半導體材料設計范文

導語：如何才能寫好一篇半導體材料設計，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

關鍵詞：半導體，超晶格，集成電路，電子器件

 

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成為我們日常所不可缺少的家用電器。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，在某些情形下具有導體的性質。半導體材料廣泛的應用源于它們獨特的性質。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就是利用了這個特性；其次，雜質參入對半導體的性質起著決定性的作用，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元器件集中制作在一個芯片上，于是產生了各種規模的集成電路。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.半導體材料的發展歷程

半導體材料從發現到發展，從使用到創新，也擁有著一段長久的歷史。在20世紀初期，就曾出現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，薄膜生長技術的開發和集成電路的發明，使得微電子技術得到進一步發展。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的飛速發展，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出其超強優越性，被稱為IT產業新的發動機。

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成的具有半導體性質的材料，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品已經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，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構的半導體性質。化合物半導體材料種類繁多，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在太陽能電池、光電器件、超高速器件、微波等領域占據重要的位置，且不同種類具有不同的性質，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的固態溶液材料，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）在一定范圍內連續地改變，固溶體半導體材料的各種性質（尤其是禁帶寬度）將會連續地改變，但這種變化不會引起原來半導體材料的晶格發生變化.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或濺射的方法制備。在工業上，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。相比于硅電子產品，有機半導體芯片等產品的生產能力較差，但是擁有加工處理更方便、結實耐用、成本低廉的獨特優點。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，數碼相機，有機太陽能電池等方面。

3.6超晶格微結構半導體材料

超晶格微結構半導體材料是指按所需特性設計的能帶結構，用分子束外延或金屬有機化學氣相沉積等超薄層生產技術制造出來的具有各種特異性能的超薄膜多層結構材料。由于載流子在超晶格微結構半導體中的特殊運動，使得其出現許多新的物理特性并以此開發了新一代半導體技術。。當前，對超晶格微結構半導體材料的研究和應用依然在研究之中，它的發展將不斷推動許多領域的提高和進步。

4.半導體材料的發展方向

隨著信息技術的快速發展和各種電子器件、產品等要求不斷的提高，半導體材料在未來的發展中依然起著重要的作用。在經過以Si、GaAs為代表的第一代、第二代半導體材料發展歷程后，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展的同時，加速發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和產業的研究，開創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、產品、生活等方面定能得到巨大的提高和發展！

參考文獻

[1]沈能玨,孫同年,余聲明,張臣.現代電子材料技術.信息裝備的基石[M].北京：國防工業出版社,2002.

[2]靳曉宇.半導體材料的應用與發展研究[J].大眾商務,2009,(102).

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

[4]半導體技術天地.2ic.cn/html/bbs.html.

篇2

它具有高擊穿電場、高飽和電子速度、高熱導率、高電子密度、高遷移率等特點，可實現高壓、高溫、高頻、高抗輻射等能力。

它的應用范圍覆蓋半導體照明、新一代移動通信、智能電網、高速軌道交通、新能源汽車、消費類電子等朝陽領域。

它被視為未來支撐信息、能源、交通、國防等產業發展的重點新材料，將引領光電產業的新一輪革命。

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

在世界范圍內，第三代半導體材料在各個領域的產業成熟度各有不同，在某些前沿研究方向，仍處于實驗室研發階段。盡管我國起步較晚，發展較緩，無論基礎研究還是產業化推進都仍有很長的路要走，但這并未影響該領域內科研人員潛心攻關、奮起直追的決心。

哈爾濱工業大學基礎與交叉科學研究院宋波教授，就是奮戰在我國第三代半導體材料研究最前沿的優秀科研人員之一。

他L期從事第三代寬禁帶半導體材料的生長與物性研究，凝練了氣相質量輸運動態平衡控制及溫場調控等關鍵科學問題，對碳化硅、氮化鋁等光電功能晶體生長過程的動力學優化、關鍵工藝參數控制與物理性質調控等相互關聯的科學問題開展了系統研究，成果頗豐。

雛鳳新聲，結緣寬禁帶半導體

一代材料，一代器件，一場革命。材料的重要性，在半導體產業已經得到印證。

以硅（Si）為代表的第一代半導體材料，引發了電子工業大革命；以砷化鎵（GaAs）為代表的第二代半導體材料，則拓展了半導體在高頻、光電子等方面的應用，使人類進入光纖通信、移動通信的新時代。而如今，正是第三代半導體材料“大展身手”的時代。

第三代半導體材料又叫寬禁帶半導體，是指禁帶寬度大于2 eV（電子伏特）的一類半導體，以碳化硅、氮化鋁、氮化鎵、立方氮化硼（C-BN）等為主要代表。它們所表現出的高溫下的穩定性、高效的光電轉化能力、更低的能量損耗等絕對優勢，吸引了業界的普遍關注，有望全面取代傳統半導體材料，開啟半導體新時代。

宋波進入這一領域是在博士階段。那是2005年前后，他正就讀于中國科學院物理研究所，師從我國著名晶體結構專家陳小龍研究員開展研究。當時國內寬禁帶半導體研究起步不久，各項研究都非常薄弱。

2008年，宋波回到家鄉哈爾濱，并在哈爾濱工業大學韓杰才院士引薦下加入該校基礎與交叉科學研究院。在這里，宋波確立了寬禁帶半導體生長與物性研究這一研究方向，立志從基礎研究領域著手，改善我國關鍵性、基礎性戰略材料依賴進口的局面，促進寬禁帶半導體材料和器件產業的發展，提升產業核心競爭力，縮小與西方國家的差距。

在近十年的研究過程中，宋波作為課題負責人承擔了包括國家自然科學基金項目、總裝“十二五”預先研究重點項目、科技部國際科技合作項目等在內的20多項科研項目，在J. Am. Chem. Soc.， Nano Lett.， Phys. Rev. Lett.， Adv. Funct. Mater.， Phys. Rev. B等國際著名SCI學術雜志上100余篇，論文被正面他引1000余次；獲得授權發明專利13項。特別是在SiC基稀磁半導體和AIN基晶體生長研究方向，取得了一系列創新性成果，引領了國內外相關研究的進步，在行業內形成了一定的影響力。

層層深入，攻關SiC基稀磁半導體

稀磁半導體是自旋電子學的材料基礎，能夠同時利用電子的電荷屬性和自旋屬性，兼具半導體和磁性的性質，新穎而獨特，是第三代半導體材料的熱點研究之一。

現階段，GaAs、GaN和ZnO基稀磁半導體的研究已經取得了突破性進展，但仍無法滿足人們對自旋器件高溫、高頻、大功率和抗輻射等性能的要求，SiC基的出現恰逢其時。宋波在這一前沿方向進行了廣泛而深入的研究，并取得了系列研究進展。

他提出了非磁性元素Al摻雜制備SiC基稀磁半導體，在200 K觀察到了玻璃態的鐵磁有序，同時實現了4H-SiC晶型的穩定可控。首次提出了非磁性元素摻雜AlN基稀磁半導體的研究思路，有效地避免磁性雜質的引入，為探討稀磁半導體的磁性來源提供了理想的實驗體系。

論文在2009年發表后，至今已被他引50余次，得到不少業內專業人士的直接認可，認為其啟迪了思考。中國科學院外籍院士C.N.R. Rao教授就曾在論文中直言：宋等的工作顯示了鐵磁性不是來自磁性雜質而是來自于sp3雜化向sp3-sp2混合雜化轉變的過程中所導致。

隨著研究的不斷深入，宋波的研究也漸入佳境――

同樣在2009年，他利用在h-BN中的實驗結果證實了美國布法羅州立大學Peihong Zhang教授等人的理論預言，即在帶隙寬度達5.5 eV的h-BN中存在缺陷直接誘導的內稟磁性。這一成果獲得了包括波蘭科學院物理研究院O. Volnianska教授在內的業界專家的正面引用和廣泛認可。

2010年，他提出了雙元素（Al，TM）復合摻雜SiC基稀磁半導體的研究思路。在Al摻雜穩定4H-SiC晶型的基礎之上，同時摻雜磁性過渡金屬元素，來獲得高Tc、高矯頑力和高剩磁的稀磁半導體。

2011年，他提出了采用缺陷工程調控半導體磁性的新方向。與合作者一起采用中子輻照在碳化硅晶體中誘導出了以硅-碳雙空位為主的缺陷，在實驗上給出了硅-碳雙空位導致鐵磁性的證據，并從理論上揭示了雙空位產生磁性的物理機制，證實了磁性元素并非半導體磁性的唯一來源，為深入探究寬禁帶半導體的磁性起源提供了新的科學認識。在此之后，國內外有超過18個研究小組開展了缺陷誘導半導體磁性的研究工作，并在相關論文中引用了他們的成果，將其列為缺陷導致磁性的典型例子。

把握前沿，初探AIN晶體生長

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

宋波介紹，與其它的半導體材料相比，AlN基低維材料的形貌較為單一，這導致對其新性質和新應用的探索受到了較大的制約。

因此，深入開展生長動力學研究，探究生長過程中質量輸運-溫場分布-成核動力學的內在關聯，從微觀機理上闡述物性變化的原因，探索新奇物理效應，成為制約寬禁帶半導體發展的關鍵科學問題，同時也是一項亟待開展的基礎性研究工作。

在這一研究方向，宋波同樣取得了不俗的成績――

（一）在AlN機理生長方面，首次發現本征的六重螺旋生長機制。

他@得了單晶AlN納米和微米彈簧、AlN螺旋結構、AlN平面六邊形環等新穎納米結構，系統性研究首次發現AlN納米/微米結構和AlN單晶都遵循六重對稱的旋轉生長機制。

這一發現極大地豐富了人們對于AlN晶生長機理的認識，對調控AlN生長形貌，獲得大尺寸、低缺陷密度的AlN晶體具有重要參考價值。

（二）在AlN新物理性質探索方面，他首次在AlN微米螺旋結構中發現了時間長達300秒的長余輝效應。

研究中，他分別從理論和實驗上對AlN螺旋結構中氮空位和鋁間隙耦合效應進行了研究。首次發現氮空位和鋁間隙的共同作用會誘導出新的能級，進而導致長余輝效應的顯現。這一發現，豐富了人們對于AlN基本物理性質的認識，為設計和制造新型AlN基光電子器件提供理論指導。

在AlN納米線螺旋結構的力學測試中首次發現了AlN單晶螺旋中存在彈性形變。該發現為制備AlN基納米器件提供了進一步的認識。

（三）在AlN晶體生長方面，突破了多項關鍵技術，包括形核溫度控制技術、晶粒長大過程控制技術、形核控制技術等。

研究中，宋波掌握了包括電阻率及均勻性控制技術、多型缺陷濃度控制技術以及晶體質量穩定性控制技術等在內的多項關鍵技術，獲得了高質量的晶體材料。

他所獲得的直徑達35mm的雙面拋光片，位錯密度小于107個/cm2，申報了國家發明專利7項，研究水平居于國內領先地位。

他重新設計和研制了全鎢的晶體生長爐、AlN原料原位補充系統和垂直梯度坩堝。試驗結果表明，采用新的生長組合系統大大提高了AlN的晶體質量，其中AlN晶體的主要缺陷密度，特別是O（氧）含量降低了約3個數量級，電阻率提高了約2個數量級，為進一步獲得高質量的AlN晶體提供了技術支撐。

多年來，宋波非常在意與國際學者的交流與合作，不僅承擔了科技部國際科技合作項目，還在多年的研究中與美國威斯康星大學麥迪遜分校Song Jin教授、西班牙科爾多瓦大學Rafael Luque教授建立了廣泛的合作關系。特別值得一提的，是在對俄對烏合作方面，宋波與俄羅斯科學院固體物理研究所國際知名晶體學家Vladimir Kurlov教授、國際SiC晶體生長專家Yuri Makarov教授，以及俄羅斯科學院西伯利亞分院半導體研究所的Oleg Pchelyakov教授、Valerii Preobrazhenskii教授建立了密切的合作關系，曾多次出訪俄羅斯與烏克蘭相關科研機構，為推動雙方的科技交流合作作出了重要貢獻。

因表現突出，宋波獲得了2009年黑龍江省自然科學一等獎、2009年黑龍江省高校自然科學一等獎等榮譽；得到了教育部“新世紀優秀人才”計劃、哈爾濱工業大學“基礎研究杰出人才培育計劃（III類）”和“青年拔尖人才選聘計劃（教授類）”的支持；并在三年內連續兩次獲得副教授和教授的破格提升。2016年，宋波被評為哈爾濱工業大學“先進個人”。

篇3

關鍵詞：量子點 發光 量子點尺寸效應

近幾年來，寬禁帶半導體發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、多體關聯和非線性光學效應非常明顯，故在低維量子結構的研究中，對載流子施以盡可能多的空間限制，制備零維量子點結構并開發其應用，受到世界各國科學家和企業家的高度重視。

1、半導體量子點的制備方法

高質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注的熱點。

應變自組裝量子點結構生長技術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、無損傷的優點。用這種方法已經制備出了高質量的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劑將形成量子點的團簇或納米顆粒聯結起來，并沉積在基質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、重復性好等優點，且選用不同的偶聯劑可以對不同的量子點前驅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光原理和發光特性

2.1 發光原理

半導體量子點的發光原理（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，它的發光效率會明顯降低。

2.2 發光特性

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光特性。主要表現為：（1）半導體量子點的發光性質可以通過改變量子點的尺寸來加以調控；（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光效率。半導體量子點的發光特性，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，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構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。隨著技術的進步，到90年代初，利用MBE和MOCVD技術，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勢，這些優勢包括：（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上的弛豫時間比在量子阱能態上長，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的尺寸及成本。因此，量子點探測器已經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體系中單個電子的隧穿過程來實現特定功能的器件，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律進行高速數學和邏輯運算、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來構造量子比特，實現信息傳遞的方法。

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。

結束語 我們相信量子點技術應用的未來出現很多奇跡，隨著對量子點的深入研究，其在各個領域的應用前景還將更加廣闊。

參考文獻

[1] Hong S， Hanada T， Makino H， Chen Y， Ko H， Yao T， et al. Band alignment at a ZnO/GaN （0001） heterointerface [J]. Appl. Phys. Lett. ， 2001， 78（21）： 3349-3351.

[2] Yarelha D A， Vicet A， Perona A， Glastre G， Fraisse B， Rouillard Y， et al. High efficiency GaInSbAs/GaSb type-II quantum well continuous wave lasers [J]. Semicond. Sci. Technol. ， 2000， 15（4）： 390-394.

篇4

關鍵詞：光導光導開關；皮秒；脈沖發生器

中圖分類號：TN782 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9599 (2012) 11-0000-02

準確可靠的觸發是脈沖功率技術研究的重要內容。隨著脈沖功率技術的發展，觸發源技術也日新月異，新型觸發源不僅要求快導通前沿、高重復頻率還要有高穩定度。上世紀70年代在線性和非線性兩種模式下，它對控制光脈沖有很好的響應，幾乎可以實現與光同步，它帶領著脈沖功率觸發技術走到了另一個時代。

一、光導開光

光導半導體開關（Photoconductive Semiconductor Switch，PCSS）是超快脈沖激光器和光電半導體相結合形成的新型器件，通過觸發光對半導體材料電導率的控制實現開關的關斷和導通。PCSS具有響應速度快（小于0.6ps），重復率高（GHz量級）、易于精確同步（觸發晃動僅ps量級）、不易受電磁干擾（光電隔離）、耐高壓、寄生電感電容小、結構簡單靈活等優點。隨著研究的不斷深入，至今已能利用光導開光技術研制太赫茲脈沖發生器，結合fs激光觸發，光導開光可以產生高功率皮秒脈沖和脈寬在ps量級的電磁輻射，擁有從接近直流到THz級的超寬頻帶，為超寬帶雷達的實現提供了可能。

GaAs光電導開關是由脈沖激光器與半絕緣GaAs相結合形成的器件，如圖1所示，基于內光電效應工作原理。

（一）光導開光結構

常見的光導開關結構有橫向結構、平面結構和相對電極結構。根據光電導開關的偏置電場和觸發光脈沖的入射方向關系可將開關分為橫向開關和縱向開關兩種基本結構，如圖2所示。當觸發光脈沖入射方向與開關偏置電場方向相互垂直時，為橫向結構的光電導開關。當觸發光脈沖入射方向與開關偏置電場方向相互平行時，為縱向結構的光電導開關。

橫向光電導開關光作用區域面積大。無論光的吸收深度是幾微米還是幾百微米，所有光都被激活區吸收。在線性模式均勻光照條件下，開關的峰值電流、上升時間和脈寬僅僅依賴于觸發光脈沖的幅值、脈寬、載流子復合時間和開關所處電路結構。橫向光電導開關的缺點是在工作時，由于偏置電場穿通開關整個表面，從而使得開關的表面擊穿場強遠小于材料的本征擊穿強度。開關常常會出現表面閃絡或沿面放電等現象，從而大大限制了開關的耐壓能力和功率容量。

縱向結構開關可以減少開關表面電場，從而提高開關的擊穿電壓。但這種開關的主要缺點是開關至少需要一個透明電極，而這種透明電極的制作工藝非常復雜。此外開關芯片的吸收深度對開關的瞬態特性有較大影響。

橫向開關和縱向開關各有優缺點，具體選用哪一種結構的開關，要根據開關的具體應有來決定。由于橫向光電導開關制作簡單，有較大光照面積和電導通道，可以用較寬波長范圍的光來觸發，因而在制作大功率光電導開關時主要采用橫向結構的開關。

（二）光導開關半導體材料

光導開關的發展與半導體材料技術的發展密切相關。在半導體材料的發展過程中，一般將以硅（Si）為代表的半導體材料稱為第一代半導體材料；將以砷化鎵（GaAs）為代表的化合物半導體稱為第二代半導體材料：將以碳化硅（SiC）為代表的寬禁帶化合物半導體稱為第三代半導體材料。與之相對應，相繼出現了Si光導開關、GaAs光導開關和SiC光導開關。

Si光導開關，由于Si禁帶寬度窄，載流子遷移率低等特點不適合制作超快大功率光導開關；GaAs光導開關，雖然GaAs的大暗態電阻率和寬禁帶有利于制作大功率器件，但由于GaAs熱導率低、抗高輻射性能較差，運行過程中容易出現熱奔和鎖定效應，限制了GaAs光導開關窄高溫、高重復速率、高功率和高輻射環境中的使用；SiC光導開關可以將觸發光的能力大大降低，但其在高電壓下容易擊穿，在高重復頻率下容易出現熱擊穿，且只能工作在線性模式下。

二、皮秒脈沖源

項目主要任務就是研制一個高穩定度快脈沖源裝置，該裝置的主要功能是：接到系統給出的觸發指令后，打開電光開關，輸出脈寬約為2ns的光脈沖，驅動光導開關輸出高壓脈沖信號。要求輸出的高壓脈沖信號前沿小于200ps，幅度為3～5kV，系統晃動時間不大于250ps。

本方案的基本工作原理如圖3所示：利用高壓電源對儲能電容充電，充電完成后，激光器在接到觸發脈沖指令時，發出脈寬為2ns的光脈沖信號驅動光導開關，儲能電容內存儲的能量通過光導開關釋放到取樣電阻上，輸出高壓脈沖信號。

本項目技術關鍵點主要在于兩個方面：a.主脈沖波形的質量，包括主脈沖的峰值、脈寬、前后沿以及穩定性；b.觸發脈沖至主脈沖1的時間間隔T1的穩定性。為了獲得滿足技術指標要求的主脈沖信號，主放電回路擬采用光導開關對貯能元件進行放電。由于光導開關具有高速導通和關斷、高穩定性的特點，只要選擇合適的基本回路參數可以確保獲得高質量的滿足指標要求的主脈沖信號。電路基本參數仿真機波形如圖4、5、6所示。

三、結論

光導開關在2ns激光脈沖控制下，輸出高壓脈沖與控制光脈沖響應良好，上升時間169ps，脈寬2ns。利用光導開關設計的皮秒脈沖發生器可以在重復頻率下工作，圖7為75kHz下高壓脈沖輸出波形。

參考文獻：

[1]袁建強,劉宏偉.等.50 kV半絕緣GaAs光導開關[J].強激光與粒子束,2009,21（5）:783-785

[2]袁建強,謝衛平,等.光導開關研究進展及其在脈沖功率技術中的應用[J].強激光與粒子束,2008,20(1):171-176

[3]謝玲玲,龔仁喜,黃陽.吸收因子對GaAs光導開關輸出電壓幅值的影響[J].半導體技術,2008,33（7）:596-599

[4]Auston D H. Picosecond optoelectronic switching and gating in silicon[J].Appl Phys Lett,1975,26(3):101-103

[5]紀建華,費元春,等.超寬帶皮秒級脈沖發生器[J].兵工學報,2007,28（10）:1243-1245

[6]James R. Andrews. Picosecond Pulse Generators for UWB Radars.Picosecond Pulse Labs,2000

[7]Lee C H. Picosecond optoelectronic switching in GaAs[J].Appl Phys Lett,1977,30(2):84-86

[8]Cho P S，Goldhar J,Lee C H.Photoconductive and photovoltaic response of high-dark-resistivity 6H-SiC devices[J].JAppl Phys,1995,77(4):1591-1599

[9]Kelkar K S,Islam N E， Fessler C M,et al. Silicon carbide photoconductive switch for high-power,linear-mode operation through sub-band-gap triggering[J].J Appl Phys,2005,98:093102

篇5

自上世紀中期投入應用以來，半導體已經深入到人們的生活、學習和工作的方方面面，給電子工業帶來革命性的影響。但是這個時刻陪伴身邊的半導體究竟是什么？

中國科學院王占國院士同半導體打了一輩子交道，他這樣回答：半導體是介于導體和絕緣體之間的一類材料。它有四個特點：熱敏性，與金屬不同，半導體的電阻與溫度變化是相反的，電阻越小溫度越高；光敏性，光一照，它的電導就發生變化；光伏效應，光照產生光電壓；整流效應，從A端到B端是通的，從B端到A端就不通了。

半導體的特性為我們帶來了無窮益處：“如發射一噸重的衛星，假如用晶體管代替電子管重量可減輕100千克，就可以節省9噸的燃料。它不僅廣泛應用在航空航天、人造衛星等高科技領域，而且是我們生活中不可或缺的：醫學上的核磁共振儀，日常用的收音機、電視機、洗衣機、微波爐、電冰箱、電子表、手機……里面核心控制的設備都是半導體。半導體應該說是無孔不入、無處不在。”

硅作為半導體材料的代表，現在已經成為微電子技術的基礎材料，我們用的電子元器件和電路的90%都是硅材料。使用硅材料做集成電路，產值已達到每年約3000億美元，由硅材料做成的器件和電路可以拉動幾萬億美元的電子產業，半導體硅材料可以說是信息時代的基礎。

追隨一生的半導體

王占國1938年12月29日生于河南鎮平。1962年畢業于南開大學物理系，同年到中科院半導體所工作。從那時起，他的人生腳步，就沒有離開過半導體這個領域。

參加工作以后，王占國致力于半導體材料光電性質和硅太陽電池輻照效應研究。其中，硅太陽電池電子輻照效應研究成果為我國人造衛星用硅太陽電池定型（由PN改為NP）投產起了關鍵作用。

1971～1980年，他負責設計、建成了低溫電學測量和光致發光實驗系統，并對GaAs和其它III-V族化合物半導體材料的電學、光學性質進行了研究。其中，體GaAs熱學和強場性質的實驗結果以及與林蘭英先生一起提出的“GaAs質量的雜質控制觀點”，對我國70年代末純度GaAs材料研制方向的戰略轉移和GaAs外延材料質量在80年代初達國際先進水平貢獻了力量。

1980～1983年，經黃昆和林蘭英兩位所長推薦，他赴國際著名的深能級研究中心瑞典隆德大學固體物理系，從事半導體深能級物理和光譜物理研究。在該領域權威H.G.Grimmeiss教授等的支持和合作下，做出了多項有國際影響的工作：提出了識別兩個深能級共存系統兩者是否是同一缺陷不同能態新方法，解決了國際上對GaAs中A、B能級和硅中金受主及金施主能級本質的長期爭論；提出了混晶半導體中深能級展寬和光譜譜線分裂的物理新模型，解釋了它們的物理實質；澄清和識別了一些長期被錯誤指派的GaAs中與銅等相關的發光中心等。

1984～1993年，在半導體材料生長及性質研究中，提出了GaAs電學補償五能級模型和電學補償新判據，為提高GaAs質量、器件與電路的成品率提供了依據。與人合作，提出了直拉硅中新施主微觀結構新模型，摒棄了新施主微觀結構直接與氧相關的傳統觀點，成功地解釋了現有的實驗事實，預示了它的新行為；與龔秀英等同事合作，在國內率先開展了超長波長銻化物材料生長和性質研究，并首先在國內研制成功InGaAsSb，AlGaAsSb材料及紅外探測器和激光器原型器件。

他協助林蘭英先生，開拓了我國微重力半導體材料科學研究新領域，首次在太空從熔體中生長出GaAs單晶并對其光、電性質作了系統研究，受到國內外同行的高度評價。

他于1986年任半導體所研究員，材料室主任；1990年任博士生導師，1991～1995年擔任副所長；1995年當選為中國科學院院士。1991～2001年任國家高技術新材料領域專家委員會委員、常委、功能材料專家組組長，因對863計劃做出突出貢獻，2001年863計劃實施十五周年時，被科技部授予先進個人稱號；1996～2000年任國家S-863計劃綱要建議軟課題研究新材料技術領域專家組組長；2003年任國家材料中長期科技發展戰略研究新材料專家組組長；1997～2002年和2006～2009年任國家自然科學基金信息學部半導體學科評審專家組組長等。此外，還有多種學術兼職。

任863專家委員會委員期間，他積極推動了我國全固態激光器的研發和半導體照明事業的發展。如今，我國的半導體白光照明已經處于國際先進水平，極大地促進了節能環保事業的發展。

從上世紀90年代起，他工作的重點已集中在半導體低維結構和量子器件這一國際前沿研究方面，先后主持和參與負責十多個國家863、973，國家重點科技攻關，國家自然科學基金重大、重點和面上項目以及中科院重點、重大等研究項目。

他和MBE組的同事一起，在成功地研制了國內領先、國際先進水平的電子遷移率（4.8K）高達百萬的2DEG材料和高質量、器件級HEMT和P-HEMT結構材料的基礎上，又發展了應變自組裝In（Ga）As/GaAs，InAlAs/AlGaAs/GaAs， InAs/InAlAs/InP和InAs/InGaAs/InP等量子點、量子線和量子點（線）超晶格材料生長技術，并初步在納米尺度上實現了對量子點（線）尺寸、形狀和密度的可控生長；首次發現InP基InAs量子線空間斜對準的新現象；成功地制備了從可見光到近紅外的量子點（線）材料，并研制成功室溫連續工作輸出光功率達4瓦（雙面之和）的大功率量子點激光器，為當時國際上報道的最好結果之一；紅光量子點激光器和 InGaAs/InAlAs、GaAs/AlGaAs量子級聯激光器與探測器材料及其器件的研究水平也處在國際的前列；2001年，他作為國家重點基礎研究發展計劃973項目“信息功能材料相關基礎問題”的首席科學家，又提出了柔性襯底的概念，為大失配異質結構材料體系研制開辟了一個可能的新方向。

上述研究成果曾獲國家自然科學二等獎和國家科技進步三等獎，中國科學院自然科學一等獎和中國科學院科技進步一、二和三等獎，何梁何利科學與技術進步獎，國家重點科技攻關獎以及優秀研究生導師獎等十多項；從1983年以來，先后在國外著名學術刊物180多篇，培養博士、碩士和博士后百余名。

新科技革命的起點

硅集成電路的器件尺度不可能無限減小，摩爾定律在硅器件尺寸減小到一定程度的時候，會遇到量子效應、功耗問題、隧穿問題等等，這就限制了現有模式的繼續發展。國際上預計，2022年硅集成電路器件的最小尺寸將達到10納米左右。

篇6

關鍵詞 半導體制冷 珀爾貼效應 恒溫箱 制冷片 驅動電路

中圖分類號：TN37 文獻標識碼：A

0 引言

便攜式樣品恒溫箱是衛生防疫、醫學、農林畜牧、生物實驗、工業化工等行業和大專院校、科研機構、部門實驗室或生產單位的重要的實驗設備。由于便攜式樣品恒溫箱具有特定的使用范圍和專業性強的特點，因此對該產品有著特別的要求。在各種制冷技術中，半導體制冷由于具有體積小、重量輕、作用速度快、可靠性高等特點，近年來在國內外得到廣泛的重視，因此，半導體制冷技術在研發便攜式樣品恒溫箱產品方面具有不可替代的優勢。

1 半導體制冷技術原理及其優、缺點

1.1 半導體制冷原理

半導體制冷是建立在溫差電效應基礎上的，所以半導體制冷也稱溫差電制冷。如果把兩種不同的金屬導線的一端連在一起，另一端接上直流電源，則一端將會產生吸熱（制冷）效應，另一端產生放熱效應（圖1），這就是著名的珀爾貼效應。

事實上，組成溫差電制冷器的材料不是任意兩種不同金屬就能達到理想效果的。一般是取N型和P型兩種半導體組件組成熱電堆。圖2為半導體制冷器工作原理圖。

直流電流沿回路依次從N型半導體流向P型半導體，然后又從P型半導體流向N型半導體，電流這樣連續流過去，半導體的A、B兩端便產生吸、放熱現象。如果不斷地把放熱端B的熱量移走，那么A端就不斷地向周圍吸取熱量，從而達到制冷之目的。

1.2 半導體制冷的優、缺點

半導體制冷，它的優點十分明顯：制冷迅速，操作簡單，可靠性強，容易實現高精度的溫度控制，無噪音污染和有害物質排放，壽命長，穩定性好等。但同時，也有其缺點：主要表現在制冷系數低，制冷量小而且電流大。半導體制冷效果主要取決于半導體材料的選擇和熱端散熱冷卻的程度。由于當今科技，特別是電子技術的飛速發展，世界各國的科技人員從改進半導體材料和開發新工藝兩方面，做了大量工作，來不斷提高半導體制冷的制冷系數。在一些制冷量要求小，熱流量大，傳統蒸氣壓縮制冷不方便或不經濟的場合，半導體制冷得到了很多的應用。

2 半導體制冷技術在便攜式樣品恒溫箱的應用

由于半導體制冷便攜式樣品恒溫箱采用箱體底部固定連接半導體控溫元件，半導體控溫元件與可充電電池固定連接，箱體的正面左上端固定連接電子溫度控制及顯示裝置，箱體上蓋和箱體內壁固定連接保溫層的結構形式，箱體的背后右下端固定連接電源插孔，插入家庭交流電直接使用，也可插接到汽車點煙器上，另外，在沒有交流電的情況下，還可以使用充電電池內的電能來控制溫度。

2.3.2 半導體制冷便攜式樣品恒溫箱的驅動電路設計

半導體制冷便攜式樣品恒溫箱的最核心部件是半導體制冷片的控制及驅動電路，因為半導體制冷片根據流過半導體的電流方向和大小來決定其工作狀態的（電流的方向決定制冷或者制熱，電流的大小決定制冷或者制熱的程度和效果）。為了使半導體制冷片能夠自動進行恒溫控制，就必須設計好其驅動電路和控制電路。PID控制系統是目前精度較高的技術，可以用來對半導體制冷片的電流進行控制，以實現高精度的控溫效果。

A、總體框圖：見圖5。B、基于H橋的驅動電路：見圖6

當設置OUT3為高、OUT4為低電平，OUT2為低、OUT1為高電平時，Q3和Q4斷開，Q1和Q2導通，電流由TEC（半導體制冷片）左至右；反之OUT3為低、OUT4為高電平，OUT2為高、OUT1為低電平時，Q3和Q4導通，Q1和Q2斷開，電流由右至左。通過單片機PID控制設置OUT1或者OUT4的PWM（脈沖寬度調制）波占空比，控制Q1或者Q4的導通時間來控制TEC的工作時間，從而達到控溫的效果。

2.3.3 半導體制冷便攜式樣品恒溫箱半導體制冷器的散熱裝置

熱端散熱冷卻的程度是影響半導體制冷效果的重要因素，所以解決好散熱問題對制冷效率的提高起到至關重要的作用。

半導體制冷的幾種散熱方式：（1）自然散熱，采用導熱較好的材料，做成各種散熱器，利用空氣的自然對流來帶走熱量，優點是使用方便，缺點是體積較大；（2）充液散熱，它是用較好的材料做成水箱，用通液體或通水的方法降溫，缺點是用水不方便，浪費太大，優點是體積小，散熱效果好；（3）強迫風冷散熱，散熱器采用的材料和自然散熱器相同，使用方便，體積比自然散熱小，缺點是增加一個風機，出現噪音和耗用功率；（4）“熱管”散熱器，是最常用的一種形式，它利用蒸發潛熱快速傳遞熱量。因此本半導體制冷便攜式樣品恒溫箱的半導體制冷散熱采用熱管散熱。結構設計要點：熱管散熱熱管采用銅鋁復合管制成，冷凝段很長，而蒸發段很短，工質為戊烷，自然對流散熱。

3 結束語

隨著目前半導體制冷片已經規模化生產、大功率可充式鋰電池組工藝的成熟、汽車的普及、光伏電池的普及以及高精度半導體制冷式溫度控制系統技術的成熟和塑料工業的發展，為生產出輕便、節能、環保、高效的便攜式樣品恒溫箱提供了有利條件。便攜式樣品恒溫箱具有特定的使用環境和條件的要求，而這些要求與半導體制冷技術的特點又相符，因此半導體制冷技術在便攜式樣品恒溫箱及其類似產品的開發必將得到廣泛的應用。

參考文獻

篇7

對新材料的政策傾斜并非我國特有。近年來各國競相發展新材料占領制高點，多個國家制定了推動本國、本地區的新材料技術和產業發展計劃，在資金上給予大力支持。

資料顯示，世界材料產業的產值以每年約30%的速度增長，微電子、光電子、新能源等是研究最活躍、發展最快、應用前景最為投資者所看好的新材料領域。

目前，在我國產業結構升級、促進戰略性新興產業發展和國防軍工飛躍的背景下，各行業對新材料的突破和應用致使我國對新材料有著旺盛且急切的需求，國家對發展新材料的扶持政策加碼是必然選擇。

未來，新材料產業或將被定性為“國民經濟的先導產業”，國家也將在經費投入、規劃制定、產業政策和成果轉化等方面給予支持，新材料投資也必將迎來新的機遇。

在此背景下，我們特別選出新材料領域近年來最熱門的特種金屬功能材料，對其發展現狀和未來趨勢進行研究，以饗讀者。

新興產業的必備材料

特種金屬功能材料是指具有獨特的聲、光、電、熱、磁等性能的金屬材料。《新材料產業“十二五”發展規劃》將我國新材料分成6大領域，其種金屬功能材料就是新材料產業體系的重要組成部分。

近年來被各國爭相發展的新能源汽車、風力發電機、LED照明、核電等領域的生產或者使用過程中，特種金屬材料也被屢屢提及。從用途上看，特種金屬功能新材料可以被廣泛應用于機械裝備、汽車、航空航天、海洋工程、家電、船舶、電子、化工、醫學等多個領域，其發展水平直接影響整個國家經濟的發展。

不僅如此，特種金屬功能新材料也是軍用飛機、坦克、軍用電子等眾多軍工產品生產所需的關鍵材料，與國家安全密不可分。因此，無論是從國民經濟的發展方面還是國家安全的保障方面考慮，特種金屬功能材料的發展都具有重要的戰略意義。

根據《新材料產業“十二五”發展規劃》，特種金屬功能新材料又被細分為稀土功能材料、稀有金屬材料、半導體材料及其他功能合金材料四大類。

先說特種金屬功能新材料的第一大類――稀土功能材料。稀土功能材料包括磁性材料、發光材料、催化材料、儲氫材料等。基于稀土資源的優勢地位，我國稀土功能材料發展迅速，稀土永磁材料、發光材料、儲氫材料、拋光材料等均占世界產量的70%以上。

其中，稀土磁體材料產量增長最為迅速，2012年我國稀土永磁材料產量達8.96萬噸，較2008年增長81.7%。稀土發光材料目前已形成節能燈用稀土發光材料、顯示器用稀土發光材料和特種光源用稀土發光材料三大主流產品，隨著全球節能照明和消費電子的快速發展，發光材料新技術、新產品不斷涌現。

稀土催化材料則隨著汽車尾氣排放標準的不斷提升，尾氣凈化器產量不斷增長而快速增長。2012年用于尾氣凈化器的稀土催化材料比2008年增長了62.6%。

此外，由于中國儲氫合金生產技術尚未成熟，稀土儲氫材料的發展相對緩慢，近年來產量并未有明顯增長，反而在稀土價格上漲后呈現明顯的下滑。

總體來看，盡管近幾年我國稀土功能材料取得了較大發展，但產品質量相對低下，技術水平仍待提高。如稀土磁體材料領域，我國高性能稀土磁體材料全球市場份額不足10%；高端熒光粉領域，中國白光LED熒光粉占全球比重不足10%，CCFL熒光粉僅有小批量生產，PDP熒光粉市場尚屬空白。

特種金屬功能材料的第二大類是稀有金屬功能材料，它主要包括鎢鉬材料、鉭鈮材料、稀貴金屬材料及核級稀有金屬材料。

其中，近年來發展最快的是鎢鉬材料，但與世界先進水平相比，我國鎢鉬加工產業還存在著相當大的差距，大部分企業裝備仍較為粗糙、落后。

鉭鈮材料也是近年發展較快的稀有金屬功能材料。我國已具備了鉭金屬及合金制品、鈮金屬及合金制品的生產能力，并成為鉭鈮材料生產大國，擁有寧夏東方鉭業股份有限公司、九江有色金屬冶煉有限公司、肇慶多羅山藍寶石稀有金屬有限公司等世界著名企業。2012年，我國電容器用鉭粉占世界總產量的比重為25%，電容器用鉭絲產量占世界總產量60%以上。但總體來看，目前我國鉭鈮冶煉加工企業工業產品高端品種偏少、技術含量不高，與國際先進水平相比，企業規模、生產技術以及科技研發水平均存在一定差距。

加快推進核級稀有金屬材料國產化是當前的主要任務。鋯合金是重要的核電機組堆芯結構材料，但我國現役核電機組堆芯結構使用的絕大部分鋯合金材料仍然需要進口。同樣，核工業中銀銦鎘材料受限于我國熔煉、熱處理、精整和成型技術和設備制約，目前也大多采用進口。

特種金屬功能新材料的第三大類是半導體材料，它主要包括半導體硅材料、新型半導體材料及薄膜光伏材料。

近幾年我國硅材料產業發展迅速，但半導體硅材料發展十分緩慢。2009-2012年我國半導體用多晶硅的產量年均增速不足10%。雖然目前我國半導體硅材料擁有一定的生產能力，但仍與國際先進水平存在較大差距。如我國半導體硅材料只能滿足國內對4-6英寸硅外延片和4-6英寸重摻硅外延襯底片的需求，滿足國內企業對高阻拋光硅片的部分需求，但國內所需的8英寸及12英寸硅拋光片仍有大部分需要進口。

雖然我國十分重視新型半導體材料產業發展，但由于我國研發基礎較為薄弱，具有自主知識產權的創新成果較少，產業發展緩慢。我國已經具備了藍寶石、砷化鎵等新型半導體材料的生產能力，但大多數企業自主研發能力較差，低端產品較多，產品的性能指標與國外存在較大差距。目前，國內所需的高端新型半導體材料仍需進口。

除上述三類外的高性能靶材、先進儲能材料、新型銅合金、硬質合金材料等都被劃分為特種金屬功能新材料的第四大類――其他功能合金材料，在產業發展方面也存在迫切需求。

存在的問題

近幾年我國特種金屬功能新材料的發展取得了一定成績，如稀土永磁材料生產規模不斷增大，硬質合金產業空間布局不斷優化，難冶鎢資源深度開發應用關鍵技術獲得突破，科力遠、中科三環等骨干企業迅速成長。但是，我國特種金屬功能材料發展與國外先進發達國家相比還存在較大差距，產業發展也存在一些問題。主要表現在：

第一，部分關鍵材料依賴進口。

有些材料仍然停留在實驗室技術研發階段，國內尚未實現產業化，完全依賴進口，如超高純度金屬的濺射靶材、高純度多晶硅等；而有些則是國內擁有生產能力，但產量、性能和質量不能滿足要求，如平板顯示器所需要的基板玻璃、液晶材料、光學元件等關鍵材料大部分仍依賴進口。

第二，自主創新能力不強。

長期以來，以跟蹤模仿為主、自主創新能力薄弱成為制約當前新材料發展的重要問題。以“硅材料提純-硅晶片生產-電池片生產-組件封裝”的光伏產業鏈為例，其產業鏈上游的高純度硅料生產技術含量高，附加值高，但由于我國多晶硅提純技術缺失，我國光伏企業的主要業務集中于低附加值的“電池片生產”和“組件封裝”，我國光伏產業處于有規模無技術的局面。

第三 ，研發投入不足是制約我國新材料產業發展的現實問題，主要表現在三個方面：一是研發人才的投入不足。新材料產業缺乏高層次的工程技術人員和管理人才，尤其是缺乏創新型領軍人物以及復合型、外向型人才。而且，吸引高層次人才的機制環境仍需改善。

二是研發資金投入不足。以我國硬質合金領域為例，其技術研發費用占銷售收入的比重不足3%，比高新技術型企業5%的比例低兩個百分點。

三是技術創新所用的試驗設備、儀器等物品特別是專用設備的投入力度仍待加強，如高溫測試儀、超聲檢測儀、氧氮分析儀、掃描電子顯微鏡等專用設備價格昂貴，投入嚴重不足。

第四，產學研用體系仍待完善。雖然目前我國政府積極組織搭建服務平臺，推動產學研用緊密結合，也取得了一些成績，但產學研用嚴重脫節的問題并沒有實質性改變，特別是特種功能金屬新材料涉及范圍廣泛，更需要產學研用密切結合，才能促進其快速發展。

第五，特種金屬功能新材料平臺建設有待加強。我國已經建成一批特種功能金屬材料國家和省部級重點實驗室、工程技術中心等研發平臺，建立了一批創新和創業服務平臺，但公共服務平臺仍需進一步完善。如研發平臺所需的研發設備、人員隊伍等配套能力仍待加強；創新服務平臺的數量還遠遠不能滿足需要；公共服務平臺的服務能力有待進一步提高；國家級的共性技術研發平臺和信息共享平臺缺乏等。

針對上述情況，我們對我國特種功能金屬新材料行業的發展提出如下建議。

第一，未來還應加強特種金屬功能新材料的重大科研攻關，提高我國特種金屬功能新材料的自身保障能力。對于完全進口的特種功能金屬新材料品種，設立重大攻關項目，對關鍵新材料的生產技術、工藝設備等制約瓶頸進行科研攻關；致力于高品質、高性能產品的研發和技術改進，并積極推進產業規模化發展。

第二，夯實創新基礎，提升自主創新水平。打造一批產業人才高地，形成一批國內一流的創新團隊；積極落實國家鼓勵企業自主創新的財稅優惠政策，創造良好的創新環境。

篇8

深陷舊經營模式困境

雖然保持著技術優勢，但日本企業近年在盈利方面的表現乏善可陳，一些企業甚至連年虧損。

2011年爆發的東日本大地震導致日本國內產業環境嚴重惡化，日本企業經營雪上加霜。例如，日本45家主要半導體企業中，37家銷售出現同比負增長，25家企業陷入赤字困境。作為日本唯一的DRAM生產商，爾必達公司因長期虧損而于2012年2月宣布破產。有日本半導體標桿企業之稱的瑞薩電子竟也出現史無前例的626億日元巨虧。索尼、松下和夏普等三大集團2011年度的赤字合計1.7萬億日元。

可見，憑借技術優勢攻城掠寨獲得市場份額的傳統發展模式已嚴重受阻，以垂直一體化經營模式為主的日本企業開始陷入經營困境。換句話說，經營模式困境是日本企業“高技術低利潤”悖論的關鍵。

事實上，伴隨著經濟全球化不斷深化以及IT等信息技術革命，一場席卷全球的模塊化（Modularity）浪潮已經帶來深刻的經營模式革命。始于1962年IBM360設計革命的模塊化，很快就以其高效率而在計算機及其關聯產業內迅速普及。20世紀90年代，它又迅速向其他產業拓展蔓延，汽車產業界的平臺化趨勢就是典型代表，最成功案例就是大眾汽車公司所推行的四大平臺戰略。

以半導體產業的模塊化為例，它經歷了四大階段：“全能企業”階段，即垂直一體化的IDM；材料與設備分離階段，形成IC、設備與材料等三大子體系；半導體前、后工程分離階段，封裝與測試等后工程向勞動密集的新興國家大規模轉移；設計分離階段，開始涌現像美國LSI Logic公司那樣專門從事IC設計的企業（Fabless）。

然而，在這場經營模式革命中，日本企業卻普遍沉醉于所謂的“磨合型”優勢，認為垂直一體化仍是汽車等復雜產品的最佳方式。于是，東芝、富士通、索尼、松下等大量電子企業繼續保持了IDM模式。20世紀90年代后，日本半導體企業陷入腹背受敵的困境：一方面是韓國企業在DRAM等領域迅速趕超，另一方面美國已占領半導體設計高端，全球頂尖Fabless廠商多為美國企業。豐田等日本汽車企業也遭受大眾因實施平臺化戰略而大幅降低成本的巨大壓力。

悄然轉移產業鏈上游

在經濟學家普遍稱之為“失落的二十年”間，日本企業競爭力真的喪失殆盡、滿盤皆輸了嗎？在《日本經濟新聞》去年7月進行的一次全球市場份額調查顯示，全部50個品目中，日本企業共奪得了12個第一。除了汽車、攝像機、數碼相機等傳統優勢之外，日本企業的優勢更多集中在高性能材料和零部件領域，例如東麗公司的碳素纖維、日亞化學工業公司白色LED、索尼公司CMOS傳感器技術以及瑞薩電子的微電腦技術等。

也就是說，在“失落”的過程中，日本企業正在悄然從全球產業鏈下游向上游戰略轉移。同樣以日本外貿數字為例，1999―2009年間，日本出口到中國以及東盟的半成品已經從643億美元，快速攀升至1416億美元，升幅高達120%。日本從一個最終產品的制造者，悄然變身為“全球制造體系再分工”的上游供應者，它適應了以中國為主導的東亞成為全球制造中心的事實。

而且，日本所提供的半成品多是高技術含量型產品。以素有“工業大米”之稱的半導體產業為例，它占據了37%的半導體裝置和66%的半導體材料市場，某些領域甚至超過一半乃至90%以上份額形成壟斷地位，如電子束掃描、顯影以及切割裝置等。東京電子、尼康、佳能等的半導體生產裝置，信越化學、SUMCO、東京應化等廠商的半導體材料，均成為全球半導體產業鏈的重要構成。此外，日本還被稱為“微控制器（MCU）王國”，在微控制器領域前十名中日本擠占4席，有5家日本企業躋身LSI廠商的全球前十位。

告別“全能”結構變革

從1999年開始，日本終于迎來了以傳統IDM為主的電子企業大規模改革。這場“跨企業、以業務重組為目標”的產業結構調整具有多個特征：一是紛紛告別“全能企業”經營模式；二是采取“選擇與集中”戰略，發展優勢領域；三是突破保守傳統，實施跨國間企業整合重組。

改革之初，東芝、富士通、索尼、松下、三洋、沖電氣工業等大企業都宣布退出DRAM方式的存儲業務，NEC和日立以及三菱電機之間重組DRAM，成立了日本唯一一家以DRAM業務為核心的爾必達存儲公司。在系統LSI業務方面，日立與三菱電機之間進行業務重組，成立了瑞薩科技公司，2010年NEC又參與進來，成立了新的瑞薩電子公司，成為日本也是世界最大的微控制器企業。除沖電氣工業的LSI業務加盟羅姆之外，大多數電機企業仍然繼續保留并重點發展了系統LSI業務，紛紛在公司內部成立專門的半導體企業，如東芝、富士通、索尼、松下以及三洋等。

大規模業務重組為日本半導體產業復興帶來新的活力，出現了專業化、協作化和高端化等新的產業分工趨勢，如瑞薩電子迅速占領了世界微控制器的主導地位。但是，相對于全球產業“設計與制造分離”的快速發展趨勢而言，此次跨企業的大規模改革仍顯得不夠徹底，于是以企業為單元的結構改革開始深化。

篇9

商務談判調研報告篇01第五組

組長：吳曉平

成員：何艷霞

張 莉

董藍娟

關春燕

張瑞芳

鄭芳麗

頓 丹

郭 露

談判背景資料：

天津半導體工廠欲改造其生產線，需要采購設備、備件和技術。適合該廠的供應商在美國，日本各地均可找到兩家以上。正在此時，香港某生產商的推銷人員去天津訪問，找到該廠采購人員表示可以為該廠提供所需的設備和技術。由于香港客商講中文，又是華人，很快關系就熟悉了。工廠表示了采購意向，但由于香港生產商的知名度較低，天津半導體工廠對其產品一直存有疑慮，于是答應安排一次談判，對相關事宜進行商談。我們第五組在主談人員吳曉平的帶領下，與第六組即香港供應商進行談判。下面是我們在與其談判前做的調查工作： 公司企業背景資料：

天津中環半導體股份有限公司是一家集科研、生產、經營、創投于一體的國有控股高新技術企業，擁有獨特的半導體材料-節能型半導體器件和新能源材料-新能源器件雙產業鏈。該公司是在深圳證券交易所上市的公眾公司，股票代碼002129。注冊資本482,829,608元，總資產達20.51 億。年銷售額超過2億元,產品行銷全國并遠銷海外18個國家和地區。高壓硅堆產銷量居世界第1位，國際市場占有率達到43%，國內市場占有率達到57%。微波爐用高壓硅堆國際市場占有率達到55%。 在單晶硅材料領域，形成了以直拉硅棒、區熔硅棒、直拉硅片、區熔硅片為主的四大產品系列，是中國硅單晶品種最齊全的廠家之一, 區

熔硅單晶的國內市場占有率在65%以上，產量和市場占有率已連續5年居國內同行業首位，產銷規模居世界第三位 ， 公司現有專利技術15項，專有技術200多項，形成了一系列自主知識產權。公司致力于半導體節能和新能源產業，是一家集半導體材料-新能源材料和節能型半導體器件-新能源器件科研、生產、經營、創投于一體的國有控股企業，擁有全球獨特的雙產業鏈，是天津市高新技術企業，擁有1個博士后科研工作站、2家省部級研發中心。 且憑借獨特的產業鏈優勢、持續不斷的技術創新能力和友好的商業界面，進一步完善以節能型產品和新能源產品為導向的產業格局，為股東、合作伙伴、員工創造最大價值，實現企業、社會、環境的可持續發展。

、市場環境調研：

自20xx年天津濱海新區納入國家xx規劃和國家發展戰略，并批準濱海新區為國家綜合配套改革試驗區，天津的經濟重新展現出活力，并被譽為中國經濟第三增長極20xx年3月22日國務院常務會議，將天津完整定位為國際港口城市、北方經濟中心、生態城市 ，從此京津之間的北方經濟中心之爭，終于落下帷幕。20xx年起，開始落戶天津舉辦，匯聚了數千全球政界、商界和學界精英人士參與討論世界經濟議題，而夏季達沃斯論壇的永久會址位于建設中的北塘國際會議中心。截至20xx年，世界500強跨國公司已有150家在天津落地生根，投資項目共396個，合同外資額達81億美元。[10] 中國社會科學院在

二、市場需求調研：

由于城鎮居民收入水平大幅提高，居民消費水平也顯著提高。20xx年天津市人均消費支出11,141元，比20xx年增長了57.5%。城鎮居民的消費結構正在向享受型和發展型轉變，故人們的消費觀念也會隨之提高，對高檔品的需求會越來越高，所以該產品市場需求空間很大。

三、市場競爭狀況：

公司單晶硅品種齊全，其中區熔系列單晶硅產品產銷規模全球排名第三、國內市場份額超過70%，產量和市場占有率已連續多年居國內同行業首位;直拉單晶及硅片技術和產銷規模方面居國內前列;拋光片產業采用國際一流的新技術、新工藝流程，獨立開發具有自主知識產權的大直徑硅拋光片生產技術，研發和產業化水平處于國內領先位置;太陽能硅材料產業經過產業化生產驗證，與國內同行業相比單位兆瓦直拉晶體生長投資下降了33%以上，生產效率提高了60%以上，生產成本降低了25%以上;半導體整流器件產業經過多年技術創新的積淀，掌握了從芯片到封裝的全套核心技術;節能型半導體功率器件產業在凈化間設計、動力配套、裝備水平、產品品種、產品技術方面均處于國內同行業領先水平。所以該公司潛力很大，能為它提供設備和技術的供應商有很多。如：1)羅姆(ROHM)半導體集團是全球著名半導體廠商之一，創立于1958年，是總部位于日本京都市的跨國集團公司。品質第一是羅姆的一貫方針。我們始終將產品質量放在第一位。歷經半個多世紀的發展，羅姆的生產、銷售、研發網絡遍及世界各地。產

品涉及多個領域，其中包括IC、分立半導體、光學半導體、被動元件以及模塊產品。在世界電子行業中，羅姆的眾多高品質產品得到了市場的許可和贊許，成為系統IC和最新半導體技術方面首屈一指的主導企業。羅姆十分重視中國市場，已陸續在全國設立多家代表機構，在大連和天津先后開設工廠，并在上海和深圳設立技術中心和品質保證中心提供技術和品質支持。在天津進行晶體管、二極管、LED、半導體激光、LED顯示器的生產、在大連進行電源模塊、熱敏打印頭、多線傳感頭、光電模塊的生產，作為羅姆半導體集團的主力生產基地，源源不斷地向中國國內外提供高品質產品。 2)美國國家半導體公司(National Semiconductor)簡稱國半或者國家半導體，成立于1959年，是著名的模擬和混合信號半導體制造商，也是半導體工業的先驅。公司總部設在美國加州。國半公司致力于利用一流的模擬和數字技術為信息時代創造高集成度的解決方案。它的生產網點遍布全球，在美國德克薩斯州、緬因州和蘇格蘭建有晶片制造廠，在馬來西亞和新加坡建有檢驗中心和裝配廠。美國國家半導體是先進的模擬技術供應商，一直致力促進信息時代的技術發展。該公司將現實世界的模擬技術與先進的數字技術結合一起，并利用這些集成技術致力開發各種模擬半導體產品，其中包括電源管理、圖像處理、顯示驅動器、音頻系統、放大器及數據轉換等方面的獨立式設備及子系統。該公司主要以無線產品、顯示器、個人計算機與網絡，及各種不同的便攜式產品為市場目標。NS(美國國家半導體公司)是推動信息時展的領先模擬技術公司。國半將真實世界的模擬技術和完美工藝的數字技術相結合，專注基于模擬技術的半導體產品，包括電源管理、圖像技術、顯示驅動器、音頻、放大器和數據轉換等領域的獨立元件和子系統。國半關鍵的目標市場包括無線應用、顯示器、PC、網絡和各種便攜式應用。 3)天津市環歐半導體材料技術有限公司是從事半導體材料硅單晶、硅片的生產企業。擁有40余年的生產歷史和專業經驗，形成了以直拉硅單晶、區熔硅單晶、直拉硅片、區熔硅片為主的四大產品系列，是中國硅單晶品種最齊全的廠家之一。

四、企業內部環境：

公司試驗室具有SEM顯微鏡分析、X射線、SRP測試等高端分析設備和HTRB、PCT、熱電阻等可靠性試驗設備，能夠滿足半導體產品的大部分可靠性測試試驗。公司還擁有版圖設計、工藝與器件仿真等軟件平臺，可以提高新品開發的效率。功率器件事業部與國內外多家原材料供應商、光刻版制造公司、設計公司、封裝/測試公司、設備制造商，等建立了長期的戰略合作關系，可以為產品研發進行新產品的試作、量產等提供豐富的資源和強有力的支持，大大縮短研發流片周期，提高研發效率;

公司的高壓硅堆優勢明顯：1)CRT電視機及顯示器市場，公司市場占有率為60%，其余市場主要被日本富士電機公司、日本三肯公司、日本日立公司和江蘇皋鑫電子有限公司等公司占據，在該領域公司在技術和市場方面具有絕對優勢;

2)微波爐市場，公司占據了43%的市場份額;3)在CRT電視機、顯示器以外的市場，日本公司具有傳統形成的市場優勢。國內主要同行廠家有：江蘇如皋皋鑫電子有限公司、樂山無線電股份有限公司、重慶平洋電子有限公司、鞍山市電子電力公司。而公司20xx年的年銷量達到7.3億支，超過以上四個同行廠家年銷量總和的一倍以上，規模優勢明顯。

單晶硅及硅片：公司與同行業競爭的優勢主要表現在以下幾個方面：1)多

晶硅供應有保障、區熔單晶硅具備全球意義的強大綜合競爭力;2)直拉單晶硅具備國內意義的較強競爭力;3)擁有具有重大商業價值的專利及專有技術;5)產品品種齊全。公司與同行業競爭的劣勢主要表現在產業規模小和資金投入少。

原料優勢：從20xx年公司存貨中的原材料情況看，主要為多晶硅、硅片和單晶硅棒，三項合計3879.49萬元，占原材料總額的77.18%。多晶硅、單晶硅、硅片是公司生產的重要原材料。近年來，硅材料市場價格上漲，供不應求，擁硅為王已成業內共識，自20xx年初，公司開始增加硅儲備。這是公司的一大明顯優勢，但是也是一個短期優勢。

但是面對嚴峻的市場競爭狀況，該公司仍然面臨巨大的挑戰，需要居安思危，具備憂患意識才能勝出。

五、談判對象：

香港隆通設備有限公司，該公司剛成立不久，雖然可以提供我方所需的設備被和技術，但是知名度較低，公司的信譽和產品的質量都有待調查和研究。香港隆通有限公司的優勢是發展迅速，有很大的發展前景。

商務談判調研報告篇02：談判實習報告本次的商務談判實習，使我受益良多。首先就是讓我明白了一個團隊的重要性，個人的發展離不開團隊。其次，通過商務談判實習，使我對談判有了更深刻的理解，這也為以后打下了良好的基礎。最后，通過對商務談判的實習也更加磨練了自我，增加了個人經歷和閱歷，學會了如何與團隊合作與分享。

我在此次談判中所扮演的角色是河南第一建筑集團有限責任工程的技術總監。技術總監一般負責一個企業的技術管理體系的建設和維護，制定技術標準和相關流程，能夠帶領和激勵自己的團隊完成公司賦予的任務，實現公司的技術管理和支撐目標，為公司創造價值!一個好的技術總監不僅要自身具有很強的技術管理能力，同時，也要有很強的技術體系建設和團隊管理的能力，要對企業所在行業具有深入理解，對行業技術發展趨勢和管理現狀具有準確的判斷。 同時作為一個技術總監，我認為不僅要對本公司的產品感興趣，非常了解，還要博覽其他公司的產品，不斷創新，努力奮斗，為公司作出更大的貢獻。

作為一個技術總監，我在這幾天的實習過程中，通過對各個鋼鐵產品公司的產品與技術的對比，讓我明白了，作為一個技術總監，對公司的產品富有重要責任，一個公司的產品質量必須合格，技術人員必須認真負責，技術的重要性對公司非常重要。同時也讓我明白了，溝通的重要性，一個優秀的技術人員不僅需要過硬的技術，還必須有良好的溝通能力，協調各個部門，才能順利的發展產品，才能更好的研發出更好的產品。

本次談判讓我感觸最深的就是一個團隊的合作精神。我們這個團隊是一群有能力，有信念的人在特定在商務談判的團隊中，為了一個 共同的目標相互支持合作奮斗的。我們的團隊可以調動團隊成員的所有資源和才智，并且會自動地驅除所有不和諧現象。我們這個團隊大家經過努力迸發出強大的力量。我們談判組的總經

理，財務總監，采購部部長，總經理助理，法律顧問和技術總監，大家這個團隊努力合作，各有分工，且分工明確，通過大家不懈的努力，通過資料不斷的匯總，然后大家在一起不斷的修改，再努力，技術分析報告，采購策劃書，合同等資料相互總結，最終形成了一份完美的談判策劃書。

我們這個團隊充分發揚了團隊精神，通過實習讓我明白了團隊精神的意義和重要性，在一個組織或部門之中，團隊合作精神顯得尤為重要，在一個組織之中，很多時候，合作的成員不是我們能選擇得了的，所以，很可能出現組內成員各方面能力參差不齊的情況，如果作為一個領導者，此時就需要很好的凝聚能力，能夠把大多數組員各方面的特性凝聚起來，同時也要求領導者要有很好地與不同的人相處與溝通的能力。要加強與他人的合作，首先就必須保證集體成員是忠誠的，有責任心的，有意志力的，而且，還要有著對于自身團隊的榮譽感，使命感。必須信任團隊的所有成員，彼此之間要開誠布公，互相交心，做到心心相印，毫無保留;要與團隊的每一個成員緊密合作，直到整個團體都能緊密合作為止;分析每一個成員完成工作的動機，分析他們的能力，針對我們每個人的問題，集思廣議，多聽聽大家的建議，同時，我們相互談論，談判工作上工作上對大家有一定要求，做好團隊成員之間的溝通和協調工作，使整個團隊像一臺機器一樣，有條不紊地和諧運轉。

所以，學會與他人合作，發揮團隊精神在具體生活中的運用，可以使我們團隊收到事半功倍的效果，使我們的談判工作更加良好地向前發展。也為談判做了更好的準備。

篇10

[關鍵詞]溫差發電;船舶余熱;節能設計

中圖分類號：U664.5 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）22-0082-01

1 研究背景

19世紀初，國外學者塞貝克發現了塞貝克效應，在此基礎上，國外對溫差發電技術展開了大量研究。溫差發電技術的研究興起于上世紀的50年代，同時能夠在航天器上實現長時間的發電，為人類探索宇宙助力。不過一直以來，盡管該技術優點突出，卻因為為熱電轉換效率所阻礙（轉換效率通常低于12%）以及成本過高的原因，所以該技術基本只在汽車、航空、電力與軍事等工業領域使用，。

我國盡管對于半導體熱電制冷的理論與應用研究有了不少成效，不過在溫差發電方面的研究起步較晚，發展較差。按照塞貝克效應所制作的半導體溫差發電片，通過船舶中的余熱直接轉化為電能。船舶冷卻系統高溫冷卻器和低溫冷卻器之間的溫差與廢氣鍋爐中的廢氣與冷卻水之間的溫差讓發電片的兩極發電。因為單個發電片的發電功率不大，所以多個發電片聚集在一起后就能達到發電需求，產生的電能在穩壓后，就能被直接采用，或是并入船舶電網。

2 溫差發電原理

塞貝克效應

下圖是塞貝克效應的示意圖，此裝置能夠通過溫差直接產生電能。在P型（N型）半導體里，因為熱激發的作用極強，高溫段的空穴（電子）濃度超出了低溫段，在濃度梯度差的作用下空穴因為熱擴散的效果，會由高溫段往低溫段擴散，這樣半導體的兩側就產生了因為溫度梯度差所帶來的電動勢，即溫差電動勢，如此，塞貝克效應就出現了。半導體熱度安的載流子朝冷端擴散是造成塞貝克效應出現的重要因素。

半導體材料的優勢在于，其溫差優值超出金屬導體許多，目前在研究中和各領域所采取的溫差電材料基本以半導體為主，所以溫差發電技術也叫作半導體溫差發電。

一對由P型與N型半導體材料構成的電偶對就是最基礎的發電單元了，倘若將多個電偶對串聯，那么久構成半導體熱點對，也就是溫差發電模塊。半導體熱點對分為單級與多級，單級熱電堆中只有一個固定溫度的冷端與熱端。下圖是單級熱電堆的結構示意圖。

3 節能設計

從船舶柴油機的熱平衡角度出發，用在動力輸出方面的功率通常占到燃油燃燒總熱量的一半還不到，剩余的熱能排出占到燃燒總能量的一半還多，基本上以循環冷卻水和尾氣帶走的熱量為主。船舶余熱利用就是對柴油機工作時沒有轉化為有效使用的熱能展開回收，從而加強能源利用效率，節能能源使用。下表為船舶柴油機的熱平衡表

3.1 船舶余熱利用方式

船舶煙氣余熱盡管通過廢氣鍋爐已經完成了一次余熱的利用，不過通過廢氣鍋爐后的煙氣溫度還維持在三百攝氏度左右，這些熱量以傳統的技術手段無法利用，約有百分之三十五的熱量會直接排入大氣，不但浪費了這部分的熱量，還會造成環境污染，影響船舶柴油機使用的經濟效果。為了能夠充分使用余熱，在溫差發電原理基礎上，筆者認為有兩種途徑能夠實現該目的。

第一種途徑是把溫差發電片組成的陣列設置在柴油機的排氣管和冷卻水管中，通過廢氣與冷卻水間的溫差實現發電的目的。因為這樣的做法能夠直接利用廢氣里的熱量，因此發電效率極高。第二種途徑是把溫差發電片陣列直接放在船舶的淡水冷卻系統與海水冷卻系統間，通過淡水與冷卻海水間的溫差實現對余熱利用的目的，該法在效率上落后于第一種。

3.2 熱交換器

熱交換器在該節能設計中的目的是避免熱量的流失，維持高效的熱量傳導，實現熱量的有效利用。因為溫差發電片的發電功率是由溫差與熱流密度所決定的，所以選取這兩種常見的散熱器，把溫差發電片放在換熱器管道里，分別把冷熱兩種流體導進換熱器里，達到高效發電的目的。筆者在設計里把換熱器中的管子（下圖左）置換成雙層管式結構（下圖右），置換的目的在于，雙層管式的結構中，內外管子中都安放了溫差發電片，并用導熱硅膠填滿剩余空間，這種換熱器的管子能夠確保發電片的熱流密度，從而最大化的利用熱量。

4 性能對比和分析

4.1 經濟型分析計算

按照熱點與案例的工作數據來探究通過溫差發電片實現傳播余熱利用是否可行，接著筆者將使用具體數據來計算發電量的大小。以使用TEHP1-12656-0.3型號的發電片為例，每片安裝尺寸長款都為五十毫米，每平米能夠安裝該發電片240塊，嘉定海水溫度為三十攝氏度，廢氣溫度為三百攝氏度，每平米的發電功率為五千瓦，傳播每年工作時間為六千小時，每年發電量為31500KWh。

目前某型船發電機油耗為150g/KWh，每年能夠減少六噸因發電而使用的燃油，根據目前每噸7000元的油價計算，每年能夠減少42000元的燃油成本支出。該設計中的傳播余熱使用設備每平方米成本為30000元，在計算后得知，該設備投入使用后通過對余熱的利用使得成本減少，兩年后就能收回投資成本，兩年后開始盈利。

4.2 和現有船舶余熱利用技術的比較

該設計和目前船舶上常用的廢氣鍋爐、余熱汽輪機相比較，我們就能發現采用溫差發電裝置盡管對船舶柴油機余熱回收時的效率不如另外兩種裝置，但是其質量更輕、結構簡單以及低成本、少維護的優勢，使其具有高性價比的特質。所以，該設計用在船舶余熱利用方面有著更突出的優勢。

5 結語

該裝置是在塞貝克效應基礎上發展而來的，利用船舶柴油機長時間工作后所排出的余熱進行電力轉換，設計了溫差發電片的布置形式，達到對廢熱的有效利用的目的，加強了船舶柴油機的經濟型。筆者相信，隨著該技術的不斷發展與熱電轉換效率的加強，筆者的設計將會有更加廣泛的使用。

參考文獻：