半导体材料论文精品(七篇)

序论：写作是一种深度的自我表达。它要求我们深入探索自己的思想和情感，挖掘那些隐藏在内心深处的真相，好投稿为您带来了七篇半导体材料论文范文，愿它们成为您写作过程中的灵感催化剂，助力您的创作。

篇(1)

关键词半导体材料量子线量子点材料光子晶体

1半导体材料的战略地位

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。

(2)一维和零维半导体材料的发展设想。基于低维半导体微结构材料的固态纳米量子器件，目前虽然仍处在预研阶段，但极其重要，极有可能触发微电子、光电子技术新的革命。低维量子器件的制造依赖于低维结构材料生长和纳米加工技术的进步，而纳米结构材料的质量又很大程度上取决于生长和制备技术的水平。因而，集中人力、物力建设我国自己的纳米科学与技术研究发展中心就成为了成败的关键。具体目标是，“十五”末，在半导体量子线、量子点材料制备，量子器件研制和系统集成等若干个重要研究方向接近当时的国际先进水平；2010年在有实用化前景的量子点激光器，量子共振隧穿器件和单电子器件及其集成等研发方面，达到国际先进水平，并在国际该领域占有一席之地。可以预料，它的实施必将极大地增强我国的经济和国防实力。

篇(2)

【关键词】半导体；材料与器件；教学改革

0 引言

《半导体材料与器件》是信息显示与光电子工程本科专业的专业基础课程，旨在使学生理解并掌握半导体材料的物理学的理论体系及基本器件的功能和应用，了解半导体器件的特性以及相应的仪器检测方法，仪器测试原理，以及相关理论；了解半导体物理学发展的前沿及发展动态。同时，使学生学习本课程领域内专业知识的同时，提高专业英语的听说读写能力，全面提高中英文专业水平，为社会输送高质量人才。

1 优质教学资源建设

合适的教材是保证双语教学能够顺利进行的前提，拥有外文原版教材是双语教学的必要条件。目前，在国内找不到一本合适的半导体材料与器件方面的教材；相关教材，如刘恩科等编著的《半导体物理学》、孟庆臣等编著的《半导体器件物理》、田敬民编著的《半导体物理问题与习题》，邓志杰等编的《半导体材料》，杨树人等编《半导体材料》，但能同时满足《半导体材料与器件》教学要的教材还没有。通过对网络资料搜索，我们找到了相关的英文原版教材《Semiconductor Materials and Device Characterization》，是由美国Arizona State University 的Dieter K. Schroder教授等著作的，这本书系统地介绍了半导体材料与器件的基本参数、特性、测试仪器以及测试方法和原理，是一本优秀的教材，先后在美国、加拿大、德国等地出版。在国内，尚未有出版发行，亦没有影印版可以借鉴。另外，还有一些地道的英文原版教材，如University of Florida的Franky So等编著的《Organic Electronics Materials Processing Devices and Applications》，Robert F. Pierret等编著的《Semiconductor Device Fundamentals》。通过充分整合这些优秀教材，建立教材库，供教学使用，将为半导体材料与器件教学提供有力保障。

2 新型双语教学模式的探索

2.1 传统“填鸭式”教学方式的改进

传统的“填鸭式”教学方法，一个最大的优点是可以在极短的时间内，传授完大部分的课本知识，节省时间。但是，其缺点也显而易见，不利于学生消化、吸收新知识，造成“左耳进、右耳出”的现象。为避免这种现象，我们针对《半导体材料与器件》这门课的教学方式特作改进。以知识点串讲的方式取代传统的逐章逐节的讲解模式，做到一半以上的时间用英语讲解，对重点、难点分别用中、英文对译；穿插师生互动环节，课堂提问，鼓励学生用英语作答，营造双语学习环境。考虑到这门课的开设，设置在第6个学期，学生经过近3年的大学英语学习，应该具备一定的英文阅读写作能力，可以安排一些调研性内容，以报告或小论文的形式体现。对于个章节中专业词汇和专业术语，提前发放给学生自学，以减轻课堂负担。根据循序渐进的原则，讲解的时间逐渐缩短，点到为止，启发式教学。另外，还可以穿插一些最新的研究动态，使学生对知识的应用以及科学前沿有所了解，提高学习兴趣，树立科技知识不断更新进步的理念。

2.2 学生讲授课程的探索

在吃透半导体材料与器件这门课的基础上，精炼教学内容，简化PPT课件，在保证不减少知识点的以及课程进度的前提下，适当添加一些学生讲授课程的比例，激发学生内在的学习潜能，培养其知识获取、内化、表达的能力，内容以课本知识点为主，形式上可以多样化，如分组讨论、随机抽查、即兴演讲等；给学生表现自己才能的机会，营造口语表达的环境，解决“开口难”的难题。条件许可的情况下，邀请外籍老师来听课、指导工作。考虑到学生之间的差异，针对英语基础较差和化学背景比较薄弱的同学，可以单独进行辅导，开开“小灶”，做到因材施教。

3 考核方式的探索

加大平时分所占的比例。现有的考核方式为（30%）平时分 + （70%）期末考试卷面分数，这不利于公平评价学生双语课的成绩，因为听、说能力没有得到体现。既然这样，就应该在平时的表现中体现出来，如，可以将平时分提高到40%，甚至50%，将学生平时在课堂上的听、说、读、写等表现情况也纳入平时分的考核中来，在双语课程考核中，增加这么一条；当然，平时分还应包括出勤率、课堂表现、习题作业完成情况等，一并纳入到平时分的考核中来，这样的考核方式应该更客观、有效。对于平时的习题，任课老师要做到及时评阅，及时发现问题，对错误之处要进行评述，习题必须用英语表述，包括老师对习题的评阅，也必须用英语，错误之处要用英语纠正，起到示范作用。

4 考试题型多样化，增加赠分题

考试题型多样化，除了常见的五大题型，即选择题、填空题、名词解释、简答题、论述题，可以试探性的增加赠分题。赠分题应该是一些难度较大的综合题，以激励那些优秀的学生深入学习科技知识、施展才艺，同时拉开不同层次学生之间的距离，体现层次，进一步充分做到优生优培，因材施教。

5 结论

双语课的教学是一项巨大而漫长的人才培养工程，要遵循渐进的原则。本文就《半导体材料与器件》这门课的双语教学过程中出现的问题做出了讨论，试探性的提出了新的双语教学模式、优质课程建设以及评价方式的变革，以便更好地为社会需求培养高素质人才。

【参考文献】

篇(3)

【关键词】高电子迁移率晶体管（HEMT）；阈值电压；氧等离子体处理；跨导

1.引言

宽禁带半导体材料氮化稼（GaN），以其良好的物理化学特性、电学特性成为目前研究最多的半导体材料，它是继第一代半导体材料硅（Si）和第二代半导体材料砷化嫁（GaAs）、磷化嫁（GaP）、磷化锢（InP）等之后迅速发展起来的第三代半导体材料。与目前大多数的半导体材料相比，GaN半导体材料具有一系列优异的物理和化学性质，有禁带宽度大，电子饱和漂移速度大，热导率高，热稳定性好等特点，已成为当前高科技领域的研究重点。自从1991年首次报道以来，虽然AlGaN/GaN HEMT的器件性能一直在不断提高，但是要真正实现实用化，应用于集成电路中，仍有许多需要解决的问题，如如何更好更简单的调节器件阈值电压、提高器件的导通电流就是其中之一。

本实验提出了一种简单方便的降低器件阈值电压、提高器件导通电流的栅表面处理方法。通过氧等离子体对HEMT器件AlGaN表面进行氧化处理，提高了器件肖特基势垒，降低了器件阈值电压。同时氧等离子体处理的表面不会引入新的绝缘膜而影响器件特性。

图1 AlGaN/GaN异质结示意图

图2 栅金属形成后器件图

（AlGaN周围浅绿色为栅金属8nm Au）

2.结构与工艺

HEMT的基本结构就是一个调制掺杂异质结，如图1所示，AlGaN/GaN HEMT器件的AlGaN和GaN界面处会形成一个2DEG的表面通道，此2DEG受控于栅极电压。零偏时，GaN的导带边缘低于费米能级，表明存在大密度2DEG；在栅极加负电压时，GaN的导带边缘会逐渐上升，2DEG的密度减少，当负电压达到一定值后，GaN的导带边缘会高于费米能级，这就意味着2DEG被耗尽，HEMT的沟道中电流几乎为零，将这一电压称为阈值电压。

本实验采用的外延材料是用金属有机化学气相沉积（MOCVD）的方法生长在蓝宝石（0001）衬底上的AlGaN/GaN异质结结构，由西安电子科技大学微电子所提供。AlGaN/GaN异质结结构材料如图1所示，由上到下依次是：约2nm厚的GaN盖帽层、20nm厚的非故意掺杂的Al0.25Ga0.75N势垒层、1nm厚的AlN插入层、1.5um厚的非故意掺杂的GaN缓冲层，最后是低温生长的约200nm的AlN缓冲层，室温霍尔测试测得的二维电子气浓度为0.77×1013cm-2。

AlGaN/GaN HEMT研制一般主要分以下三步工艺：

（1）隔离岛形成，ICP刻蚀；

（2）欧姆接触形成，电子束蒸发Ti/Al/Ni/Au金属；

（3）金属栅形成，电子束蒸发Ni/Au金属。

本文主要是在第三步金属栅工艺前对AlGaN表面进行一次不同条件的氧等离子体Plasma处理。为了对比不同条件下氧Plasma对器件性能的影响，将HEMT器件分成A、B两组。具体工艺如下：

先依次对A、B两组样品进行栅表面处理，使用M4L干法去胶机处理样品以去除底胶，功率为200W，时间90s，之后使用HCl（1：10）水溶液清洗90s以去除氧化层。

再分别对2部分样品进行处理：A部分不做任何处理，直接淀积栅金属进行测试；B部分采用O2 plasma在200W功率条件下处理5min，然后再淀积栅金属介质层，所用设备均为M4L干法去胶机。

完成上面对AlGaN表面的处理后，电子束蒸发厚度为8nm的Au，然后丙酮浸泡处理10min，剥离工艺形成长金属栅，最后乙醇清洗5min，去离子水冲洗10遍。栅金属形成后的样品如图2所示。使用设备PM8屏蔽探针台和HP4145B半导体测试仪对器件进行测试及分析。

3.结果与讨论

图3所示为AlGaN表面未进行氧Plasma处理的样品A和经过5min氧Plasma处理的样品B分别所对应的输出曲线，测试条件为Vds从0V扫描到15V，步长为0.5V，Vgs从-7V扫描到2V，步长为1V。从图3中可以看出，未进行氧Plasma处理的样品A在Vgs=2V，Vds=10V时的饱和电流约为0.0687A/mm=68.7mA/mm，经过5min氧Plasma处理后的样品B在Vgs=2V，Vds=10V时的饱和电流上升为0.0747A/mm=74.7mA/mm。这一结果表明经过5min氧Plasma处理后的器件表面并未受到损伤，而是提高了器件的饱和电流。

图4所示为A、B两种样品的转移、跨导曲线，测试条件为Vds偏置在5V，Vgs从-7V扫描到2V，步长为0.1V。未进行氧Plasma处理的样品A的最大跨导在Vgs=-1V处，为0.00871S/mm=8.71mS/mm，漏电流为0.027288A/mm=27.288mA/mm，经过5min氧Plasma处理后的样品B的最大跨导出现在约Vgs=-1.5V处，负向偏移了约0.5V，最大跨导为0.00948S/mm=9.48mS/mm，漏电流为0.029165A/mm=29.165mA/mm，均比氧Plasma处理前有所提高。这一结果表明氧Plasma处理后提高了器件的最大跨导，提高了器件性能。

由HEMT器件饱和区电流公式：

及HEMT器件跨导公式：

可知器件饱和电流及跨导均与阈值电压有较大关联，目前阈值电压的提取方法有很多，包括恒定电流法、线性区外推法、跨导外延法、二次求导法、比率法、积分法、饱和区提取法等，本文采用饱和区提取法。

由饱和区电流公式推出：

即当器件工作在饱和区时，与成线性关系，当为0时，此时的栅偏置即近似于阈值电压。图5是图4中的转移曲线开方后所得到的曲线，图中实线标注部分为拟合区间，其中图5a为未经过氧Plasma处理的样品A的～曲线，其一阶拟合方程为y=-0.19527+0.0293x，在轴上的截距约为-6.66，所以其阈值电压约为-6.66V；图5b为经过5min氧Plasma处理的样品B，其一阶拟合方程为y=-0.21411+0.02943x，在轴上的截距约为-7.27，所以其阈值电压约为-7.27V。结果表明经过氧Plasma处理后，HEMT器件阈值电压发生了负移，由于阈值电压的减小，提高了器件的饱和区电流、跨导，实验与理论值相符。

对于氧Plasma处理AlGaN表面可以降低HEMT器件阈值电压的原因可能是器件表面形成了一层氧化膜，即AlGaN与O2发生了反应，反应方程为：

相当于器件表面多了一层薄Al2O3绝缘层[6]，然后再淀积栅金属8nm Au，Al2O3禁带宽度大，如图6所示：

图6 Al2O3和Al0.3Ga0.7N的能带图

由于在AlGaN与栅金属Au之间多了一层薄Al2O3层，相当于降低了Au与AlGaN之间的肖特基势垒高度，根据阈值电压公式：

其中为肖特基势垒高度，即经过氧Plasma处理后的样品的降低了，减小。从而提高了器件的饱和导通电流，提高了器件的电学特性。

4.结论

本文研究了一种简单的提高HEMT器件电学性能的工艺方法，通过对HEMT中AlGaN表面进行适当条件的氧Plasma处理，可以有效降低器件阈值电压，提高器件饱和区电流，从未处理前的68.7mA/mm上升至74.7mA/mm，同时也提高了器件最大跨导，从未处理前的8.71mS/mm上升至9.48mS/mm。因此该方法可有效的应用于高性能GaN HEMT器件的制备应用中。

参考文献

[1]唐广，郝智彪，钱可元，等.氧气等离子体处理对AlGaN肖特基接触的影响[J].功能材料与器件学报，2004（12）， 10，4.

[2]任春江，陈堂胜，焦刚，等.SiN钝化前的NF3等离子体处理对AlGaN/GaN HEMT性能的影响[J].半导体学报.2008（12），29，12.

[3]薛伟，李加东，谢杰，等.高灵敏度AlGaN/GaN HEMT生物传感器设计及制作[J].微纳电子技术.

篇(4)

关键词：保温控制；TEC；DS18b20；多通道

中图分类号：V443文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）01（b）-0000-00

在现代，CCD相机在多领域被广泛应用，成为人类获取信息的主要工具之一。做为一种半导体集成器件，CCD相机对环境温度变化非常敏感，环境温度过高，引起光学和机械误差将导致相机的视轴漂移和光学系统的波前畸变，造成影像模糊，严重破坏成像质量，而环境温度过低直接会导致CCD相机不能工作。这就限制了其在一些温度环境相对恶劣条件下的使用 。如产品环境模拟试验，环境温度低温达到-40℃，高温要60℃，这就要求CCD相机应具有较宽的工作温度适应能力，通常有两种方法，一是采用制造工艺，生产宽温器件，二是采用保温措施保证CCD器件的工作环境温度，因后者的成本较前者低，被广泛采用。据此文中设计了多通道CCD保温仪，采用DS18b20为温度传感器和TEC半导体为制冷制热器件，STC89c52为中心控制器件，可实现-50℃～+70℃较恶劣环境温度下CCD相机正常过工作条件。

1系统总体结构

本次设计的测温系统不仅要求能够实现多通道同时测温，而且测温精度较高，图1是保温仪的系统硬件设计的总体框架。

1.1单片机控制系统

整个系统由STC89C52进行集中控制和管理。STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系统可编程Flash存储器。STC89C52使用经典的MCS-51内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案 。

1.2单总线测温系统

DS18b20是由美国DALLAS公司推出的第一片支持“一线总线”接口的温度传感器，它具有微型化、低功耗、高性能、抗干扰能力强、易配微处理器等优点，可以直接将温度转化成串行数字信号供处理器处理 。

DS18b20独特的单线接口方式，它与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18b20的双向通信，并且支持多点组网功能，多个DS18b20可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温，在使用中不需要任何元件，全部传感器及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内，测量温度范围为-55℃―+125℃，可编程分辨率为9―12位，对应的可分辨温度分别为0.5℃，0.25℃，0.125℃，在-10℃―+85℃时精度为±0.5℃ 。

1.3 驱动系统

驱动系统主要是控制保温仪的加热、制冷，以及散热。通常制冷有风冷、水冷、压缩机制冷、TEC制冷等几种方式 。本系统采用TEC加热/制冷，TEC是利用半导体的热―电效应制取冷量的器件，又称热―电制冷片 。利用半导体材料的帕尔贴效应，当直流电通过两种不同半导体材料串联成的电偶时，在电偶两端即可分别吸收热量和放出热量，实现制冷的目的 。本系统采用TEC1-12706。系统采用了6片制冷片，同时控制六个保温仪，输入电压选用12V，总的制冷功率达到 330W。为了保证TEC加热制冷功率，会在TEC的一面加上散热组件（风扇和散热片）。

驱动系统电路如图4（a）所示，由单刀双掷继电器、PNP8550、IN4007以及 两端接的TEC组成，通过三极管 、 的导通和截止来控制继电器的吸合与断开，从而使TEC两端导通，对系统进行加热或是制冷。继电器两端反接的二极管IN4007为消耗二极管，用来消耗反向电动势。

1.4 LCD显示系统

显示系统采用128×64 的 LCD 显示器。5V电压驱动，带背光，液晶显示模块是 128×64 点阵的汉字图形型液晶显示模块，可显示汉字及图形，内置国标 GB2312码简体中文字库（16×16 点阵）、128 个字符（8×16 点阵）及 64×256 点阵显示 RAM（GDRAM）。与 CPU 直接接口，提供两种接口来连接微处理机：8位并行及串行两种连接方式 。 本系统采用并行链接方式。图5是其和单片机的接口。

2 系统软件设计

软件设计是保温仪的重要组成部分，软件流程图如图6所示。

上电以后，单片机首先对其进行初始化设置，设置与继电器连接的个引脚输出低电平，继电器断开，制冷组件停止工作，然后初始化12864，初始化DS18b20温度传感器，开始测温，需要注意的是由于系统是多通道DS18b20同时测温，所以需要先将DS18b20温度传感器的序列号读取出来，然后在测温时通过匹配序列号判断所读取的是哪个保温仪的温度，最后将各保温仪的温度与设定值相比较，如果不在设定温度范围内则调用温控子程序。根据实验需要，在最开始将系统的温度值设定为高温25℃，低温20℃，也可以根据实验环境需要，设定温度警报值，当某个保温仪内温度超出警报温度范围，则调用报警程序，并尽快将系统关闭，以免将其他器件烧毁。

3 应用试验

应用在高低温环境下对瞄准镜进行可靠性试验，，需要CCD相机进行图像采集，试验温度要求在-50℃～60℃。图9（a）为高低温箱内部结构图，将CCD相机及保温仪系统放到放在高低温箱内部，高低温箱负责给实验提供温度条件。（b）保温仪实物图。

℃

高低温箱温度 1号保温箱内温度 2号保温箱内温度 3号保温箱内温度 4号保温箱内温度

-50℃ 19.8℃ 19.6℃ 19.4℃ 19.6℃

-40℃ 19.9℃ 19.7℃ 19.6℃ 19.4℃

0℃ 21.3℃ 22.1℃ 21.4℃ 21.7℃

40℃ 23.2℃ 24.1℃ 23.8℃ 24.0℃

50℃ 24.9℃ 25.1℃ 24.8℃ 25.0℃

保温仪是为确保在一些极端温度下实验可以正常进行，所以系统采用的测温精度为0.1，由测量结果可以看出在高温和低温情况下保温仪内温度合理的控制在了CCD相机的工作温度范围呢，且四通道恒保温仪温度一致性比较好，温度波动性小与±1℃，满足了设计要求。

5结论

采用DS18b20为温度传感器的多通道TEC保温仪，电路简单，不易干扰，不仅为高低温下进行的CCD图像采集实验提供了温度保障，并且也可以应用与其他极端温度下的实验，为工作温度范围较窄的电子器件提供温度保障，保证了个电子器件在高温或是低温下正常工作，不影响实验结构，并且生产简单，操作简单，适合与多种实验与生产中。

参考文献

[1]黄谊.基于工业CCD相机图像处理和数据管理系统的设计[D]硕士学位论文.山西：中北大学.2013

[2]郭天祥.51单片机C语言教程―入门、提高、开发、拓展全攻略[M].北京：电子工业出版社.2009：2-16.342-349.147-167

[3]吕建波.基于单总线数字温度传感器DS18B20的测温系统设计[J].现代电子技术.2012（10）：1-3.

篇(5)

关键词：InP；HEMT；流体力学模型；特性仿真

1 前言

InP基高电子迁移率晶体管（HEMT），相比与于传统的晶体管器件，以其独特的高迁移率、低噪声、高增益特性，在国防航天、毫米波通信、卫星遥感以及雷达等军民用领域，拥有非常广阔的应用前景[3，4]。本文通过模拟仿真研究 InP基 HEMT 器件的基本特性，包括直流特性，交流特性等，对器件的工艺设计有着重要的意义。目前，国内外对 InP 基 HEMT 进行了制备上的大量研究，但是对器件模型以及仿真平台的研究还有大量的工作，以及其他技术和基础科学上的研究有待进一步进行。

本文的工程中，采用 Sentaurus TCAD 半导体器件模拟仿真软件，针对 InP 基HEMT 建立流体力学模型的模拟仿真平台，通过观察分析仿真的结果，为化合物半导体器件的进一步研究提供了理论支持。

2 InP 基 HEMT 仿真模型分析

半导体器件在仿真的时候使用的物理模型包括传统的蒙特卡罗模型、传统的漂移扩散模型和适合深亚微米器件的流体力学模型。出于计算效率的原因，本文主要使用了流体力学模型模拟仿真了 InP 基 HEMT 的转移特性、输出特性和频率特性。并对其进行了分析研究。

3 In P基HEMT器件仿真特性研究

用Sentaurus TCAD 软件进行InP基InGaAs/InAlAs 材料HEMT 器件的仿真，主要研究分析了其直流特性和交流特性，结果显示该模型能够很好的对目标器件进行特性上的仿真。

本论文所建工程中，器件上层为高掺杂帽层，以减小接触电阻。中间为T型栅，其次为12nm厚InAlAs厚势垒层，再加上Si材料delt 掺杂层，提供沟道层的二维电子气。下面是 3nm 厚 In Al As 材料的隔离层。沟道层材料为InGaAs材料，厚度为15nm。下层为缓冲层和InP材料衬底。

3.1 直流特性分析

图2和图3分别表示不同栅槽深度器件的转移特性，跨导，和输出特性。从仿真结果中可以看出，栅槽越深，阈值电压越大，而跨导值也会变大，输出特性的值会减小。因此，栅槽深度对器件直流特性的影响相当重要，要得到较好的器件特性，应综合考虑栅槽深度对各种参数的影响，从而在器件的实际制作中结合工艺制作相应的尺寸。

不同栅槽宽度对器件特性的影响可由图 4 和图5 显示。根据仿真过程发现，栅槽宽度对器件的转移特性和跨导有很大影响。没有合适的栅槽宽度，会得到很不理想的特性曲线。经过不断的尝试，最终得到合适的栅槽宽度。由仿真结果可发现，栅槽宽度对输出特性的影响并没有跨导那么大。仿真结果符合实际。在实际栅槽腐蚀中，栅槽宽度很难控制，往往材料在横向上是相同的，腐蚀液很容易扩散，因此实际的腐蚀宽度很难把握，而纵向是异种材料，通过选择腐蚀比较容易控制栅槽的纵向深度。

如图6 所示，栅极势垒值对转移特性和跨导的影响仅限于增大减小阈值电压，对跨导的大小并没有影响。从图7可以看出，对于输出特性，不同势垒值影响了其输出值的大小，随着Vd的增大，曲线先增大后趋于稳定。从器件结构可知，势垒的不同使栅极电压对二维电子气的浓度的影响有所变化，因此导致了输出Id的不同。

3.2 交流特性分析

结合实际工艺中的栅槽腐蚀，定义了不同栅槽深度，主要仿真了不同栅槽深度下的fmax和fT，分析了栅槽深度对器件交流特性的影响。

HEMT交流特性中，我们主要关注器件的频率特性，其中最重要的两个指标分别为截止频率fT以及最高振荡频率fmax，截止频率指的是漏极电流的增益h21下降为1时的频率。最高振荡频率fmax时的是晶体管的单向化功率增益为1时的器件工作频率，也是器件所能进行功率放大作用的最高工作频率[5]。

从图8和图9仿真结果可以看出，深槽深度在3nm时的fmax和ft均大于1nm和5nm时，即表明，栅槽深度在一个合适值的时候，fmax和ft才会达到最大值，而且栅槽深度不应该过小，也不应该过大，应处于一个合适的区间。这一仿真结果对实际器件研发有直到性的意义，应综合分析器件各特性，寻找最合适的栅槽深度。据调研，目前数字腐g这一方法可以精确刻蚀栅槽深度，因此对制造理想栅槽深度的器件很有意义。

4 结论

从仿真结果来看，所建立的InP基HEMT器件模型具有良好的半导体器件特性，适用于高频电路。但仍需不断优化改良，后续的工作可进一步放在 HEMT的栅槽。应进一步完善栅槽腐蚀的工艺，确保栅槽腐蚀更为精确，以免与实际要求差异太大而影响器件的应用。在仿真工作中，所模拟的掺杂情况与实际器件可能有一定差异，为更精确的模拟器件，还应该进一步研究所建立的器件模型中的掺杂分布情况，并完善SDE中的模型。

参考文献

[1]姚立华.国外InPHEMT和InPHBT的发展现状及应用[J].半导体技术，2009，11：1053-1057.

[2]高勇.半导体材料科学中的漂移扩散模型和流体动力学模型分析[D].河南大学，2004.

篇(6)

关键词：电子材料；工艺学；实验研究；本科教学.

【中图分类号】G642

本论文受济南大学教学研究项目（JZC12002）支持。

一、前言

电子材料是材料科学与电子科学与技术、半导体材料和新能源材料相融合的交叉边缘学科，其课程体系设计的背景是基于电子和微电子器件、光电子器件以及新能源器件产业的现实功能需求和未来巨大发展潜力[1]。随着电子科学技术的飞速发展，对电子工艺学业提出了越来越高的要求，人们在实践中不断探索新的工艺方法，寻找新的工艺材料，使电子工艺学的内涵及外延迅速扩展。可以说，电子工艺学是一门充满蓬勃生机的技术学科。电子工艺技术虽然在生产实践中一直被广泛应用，但作为一门学科而被系统研究的时间却不长。系统论述电子工艺的书刊资料不多。基于目前国内外电子材料工艺技术为背景，本学院在拓展本科教学专业方面，设置《电子材料工艺学》作为一门重要的课程之一，本教学团队拟开展一系列针对该工艺学的一系列课程实验。该实验一方面要求学生通过实验，使学生深入理解传统电子材料工艺在材料性能中的作用。另一方面，结合目前半导体与微电子应用领域制造工艺，让同学们熟悉先进的电子材料工艺，掌握关键实验参数。《电子材料工艺学》匹配系列环节实验，有助于完善新版电子材料专业方向实验的教学文件，初步建设科学合理的实验体系，通过加强教学实践过程中教学与实验信息的互相反馈，为科学合理的培养目标电子材料专业方向专业人才奠定基础。

二、《电子材料工艺学》课程匹配实验设置

在该《电子材料工艺学》课程内容设置中，通过对电子信息产业各领域的介绍，让学生初步了解各类电子材料的基本概念，掌握电子陶瓷材料的界定和分类，初步掌握典型电子陶瓷的组成、制备工艺、性能，同时了解电子薄膜材料与纳米晶体的应用和相关工艺。在内容上为了突出材料性能在器件中的应用和熟悉电子材料专业方向的材料结构和工艺内容，额外增加了半导体、微电子、光电子和能源电子方面的知识内容。同时，为了更好地让同学们认识电子材料工艺过程，拟在该课程中设置系列匹配实验，让同学们更好掌握本门课程。基于《电子材料工艺学》课程内容拟增设如下配套实验，以保证教学效果。在电子陶瓷成型工艺实验方面，侧重突出陶瓷原料球磨、混料、煅烧、二次球磨、造粒、成型、烧结等重要工艺环节的工艺；重点掌握球磨时间、混料时间、成型压力、烧结温度及保温时间等关键参数影响情况；通过相关实验，让学生能够更好更全面的掌握所学知识。

1.在薄膜制备工艺实验上，考虑到气相法制备薄膜工艺需要昂贵的实验设备，而液相法成本相对较低。因此在实验中，首选以溶胶凝胶工艺为基础的液相薄膜制备工艺。溶胶凝胶（Sol-gel）法是制备材料方法中新兴起的一种湿化学方法。它的基本原理是：以金属醇盐或其它金属无机盐的溶液作为前躯体溶液，在低温下通过溶液中的水解、聚合等化学反应，首先生成均一稳定的溶胶；然后根据溶胶凝胶制备薄膜工艺的原理，可分为以下几个过程：1溶胶在基片旋涂形成湿膜；2基片烘干形成干膜；3基片快速热处理形成薄膜结晶相；4薄膜表征。设计该实验可以让同学们重点掌握上述几个工艺环节的工艺参数，熟悉陶瓷薄膜制备液相工艺。

2.在纳米粉体制备实验上，侧重突出利用湿化学工艺制备纳米粉体工艺。液相反应法作为一种制备超细粉体的方法成为各国材料科学家研究的热点。常用的液相反应法有共沉淀法、水解法、溶胶凝胶法、微乳液反应法等。实验设计上，重点以溶胶凝胶工艺作为主要内容，首先生成溶胶，进而生成具有一定空间结构的凝胶，然后经过热处理或减压干燥，在较低温度下制备出各种无机材料或复合材料的方法。可见根据溶胶凝胶法的原理，可将溶胶-凝胶法分为以下几个过程：1溶胶制备过程；2凝胶形成过程；3陈化过程；4干燥过程；5热处理过程。实验设计上从前驱体溶液的制备到后续纳米粉体煅烧与表征形成一系列标准工艺，让同学们有深刻了解并掌握相关工艺参数。

3.基于光刻工艺的应用背景而言，在开设《电子材料工艺学》课程过程中，设计半导体制造工艺中光刻实验对于同学们掌握课程知识有很大帮助，同样也利于后续就业。以介质陶瓷单层电容（SLC）的制备为例，整个实验过程包括：1MN陶瓷基片准备；2设计掩模板；3陶瓷基片匀胶及烘干；4曝光显影及后烘；5陶瓷基片蒸电极；6lift-off工艺，剥离电极；7切割与性能测试。通过上述工艺过程，可以继续采用划片机根据SLC电容的分布，沿着分割线进行线切割，形成单个的电容或电容阵列；利用探针台与测试仪器配套搭建测试系统，进行电学性能测试，进行评估。

三、结论

基于上述考虑，《电子材料工艺学》课程实验设置一方面可以培养学生掌握电子材料工艺操作的基本技能，充分理解工艺工作在材料制造过程中的重要地位，从更高的层面了解现代化电子材料工艺的全过程，了解目前我国电子材料工艺中最先进的技术和设备。另一方面掌握电子材料制备工艺；借助于相关工艺实验有助于同学们掌握相关行业背景知识，熟悉材料工艺过程，使学生成为将来掌握相应工艺技能和工艺技术管理知识、能指导电子产品现场工艺、能解决实际技术问题的专业技术骨干奠定基础。

参考文献

篇(7)

【关键词】光催化；铋氧卤；水热法；溶剂热法；改性

前言

光催化技术由于具有低能耗，操作简便而显出其优越性，被广泛用于能源和环境科学中。为了高效地利用太阳光，人们已经合成了各种不同的半导体光催化材料。研究发现许多Bi基化合物都具有光催化性能，Bi基化合物中最有代表性的是卤氧化铋（BiOX）系列化合物，卤氧化铋BiOX作为一种新型光催化剂[1],具有特殊的层状结构和合适的禁带宽度,从而显示出其优异的光催化性能。BiOCl、BiOBr和BiOI的禁带宽度分别为3.22 eV, 2.64 eV和1.77 eV，因此BiOCl在紫外光下响应，而BiOBr和BiOI在可见光下响应。下面我们将对BiOX的制备、改性以及应用进展进行综述。

1.制备方法

制备微纳米卤氧化铋的方法主要有水热法、溶剂热法、高压喷溅沉积法、微乳液法、超声法、化学气相法、溶胶凝胶法。其中，水热法和溶剂热法是文献中常见的BiOX化合物合成方法。

王云燕[2]等用硝酸铋转化水解法制了BiOCl粉末，得到的颗粒大小一般在几百个纳米到几个微米之间。Xia[3]等以乙二醇为助剂，在离子液体存在的环境下，溶剂热法合成了空心球状BiOI。Zhang[4]等用微波辅助溶剂热法合成微球状BiOBr。J. Henle等[5]用反相微乳法合成BiOX(X=C1，Br，I)纳米粒，Wang[6]等用静电纺丝技术制备出BiOCl和Bi2O3纳米纤维，Lei等[7]用声化学合成BiOCI二维纳米盘和三维层状结构，Peng等[8]用低温化学气相法合成单晶BiOCl纳米结构。

2.改性方法

为进一步提高BiOX的催化性能，大量的研究实验围绕着对其进行改性展开。

通过添加表面活性剂，在有机溶剂体系中反应，可以得到不同形貌的催化剂。Xiong[9]等用乙二醇和二甘醇制备了方形的BiOCl纳米片。Kun Zhang[10]等采用柠檬酸诱导合成了BiOCl超微晶，其形态从单晶到多晶都有，并且具有鸟巢的形态和凹形的结构。张礼知[11]通过晶面控制制备了BiOCl光催化剂，主要暴露了{001}和{010}晶面，在紫外光照下降解MO，{001}晶面明显优于{010}，而在可见光下，{001}反而不如{010}。

贵金属沉积主要是把Ag，Au，Pt等沉积在催化剂表面，利用贵金属的等离子共振效应，提高催化性能。Zhu[12]等把Ag沉积到BiOI表面制成了Ag/BiOI催化剂，在可见光下，Ag/BiOI光催化杀灭大肠杆菌和去除重金属离子Cr比单一的BiOI活性高。Dong[13]等制备了花层状中孔BiOI/BiOCl复合催化剂，该催化剂能够降解室内有害有毒气体NO。Zhang[14]等合成了WO3/BiOCl异质结，其在可见光下，降解罗丹明B的性能比单一的BiOCl、WO3都要好。Su[15]等把BiOI和多壁碳纳米管(MWCNT)复合，明显改善了BiOI的催化性能。

3.光催化应用进展

目前为止，BiOX及改性BiOX半导体材料主要用于有机污染物、有害气体、重金属离子及细菌光催化降解，光解水以及太阳能电池等。Li[41]等制得的BiOCl/BiOI异质结，可见光下有效地降解甲基橙和罗丹明B染料；Zhu[36]等制成的Ag/BiOI催化剂可见光下杀灭大肠杆菌和去除重金属离子Cr；Dong[38]等制备的BiOI/BiOCl复合物，降解室内有害有毒气体NO。

致谢：

本论文得到中国博士后自然基金（20110491387）和江苏省高校自然基金（16211101）资助，特此致谢！

参考文献：

[1] AN.Huizhong,DuYi,Wang Tianmin,et al. Rare Metals. 2008, 27( 3), 6.

[2] 王云燕, 彭文杰, 柴立元等.湖南冶金, 2003, 31(3)：20-23.

[3] Jiexiang Xia, Sheng Yin, Huaming Li, et al. Langmuir 2011, 27(3), 1200-1206.

[4] Lei Zhang, XiaoFeng Cao, XueTai Chen, et al. Journal of Colloid and Interface Science .354, 2011, 630-636.

[5] Henle J, Simon P, Frenzel A, et a1. Chem Mater, 2007, 19, 366-373．

[6] Wang changhua , shao changlu, et al . Scripta Materialia. 59 (2008). 332-335.

[7] Lei Yong-qian, Wang Guan hua, Song Shuyan, et a1. Cryst Eng Comm, 2009, 11, 1857-1862.

[8] Hallin Peng, Candace K Chan, Stefan Meister, et a1. Chem Mater, 2009, 21: 247-252.

[9] Jinyan Xiong, Gang Cheng, Guangfang Li,et al. RSC Adv. 2011, 1, 1542-1553

[10] Kun Zhang, Jie Liang , Shan Wang. Cryst. Growth Des. 2012, 12 (2), 793-803.

[11] Jing Jiang, Kun Zhao, Xiaoyi Xiao,et al. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 4473-4476.

[12] Linfei Zhu, Chun He, Yanling Huang, et al. Separation and Purification Technology, 91(3) 2012, 59-66.

[13] Fan Dong, Yanjuan Sun,Min Fu, Zhongbiao Wu, S.C.Lee. Journal of Hazardous Materials 219-220 (2012) 26-34.