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關鍵詞:半導體物理實驗;教學改革;專業實驗
實驗教學作為高校教學環節中的一個重要組成部分,不僅因為其是課堂教學的延伸,更由于通過實驗教學,可以加深學生對理論知識的理解,培養學生的動手能力,拓展學生的創造思維[1,2]。實驗教學分為基礎實驗和專業實驗兩部分[3,4]:基礎實驗面向全校學生,如大學物理實驗、普通化學實驗等,其主要任務是鞏固學生對所學基礎知識和規律的理解,旨在提高學生的觀察、分析及解決問題的能力,提供知識儲備[5,6];與基礎實驗不同,專業實驗僅面向某一專業,是針對專業理論課程的具體學習要求設計的實驗教學內容,對于學生專業方向能力的提高具有極強的促進作用[7~8]。通過專業實驗教學使學生能夠更好的理解、掌握和應用基礎知識和專業知識,提高分析問題的能力并解決生活中涉及專業的實際問題,為學生開展專業創新實踐活動打下堅實的基礎[9~11]。
1半導體物理實驗課程存在的問題與困難
半導體物理實驗是物理學專業電子材料與器件工程方向必修的一門專業實驗課,旨在培養學生對半導體材料和器件的制備及測試方法的實踐操作能力,其教學效果直接影響著后續研究生階段的學習和畢業工作實踐。通過對前幾年本專業畢業生的就業情況分析,發現該專業畢業生缺乏對領域內前沿技術的理解和掌握。由于沒有經過相關知識的實驗訓練,不少畢業生就業后再學習過程較長,融入企事業單位較慢,因此提升空間受到限制。1.1教學內容簡單陳舊。目前,國內高校在半導體物理實驗課程教學內容的設置上大同小異,基礎性實驗居多,對于新能源、新型電子器件等領域的相關實驗內容完全沒有或涉及較少。某些高校還利用虛擬實驗來進行實驗教學,其實驗效果遠不如學生實際動手操作。我校的半導體物理實驗原有教學內容主要參照上個世紀七、八十年代國家對半導體產業人才培養的要求所設置,受技術、條件所限,主要以傳統半導體物理的基礎類實驗為主,實驗內容陳舊。但是在實驗內容中添加新能源、新型電子器件等領域的技術方法,對于增加學生對所學領域內最新前沿技術的了解,掌握現代技術中半導體材料特性相關的實驗手段和測試技術是極為重要的。1.2儀器設備嚴重匱乏。半導體物理實驗的教學目標是使學生熟練掌握半導體材料和器件的制備、基本物理參數以及物理性質的測試原理和表征方法,為半導體材料與器件的開發設計與研制奠定基礎。隨著科學技術的不斷發展,專業實驗的教學內容應隨著專業知識的更新及行業的發展及時調整,從而能更好的完成課程教學目標的要求,培養新時代的人才。實驗內容的調整和更新需要有新型的實驗儀器設備做保障,但我校原有實驗教學儀器設備絕大部分生產于上個世紀六七十年代,在長期實驗教學過程中,不少儀器因無法修復的故障而處于待報廢狀態。由于儀器設備不能及時更新,致使個別實驗內容無法正常進行,可運行的儀器設備也因為年代久遠,實驗誤差大、重復性低,有時甚至會得到錯誤的實驗結果,只能作學生“按部就班”的基礎實驗,難以進行實驗內容的調整,將新技術新方法應用于教學中。因此,在改革之前半導體物理實驗的實驗設計以基礎類實驗為主,設計性、應用性、綜合性等提高類實驗較少,且無法開展創新類實驗。缺少自主設計、創新、協作等實踐能力的訓練,不僅極大地降低學生對專業實驗的興趣,且不利于學生實踐和創新創業能力的培養,半導體物理實驗課程的改革勢在必行。
2半導體物理實驗課程改革的內容與舉措
半導體物理實驗開設時間為本科大四秋季學期,該實驗課與專業理論課半導體物理學、半導體器件、薄膜物理學在同一學期進行。隨著半導體技術日新月異發展的今天,對半導體物理實驗的教學內容也提出了新的要求,因此,要求這門實驗課程不僅能夠通過對半導體材料某些重要參數和特性的觀測,使學生掌握半導體材料和器件的制備及基本物理參數與物理性質的測試方法,而且可以在鋪墊必備基礎和實際操作技能的同時,拓展學生在電子材料與器件工程領域的科學前沿知識,為將來獨立開展產品的研制和科學研究打下堅實的基礎。2.1實驗基礎設施的建設。2013年年底,基于我校本科教學項目的資金支持,半導體物理實驗教學團隊通過調研國內外高校現行半導體物理實驗教學資料,結合我校實驗教學的自身特點,按照創新教育的要求重新設計了半導體物理實驗內容,并根據所開設實驗教學內容合理配置相應的實驗儀器設備,新配置儀器設備具有一定的前瞻性,品質優良,數量合理,保證實驗教學質量。由于作為一門專業實驗課,每學年只有一個學期承擔教學任務,為了提高儀器設備的利用率,做到實驗設備資源的不浪費,計劃成立一間半導體物理實驗專屬的實驗室,用于陳放新購置的實驗設備,在沒有教學任務的學期,該實驗室做為科研實驗室和創新創業實驗室使用。通過近三年的建設,半導體物理實驗專屬實驗室———新能源材料與電子器件工程創新實驗室建成并投入使用,該實驗室為電子材料與器件工程方向的本科生畢業論文設計以及全院本科生的創新創業實驗設計提供了基本保障,更為重要的是該實驗室的建成極大地改善了半導體物理實驗的原有教學條件,解決了實際困難,使得半導體物理實驗教學效果顯著提升。不僅加強了學生對專業核心知識理解和掌握,而且啟發學生綜合運用所學知識創造性地解決實際問題,有效提高學生的實踐動手能力、創新能力和綜合素質。2.2實驗教學內容的更新。半導體物理實驗是一門72學時的實驗課,在專屬實驗室建成后,按照重視基礎、突出綜合、強調創新、提升能力的要求,逐步培養與提高學生的科學實驗素質和創新能力,構建了“九—八—五”新的實驗內容體系,包括如下三個層次(表1)。第一層次為“九”個基礎型實驗,涵蓋對半導體材料的物理性質(結構、電學、光學)的測定,通過對物理量的測量驗證物理規律,訓練學生觀察、分析和研究半導體物理實驗現象的能力,掌握常用基本半導體物理實驗儀器的原理、性能和測量方法等。第二層次為“八”個提高型實驗(綜合、應用性實驗),學生通過第一層次的實驗訓練后,已掌握了基本的實驗方法和技能,在此基礎上,開展綜合性實驗,可以培養學生綜合運用所學知識以及分析和解決問題的能力。通過應用性實驗培養學生將來利用設備原理從事生產或者技術服務的能力。第三層次為“五”個設計創新型實驗,學生需運用多學科知識、綜合多學科內容,結合教師的科研項目進行創新研究,通過設計型實驗可以鍛煉學生組織和自主實驗的能力,著力培養學生創新實踐能力和基本的科研素質。每個基礎型實驗4學時,提高型實驗8學時,創新型實驗12學時,規定基礎型為必修實驗,提高型、創新型為選作實驗。九個基礎型實驗全部完成后,學生可根據興趣和畢業設計要求在提高型、創新型實驗中各分別選做一定數量的實驗,在開課學期結束時完成至少72個學時的實驗并獲得成績方為合格。2.3實驗教學方式的優化。在教學方式上,建立以學生為中心、學生自我訓練為主的教學模式,充分調動學生的主觀能動性。將之前老師實驗前的講解轉變為學生代表講解實驗內容,然后老師提問并補充完善,在整個實驗安排過程中,實驗內容由淺入深、由簡單到綜合、逐步過渡至設計和研究創新型實驗。三個層次的實驗內容形成連貫的實驗梯度教學體系,在充分激發學生學習興趣的同時,培養學生自主學習、自發解決問題的能力。2.4實驗考核機制的改革。目前大部分實驗課的成績由每次實驗后的“實驗報告”的平均成績決定,然而單獨一份實驗報告并不能夠完整反應學生的實際動手操作能力和對實驗內容的熟悉程度。因此,本課程將此改革為總成績由每次“實驗”的平均成績決定。每次實驗成績包括實驗預習、實驗操作和實驗報告三部分,實驗開始前通過問答以及學生講解實驗內容來給出實驗預習成績;實驗操作成績是個團隊成績反映每組實驗學生在實驗過程中的動手能力以及組員之間的相互協助情況;針對提高型和創新性實驗,特別是創新性實驗,要求以科技論文的形式來撰寫實驗報告,以此來鍛煉本科生的科技論文寫作能力。通過三部分綜合來給出的實驗成績更注重對知識的掌握、能力的提高和綜合素質的培養等方面的考核。
3半導體物理實驗課程改革后的成效
半導體物理實驗在我校本科教學項目的支持下,購置并更新了實驗設備建立了專屬實驗室,構建了“九—八—五”新實驗內容體系,并采用新的教學方式和考核機制,教師和學生普遍感覺到新實驗教學體系的目的性、整體性和層次性都得到了極大的提高。教學內容和教學方式的調整,使學生理論聯系實際的能力得到增強,提高了學生的積極性和主動性。實驗中學生實際動手的機會增多,對知識的渴求程度明顯加強,為了更好地完成創新設計實驗,部分本科生還會主動去查閱研中英文科技文獻,真正做到了自主自覺的學習。通過實驗課程的教學,學生掌握了科技論文的基本格式,數據處理的圖表制作,了解了科學研究的過程,具備了基本的科研能力,也為學生的畢業設計打下了良好的基礎。與此同時,利用新購置的實驗設備建立的實驗室,在做為科研實驗室和創新創業實驗室使用時,也取得了優異的成績。依托本實驗室,2015年“國家級大學生創新創業訓練計劃”立項3項,2016年“國家級大學生創新創業訓練計劃”立項4項。
4結語
關鍵詞:半導體有機半導體電學性能
一、從有機半導體到無機半導體的探索
1.1有機半導體的概念及其研究歷程
什么叫有機半導體呢?眾所周知,半導體材料是導電能力介于導體和絕緣體之間的一類材料,這類材料具有獨特的功能特性。以硅、鍺、砷化嫁、氮化嫁等為代表的半導體材料已經廣泛應用于電子元件、高密度信息存儲、光電器件等領域。隨著人們對物質世界認識的逐步深入,一批具有半導體特性的有機功能材料被開發出來了,并且正嘗試應用于傳統半導體材料的領域。
在1574年,人們就開始了半導體器件的研究。然而,一直到1947年朗訊(Lueent)科技公司所屬貝爾實驗室的一個研究小組發明了雙極晶體管后,半導體器件物理的研究才有了根本性的突破,從此拉開了人類社會步入電子時代的序幕。在發明晶體管之后,隨著硅平面工藝的進步和集成電路的發明,從小規模、中規模集成電路到大規模、超大規模集成電路不斷發展,出現了今天這樣的以微電子技術為基礎的電子信息技術與產業,所以晶體管及其相關的半導體器件成了當今全球市場份額最大的電子工業基礎。,半導體在當今社會擁著卓越的地位,而無機半導體又是是半導體家族的重中之重。
1.2有機半導體同無機半導體的區別及其優點
與無機半導體相比,有點半導體具有一定的自身獨特性,表現在:
(l)、有機半導體的成膜技術更多、更新,如真空蒸鍍,溶液甩膜,Langmtrir一Blodgett(LB)技術,分子自組裝技術,從而使制作工藝簡單、多樣、成本低。利用有機薄膜大規模制備技術,可以制備大面積的器件。
(2)、器件的尺寸能做得更小(分子尺度),集成度更高。分子尺度的減小和集成度的提高意味著操作功率的減小以及運算速度的提高。
(3)、以有機聚合物制成的場效應器件,其電性能可通過對有機分子結構進行適當的修飾(在分子鏈上接上或截去適當的原子和基團)而得到滿意的結果。同時,通過化學或電化學摻雜,有機聚合物的電導率能夠在絕緣體(電阻率一10一Qcm)到良導體這樣一個很寬的范圍內變動。因此,通過摻雜或修飾技術,可以獲得理想的導電聚合物。
(4)、有機物易于獲得,有機場效應器件的制作工藝也更為簡單,它并不要求嚴格地控制氣氛條件和苛刻的純度要求,因而能有效地降低器件的成本。
(5)、全部由有機材料制備的所謂“全有機”的場效應器件呈現出非常好的柔韌性,而且質量輕。
(6)通過對有機分子結構進行適當的修飾,可以得到不同性能的材料,因此通過對有機半導體材料進行改性就能夠使器件的電學性能達到理想的結果。
1.3有機半導體材料分類
有機半導體層是有機半導體器件中最重要的功能層,對于器件的性能起主導作用。所以,有機半導體器件對所用有機半導體材料有兩點要求:
(l)、高遷移率;(2)、低本征電導率。
高的遷移率是為了保證器件的開關速度,低的本征電導率是為了盡可能地降低器件的漏電流,從而提高器件的開關比。用作有機半導體器件的有機半導體材料按不同的化學和物理性質主要分為三類:一是高分子聚合物,如烷基取代的聚噬吩;二是低聚物,如咪嗯齊聚物和噬吩齊聚物;三是有機小分子化合物,如并苯類,C6。,金屬酞著化合物,蔡,花,電荷轉移鹽等。
二、制作有機半導體器件的常用技術
有機半導體性能的好壞多數決定于半導體制作過程因此實驗制備技術就顯得尤為重要。下面將對一些人們常用器件制備的實驗技術做簡要的介紹:
(1)、真空技術。它是目前制備有機半導體器件最普遍采用的方法之一,主要包括真空鍍膜、濺射和有機分子束外延生長(OMBE)技術。
(2)、溶液處理成膜技術。它被認為是制備有機半導體器件最有發展潛力的技術,適用于可溶性的有機半導體材料。常用的溶液處理成膜技術主要包括電化學沉積技術、甩膜技術、鑄膜技術、預聚物轉化技術、分子自組裝技術、印刷技術等。
三、有機半導體器件的場效應現象
為了便于說明有機半導體器件的場效應現象,本文結合有機極性材料制作有機半導體器件對薄膜態有機場效應進行分析。試驗中,將有機極性材料經過真空熱蒸鍍提純之后溶在DMF溶液中,濃度是20Omg/ml,使用超聲波清洗機促進它們充分并且均勻的溶解,經過真空系統中沉積黃金薄膜作為器件的源極和漏極。在類似條件下,在玻璃襯底上制作了極性材料的薄膜形態晶粒,研究發現:
在有機極性材料形態,有塊狀、樹枝狀和針狀。不同的薄膜態形態,在不同柵極電壓VG的作用下有不同的Ids(流過器件的源極和漏極的電流)一Vds(加在器件的源極和漏極之間的電壓)曲線。
1、塊狀形貌結構的薄膜態有機器件的Ids-Vds(性能曲線,變化范圍是從-150V到15OV、柵極電壓的變化范圍是從-200V到200V。當柵極電壓Vg以100V的間隔從-200V變化到200V時,Ids隨著Vds的增加而增加,此時沒有場效應現象。
2、針狀形貌結構的薄膜態有機器件的Ids-Vds性能曲線,當Vds從-75V增加到75V,柵極電壓VG的變化范圍是一200V~20OV,遞增幅度是5OV。此時器件具有三種性能規律:(1)在固定的柵極電壓Vg下,當從Vds-75V增加到75V時,電流Ids也隨之增加;(2)在固定的外加電壓Vds下,當柵極電壓Vg從-2O0V增加到2OOV時,電流Ids也隨之增加;(3)如果沒有對器件施加Vds電壓,只要柵極電壓Vds存在,就會產生Ids電流,產生電池效應。
通過上述的解說我們對有機半導體器件的電學性能已有一定的了解了。下面我們即將通過試驗來揭開其神秘的面紗。
四、有機半導體的光電性能探討——以納米ZnO線(棒)的光電性能研究為例
近年來,納米硅的研究引起了社會的廣泛的關注,本文中我們將采用場發射系統,測試利用水熱法制備的硅基陣列化氧化鋅納米絲的場發射性能。圖11是直徑為30和100nm兩個氧化鋅陣列的場發射性能圖,其中圖11a和b分別是上述兩個樣品的I_V圖和F_N圖。從圖11a中可以看出氧化鋅納米絲的直徑對場發射性能有很大的影響,直徑為30nm的氧化鋅陣列的開啟場強為2V/μm門檻場強為5V/μm;而直徑為100nm的氧化鋅陣列的開啟場強為3V/μm,門檻場強大于7V/μm。并且從圖11b中可以知道,ln(J/E2)和1/E的關系近似成線性關系,可知陰極的電子發射與F_N模型吻合很好,表明其發射為場發射,其性能比文獻報道的用熱蒸發制備的陣列化氧化鋅的場發射性能要好[25]。這主要是由于氧化鋅的二次生長,導致所得氧化鋅陣列由上下兩層組成,具有較高的密度以及較小的直徑,在電場的作用下,更多的電子更容易從尖端的氧化鋅納米絲發射,從而降低了它們的開啟場強和門檻場強。
我們測試了硅基陣列化納米ZnO的光致熒光譜,如圖12所示。從圖中可知,600~700℃和300~400℃下熱蒸發合成的陣列化ZnO納米絲的峰位分別在393nm(虛線)及396nm(實線)。PL譜上強烈的紫外光的峰證明:合成的ZnO納米絲有較好的結晶性能和較少的氧空位缺陷。由于在高溫區合成的納米絲有較細的尖端,故有少量藍移。
通過上述針對納米ZnO線(棒)的試驗,我們能對硅基一維納米的電學性能進行了初步的探討。相信這些工作將為今后的硅基一維納米材料在光電方面的應用提供一個良好的基礎。
參考文獻
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[2]WangJF,GudiksenMS,DuanXF,etal.HighlypolarizedphotoluminescenceandphotodetectionfromsingleIndiumPhosphideNanowires.Science,2001.
1995年5月22一26日,在美國馬里蘭州巴爾的摩召開的第15屆“激光與光電子學(CLEO)”和第5屆“量子電子學與激光科學(QELS)”會議,是世界規模最大的激光一光電子一量子電子學領域的重要的國際會議。本會議一個特別新的內容是激光在生物學與醫學上的應用。同時,還舉辦了一個龐大的技術展覽會,展覽了許多與生物醫學有關的新產品。會上千余篇,內容主要側重固態與半導體激光器、非線性光學、超短脈沖激光光源、激光在醫學生物學中的應用等。這些論文反映了近年來激光科學技術的進展,現分述如下。
1半導體激光
十分引人注目的是半導體激光器件研究方面的成果。其中有關新材料及其處理過程,器件工作物理機制,器件的設計思想,器件工作向短波段的延拓等,都有很大的發展。光子帶隙、半導體量子電子學的理論和實驗研究逐步使量子阱異質結激光器邁向實用階段,并導致光學和光電子學用的量子阱器件以及超短脈沖半導體激光器和高速光探測器件的迅速發展。這對推動高速通訊的發展是十分重要的。垂直腔面發射激光器(VCSEL)的功率轉換效率已經高于50%,闌值電流200拼A,工作體積7只7(拜m)2;半導體納米結構材料已經可以制作出微腔激光器。一個10nm的腔體可產生1000nm波長的窄頻帶輻射??梢妳^,特別是藍綠波段半導體激光器研制令人鼓舞,一旦進入實用階段,勢必劇烈改變小功率可見區激光器銷售市場的狀況,并將大大擴展激光在科技和生活領域的使用范圍。長波可見段630nm,650nm和670nm的紅色激光二極管(LD)制作成本較前兩年已大大下降。目前可以預感到:在激光顯示、激光準直、激光印刷、激光醫學生物學應用等方面,半導體紅光激光二極管將會迅速占領氦氖激光器的原有市場,取而代之。與此有關的藍色發光二極管(LED)已開始以遠較紅、黃、綠色發光二極管高昂的價格投放市場(隨著技術改進,將很快降低成本),形成了大型彩色顯示屏幕蓬勃發展態勢。在半導體激光領域,近年備受關注且影響著該領域進一步發展的課題是半導體納米結構和微腔以及在這類器件中的相干現象的研究。
2固體激光
迅速發展的另一領域是固體激光器。近兩年,明顯看到:纖維激光和波導固體激光,可調諧固態激光,特別是用半導體激光二極管陣列泵浦的“全固態化”固體激光器的實用化,將可以達到許多目的:相對廉價、穩定性好、壽命長、波長可調諧范圍寬、脈沖寬度窄,還可以具有優良的空間分布光束質量等。因此,具有廣泛的應用價值。它已開始取代優質、高功率的氣體激光器,用于微束打印和數據存儲。尤其值得一提的是:“全固態化”的欽寶石激光器,在連續操作時.波長可調諧范圍甚寬(從600~1100nm),功率很易達到瓦級水平。在鎖模脈沖運轉時,可以產生自鎖模,脈寬達數十飛鈔,平均功率已達瓦級。如此一來,再配合非線性頻率變換辦法,可以把激光波段擴展到很大的范圍。再加這類激光器的裝里有牢靠、調節簡便的優點,可以做成車載、機載系統。顯然,在不遠的將來,有可能由它淘汰染料激光。
3非線性光學
非線性光學領域的論文最為吸引人的是一些新的無機或有機光學材料的誕生和應用。目前從紫外到中紅外的實用的光學參童振蕩器已商品化。此外,與高速信息公路有關的孤子激光產生和傳翰問題,其成果已陸續投人實際使用。
4超短超快激光
會議中研討的一個特殊領域是超短脈沖激光的產生與測量及其在電子學、醫學、成象和超快過程控制方面的應用。欽寶石的鎖模飛秒激光裝置以及光纖激光器的鎖模是與當前研究超短光脈沖發生技術的熱點。其中有關的機理與技術已趨成熟,將會很快開辟通信、化學、生物學的應用。
5激光生物醫學應用
這次會議的一個新穎論題是:激光在生物醫學領域的應用??磥?由于激光技術裝置的穩定、成熟、易于操作、價格下降以及其特有的難予取代的優點,將很快滲入生物學研究。以及極其審慎的臨床醫學應用領域。其中成效特別顯著的一個方面是激光誘發熒光技術應用于細胞動力學的數字顯微成象和生物學過程監測。高速時間分辨熒光光譜技術已開始成功地用于臨床醫學診治。
論文關鍵詞:集成電路,特點,問題,趨勢,建議
引言
集成電路是工業化國家的重要基礎工業之一,是當代信息技術產業的核心部件,它是工業現代化裝備水平和航空航天技術的重要制約因素,由于它的價格高低直接影響了電子工業產成品的價格,是電子工業是否具有競爭力關鍵因素之一。高端核心器件是國家安全和科學研究水平的基礎,日美歐等國均把集成電路業定義為戰略產業。據臺灣的“科學委員會”稱未來十年是芯片技術發展的關鍵時期。韓國政府也表示擬投資600億韓元于2015年時打造韓國的集成電路產業。
集成電路主要應用在計算機、通信、汽車電子、消費電子等與國民日常消費相關領域因此集成電路與全球GDP增長聯系緊密,全球集成電路消費在2009年受金融危機的影響下跌9%的情況下2010由于經濟形勢樂觀后根據半導體行業協會預計今年集成電路銷售額將同比增長33%。
一、我國集成電路業發展情況和特點
有數據統計2009年中國集成電路市場規模為5676億元占全球市場44%,集成電路消費除2008、2009年受金融危機影響外逐年遞增,中國已成為世界上第一大集成電路消費國,但國內集成電路產量僅1040億元,絕大部分為產業鏈低端的消費類芯片,技術落后發達國家2到3代左右,大量高端芯片和技術被美日韓以及歐洲國家壟斷。
我國集成電路產業占GDP的比例逐年加大從2004年的0.59%到2008年的0.74%.年均增長遠遠超過國際上任何一個其他國家,是全球集成電路業的推動者,屬于一個快速發展的行業。從2000年到2007年我國集成電路產業銷售收入年均增長超過18%畢業論文提綱,增長率隨著經濟形勢有波動,由于金融危機的影響2008年同比2007年下降了0.4%,2009年又同比下降11%,其中集成電路設計業增速放緩實現銷售收入269.92億元同比上升14.8%,由于受金融危機影響,芯片制造業實現銷售收入341.05億元同比下降13.2%、封裝測試業實現銷售收入498.16億元同比下降19.5%。我國集成電路總體上企業總體規模小,有人統計過,所有設計企業總產值不如美國高通公司的1/2、所有待工企業產值不如臺積電、所有封測企業產值不如日月光。
在芯片設計方面,我國主流芯片設計采用130nm和180nm技術,65nm技術在我國逐漸開展起來,雖然國際上一些廠商已經開始應用40nm技術設計產品了,但由于65nm技術成熟,優良率高,將是未來幾年贏利的主流技術.設計公司數量不斷增長但規模都較小,屬于初始發展時期。芯片制造方面,2010國外許多廠商開始制造32nm的CPU但大規模采用的是65nm技術,而中國國產芯片中的龍芯還在采用130nm技術,中芯國際的65nm技術才開始量產,國產的自主知識產權還沒達到250技術。在封裝測試技術方面,這是我國集成電路企業的主要業務,也是我國的主要出口品,有數據顯示我國集成電路產業的50%以上的產值都由封裝產業創造,隨著技術的成熟,部分高端技術在國內逐步開始開展,但有已經開始下降的趨勢雜志網。在電子信息材料業方面,下一代晶圓標準是450mm,有資料顯示將于2012年試制,現在國際主流晶圓尺寸是300mm,而我國正在由200mm到300mm過渡。在GaAs單晶、InP單晶、光電子材料、磁性材料,壓電晶體材料、電子陶瓷材料等領域無論是在研發還是在生產均較大落后于國外,總體來說我國新型元件材料基本靠進口。在半導體設備制造業方面畢業論文提綱,有數據統計我國95%的設備是外國設備,而且二手設備占較大比例,重要的半導體設備幾乎都是國外設備,從全球范圍來講美日一直壟斷其生產和研發,臺灣最近也有有了較大發展,而我國半導體設備制造業發展較為緩慢。
我國規劃和建成了7個集成電路產業基地,產業集聚效應初步顯現出來,其中長江三角洲、京津的上海、杭州、無錫和北京等地區,是我國集成電路的主要積聚地,這些地區集中了我國近半數的集成電路企業和銷售額,其次是中南地區約占整個產業企業數和銷售額的三分之一,其中深圳基地的IC設計業居全國首位,制造企業也在近一部壯大,由于勞動力價格相對廉價,我國集成電路產業正向成都、西安的產業帶轉移。
二、我國集成電路業發展存在的問題剖析
首先,我國集成電路產業鏈還很薄弱,科研與生產還沒有很好的結合起來,應用十分有限,雖然新聞上時常宣傳中科院以及大專院校有一些成果,但尚未經過市場的運作和考驗。另外集成電路產品的缺乏應用途徑這就使得研究成果的產業化難以推廣和積累成長。
其次,我國集成電路產業尚處于幼年期,企業規模小,集中度低,資金缺乏,人才缺乏,市場占有率低,不能實現規模經濟效應,相比國外同類企業在各項資源的占有上差距較大。由于集成電路行業的風險大,換代快,這就造成了企業的融資困難,使得我國企業發展緩慢,有數據顯示我國集成電路產業有80%的投資都來自海外畢業論文提綱,企業的主要負責人大都是從臺灣引進的。
再次,我國集成電路產業相關配套工業落后,產業基礎薄弱。集成電路產業的上游集成電路設備制造的高端設備只有美日等幾家公司有能力制造,這就大大制約了我國集成電路工藝的發展速度,使我國的發展受制于人。
還有,我國集成電路產成品處于產品價值鏈的中、低端,難以提出自己的標準和架構,研發能力不足,缺少核心技術,處于低附加值、廉價產品的向國外技術模仿學習階段。有數據顯示我國集成電路使用中有80%都是從國外進口或設計的,國產20%僅為一些低端芯片,而由于產品相對廉價這當中的百分之七八十又用于出口。
三、我國集成電路發展趨勢
有數據顯示PC機市場是我國集成電路應用最大的市場,汽車電子、通信類設備、網絡多媒體終端將是我國集成電路未來增長最快應用領域. Memory、CPU、ASIC和計算機外圍器件將是最主要的幾大產品。國際集成電路產業的發展逐步走向成熟階段,集成電路制造正在向我國大規模轉移,造成我國集成電路產量上升,如Intel在2004年和2005年在成都投資4.5億元后,2007年又投資25億美元在大連投資建廠預計2010年投產。
另外我國代工產業增速逐漸放緩,增速從當初的20%降低到現在的6%-8%,低附加值產業逐漸減小。集成電路設計業占集成點設計業的比重不斷加大,2008、2009兩年在受到金融危機的影響下在其他專業大幅下降的情況下任然保持一個較高的增長率,而且最近幾年集成電路設計業都是增長最快的領域,說明我國的集成電路產業鏈日趨完善和合理,設計、制造、封裝測試三行業開始向“3:4:4”的國際通行比例不斷靠近。從發達國家的經驗來看都是以集成電路設計公司比重不斷加大,制造公司向不發達地區轉移作為集成電路產業走向成熟的標志。
我國集成電路產業逐漸向優勢企業集中,產業鏈不斷聯合重組,集中資源和擴大規模,增強競爭優勢和抗風險能力,主要核心企業銷售額所占全行業比重從2004年得32%到2008年的49%,體現我國集成電路企業不斷向優勢企業集中,行業越來越成熟,從美國集成電路廠商來看當行業走向成熟時只有較大的核心企業和專注某一領域的企業能最后存活下來。
我國集成電路進口量增速逐年下降從2004年的52.6%下降為2008年的1.2%,出口量增速下降幅度小于進口量增速。預計2010年以后我國集成電路進口增速將小于出口增速,我國正在由集成電路消費大國向制造大國邁進。
四、關于我國集成電路發展的幾點建議
第一、不斷探索和完善有利于集成電路業發展的產業模式和運作機制。中國高校和中科院研究所中有相對寬松的環境使得其適合醞釀研發畢業論文提綱,但中國的高端集成電路研究還局限在高校和中科院的實驗室里,沒有一個循序漸進的產業運作和可持續發展機制,這就使得國產高端芯片在社會上認可度很低,得不到應用和升級。在產業化成果推廣的解決方面??梢越梃b美國的國家采購計劃,以政府出資在武器和航空航天領域進行國家采購以保證研發產品的產業化應用得以實現雜志網。只有依靠公共研發機構的環境、人才和技術優勢結合企業的市場運作優勢,走基于公共研發機構的產業化道路才是問題的正確路徑。
第二、集成電路的研發是個高投入高風險的行業是技術和資本密集型產業,有數據顯示集成電路研發費用要占銷售額的15%,固定資產投資占銷售額的20%,銷售額如果達不到100億美元將無力承擔新一代產品的研發,在這種情況下由于民族集成電路產業在資金上積累有限,幾乎沒有抗風險能力,技術上缺乏積累,經不起和國際集成電路巨頭的競爭,再加上我國是一個勞動力密集型產業國,根據國際貿易規律,資本密集型的研發產業傾向于向發達國家集中,要想是我國在未來的高技術的集成電路研發有一席之地只有國家給予一定的積極的產業政策,使其形成規模經濟的優勢地位,才能使集成電路業進入良性發展的軌道.對整個產業鏈,特別是產業鏈的低端更要予以一定的政策支持。由政府出資風險投資,通過風險投資公司作為企業與政府的隔離,在成功投資后政府收回投資回報退出公司經營,不失為一種良策。資料顯示美國半導體業融資的主要渠道就是靠風險基金。臺灣地區之所以成為全球第四大半導體基地臺就與其6年建設計劃對集成電路產業的重點扶植有密切關系,最近灣當局的“科學委員會”就在最近提出了擬扶植集成電路產業使其達到世界第二的目標。
第三、產業的發展可以走先官辦和引進外資再民營化道路,在產業初期由于資金技術壁壘大人才也較為匱乏民營資本難于介入,這樣只有利用政府力量和外資力量,但到一定時期后只有民營資本的介入才能使集成電路產業走向良性化發展的軌道。技術競爭有利于技術的創新和發展,集成電路業的技術快速更新的性質使得民營企業的競爭性的優勢得以體現,集成電路每個子領域技術的專用化特別高分工特別細,每個子領域有相當的技術難度,不適合求小而且全的模式。集成電路產業各個子模塊經營將朝著分散化畢業論文提綱,專業化的方向發展,每個企業專注于各自領域,在以形成的設計、封裝、測試、新材料、設備制、造自動化平臺設計、IP設計等幾大領域內分化出有各自擅長的專業領域深入發展并相互補充,這正好適應民營經濟的經營使其能更加專注,以有限的資本規模經營能力能夠達到自主研發高投入,適應市場高度分工的要求,所以民間資本的投入會使市場更加有效率。
第四、技術引進吸收再創新將是我國集成電路技術創新發展的可以采用的重要方式。美國國家工程院院士馬佐平曾今說過:中國半導體產業有著良好的基礎,如果要趕超世界先進水平,必須要找準方向、加強合作。只有站在別人的基礎上,吸取國外研發的經驗教訓,并充分合作才是我國集成電路業發展快速發展有限途徑,我國資金有限,技術底子薄,要想快速發展只有借鑒別人的技術在此基礎上朝正確方向發展,而不是從頭再來另立門戶。國際集成電路產業鏈分工與國家集成電路工業發展階段有很大關系,隨著產業的不斷成熟和不斷向我國轉移使得我國可以走先生產,在有一定的技術和資金積累后再研發的途徑。技術引進再創新的一條有效路徑就是吸引海外人才到我國集成電路企業,美國等發達國家的經濟不景氣正好加速了人才向我國企業的流動,對我國是十分有利的。
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本書主要介紹了高豐度的28Si的超高分辨率的光致發光研究。這種高豐度的硅同位素獨有的特性,大大提高了光譜分辨率。本書揭示了該同位素的獨特特性及其摻雜的詳細成分,并糾正了先前研究中有誤的地方。書中還介紹了幾類不同的摻雜混合物成分,這些成分包含鋰、銅、銀、金、鉑等金屬的四或五個原子,并詳細介紹了這些成分的性質和特點,如非聲子躍遷能量、非聲子同位素移動、局域振動模式的能量、局域振動模式能量的同位素移動。本書提供的關于這些同位素及其成分的數據,對解釋其形成、穩定性及所具有性能的理論是非常有幫助的。
本書主要分為5章:1.引言和背景,主要介紹本書涉及到的一些基本概念和知識,包含硅同位素和硅中摻雜的過渡金屬的一些基本特性;2.在硅同位素中觀察到過渡金屬成分的研究發展歷史;3.相關的實驗方法;4-5.結果討論和分析。
本書為邁克爾·斯蒂格于2011年完成的加拿大西蒙弗雷澤大學博士學位論文。作者還因為本研究而獲得了“優秀研究生院長獎章”。邁克爾·斯蒂格已發表了備受同行好評的若干篇學術論文,并參加多次國際學術會議。
本書適合于從事硅材料及半導體器件的研究生和研究人員閱讀。
楊盈瑩,助理研究員
(中國科學院半導體研究所)
一、科技情況考察報告
科技情況考察報告其內容深度是介于科技論文和科普作品之間的。比起科普作品,它常常使用專業詞匯和術語來介紹抽象、深奧的科學知識和復雜的生產技術;比之于科學論文,則不像科學論文那樣注重論證說理??萍记闆r考察報告是運用通俗易懂、明白入理的文字直述其所見到的科學技術事實,為科技工作者傳達科技方面的最新發展動態,進而為科研提供情報線索。
隨著科學研究的逐步深入,科技寫作的研究也碩果累累。在體裁上,科技情況考察報告由過去的類別單一發展為現時的多種類別并存,其中有:某一國家科技情況的考察報告;某一國家某一學科的考察報告;幾個國家某一相同學科的科技情況考察報告。體裁形式的多樣化,增強了科技情況考察報告的表現力度,為科技情況考察報告的寫作創造了更為廣闊的天地。
科技情況考察報告的格式為前言、概述、考察細目三個部分。
“前言”部分,主要是簡單地介紹本考察團的名稱、組成,考察過程中所訪問的國別、城市、機構、參觀的具體單位等。
“概述”,也有單獨寫,或者和前言放在一起寫的。這部分主要是交待考察的總體情況。寫這部分內容時,不但要寫得通俗易懂,而且要清楚地寫出考察的內容和收獲。
“考察細目”是考察報告的主體,主要內容都在這部分。寫法上,可把考察內容分成若干條,然后逐條詳細介紹考察所獲得的專業內容??梢允褂每萍夹g語,語句力求簡明扼要。
科技考察報告
例文:
《日本半導體器件技術概況考察報告》的提綱是:
(1)題目
(2)考察團名稱
(3)前言
(4)綜述(介紹日本半導體的發展現狀、動向以及特點)
(5)日本集成電路發展概況和工藝
(6)日本集成電路的制版工藝
(7)日本集成電路生產的凈化技術
(8)日本集成電路的生產設備
(9)日本集成電路的外殼封裝
(10)日本微波半導體器件的發展概況。
二、科技會議考察報告
科技會議考察報告是為完整地反映各種科技會議所取得的成果而寫成的綜合材料。在這里,科技會議是其考察的基礎,會議上宣讀的各種文獻則是它要深入考察的所在,因為會議的主題內容都反映在會議文獻中。
科技會議考察報告的寫作一般從兩個方面著手。
第一部分“概況”,要寫明會議名稱、主辦機構,會議的時間、地點、參加人員,會議的主要議題、開會的方式等等。
第二部分“收獲”,這是考察報告的主體部分。包括三方面內容::
一是本次會議上本學科在研究方面的新動向,出現的新成果、新技術和新方法,那個分支領域將成為學科發展的主流。
二是介紹會議的主要論文,要具體到圖表、數據、方法、論證、結論等。在方法上要注意選擇會議中最主要的論文,摘取其精華進行介紹,不能流水帳式地進行介紹,也不能照錄全文。
三是結合國內具體情況,介紹國外在本學科上的科學管理、學科方向選擇、技術設備、數據處理等方面的先進經驗,以便國內借鑒、汲取、運用。
三、學科研究考察報告
學科研究考察報告,是科技研究人員為了某一科研目的,通過實地考察,得到研究成果而寫成的報告。
學科研究考察報告的范圍很廣。搞地質的科研人員可以對某一地區的地層地質發育情況進行考察,也可以對某一雪山的冰川進行考察;學生物的科研人員可以對某一稀有動物進行考察,也可以對某一經濟作物的生長習性、經濟價值進行考察。只要他們對實地考察得來的材料進行整理、分析,得出科學的結論,用文字表達出來,就可以成為學科研究考察報告。
學科研究考察報告的結構方式靈活多樣,有直貫到底的,有分成幾部分的,還有采用日記體裁寫的。例如,我國古代地理學家徐弘祖的《徐霞客游記》,采用的是日記體裁;物候學家竺可楨的《雷瓊地區考察報告》在結構方式上是“小標題式”;地理學家徐蓉的《天目山冰桌的發現及其古氣候意義》在結構方式是分成幾部分敘述和論述。
考察報告格式·民辦教育考察報告·服裝企業考察報告·赴外地學習考察報告
學科研究考察報告的格式是:
(1)題目;
(2)作者及單位;
(3)摘要;
(4)引言;
(5)考察方法;
關鍵詞:保溫控制;TEC;DS18b20;多通道
中圖分類號:V443文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2015)01(b)-0000-00
在現代,CCD相機在多領域被廣泛應用,成為人類獲取信息的主要工具之一。做為一種半導體集成器件,CCD相機對環境溫度變化非常敏感,環境溫度過高,引起光學和機械誤差將導致相機的視軸漂移和光學系統的波前畸變,造成影像模糊,嚴重破壞成像質量,而環境溫度過低直接會導致CCD相機不能工作。這就限制了其在一些溫度環境相對惡劣條件下的使用 。如產品環境模擬試驗,環境溫度低溫達到-40℃,高溫要60℃,這就要求CCD相機應具有較寬的工作溫度適應能力,通常有兩種方法,一是采用制造工藝,生產寬溫器件,二是采用保溫措施保證CCD器件的工作環境溫度,因后者的成本較前者低,被廣泛采用。據此文中設計了多通道CCD保溫儀,采用DS18b20為溫度傳感器和TEC半導體為制冷制熱器件,STC89c52為中心控制器件,可實現-50℃~+70℃較惡劣環境溫度下CCD相機正常過工作條件。
1系統總體結構
本次設計的測溫系統不僅要求能夠實現多通道同時測溫,而且測溫精度較高,圖1是保溫儀的系統硬件設計的總體框架。
1.1單片機控制系統
整個系統由STC89C52進行集中控制和管理。STC89C52是STC公司生產的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器,具有 8K 在系統可編程Flash存儲器。STC89C52使用經典的MCS-51內核,但做了很多的改進使得芯片具有傳統51單片機不具備的功能。在單芯片上,擁有靈巧的8 位CPU 和在系統可編程Flash,使得STC89C52為眾多嵌入式控制應用系統提供高靈活、超有效的解決方案 。
1.2單總線測溫系統
DS18b20是由美國DALLAS公司推出的第一片支持“一線總線”接口的溫度傳感器,它具有微型化、低功耗、高性能、抗干擾能力強、易配微處理器等優點,可以直接將溫度轉化成串行數字信號供處理器處理 。
DS18b20獨特的單線接口方式,它與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現微處理器與DS18b20的雙向通信,并且支持多點組網功能,多個DS18b20可以并聯在唯一的三線上,實現組網多點測溫,在使用中不需要任何元件,全部傳感器及轉換電路集成在形如一只三極管的集成電路內,測量溫度范圍為-55℃―+125℃,可編程分辨率為9―12位,對應的可分辨溫度分別為0.5℃,0.25℃,0.125℃,在-10℃―+85℃時精度為±0.5℃ 。
1.3 驅動系統
驅動系統主要是控制保溫儀的加熱、制冷,以及散熱。通常制冷有風冷、水冷、壓縮機制冷、TEC制冷等幾種方式 。本系統采用TEC加熱/制冷,TEC是利用半導體的熱―電效應制取冷量的器件,又稱熱―電制冷片 。利用半導體材料的帕爾貼效應,當直流電通過兩種不同半導體材料串聯成的電偶時,在電偶兩端即可分別吸收熱量和放出熱量,實現制冷的目的 。本系統采用TEC1-12706。系統采用了6片制冷片,同時控制六個保溫儀,輸入電壓選用12V,總的制冷功率達到 330W。為了保證TEC加熱制冷功率,會在TEC的一面加上散熱組件(風扇和散熱片)。
驅動系統電路如圖4(a)所示,由單刀雙擲繼電器、PNP8550、IN4007以及 兩端接的TEC組成,通過三極管 、 的導通和截止來控制繼電器的吸合與斷開,從而使TEC兩端導通,對系統進行加熱或是制冷。繼電器兩端反接的二極管IN4007為消耗二極管,用來消耗反向電動勢。
1.4 LCD顯示系統
顯示系統采用128×64 的 LCD 顯示器。5V電壓驅動,帶背光,液晶顯示模塊是 128×64 點陣的漢字圖形型液晶顯示模塊,可顯示漢字及圖形,內置國標 GB2312碼簡體中文字庫(16×16 點陣)、128 個字符(8×16 點陣)及 64×256 點陣顯示 RAM(GDRAM)。與 CPU 直接接口,提供兩種接口來連接微處理機:8位并行及串行兩種連接方式 。 本系統采用并行鏈接方式。圖5是其和單片機的接口。
2 系統軟件設計
軟件設計是保溫儀的重要組成部分,軟件流程圖如圖6所示。
上電以后,單片機首先對其進行初始化設置,設置與繼電器連接的個引腳輸出低電平,繼電器斷開,制冷組件停止工作,然后初始化12864,初始化DS18b20溫度傳感器,開始測溫,需要注意的是由于系統是多通道DS18b20同時測溫,所以需要先將DS18b20溫度傳感器的序列號讀取出來,然后在測溫時通過匹配序列號判斷所讀取的是哪個保溫儀的溫度,最后將各保溫儀的溫度與設定值相比較,如果不在設定溫度范圍內則調用溫控子程序。根據實驗需要,在最開始將系統的溫度值設定為高溫25℃,低溫20℃,也可以根據實驗環境需要,設定溫度警報值,當某個保溫儀內溫度超出警報溫度范圍,則調用報警程序,并盡快將系統關閉,以免將其他器件燒毀。
3 應用試驗
應用在高低溫環境下對瞄準鏡進行可靠性試驗,,需要CCD相機進行圖像采集,試驗溫度要求在-50℃~60℃。圖9(a)為高低溫箱內部結構圖,將CCD相機及保溫儀系統放到放在高低溫箱內部,高低溫箱負責給實驗提供溫度條件。(b)保溫儀實物圖。
℃
高低溫箱溫度 1號保溫箱內溫度 2號保溫箱內溫度 3號保溫箱內溫度 4號保溫箱內溫度
-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℃
保溫儀是為確保在一些極端溫度下實驗可以正常進行,所以系統采用的測溫精度為0.1,由測量結果可以看出在高溫和低溫情況下保溫儀內溫度合理的控制在了CCD相機的工作溫度范圍呢,且四通道恒保溫儀溫度一致性比較好,溫度波動性小與±1℃,滿足了設計要求。
5結論
采用DS18b20為溫度傳感器的多通道TEC保溫儀,電路簡單,不易干擾,不僅為高低溫下進行的CCD圖像采集實驗提供了溫度保障,并且也可以應用與其他極端溫度下的實驗,為工作溫度范圍較窄的電子器件提供溫度保障,保證了個電子器件在高溫或是低溫下正常工作,不影響實驗結構,并且生產簡單,操作簡單,適合與多種實驗與生產中。
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