硅IC‘S的速度和集成度看，研制適合于硅深亞微米乃至納米工藝所需的大直徑硅外延片會成為硅材料發展的主流。另外，SOI材料，包括智能剝離（Smartcut）和SIMOX材料等也發展很快。目前，直徑8英寸的硅外延片和SOI材料已研制成功，更大尺寸的片材也在開發中。
理論分析指出30nm左右將是硅MOS集成電路線寬的“極限”尺寸。這不僅是指量子尺寸效應對現有器件特性影響所帶來的物理限制和光刻技術的限制問題，更重要的是將受硅、SiO2自身性質的限制。盡管人們正在積極尋找高K介電絕緣材料（如用Si3N4等來替代SiO2），低K介電互連材料，用Cu代替Al引線以及采用系統集成芯片技術等來提高ULSI的集成度、運算速度和功能，但硅將最終難以滿足人類不斷的對更大信息量需求。為此，人們除尋求基于全新原理的量子計算和DNA生物計算等之外，還把目光放在以GaAs、InP為基的化合物半導體材料，特別是二維超晶格、量子阱，一維量子線與零維量子點材料和可與硅平面工藝兼容GeSi合金材料等，這也是目前半導體材料研發的重點。
2.2GaAs和InP單晶材料
GaAs和InP與硅不同，它們都是直接帶隙材料，具有電子飽和漂移速度高，耐高溫，抗輻照等特點；在超高速、超高頻、低功耗、低噪音器件和電路，特別在光電子器件和光電集成方面占有獨特的優勢。
目前，世界GaAs單晶的總年產量已超過200噸，其中以低位錯密度的垂直梯度凝固法（VGF）和水平（HB）方法生長的2－3英寸的導電GaAs襯底材料為主；近年來，為滿足高速移動通信的迫切需求，大直徑（4，6和8英寸）的SI－GaAs發展很快。美國莫托羅拉公司正在籌建6英寸的SI－GaAs集成電路生產線。InP具有比GaAs更優越的高頻性能，發展的速度更快，但研制直徑3英寸以上大直徑的InP單晶的關鍵技術尚未完全突破，價格居高不下。
GaAs和InP單晶的發展趨勢是：
（1）。增大晶體直徑，目前4英寸的SI－GaAs已用于生產，預計本世紀初的頭幾年直徑為6英寸的SI－GaAs也將投入工業應用。
（2）。提高材料的電學和光學微區均勻性。
（3）。降低單晶的缺陷密度，特別是位錯。
（4）。GaAs和InP單晶的VGF生長技術發展很快，很有可能成為主流技術。
2.3半導體超晶格、量子阱材料
半導體超薄層微結構材料是基于先進生長技術（MBE，MOCVD）的新一代人工構造材料。它以全新的概念改變著光電子和微電子器件的設計思想，出現了“電學和光學特性可剪裁”為特征的新范疇，是新一代固態量子器件的基礎材料。
（1）Ⅲ－V族超晶格、量子阱材料。
GaAIAs／GaAs，GaInAs／GaAs，AIGaInP／GaAs；GalnAs／InP，AlInAs／InP，InGaAsP／InP等GaAs、InP基晶格匹配和應變補償材料體系已發展得相當成熟，已成功地用來制造超高速，超高頻微電子器件和單片集成電路。高電子遷移率晶體管（HEMT），贗配高電子遷移率晶體管（P－HEMT）器件最好水平已達fmax=600GHz，輸出功率58mW，功率增益6.4db；雙異質結雙極晶體管（HBT）的最高頻率fmax也已高達500GHz，HEMT邏輯電路研制也發展很快。基于上述材料體系的光通信用1.3μm和1.5μm的量子阱激光器和探測器，紅、黃、橙光發光二極管和紅光激光器以及大功率半導體量子阱激光器已商品化；表面光發射器件和光雙穩器件等也已達到或接近達到實用化水平。目前，研制高質量的1.5μm分布反饋（DFB）激光器和電吸收（EA）調制器單片集成InP基多量子阱材料和超高速驅動電路所需的低維結構材料是解決光纖通信瓶頸問題的關鍵，在實驗室西門子公司已完成了80×40Gbps傳輸40km的實驗。另外，用于制造準連續兆瓦級大功率激光陣列的高質量量子阱材料也受到人們的重視。
雖然常規量子阱結構端面發射激光器是目前光電子領域占統治地位的有源器件，但由于其有源區極薄（～0.01μm）端面光電災變損傷，大電流電熱燒毀和光束質量差一直是此類激光器的性能改善和功率提高的難題。采用多有源區量子級聯耦合是解決此難題的有效途徑之一。我國早在1999年，就研制成功980nmInGaAs帶間量子級聯激光器，輸出功率達5W以上；2000年初，法國湯姆遜公司又報道了單個激光器準連續輸出功率超過10瓦好結果。最近，我國的科研工作者又提出并開展了多有源區縱向光耦合垂直腔面發射激光器研究，這是一種具有高增益、極低閾值、高功率和高光束質量的新型激光器，在未來光通信、光互聯與光電信息處理方面有著良好的應用前景。
為克服PN結半導體激光器的能隙對激光器波長范圍的限制，1994年美國貝爾實驗室發明了基于量子阱內子帶躍遷和阱間共振隧穿的量子級聯激光器，突破了半導體能隙對波長的限制。自從1994年InGaAs／InAIAs／InP量子級聯激光器（QCLs）發明以來，Bell實驗室等的科學家，在過去的7年多的時間里，QCLs在向大功率、高溫和單膜工作等研究方面取得了顯著的進展。2001年瑞士Neuchatel大學的科學家采用雙聲子共振和三量子阱有源區結構使波長為9.1μm的QCLs的工作溫度高達312K，連續輸出功率3mW.量子級聯激光器的工作波長已覆蓋近紅外到遠紅外波段（3－87μm），并在光通信、超高分辨光譜、超高靈敏氣體傳感器、高速調制器和無線光學連接等方面顯示出重要的應用前景。中科院上海微系統和信息技術研究所于1999年研制成功120K5μm和250K8μm的量子級聯激光器；中科院半導體研究所于2000年又研制成功3.7μm室溫準連續應變補償量子級聯激光器，使我國成為能研制這類高質量激光器材料為數不多的幾個國家之一。
目前，Ⅲ－V族超晶格、量子阱材料作為超薄層微結構材料發展的主流方向，正從直徑3英寸向4英寸過渡；生產型的MBE和M0CVD設備已研制成功并投入使用，每臺年生產能力可高達3.75×104片4英寸或1.5×104片6英寸。英國卡迪夫的MOCVD中心，法國的PicogigaMBE基地，美國的QED公司，Motorola公司，日本的富士通，NTT，索尼等都有這種外延材料出售。生產型MBE和MOCVD設備的成熟與應用，必然促進襯底材料設備和材料評價技術的發展。
（2）硅基應變異質結構材料。
硅基光、電器件集成一直是人們所追求的目標。但由于硅是間接帶隙，如何提高硅基材料發光效率就成為一個亟待解決的問題。雖經多年研究，但進展緩慢。人們目前正致力于探索硅基納米材料（納米Si／SiO2），硅基SiGeC體系的Si1－yCy/Si1－xGex低維結構，Ge／Si量子點和量子點超晶格材料，Si／SiC量子點材料，GaN／BP／Si以及GaN／Si材料。最近，在GaN／Si上成功地研制出LED發光器件和有關納米硅的受激放大現象的報道，使人們看到了一線希望。
另一方面，GeSi／Si應變層超晶格材料，因其在新一代移動通信上的重要應用前景，而成為目前硅基材料研究的主流。Si/GeSiMODFET和MOSFET的最高截止頻率已達200GHz，HBT最高振蕩頻率為160GHz，噪音在10GHz下為0.9db，其性能可與GaAs器件相媲美。
盡管GaAs／Si和InP／Si是實現光電子集成理想的材料體系，但由于晶格失配和熱膨脹系數等不同造成的高密度失配位錯而導致器件性能退化和失效，防礙著它的使用化。最近，Motolora等公司宣稱，他們在12英寸的硅襯底上，用鈦酸鍶作協變層（柔性層），成功的生長了器件級的GaAs外延薄膜，取得了突破性的進展。
2.4一維量子線、零維量子點半導體微結構材料
基于量子尺寸效應、量子干涉效應，量子隧穿效應和庫侖阻效應以及非線性光學效應等的低維半導體材料是一種人工構造（通過能帶工程實施）的新型半導體材料，是新一代微電子、光電子器件和電路的基礎。它的發展與應用，極有可能觸發新的技術革命。
目前低維半導體材料生長與制備主要集中在幾個比較成熟的材料體系上，如GaAlAs／GaAs，In（Ga）As／GaAs，InGaAs／InAlAs／GaAs，InGaAs／InP，In（Ga）As／InAlAs／InP，InGaAsP／InAlAs／InP以及GeSi／Si等，并在納米微電子和光電子研制方面取得了重大進展。俄羅斯約飛技術物理所MBE小組，柏林的俄德聯合研制小組和中科院半導體所半導體材料科學重點實驗室的MBE小組等研制成功的In（Ga）As／GaAs高功率量子點激光器，工作波長lμm左右，單管室溫連續輸出功率高達3.6～4W.特別應當指出的是我國上述的MBE小組，2001年通過在高功率量子點激光器的有源區材料結構中引入應力緩解層，抑制了缺陷和位錯的產生，提高了量子點激光器的工作壽命，室溫下連續輸出功率為1W時工作壽命超過5000小時，這是大功率激光器的一個關鍵參數，至今未見國外報道。
在單電子晶體管和單電子存貯器及其電路的研制方面也獲得了重大進展，1994年日本NTT就研制成功溝道長度為30nm納米單電子晶體管，并在150K觀察到柵控源－漏電流振蕩；1997年美國又報道了可在室溫工作的單電子開關器件，1998年Yauo等人采用0.25微米工藝技術實現了128Mb的單電子存貯器原型樣機的制造，這是在單電子器件在高密度存貯電路的應用方面邁出的關鍵一步。目前，基于量子點的自適應網絡計算機，單光子源和應用于量子計算的量子比特的構建等方面的研究也正在進行中。
與半導體超晶格和量子點結構的生長制備相比，高度有序的半導體量子線的制備技術難度較大。中科院半導體所半導體材料科學重點實驗室的MBE小組，在繼利用MBE技術和SK生長模式，成功地制備了高空間有序的InAs／InAI（Ga）As／InP的量子線和量子線超晶格結構的基礎上，對InAs／InAlAs量子線超晶格的空間自對準（垂直或斜對準）的物理起因和生長控制進行了研究，取得了較大進展。
王中林教授領導的喬治亞理工大學的材料科學與工程系和化學與生物化學系的研究小組，基于無催化劑、控制生長條件的氧化物粉末的熱蒸發技術，成功地合成了諸如ZnO、SnO2、In2O3和Ga2O3等一系列半導體氧化物納米帶，它們與具有圓柱對稱截面的中空納米管或納米線不同，這些原生的納米帶呈現出高純、結構均勻和單晶體，幾乎無缺陷和位錯；納米線呈矩形截面，典型的寬度為20－300nm，寬厚比為5－10，長度可達數毫米。這種半導體氧化物納米帶是一個理想的材料體系，可以用來研究載流子維度受限的輸運現象和基于它的功能器件制造。香港城市大學李述湯教授和瑞典隆德大學固體物理系納米中心的LarsSamuelson教授領導的小組，分別在SiO2／Si和InAs／InP半導體量子線超晶格結構的生長制各方面也取得了重要進展。
低維半導體結構制備的方法很多，主要有：微結構材料生長和精細加工工藝相結合的方法，應變自組裝量子線、量子點材料生長技術，圖形化襯底和不同取向晶面選擇生長技術，單原子操縱和加工技術，納米結構的輻照制備技術，及其在沸石的籠子中、納米碳管和溶液中等通過物理或化學方法制備量子點和量子線的技術等。目前發展的主要趨勢是尋找原子級無損傷加工方法和納米結構的應變自組裝可控生長技術，以求獲得大小、形狀均勻、密度可控的無缺陷納米結構。
2.5寬帶隙半導體材料
寬帶隙半導體材主要指的是金剛石，III族氮化物，碳化硅，立方氮化硼以及氧化物（ZnO等）及固溶體等，特別是SiC、GaN和金剛石薄膜等材料，因具有高熱導率、高電子飽和漂移速度和大臨界擊穿電壓等特點，成為研制高頻大功率、耐高溫、抗輻照半導體微電子器件和電路的理想材料；在通信、汽車、航空、航天、石油開采以及國防等方面有著廣泛的應用前景。另外，III族氮化物也是很好的光電子材料，在藍、綠光發光二極管（LED）和紫、藍、綠光激光器（LD）以及紫外探測器等應用方面也顯示了廣泛的應用前景。隨著1993年GaN材料的P型摻雜突破，GaN基材料成為藍綠光發光材料的研究熱點。目前，GaN基藍綠光發光二極管己商品化，GaN基LD也有商品出售，最大輸出功率為0.5W.在微電子器件研制方面，GaN基FET的最高工作頻率（fmax）已達140GHz，fT=67GHz，跨導為260ms／mm；HEMT器件也相繼問世，發展很快。此外，256×256GaN基紫外光電焦平面陣列探測器也已研制成功。特別值得提出的是，日本Sumitomo電子工業有限公司2000年宣稱，他們采用熱力學方法已研制成功2英寸GaN單晶材料，這將有力的推動藍光激光器和GaN基電子器件的發展。另外，近年來具有反常帶隙彎曲的窄禁帶InAsN，InGaAsN，GaNP和GaNAsP材料的研制也受到了重視，這是因為它們在長波長光通信用高T0光源和太陽能電池等方面顯示了重要應用前景。
以Cree公司為代表的體SiC單晶的研制已取得突破性進展，2英寸的4H和6HSiC單晶與外延片，以及3英寸的4HSiC單晶己有商品出售；以SiC為GaN基材料襯低的藍綠光LED業已上市，并參于與以藍寶石為襯低的GaN基發光器件的竟爭。其他SiC相關高溫器件的研制也取得了長足的進步。目前存在的主要問題是材料中的缺陷密度高，且價格昂貴。
II－VI族蘭綠光材料研制在徘徊了近30年后，于1990年美國3M公司成功地解決了II－VI族的P型摻雜難點而得到迅速發展。1991年3M公司利用MBE技術率先宣布了電注入（Zn，Cd）Se／ZnSe蘭光激光器在77K（495nm）脈沖輸出功率100mW的消息，開始了II－VI族蘭綠光半導體激光（材料）器件研制的。經過多年的努力，目前ZnSe基II－VI族蘭綠光激光器的壽命雖已超過1000小時，但離使用差距尚大，加之GaN基材料的迅速發展和應用，使II－VI族蘭綠光材料研制步伐有所變緩。提高有源區材料的完整性，特別是要降低由非化學配比導致的點缺陷密度和進一步降低失配位錯和解決歐姆接觸等問題，仍是該材料體系走向實用化前必須要解決的問題。
寬帶隙半導體異質結構材料往往也是典型的大失配異質結構材料，所謂大失配
異質結構材料是指晶格常數、熱膨脹系數或晶體的對稱性等物理參數有較大差異的材料體系，如GaN／藍寶石（Sapphire），SiC／Si和GaN／Si等。大晶格失配引發界面處大量位錯和缺陷的產生，極大地影響著微結構材料的光電性能及其器件應用。如何避免和消除這一負面影響，是目前材料制備中的一個迫切要解決的關鍵科學問題。這個問題的解泱，必將大大地拓寬材料的可選擇余地，開辟新的應用領域。
目前，除SiC單晶襯低材料，GaN基藍光LED材料和器件已有商品出售外，大多數高溫半導體材料仍處在實驗室研制階段，不少影響這類材料發展的關鍵問題，如GaN襯底，ZnO單晶簿膜制備，P型摻雜和歐姆電極接觸，單晶金剛石薄膜生長與N型摻雜，II－VI族材料的退化機理等仍是制約這些材料實用化的關鍵問題，國內外雖已做了大量的研究，至今尚未取得重大突破。
3光子晶體
光子晶體是一種人工微結構材料，介電常數周期的被調制在與工作波長相比擬的尺度，來自結構單元的散射波的多重干涉形成一個光子帶隙，與半導體材料的電子能隙相似，并可用類似于固態晶體中的能帶論來描述三維周期介電結構中光波的傳播，相應光子晶體光帶隙（禁帶）能量的光波模式在其中的傳播是被禁止的。如果光子晶體的周期性被破壞，那么在禁帶中也會引入所謂的“施主”和“受主”模，光子態密度隨光子晶體維度降低而量子化。如三維受限的“受主”摻雜的光子晶體有希望制成非常高Q值的單模微腔，從而為研制高質量微腔激光器開辟新的途徑。光子晶體的制備方法主要有：聚焦離子束（FIB）結合脈沖激光蒸發方法，即先用脈沖激光蒸發制備如Ag/MnO多層膜，再用FIB注入隔離形成一維或二維平面陣列光子晶體；基于功能粒子（磁性納米顆粒Fe2O3，發光納米顆粒CdS和介電納米顆粒TiO2）和共軛高分子的自組裝方法，可形成適用于可光范圍的三維納米顆粒光子晶體；二維多空硅也可制作成一個理想的3－5μm和1.5μm光子帶隙材料等。目前，二維光子晶體制造已取得很大進展，但三維光子晶體的研究，仍是一個具有挑戰性的課題。最近，Campbell等人提出了全息光柵光刻的方法來制造三維光子晶體，取得了進展。
4量子比特構建與材料
隨著微電子技術的發展，計算機芯片集成度不斷增高，器件尺寸越來越小（nm尺度）并最終將受到器件工作原理和工藝技術限制，而無法滿足人類對更大信息量的需求。為此，發展基于全新原理和結構的功能強大的計算機是21世紀人類面臨的巨大挑戰之一。1994年Shor基于量子態疊加性提出的量子并行算法并證明可輕而易舉地破譯目前廣泛使用的公開密鑰Rivest，Shamir和Adlman（RSA）體系，引起了人們的廣泛重視。
所謂量子計算機是應用量子力學原理進行計的裝置，理論上講它比傳統計算機有更快的運算速度，更大信息傳遞量和更高信息安全保障，有可能超越目前計算機理想極限。實現量子比特構造和量子計算機的設想方案很多，其中最引人注目的是Kane最近提出的一個實現大規模量子計算的方案。其核心是利用硅納米電子器件中磷施主核自旋進行信息編碼，通過外加電場控制核自旋間相互作用實現其邏輯運算，自旋測量是由自旋極化電子電流來完成，計算機要工作在mK的低溫下。
這種量子計算機的最終實現依賴于與硅平面工藝兼容的硅納米電子技術的發展。除此之外，為了避免雜質對磷核自旋的干擾，必需使用高純（無雜質）和不存在核自旋不等于零的硅同位素（29Si）的硅單晶；減小SiO2絕緣層的無序漲落以及如何在硅里摻入規則的磷原子陣列等是實現量子計算的關鍵。量子態在傳輸，處理和存儲過程中可能因環境的耦合（干擾），而從量子疊加態演化成經典的混合態，即所謂失去相干，特別是在大規模計算中能否始終保持量子態間的相干是量子計算機走向實用化前所必需克服的難題。
5發展我國半導體材料的幾點建議
鑒于我國目前的工業基礎，國力和半導體材料的發展水平，提出以下發展建議供參考。
5.1硅單晶和外延材料硅材料作為微電子技術的主導地位
至少到本世紀中葉都不會改變，至今國內各大集成電路制造廠家所需的硅片基本上是依賴進口。目前國內雖已可拉制8英寸的硅單晶和小批量生產6英寸的硅外延片，然而都未形成穩定的批量生產能力，更談不上規模生產。建議國家集中人力和財力，首先開展8英寸硅單晶實用化和6英寸硅外延片研究開發，在“十五”的后期，爭取做到8英寸集成電路生產線用硅單晶材料的國產化，并有6～8英寸硅片的批量供片能力。到2010年左右，我國應有8～12英寸硅單晶、片材和8英寸硅外延片的規模生產能力；更大直徑的硅單晶、片材和外延片也應及時布點研制。另外，硅多晶材料生產基地及其相配套的高純石英、氣體和化學試劑等也必需同時給以重視，只有這樣，才能逐步改觀我國微電子技術的落后局面，進入世界發達國家之林。超級秘書網
5.2GaAs及其有關化合物半導體單晶材料發展建議
GaAs、InP等單晶材料同國外的差距主要表現在拉晶和晶片加工設備落后，沒有形成生產能力。相信在國家各部委的統一組織、領導下，并爭取企業介入，建立我國自己的研究、開發和生產聯合體，取各家之長，分工協作，到2010年趕上世界先進水平是可能的。要達到上述目的，到“十五”末應形成以4英寸單晶為主2－3噸／年的SI－GaAs和3－5噸／年摻雜GaAs、InP單晶和開盒就用晶片的生產能力，以滿足我國不斷發展的微電子和光電子工業的需術。到2010年，應當實現4英寸GaAs生產線的國產化，并具有滿足6英寸線的供片能力。
5.3發展超晶格、量子阱和一維、零維半導體微結構材料的建議
（1）超晶格、量子阱材料從目前我國國力和我們已有的基礎出發，應以三基色（超高亮度紅、綠和藍光）材料和光通信材料為主攻方向，并兼顧新一代微電子器件和電路的需求，加強MBE和MOCVD兩個基地的建設，引進必要的適合批量生產的工業型MBE和MOCVD設備并著重致力于GaAlAs／GaAs，InGaAlP／InGaP，GaN基藍綠光材料，InGaAs／InP和InGaAsP／InP等材料體系的實用化研究是當務之急，爭取在“十五”末，能滿足國內2、3和4英寸GaAs生產線所需要的異質結材料。到2010年，每年能具備至少100萬平方英寸MBE和MOCVD微電子和光電子微結構材料的生產能力。達到本世紀初的國際水平。
寬帶隙高溫半導體材料如SiC，GaN基微電子材料和單晶金剛石薄膜以及ZnO等材料也應擇優布點，分別做好研究與開發工作。
（2）一維和零維半導體材料的發展設想。基于低維半導體微結構材料的固態納米量子器件，目前雖然仍處在預研階段，但極其重要，極有可能觸發微電子、光電子技術新的革命。低維量子器件的制造依賴于低維結構材料生長和納米加工技術的進步，而納米結構材料的質量又很大程度上取決于生長和制備技術的水平。因而，集中人力、物力建設我國自己的納米科學與技術研究發展中心就成為了成敗的關鍵。具體目標是，“十五”末，在半導體量子線、量子點材料制備，量子器件研制和系統集成等若干個重要研究方向接近當時的國際先進水平；2010年在有實用化前景的量子點激光器，量子共振隧穿器件和單電子器件及其集成等研發方面，達到國際先進水平，并在國際該領域占有一席之地。可以預料，它的實施必將極大地增強我國的經濟和國防實力。
篇2
關鍵詞半導體材料量子線量子點材料光子晶體
1半導體材料的戰略地位
上世紀中葉，單晶硅和半導體晶體管的發明及其硅集成電路的研制成功，導致了電子工業革命；上世紀70年代初石英光導纖維材料和GaAs激光器的發明，促進了光纖通信技術迅速發展并逐步形成了高新技術產業，使人類進入了信息時代。超晶格概念的提出及其半導體超晶格、量子阱材料的研制成功，徹底改變了光電器件的設計思想，使半導體器件的設計與制造從“雜質工程”發展到“能帶工程”。納米科學技術的發展和應用，將使人類能從原子、分子或納米尺度水平上控制、操縱和制造功能強大的新型器件與電路，必將深刻地影響著世界的政治、經濟格局和軍事對抗的形式，徹底改變人們的生活方式。
2幾種主要半導體材料的發展現狀與趨勢
2.1硅材料
從提高硅集成電路成品率，降低成本看，增大直拉硅（CZ－Si）單晶的直徑和減小微缺陷的密度仍是今后CZ－Si發展的總趨勢。目前直徑為8英寸（200mm）的Si單晶已實現大規模工業生產，基于直徑為12英寸（300mm）硅片的集成電路（IC‘s）技術正處在由實驗室向工業生產轉變中。目前300mm，0.18μm工藝的硅ULSI生產線已經投入生產，300mm，0.13μm工藝生產線也將在2003年完成評估。18英寸重達414公斤的硅單晶和18英寸的硅園片已在實驗室研制成功，直徑27英寸硅單晶研制也正在積極籌劃中。
從進一步提高硅IC‘S的速度和集成度看，研制適合于硅深亞微米乃至納米工藝所需的大直徑硅外延片會成為硅材料發展的主流。另外，SOI材料，包括智能剝離（Smartcut）和SIMOX材料等也發展很快。目前，直徑8英寸的硅外延片和SOI材料已研制成功，更大尺寸的片材也在開發中。
理論分析指出30nm左右將是硅MOS集成電路線寬的“極限”尺寸。這不僅是指量子尺寸效應對現有器件特性影響所帶來的物理限制和光刻技術的限制問題，更重要的是將受硅、SiO2自身性質的限制。盡管人們正在積極尋找高K介電絕緣材料（如用Si3N4等來替代SiO2），低K介電互連材料，用Cu代替Al引線以及采用系統集成芯片技術等來提高ULSI的集成度、運算速度和功能，但硅將最終難以滿足人類不斷的對更大信息量需求。為此，人們除尋求基于全新原理的量子計算和DNA生物計算等之外，還把目光放在以GaAs、InP為基的化合物半導體材料，特別是二維超晶格、量子阱，一維量子線與零維量子點材料和可與硅平面工藝兼容GeSi合金材料等，這也是目前半導體材料研發的重點。
2.2GaAs和InP單晶材料
GaAs和InP與硅不同，它們都是直接帶隙材料，具有電子飽和漂移速度高，耐高溫，抗輻照等特點；在超高速、超高頻、低功耗、低噪音器件和電路，特別在光電子器件和光電集成方面占有獨特的優勢。
目前，世界GaAs單晶的總年產量已超過200噸，其中以低位錯密度的垂直梯度凝固法（VGF）和水平（HB）方法生長的2－3英寸的導電GaAs襯底材料為主；近年來，為滿足高速移動通信的迫切需求，大直徑（4，6和8英寸）的SI－GaAs發展很快。美國莫托羅拉公司正在籌建6英寸的SI－GaAs集成電路生產線。InP具有比GaAs更優越的高頻性能，發展的速度更快，但研制直徑3英寸以上大直徑的InP單晶的關鍵技術尚未完全突破，價格居高不下。
GaAs和InP單晶的發展趨勢是：
（1）。增大晶體直徑，目前4英寸的SI－GaAs已用于生產，預計本世紀初的頭幾年直徑為6英寸的SI－GaAs也將投入工業應用。
（2）。提高材料的電學和光學微區均勻性。
（3）。降低單晶的缺陷密度，特別是位錯。
（4）。GaAs和InP單晶的VGF生長技術發展很快，很有可能成為主流技術。
2.3半導體超晶格、量子阱材料
半導體超薄層微結構材料是基于先進生長技術（MBE，MOCVD）的新一代人工構造材料。它以全新的概念改變著光電子和微電子器件的設計思想，出現了“電學和光學特性可剪裁”為特征的新范疇，是新一代固態量子器件的基礎材料。
（1）Ⅲ－V族超晶格、量子阱材料。
GaAIAs／GaAs，GaInAs／GaAs，AIGaInP／GaAs；GalnAs／InP，AlInAs／InP，InGaAsP／InP等GaAs、InP基晶格匹配和應變補償材料體系已發展得相當成熟，已成功地用來制造超高速，超高頻微電子器件和單片集成電路。高電子遷移率晶體管（HEMT），贗配高電子遷移率晶體管（P－HEMT）器件最好水平已達fmax=600GHz，輸出功率58mW，功率增益6.4db；雙異質結雙極晶體管（HBT）的最高頻率fmax也已高達500GHz，HEMT邏輯電路研制也發展很快。基于上述材料體系的光通信用1.3μm和1.5μm的量子阱激光器和探測器，紅、黃、橙光發光二極管和紅光激光器以及大功率半導體量子阱激光器已商品化；表面光發射器件和光雙穩器件等也已達到或接近達到實用化水平。目前，研制高質量的1.5μm分布反饋（DFB）激光器和電吸收（EA）調制器單片集成InP基多量子阱材料和超高速驅動電路所需的低維結構材料是解決光纖通信瓶頸問題的關鍵，在實驗室西門子公司已完成了80×40Gbps傳輸40km的實驗。另外，用于制造準連續兆瓦級大功率激光陣列的高質量量子阱材料也受到人們的重視。
雖然常規量子阱結構端面發射激光器是目前光電子領域占統治地位的有源器件，但由于其有源區極薄（～0.01μm）端面光電災變損傷，大電流電熱燒毀和光束質量差一直是此類激光器的性能改善和功率提高的難題。采用多有源區量子級聯耦合是解決此難題的有效途徑之一。我國早在1999年，就研制成功980nmInGaAs帶間量子級聯激光器，輸出功率達5W以上；2000年初，法國湯姆遜公司又報道了單個激光器準連續輸出功率超過10瓦好結果。最近，我國的科研工作者又提出并開展了多有源區縱向光耦合垂直腔面發射激光器研究，這是一種具有高增益、極低閾值、高功率和高光束質量的新型激光器，在未來光通信、光互聯與光電信息處理方面有著良好的應用前景。
為克服PN結半導體激光器的能隙對激光器波長范圍的限制，1994年美國貝爾實驗室發明了基于量子阱內子帶躍遷和阱間共振隧穿的量子級聯激光器，突破了半導體能隙對波長的限制。自從1994年InGaAs／InAIAs／InP量子級聯激光器（QCLs）發明以來，Bell實驗室等的科學家，在過去的7年多的時間里，QCLs在向大功率、高溫和單膜工作等研究方面取得了顯著的進展。2001年瑞士Neuchatel大學的科學家采用雙聲子共振和三量子阱有源區結構使波長為9.1μm的QCLs的工作溫度高達312K，連續輸出功率3mW.量子級聯激光器的工作波長已覆蓋近紅外到遠紅外波段（3－87μm），并在光通信、超高分辨光譜、超高靈敏氣體傳感器、高速調制器和無線光學連接等方面顯示出重要的應用前景。中科院上海微系統和信息技術研究所于1999年研制成功120K5μm和250K8μm的量子級聯激光器；中科院半導體研究所于2000年又研制成功3.7μm室溫準連續應變補償量子級聯激光器，使我國成為能研制這類高質量激光器材料為數不多的幾個國家之一。
目前，Ⅲ－V族超晶格、量子阱材料作為超薄層微結構材料發展的主流方向，正從直徑3英寸向4英寸過渡；生產型的MBE和M0CVD設備已研制成功并投入使用，每臺年生產能力可高達3.75×104片4英寸或1.5×104片6英寸。英國卡迪夫的MOCVD中心，法國的PicogigaMBE基地，美國的QED公司，Motorola公司，日本的富士通，NTT，索尼等都有這種外延材料出售。生產型MBE和MOCVD設備的成熟與應用，必然促進襯底材料設備和材料評價技術的發展。
（2）硅基應變異質結構材料。
硅基光、電器件集成一直是人們所追求的目標。但由于硅是間接帶隙，如何提高硅基材料發光效率就成為一個亟待解決的問題。雖經多年研究，但進展緩慢。人們目前正致力于探索硅基納米材料（納米Si／SiO2），硅基SiGeC體系的Si1－yCy/Si1－xGex低維結構，Ge／Si量子點和量子點超晶格材料，Si／SiC量子點材料，GaN／BP／Si以及GaN／Si材料。最近，在GaN／Si上成功地研制出LED發光器件和有關納米硅的受激放大現象的報道，使人們看到了一線希望。
另一方面，GeSi／Si應變層超晶格材料，因其在新一代移動通信上的重要應用前景，而成為目前硅基材料研究的主流。Si/GeSiMODFET和MOSFET的最高截止頻率已達200GHz，HBT最高振蕩頻率為160GHz，噪音在10GHz下為0.9db，其性能可與GaAs器件相媲美。
盡管GaAs／Si和InP／Si是實現光電子集成理想的材料體系，但由于晶格失配和熱膨脹系數等不同造成的高密度失配位錯而導致器件性能退化和失效，防礙著它的使用化。最近，Motolora等公司宣稱，他們在12英寸的硅襯底上，用鈦酸鍶作協變層（柔性層），成功的生長了器件級的GaAs外延薄膜，取得了突破性的進展。
2.4一維量子線、零維量子點半導體微結構材料
基于量子尺寸效應、量子干涉效應，量子隧穿效應和庫侖阻效應以及非線性光學效應等的低維半導體材料是一種人工構造（通過能帶工程實施）的新型半導體材料，是新一代微電子、光電子器件和電路的基礎。它的發展與應用，極有可能觸發新的技術革命。
目前低維半導體材料生長與制備主要集中在幾個比較成熟的材料體系上，如GaAlAs／GaAs，In（Ga）As／GaAs，InGaAs／InAlAs／GaAs，InGaAs／InP，In（Ga）As／InAlAs／InP，InGaAsP／InAlAs／InP以及GeSi／Si等，并在納米微電子和光電子研制方面取得了重大進展。俄羅斯約飛技術物理所MBE小組，柏林的俄德聯合研制小組和中科院半導體所半導體材料科學重點實驗室的MBE小組等研制成功的In（Ga）As／GaAs高功率量子點激光器，工作波長lμm左右，單管室溫連續輸出功率高達3.6～4W.特別應當指出的是我國上述的MBE小組，2001年通過在高功率量子點激光器的有源區材料結構中引入應力緩解層，抑制了缺陷和位錯的產生，提高了量子點激光器的工作壽命，室溫下連續輸出功率為1W時工作壽命超過5000小時，這是大功率激光器的一個關鍵參數，至今未見國外報道。
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半導體材料研究的新進展
在單電子晶體管和單電子存貯器及其電路的研制方面也獲得了重大進展，1994年日本NTT就研制成功溝道長度為30nm納米單電子晶體管，并在150K觀察到柵控源－漏電流振蕩；1997年美國又報道了可在室溫工作的單電子開關器件，1998年Yauo等人采用0.25微米工藝技術實現了128Mb的單電子存貯器原型樣機的制造，這是在單電子器件在高密度存貯電路的應用方面邁出的關鍵一步。目前，基于量子點的自適應網絡計算機，單光子源和應用于量子計算的量子比特的構建等方面的研究也正在進行中。
與半導體超晶格和量子點結構的生長制備相比，高度有序的半導體量子線的制備技術難度較大。中科院半導體所半導體材料科學重點實驗室的MBE小組，在繼利用MBE技術和SK生長模式，成功地制備了高空間有序的InAs／InAI（Ga）As／InP的量子線和量子線超晶格結構的基礎上，對InAs／InAlAs量子線超晶格的空間自對準（垂直或斜對準）的物理起因和生長控制進行了研究，取得了較大進展。
王中林教授領導的喬治亞理工大學的材料科學與工程系和化學與生物化學系的研究小組，基于無催化劑、控制生長條件的氧化物粉末的熱蒸發技術，成功地合成了諸如ZnO、SnO2、In2O3和Ga2O3等一系列半導體氧化物納米帶，它們與具有圓柱對稱截面的中空納米管或納米線不同，這些原生的納米帶呈現出高純、結構均勻和單晶體，幾乎無缺陷和位錯；納米線呈矩形截面，典型的寬度為20－300nm，寬厚比為5－10，長度可達數毫米。這種半導體氧化物納米帶是一個理想的材料體系，可以用來研究載流子維度受限的輸運現象和基于它的功能器件制造。香港城市大學李述湯教授和瑞典隆德大學固體物理系納米中心的LarsSamuelson教授領導的小組，分別在SiO2／Si和InAs／InP半導體量子線超晶格結構的生長制各方面也取得了重要進展。
低維半導體結構制備的方法很多，主要有：微結構材料生長和精細加工工藝相結合的方法，應變自組裝量子線、量子點材料生長技術，圖形化襯底和不同取向晶面選擇生長技術，單原子操縱和加工技術，納米結構的輻照制備技術，及其在沸石的籠子中、納米碳管和溶液中等通過物理或化學方法制備量子點和量子線的技術等。目前發展的主要趨勢是尋找原子級無損傷加工方法和納米結構的應變自組裝可控生長技術，以求獲得大小、形狀均勻、密度可控的無缺陷納米結構。
2.5寬帶隙半導體材料
寬帶隙半導體材主要指的是金剛石，III族氮化物，碳化硅，立方氮化硼以及氧化物（ZnO等）及固溶體等，特別是SiC、GaN和金剛石薄膜等材料，因具有高熱導率、高電子飽和漂移速度和大臨界擊穿電壓等特點，成為研制高頻大功率、耐高溫、抗輻照半導體微電子器件和電路的理想材料；在通信、汽車、航空、航天、石油開采以及國防等方面有著廣泛的應用前景。另外，III族氮化物也是很好的光電子材料，在藍、綠光發光二極管（LED）和紫、藍、綠光激光器（LD）以及紫外探測器等應用方面也顯示了廣泛的應用前景。隨著1993年GaN材料的P型摻雜突破，GaN基材料成為藍綠光發光材料的研究熱點。目前，GaN基藍綠光發光二極管己商品化，GaN基LD也有商品出售，最大輸出功率為0.5W.在微電子器件研制方面，GaN基FET的最高工作頻率（fmax）已達140GHz，fT=67GHz，跨導為260ms／mm；HEMT器件也相繼問世，發展很快。此外，256×256GaN基紫外光電焦平面陣列探測器也已研制成功。特別值得提出的是，日本Sumitomo電子工業有限公司2000年宣稱，他們采用熱力學方法已研制成功2英寸GaN單晶材料，這將有力的推動藍光激光器和GaN基電子器件的發展。另外，近年來具有反常帶隙彎曲的窄禁帶InAsN，InGaAsN，GaNP和GaNAsP材料的研制也受到了重視，這是因為它們在長波長光通信用高T0光源和太陽能電池等方面顯示了重要應用前景。
以Cree公司為代表的體SiC單晶的研制已取得突破性進展，2英寸的4H和6HSiC單晶與外延片，以及3英寸的4HSiC單晶己有商品出售；以SiC為GaN基材料襯低的藍綠光LED業已上市，并參于與以藍寶石為襯低的GaN基發光器件的竟爭。其他SiC相關高溫器件的研制也取得了長足的進步。目前存在的主要問題是材料中的缺陷密度高，且價格昂貴。
II－VI族蘭綠光材料研制在徘徊了近30年后，于1990年美國3M公司成功地解決了II－VI族的P型摻雜難點而得到迅速發展。1991年3M公司利用MBE技術率先宣布了電注入（Zn，Cd）Se／ZnSe蘭光激光器在77K（495nm）脈沖輸出功率100mW的消息，開始了II－VI族蘭綠光半導體激光（材料）器件研制的。經過多年的努力，目前ZnSe基II－VI族蘭綠光激光器的壽命雖已超過1000小時，但離使用差距尚大，加之GaN基材料的迅速發展和應用，使II－VI族蘭綠光材料研制步伐有所變緩。提高有源區材料的完整性，特別是要降低由非化學配比導致的點缺陷密度和進一步降低失配位錯和解決歐姆接觸等問題，仍是該材料體系走向實用化前必須要解決的問題。
寬帶隙半導體異質結構材料往往也是典型的大失配異質結構材料，所謂大失配異質結構材料是指晶格常數、熱膨脹系數或晶體的對稱性等物理參數有較大差異的材料體系，如GaN／藍寶石（Sapphire），SiC／Si和GaN／Si等。大晶格失配引發界面處大量位錯和缺陷的產生，極大地影響著微結構材料的光電性能及其器件應用。如何避免和消除這一負面影響，是目前材料制備中的一個迫切要解決的關鍵科學問題。這個問題的解泱，必將大大地拓寬材料的可選擇余地，開辟新的應用領域。
目前，除SiC單晶襯低材料，GaN基藍光LED材料和器件已有商品出售外，大多數高溫半導體材料仍處在實驗室研制階段，不少影響這類材料發展的關鍵問題，如GaN襯底，ZnO單晶簿膜制備，P型摻雜和歐姆電極接觸，單晶金剛石薄膜生長與N型摻雜，II－VI族材料的退化機理等仍是制約這些材料實用化的關鍵問題，國內外雖已做了大量的研究，至今尚未取得重大突破。
3光子晶體
光子晶體是一種人工微結構材料，介電常數周期的被調制在與工作波長相比擬的尺度，來自結構單元的散射波的多重干涉形成一個光子帶隙，與半導體材料的電子能隙相似，并可用類似于固態晶體中的能帶論來描述三維周期介電結構中光波的傳播，相應光子晶體光帶隙（禁帶）能量的光波模式在其中的傳播是被禁止的。如果光子晶體的周期性被破壞，那么在禁帶中也會引入所謂的“施主”和“受主”模，光子態密度隨光子晶體維度降低而量子化。如三維受限的“受主”摻雜的光子晶體有希望制成非常高Q值的單模微腔，從而為研制高質量微腔激光器開辟新的途徑。光子晶體的制備方法主要有：聚焦離子束（FIB）結合脈沖激光蒸發方法，即先用脈沖激光蒸發制備如Ag/MnO多層膜，再用FIB注入隔離形成一維或二維平面陣列光子晶體；基于功能粒子（磁性納米顆粒Fe2O3，發光納米顆粒CdS和介電納米顆粒TiO2）和共軛高分子的自組裝方法，可形成適用于可光范圍的三維納米顆粒光子晶體；二維多空硅也可制作成一個理想的3－5μm和1.5μm光子帶隙材料等。目前，二維光子晶體制造已取得很大進展，但三維光子晶體的研究，仍是一個具有挑戰性的課題。最近，Campbell等人提出了全息光柵光刻的方法來制造三維光子晶體，取得了進展。
4量子比特構建與材料
隨著微電子技術的發展，計算機芯片集成度不斷增高，器件尺寸越來越小（nm尺度）并最終將受到器件工作原理和工藝技術限制，而無法滿足人類對更大信息量的需求。為此，發展基于全新原理和結構的功能強大的計算機是21世紀人類面臨的巨大挑戰之一。1994年Shor基于量子態疊加性提出的量子并行算法并證明可輕而易舉地破譯目前廣泛使用的公開密鑰Rivest，Shamir和Adlman（RSA）體系，引起了人們的廣泛重視。
所謂量子計算機是應用量子力學原理進行計的裝置，理論上講它比傳統計算機有更快的運算速度，更大信息傳遞量和更高信息安全保障，有可能超越目前計算機理想極限。實現量子比特構造和量子計算機的設想方案很多，其中最引人注目的是Kane最近提出的一個實現大規模量子計算的方案。其核心是利用硅納米電子器件中磷施主核自旋進行信息編碼，通過外加電場控制核自旋間相互作用實現其邏輯運算，自旋測量是由自旋極化電子電流來完成，計算機要工作在mK的低溫下。
這種量子計算機的最終實現依賴于與硅平面工藝兼容的硅納米電子技術的發展。除此之外，為了避免雜質對磷核自旋的干擾，必需使用高純（無雜質）和不存在核自旋不等于零的硅同位素（29Si）的硅單晶；減小SiO2絕緣層的無序漲落以及如何在硅里摻入規則的磷原子陣列等是實現量子計算的關鍵。量子態在傳輸，處理和存儲過程中可能因環境的耦合（干擾），而從量子疊加態演化成經典的混合態，即所謂失去相干，特別是在大規模計算中能否始終保持量子態間的相干是量子計算機走向實用化前所必需克服的難題。
5發展我國半導體材料的幾點建議
鑒于我國目前的工業基礎，國力和半導體材料的發展水平，提出以下發展建議供參考。
5.1硅單晶和外延材料硅材料作為微電子技術的主導地位
至少到本世紀中葉都不會改變，至今國內各大集成電路制造廠家所需的硅片基本上是依賴進口。目前國內雖已可拉制8英寸的硅單晶和小批量生產6英寸的硅外延片，然而都未形成穩定的批量生產能力，更談不上規模生產。建議國家集中人力和財力，首先開展8英寸硅單晶實用化和6英寸硅外延片研究開發，在“十五”的后期，爭取做到8英寸集成電路生產線用硅單晶材料的國產化，并有6～8英寸硅片的批量供片能力。到2010年左右，我國應有8～12英寸硅單晶、片材和8英寸硅外延片的規模生產能力；更大直徑的硅單晶、片材和外延片也應及時布點研制。另外，硅多晶材料生產基地及其相配套的高純石英、氣體和化學試劑等也必需同時給以重視，只有這樣，才能逐步改觀我國微電子技術的落后局面，進入世界發達國家之林。
5.2GaAs及其有關化合物半導體單晶材料發展建議
GaAs、InP等單晶材料同國外的差距主要表現在拉晶和晶片加工設備落后，沒有形成生產能力。相信在國家各部委的統一組織、領導下，并爭取企業介入，建立我國自己的研究、開發和生產聯合體，取各家之長，分工協作，到2010年趕上世界先進水平是可能的。要達到上述目的，到“十五”末應形成以4英寸單晶為主2－3噸／年的SI－GaAs和3－5噸／年摻雜GaAs、InP單晶和開盒就用晶片的生產能力，以滿足我國不斷發展的微電子和光電子工業的需術。到2010年，應當實現4英寸GaAs生產線的國產化，并具有滿足6英寸線的供片能力。
5.3發展超晶格、量子阱和一維、零維半導體微結構材料的建議
（1）超晶格、量子阱材料從目前我國國力和我們已有的基礎出發，應以三基色（超高亮度紅、綠和藍光）材料和光通信材料為主攻方向，并兼顧新一代微電子器件和電路的需求，加強MBE和MOCVD兩個基地的建設，引進必要的適合批量生產的工業型MBE和MOCVD設備并著重致力于GaAlAs／GaAs，InGaAlP／InGaP，GaN基藍綠光材料，InGaAs／InP和InGaAsP／InP等材料體系的實用化研究是當務之急，爭取在“十五”末，能滿足國內2、3和4英寸GaAs生產線所需要的異質結材料。到2010年，每年能具備至少100萬平方英寸MBE和MOCVD微電子和光電子微結構材料的生產能力。達到本世紀初的國際水平。
寬帶隙高溫半導體材料如SiC，GaN基微電子材料和單晶金剛石薄膜以及ZnO等材料也應擇優布點，分別做好研究與開發工作。
（2）一維和零維半導體材料的發展設想。基于低維半導體微結構材料的固態納米量子器件，目前雖然仍處在預研階段，但極其重要，極有可能觸發微電子、光電子技術新的革命。低維量子器件的制造依賴于低維結構材料生長和納米加工技術的進步，而納米結構材料的質量又很大程度上取決于生長和制備技術的水平。因而，集中人力、物力建設我國自己的納米科學與技術研究發展中心就成為了成敗的關鍵。具體目標是，“十五”末，在半導體量子線、量子點材料制備，量子器件研制和系統集成等若干個重要研究方向接近當時的國際先進水平；2010年在有實用化前景的量子點激光器，量子共振隧穿器件和單電子器件及其集成等研發方面，達到國際先進水平，并在國際該領域占有一席之地。可以預料，它的實施必將極大地增強我國的經濟和國防實力。
篇3
[關鍵詞]農村；人力資源；問題；解決辦法自古以來，農業都是我國的根本，農村人力資源也是我國人力資源的主體，凡是人力資源豐富，農村人力資源開發利用較好的地區與國家，其經濟發展水平一般較高；而經濟發展水平不高的地區與國家，一定受其人力資源質量及開發利用率的影響。在我國，農民的身體素質、知識素質和科技素質相對較低，農村的人力資源遠遠不能適應發展現代農業的要求，這就決定了我國的農村人力資源開發的迫切性。
一、農村人力資源開發遇到的主要問題
（一）農村勞動力文化程度偏低，整體素質不高
我國仍然是個農業人口大國，根據第六次人口普查數據，2010年在全國總人口為13.7054億人當中，居住在鄉村的人口為6.7415億人，占全國總人口的50.32%。第六次人口普查數據顯示，各種教育程度的人口，具有小學文化程度的人口為3.5876億人，占總人口的26.78%；文盲人口5466萬人，占總人口的4.08%，而其中絕大部分都是農民，大量的青壯年農民沒有接受職業技術教育。
當今的農村人力資源中能夠掌握農業種植技術，懂得合理開墾土地，根據不同農作物所適應生存環境的不同特點來選擇土地進行種植的人才資源是非常短缺的，越是貧苦的農村這種情況尤其嚴重。在大部分農村地區，有文化知識的人才絕大多數轉移到了非農業產業或外出工作，長期留在農村的基本上是文化水平偏低的農民，城鄉之間勞動力受教育水平存在明顯差距。農村勞動力數量巨大但素質偏低，以及城鄉之間勞動力受教育水平層次結構上的差距，這些現狀必然會給中國農村經濟的持續、健康發展帶來巨大影響。
（二）政府部門認識不足，對農村人力資源開發的重視程度不夠
制約我國農村人力資源開發的一個重要因素，就是部分政府官員在思想上對農村人力資源開發的認識不足。我國早在2007年就已《關于加強農村實用人才隊伍建設和農村人力資源開發的意見》，但大多數地方干部的主要精力都放在了招商引資、圈地征地等事項上，盲目追求GDP的增長，偏重物質資本投入，沒有充分認識到人力資源與物質資源的關系，忽略了挖掘農民內在潛能、提高農民整體素質也是經濟發展的重要支點。正是由于政府對待農村人力資源開發的重視程度不夠，相關的政策和待遇沒有落實，一些初、高中畢業的農村青年閑置在家，由此導致人才短缺和浪費并存的現象，未能充分地調動農村現有人才的積極性。某些地方政府即使實施了農村人力資源的培訓，也僅是為了完成上級所部署的任務，致使農村人力資源開發流于形式。不難預見，在建設社會主義新農村的過程中，如果農村人力資源開發滯后，是很難成功的。
思想決定著行動，只有各級政府官員在思想上真正意識到開發農村人力資源的重要性，盡快將農村人力資源開發提上議事日程，才能著力推進社會主義新農村建設。
（三）農村勞動力盲目流動，人力資源開發存在制度障礙
勞動力作為生產力中最關鍵的生產要素，只有勞動力與生產資料充分結合，才能發揮其作用。人口流動在市場機制的作用下，可以促使勞動力和生產資料的充分組合，能夠發揮人力資源的高效配置，從而提高農村勞動力的素質，促進農村人力資源的開發。目前，農村勞動力流動存在盲目性，農民外出務工的信息大多來自親朋或打工先行者，勞務供求信息嚴重匱乏，導致農村勞動力的流動在很大程度上仍然滯留在民間的自發狀態上，從而制約了我國農村人力資源的開發。另外，戶籍制度作為國家的行政管理手段之一，雖然在戶口遷移、暫住人口、實行居民身份證制度等方面取得了一些成績，但仍然對促進人才合理流動起到很大的負面影響。
如今，我國城鄉差距還沒有發生根本性改變，大部分農民工在戶籍制度、醫療制度、受教育及就業制度上受到歧視性制度和不公平的政策待遇。同時，農村勞動力市場發育程度不高，特別是在收集和勞動力供求信息、勞動力市場中介組織、勞動力就業服務體系以及法律法規體系等方面都很薄弱。
二、解決農村人力資源開發問題的研究辦法
（一）轉變農民思想觀念，優化農村經濟發展環境
觀念影響思路，思路決定出路。農民的思想道德素質決定著農村人力資源作用的發揮，是農村經濟發展和保持穩定的基礎。抓好農民思想道德教育，提高農民思想道德素質，對農村經濟發展具有重要意義。要提高農民的思想意識，其重點要樹立“科學技術是第一生產力”意識和現（下轉第60頁）（上接第58頁）代文明意識，引導和教育農民提高知識、科技水平，加強農民的創新意識，轉變農民因地理條件而形成的守舊思想，樹立起市場競爭意識和創新意識，從而使解放思想，優化產業結構和經濟增長方式與農村的全面發展緊密結合在一起。同時，要各方聯動，營造出尊重知識、尊重人才的良好氛圍，引進并留住優秀人才，實現農村人力資源開發的良性循環。
（二）發展教育和培訓，提高農村人力資源的質量
加強教育和培訓是提高農民就業能力、提升農村人力資源質量及增強我國產業競爭力的基本手段。加大對農村新增勞動力的崗前培訓，堅持先培訓后就業，保證新增勞動力的基本素質，同時，也能大大提高農民個人收入，對培養新型農民，加快新農村建設步和實現城鄉經濟協調增長都具有戰略性意義。
第一，加強農村基礎教育，發展面向農村的高等教育。缺乏熟悉農村、農民和農業的高級專門人才是制約我國農村經濟發展的原因之一，在培養和提高農村人口基本素質，特別是掃除文盲和普及九年義務教育的同時，國家、學校和社會應共同努力辦好面向農村的農業方面高等教育，為農業和農村培養更多精英人才，這是支撐和帶動現代農業發展的重要措施之一。
第二，加強農村勞動力的培訓，培養新型農民。以“面向農業、面向農村、面向農民”為方針，大力培養有文化、懂技術、會經營的新型農民。培訓要根據農民發展生產、增收致富的實際需要組織內容,要適應農村、農民的特點, 立足于讓農民聽得懂、看得見、摸得著、學得會,靈活多樣地進行培訓,尤其要以“一技一訓”和“一業一訓”為重要形式, 不斷增強培訓內容的針對性、實用性, 提升農民職業技能。此外還應加大對農民的思想道德、民主法制等方面的教育, 增強農民綜合素質, 從而推動新農村建設。
（三）政府加大投入力度，發揮其主導作用
農村人力資源開發是一項宏大的工程，要以農民為主體，動員全社會的人力、物力和財力。在農村人力資源開發上，國家應制定各種有利的政策，并將其納入工作議題。
第一，各級政府應給予政策、制度和資金的支持與保障。根據實際研究制定農村人力資源開發的方針、政策、實施規劃和管理辦法，落實具體措施，實現開發的規范化和制度化。加大對農業和農村的投入力度，擴大公共財政覆蓋農村的范圍。
第二，增強地方政府的引導作用，取消各種有形和無形的限制，提供各種優惠條件，吸引人才投身于農業發展，為農村營造出一種良好的文化和科技環境，確保農民的知識、技能得到及時更新。
篇4
英文名稱：Semiconductor Optoelectronics
主管單位：信息產業部
主辦單位：中國電子科技集團第四十四研究所
出版周期：雙月刊
出版地址：重慶市
語
種：中文
開
本：大16開
國際刊號：1001-5868
國內刊號：50-1092/TN
郵發代號：
發行范圍：
創刊時間：1976
期刊收錄：
CA 化學文摘(美)(2009)
SA 科學文摘(英)(2009)
CBST 科學技術文獻速報(日)(2009)
中國科學引文數據庫(CSCD―2008)
核心期刊：
中文核心期刊(2008)
中文核心期刊(2004)
中文核心期刊(2000)
中文核心期刊(1996)
中文核心期刊(1992)
期刊榮譽：
Caj-cd規范獲獎期刊
聯系方式
篇5
論文關鍵詞：雙因素方差分析，霍爾效應，霍爾電壓
一.引言
在測量半導體材料的霍爾效應實驗和霍爾元件測量[1]中，我們經常需要判斷不同的溫度和不同的磁場強度對霍爾電壓這一指標有無顯著影響，以選取合適條件。為此，我們在不同溫度和不同磁場強度下做實驗，在某一段溫度范圍和某一段磁場范圍內，實驗數據總是呈現波動狀態。引起波動的原因可以分為兩類：一類是由實驗條件不同引起的，這是可以控制的因素，因此由實驗條件引起的波動是系統波動；另一類是由隨機因素引起的，這是不可控制的因素，因此由隨機因素引起的波動是偶然波動。這兩類波動總是混雜在一起，使實驗數據呈現總的波動狀態。我們的目的是要對實驗數據進行分析，把總的波動分為兩部分：一部分是由實驗條件引起的系統波動，另一部分是由隨機因素引起的偶然波動，并對這倆部分加以比較，判斷不同的實驗條件對實驗結果是否有顯著影響。因此我們通過使用雙因素方差分析來對數據進行分析。
二.霍爾效應[2]
如圖1所示，樣品通以電流I，如果在垂直于樣品表面且與電流垂直的方向上加一磁場，如圖所示樣品就會產生一個與電流和磁場方向垂直的電勢差，這個電勢差就是霍爾電壓
圖1
與樣品厚度d成反比，與磁感應強度和電流I成正比霍爾電壓，比例系數叫做霍爾系數。
霍爾電勢差是這樣產生的：當電流通過樣品（假設為P型半導體）時，空穴有一定的漂移速度
式中q為電子電荷。洛倫茲力使電荷產生橫向偏轉，由于樣品存在邊界，所以有些偏移的載流子將在邊界積累起來，形成一個橫向電場E,直到電場對載流子的作用力與磁場作用的洛倫茲力相抵消為止，即
這時電荷在樣品中流動將不再發生偏轉，霍爾電勢差就是由這個電場建立起來的。如果樣品是n型半導體，則橫向電場與前者相反中國期刊全文數據庫。
三.雙因素方差分析模型的建立[3][4]
場強因素B
平均值
……
溫
度
因
素
T
……
……
……
平均值
篇6
我一起縈繞于懷的，是在寫論文開題報告的一年多時間里，導師反復追問的一個問題：“你的 puzzle 是什么?”多少次我不假思索地回答“我的問題就是，中國的
半導體產業為什么發展不起來。”老師問題以其特有的儲蓄，笑而不答。我在心中既惱火又懊喪：這么簡單的道理，這么明顯的答案，到底哪兒不對了?!
奧妙就在于提出問題的“層次”。不同于政策研究報告，學術文章聚集理論層面、解決理論問題。理論是由一系列前設和術語構造的邏輯體系。特定領域的理論有其特定的概念、范疇和研究范式。只有在相同的概念、視角和范式下，理論才能夠對話;只有通過對話，理論才能夠發展。極少有碩博論文是創造新理論的，能這樣當然最好，但難度很大。
我們多數是在既有理論的基礎上加以發展，因此，在提出問題時，要以“內行”看得懂的術語和明確的邏輯來表述。審視我最初提出的問題“中國半導體產業為什么發展不起來”，這僅僅是對現象的探詢，而非有待求證的理論命題。我的理論命題是：“中國產業政策過程是精英主導的共識過程嗎?”在這個命題中，“政策過程”、“精英政治”、“共識訴求”三個術語勾勒出研究的理論大體范圍和視角。
其次，選擇問題是一個“剝筍”的過程。理論問題總是深深地隱藏在紛繁復雜的現實背后，而發現理論問題，則需要運用理論思維的能力。理論思維的訓練是一個長期積累的過程。不過初學者也不必望而卻步，大體上可以分“三步走”：第一步，先劃定一個“興趣范圍”，如半導體產業、信息產業、農村醫療、高等教育體制等，廣泛瀏覽相關的媒體報道、政府文獻和學術文章，找到其中的“癥結”或“熱點”。第二步，總結以往的研究者大體從哪些理論視角來分析“癥結”或“熱點”、運用了哪些理論工具，如公共財政的視角、社會沖突范式等。第三步，考察問題的可研究性，也就是我們自己的研究空間和研究的可行性。例如，西方的理論是否無法解釋中國的問題?或者同一個問題能否用不同的理論來解釋?或者理論本身的前提假設、邏輯推演是否存在缺陷。
篇7
關鍵詞：氧化鋅，稀磁半導體，鐵磁性
0.引言
當代和未來信息技術都占據著重要的地位，因此隨著社會的不斷發展,對信息的處理、傳輸和存儲將要求更大的規模和速度。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，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，這種通過摻雜而產生的磁性與本征磁性有一定的區別，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. 發展現狀
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，結果發現樣品的室溫鐵磁性對制備技術、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，發現鐵磁性是其本征性質。。Liu等人用化學氣相沉積法制備了Co摻雜的樣品，分析發現摻雜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等人研究發現樣品的鐵磁性與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，分析發現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。分析發現H原子占據了O的位置并產生了一個深的施主缺陷從而增強了自由載流子數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
研究發現在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，研究發現鐵磁性是其本征性質。Ma等人用脈沖激光沉積法制備了摻雜Al的ZnO樣品，發現樣品鐵磁性與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]用電子束反應蒸發法生長了Mn和N共摻雜的薄膜，發現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。分析發現樣品為室溫鐵磁性,這可能與N原子的摻入使空穴的濃度增加有關。Shim等人用標準固態反應法制備了摻雜Fe、Cu的ZnO樣品，發現摻雜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。研究發現鐵磁性的起源可以用電子調制的機制來解釋,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等人發現摻雜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]發現摻雜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還是非本征性質方面人們的觀點也不盡相同，Shim等人發現鐵磁性是摻雜Ni的ZnO樣品的非本征性質。Akdogan等人發現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等人研究發現摻雜Co的ZnO樣品具有鐵磁性，而Tortosa等人發現摻雜Co的ZnO樣品是順磁性的。研究發現樣品的鐵磁性與制備方法、生長的氣體環境、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)優化生長參數,獲得高質量的薄膜。。(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構分析、以及電學、磁學、導電性等性質的分析，發現對于相同的摻雜，樣品鐵磁性的強弱不同，有的結論甚至相反。這與樣品的制備技術不同、以及不同的生長環境有關。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，有待于對其發現并掌握。二是改變摻雜的金屬元素，傳統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納米結構的室溫鐵磁性研究[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.
[5]宋海岸,葉小娟,鐘偉等.(Ni、Li)摻雜ZnO薄膜的制備及其性能.納米材料與界構.2008,45(12):698-702.
篇8
我一起縈繞于懷的，是在寫博士論文開題報告的一年多時間里，導師薛瀾教授反復追問的一個問題：“你的 puzzle 是什么？”多少次我不假思索地回答“我的問題就是，中國的半導體產業為什么發展不起來。”薛老師問題以其特有的儲蓄，笑而不答。我在心中既惱火又懊喪：這么簡單的道理，這么明顯的答案，到底哪兒不對了？！
奧妙就在于提出問題的“層次”。不同于政策研究報告，學術文章聚集理論層面、解決理論問題。理論是由一系列前設和術語構造的邏輯體系。特定領域的理論有其特定的概念、范疇和研究范式。只有在相同的概念、視角和范式下，理論才能夠對話；只有通過對話，理論才能夠發展。極少有碩博論文是創造新理論的，能這樣當然最好，但難度很大。我們多數是在既有理論的基礎上加以發展，因此，在提出問題時，要以“內行”看得懂的術語和明確的邏輯來表述。審視我最初提出的問題“中國半導體產業為什么發展不起來”，這僅僅是對現象的探詢，而非有待求證的理論命題。我的理論命題是：“中國產業政策過程是精英主導的共識過程嗎？”在這個命題中，“政策過程”、“精英政治”、“共識訴求”三個術語勾勒出研究的理論大體范圍和視角。
其次，選擇問題是一個“剝筍”的過程。理論問題總是深深地隱藏在紛繁復雜的現實背后，而發現理論問題，則需要運用理論思維的能力。理論思維的訓練是一個長期積累的過程。不過初學者也不必望而卻步，大體上可以分“三步走”：第一步，先劃定一個“興趣范圍”，如半導體產業、信息產業、農村醫療、高等教育體制等，廣泛瀏覽相關的媒體報道、政府文獻和學術文章，找到其中的“癥結”或“熱點”。第二步，總結以往的研究者大體從哪些理論視角來分析“癥結”或“熱點”、運用了哪些理論工具，如公共財政的視角、社會沖突范式等。第三步，考察問題的可研究性，也就是我們自己的研究空間和研究的可行性。例如，西方的理論是否無法解釋中國的問題？或者同一個問題能否用不同的理論來解釋？或者理論本身的前提假設、邏輯推演是否存在缺陷？通過回答這些問題，我們找到自己研究的立足點。不過還要注意我們研究在規定的一到兩年時間內，是否可能完成？資料獲取是否可行？等等。
最后，如何陳述問題？陳述問題實質上就是凝練核心觀點的過程。觀點應當來自對現實問題的思考和總結，而不是為了套理論而“削足適履”。中國的政治、經濟和社會發展充滿動態的、豐富的景象，如何才能用恰當的術語、準確的邏輯表述出來呢？雄心勃勃的初學者往往提出宏偉的概念或框架，但我的建議是盡可能縮小研究范圍、明確研究對象，從而理清對象的內存邏輯，保證能在有限的時間內完成規范的學
二、 如何做文獻綜述
首先需要將“文獻綜述（ literature review) ”與“背景描述 (backupground description) ”區分開來。我們在選擇研究問題的時候，需要了解該問題產生的背景和來龍去脈，如“中國半導體產業的發展歷程”、“國外政府發展半導體產業的政策和問題”等等，這些內容屬于“背景描述”，關注的是現實層面的問題，嚴格講不是“文獻綜述”，關注的是現實層面問題，嚴格講不是“文獻綜述”。“文獻綜述”是對學術觀點和理論方法的整理。其次，文獻綜述是評論性的（ review 就是“評論”的意思），因此要帶著作者本人批判的眼光 (critical thinking) 來歸納和評論文獻，而不僅僅是相關領域學術研究的“堆砌”。評論的主線，要按照問題展開，也就是說，別的學者是如何看待和解決你提出的問題的，他們的方法和理論是否有什么缺陷？要是別的學者已經很完美地解決了你提出的問題，那就沒有重復研究的必要了。
清楚了文獻綜述的意涵，現來說說怎么做文獻綜述。雖說，盡可能廣泛地收集資料是負責任的研究態度，但如果缺乏標準，就極易將人引入文獻的泥沼。
技巧一：瞄準主流。主流文獻，如該領域的核心期刊、經典著作、專職部門的研究報告、重要化合物的觀點和論述等，是做文獻綜述的“必修課”。而多數大眾媒體上的相關報道或言論，雖然多少有點價值，但時間精力所限，可以從簡。怎樣摸清該領域的主流呢？建議從以下幾條途徑入手：一是圖書館的中外學術期刊，找到一兩篇“經典”的文章后“順藤摸瓜”，留意它們的參考文獻。質量較高的學術文章，通常是不會忽略該領域的主流、經典文獻的。二是利用學校圖書館的“中國期刊網”、“外文期刊數據庫檢索”和外文過刊閱覽室，能夠查到一些較為早期的經典文獻。三是國家圖書館，有些上世紀七八十年代甚至更早出版的社科圖書，學校圖書館往往沒有收藏，但是國圖卻是一本不少（國內出版的所有圖書都要送繳國家圖書館），不僅如此，國圖還收藏了很多研究中國政治和政府的外文書籍，從互聯網上可以輕松查詢到。
篇9
溫度是影響所有鮮活農產品儲藏、運輸的關鍵性因素，在低溫條件下，鮮活農產品的各種劣變和腐敗得到有效抑制，冷藏保溫運輸主要注意以下幾個方面：
選擇制冷方式
目前我國冷藏保溫汽車按制冷裝置的制冷方式有機械冷藏汽車、液氮冷藏汽車、冷板冷藏汽車、干冰冷藏汽車、水(鹽)冰冷藏汽車等。其中利用固體在液化或汽化時的吸熱作為制冷方式稱固體制冷，如干冰、水冰、鹽冰等。
■水冰及鹽冰制冷
在大氣壓力下，冰的融點為0℃，若加入鹽可使其融點降低，在一定范圍內，水冰中鹽成分越多融點越低。水冰制冷裝置投資少，運行費用低，單位質量吸熱量小，降溫有限。鹽冰對車廂及貨物有損害，適用范圍受限制，主要用于魚類等水產品的冷藏運輸。
■干冰制冷
干冰的升華溫度低，吸熱量大，可獲得較低溫度和較大制冷量，因此適用于冷凍食品運輸。制冷裝置投資少、運行費用低，使用方便，貨物不會受損害。但由于干冰制冷容易在箱體內結霜，溫度控制困難，再加上干冰成本高，消耗量大，故實際應用也較少。
■冷板制冷
利用蓄冷劑冷凍后所蓄存的冷量進行制冷。運輸前預先將廂內冷板中的蓄冷劑冷凍凍結，然后在運輸途中利用冷板中的蓄冷劑融化吸熱，使廂內溫度保持在運輸貨物適宜溫度范圍內。體式冷板制冷裝置的制冷機組、動力裝置和蓄冷板等均置于車上：分體式制冷利用地面動力裝置驅動制冷機組對蓄冷板“充冷”。冷板裝置本身較重、體積較大，且可持續工作時間短，因此冷板制冷多用于中、輕型冷藏汽車的中短途運輸。
■液氮制冷
利用液氮汽化吸熱進行制冷，制冷裝置結構簡單、工作可靠，無噪聲，無污染，控溫精確。但成本較高，需要經常充注。
■機械制冷
機械制冷工作原理是在一定壓力下，液體達到某一溫度(沸點)就會沸騰，吸收汽化潛熱而產生相變，轉變為飽和蒸汽。在冷凝器中放熱并重新冷凝成液態。在壓縮機驅動下，制冷劑不斷循環工作，產生制冷作用。蒸汽壓縮機式制冷的冷藏車上一般配置專用的發動機或電動機帶動制冷機組進行制冷，常用于中重型運輸車的長距離運輸，具有適用范圍廣，溫度可調節，自動控制，調溫精確可靠，調溫范圍寬，能適應各種不同冷藏貨物的特點。
機械制冷是一種較為可靠有效的制冷方式，但冷藏汽車工作時要消耗燃油或電力，并增加尾氣排放。機械制冷裝置結構復雜，使得冷藏運輸成本較高，運價貴，從而嚴重阻礙了冷藏汽車的發展。
■半導體制冷
半導體制冷是利用直流電通過用特種半導體材料組成的P―N結時，P―N結一端的溫度急劇升高，另一端急劇降低的熱點效應原理達到制冷目的的一種新型制冷方式。制冷原理如圖1所示。把P型半導體元件和N型半導體元件連接成熱電偶，接通直流電源后，在接頭處就會產生溫差和熱量的轉移。在上面的一個接頭處，電流方向是N―P，溫度下降并且吸熱，這就是冷端。而在下面的一個接頭處，電流方向是P―N，溫度上升并且放熱，因此是熱端。把若干對半導體熱電偶在電路上串聯起來就構成制冷熱電堆，這個熱電堆的上面是冷端，下面是熱端。借助熱交換器等各種傳熱手段，使熱電堆的熱端不斷散熱并且保持一定的溫度，把熱電堆的冷端放到工作環境中去吸熱降溫，這就是熱電制冷器的工作原理。
半導體制冷具有無機械運動、制冷迅速、沒有復雜的機械結構、無傳統壓縮機和制冷劑、使用方便、應用廣泛等特點。半導體制冷技術始于50年代初，到60年代半導體制冷材料的優值系數達到先進水平，半導體制冷器達到大規模應用，如河北節能投資有限責任公司的半導體電子冷藏箱，河北華冷半導體有限公司研制開發用于汽車內的半導體冷暖箱，浙江安吉爾有限公司的電子冷熱箱等。
由于燃油價格突飛猛漲，如何研制保溫冷藏效果好，節省能源的冷藏車是本論文研究的重點。半導體制冷器可以做成各種大小和形狀，制冷量可以從毫瓦級到千瓦級，制冷溫差可達30-150℃。
廂體的設計
冷藏車廂的熱負荷與冷藏箱的結構、內容積、廂體的絕熱層厚度和絕熱材料的優劣有關，同時與生產加工工藝過程也有關。冷藏廂體一般采用整體一次性原地澆鑄發泡工藝，方法是先將內膽按照尺寸制作完畢，裝入外殼內并懸浮，然后在外殼和內膽之間整體注入硬聚氨酯泡沫進行現場發泡。利用該工藝制成的廂體具有整體性，在夾層中完全沒有連接用的腹板和加強件，完全用絕熱的聚氨酯泡沫填充，增加廂體強度。使用聚氨酯泡沫進行填充，聚氨酯本身具有粘接特性，其粘接強度可達234.5kpa/m2，這個工藝使得在粘接的同時又進行發泡過程，使得被粘接材料的凸凹不平的表面得以充滿，擴大了粘接表面積，即使在極端的溫度和負荷影響下，也不會出現剝離現象。針對主要影響車廂漏熱的車廂門設計，多采用雙道內藏充氣式硅橡膠密封，解決了傳統橡膠密封條容易老化的缺點，同時提高廂體密封性能。這樣設計的冷藏廂體無骨架、無熱橋，廂體強度高，具有完整絕熱層和更好的熱穩定性能。
絕熱層厚度的確定
冷藏車廂體隔熱性能直接影響車內溫度變化的速度、制冷以及貨物的質量。采用導熱系數較小的材料和增加隔熱層厚度，將有利于廂體隔熱性能的提高。絕熱層厚度的確定直接影響耗電量和廂體的內容積。若厚度增加，通過絕熱層廂內的熱量減少，耗電量較少，但會使車廂內容積減小，廂體內膽設計應綜合考慮制冷效果、保溫性能和經濟性，在能滿足制冷性能指標基礎上，減少絕熱層厚度，可在一定程度上增加內容積，降低能耗。
冷消耗分析
篇10
（一）力學性質
高韌、高硬、高強是結構材料開發應用的經典主題。具有納米結構的材料強度與粒徑成反比。納米材料的位錯密度很低，位錯滑移和增殖符合Frank-Reed模型，其臨界位錯圈的直徑比納米晶粒粒徑還要大，增殖后位錯塞積的平均間距一般比晶粒大，所以納迷材料中位錯滑移和增殖不會發生，這就是納米晶強化效應。
（二）磁學性質
當代計算機硬盤系統的磁記錄密度超過1.55Gb/cm2，在這情況下，感應法讀出磁頭和普通坡莫合金磁電阻磁頭的磁致電阻效應為3%，已不能滿足需要，而納米多層膜系統的巨磁電阻效應高達50%，可以用于信息存儲的磁電阻讀出磁頭，具有相當高的靈敏度和低噪音。
（三）電學性質
由于晶界面上原子體積分數增大，納米材料的電阻高于同類粗晶材料，甚至發生尺寸誘導金屬——絕緣體轉變（SIMIT）。利用納米粒子的隧道量子效應和庫侖堵塞效應制成的納米電子器件具有超高速、超容量、超微型低能耗的特點，有可能在不久的將來全面取代目前的常規半導體器件。
（四）熱學性質
納米材料的比熱和熱膨脹系數都大于同類粗晶材料和非晶體材料的值，這是由于界面原子排列較為混亂、原子密度低、界面原子耦合作用變弱的結果。因此在儲熱材料、納米復合材料的機械耦合性能應用方面有其廣泛的應用前景。
二、納米材料在化工行業中的應用
（一）在催化方面的應用
催化劑在許多化學化工領域中起著舉足輕重的作用，它可以控制反應時間、提高反應效率和反應速度。大多數傳統的催化劑不僅催化效率低，而且其制備是憑經驗進行，不僅造成生產原料的巨大浪費，使經濟效益難以提高，而且對環境也造成污染。納米粒子表面活性中心多，為它作催化劑提供了必要條件。納米粒于作催化劑，可大大提高反應效率，控制反應速度，甚至使原來不能進行的反應也能進行。納米微粒作催化劑比一般催化劑的反應速度提高10～15倍。
納米微粒作為催化劑應用較多的是半導體光催化劑，特別是在有機物制備方面。分散在溶液中的每一個半導體顆粒，可近似地看成是一個短路的微型電池，用能量大于半導體能隙的光照射半導體分散系時，半導體納米粒子吸收光產生電子——空穴對。在電場作用下，電子與空穴分離，分別遷移到粒子表面的不同位置，與溶液中相似的組分進行氧化和還原反應。
（二）在涂料方面的應用
納米材料由于其表面和結構的特殊性，具有一般材料難以獲得的優異性能，顯示出強大的生命力。表面涂層技術也是當今世界關注的熱點。納米材料為表面涂層提供了良好的機遇，使得材料的功能化具有極大的可能。借助于傳統的涂層技術，添加納米材料，可獲得納米復合體系涂層，實現功能的飛躍，使得傳統涂層功能改性。涂層按其用途可分為結構涂層和功能涂層。結構涂層是指涂層提高基體的某些性質和改性；功能涂層是賦予基體所不具備的性能，從而獲得傳統涂層沒有的功能。結構涂層有超硬、耐磨涂層，抗氧化、耐熱、阻燃涂層，耐腐蝕、裝飾涂層等；功能涂層有消光、光反射、光選擇吸收的光學涂層，導電、絕緣、半導體特性的電學涂層，氧敏、濕敏、氣敏的敏感特性涂層等。在涂料中加入納米材料，可進一步提高其防護能力，實現防紫外線照射、耐大氣侵害和抗降解、變色等，在衛生用品上應用可起到殺菌保潔作用。在標牌上使用納米材料涂層，可利用其光學特性，達到儲存太陽能、節約能源的目的。在建材產品如玻璃、涂料中加入適宜的納米材料，可以達到減少光的透射和熱傳遞效果，產生隔熱、阻燃等效果。日本松下公司已研制出具有良好靜電屏蔽的納米涂料，所應用的納米微粒有氧化鐵、二氧化鈦和氧化鋅等。這些具有半導體特性的納米氧化物粒子，在室溫下具有比常規的氧化物高的導電特性，因而能起到靜電屏蔽作用，而且氧化物納米微粒的顏色不同，這樣還可以通過復合控制靜電屏蔽涂料的顏色，克服炭黑靜電屏蔽涂料只有單一顏色的單調性。納米材料的顏色不僅隨粒徑而變，還具有隨角變色效應。在汽車的裝飾噴涂業中，將納米TiO2添加在汽車、轎車的金屬閃光面漆中，能使涂層產生豐富而神秘的色彩效果，從而使傳統汽車面漆舊貌換新顏。納米SiO2是一種抗紫外線輻射材料。在涂料中加入納米SiO2，可使涂料的抗老化性能、光潔度及強度成倍地增加。納米涂層具有良好的應用前景，將為涂層技術帶來一場新的技術革命，也將推動復合材料的研究開發與應用。
（三）在精細化工方面的應用
精細化工是一個巨大的工業領域，產品數量繁多，用途廣泛，并且影響到人類生活的方方面面。納米材料的優越性無疑也會給精細化工帶來福音，并顯示它的獨特畦力。在橡膠、塑料、涂料等精細化工領域，納米材料都能發揮重要作用。如在橡膠中加入納米SiO2，可以提高橡膠的抗紫外輻射和紅外反射能力。納米Al2O3，和SiO2，加入到普通橡膠中，可以提高橡膠的耐磨性和介電特性，而且彈性也明顯優于用白炭黑作填料的橡膠。塑料中添加一定的納米材料，可以提高塑料的強度和韌性，而且致密性和防水性也相應提高。
納米科學是一門將基礎科學和應用科學集于一體的新興科學，主要包括納米電子學、納米材料學和納米生物學等。21世紀將是納米技術的時代，為此，國家科委、中科院將納米技術定位為“21世紀最重要、最前沿的科學”。納米材料的應用涉及到各個領域，在機械、電子、光學、磁學、化學和生物學領域有著廣泛的應用前景。納米科學技術的誕生，將對人類社會產生深遠的影響，并有可能從根本上解決人類面臨的許多問題，特別是能源、人類健康和環境保護等重大問題。
論文關鍵詞:納米材料；化工領域；應用
論文摘要:充滿生機的二十一世紀，以知識經濟為主旋律和推動力正引發一場新的工業革命，節省資源、合理利用能源、凈化生存環境是這場工業革命的核心，納米技術在生產方式和工作方式的變革中正發揮重要作用，它對化工行業產生的影響是無法估量的。這里主要介紹納米材料在化工領域中的幾種應用。