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篇1
上世纪中叶，单晶硅和半导体晶体管的发明及其硅集成电路的研制成功，导致了电子工业革命；上世纪70年代初石英光导纤维材料和GaAs激光器的发明，促进了光纤通信技术迅速发展并逐步形成了高新技术产业，使人类进入了信息时代。超晶格概念的提出及其半导体超晶格、量子阱材料的研制成功，彻底改变了光电器件的设计思想，使半导体器件的设计与制造从“杂质工程”发展到“能带工程”。纳米科学技术的发展和应用，将使人类能从原子、分子或纳米尺度水平上控制、操纵和制造功能强大的新型器件与电路，必将深刻地影响着世界的政治、经济格局和军事对抗的形式，彻底改变人们的生活方式。
2几种主要半导体材料的发展现状与趋势
2.1硅材料
从提高硅集成电路成品率，降低成本看，增大直拉硅（CZ－Si）单晶的直径和减小微缺陷的密度仍是今后CZ－Si发展的总趋势。目前直径为8英寸（200mm）的Si单晶已实现大规模工业生产，基于直径为12英寸（300mm）硅片的集成电路（IC’s）技术正处在由实验室向工业生产转变中。目前300mm，0．18μm工艺的硅ULSI生产线已经投入生产，300mm,0．13μm工艺生产线也将在2003年完成评估。18英寸重达414公斤的硅单晶和18英寸的硅园片已在实验室研制成功，直径27英寸硅单晶研制也正在积极筹划中。
从进一步提高硅IC’S的速度和集成度看，研制适合于硅深亚微米乃至纳米工艺所需的大直径硅外延片会成为硅材料发展的主流。另外，SOI材料，包括智能剥离（Smartcut）和SIMOX材料等也发展很快。目前，直径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开发中。
理论分析指出30nm左右将是硅MOS集成电路线宽的“极限”尺寸。这不仅是指量子尺寸效应对现有器件特性影响所带来的物理限制和光刻技术的限制问题，更重要的是将受硅、SiO2自身性质的限制。尽管人们正在积极寻找高K介电绝缘材料（如用Si3N4等来替代SiO2），低K介电互连材料，用Cu代替Al引线以及采用系统集成芯片技术等来提高ULSI的集成度、运算速度和功能，但硅将最终难以满足人类不断的对更大信息量需求。为此，人们除寻求基于全新原理的量子计算和DNA生物计算等之外，还把目光放在以GaAs、InP为基的化合物半导体材料，特别是二维超晶格、量子阱，一维量子线与零维量子点材料和可与硅平面工艺兼容GeSi合金材料等，这也是目前半导体材料研发的重点。
2.2GaAs和InP单晶材料
GaAs和InP与硅不同，它们都是直接带隙材料，具有电子饱和漂移速度高，耐高温，抗辐照等特点；在超高速、超高频、低功耗、低噪音器件和电路，特别在光电子器件和光电集成方面占有独特的优势。
目前，世界GaAs单晶的总年产量已超过200吨，其中以低位错密度的垂直梯度凝固法（VGF）和水平（HB）方法生长的2－3英寸的导电GaAs衬底材料为主；近年来，为满足高速移动通信的迫切需求，大直径（4,6和8英寸）的SI－GaAs发展很快。美国莫托罗拉公司正在筹建6英寸的SI－GaAs集成电路生产线。InP具有比GaAs更优越的高频性能，发展的速度更快，但研制直径3英寸以上大直径的InP单晶的关键技术尚未完全突破，价格居高不下。
GaAs和InP单晶的发展趋势是：（1）．增大晶体直径，目前4英寸的SI－GaAs已用于生产，预计本世纪初的头几年直径为6英寸的SI－GaAs也将投入工业应用。(2)．提高材料的电学和光学微区均匀性。（3）．降低单晶的缺陷密度，特别是位错。（4）．GaAs和InP单晶的VGF生长技术发展很快，很有可能成为主流技术。
2.3半导体超晶格、量子阱材料
半导体超薄层微结构材料是基于先进生长技术（MBE，MOCVD）的新一代人工构造材料。它以全新的概念改变着光电子和微电子器件的设计思想，出现了“电学和光学特性可剪裁”为特征的新范畴，是新一代固态量子器件的基础材料。
(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基晶格匹配和应变补偿材料体系已发展得相当成熟，已成功地用来制造超高速，超高频微电子器件和单片集成电路。高电子迁移率晶体管(HEMT），赝配高电子迁移率晶体管（P－HEMT）器件最好水平已达fmax=600GHz，输出功率58mW,功率增益6.4db;双异质结双极晶体管（HBT）的最高频率fmax也已高达500GHz,HEMT逻辑电路研制也发展很快。基于上述材料体系的光通信用1．3μm和1.5μm的量子阱激光器和探测器，红、黄、橙光发光二极管和红光激光器以及大功率半导体量子阱激光器已商品化；表面光发射器件和光双稳器件等也已达到或接近达到实用化水平。目前，研制高质量的1．5μm分布反馈（DFB）激光器和电吸收（EA）调制器单片集成InP基多量子阱材料和超高速驱动电路所需的低维结构材料是解决光纤通信瓶颈问题的关键，在实验室西门子公司已完成了80×40Gbps传输40km的实验。另外，用于制造准连续兆瓦级大功率激光阵列的高质量量子阱材料也受到人们的重视。
虽然常规量子阱结构端面发射激光器是目前光电子领域占统治地位的有源器件，但由于其有源区极薄(～0．01μm）端面光电灾变损伤，大电流电热烧毁和光束质量差一直是此类激光器的性能改善和功率提高的难题。采用多有源区量子级联耦合是解决此难题的有效途径之一。我国早在1999年，就研制成功980nmInGaAs带间量子级联激光器，输出功率达5W以上；2000年初，法国汤姆逊公司又报道了单个激光器准连续输出功率超过10瓦好结果。最近，我国的科研工作者又提出并开展了多有源区纵向光耦合垂直腔面发射激光器研究，这是一种具有高增益、极低阈值、高功率和高光束质量的新型激光器，在未来光通信、光互联与光电信息处理方面有着良好的应用前景。
为克服PN结半导体激光器的能隙对激光器波长范围的限制，1994年美国贝尔实验室发明了基于量子阱内子带跃迁和阱间共振隧穿的量子级联激光器，突破了半导体能隙对波长的限制。自从1994年InGaAs／InAIAs／InP量子级联激光器（QCLs）发明以来，Bell实验室等的科学家，在过去的7年多的时间里，QCLs在向大功率、高温和单膜工作等研究方面取得了显着的进展。2001年瑞士Neuchatel大学的科学家采用双声子共振和三量子阱有源区结构使波长为9．1μm的QCLs的工作温度高达312K，连续输出功率3mW。量子级联激光器的工作波长已覆盖近红外到远红外波段（3－87μm），并在光通信、超高分辨光谱、超高灵敏气体传感器、高速调制器和无线光学连接等方面显示出重要的应用前景。中科院上海微系统和信息技术研究所于1999年研制成功120K5μm和250K8μm的量子级联激光器；中科院半导体研究所于2000年又研制成功3．7μm室温准连续应变补偿量子级联激光器，使我国成为能研制这类高质量激光器材料为数不多的几个国家之一。
目前，Ⅲ－V族超晶格、量子阱材料作为超薄层微结构材料发展的主流方向，正从直径3英寸向4英寸过渡；生产型的MBE和M0CVD设备已研制成功并投入使用，每台年生产能力可高达3．75×104片4英寸或1．5×104片6英寸。英国卡迪夫的MOCVD中心，法国的PicogigaMBE基地，美国的QED公司，Motorola公司，日本的富士通，NTT，索尼等都有这种外延材料出售。生产型MBE和MOCVD设备的成熟与应用，必然促进衬底材料设备和材料评价技术的发展。
(2)硅基应变异质结构材料。硅基光、电器件集成一直是人们所追求的目标。但由于硅是间接带隙，如何提高硅基材料发光效率就成为一个亟待解决的问题。虽经多年研究，但进展缓慢。人们目前正致力于探索硅基纳米材料（纳米Si／SiO2），硅基SiGeC体系的Si1－yCy/Si1－xGex低维结构，Ge／Si量子点和量子点超晶格材料，Si／SiC量子点材料，GaN／BP／Si以及GaN／Si材料。最近，在GaN／Si上成功地研制出LED发光器件和有关纳米硅的受激放大现象的报道，使人们看到了一线希望。
另一方面，GeSi／Si应变层超晶格材料，因其在新一代移动通信上的重要应用前景，而成为目前硅基材料研究的主流。Si/GeSiMODFET和MOSFET的最高截止频率已达200GHz，HBT最高振荡频率为160GHz，噪音在10GHz下为0．9db，其性能可与GaAs器件相媲美。
尽管GaAs／Si和InP／Si是实现光电子集成理想的材料体系，但由于晶格失配和热膨胀系数等不同造成的高密度失配位错而导致器件性能退化和失效，防碍着它的使用化。最近，Motolora等公司宣称，他们在12英寸的硅衬底上，用钛酸锶作协变层（柔性层），成功的生长了器件级的GaAs外延薄膜，取得了突破性的进展。
2.4一维量子线、零维量子点半导体微结构材料
基于量子尺寸效应、量子干涉效应，量子隧穿效应和库仑阻效应以及非线性光学效应等的低维半导体材料是一种人工构造（通过能带工程实施）的新型半导体材料，是新一代微电子、光电子器件和电路的基础。它的发展与应用，极有可能触发新的技术革命。
目前低维半导体材料生长与制备主要集中在几个比较成熟的材料体系上，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，并在纳米微电子和光电子研制方面取得了重大进展。俄罗斯约飞技术物理所MBE小组，柏林的俄德联合研制小组和中科院半导体所半导体材料科学重点实验室的MBE小组等研制成功的In（Ga）As／GaAs高功率量子点激光器，工作波长lμm左右，单管室温连续输出功率高达3．6～4W。特别应当指出的是我国上述的MBE小组，2001年通过在高功率量子点激光器的有源区材料结构中引入应力缓解层，抑制了缺陷和位错的产生，提高了量子点激光器的工作寿命，室温下连续输出功率为1W时工作寿命超过5000小时，这是大功率激光器的一个关键参数，至今未见国外报道。
在单电子晶体管和单电子存贮器及其电路的研制方面也获得了重大进展，1994年日本NTT就研制成功沟道长度为30nm纳米单电子晶体管，并在150K观察到栅控源－漏电流振荡；1997年美国又报道了可在室温工作的单电子开关器件，1998年Yauo等人采用0．25微米工艺技术实现了128Mb的单电子存贮器原型样机的制造，这是在单电子器件在高密度存贮电路的应用方面迈出的关键一步。目前，基于量子点的自适应网络计算机，单光子源和应用于量子计算的量子比特的构建等方面的研究也正在进行中。
与半导体超晶格和量子点结构的生长制备相比，高度有序的半导体量子线的制备技术难度较大。中科院半导体所半导体材料科学重点实验室的MBE小组，在继利用MBE技术和SK生长模式，成功地制备了高空间有序的InAs／InAI（Ga）As／InP的量子线和量子线超晶格结构的基础上，对InAs／InAlAs量子线超晶格的空间自对准（垂直或斜对准）的物理起因和生长控制进行了研究，取得了较大进展。
王中林教授领导的乔治亚理工大学的材料科学与工程系和化学与生物化学系的研究小组，基于无催化剂、控制生长条件的氧化物粉末的热蒸发技术，成功地合成了诸如ZnO、SnO2、In2O3和Ga2O3等一系列半导体氧化物纳米带，它们与具有圆柱对称截面的中空纳米管或纳米线不同，这些原生的纳米带呈现出高纯、结构均匀和单晶体，几乎无缺陷和位错；纳米线呈矩形截面，典型的宽度为20－300nm，宽厚比为5－10，长度可达数毫米。这种半导体氧化物纳米带是一个理想的材料体系，可以用来研究载流子维度受限的输运现象和基于它的功能器件制造。香港城市大学李述汤教授和瑞典隆德大学固体物理系纳米中心的LarsSamuelson教授领导的小组，分别在SiO2／Si和InAs／InP半导体量子线超晶格结构的生长制各方面也取得了重要进展。
低维半导体结构制备的方法很多，主要有：微结构材料生长和精细加工工艺相结合的方法，应变自组装量子线、量子点材料生长技术，图形化衬底和不同取向晶面选择生长技术，单原子操纵和加工技术，纳米结构的辐照制备技术，及其在沸石的笼子中、纳米碳管和溶液中等通过物理或化学方法制备量子点和量子线的技术等。目前发展的主要趋势是寻找原子级无损伤加工方法和纳米结构的应变自组装可控生长技术，以求获得大小、形状均匀、密度可控的无缺陷纳米结构。
2.5宽带隙半导体材料
宽带隙半导体材主要指的是金刚石，III族氮化物，碳化硅，立方氮化硼以及氧化物（ZnO等）及固溶体等，特别是SiC、GaN和金刚石薄膜等材料，因具有高热导率、高电子饱和漂移速度和大临界击穿电压等特点，成为研制高频大功率、耐高温、抗辐照半导体微电子器件和电路的理想材料；在通信、汽车、航空、航天、石油开采以及国防等方面有着广泛的应用前景。另外，III族氮化物也是很好的光电子材料，在蓝、绿光发光二极管（LED)和紫、蓝、绿光激光器（LD）以及紫外探测器等应用方面也显示了广泛的应用前景。随着1993年GaN材料的P型掺杂突破，GaN基材料成为蓝绿光发光材料的研究热点。目前，GaN基蓝绿光发光二极管己商品化，GaN基LD也有商品出售，最大输出功率为0．5W。在微电子器件研制方面，GaN基FET的最高工作频率（fmax）已达140GHz，fT=67GHz，跨导为260ms／mm；HEMT器件也相继问世，发展很快。此外，256×256GaN基紫外光电焦平面阵列探测器也已研制成功。特别值得提出的是，日本Sumitomo电子工业有限公司2000年宣称，他们采用热力学方法已研制成功2英寸GaN单晶材料，这将有力的推动蓝光激光器和GaN基电子器件的发展。另外，近年来具有反常带隙弯曲的窄禁带InAsN，InGaAsN,GaNP和GaNAsP材料的研制也受到了重视，这是因为它们在长波长光通信用高T0光源和太阳能电池等方面显示了重要应用前景。
以Cree公司为代表的体SiC单晶的研制已取得突破性进展，2英寸的4H和6HSiC单晶与外延片，以及3英寸的4HSiC单晶己有商品出售；以SiC为GaN基材料衬低的蓝绿光LED业已上市，并参于与以蓝宝石为衬低的GaN基发光器件的竟争。其他SiC相关高温器件的研制也取得了长足的进步。目前存在的主要问题是材料中的缺陷密度高，且价格昂贵。
II－VI族兰绿光材料研制在徘徊了近30年后，于1990年美国3M公司成功地解决了II－VI族的P型掺杂难点而得到迅速发展。1991年3M公司利用MBE技术率先宣布了电注入（Zn，Cd）Se／ZnSe兰光激光器在77K（495nm）脉冲输出功率100mW的消息，开始了II－VI族兰绿光半导体激光（材料）器件研制的。经过多年的努力，目前ZnSe基II－VI族兰绿光激光器的寿命虽已超过1000小时，但离使用差距尚大，加之GaN基材料的迅速发展和应用，使II－VI族兰绿光材料研制步伐有所变缓。提高有源区材料的完整性，特别是要降低由非化学配比导致的点缺陷密度和进一步降低失配位错和解决欧姆接触等问题，仍是该材料体系走向实用化前必须要解决的问题。
宽带隙半导体异质结构材料往往也是典型的大失配异质结构材料，所谓大失配异质结构材料是指晶格常数、热膨胀系数或晶体的对称性等物理参数有较大差异的材料体系，如GaN／蓝宝石（Sapphire），SiC／Si和GaN／Si等。大晶格失配引发界面处大量位错和缺陷的产生，极大地影响着微结构材料的光电性能及其器件应用。如何避免和消除这一负面影响，是目前材料制备中的一个迫切要解决的关键科学问题。这个问题的解泱，必将大大地拓宽材料的可选择余地，开辟新的应用领域。
目前，除SiC单晶衬低材料，GaN基蓝光LED材料和器件已有商品出售外，大多数高温半导体材料仍处在实验室研制阶段，不少影响这类材料发展的关键问题,如GaN衬底，ZnO单晶簿膜制备，P型掺杂和欧姆电极接触，单晶金刚石薄膜生长与N型掺杂，II－VI族材料的退化机理等仍是制约这些材料实用化的关键问题，国内外虽已做了大量的研究，至今尚未取得重大突破。
3光子晶体
光子晶体是一种人工微结构材料，介电常数周期的被调制在与工作波长相比拟的尺度，来自结构单元的散射波的多重干涉形成一个光子带隙，与半导体材料的电子能隙相似，并可用类似于固态晶体中的能带论来描述三维周期介电结构中光波的传播，相应光子晶体光带隙（禁带）能量的光波模式在其中的传播是被禁止的。如果光子晶体的周期性被破坏，那么在禁带中也会引入所谓的“施主”和“受主”模，光子态密度随光子晶体维度降低而量子化。如三维受限的“受主”掺杂的光子晶体有希望制成非常高Q值的单模微腔，从而为研制高质量微腔激光器开辟新的途径。光子晶体的制备方法主要有：聚焦离子束（FIB）结合脉冲激光蒸发方法，即先用脉冲激光蒸发制备如Ag/MnO多层膜，再用FIB注入隔离形成一维或二维平面阵列光子晶体；基于功能粒子（磁性纳米颗粒Fe2O3，发光纳米颗粒CdS和介电纳米颗粒TiO2）和共轭高分子的自组装方法，可形成适用于可见光范围的三维纳米颗粒光子晶体；二维多空硅也可制作成一个理想的3－5μm和1．5μm光子带隙材料等。目前，二维光子晶体制造已取得很大进展，但三维光子晶体的研究，仍是一个具有挑战性的课题。最近，Campbell等人提出了全息光栅光刻的方法来制造三维光子晶体，取得了进展。
4量子比特构建与材料
随着微电子技术的发展，计算机芯片集成度不断增高，器件尺寸越来越小（nm尺度）并最终将受到器件工作原理和工艺技术限制，而无法满足人类对更大信息量的需求。为此，发展基于全新原理和结构的功能强大的计算机是21世纪人类面临的巨大挑战之一。1994年Shor基于量子态叠加性提出的量子并行算法并证明可轻而易举地破译目前广泛使用的公开密钥Rivest，Shamir和Adlman（RSA）体系，引起了人们的广泛重视。
所谓量子计算机是应用量子力学原理进行计算的装置，理论上讲它比传统计算机有更快的运算速度，更大信息传递量和更高信息安全保障，有可能超越目前计算机理想极限。实现量子比特构造和量子计算机的设想方案很多，其中最引人注目的是Kane最近提出的一个实现大规模量子计算的方案。其核心是利用硅纳米电子器件中磷施主核自旋进行信息编码，通过外加电场控制核自旋间相互作用实现其逻辑运算，自旋测量是由自旋极化电子电流来完成，计算机要工作在mK的低温下。
这种量子计算机的最终实现依赖于与硅平面工艺兼容的硅纳米电子技术的发展。除此之外，为了避免杂质对磷核自旋的干扰，必需使用高纯（无杂质）和不存在核自旋不等于零的硅同位素（29Si）的硅单晶；减小SiO2绝缘层的无序涨落以及如何在硅里掺入规则的磷原子阵列等是实现量子计算的关键。量子态在传输，处理和存储过程中可能因环境的耦合（干扰），而从量子叠加态演化成经典的混合态，即所谓失去相干，特别是在大规模计算中能否始终保持量子态间的相干是量子计算机走向实用化前所必需克服的难题。
5发展我国半导体材料的几点建议
鉴于我国目前的工业基础，国力和半导体材料的发展水平，提出以下发展建议供参考。
5.1硅单晶和外延材料
硅材料作为微电子技术的主导地位至少到本世纪中叶都不会改变，至今国内各大集成电路制造厂家所需的硅片基本上是依赖进口。目前国内虽已可拉制8英寸的硅单晶和小批量生产6英寸的硅外延片，然而都未形成稳定的批量生产能力，更谈不上规模生产。建议国家集中人力和财力，首先开展8英寸硅单晶实用化和6英寸硅外延片研究开发，在“十五”的后期，争取做到8英寸集成电路生产线用硅单晶材料的国产化，并有6～8英寸硅片的批量供片能力。到2010年左右，我国应有8～12英寸硅单晶、片材和8英寸硅外延片的规模生产能力；更大直径的硅单晶、片材和外延片也应及时布点研制。另外，硅多晶材料生产基地及其相配套的高纯石英、气体和化学试剂等也必需同时给以重视，只有这样，才能逐步改观我国微电子技术的落后局面，进入世界发达国家之林。
5.2GaAs及其有关化合物半导体单晶
材料发展建议
GaAs、InP等单晶材料同国外的差距主要表现在拉晶和晶片加工设备落后，没有形成生产能力。相信在国家各部委的统一组织、领导下，并争取企业介入，建立我国自己的研究、开发和生产联合体，取各家之长，分工协作，到2010年赶上世界先进水平是可能的。要达到上述目的，到“十五”末应形成以4英寸单晶为主2－3吨／年的SI－GaAs和3－5吨／年掺杂GaAs、InP单晶和开盒就用晶片的生产能力，以满足我国不断发展的微电子和光电子工业的需术。到2010年，应当实现4英寸GaAs生产线的国产化，并具有满足6英寸线的供片能力。
5.3发展超晶格、量子阱和一维、零维半导体
微结构材料的建议
(1)超晶格、量子阱材料
从目前我国国力和我们已有的基础出发，应以三基色（超高亮度红、绿和蓝光）材料和光通信材料为主攻方向，并兼顾新一代微电子器件和电路的需求，加强MBE和MOCVD两个基地的建设，引进必要的适合批量生产的工业型MBE和MOCVD设备并着重致力于GaAlAs／GaAs，InGaAlP／InGaP,GaN基蓝绿光材料，InGaAs／InP和InGaAsP／InP等材料体系的实用化研究是当务之急，争取在“十五”末，能满足国内2、3和4英寸GaAs生产线所需要的异质结材料。到2010年，每年能具备至少100万平方英寸MBE和MOCVD微电子和光电子微结构材料的生产能力。达到本世纪初的国际水平。
宽带隙高温半导体材料如SiC，GaN基微电子材料和单晶金刚石薄膜以及ZnO等材料也应择优布点，分别做好研究与开发工作。
篇2
1半导体物理实验课程存在的问题与困难
半导体物理实验是物理学专业电子材料与器件工程方向必修的一门专业实验课，旨在培养学生对半导体材料和器件的制备及测试方法的实践操作能力，其教学效果直接影响着后续研究生阶段的学习和毕业工作实践。通过对前几年本专业毕业生的就业情况分析，发现该专业毕业生缺乏对领域内前沿技术的理解和掌握。由于没有经过相关知识的实验训练，不少毕业生就业后再学习过程较长，融入企事业单位较慢，因此提升空间受到限制。1．1教学内容简单陈旧。目前，国内高校在半导体物理实验课程教学内容的设置上大同小异，基础性实验居多，对于新能源、新型电子器件等领域的相关实验内容完全没有或涉及较少。某些高校还利用虚拟实验来进行实验教学，其实验效果远不如学生实际动手操作。我校的半导体物理实验原有教学内容主要参照上个世纪七、八十年代国家对半导体产业人才培养的要求所设置，受技术、条件所限，主要以传统半导体物理的基础类实验为主，实验内容陈旧。但是在实验内容中添加新能源、新型电子器件等领域的技术方法，对于增加学生对所学领域内最新前沿技术的了解，掌握现代技术中半导体材料特性相关的实验手段和测试技术是极为重要的。1．2仪器设备严重匮乏。半导体物理实验的教学目标是使学生熟练掌握半导体材料和器件的制备、基本物理参数以及物理性质的测试原理和表征方法，为半导体材料与器件的开发设计与研制奠定基础。随着科学技术的不断发展，专业实验的教学内容应随着专业知识的更新及行业的发展及时调整，从而能更好的完成课程教学目标的要求，培养新时代的人才。实验内容的调整和更新需要有新型的实验仪器设备做保障，但我校原有实验教学仪器设备绝大部分生产于上个世纪六七十年代，在长期实验教学过程中，不少仪器因无法修复的故障而处于待报废状态。由于仪器设备不能及时更新，致使个别实验内容无法正常进行，可运行的仪器设备也因为年代久远，实验误差大、重复性低，有时甚至会得到错误的实验结果，只能作学生“按部就班”的基础实验，难以进行实验内容的调整，将新技术新方法应用于教学中。因此，在改革之前半导体物理实验的实验设计以基础类实验为主，设计性、应用性、综合性等提高类实验较少，且无法开展创新类实验。缺少自主设计、创新、协作等实践能力的训练，不仅极大地降低学生对专业实验的兴趣，且不利于学生实践和创新创业能力的培养，半导体物理实验课程的改革势在必行。
2半导体物理实验课程改革的内容与举措
半导体物理实验开设时间为本科大四秋季学期，该实验课与专业理论课半导体物理学、半导体器件、薄膜物理学在同一学期进行。随着半导体技术日新月异发展的今天，对半导体物理实验的教学内容也提出了新的要求，因此，要求这门实验课程不仅能够通过对半导体材料某些重要参数和特性的观测，使学生掌握半导体材料和器件的制备及基本物理参数与物理性质的测试方法，而且可以在铺垫必备基础和实际操作技能的同时，拓展学生在电子材料与器件工程领域的科学前沿知识，为将来独立开展产品的研制和科学研究打下坚实的基础。2．1实验基础设施的建设。2013年年底，基于我校本科教学项目的资金支持，半导体物理实验教学团队通过调研国内外高校现行半导体物理实验教学资料，结合我校实验教学的自身特点，按照创新教育的要求重新设计了半导体物理实验内容，并根据所开设实验教学内容合理配置相应的实验仪器设备，新配置仪器设备具有一定的前瞻性，品质优良，数量合理，保证实验教学质量。由于作为一门专业实验课，每学年只有一个学期承担教学任务，为了提高仪器设备的利用率，做到实验设备资源的不浪费，计划成立一间半导体物理实验专属的实验室，用于陈放新购置的实验设备，在没有教学任务的学期，该实验室做为科研实验室和创新创业实验室使用。通过近三年的建设，半导体物理实验专属实验室———新能源材料与电子器件工程创新实验室建成并投入使用，该实验室为电子材料与器件工程方向的本科生毕业论文设计以及全院本科生的创新创业实验设计提供了基本保障，更为重要的是该实验室的建成极大地改善了半导体物理实验的原有教学条件，解决了实际困难，使得半导体物理实验教学效果显著提升。不仅加强了学生对专业核心知识理解和掌握，而且启发学生综合运用所学知识创造性地解决实际问题，有效提高学生的实践动手能力、创新能力和综合素质。2．2实验教学内容的更新。半导体物理实验是一门72学时的实验课，在专属实验室建成后，按照重视基础、突出综合、强调创新、提升能力的要求，逐步培养与提高学生的科学实验素质和创新能力，构建了“九—八—五”新的实验内容体系，包括如下三个层次(表1)。第一层次为“九”个基础型实验，涵盖对半导体材料的物理性质(结构、电学、光学)的测定，通过对物理量的测量验证物理规律，训练学生观察、分析和研究半导体物理实验现象的能力，掌握常用基本半导体物理实验仪器的原理、性能和测量方法等。第二层次为“八”个提高型实验(综合、应用性实验)，学生通过第一层次的实验训练后，已掌握了基本的实验方法和技能，在此基础上，开展综合性实验，可以培养学生综合运用所学知识以及分析和解决问题的能力。通过应用性实验培养学生将来利用设备原理从事生产或者技术服务的能力。第三层次为“五”个设计创新型实验，学生需运用多学科知识、综合多学科内容，结合教师的科研项目进行创新研究，通过设计型实验可以锻炼学生组织和自主实验的能力，着力培养学生创新实践能力和基本的科研素质。每个基础型实验4学时，提高型实验8学时，创新型实验12学时，规定基础型为必修实验，提高型、创新型为选作实验。九个基础型实验全部完成后，学生可根据兴趣和毕业设计要求在提高型、创新型实验中各分别选做一定数量的实验，在开课学期结束时完成至少72个学时的实验并获得成绩方为合格。2．3实验教学方式的优化。在教学方式上，建立以学生为中心、学生自我训练为主的教学模式，充分调动学生的主观能动性。将之前老师实验前的讲解转变为学生代表讲解实验内容，然后老师提问并补充完善，在整个实验安排过程中，实验内容由浅入深、由简单到综合、逐步过渡至设计和研究创新型实验。三个层次的实验内容形成连贯的实验梯度教学体系，在充分激发学生学习兴趣的同时，培养学生自主学习、自发解决问题的能力。2．4实验考核机制的改革。目前大部分实验课的成绩由每次实验后的“实验报告”的平均成绩决定，然而单独一份实验报告并不能够完整反应学生的实际动手操作能力和对实验内容的熟悉程度。因此，本课程将此改革为总成绩由每次“实验”的平均成绩决定。每次实验成绩包括实验预习、实验操作和实验报告三部分，实验开始前通过问答以及学生讲解实验内容来给出实验预习成绩;实验操作成绩是个团队成绩反映每组实验学生在实验过程中的动手能力以及组员之间的相互协助情况;针对提高型和创新性实验，特别是创新性实验，要求以科技论文的形式来撰写实验报告，以此来锻炼本科生的科技论文写作能力。通过三部分综合来给出的实验成绩更注重对知识的掌握、能力的提高和综合素质的培养等方面的考核。
3半导体物理实验课程改革后的成效
半导体物理实验在我校本科教学项目的支持下，购置并更新了实验设备建立了专属实验室，构建了“九—八—五”新实验内容体系，并采用新的教学方式和考核机制，教师和学生普遍感觉到新实验教学体系的目的性、整体性和层次性都得到了极大的提高。教学内容和教学方式的调整，使学生理论联系实际的能力得到增强，提高了学生的积极性和主动性。实验中学生实际动手的机会增多，对知识的渴求程度明显加强，为了更好地完成创新设计实验，部分本科生还会主动去查阅研中英文科技文献，真正做到了自主自觉的学习。通过实验课程的教学，学生掌握了科技论文的基本格式，数据处理的图表制作，了解了科学研究的过程，具备了基本的科研能力，也为学生的毕业设计打下了良好的基础。与此同时，利用新购置的实验设备建立的实验室，在做为科研实验室和创新创业实验室使用时，也取得了优异的成绩。依托本实验室，2015年“国家级大学生创新创业训练计划”立项3项，2016年“国家级大学生创新创业训练计划”立项4项。
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上世纪中叶，单晶硅和半导体晶体管的发明及其硅集成电路的研制成功，导致了电子工业革命；上世纪70年代初石英光导纤维材料和GaAs激光器的发明，促进了光纤通信技术迅速发展并逐步形成了高新技术产业，使人类进入了信息时代。超晶格概念的提出及其半导体超晶格、量子阱材料的研制成功，彻底改变了光电器件的设计思想，使半导体器件的设计与制造从“杂质工程”发展到“能带工程”。纳米科学技术的发展和应用，将使人类能从原子、分子或纳米尺度水平上控制、操纵和制造功能强大的新型器件与电路，必将深刻地影响着世界的政治、经济格局和军事对抗的形式，彻底改变人们的生活方式。
2几种主要半导体材料的发展现状与趋势
2.1硅材料
从提高硅集成电路成品率，降低成本看，增大直拉硅（CZ－Si）单晶的直径和减小微缺陷的密度仍是今后CZ－Si发展的总趋势。目前直径为8英寸（200mm）的Si单晶已实现大规模工业生产，基于直径为12英寸（300mm）硅片的集成电路（IC‘s）技术正处在由实验室向工业生产转变中。目前300mm，0.18μm工艺的硅ULSI生产线已经投入生产，300mm，0.13μm工艺生产线也将在2003年完成评估。18英寸重达414公斤的硅单晶和18英寸的硅园片已在实验室研制成功，直径27英寸硅单晶研制也正在积极筹划中。
从进一步提高硅IC‘S的速度和集成度看，研制适合于硅深亚微米乃至纳米工艺所需的大直径硅外延片会成为硅材料发展的主流。另外，SOI材料，包括智能剥离（Smartcut）和SIMOX材料等也发展很快。目前，直径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开发中。
理论分析指出30nm左右将是硅MOS集成电路线宽的“极限”尺寸。这不仅是指量子尺寸效应对现有器件特性影响所带来的物理限制和光刻技术的限制问题，更重要的是将受硅、SiO2自身性质的限制。尽管人们正在积极寻找高K介电绝缘材料（如用Si3N4等来替代SiO2），低K介电互连材料，用Cu代替Al引线以及采用系统集成芯片技术等来提高ULSI的集成度、运算速度和功能，但硅将最终难以满足人类不断的对更大信息量需求。为此，人们除寻求基于全新原理的量子计算和DNA生物计算等之外，还把目光放在以GaAs、InP为基的化合物半导体材料，特别是二维超晶格、量子阱，一维量子线与零维量子点材料和可与硅平面工艺兼容GeSi合金材料等，这也是目前半导体材料研发的重点。
2.2GaAs和InP单晶材料
GaAs和InP与硅不同，它们都是直接带隙材料，具有电子饱和漂移速度高，耐高温，抗辐照等特点；在超高速、超高频、低功耗、低噪音器件和电路，特别在光电子器件和光电集成方面占有独特的优势。
目前，世界GaAs单晶的总年产量已超过200吨，其中以低位错密度的垂直梯度凝固法（VGF）和水平（HB）方法生长的2－3英寸的导电GaAs衬底材料为主；近年来，为满足高速移动通信的迫切需求，大直径（4，6和8英寸）的SI－GaAs发展很快。美国莫托罗拉公司正在筹建6英寸的SI－GaAs集成电路生产线。InP具有比GaAs更优越的高频性能，发展的速度更快，但研制直径3英寸以上大直径的InP单晶的关键技术尚未完全突破，价格居高不下。
GaAs和InP单晶的发展趋势是：
（1）。增大晶体直径，目前4英寸的SI－GaAs已用于生产，预计本世纪初的头几年直径为6英寸的SI－GaAs也将投入工业应用。
（2）。提高材料的电学和光学微区均匀性。
（3）。降低单晶的缺陷密度，特别是位错。
（4）。GaAs和InP单晶的VGF生长技术发展很快，很有可能成为主流技术。
2.3半导体超晶格、量子阱材料
半导体超薄层微结构材料是基于先进生长技术（MBE，MOCVD）的新一代人工构造材料。它以全新的概念改变着光电子和微电子器件的设计思想，出现了“电学和光学特性可剪裁”为特征的新范畴，是新一代固态量子器件的基础材料。
（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基晶格匹配和应变补偿材料体系已发展得相当成熟，已成功地用来制造超高速，超高频微电子器件和单片集成电路。高电子迁移率晶体管（HEMT），赝配高电子迁移率晶体管（P－HEMT）器件最好水平已达fmax=600GHz，输出功率58mW，功率增益6.4db；双异质结双极晶体管（HBT）的最高频率fmax也已高达500GHz，HEMT逻辑电路研制也发展很快。基于上述材料体系的光通信用1.3μm和1.5μm的量子阱激光器和探测器，红、黄、橙光发光二极管和红光激光器以及大功率半导体量子阱激光器已商品化；表面光发射器件和光双稳器件等也已达到或接近达到实用化水平。目前，研制高质量的1.5μm分布反馈（DFB）激光器和电吸收（EA）调制器单片集成InP基多量子阱材料和超高速驱动电路所需的低维结构材料是解决光纤通信瓶颈问题的关键，在实验室西门子公司已完成了80×40Gbps传输40km的实验。另外，用于制造准连续兆瓦级大功率激光阵列的高质量量子阱材料也受到人们的重视。
虽然常规量子阱结构端面发射激光器是目前光电子领域占统治地位的有源器件，但由于其有源区极薄（～0.01μm）端面光电灾变损伤，大电流电热烧毁和光束质量差一直是此类激光器的性能改善和功率提高的难题。采用多有源区量子级联耦合是解决此难题的有效途径之一。我国早在1999年，就研制成功980nmInGaAs带间量子级联激光器，输出功率达5W以上；2000年初，法国汤姆逊公司又报道了单个激光器准连续输出功率超过10瓦好结果。最近，我国的科研工作者又提出并开展了多有源区纵向光耦合垂直腔面发射激光器研究，这是一种具有高增益、极低阈值、高功率和高光束质量的新型激光器，在未来光通信、光互联与光电信息处理方面有着良好的应用前景。
为克服PN结半导体激光器的能隙对激光器波长范围的限制，1994年美国贝尔实验室发明了基于量子阱内子带跃迁和阱间共振隧穿的量子级联激光器，突破了半导体能隙对波长的限制。自从1994年InGaAs／InAIAs／InP量子级联激光器（QCLs）发明以来，Bell实验室等的科学家，在过去的7年多的时间里，QCLs在向大功率、高温和单膜工作等研究方面取得了显着的进展。2001年瑞士Neuchatel大学的科学家采用双声子共振和三量子阱有源区结构使波长为9.1μm的QCLs的工作温度高达312K，连续输出功率3mW.量子级联激光器的工作波长已覆盖近红外到远红外波段（3－87μm），并在光通信、超高分辨光谱、超高灵敏气体传感器、高速调制器和无线光学连接等方面显示出重要的应用前景。中科院上海微系统和信息技术研究所于1999年研制成功120K5μm和250K8μm的量子级联激光器；中科院半导体研究所于2000年又研制成功3.7μm室温准连续应变补偿量子级联激光器，使我国成为能研制这类高质量激光器材料为数不多的几个国家之一。
目前，Ⅲ－V族超晶格、量子阱材料作为超薄层微结构材料发展的主流方向，正从直径3英寸向4英寸过渡；生产型的MBE和M0CVD设备已研制成功并投入使用，每台年生产能力可高达3.75×104片4英寸或1.5×104片6英寸。英国卡迪夫的MOCVD中心，法国的PicogigaMBE基地，美国的QED公司，Motorola公司，日本的富士通，NTT，索尼等都有这种外延材料出售。生产型MBE和MOCVD设备的成熟与应用，必然促进衬底材料设备和材料评价技术的发展。
（2）硅基应变异质结构材料。
硅基光、电器件集成一直是人们所追求的目标。但由于硅是间接带隙，如何提高硅基材料发光效率就成为一个亟待解决的问题。虽经多年研究，但进展缓慢。人们目前正致力于探索硅基纳米材料（纳米Si／SiO2），硅基SiGeC体系的Si1－yCy/Si1－xGex低维结构，Ge／Si量子点和量子点超晶格材料，Si／SiC量子点材料，GaN／BP／Si以及GaN／Si材料。最近，在GaN／Si上成功地研制出LED发光器件和有关纳米硅的受激放大现象的报道，使人们看到了一线希望。
另一方面，GeSi／Si应变层超晶格材料，因其在新一代移动通信上的重要应用前景，而成为目前硅基材料研究的主流。Si/GeSiMODFET和MOSFET的最高截止频率已达200GHz，HBT最高振荡频率为160GHz，噪音在10GHz下为0.9db，其性能可与GaAs器件相媲美。
尽管GaAs／Si和InP／Si是实现光电子集成理想的材料体系，但由于晶格失配和热膨胀系数等不同造成的高密度失配位错而导致器件性能退化和失效，防碍着它的使用化。最近，Motolora等公司宣称，他们在12英寸的硅衬底上，用钛酸锶作协变层（柔性层），成功的生长了器件级的GaAs外延薄膜，取得了突破性的进展。
2.4一维量子线、零维量子点半导体微结构材料
基于量子尺寸效应、量子干涉效应，量子隧穿效应和库仑阻效应以及非线性光学效应等的低维半导体材料是一种人工构造（通过能带工程实施）的新型半导体材料，是新一代微电子、光电子器件和电路的基础。它的发展与应用，极有可能触发新的技术革命。
目前低维半导体材料生长与制备主要集中在几个比较成熟的材料体系上，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，并在纳米微电子和光电子研制方面取得了重大进展。俄罗斯约飞技术物理所MBE小组，柏林的俄德联合研制小组和中科院半导体所半导体材料科学重点实验室的MBE小组等研制成功的In（Ga）As／GaAs高功率量子点激光器，工作波长lμm左右，单管室温连续输出功率高达3.6～4W.特别应当指出的是我国上述的MBE小组，2001年通过在高功率量子点激光器的有源区材料结构中引入应力缓解层，抑制了缺陷和位错的产生，提高了量子点激光器的工作寿命，室温下连续输出功率为1W时工作寿命超过5000小时，这是大功率激光器的一个关键参数，至今未见国外报道。
在单电子晶体管和单电子存贮器及其电路的研制方面也获得了重大进展，1994年日本NTT就研制成功沟道长度为30nm纳米单电子晶体管，并在150K观察到栅控源－漏电流振荡；1997年美国又报道了可在室温工作的单电子开关器件，1998年Yauo等人采用0.25微米工艺技术实现了128Mb的单电子存贮器原型样机的制造，这是在单电子器件在高密度存贮电路的应用方面迈出的关键一步。目前，基于量子点的自适应网络计算机，单光子源和应用于量子计算的量子比特的构建等方面的研究也正在进行中。
与半导体超晶格和量子点结构的生长制备相比，高度有序的半导体量子线的制备技术难度较大。中科院半导体所半导体材料科学重点实验室的MBE小组，在继利用MBE技术和SK生长模式，成功地制备了高空间有序的InAs／InAI（Ga）As／InP的量子线和量子线超晶格结构的基础上，对InAs／InAlAs量子线超晶格的空间自对准（垂直或斜对准）的物理起因和生长控制进行了研究，取得了较大进展。
王中林教授领导的乔治亚理工大学的材料科学与工程系和化学与生物化学系的研究小组，基于无催化剂、控制生长条件的氧化物粉末的热蒸发技术，成功地合成了诸如ZnO、SnO2、In2O3和Ga2O3等一系列半导体氧化物纳米带，它们与具有圆柱对称截面的中空纳米管或纳米线不同，这些原生的纳米带呈现出高纯、结构均匀和单晶体，几乎无缺陷和位错；纳米线呈矩形截面，典型的宽度为20－300nm，宽厚比为5－10，长度可达数毫米。这种半导体氧化物纳米带是一个理想的材料体系，可以用来研究载流子维度受限的输运现象和基于它的功能器件制造。香港城市大学李述汤教授和瑞典隆德大学固体物理系纳米中心的LarsSamuelson教授领导的小组，分别在SiO2／Si和InAs／InP半导体量子线超晶格结构的生长制各方面也取得了重要进展。
低维半导体结构制备的方法很多，主要有：微结构材料生长和精细加工工艺相结合的方法，应变自组装量子线、量子点材料生长技术，图形化衬底和不同取向晶面选择生长技术，单原子操纵和加工技术，纳米结构的辐照制备技术，及其在沸石的笼子中、纳米碳管和溶液中等通过物理或化学方法制备量子点和量子线的技术等。目前发展的主要趋势是寻找原子级无损伤加工方法和纳米结构的应变自组装可控生长技术，以求获得大小、形状均匀、密度可控的无缺陷纳米结构。
2.5宽带隙半导体材料
宽带隙半导体材主要指的是金刚石，III族氮化物，碳化硅，立方氮化硼以及氧化物（ZnO等）及固溶体等，特别是SiC、GaN和金刚石薄膜等材料，因具有高热导率、高电子饱和漂移速度和大临界击穿电压等特点，成为研制高频大功率、耐高温、抗辐照半导体微电子器件和电路的理想材料；在通信、汽车、航空、航天、石油开采以及国防等方面有着广泛的应用前景。另外，III族氮化物也是很好的光电子材料，在蓝、绿光发光二极管（LED）和紫、蓝、绿光激光器（LD）以及紫外探测器等应用方面也显示了广泛的应用前景。随着1993年GaN材料的P型掺杂突破，GaN基材料成为蓝绿光发光材料的研究热点。目前，GaN基蓝绿光发光二极管己商品化，GaN基LD也有商品出售，最大输出功率为0.5W.在微电子器件研制方面，GaN基FET的最高工作频率（fmax）已达140GHz，fT=67GHz，跨导为260ms／mm；HEMT器件也相继问世，发展很快。此外，256×256GaN基紫外光电焦平面阵列探测器也已研制成功。特别值得提出的是，日本Sumitomo电子工业有限公司2000年宣称，他们采用热力学方法已研制成功2英寸GaN单晶材料，这将有力的推动蓝光激光器和GaN基电子器件的发展。另外，近年来具有反常带隙弯曲的窄禁带InAsN，InGaAsN，GaNP和GaNAsP材料的研制也受到了重视，这是因为它们在长波长光通信用高T0光源和太阳能电池等方面显示了重要应用前景。
以Cree公司为代表的体SiC单晶的研制已取得突破性进展，2英寸的4H和6HSiC单晶与外延片，以及3英寸的4HSiC单晶己有商品出售；以SiC为GaN基材料衬低的蓝绿光LED业已上市，并参于与以蓝宝石为衬低的GaN基发光器件的竟争。其他SiC相关高温器件的研制也取得了长足的进步。目前存在的主要问题是材料中的缺陷密度高，且价格昂贵。
II－VI族兰绿光材料研制在徘徊了近30年后，于1990年美国3M公司成功地解决了II－VI族的P型掺杂难点而得到迅速发展。1991年3M公司利用MBE技术率先宣布了电注入（Zn，Cd）Se／ZnSe兰光激光器在77K（495nm）脉冲输出功率100mW的消息，开始了II－VI族兰绿光半导体激光（材料）器件研制的。经过多年的努力，目前ZnSe基II－VI族兰绿光激光器的寿命虽已超过1000小时，但离使用差距尚大，加之GaN基材料的迅速发展和应用，使II－VI族兰绿光材料研制步伐有所变缓。提高有源区材料的完整性，特别是要降低由非化学配比导致的点缺陷密度和进一步降低失配位错和解决欧姆接触等问题，仍是该材料体系走向实用化前必须要解决的问题。
宽带隙半导体异质结构材料往往也是典型的大失配异质结构材料，所谓大失配异质结构材料是指晶格常数、热膨胀系数或晶体的对称性等物理参数有较大差异的材料体系，如GaN／蓝宝石（Sapphire），SiC／Si和GaN／Si等。大晶格失配引发界面处大量位错和缺陷的产生，极大地影响着微结构材料的光电性能及其器件应用。如何避免和消除这一负面影响，是目前材料制备中的一个迫切要解决的关键科学问题。这个问题的解泱，必将大大地拓宽材料的可选择余地，开辟新的应用领域。
目前，除SiC单晶衬低材料，GaN基蓝光LED材料和器件已有商品出售外，大多数高温半导体材料仍处在实验室研制阶段，不少影响这类材料发展的关键问题，如GaN衬底，ZnO单晶簿膜制备，P型掺杂和欧姆电极接触，单晶金刚石薄膜生长与N型掺杂，II－VI族材料的退化机理等仍是制约这些材料实用化的关键问题，国内外虽已做了大量的研究，至今尚未取得重大突破。
3光子晶体
光子晶体是一种人工微结构材料，介电常数周期的被调制在与工作波长相比拟的尺度，来自结构单元的散射波的多重干涉形成一个光子带隙，与半导体材料的电子能隙相似，并可用类似于固态晶体中的能带论来描述三维周期介电结构中光波的传播，相应光子晶体光带隙（禁带）能量的光波模式在其中的传播是被禁止的。如果光子晶体的周期性被破坏，那么在禁带中也会引入所谓的“施主”和“受主”模，光子态密度随光子晶体维度降低而量子化。如三维受限的“受主”掺杂的光子晶体有希望制成非常高Q值的单模微腔，从而为研制高质量微腔激光器开辟新的途径。光子晶体的制备方法主要有：聚焦离子束（FIB）结合脉冲激光蒸发方法，即先用脉冲激光蒸发制备如Ag/MnO多层膜，再用FIB注入隔离形成一维或二维平面阵列光子晶体；基于功能粒子（磁性纳米颗粒Fe2O3，发光纳米颗粒CdS和介电纳米颗粒TiO2）和共轭高分子的自组装方法，可形成适用于可光范围的三维纳米颗粒光子晶体；二维多空硅也可制作成一个理想的3－5μm和1.5μm光子带隙材料等。目前，二维光子晶体制造已取得很大进展，但三维光子晶体的研究，仍是一个具有挑战性的课题。最近，Campbell等人提出了全息光栅光刻的方法来制造三维光子晶体，取得了进展。
4量子比特构建与材料
随着微电子技术的发展，计算机芯片集成度不断增高，器件尺寸越来越小（nm尺度）并最终将受到器件工作原理和工艺技术限制，而无法满足人类对更大信息量的需求。为此，发展基于全新原理和结构的功能强大的计算机是21世纪人类面临的巨大挑战之一。1994年Shor基于量子态叠加性提出的量子并行算法并证明可轻而易举地破译目前广泛使用的公开密钥Rivest，Shamir和Adlman（RSA）体系，引起了人们的广泛重视。
所谓量子计算机是应用量子力学原理进行计的装置，理论上讲它比传统计算机有更快的运算速度，更大信息传递量和更高信息安全保障，有可能超越目前计算机理想极限。实现量子比特构造和量子计算机的设想方案很多，其中最引人注目的是Kane最近提出的一个实现大规模量子计算的方案。其核心是利用硅纳米电子器件中磷施主核自旋进行信息编码，通过外加电场控制核自旋间相互作用实现其逻辑运算，自旋测量是由自旋极化电子电流来完成，计算机要工作在mK的低温下。
这种量子计算机的最终实现依赖于与硅平面工艺兼容的硅纳米电子技术的发展。除此之外，为了避免杂质对磷核自旋的干扰，必需使用高纯（无杂质）和不存在核自旋不等于零的硅同位素（29Si）的硅单晶；减小SiO2绝缘层的无序涨落以及如何在硅里掺入规则的磷原子阵列等是实现量子计算的关键。量子态在传输，处理和存储过程中可能因环境的耦合（干扰），而从量子叠加态演化成经典的混合态，即所谓失去相干，特别是在大规模计算中能否始终保持量子态间的相干是量子计算机走向实用化前所必需克服的难题。
5发展我国半导体材料的几点建议
鉴于我国目前的工业基础，国力和半导体材料的发展水平，提出以下发展建议供参考。
5.1硅单晶和外延材料硅材料作为微电子技术的主导地位
至少到本世纪中叶都不会改变，至今国内各大集成电路制造厂家所需的硅片基本上是依赖进口。目前国内虽已可拉制8英寸的硅单晶和小批量生产6英寸的硅外延片，然而都未形成稳定的批量生产能力，更谈不上规模生产。建议国家集中人力和财力，首先开展8英寸硅单晶实用化和6英寸硅外延片研究开发，在“十五”的后期，争取做到8英寸集成电路生产线用硅单晶材料的国产化，并有6～8英寸硅片的批量供片能力。到2010年左右，我国应有8～12英寸硅单晶、片材和8英寸硅外延片的规模生产能力；更大直径的硅单晶、片材和外延片也应及时布点研制。另外，硅多晶材料生产基地及其相配套的高纯石英、气体和化学试剂等也必需同时给以重视，只有这样，才能逐步改观我国微电子技术的落后局面，进入世界发达国家之林。
5.2GaAs及其有关化合物半导体单晶材料发展建议
GaAs、InP等单晶材料同国外的差距主要表现在拉晶和晶片加工设备落后，没有形成生产能力。相信在国家各部委的统一组织、领导下，并争取企业介入，建立我国自己的研究、开发和生产联合体，取各家之长，分工协作，到2010年赶上世界先进水平是可能的。要达到上述目的，到“十五”末应形成以4英寸单晶为主2－3吨／年的SI－GaAs和3－5吨／年掺杂GaAs、InP单晶和开盒就用晶片的生产能力，以满足我国不断发展的微电子和光电子工业的需术。到2010年，应当实现4英寸GaAs生产线的国产化，并具有满足6英寸线的供片能力。
5.3发展超晶格、量子阱和一维、零维半导体微结构材料的建议
（1）超晶格、量子阱材料从目前我国国力和我们已有的基础出发，应以三基色（超高亮度红、绿和蓝光）材料和光通信材料为主攻方向，并兼顾新一代微电子器件和电路的需求，加强MBE和MOCVD两个基地的建设，引进必要的适合批量生产的工业型MBE和MOCVD设备并着重致力于GaAlAs／GaAs，InGaAlP／InGaP，GaN基蓝绿光材料，InGaAs／InP和InGaAsP／InP等材料体系的实用化研究是当务之急，争取在“十五”末，能满足国内2、3和4英寸GaAs生产线所需要的异质结材料。到2010年，每年能具备至少100万平方英寸MBE和MOCVD微电子和光电子微结构材料的生产能力。达到本世纪初的国际水平。
宽带隙高温半导体材料如SiC，GaN基微电子材料和单晶金刚石薄膜以及ZnO等材料也应择优布点，分别做好研究与开发工作。
篇4
上世纪中叶，单晶硅和半导体晶体管的发明及其硅集成电路的研制成功，导致了电子工业革命；上世纪70年代初石英光导纤维材料和GaAs激光器的发明，促进了光纤通信技术迅速发展并逐步形成了高新技术产业，使人类进入了信息时代。超晶格概念的提出及其半导体超晶格、量子阱材料的研制成功，彻底改变了光电器件的设计思想，使半导体器件的设计与制造从“杂质工程”发展到“能带工程”。纳米科学技术的发展和应用，将使人类能从原子、分子或纳米尺度水平上控制、操纵和制造功能强大的新型器件与电路，必将深刻地影响着世界的政治、经济格局和军事对抗的形式，彻底改变人们的生活方式。
2几种主要半导体材料的发展现状与趋势
2.1硅材料
从提高硅集成电路成品率，降低成本看，增大直拉硅（CZ－Si）单晶的直径和减小微缺陷的密度仍是今后CZ－Si发展的总趋势。目前直径为8英寸（200mm）的Si单晶已实现大规模工业生产，基于直径为12英寸（300mm）硅片的集成电路（IC‘s）技术正处在由实验室向工业生产转变中。目前300mm，0.18μm工艺的硅ULSI生产线已经投入生产，300mm，0.13μm工艺生产线也将在2003年完成评估。18英寸重达414公斤的硅单晶和18英寸的硅园片已在实验室研制成功，直径27英寸硅单晶研制也正在积极筹划中。
从进一步提高硅IC‘S的速度和集成度看，研制适合于硅深亚微米乃至纳米工艺所需的大直径硅外延片会成为硅材料发展的主流。另外，SOI材料，包括智能剥离（Smartcut）和SIMOX材料等也发展很快。目前，直径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开发中。
理论分析指出30nm左右将是硅MOS集成电路线宽的“极限”尺寸。这不仅是指量子尺寸效应对现有器件特性影响所带来的物理限制和光刻技术的限制问题，更重要的是将受硅、SiO2自身性质的限制。尽管人们正在积极寻找高K介电绝缘材料（如用Si3N4等来替代SiO2），低K介电互连材料，用Cu代替Al引线以及采用系统集成芯片技术等来提高ULSI的集成度、运算速度和功能，但硅将最终难以满足人类不断的对更大信息量需求。为此，人们除寻求基于全新原理的量子计算和DNA生物计算等之外，还把目光放在以GaAs、InP为基的化合物半导体材料，特别是二维超晶格、量子阱，一维量子线与零维量子点材料和可与硅平面工艺兼容GeSi合金材料等，这也是目前半导体材料研发的重点。
2.2GaAs和InP单晶材料
GaAs和InP与硅不同，它们都是直接带隙材料，具有电子饱和漂移速度高，耐高温，抗辐照等特点；在超高速、超高频、低功耗、低噪音器件和电路，特别在光电子器件和光电集成方面占有独特的优势。
目前，世界GaAs单晶的总年产量已超过200吨，其中以低位错密度的垂直梯度凝固法（VGF）和水平（HB）方法生长的2－3英寸的导电GaAs衬底材料为主；近年来，为满足高速移动通信的迫切需求，大直径（4，6和8英寸）的SI－GaAs发展很快。美国莫托罗拉公司正在筹建6英寸的SI－GaAs集成电路生产线。InP具有比GaAs更优越的高频性能，发展的速度更快，但研制直径3英寸以上大直径的InP单晶的关键技术尚未完全突破，价格居高不下。
GaAs和InP单晶的发展趋势是：
（1）。增大晶体直径，目前4英寸的SI－GaAs已用于生产，预计本世纪初的头几年直径为6英寸的SI－GaAs也将投入工业应用。
（2）。提高材料的电学和光学微区均匀性。
（3）。降低单晶的缺陷密度，特别是位错。
（4）。GaAs和InP单晶的VGF生长技术发展很快，很有可能成为主流技术。
2.3半导体超晶格、量子阱材料
半导体超薄层微结构材料是基于先进生长技术（MBE，MOCVD）的新一代人工构造材料。它以全新的概念改变着光电子和微电子器件的设计思想，出现了“电学和光学特性可剪裁”为特征的新范畴，是新一代固态量子器件的基础材料。
（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基晶格匹配和应变补偿材料体系已发展得相当成熟，已成功地用来制造超高速，超高频微电子器件和单片集成电路。高电子迁移率晶体管（HEMT），赝配高电子迁移率晶体管（P－HEMT）器件最好水平已达fmax=600GHz，输出功率58mW，功率增益6.4db；双异质结双极晶体管（HBT）的最高频率fmax也已高达500GHz，HEMT逻辑电路研制也发展很快。基于上述材料体系的光通信用1.3μm和1.5μm的量子阱激光器和探测器，红、黄、橙光发光二极管和红光激光器以及大功率半导体量子阱激光器已商品化；表面光发射器件和光双稳器件等也已达到或接近达到实用化水平。目前，研制高质量的1.5μm分布反馈（DFB）激光器和电吸收（EA）调制器单片集成InP基多量子阱材料和超高速驱动电路所需的低维结构材料是解决光纤通信瓶颈问题的关键，在实验室西门子公司已完成了80×40Gbps传输40km的实验。另外，用于制造准连续兆瓦级大功率激光阵列的高质量量子阱材料也受到人们的重视。
虽然常规量子阱结构端面发射激光器是目前光电子领域占统治地位的有源器件，但由于其有源区极薄（～0.01μm）端面光电灾变损伤，大电流电热烧毁和光束质量差一直是此类激光器的性能改善和功率提高的难题。采用多有源区量子级联耦合是解决此难题的有效途径之一。我国早在1999年，就研制成功980nmInGaAs带间量子级联激光器，输出功率达5W以上；2000年初，法国汤姆逊公司又报道了单个激光器准连续输出功率超过10瓦好结果。最近，我国的科研工作者又提出并开展了多有源区纵向光耦合垂直腔面发射激光器研究，这是一种具有高增益、极低阈值、高功率和高光束质量的新型激光器，在未来光通信、光互联与光电信息处理方面有着良好的应用前景。
为克服PN结半导体激光器的能隙对激光器波长范围的限制，1994年美国贝尔实验室发明了基于量子阱内子带跃迁和阱间共振隧穿的量子级联激光器，突破了半导体能隙对波长的限制。自从1994年InGaAs／InAIAs／InP量子级联激光器（QCLs）发明以来，Bell实验室等的科学家，在过去的7年多的时间里，QCLs在向大功率、高温和单膜工作等研究方面取得了显着的进展。2001年瑞士Neuchatel大学的科学家采用双声子共振和三量子阱有源区结构使波长为9.1μm的QCLs的工作温度高达312K，连续输出功率3mW.量子级联激光器的工作波长已覆盖近红外到远红外波段（3－87μm），并在光通信、超高分辨光谱、超高灵敏气体传感器、高速调制器和无线光学连接等方面显示出重要的应用前景。中科院上海微系统和信息技术研究所于1999年研制成功120K5μm和250K8μm的量子级联激光器；中科院半导体研究所于2000年又研制成功3.7μm室温准连续应变补偿量子级联激光器，使我国成为能研制这类高质量激光器材料为数不多的几个国家之一。
目前，Ⅲ－V族超晶格、量子阱材料作为超薄层微结构材料发展的主流方向，正从直径3英寸向4英寸过渡；生产型的MBE和M0CVD设备已研制成功并投入使用，每台年生产能力可高达3.75×104片4英寸或1.5×104片6英寸。英国卡迪夫的MOCVD中心，法国的PicogigaMBE基地，美国的QED公司，Motorola公司，日本的富士通，NTT，索尼等都有这种外延材料出售。生产型MBE和MOCVD设备的成熟与应用，必然促进衬底材料设备和材料评价技术的发展。
（2）硅基应变异质结构材料。
硅基光、电器件集成一直是人们所追求的目标。但由于硅是间接带隙，如何提高硅基材料发光效率就成为一个亟待解决的问题。虽经多年研究，但进展缓慢。人们目前正致力于探索硅基纳米材料（纳米Si／SiO2），硅基SiGeC体系的Si1－yCy/Si1－xGex低维结构，Ge／Si量子点和量子点超晶格材料，Si／SiC量子点材料，GaN／BP／Si以及GaN／Si材料。最近，在GaN／Si上成功地研制出LED发光器件和有关纳米硅的受激放大现象的报道，使人们看到了一线希望。
另一方面，GeSi／Si应变层超晶格材料，因其在新一代移动通信上的重要应用前景，而成为目前硅基材料研究的主流。Si/GeSiMODFET和MOSFET的最高截止频率已达200GHz，HBT最高振荡频率为160GHz，噪音在10GHz下为0.9db，其性能可与GaAs器件相媲美。
尽管GaAs／Si和InP／Si是实现光电子集成理想的材料体系，但由于晶格失配和热膨胀系数等不同造成的高密度失配位错而导致器件性能退化和失效，防碍着它的使用化。最近，Motolora等公司宣称，他们在12英寸的硅衬底上，用钛酸锶作协变层（柔性层），成功的生长了器件级的GaAs外延薄膜，取得了突破性的进展。
2.4一维量子线、零维量子点半导体微结构材料
基于量子尺寸效应、量子干涉效应，量子隧穿效应和库仑阻效应以及非线性光学效应等的低维半导体材料是一种人工构造（通过能带工程实施）的新型半导体材料，是新一代微电子、光电子器件和电路的基础。它的发展与应用，极有可能触发新的技术革命。
目前低维半导体材料生长与制备主要集中在几个比较成熟的材料体系上，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，并在纳米微电子和光电子研制方面取得了重大进展。俄罗斯约飞技术物理所MBE小组，柏林的俄德联合研制小组和中科院半导体所半导体材料科学重点实验室的MBE小组等研制成功的In（Ga）As／GaAs高功率量子点激光器，工作波长lμm左右，单管室温连续输出功率高达3.6～4W.特别应当指出的是我国上述的MBE小组，2001年通过在高功率量子点激光器的有源区材料结构中引入应力缓解层，抑制了缺陷和位错的产生，提高了量子点激光器的工作寿命，室温下连续输出功率为1W时工作寿命超过5000小时，这是大功率激光器的一个关键参数，至今未见国外报道。
在单电子晶体管和单电子存贮器及其电路的研制方面也获得了重大进展，1994年日本NTT就研制成功沟道长度为30nm纳米单电子晶体管，并在150K观察到栅控源－漏电流振荡；1997年美国又报道了可在室温工作的单电子开关器件，1998年Yauo等人采用0.25微米工艺技术实现了128Mb的单电子存贮器原型样机的制造，这是在单电子器件在高密度存贮电路的应用方面迈出的关键一步。目前，基于量子点的自适应网络计算机，单光子源和应用于量子计算的量子比特的构建等方面的研究也正在进行中。
与半导体超晶格和量子点结构的生长制备相比，高度有序的半导体量子线的制备技术难度较大。中科院半导体所半导体材料科学重点实验室的MBE小组，在继利用MBE技术和SK生长模式，成功地制备了高空间有序的InAs／InAI（Ga）As／InP的量子线和量子线超晶格结构的基础上，对InAs／InAlAs量子线超晶格的空间自对准（垂直或斜对准）的物理起因和生长控制进行了研究，取得了较大进展。
王中林教授领导的乔治亚理工大学的材料科学与工程系和化学与生物化学系的研究小组，基于无催化剂、控制生长条件的氧化物粉末的热蒸发技术，成功地合成了诸如ZnO、SnO2、In2O3和Ga2O3等一系列半导体氧化物纳米带，它们与具有圆柱对称截面的中空纳米管或纳米线不同，这些原生的纳米带呈现出高纯、结构均匀和单晶体，几乎无缺陷和位错；纳米线呈矩形截面，典型的宽度为20－300nm，宽厚比为5－10，长度可达数毫米。这种半导体氧化物纳米带是一个理想的材料体系，可以用来研究载流子维度受限的输运现象和基于它的功能器件制造。香港城市大学李述汤教授和瑞典隆德大学固体物理系纳米中心的LarsSamuelson教授领导的小组，分别在SiO2／Si和InAs／InP半导体量子线超晶格结构的生长制各方面也取得了重要进展。
低维半导体结构制备的方法很多，主要有：微结构材料生长和精细加工工艺相结合的方法，应变自组装量子线、量子点材料生长技术，图形化衬底和不同取向晶面选择生长技术，单原子操纵和加工技术，纳米结构的辐照制备技术，及其在沸石的笼子中、纳米碳管和溶液中等通过物理或化学方法制备量子点和量子线的技术等。目前发展的主要趋势是寻找原子级无损伤加工方法和纳米结构的应变自组装可控生长技术，以求获得大小、形状均匀、密度可控的无缺陷纳米结构。
2.5宽带隙半导体材料
宽带隙半导体材主要指的是金刚石，III族氮化物，碳化硅，立方氮化硼以及氧化物（ZnO等）及固溶体等，特别是SiC、GaN和金刚石薄膜等材料，因具有高热导率、高电子饱和漂移速度和大临界击穿电压等特点，成为研制高频大功率、耐高温、抗辐照半导体微电子器件和电路的理想材料；在通信、汽车、航空、航天、石油开采以及国防等方面有着广泛的应用前景。另外，III族氮化物也是很好的光电子材料，在蓝、绿光发光二极管（LED）和紫、蓝、绿光激光器（LD）以及紫外探测器等应用方面也显示了广泛的应用前景。随着1993年GaN材料的P型掺杂突破，GaN基材料成为蓝绿光发光材料的研究热点。目前，GaN基蓝绿光发光二极管己商品化，GaN基LD也有商品出售，最大输出功率为0.5W.在微电子器件研制方面，GaN基FET的最高工作频率（fmax）已达140GHz，fT=67GHz，跨导为260ms／mm；HEMT器件也相继问世，发展很快。此外，256×256GaN基紫外光电焦平面阵列探测器也已研制成功。特别值得提出的是，日本Sumitomo电子工业有限公司2000年宣称，他们采用热力学方法已研制成功2英寸GaN单晶材料，这将有力的推动蓝光激光器和GaN基电子器件的发展。另外，近年来具有反常带隙弯曲的窄禁带InAsN，InGaAsN，GaNP和GaNAsP材料的研制也受到了重视，这是因为它们在长波长光通信用高T0光源和太阳能电池等方面显示了重要应用前景。
以Cree公司为代表的体SiC单晶的研制已取得突破性进展，2英寸的4H和6HSiC单晶与外延片，以及3英寸的4HSiC单晶己有商品出售；以SiC为GaN基材料衬低的蓝绿光LED业已上市，并参于与以蓝宝石为衬低的GaN基发光器件的竟争。其他SiC相关高温器件的研制也取得了长足的进步。目前存在的主要问题是材料中的缺陷密度高，且价格昂贵。
II－VI族兰绿光材料研制在徘徊了近30年后，于1990年美国3M公司成功地解决了II－VI族的P型掺杂难点而得到迅速发展。1991年3M公司利用MBE技术率先宣布了电注入（Zn，Cd）Se／ZnSe兰光激光器在77K（495nm）脉冲输出功率100mW的消息，开始了II－VI族兰绿光半导体激光（材料）器件研制的。经过多年的努力，目前ZnSe基II－VI族兰绿光激光器的寿命虽已超过1000小时，但离使用差距尚大，加之GaN基材料的迅速发展和应用，使II－VI族兰绿光材料研制步伐有所变缓。提高有源区材料的完整性，特别是要降低由非化学配比导致的点缺陷密度和进一步降低失配位错和解决欧姆接触等问题，仍是该材料体系走向实用化前必须要解决的问题。
宽带隙半导体异质结构材料往往也是典型的大失配异质结构材料，所谓大失配异质结构材料是指晶格常数、热膨胀系数或晶体的对称性等物理参数有较大差异的材料体系，如GaN／蓝宝石（Sapphire），SiC／Si和GaN／Si等。大晶格失配引发界面处大量位错和缺陷的产生，极大地影响着微结构材料的光电性能及其器件应用。如何避免和消除这一负面影响，是目前材料制备中的一个迫切要解决的关键科学问题。这个问题的解泱，必将大大地拓宽材料的可选择余地，开辟新的应用领域。
目前，除SiC单晶衬低材料，GaN基蓝光LED材料和器件已有商品出售外，大多数高温半导体材料仍处在实验室研制阶段，不少影响这类材料发展的关键问题，如GaN衬底，ZnO单晶簿膜制备，P型掺杂和欧姆电极接触，单晶金刚石薄膜生长与N型掺杂，II－VI族材料的退化机理等仍是制约这些材料实用化的关键问题，国内外虽已做了大量的研究，至今尚未取得重大突破。
3光子晶体
光子晶体是一种人工微结构材料，介电常数周期的被调制在与工作波长相比拟的尺度，来自结构单元的散射波的多重干涉形成一个光子带隙，与半导体材料的电子能隙相似，并可用类似于固态晶体中的能带论来描述三维周期介电结构中光波的传播，相应光子晶体光带隙（禁带）能量的光波模式在其中的传播是被禁止的。如果光子晶体的周期性被破坏，那么在禁带中也会引入所谓的“施主”和“受主”模，光子态密度随光子晶体维度降低而量子化。如三维受限的“受主”掺杂的光子晶体有希望制成非常高Q值的单模微腔，从而为研制高质量微腔激光器开辟新的途径。光子晶体的制备方法主要有：聚焦离子束（FIB）结合脉冲激光蒸发方法，即先用脉冲激光蒸发制备如Ag/MnO多层膜，再用FIB注入隔离形成一维或二维平面阵列光子晶体；基于功能粒子（磁性纳米颗粒Fe2O3，发光纳米颗粒CdS和介电纳米颗粒TiO2）和共轭高分子的自组装方法，可形成适用于可光范围的三维纳米颗粒光子晶体；二维多空硅也可制作成一个理想的3－5μm和1.5μm光子带隙材料等。目前，二维光子晶体制造已取得很大进展，但三维光子晶体的研究，仍是一个具有挑战性的课题。最近，Campbell等人提出了全息光栅光刻的方法来制造三维光子晶体，取得了进展。
4量子比特构建与材料
随着微电子技术的发展，计算机芯片集成度不断增高，器件尺寸越来越小（nm尺度）并最终将受到器件工作原理和工艺技术限制，而无法满足人类对更大信息量的需求。为此，发展基于全新原理和结构的功能强大的计算机是21世纪人类面临的巨大挑战之一。1994年Shor基于量子态叠加性提出的量子并行算法并证明可轻而易举地破译目前广泛使用的公开密钥Rivest，Shamir和Adlman（RSA）体系，引起了人们的广泛重视。
所谓量子计算机是应用量子力学原理进行计的装置，理论上讲它比传统计算机有更快的运算速度，更大信息传递量和更高信息安全保障，有可能超越目前计算机理想极限。实现量子比特构造和量子计算机的设想方案很多，其中最引人注目的是Kane最近提出的一个实现大规模量子计算的方案。其核心是利用硅纳米电子器件中磷施主核自旋进行信息编码，通过外加电场控制核自旋间相互作用实现其逻辑运算，自旋测量是由自旋极化电子电流来完成，计算机要工作在mK的低温下。
这种量子计算机的最终实现依赖于与硅平面工艺兼容的硅纳米电子技术的发展。除此之外，为了避免杂质对磷核自旋的干扰，必需使用高纯（无杂质）和不存在核自旋不等于零的硅同位素（29Si）的硅单晶；减小SiO2绝缘层的无序涨落以及如何在硅里掺入规则的磷原子阵列等是实现量子计算的关键。量子态在传输，处理和存储过程中可能因环境的耦合（干扰），而从量子叠加态演化成经典的混合态，即所谓失去相干，特别是在大规模计算中能否始终保持量子态间的相干是量子计算机走向实用化前所必需克服的难题。
5发展我国半导体材料的几点建议
鉴于我国目前的工业基础，国力和半导体材料的发展水平，提出以下发展建议供参考。
5.1硅单晶和外延材料硅材料作为微电子技术的主导地位
至少到本世纪中叶都不会改变，至今国内各大集成电路制造厂家所需的硅片基本上是依赖进口。目前国内虽已可拉制8英寸的硅单晶和小批量生产6英寸的硅外延片，然而都未形成稳定的批量生产能力，更谈不上规模生产。建议国家集中人力和财力，首先开展8英寸硅单晶实用化和6英寸硅外延片研究开发，在“十五”的后期，争取做到8英寸集成电路生产线用硅单晶材料的国产化，并有6～8英寸硅片的批量供片能力。到2010年左右，我国应有8～12英寸硅单晶、片材和8英寸硅外延片的规模生产能力；更大直径的硅单晶、片材和外延片也应及时布点研制。另外，硅多晶材料生产基地及其相配套的高纯石英、气体和化学试剂等也必需同时给以重视，只有这样，才能逐步改观我国微电子技术的落后局面，进入世界发达国家之林。
5.2GaAs及其有关化合物半导体单晶材料发展建议
GaAs、InP等单晶材料同国外的差距主要表现在拉晶和晶片加工设备落后，没有形成生产能力。相信在国家各部委的统一组织、领导下，并争取企业介入，建立我国自己的研究、开发和生产联合体，取各家之长，分工协作，到2010年赶上世界先进水平是可能的。要达到上述目的，到“十五”末应形成以4英寸单晶为主2－3吨／年的SI－GaAs和3－5吨／年掺杂GaAs、InP单晶和开盒就用晶片的生产能力，以满足我国不断发展的微电子和光电子工业的需术。到2010年，应当实现4英寸GaAs生产线的国产化，并具有满足6英寸线的供片能力。
5.3发展超晶格、量子阱和一维、零维半导体微结构材料的建议
（1）超晶格、量子阱材料从目前我国国力和我们已有的基础出发，应以三基色（超高亮度红、绿和蓝光）材料和光通信材料为主攻方向，并兼顾新一代微电子器件和电路的需求，加强MBE和MOCVD两个基地的建设，引进必要的适合批量生产的工业型MBE和MOCVD设备并着重致力于GaAlAs／GaAs，InGaAlP／InGaP，GaN基蓝绿光材料，InGaAs／InP和InGaAsP／InP等材料体系的实用化研究是当务之急，争取在“十五”末，能满足国内2、3和4英寸GaAs生产线所需要的异质结材料。到2010年，每年能具备至少100万平方英寸MBE和MOCVD微电子和光电子微结构材料的生产能力。达到本世纪初的国际水平。
宽带隙高温半导体材料如SiC，GaN基微电子材料和单晶金刚石薄膜以及ZnO等材料也应择优布点，分别做好研究与开发工作。
篇5
（二）信息网络化对大学生道德教育的挑战
网络的虚拟化易导致大学生人际交往的障碍，必然会影响和改变其生活方式，产生人际障碍，人际关系淡漠和人际距离疏远，并导致孤独、苦闷、焦虑、压抑，甚至情绪低落、消沉、精神不振等。同时，互联网的发展方便了西方思想文化的渗透，这对大学生的世界观、人生观、理想信念、道德伦理、民族认同感等会造成潜移默化的扭曲、侵蚀和消磨，而且也使我们的思想教育工作效果受到极大的削弱。
二、大学生主题班会对思想道德教育的重要意义
大学生主题班会是对大学生进行素质教育的一项最基本、最常用的途径之一，是开展学生教育管理和道德素质建设的一个重要载体和阵地，近年来越来越受到高校领导的重视，借助主题班会来提高大学生思想素质有着重要意义。
（一）增强思想教育的吸引力，帮助大学生明确思想认识
大学生对社会接触较少，社会经验往往不足，且个体之间经历不同，在认识层次、认识水平上存在一定差异，对社会上存在的问题以及个人自身的成长与发展认识也就不同，难以避免片面性和模糊性，有的甚至比较偏激，这就需要相关引导使学生形成正确的思想认识。而主题班会一般从大学生的现实生活中取材，内容大多和学生的生活息息相关，通过新颖的主题班会可以吸引学生充分参与，引导学生主动积极探究，从生动的体验中获得对世界、人生、自我的认知，让他们学会独立思考、独立生活、独立生存。
（二）增强班级向心力，促进师生交流
一个真正意义上的大学班集体，并不是若干个大学生的一种简单组合，它的建立有一个过程，需要大学生由彼此陌生到互相熟悉最终到互相了解并在此基础上产生向心力进而产生凝聚意识，这是大学阶段的班级得以牢牢维系的根本所在。而一个高质量的主题班会氛围轻松活泼，能够调动全班同学参与活动，有助于增强班级成员的自豪感、凝聚力、自信心，同时在这种环境中互动，更容易拉近老师与学生以及学生与学生之间的距离，促进彼此之间的了解。并且班导师在参与班会过程中可以进一步了解学生的思想动态，提升他们的判断力、思考力，从而辅助其对学生的思想教育。
（三）有助于学校、院系德育工作的开展
班会时间可以被充分利用来积极宣传落实学校、院系的各项工作、规章制度、文件精神，增进大学生对学校德育工作的了解。同时大学生对学校的态度也被及时反馈到学校。这样，有利于扩大学校德育工作的宣传范围，增强其宣传力度，提高影响度，取得思想教育的效果。
三、我国大学生主题班会的现状
目前，随着大学生的思想政治教育问题日益引起社会的广泛关注，中国各大高校也将主题班会列为必不可少的一项教学内容。我国高校开展主题班会较为积极，尽量朝着内容多样化的方向努力，组织也做到正规有序，确实起到了一定思想教育的作用。但是我国大学生主题班会存在的问题也不容小觑。主要不足如下：
（一）对主题班会没有一个明确的功能定位
不明确的功能定位导致主题班会职责不明确，效果得不到保证。且班会的主题大都空泛，使得主题班会往往流于事务性和形式化，并未真正发挥主题班会的思想教育的作用和价值，从而降低了主题班会课的教育效果。
（二）开展过于频繁
很多高校从大一开始就不断地举行班会，少则两周一次，少则一周举行两三次，过于频繁的班会占用了学生太多时间，且内容也因此无关痛痒没什么实质性意义，一次班会往往点个名，有事即说，无事便散，有些班会甚至只有短短十几分钟，让参加的学生苦笑不已，甚至产生对主题班会教育意义的质疑。
（三）内容空洞枯燥，索然无味
虽然高校们也正努力打破班会无聊，没有收获的僵局，试图做到班会内容丰富多样化，但显然这种努力远远不够，成效也不明显。大部分班级的班会以点名和通知事务的形式为主，不然就是班导师和班干部的单方面灌输，形式也突破不了传统的讨论与文艺节目，久而久之难免使学生丧失积极性，引起不满。
四、针对现阶段我国大学生主题班会问题的解决方法
（一）发挥班导师在班会中的指导作用
班导师是班级的主心骨，班导师对待班会的态度，直接影响着学生对待班会的态度。因此，班导师必须严格要求自己，以高度的责任心投入到班会工作之中。班导师对班会的内容、形式与大学生进行研究，达成共识后一锤定音，不再更改，但要把握好班会的方向；之后，班导师要根据内容，与班干部讨论，从而采取好的形式，精心设计班会，确保每次班会都在班导师的宏观指导之下完成，可以防止大学生在一些问题把握上的不稳定性，班会的威信也可以更好地在大学生中确立起来。同时，班导师在班会上要用饱满的热情真诚地赞美一切美的事物和现象，抨击各种不良的行为。要将自己的人格与正义融入一言一行中，用楷模的力量去引导学生，熏陶学生，启迪学生的道德觉悟，增强学生的道德意识，培养学生的道德责任感。随着班导师指导班会的次数增多，学生干部就会汲取经验，掌握举行班会的重点与要点，这时班导师就可以放权交给学生自行开展，但也要定时参与到班会当中来。
（二）丰富内容
结合国际、国内大事，重要节日、纪念日，学校、院系的工作状况班级工作的实际以及大学生学习、生活和心理上的需要，广泛宣传和教育学生所关注的问题，交流解答疑难困惑，并将社会主义荣辱观等重要内容渗透进来，使班会不再是追求形式的敷衍，而令学生确有收获。这样，在满足大学生的需求的同时，也取得了意想不到的德育效果。
（三）适度安排班会组织的频率与时间
尽量少占用学生的课余时间，做到数量适中但却不失为精华。丰富班会开展的形式，可以采用不同学生轮流主持，演讲，小组讨论，辩论赛的形式，使更多的学生更好地参与进来。最好还能将班会的地点扩展到室外，举行一些主题活动，实践演练，帮助学生在实际参与中了解班会的内容和要旨，并产生对班会工作的信心与浓厚兴趣，从而获得学生们的支持。
篇6
团体是指两个或两个以上的人，互相影响、互相依赖，且具有共同的目标，为了完成特定的目标而相互结合成的组织。团体具有互动与相对动态的性质，是具有社会互动性质的组织，团体遵循共同的规范，具有目标性。
团体动力是指某社会团体之所以形成的原因，以及维系团体功能的一种力量或一种方式。团体动力学是社会科学的分支，是一门探讨团体结构及团体与成员间相互动力关系的学问。其理论有场地论、因素分析论、社会团体工作理论、心理分析理论等。场地论代表人物勒温认为，应该把团体看作是一个生命的空间，它是由一些力量或变量组成，它们是影响团体内成员的重要变项。根据此理论，在教育教学实践中，班主任若能将班级作为心理场地并作数量化呈现，才能分析、控制班级与运用班级动力。因素分析论的代表人物卡特尔认为，团体动力主要受到某些重要因素的影响，领导者在决定团体的发展时，需要了解团体内的关键因素。根据卡特尔的理论，若能对团体内的各项属性一一加以评估，掌握有关的独立变项，可以有效运作团体。社会团体工作论是将团体工作者的叙事性记录及团体成员的个案史等资料加以分析，以了解团体对成员人格发展的影响；重视团体经验与个体成长的交互作用，注重行动研究，即领导者如何有效利用学习迁移，促发成员转移团体咨询情景的积极经验，以协助成员产生建设，增进社会适应。心理分析理论强调团体历程中有关的情感因素，包括领导者和成员、成员与成员、成员与他人，强调透过对成员过去经验的了解及个案记录的分析解释，促发动力性的团体经验，协助成员产生积极的行为改变与人格发展。
班级是一个团体，班主任是团体的领导者。如何消除团体的冲突，促进团体凝聚力的提升，进而形成团体的动力，并运用团体动力的辅导策略，这些是班主任科学管理班级应涉及到的内容。了解团体动力理论，借鉴动力理论，有助于班主任形成自己有效管理班级的教育理念。
二、认识中小学班级中的团体动力形态
21世纪社会急剧的变迁与转型，使得传统的结构功能论受到现代文化的挑战。班级是学校教育中最基层的单位，而过去以教师为中心的教室管理模式较忽视与压抑班级团体动力的影响性。班级中存在着许许多多的小团体，这些小团体具有其潜在的影响力。作为班主任，应善用这些团体动力来使得班级管理更具有成效。
（一）非主流文化团体取向的小团体
所谓的非主流文化指相对于主流文化之外的其他文化，它是边缘的、附属的与次要的文化。中小学学生的他律性较强，容易受到同辈团体的影响而在班级中形成学生非主流文化团体，容易受到媒体与流行文化等因素的影响，而形成一种属于次级文化的小团体。例如在中小学中流行的女孩们的影视歌星崇拜现象，中小学男生当前所流行的网络游戏，如魔兽争霸等，都是典型的学校非主流文化。班主任若能留心观察学生无意间形成的非主流文化团体，运用引导的方法把这些团体的动力凝聚起来向着具有教育性的方向发展，对于班级管理是有所帮助的。
（二）以个性、兴趣结合和教师评价取向的小团体
一般来说，中小学生在教室中的小团体比较倾向于个性与兴趣的结合。但也可能会因为受到功课与教师的标准化评价而形成所谓的好学生小团体与调皮学生的小团体。通常所谓的好学生小团体对班级管理会产生积极的帮助，而调皮学生的小团体可能造成班级管理的问题所在。因此，班主任要平等对待学生，必须消除个人的喜好，对于还正在成长中的学生不要给予社会的标准评价，因为每位学生的潜力是无限的，教师必须循循善诱，引导这些班级中的小团体朝着健康的方向发展。
（三）以座位分配取向的小团体
中小学生常会因为在教室中的座位分配而影响到学习的效果，而由于座位的分配所产生的班级气氛值得教育心理学工作者进一步探讨。一般来说，中小学生若与不喜欢的同学坐在一起，会影响其学习动机；而若与喜欢的同学坐在一起，则会非常兴奋而显得士气高昂。因此，在班级座位安排方面，班主任必须作适时的调整与更新。在座位的分配方面，必须考虑每位学生不同的学习表现，将学习表现好的学生与学习表现差的学生交错分配在一起，如此才不容易造成学生的被标准化。此外，高效能的学生座位安排将有助于师生之间形成密切的互动。班主任对于班级中的分组也需要思考，应打破性别意识与学业成就的界线，善用小组间积极的合作与竞争模式，培养学生的主动精神与民主素养，如此将产生最佳的团体动力。
（四）以性别取向的小团体
小学高年级的学生和中学生进入了青春期，而这个阶段女生的发育比起同年龄的男生要早，因此这个阶段的性别界限特别明显。在这个青涩的成长阶段，中小学生的智力、学习开始初步定型，自尊心与好胜心、喜欢与厌恶、好奇与排斥等特别明显。一般来说，小学高年级和中学的女生在班级中常会组成许多小团体，这些小团体会基于兴趣与个性而组成在一起，且团体之间的界线会比中低年级的学生们来得更明显。而小学高年级的男生和中学男生在心智与生理发展方面显著慢于同龄的女生，会有被同龄女生领导的现象，因此小学高年级和中学的男生的小团体界线比较模糊。中小学教师在这个阶段的班级管理要特别留心于性别因素所产生的影响，应避免性别间的小团体冲突，并善用此阶段学生的语言模式与学生沟通，尽量以“活动式”与“主题式”的策略激发学生的团体动力，并善于借助相互合作与竞争之间产生的最大的效能。这将有助于教师的班级管理。
三、班主任运用团体动力的班级辅导策略
在中小学中，过去偏向于以班主任为中心的班级管理，其目的在于帮助教师控制学生的常规与秩序。而在新时代的班级管理中，必须融入民主的精神与多元的风貌，运用团体动力的心理辅导策略。在实践中，教师要善于利用师生间的人际影响，进行师生间的积极沟通，尊重学生，倾听学生的声音，并适度地给学生建设性的反馈，最终形成科学的管理理念。（一）角色意识培养策略
在班级这个生命空间中，每个学生的动力聚合成班级的凝聚力。要形成班级的凝聚力，教师要抓好班级成员的角色意识培养，通过班级的正式角色和非正式角色的合理安排，使每个学生都能形成积极的角色意识和角色行为，使每个学生能够感到自己在班上是受重视的，是有地位的，是负有责任的，只有这样，才能不断增强学生的责任感、义务感、安全感、归属感和集体主义荣誉感，从而自觉接受各种集体规范，不断提高自己的心理健康水平和社会适应能力。如在班级实行值日班长制度，使学生的责任感和主人翁意识得到培养。再如，通过各种集体活动为学生提供丰富多彩的锻炼机会，让每个学生负责一些事务，锻炼他们的能力。这不但可以促进学生的良好个性品质的发展，促进其动力的产生，也能不断提升他们的心理健康水平。
（二）营造健康民主的心理环境的策略
心理环境包括班风、校风、舆论、同学关系、师生关系等。建立良好人际关系，培育健康的舆论、风气，能够使学生经常受到积极的感染和熏陶，逐渐形成积极上进、开朗乐观、关心集体、团结互助的良好的性格特征，不断提高对人际环境的适应能力。目前教师必须改变过去权威者的角色，站在指导学生学习与成长的立场，适时引导学生，培养学生独立自主的能力，使学生能在民主的气氛中，展现自己的特色与风格，并学习其他人的优点。教师应在民主健康的气氛中引导班级向积极正向发展，建立积极、正确和健康的舆论导向，尊重学生所提出的观点，并让学生经由民主的程序共同建立班级的规则与秩序，达到学生之间的相互约束与互相学习，从而获得全班的凝聚力与向心力，这有助于教师成功地管理班级。
（三）班级学习分组策略
学生非主流文化所组成的小团体以及班级内的各式各样的小团体所产生的团体动力，与教师的班级管理有着密切的关系。中小学教师在管理班级时，需要关注时代的发展，融入民主的精神，改变以往以教师为中心的班级管理策略，转向教师与学生共同管理的模式，培养学生的责任感。教师可进行引导而不急于帮学生作决定，如此将有助于培养学生独立自主的能力。在班级教学分组方面，必须着眼于班级成员的全面提升，把各类不同学习成绩的学生分散并综合，这将使得每一个小组的成员都可以进行相互指导。这种学习成绩混合的分组为学习成绩高的学生提供了成长的机会，同时也为学习成绩较差的学生提供了补救的机会。善用此类分组方法将会激发学生产生学习上的最佳团体动力。此外，教师也可以根据不同性质的内容或不同的活动形态进行分组，如此将增加班级成员间的互动，增强班级成员的向心力。
（四）团体游戏辅导策略
狭义的团体游戏辅导是指游戏、唱跳，唱跳包含了歌唱与上下肢体移动的音乐律动。从儿童发展理论中可以得知，游戏在儿童发展中的作用是非常重要的，团体游戏能增进学生的感情交流，增进学生对组织的向心力，对于激发学生新的创意与新的思维模式大有帮助。团体游戏辅导有助于学生的人际关系与发展，也是培养学生团体生活技能，培养学生健全人格的一种有效的教学方法。团体游戏对于培养创新性的儿童，对于激发班级的团体动力，具有很大的帮助。班主任在班级管理中，适度运用团体游戏辅导的理念与技巧，并迁移至学生的学习上，可以引发学生的学习兴趣，提高学生的学习成效。
班主任是教师中的优秀代表。他们除了应具备普通教师的基本素质之外，还应具备良好的心理素质、热爱学生的职业素养和科学的管理能力。“当教育者赢得了学生的信任时，学生对接受教育的反感就会被克服而让位于一种奇特情况，他们把教育者看作一个可以亲近的人”。学生在与班主任朝夕相处时，容易产生依赖和归属心理，班主任将成为学生最为亲近和信赖的人。
参考文献：
[1]石文山，陈家麟.论班级心理健康教育模式的基本特征.河北师范大学学报，2004,(5).
[2]沈贵鹏.师生互动的隐性心理教育价值.当代教育论坛，2004，(11).
[3]贾晓波.陈世平.学校心理辅导实用教程.天津：天津教育出版社，2002.
[4]陈晓红.班主任应成为青少年学生心理健康的呵护者.教育探索，2006，（2）.
篇7
第一，教师要在任何时候都了解自己班级中的小团体的活动状况、核心人物的态度以及人员的变迁。同时，还要了解班级内大部分成员对这些小团体的评价。
第二，教师要做好小团体的核心人物的工作。小团体的活动和作用，很大程度上取决于这些核心人物的态度。因此，做好他们的工作是把握小团体的关键。
第三，教师要善于在班级中创造良好的情感气氛，使班级目标与小团体目标在根本利益上是相容的，并努力使小团体的活动适应班级的活动。同时，教师要善于在各种活动中充分调动小团体的积极性，发挥他们的特长，并注意提高他们的活动质量。
篇8
2月9日上午，第五轮六方会谈第三阶段会议举行了团长会议，下午又是一系列双边磋商，本阶段会谈进入“磨合期”。
中国代表团当天分别与朝鲜、俄罗斯、韩国、日本、美国代表团进行了双边接触。双边接触前，六方团长举行了近两个小时的小范围会议。
此外，当天中午美朝双方代表团团长进行了会谈，并且在北京金融街的丽斯卡尔顿酒店共进了午餐，这是美朝在此阶段六方会谈期间的首次双边接触。
午餐后，朝鲜代表团团长金桂冠表示：“我和希尔就推动会谈取得进展的方案交换了意见。我们已经就一些问题达成了共识。但是，整体上仍然有分歧，我们正在努力增加共识。”
而美国代表团团长希尔则向媒体透露：“我们综合讨论了‘9・19共同声明’所涉及的一切议题。朝鲜在弃核起步阶段应采取的行动全部包含在声明里，没有新内容。但是‘9・19共同声明’中哪些内容将被列入此次的协议草案，哪些内容需要等到3月份以后考虑，还要经过进一步的磋商。”
希尔同时表示，美方对会谈进程持谨慎乐观的态度。
除此之外，美朝双方还就中方提出的协议草案进行了商谈，希尔对此表示：“我们努力就协议上的文字进行磋商，而且还要保证双方对于文字表达意思的理解是一致的，这是很困难的事情。”
此前，韩国、日本以及美国代表团都已经证实中方向其它各方提出一份协议草案，但各代表团均未正式透露草案内容。韩国代表团副团长任圣南当天表示，各方对中方提出的草案“在大的框架内达成相当程度的共识”。
据俄罗斯驻华使馆新闻处处长伊萨耶夫介绍，此份草案包括建立5个工作小组，将就朝鲜弃核后的一系列问题展开实质性的工作。其一是由专家组成的工作小组直接就朝鲜停止核武项目问题开展行动。另外4个工作小组负责相应的4个主题：援助朝鲜项目，包括经济和能源援助、东北亚安全合作问题，剩下的两个则是朝鲜与日本、美国关系正常化问题。此外，中方的提议还包括在2个月左右的时间内，朝鲜冻结自己的核项目，其中包括宁边反应堆，以交换对平壤的能源援助。
各方围绕几方面议题展开讨论，将构成起步阶段行动计划的基础。但是各方对草案仍存一定的分歧，其中最大的障碍是美国再次提出将“冻结”朝鲜宁边核设施改为“拆除”的建议，而朝鲜则坚决予以反对。
当晚，外交部副部长戴秉国在钓鱼台国宾馆会见了参加第五轮六方会谈第三阶段会议的各国代表团团长。
戴秉国对六方重聚北京表示欢迎。他指出，事实证明，六方会谈是解决朝鲜半岛核问题的有效机制。落实好共同声明是六方的共同愿望，也是国际社会的普遍期待。两天来，各方进行了认真的讨论。相信只要各方抱有诚意，坚持不懈，认真谈判，就一定能够克服困难，为落实共同声明开好头、起好步，推动六方会谈不断取得进展。
各方团长对中方为推动六方会谈作出的建设性努力予以高度赞赏，表示通向半岛无核化的道路充满希望，也有坎坷。各方愿共同努力，缩小分歧，扩大共识，切实落实共同声明，朝着既定的目标一步步迈进。
2月12日，会议进入第五天，也是关键的一天。从当天上午10时开始，会谈各方已经进行了约16个小时的紧张磋商，继续为达成各方都能认可的书面协议做最后的努力。
据六方会谈新闻中心的消息，当天会谈各方举行了“车轮战式”的双边磋商。其中，日本和朝鲜代表团举行了此次会议以来首次双边磋商，磋商持续约一个小时。朝鲜和美国代表团也举行了至少两次双边磋商。
2月13日下午，第五轮六方会谈第三阶段会议在钓鱼台国宾馆举行了全体会和闭幕式。武大伟主持了会议。
武大伟说，在各方共同努力下，本次会议就落实共同声明起步行动达成重要共识，这标志着六方会谈和朝鲜半岛无核化进程又向前迈出了重要而坚实的一步，有利于半岛和东北亚地区的和平、稳定与发展，有利于有关国家改善和发展相互关系，也有利于构筑和谐东北亚新格局。
武大伟对各方在会谈中顾全大局、显示灵活、相向而行的积极态度和做出的建设性努力表示赞赏，希望各方履行相应义务，尽快启动相关工作，落实好起步阶段各项行动和措施。
武大伟表示，希望六方协调一致，乘风破浪，把六方会谈的航船驶向和平、发展、合作、共赢的彼岸。
会议以全体起立鼓掌方式通过了落实共同声明起步行动文件（全文另载），并决定第六轮六方会谈于3月19日在北京举行。
当天下午，国务委员唐家璇在钓鱼台国宾馆会见了出席第五轮六方会谈第三阶段会议的各方代表团团长。
唐家璇代表中国政府对各方经过艰苦努力，就落实共同声明起步行动达成共识，第五轮六方会谈取得积极成果表示祝贺。他说，六方不仅确定了落实共同声明起步阶段的具体行动，还就如何落实的机制达成了共识，这是六方会谈取得的一个重大突破，标志着朝鲜半岛无核化进程迈入实质性阶段，充分体现了各方通过和平协商实现半岛无核化的政治意愿。
唐家璇说，这次会议取得积极成果的重要意义之一，就是展示了六方会谈的生命力，证明六方会谈是解决半岛核问题的现实有效途径，是各方通过对话增进理解与信任、通过合作构筑和谐东北亚新格局的重要平台，也证明通过对话协商和平解决国际争端是一条正确、可行的道路。
唐家璇指出，继续推动实现半岛无核化进程，实现有关国家关系正常化，维护东北亚地区和平与稳定，符合各方根本利益。希望各方继续努力，显示政治意志和智慧，体现灵活与耐心，在任何情况下都要坚持对话解决的方向，认真履行各自的承诺，不断推动六方会谈继续取得更大的成果。唐家璇表示，中国政府坚定支持本次会议达成的文件，愿意承担相应的义务。
朝、日、韩、俄、美5方团长高度赞赏中方为推动本轮会谈取得成果所发挥的重要作用，一致表示本次会议是半岛无核化进程中新的里程碑，各方愿认真履行各自承担的责任和义务，兑现承诺，实施好起步阶段的行动，在共同推动六方会谈进程中不断增进互信，加强合作，致力于实现东北亚地区持久和平、稳定与繁荣。
篇9
中图分类号：U448.14 文献标识码：A文章编号：2095-2104（2012）
由于道路和桥梁是国民经济的大动脉，道路和桥梁的运行关联性极强，牵一发而动全身，确保其日夜不间断安全、正点地运行，密切关系到国家的政治、经济、军事、救灾和人民生产生活等诸多大事，如果在一座小桥上中断行车一天，将使数以百计的客货列车停运，影响可波及数省，责任极其重大，所以道路和桥梁的设计、施工更加要强调稳重。
道路和桥梁的施工单位在确保安全、不中断行车、利用行车间隙或短暂的封锁时间进行道路和桥梁设施的修理、更换，从组织、计划、准备和技术措施方面的考虑，都要十分细致、周密和严谨，要考虑如何尽可能不影响或少影响正常运行，以顾全国家、社会的大局利益，保证道路和桥梁运输系统的总体效益。
一、目前我国道桥工程现状
（一）随着城乡一体化建设和交通运输事业的飞速发展，车辆载重量、车速和交通量已大为提高，在过去三、四十年所建造的低标准的、长期失养的农用、公路及城市的道路和桥梁能否继续服役并安全运营，已成为公路和城市建设决策部门的一件大事。但是，有病害、甚至病害严重的危桥，如果有正确的检查分析与诊断，以新技术、新材料给予加强、加固一般是能够继续安全运营的，并且能使其原有载重等级得到提高。此项检查、分析、加固的费用，一般只是新建费用的10%-20%.而且在加固过程中，除少量重车短期绕行之外，勿须全部中断交通，其经济效益和社会效益极其了然。
（二）道路和桥梁的运营管理本来就较难，又长期失控，车辆超限、超速、尤其是严重超载，给道路和桥梁造成极大的损害。道路和桥梁一方面是遭到强力损害，另一方面却未得到应有的关注、检查、养护和救治，其寿命能长吗？使得有的桥梁才建好十几二十年，就因病害严重、承载力已大大降低而成为危桥。再加以缺少经验丰富、理论基础扎实的技术人员参与分析决策，加固乏术，不能保证安全，以致耗费巨资，将桥梁拆除重建。
（三）对于事关行车安全的道路和桥梁设施的管理、检查、养护维修、大修加固、技术检定等方面，我国的道路和桥梁交通系统就施行了一整套严格的制度。特别是道路和桥梁设施的管理，长期以来实行了道路和桥梁档案管理、经常检查、定期检查、特别检查和计划预防性维修制度，配合路桥检定、路桥试验、洪水冲刷观测、路桥大修和防洪工程，维护了路桥的正常完好状态，从而大大地延长了路桥的使用寿命，使得经历了几十年的酷暑严冬、暴雨烈日、洪水淘刷、战乱损坏和提载提速考验，除少数做了加固、换梁或改建之外，绝大多数的苍老旧桥至今仍保持着安全运营状态，为国家承担着日益繁重的运输任务，创造了极大的经济效益和社会效益。
二、公路桥梁的施工管理加强公路桥梁的管理并进行维修和加固，使其处于正常的工作状态，充分发挥桥梁的作用，是公路管理部门的一项主要任务。对于桥梁的超限运输管理工作具有工期短、要求高、工程量较小、前期工作量大等特点，公路超限运输一般是为国家或省的重点建设工程服务。 （一）对于经常过大件的路段，应对改路段上的大小桥梁进行重点检查和管理，收集原始档案材料，掌握其动态，针对其技术和承受能力编制相应的加固处理方案，需要报批的及时按程序报批。（二）在施工中针对其技术严格按照业主已批准的加固方案进行施工，注意抓重点、制约工程。（三）重视加固工程的原始资料的收集和整理工作，为今后的加固工程积累经验。（四）充分调动基层单位的积极性，正确处理责、权、利的关系。公路桥梁的维修加固同样属于桥梁工程，不能重建轻养，桥梁的加固比新建还难，因为桥梁的维修加固，没有现成的规范，更没有可供使用的标准图，桥梁的病害又错综复杂，病害原因难以确定。因此应充分重视公路桥梁的管理工作，加大资金投入，使其保持良好的工作状态，确保公路运输的安全。
三、要抓好道路和桥梁工程项目经理的管理技能，顺利实现项目的目标。
项目经理是企业法人代表在项目上的全权委托人。在企业内部，项目经理是项目实施全过程全部工作的总负责人，对外可以作为企业法人的代表在授权范围内负责、处理各项事务，因此项目经理是项目实施最高责任者和组织者。由此可见，项目经理是与项目分不开的，离开了项目，也就不存在“经理”，因此，要探讨道路和桥梁工程企业项目经理应具备的条件，就不能不说项目管理，有怎么样的项目管理，就必须有怎么样的项目经理去管理，项目管理的方式、方法变了，项目经理应具备的条件也应与之相适应，否则就无法实现预期的管理目标。道路和桥梁工程的施工过程，项目经理对项目的管理主要限于对施工项目的管理，也就是说对一个道路和桥梁工程施工过程及成果进行计划、组织、指挥、协调和控制。施工项目管理是项目管理的一个分支，项目管理的发展与改革促进了施工项目管理的发展，以及施工项目规模的越来越庞大与复杂也对项目经理提出了更高的要求。传统的项目经理通常只是一个技术方面的专家和任务执行者。而现代项目经理不仅要有运用各种管理工具来进行计划和控制的专业技术能力，还要有经营管理等其他多方面能力，比如对项目部成员的激励以及与业主、监理、设计以及当地政府等各方的策略保持一致的能力。项目经理必须通过人的因素来熟练运用技术因素，以达到其项目目标。也就是说，道路和桥梁工程的项目经理，必须使项目部成为一个配合默契、具有积极性和责任感的高效率群体。因此，在现代项目管理的大环境与普遍采用项目法施工的情况下，笔者认为，相关道路和桥梁企业的项目经理若要实现预定项目管理的各种目标，项目经理要严格遵守道路桥梁工程施工与管理专业实施性专业规则管理技能和技术技能。从而确保道路桥梁工程施工与管理的顺利实施。
四、路桥项目管理中的方案
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1引言固体能带理论是目前研究固体中电子运动的一个主要理论基础。固体能带性质可以区别固体为何分为导体，半导体，绝缘体；可以了解半导体导电机理。
2 能带论的主要结论
2.1 能带及其一般性质
在晶体中，原来的简并能级即自由原子中的能级分裂为许多和原来能级很接近的能级，形成能带。
电子在单一方势阱中运动，能级是分立的；电子在周期性势阱中运动，每一能级变为一能带。
1）分裂的新能级在一定能量范围内，形成一个连续分布的能量带，称能带，也称容许带。
2）在相邻的容许带之间可能出现不容许能级存在的能隙，称为禁带。科技论文，固体能带性质。
3）自由原子中电子能级越高，对应能带越宽。
2.2 金属，半导体，绝缘体的能带特征
在晶体周期场中运动的个电子，他们的基态可以用类似的办法讨论，这时但电子能级用表示，分成一系列能带， 一般不具有简单的自由电子的形式。个电子填充这些能级中最低的个，有两类填充情况：
1）电子恰好填满最低的一系列能带，再高的各带全部都是空的，最高的满带称为价带，最低的空带称为导带，价带最高能级（价带顶）与导带最低能级（导带底）之间的能量范围称为带隙。这种情况对应绝缘体和半导体。带隙宽度大的（例如约）为绝缘体，带隙宽度小的（例如约）为半导体。
2） 除去完全被电子充满的一系列能带外，还有只是部分地被电子填充的能带，后者常被称为导带。这时最高占据能级为费米能级，它位于一个或几个能带的能量范围之内。在每一个部分占据的能带中，空间都有一个占有电子与不占电子区域的分界面，所有这些表面的集合就是费米面。这种情况对应金属导体。
2.3 能带的周期性和反演对称性
1） 周期性：
其中 是一维情况的倒格矢， 为一个布里渊区涉及的范围。这里我们只作粗略的证明：在点的布洛赫函数可以写为：
（1）
其中 ：
=（2）
注意 （1）式的方括弧内的因子具有正格子之间的平移格矢不变性
令
（3）
（4）
利用 和（2）式很容易证明
=（5）
（2）式中方括弧内因子与表示的 具有同一个布拉菲格子的平移不变性，这样，平移对称操作不会改变可观察量 的大小，所以相差为倒格矢的两个 态的全部本征函数和能量本征值的集合应是全同的，这样，只要在各布里渊区按能连从低到高次序重新标号，有下式成立：
（6）
（7）
2） 反演对称性 ：
（8）
证明： 态的薛定谔方程
（9）
（10）
由布洛赫定理：取上式复共轭：
（11）
态的薛定谔方程：
（12）
将（11）和（12）重新整理：
（13）
（14）
方程 （13）和（14）中的哈密顿量是完全相同的，它们唯一地确定了一组能量本征值的集合。适当选取（13）和（14）方程的能量本征值的序号，就可以确保：
（15）
（16）
可见，能带具有反演对称性。[2]
2.4能带的三种表示图式[2]
1）扩展能区图式
对于能量最低的能带，在第一布里渊区内变动。科技论文，固体能带性质。对于能量次低的能带，在第二布里渊区内。依次类推，是的单值函数，不同的能带画出在不同的布里渊区内。
如图1（a）所示。
2）周期能区图式
由于，所以图1 （a）中的任意一条能谱曲线可以通过平移倒格矢从一个布里渊区移到其它布里渊区。在每个布里渊区内表示出所有能带，构成空间内的完整图象，如图1（c）所示。
3）简约能区图式
把图1（a）中所示的所有能谱曲线通过平移倒格矢移入第一布里渊区。这时是的多值函数，对于一个给定的，每个能带都有相应的能量与其对应。限制在第一布里渊区之内。如图1（b）所示。
图1 三种能区图式
3 结束语固体能带理论是目前研究固体中电子运动的一个主要理论基础。利用固体能带的一些性质，可以更好地分析导体，半导体，绝缘体。
关键词: 布里渊区，薛定谔方程.
1引言固体能带理论是目前研究固体中电子运动的一个主要理论基础。固体能带性质可以区别固体为何分为导体，半导体，绝缘体；可以了解半导体导电机理。[1]
2 能带论的主要结论2.1 能带及其一般性质
在晶体中，原来的简并能级即自由原子中的能级分裂为许多和原来能级很接近的能级，形成能带。
电子在单一方势阱中运动，能级是分立的；电子在周期性势阱中运动，每一能级变为一能带。
1）分裂的新能级在一定能量范围内，形成一个连续分布的能量带，称能带，也称容许带。
2）在相邻的容许带之间可能出现不容许能级存在的能隙，称为禁带。
3）自由原子中电子能级越高，对应能带越宽。
2.2 金属，半导体，绝缘体的能带特征
在晶体周期场中运动的个电子，他们的基态可以用类似的办法讨论，这时但电子能级用表示，分成一系列能带， 一般不具有简单的自由电子的形式。个电子填充这些能级中最低的个，有两类填充情况：
1）电子恰好填满最低的一系列能带，再高的各带全部都是空的，最高的满带称为价带，最低的空带称为导带，价带最高能级（价带顶）与导带最低能级（导带底）之间的能量范围称为带隙。科技论文，固体能带性质。这种情况对应绝缘体和半导体。带隙宽度大的（例如约）为绝缘体，带隙宽度小的（例如约）为半导体。
2） 除去完全被电子充满的一系列能带外，还有只是部分地被电子填充的能带，后者常被称为导带。这时最高占据能级为费米能级，它位于一个或几个能带的能量范围之内。在每一个部分占据的能带中，空间都有一个占有电子与不占电子区域的分界面，所有这些表面的集合就是费米面。这种情况对应金属导体。
2.3 能带的周期性和反演对称性
1） 周期性：
其中 是一维情况的倒格矢， 为一个布里渊区涉及的范围。这里我们只作粗略的证明：在点的布洛赫函数可以写为：
（1）
其中 ：
=（2）
注意 （1）式的方括弧内的因子具有正格子之间的平移格矢不变性
令
（3）
（4）
利用 和（2）式很容易证明
=（5）
（2）式中方括弧内因子与表示的 具有同一个布拉菲格子的平移不变性，这样，平移对称操作不会改变可观察量 的大小，所以相差为倒格矢的两个 态的全部本征函数和能量本征值的集合应是全同的，这样，只要在各布里渊区按能连从低到高次序重新标号，有下式成立：
（6）
（7）
2） 反演对称性 ：
（8）
证明： 态的薛定谔方程
（9）
（10）
由布洛赫定理：取上式复共轭：
（11）
态的薛定谔方程：
（12）
将（11）和（12）重新整理：
（13）
（14）
方程 （13）和（14）中的哈密顿量是完全相同的，它们唯一地确定了一组能量本征值的集合。适当选取（13）和（14）方程的能量本征值的序号，就可以确保：
（15）
（16）
可见，能带具有反演对称性。[2]
2.4能带的三种表示图式[2]
1）扩展能区图式
对于能量最低的能带，在第一布里渊区内变动。对于能量次低的能带，在第二布里渊区内。科技论文，固体能带性质。依次类推，是的单值函数，不同的能带画出在不同的布里渊区内。
如图1（a）所示。
2）周期能区图式
由于，所以图1 （a）中的任意一条能谱曲线可以通过平移倒格矢从一个布里渊区移到其它布里渊区。在每个布里渊区内表示出所有能带，构成空间内的完整图象，如图1（c）所示。
3）简约能区图式
把图1（a）中所示的所有能谱曲线通过平移倒格矢移入第一布里渊区。这时是的多值函数，对于一个给定的，每个能带都有相应的能量与其对应。限制在第一布里渊区之内。科技论文，固体能带性质。如图1（b）所示。科技论文，固体能带性质。
图1 三种能区图式
3 结束语固体能带理论是目前研究固体中电子运动的一个主要理论基础。利用固体能带的一些性质，可以更好地分析导体，半导体，绝缘体。
参考文献
[1]黄昆,韩汝琦.固体物理学[M].北京：高等教育出版社,1988.
篇11
它被视为未来支撑信息、能源、交通、国防等产业发展的重点新材料，将引领光电产业的新一轮革命。
它就是以碳化硅（SiC）、氮化铝（AlN）、氮化镓（GaN）等为代表的第三代半导体材料，如今世界各国争相布局的战略高地。
在世界范围内，第三代半导体材料在各个领域的产业成熟度各有不同，在某些前沿研究方向，仍处于实验室研发阶段。尽管我国起步较晚，发展较缓，无论基础研究还是产业化推进都仍有很长的路要走，但这并未影响该领域内科研人员潜心攻关、奋起直追的决心。
哈尔滨工业大学基础与交叉科学研究院宋波教授，就是奋战在我国第三代半导体材料研究最前沿的优秀科研人员之一。
他L期从事第三代宽禁带半导体材料的生长与物性研究，凝练了气相质量输运动态平衡控制及温场调控等关键科学问题，对碳化硅、氮化铝等光电功能晶体生长过程的动力学优化、关键工艺参数控制与物理性质调控等相互关联的科学问题开展了系统研究，成果颇丰。
雏凤新声，结缘宽禁带半导体
一代材料，一代器件，一场革命。材料的重要性，在半导体产业已经得到印证。
以硅（Si）为代表的第一代半导体材料，引发了电子工业大革命；以砷化镓（GaAs）为代表的第二代半导体材料，则拓展了半导体在高频、光电子等方面的应用，使人类进入光纤通信、移动通信的新时代。而如今，正是第三代半导体材料“大展身手”的时代。
第三代半导体材料又叫宽禁带半导体，是指禁带宽度大于2 eV（电子伏特）的一类半导体，以碳化硅、氮化铝、氮化镓、立方氮化硼（C-BN）等为主要代表。它们所表现出的高温下的稳定性、高效的光电转化能力、更低的能量损耗等绝对优势，吸引了业界的普遍关注，有望全面取代传统半导体材料，开启半导体新时代。
宋波进入这一领域是在博士阶段。那是2005年前后，他正就读于中国科学院物理研究所，师从我国著名晶体结构专家陈小龙研究员开展研究。当时国内宽禁带半导体研究起步不久，各项研究都非常薄弱。
2008年，宋波回到家乡哈尔滨，并在哈尔滨工业大学韩杰才院士引荐下加入该校基础与交叉科学研究院。在这里，宋波确立了宽禁带半导体生长与物性研究这一研究方向，立志从基础研究领域着手，改善我国关键性、基础性战略材料依赖进口的局面，促进宽禁带半导体材料和器件产业的发展，提升产业核心竞争力，缩小与西方国家的差距。
在近十年的研究过程中，宋波作为课题负责人承担了包括国家自然科学基金项目、总装“十二五”预先研究重点项目、科技部国际科技合作项目等在内的20多项科研项目，在J. Am. Chem. Soc.， Nano Lett.， Phys. Rev. Lett.， Adv. Funct. Mater.， Phys. Rev. B等国际著名SCI学术杂志上100余篇，论文被正面他引1000余次；获得授权发明专利13项。特别是在SiC基稀磁半导体和AIN基晶体生长研究方向，取得了一系列创新性成果，引领了国内外相关研究的进步，在行业内形成了一定的影响力。
层层深入，攻关SiC基稀磁半导体
稀磁半导体是自旋电子学的材料基础，能够同时利用电子的电荷属性和自旋属性，兼具半导体和磁性的性质，新颖而独特，是第三代半导体材料的热点研究之一。
现阶段，GaAs、GaN和ZnO基稀磁半导体的研究已经取得了突破性进展，但仍无法满足人们对自旋器件高温、高频、大功率和抗辐射等性能的要求，SiC基的出现恰逢其时。宋波在这一前沿方向进行了广泛而深入的研究，并取得了系列研究进展。
他提出了非磁性元素Al掺杂制备SiC基稀磁半导体，在200 K观察到了玻璃态的铁磁有序，同时实现了4H-SiC晶型的稳定可控。首次提出了非磁性元素掺杂AlN基稀磁半导体的研究思路，有效地避免磁性杂质的引入，为探讨稀磁半导体的磁性来源提供了理想的实验体系。
论文在2009年发表后，至今已被他引50余次，得到不少业内专业人士的直接认可，认为其启迪了思考。中国科学院外籍院士C.N.R. Rao教授就曾在论文中直言：宋等的工作显示了铁磁性不是来自磁性杂质而是来自于sp3杂化向sp3-sp2混合杂化转变的过程中所导致。
随着研究的不断深入，宋波的研究也渐入佳境――
同样在2009年，他利用在h-BN中的实验结果证实了美国布法罗州立大学Peihong Zhang教授等人的理论预言，即在带隙宽度达5.5 eV的h-BN中存在缺陷直接诱导的内禀磁性。这一成果获得了包括波兰科学院物理研究院O. Volnianska教授在内的业界专家的正面引用和广泛认可。
2010年，他提出了双元素（Al，TM）复合掺杂SiC基稀磁半导体的研究思路。在Al掺杂稳定4H-SiC晶型的基础之上，同时掺杂磁性过渡金属元素，来获得高Tc、高矫顽力和高剩磁的稀磁半导体。
2011年，他提出了采用缺陷工程调控半导体磁性的新方向。与合作者一起采用中子辐照在碳化硅晶体中诱导出了以硅-碳双空位为主的缺陷，在实验上给出了硅-碳双空位导致铁磁性的证据，并从理论上揭示了双空位产生磁性的物理机制，证实了磁性元素并非半导体磁性的唯一来源，为深入探究宽禁带半导体的磁性起源提供了新的科学认识。在此之后，国内外有超过18个研究小组开展了缺陷诱导半导体磁性的研究工作，并在相关论文中引用了他们的成果，将其列为缺陷导致磁性的典型例子。
把握前沿，初探AIN晶体生长
AlN基的高温、高频、高功率微波器件是雷达、通信等现代化军事和航天装备等领域急需的电子器件。
宋波介绍，与其它的半导体材料相比，AlN基低维材料的形貌较为单一，这导致对其新性质和新应用的探索受到了较大的制约。
因此，深入开展生长动力学研究，探究生长过程中质量输运-温场分布-成核动力学的内在关联，从微观机理上阐述物性变化的原因，探索新奇物理效应，成为制约宽禁带半导体发展的关键科学问题，同时也是一项亟待开展的基础性研究工作。
在这一研究方向，宋波同样取得了不俗的成绩――
（一）在AlN机理生长方面，首次发现本征的六重螺旋生长机制。
他@得了单晶AlN纳米和微米弹簧、AlN螺旋结构、AlN平面六边形环等新颖纳米结构，系统性研究首次发现AlN纳米/微米结构和AlN单晶都遵循六重对称的旋转生长机制。
这一发现极大地丰富了人们对于AlN晶生长机理的认识，对调控AlN生长形貌，获得大尺寸、低缺陷密度的AlN晶体具有重要参考价值。
（二）在AlN新物理性质探索方面，他首次在AlN微米螺旋结构中发现了时间长达300秒的长余辉效应。
研究中，他分别从理论和实验上对AlN螺旋结构中氮空位和铝间隙耦合效应进行了研究。首次发现氮空位和铝间隙的共同作用会诱导出新的能级，进而导致长余辉效应的显现。这一发现，丰富了人们对于AlN基本物理性质的认识，为设计和制造新型AlN基光电子器件提供理论指导。
在AlN纳米线螺旋结构的力学测试中首次发现了AlN单晶螺旋中存在弹性形变。该发现为制备AlN基纳米器件提供了进一步的认识。
（三）在AlN晶体生长方面，突破了多项关键技术，包括形核温度控制技术、晶粒长大过程控制技术、形核控制技术等。
研究中，宋波掌握了包括电阻率及均匀性控制技术、多型缺陷浓度控制技术以及晶体质量稳定性控制技术等在内的多项关键技术，获得了高质量的晶体材料。
他所获得的直径达35mm的双面抛光片，位错密度小于107个/cm2，申报了国家发明专利7项，研究水平居于国内领先地位。
他重新设计和研制了全钨的晶体生长炉、AlN原料原位补充系统和垂直梯度坩埚。试验结果表明，采用新的生长组合系统大大提高了AlN的晶体质量，其中AlN晶体的主要缺陷密度，特别是O（氧）含量降低了约3个数量级，电阻率提高了约2个数量级，为进一步获得高质量的AlN晶体提供了技术支撑。
多年来，宋波非常在意与国际学者的交流与合作，不仅承担了科技部国际科技合作项目，还在多年的研究中与美国威斯康星大学麦迪逊分校Song Jin教授、西班牙科尔多瓦大学Rafael Luque教授建立了广泛的合作关系。特别值得一提的，是在对俄对乌合作方面，宋波与俄罗斯科学院固体物理研究所国际知名晶体学家Vladimir Kurlov教授、国际SiC晶体生长专家Yuri Makarov教授，以及俄罗斯科学院西伯利亚分院半导体研究所的Oleg Pchelyakov教授、Valerii Preobrazhenskii教授建立了密切的合作关系，曾多次出访俄罗斯与乌克兰相关科研机构，为推动双方的科技交流合作作出了重要贡献。
篇12
(一) 引言
从慢速光的发展起，关于光的相关研究日益涌现，随后我们探索了很多不同的物理计划和媒介，并通过对光和物质相互作用的基本特性的更进一步的理解，以及利用这些相互作用应用到各个方面的可能性的增加，从而激发人们研究光速控制问题的兴趣。毕业论文，相干群振荡。更为特别的是，已经有人建议将慢速光效应应用到光的缓冲上来[2]，但也有人指出，在可以实现的延迟时间和可以容纳的带宽之间的反映问题上，基本物理极限是有折衷的[3]。有两个例子可以说明，一个是对光馈相控天线阵的控制及合成，另一个是对微波滤波器的控制。对实际应用来说，我们特别感兴趣的是，通过使用这种媒介，实现对廉价和小型设备的认识，并允许这些设备其他功能的集成。因此，那些以半导体为基础的设备尤其受到人们的关注。并且，在这些设备结构里慢速和快速光效应的研究上，人们已经做了很多工作。但不幸的是，半导体材料中的电磁感应透明现象是很难被人们所认识的[1]。因此，移相的时间很短，而离散层次结构（它对于实施电磁感应透明的计划是必要的）可以通过利用半导体量子点来被人们所认识。利用现如今的技术所获得的大小波动，将导致这种不均匀的扩大，从而减弱其影响[2]。毕业论文，相干群振荡。相反，人红宝石晶体所表现出的振荡效果（CPO），已经被不同的组数利用，以实现在半导体波导光中的光速控制[6-15]。从最近的评论来看，本文重新认识了CPO的物理效应，并强调了提高相移和频率范围的不同计划。
(二) 慢速光的基本原理
连续波（CW）光束在折射率为n的介质中传播时，其传播速度v =c / n，其中C是真空中的光速。折射率n与该介质中的相对介电常数通过等式相互联系起来。如果信号强度随时间而变化，即信号的频谱具有有限的宽度，那么强度调制的传播速度由群速度所给定，有如下等式:
（1）
其中，Ng表示的是群折射率而w是光的频率。
因此，可以看出，群速度随媒质和频率中相速度的不同而不同，其中的折射率与频率方面存在一阶非零的的导数。如果光的强度被调制了（例如正弦调制），那么群速度由通过设备传输强度模式的速度所描述。在讨论光的放缓问题的时候，我们感兴趣的是由媒质分散所导出的方程组（1）式，既然群折射率的这一部分可能因此而被改变，它就使我们能够控制光的速度。
(三) 相干群振荡（CPO）
CPO所产生的效应依赖于能够激发半导体的外部激光束，它导致了在半导体中载波分配的调制以及随后折射率的分散和改变。毕业论文，相干群振荡。在一般情况下，该效应可以通过建立在四波混频（FWM）理论的频率域来分析。然而，在实际情况下，重要的外部信号是由调制激光束的强度产生的，在动态折射率可以忽略的情况下，该效应可以由时域中的饱和作用来解释[9]。毕业论文，相干群振荡。在波导吸收的理论下（也就是说，存在一个电子吸收（EA）），CPO效应导致了慢速光的产生，对应于相位的延迟，波导的放大，而半导体光放大器（SOA）导致快速光的产生，对应于相位的超前。在这两种情况下，饱和功率和有效载体的周期就分别是功率分配和频率独立性的重要特征。根据激光束和调制频率之间的频率的不同，载波分配的不同动态效应就显得尤为重要。活性层的内部结构（即散装或低维度）会因此成为影响快速和慢速光行为特征的因素。
(四) 级联装置
既然电子吸收（EA）结构显示出的寿命要比半导体光放大器（SOA）结构显示出的寿命短得多（因为SOA存在多载波扫频），那么电子吸收（EA）就成为高频率应用的最佳选择。但另一方面，这种吸收限制了传播力度。解决该问题的一个办法是将上述两种结构结合，这是因为，不同的反应能够受益于EA部分的慢速光效应，而从SOA部分获得增益，并且没有快速光在该部分的抵消作用[11]。此外，通过连接几个这样的结构，可以增加总微波的相位延迟[12]。毕业论文，相干群振荡。图1显示出了照片，并编制了一个多部分的设备原理图和相对应相位变化的测量。
在等高线图中，它作为输入光的强度和反向偏置的功能图。根据图中所显示的，要控制光放缓的程度是可能的，要么通过反向电偏移，要么通过光纤输入光信号强度。对于固定反向偏置，我们观察到一个最佳的强度，这是由于诱导输入信号的饱和度和观察固定光学输入强度
的最佳反向偏置[5]，这也反映了增加电压有源区跌幅的载波扫出时间[9]。在这种特殊情况下，对于SOA部分的固定电流和EA部分的反向电压来说，我们能够获得大约140度的最高相位变化。如果电气偏移允许我们改变反向偏置，绝对相位的变化可能获得进一步增加，最近，这一结论被一个独立部分的波导所论证[13]。
Figure 1.
(五) 光学滤波
人们已经证明，对于强度调制来说，比如双边带，输入信号的相移只取决于动态增益[9，10]。然而，折射率的调制可以通过演示光学过滤前检测来增加相移（即调制一个非零线宽增强因子）[14]。该实验装置如图1所示，波长为1539.46nm的激光被网络分析仪所调制，它通过一个推拉式的Mach-Zehnder强度调制器（MZM）生成了两个边带（红移边带，蓝移边带），并伴随有强大的载体,其中ares=-0.2。经过了大量的SOA检测（这里四波混频效应将导致相位的变化和两个边带的增强），两个边带其中之一（红移边带或蓝移边带）将会在检测前被具有0.1nm带宽的光纤光栅陷波器所阻止。当调制频率大于4GHz时，一个边带可以很容易地被清除，而不破坏或其他边带或载波，通过采用光纤放大器（EDFA）和可变光衰减器（VOA），输入光功率可以调整在-10.3dBm和13.6dBm之间。毕业论文，相干群振荡。实验结果显示，如图所标记的三种不同的情况，即无过滤（黑），阻塞蓝边带和通过红边带（红色），阻塞红边带而通过蓝边带（蓝色）。该结果与以波混合模型为基础的数值模拟相比较，显示出了良好的吻合度。结果表明，绝对相移以及工作频率可以通过阻塞红移边带而大大加强。另一方面，阻断蓝移边带只会导致相移发生微小的变化。这种现象可以通过如下原因解释，即当我们考虑经过波混频后，它导致了两个边带的有效增益和相位变化，因为它不同组成部分之间相位的变化在这里发挥了重要作用。
Figure 2.
(六) 偏振旋转的利用
最后，我们可以展示一个完全不同的方法，该方法通过利用极化效应来实现对微波相移控制，该实验装置如图3所示，波长为1550nm的激光束被网络分析仪正弦调制，它是通过一个 Mach-Zehnder强度调制器（MZM）来确保相反符号转移曲线的TE和TM组件正常运行。利用这种方法，被调制的TE和TM组件之间的相位φ实现了180 °的相移。通过利用SOA（半导体光放大器）中依赖强度的偏振旋转，并在光电检测之前引进偏振选择性的组成部分，我们因此可以控制相移。在实验中，通过引入一种掺铒光纤放大器（EDFA）和可变光衰减器（VOA），SOA的输入光功率可以在- 7dBm的和13dBm之间调节，这将促使SOA信号的偏振旋转[14]。在经过SOA以后，通过网络分析仪，我们用一个偏振控制器（PC3）和偏振分光镜（PBS）来选择需要被检测的偏振性。SOA的源电流固定在160毫安，调制的射频功率为0dBm。测量结果表明，该相位可以通过输入光功率和大约150 °的相移控制而不断的调整，它所获得的高调制频率高达19 GHz。
Figure 3.
(七) 结论
我们已经介绍并展示了控制强度调制光信号相移的不同计划，它建立在半导体光波导中慢速和快速光效应的基础之上。我们发现，通过级联设备或利用光学过滤设备可以进一步增强活动区域中混合波的基本作用。此外，我们可以实现移相器，方法是在两个光场偏振元件上引入不同的相移，并通过利用非线性偏振旋转效应不断交换它们之间的相移。在这个时候，最大的相移达到了我们所要求的180 °并且能够获得高达20 GHz频率。为了足够灵活的实施相控天线阵和微波滤波器，相移的控制应该被进一步增加到360°，并且可根据实际应用增加额外的要求。
【参考文献】
[1]L. V. Hau, S. E. Harris, Z.Dutton and C. H. Behroozi, “Light speed
reduction to 17 meters per second in anultracold atomic gas.” Nature
篇13
【Key words】Semiconductor laser； simulate； temperature； power
0 引言
半导体激光器以其寿命长、体积小、效率高、价格低廉等优点，在军事、医疗、通信、精密加工等领域得到广泛的应用。它是高效率的电子―光子转换器件，但由于存在非辐射复合损耗、自由载流子吸收等损耗机制， 使其外微分量子效率只能达到20%―30%[1]；同时又是一种比较敏感的器件，每毫安电流的变化会引起约0.01nm 输出波长的漂移，每摄氏度温度的变化会引起约0.1nm 输出波长的改变[2]；其本身还存在着较多的外部失效因素，包括暗线缺陷、腔面损伤、电极退化、浪涌冲击、静电击穿等，这些失效原因主要与激光器的制造过程、工艺、材料相关，用户无法控制，与之相比浪涌冲击、静电击穿是用户应该加以关注的问题，应用中应设法加以保护[3]。
3 实验与结果讨论
搭建了实验平台并对半导体激光器实际输出功率大小受温度的影响进行了实验，将半导体激光器放置在密闭的封闭空间内，并将密闭容器放置在加热片上。加热片给密闭容器加热并通过温度监视器显示密闭容器的温度，半导体激光器的功率可以通过电源可调开关进行调节。
实验步骤：首先搭建好实验装置，带完成后打开加热片控制开关对密闭空间进行加热升温，并通过温度监视器（其探头是温敏传感器）实时反应密闭空间内的温度。当密闭空间内的温度上升为25℃时，通过功率表记录下激光器的功率参数。在对加热片进行升温，使密闭空间内的温度升高到35℃时记录下第二组数据，并以10℃为一个梯度对密闭空间进行加热和数据记录，直到温度达60℃后得到四组不同温度梯度下激光器输出功率的实验数据。在此基础上，从复十次这样的实验得出从复实验数据。
由实验数据可得半导体激光器的输出功率受环境温度的影响非常明显，随着温度的升高激光器的输出功率在明显的下降。当温度上升到60℃时激光器的输出功率就在4.5mw附近波动。处于室温环境条件下，激光器正常工作时的输出功率在4.75mw左右。
4 总结
本文首先通过matblab模拟了激光器输出功率与环境温度间的数值关系，得到环境温度超过32℃后激光器的输出功率呈线性减小。在数值模拟的基础上搭建了实验平台验证了激光器输出功率随环境温度变化的关系。实验结果表明激光器所处的环境温度在45℃到60℃的范围内，温度越高激光器的输出功率越小，这给半导体激光器在一定温度范围内的选型提供一定的参考价值。
【参考文献】
[1]单成玉.温度对半导体激光器性能参数的影响[J].吉林师范大学学报（自然科学版）.
[2]任雷.半导体激光器驱动级温控系统研究[D].学位论文.2013，28（6）.
[3]丛梦龙，李黎，崔艳松，等.控制半导体激光器的高稳定度数字化驱动电源的设计[J].光学精密工程，2010， 18（7）：1629-1636.