半导体论文 篇一
关键词 半导体物理学 课程探索
中图分类号：G642.421 文献标识码：A 文章编号：1002-7661（2016）02-0001-01
信息技术的基础是微电子技术，随着半导体和集成电路的迅猛发展，微电子技术已经渗透到电子信息学科的各个领域，电子、通信、控制等诸多学科都融合了微电子科学的基础知识。《半导体物理学》是微电子技术的理论基础，是电子科学与技术、微电子学等专业重要的专业基础课，其教学质量直接关系到后续课程的学习效果以及学生未来的就业和发展。但是，《半导体物理学》具有理论性强、教学模式单一、教学内容更新慢等特点，使得学生在学习过程中存在一定的难度。因此，本文从课堂教学实践出发，针对目前教学过程中存在的问题与不足，对微电子专业的《半导体物理学》课程进行探索。
一、教学内容的设置
重庆邮电大学采用的教材为电子工业出版社刘恩科主编的《半导体物理学》，该教材具有知识体系完善、涉及知识点多、理论推导复杂、学科交叉性强等特点，需要学生有扎实的固体物理、量子力学、统计物理以及数学物理方法等多门前置学科的基础知识。另外，我们开设的学生对象为微电子相近专业的学生，因而在课程内容设置时有必要考虑学生知识水平及其知识结构等问题。虽然微电子学相近专业开设了大学物理等课程，但是大部分专业未开设量子力学、固体物理及热力学统计物理等前置课程，学生缺少相应的背景知识。因此，我们在《半导体物理学》课程内容设置上，需要将部分量子力学、固体物理学及统计物理学等相关知识融合贯穿在教学中，避免学生在认识上产生跳跃。
从内容上，依据课程大纲《半导体物理学》主要分为两大部分，前半部分着重介绍半导体的电子状态及对应的能带结构，电子有效质量、杂质和缺陷能级、载流子的统计分布，半导体的导电性与非平衡载流子，在此基础上进一步阐述了费米能级、迁移率、非平衡载流子寿命等基本概念；后半部分对典型的半导体元器件及其性能进行了深入分析。基于以上分析，半导体物理课程对授课教师要求较高，需要教师采用多样化的教学手段，优化整合教学内容，注重理论推导与结论同相关电子元器件的实际相结合，使学生较好地理解并掌握相关知识。
二、教学方法与教学手段
为了让学生能较好地掌握《半导体物理学》中涉及的理论及模型，需要采用多样化的教学方法和手段。基于《半导体物理学》课程的特点，在传统黑板板书基础上，充分利用PPT、Flash等多媒体软件，实物模型等多种信息化教学手段，模拟微观过程，使教学信息具体化，逻辑思维形象化，增强教学的直观性和主动性，从而达到提高课堂教学质量的目的。
三、考核方式的改革
为了客观地评价教学效果和教学质量，改革考核方式是十分必要的。针对《半导体物理学》课程特点，对考核方式作如下尝试：（1）在授课过程中，针对课程的某些重点知识点，设计几个小题目，进行课堂讨论，从而增强学生上课积极性及独立思考能力；（2）学期末提交针对课程总结的课程论文，使学生在对课程有更深入了解的同时激发学生的创造积极性。
《半导体物理学》是微电子技术专业重要的专业基础课，为后续专业课程的学习打下理论基础。要实现《半导体物理学》这门课的全面深入的改革，还有待与同仁一道共同努力。
参考文献：
[1]汤乃云。微电子专业“半导体物理”教学改革的探索[J].中国电力教育，2012，（13）.
半导体材料设计 篇二
【关键词】电子信息材料；低碳经济；发展应用；集成电路和半导体材料
进入新世纪以后，节能环保的概念开始在全世界范围内普及，作为低碳环保的一项有效途径，低碳经济的发展可以有效地促进整个社会的节能环保活动。低碳经济指的就是依托于低能耗、低污染、低排放的“三低要求”来作为核心的节能环保经济模式，这是人类文明的又一伟大壮举。目前，我国在“可持续发展”的理念的指导下，在社会中大力采用“低碳经济”的生产模式，成功的实现了经济效益和环保效益的双丰收。众所周知，二十一世纪是电子信息的时代，人类社会对电子信息材料的需求量也是与日俱增，如何有效的实现电子信息材料的低碳经济，已经成为了电子信息行业发展的一项重大课题。
一、简要介绍各种可以用于低碳经济发展模式的电子信息材料
目前，在世界的电子信息行业里面，可以用来作为电子信息材料的主要材料有以下几种：光电子材料、纳米材料、宽禁半导体材料等等。目前，为了响应电子信息材料的低碳经济发展，可以根据这些原料的特性研制出以下这些电子信息材料：
1、电子信息材料中的光电子材料
电子信息材料的光电子材料主要指的是液晶材料。目前，液晶材料已经在电子信息行业得到了广泛应用，在电子信息行业里面，液晶材料绝大部分被应用于电子显示屏等高新技术范围之内。液晶材料的特性之一便是“光线扭曲向列型”，这种特性可以使液晶材料在有电流经过的时候通过对电流的改变来实现对电子显示屏上面的液晶序列的排列顺序的改变。与此同时，再有电流经过电子显示屏的液晶材料的时候，外面的光线是不能够直接穿过电子显示屏的液晶材料的，这就使得液晶材料有成为低碳经济的特性。与传统的其他电子显示屏材料相比，液晶材料具有很多优良的特性，液晶材料的能耗低已经精确的准确性以及迅捷的反应，再加上柔和的调色功能。除此之外，液晶材料还是一种很有效的非线性光学材料，液晶材料的状态一般是维持在软凝聚的状态。因此，液晶材料可以有效地实现光折变效应，可以在电子仪器在很低的电流供应下，发挥出强劲的性能，具有很高的开发潜力。另外，根据光学原理之中的光的干涉效应，可以利用光线对液晶材料的干涉作用，使得液晶材料在反射类的光学器件里面得到广泛的应用。综上所述，一系列优良的特性使得液晶材料已经逐步成为应用最广泛的电子显示屏使用材料。
2、电子信息材料中的集成电路和半导体材料
目前，世界上的电子信息材料中的集成电路和半导体材料的最基础的原材料大部分都是多晶硅原料，目前最广泛采用的制作电子信息材料中的集成电路和半导体材料的技术则是经过改进的西门子法。经过改良的西门子法制作多晶硅材料的集成电路和半导体材料的原理如下所述：使用盐酸和工业使用的纯硅粉在一个规定的温度之下发生合成反应，最终生成三氯氢硅材料，然后再采用分离精馏的手段，对已经制得的三氯氢硅材料进行进一步的分离提纯工作，最后把提纯后的三氯氢硅放置进入氢还原仪器里面经行相关反应操作，最后制得高纯度的多晶硅，再进一步加工就成为了日常所使用的电子信息材料中的集成电路和半导体材料。
通过改良的西门子法提炼出来的电子信息材料中的集成电路和半导体可以有效地改进目前国际上的光伏零件问题。
二、简述电子信息材料在低碳经济中的发展应用思路
目前，根据节能环保和低碳经济的相关要求，电子信息材料在低碳经济中的发展应用的主体模式应当找寻出新型的发展趋势，其总体趋势应当是朝向电子信息材料的尺寸扩大化、电子零部件的智能化设计、电子材料的多功能作用趋势、电子材料功能的高度集中化的趋势发展。
1、发展集成电路类的电子信息材料
随着电子科学与技术的不断增长，目前的半导体材料和集成电路的主要材料已经成为了环氧模塑料，通过这样的原材料设计，可以有效地使得电子信息材料可以满足低碳经济的节能环保的要求。
2、发展光电子材料类的电子信息材料
随着电子科学与技术的不断增长，作为一种非常有效的信息传输类型的电子信息材料，光电子材料在近几年来得到了快速发展的机会，这将很有效使得电子信息材料可以满足低碳经济之中电子材料的多功能作用趋势、电子材料功能的高度集中化的要求。
3、发展新型元器件材料类的电子信息材料
随着电子科学与技术的不断增长，作为一种非常有效的降低环境污染，并可以有效的降低电子信息材料能量消耗的材料，新型元器件材料正在逐渐成为电子信息材料的重点研究项目之一，其可以有效的满足电子信息材料发展的电子信息材料的尺寸扩大化、电子零部件的智能化设计要求。
三、结语
目前，电子信息材料的低碳发展已经成为了电子信息行业要攻克的主要课题之一，随着科学技术的不断发展，越来越多的电子信息材料已经可以很好的完成节能环保的要求。在本文中，笔者将结合对低碳经济概念的解读，并简要的描述了几种新型的节能环保的电子信息材料，并通过这样的方式，具体的谈了谈研究了电子信息材料在低碳经济中的发展应用思路。但是，由于本人的知识水平有限，因此，本文如有不到之处，还望不吝指正。
参考文献：
[1]李来丙，李立波。新一代绿色无卤化覆铜板的研制开发[J]，工程塑料应用，2013，32（5）：42～44
[2]谢广超，杜新宇，韩江龙。环氧模塑料在半导体封装中的应用[J]，中国集成电路，2013，（106）：64～69
[3]侯明，衣宝廉。燃料电池技术发展现状[J]，电源技术，2012，32（10）：649～654
[4]苏维。多晶硅生产的节能减排措施[J]，有色金属加工，2013，37（2）：57～59
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半导体论文 篇三
关键词 半导体物理 启发式教学 启发式问题
中图分类号：G424 文献标识码：A
半导体物理是研究半导体原子状态和电子状态以及各种半导体器件内部电子过程的学科，是固体物理学的一个重要分支。研究半导体中的原子状态是以晶体结构学和点阵动力学为基础，主要研究半导体的晶体结构、晶体生长，以及晶体中的杂质和各种类型的缺陷。研究半导体中的电子状态是以固体电子论和能带理论为基础，主要研究半导体的电子状态，即能带结构、杂质和缺陷的影响、电子在外电场和外磁场作用下的输运过程、半导体的光电和热电效应、半导体的表面结构和性质、半导体与金属或不同类型半导体接触时界面的性质和所发生的过程、各种半导体器件的作用机理和制造工艺等[1-4]。
从上面的半导体物理研究内容可以看出，半导体物理是一门介于理论与实践之间的课，由于它的理论性，导致老师难教，学生难学。因此怎么教是一个非常值得探讨的问题。文献[5-6]提出了基于研究性学习的教学思想，培养学生的创新意识和科学工作能力，取得了一定的教学效果。文献[7] 提出了采用多媒体、课堂互动、“头脑风暴”和课程实验结合的 “形象化”的教学方法，激发了学生的学习兴趣，促使学生能更深刻地理解半导体物理理论。
本文首先分析半导体物理教学现状，然后提出两种启发式教学思路，并举例说明，最后总结启发式教学效果。
1 教学现状
1.1 教材难度较大
目前大多数院校选用的教材是电子工业出版社出版的刘恩科主编的《半导体物理学》，该书偏重于理论阐述和推导，需要学习者具有良好的数学和物理相关基础知识。但是，由于半导体物理课程比数学课程晚两个学期开课，到半导体物理开课的时候，大部分同学数学都忘得差不多；另外大部分学校微电子专业都取消了量子力学和固体物理课程，学生没有学习物理理论的前导知识，就直接进入半导体物理的学习。因此，加大老师了教学难度，同时也增加了学生的学习压力。
1.2 教学模式单一
目前半导体物理教学基本采用“老师讲学生听”的模式[8]，由于半导体物理阐述的大部分都是微观物理结构、微观物理现象和微观物理理论推导，这些知识抽象枯燥，如果只是采取单纯的“老师讲学生听”模式，缺少老师和学生之间的互动，需要学生有比较好的想象力，因此无形中增加了学生的学习难度。另外一方面，长期采用这种教学方法，不利于带动学生的探索精神，学生获得的知识也仅限于课本知识，不利于学生创新能力的培养。
1.3 学生认识偏差
目前，高校工科学生中大多有重技术轻理论的思想，具体到微电子学专业的学生， 重电路设计轻半导体物理及器件的研究[9]。这使学生学习半导体物理的积极性不高。如果学生的半导体物理及器件的理论知识的基础不扎实，会导致学生的电路设计尤其是模拟集成电路设计能力的停留在初步阶段，难以提高。
2 启发式教学思路
针对目前的教学现状，为了让学生能通过简单的问题启发明白半导体物理知识，因此本文提出以下两种启发式教学思路。第一种思路是从宏观现象中寻找与微观现象相匹配的例子引出问题，宏观现象都是现实生活中能够看到或感觉到的东西，以这样的例子来引出问题，让学生理解微观现象的难度大大降低；第二种思路是从电路的工作角度引出微观现象，电路的工作原理都是工科学生比较感兴趣的东西，如果能从电路的工作角度一环一环引出微观现象，让学生的学习兴趣一下提高不少，也培养了学生的思考精神。下面分别对这种两种教学思路举例说明。
2.1 从宏观现象中寻找与微观现象相匹配的例子引出问题
比如讲授能级分裂的时候，设置如下启发问题：
问题1：50个座位的教室能坐多少人？（提示：必须遵守一人一座的原则）
答：50人。
问题2：如果想在这个教室坐下100人怎么办？
答：只能加50个座位。
问题3：一个原子的一个电子轨道能容纳多少个电子？（提示：必须遵守一电子一轨道的原则――包里不相容原理）
答：一个电子。
问题4：两个原子挨在一起，他们的相同能量的电子轨道相交了，这个时候相当于两个电子在同一能量轨道上，如果还必须遵守一电子一轨道的原则，怎么办呢？
答：增加一条轨道，相当于一条轨道变成两条轨道。
问题5：如果N个原子挨在一起，如果还是按照一个电子一轨道的原则，那他们相同能量的电子轨道怎么办呢？
答：增加N-1条轨道，也就是相当于一条轨道变成N条轨道。
2.2 从电路的工作角度引出微观现象
比如讲授半导体掺杂前，可以设置如下启发问题：
问题1、电子设备是怎么工作的？
答：电流驱动的。
问题2、电流又是怎么形成的？
答：载流子的定向运动形成电路。
问题3、载流子怎么产生的？
答：通过本章节的学习，大家将会找到答案。
3 结束语
半导体物理是一门介于理论与实践之间的课，由于它的理论性，导致老师难教，学生难学。本文提出启发式教学方法，采取不断提问题的方法，问题一环扣一环，直到最后引出上课内容。通过在教学中采用启发式教学的效果看，对于复杂的微观问题，老师容易讲明白了，学生也容易听明白了。因此启发式教学一方面在没有降低知识难度的情况下降低了学习难度，另一方面提高了学生的学习兴趣，增强了学生的思考精神。
基金项目：电子科技大学中山学院质量工程建设项目资助（项目编号：ZLGC2012JY12）
参考文献
[1] 沈伟东，刘旭，朱勇，等。用透过率测试曲线确定半导体薄膜的光学常数和厚度[J].半导体学报，2005（2）：335-340.
[2] 唐莹，孙一翎，李万清。MATLAB在半导体课程教学中的应用[J].长春理工大学学报（高教版），2009（10）：126-127.
[3] 孙连亮，李树深，张荣，等。半导体物理研究新进展[J].半导体学报，2003（10）：1115-1119.
[4] 江锡顺。提高应用型本科院校半导体物理教学质量的方法研究[J].滁州学院学报，2011（5）：110-111.
[5] 王印月，赵猛。改革半导体课程教学 融入研究性学习思想[J].高等理科教育，2003（1）：71-73.
[6] 张铭，王如志，汪浩，等。基于研究性学习的半导体物理课程教学改革[J].科教文汇（上旬刊），2011（7）：47-48.
[7] 王强。半导体物理的形象化教学[J].中国现代教育装备，2009（1）：92-93.
半导体论文 篇四
关键词：半导体器件物理；教学改革；探索与实践
中图分类号：G712 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）04-0222-03
一、引言
随着全球信息化进程的加快，微电子产业得到了迅速的发展，作为向社会输送技能型人才的高职院校，培养微电子专业学生具备一定理论基础和较强的实践创新能力显得尤为重要。《半导体器件物理》是高职院校微电子专业的一门重要的专业基础课，主要讲授的是半导体特性、PN结原理以及双极型晶体管和MOS型晶体管的结构、工作原理、电学特性等内容，该课程教学的目的是让学生掌握微电子学专业所用的基本器件知识，为学习集成电路工艺和设计打下理论基础。
二、目前课程面临的问题
1.学生的知识基础的不足。要系统而深入地学习《半导体器件物理》课程，一般要求具备量子力学、固体物理及统计物理等前导课程的基础知识。高职院校的学生，虽然是高中起点，但其中有很多文科毕业生，物理、数学基础较差，缺乏现代物理学方面的基本概念和相关理论知识，面对《半导体器件物理》课程的学习，知识上难以顺利衔接。
2.缺乏适合高职学生的教材。高职院校的微电子专业通常起步较晚，目前适合高职教育的《半导体器件物理》教材很少，比较成熟的几乎全部都是本科教材，其基础知识起点较高、数学推导繁杂，内容覆盖太广，不能适应高职学生的需求[1]。
3.教学模式的限制。《半导体器件物理》这门课理论性很强，通常把它定位于纯理论课程，在教学模式上通常以板书为手段，以讲授为主。其实，这门课是一门理论性和实践性并重的专业基础课，要求学生在掌握知识的同时学会科学的思维方法、具备开放的研究能力。但是传统的教学模式对这些能力的培养是一个束缚。
4.教学资源的匮乏。在教学过程中为提高教学效率、增强学生兴趣，强调充分应用现代教育技术和手段。但本课程缺乏直观生动、富有动态变化，切实反映物理过程的辅助用PPT，另外，网络资源很少，学生无法通过现代信息技术手段来实现自主学习。
三、课程教学改革探索与实践
1.编写适合高职学生的教材。基于高职学生的特点和培养高技能应用型人才的目标，在教学内容的选择上应以必须、够用为度，突出基础性、实践性。例如在半导体材料特性这一部分，我们注意和高中物理的衔接，删去K空间、布里渊区等过于艰深内容，增加了原子物理的基本概念，顺利引出能带论。在讲双极和MOS器件时，我们将半导体器件版图的内容渗透到教学内容中，让学生形成基本概念，有利于和《半导体集成电路》、《集成电路版图设计》等课程的衔接；同时引入半导体器件工艺流程，为学习《半导体制造工艺》打下基础，课程的实践性也得以体现。另外，教学过程中的数学推导尽可能简洁或者略去，注重通过图例阐述物理过程，避免学生的畏难情绪。
本课程的内容按照知识内在的逻辑关系，可以分为三个模块。集成电路的设计与制造是围绕着半导体材料特性展开的，是微电子专业课程的基础；PN结原理是双极型晶体管的基础、半导体表面特性是MOS型晶体管的基础；我们把这三块内容确定为基础模块。常规的半导体器件不是双极性型的就是MOS型的，集成电路的基本单元也就是这两种类型的晶体管，这是后续课程学习的关键，也是岗位职业能力的基础。我们把这两块内容定为核心模块。功率器件、太阳能电池、LED属于新兴的产品，对他们的结构原理的介绍也是有必要的，归为拓展模块。教学过程中要夯实基础（模块），突出核心（模块），介绍拓展（模块）。以期打好后续课程的基础，全面培养学生的职业能力。基于上述教学内容选择及组织形式，在多年教学实践的基础上，我们编写了一本文字浅显易懂、图例直观明了、论述明白流畅、数学表达简洁、理论联系实际、内容够用即可的校本教材。通过试用学生反映较好，为教学工作带来极大的便利。目前，教材《半导体器件物理》[2]已由机械工业出版社正式出版。
2.推进理实一体化教学改革。以前，教师通常将这门课当成一门理论课来上，以教师讲课为主，实行的是填鸭式的灌输教〈ＷＷＷ．CHAYI5.COM〉育，大部分学生对这种教学模式不感兴趣。笔者以为，《半导体器件物理》这门课是理论性和实践性并重的一门课程。在教学改革中我们将半导体实验嵌入其中，作为理实一体化项目。把原来的验证性实验改变为探究性实验，让学生通过实验现象自行分析研究，发现规律、得出的结论，从而提高学习积极性，增强感性认识，最终达到切实掌握知识的目标。
以PN结的正向特性——肖克莱方程为例，肖克莱方程的引入是个难点，完整的推导至少需要一个课时，作为高职院的学生来说，能听懂的是少数。现在我们讲完正向导通的物理过程之后，运用半导体管特性图示仪测量出PN的正向特性曲线（如图2），然后直接引入肖克莱方程：
I=I■exp■-1
我们根据实测曲线给出理想曲线（如图3）并进行对照，通过对比发现差异，然后介绍阈值电压及其产生机理。这样既避开了烦琐的数学推导，又使得阈值电压的概念能够牢固的掌握。
目前课程运用的理实一体化项目有14个，如表1所示，占约占总课时的30%。
3.采用多元化教学方法。为了帮助克服学生学习“半导体器件物理”课程理论性较强和抽象难懂的困难，我们在实际的教学过程中，多采用启发式和讨论式教学，将理论学习和实践练有机结合起来，增强学生创新思维和参与意识。在课堂教学中，采用启发式教学，注重师生互动，改变以往的灌输教育，使学生真正参与进来，加强他们学习的主动性，提高教学效率。采用讨论式教学可以使学生在学习中由被动变为主动。在课堂上教师提出一些问题，让学生自己查阅相关文献寻找解决的办法。然后就该问题组织学生展开讨论。例如MOS管栅电极两边出现电场峰值，会降低击穿电压，应当怎么改善？在讨论过程中教师总结和点评时，要指出为什么对，为什么错[3]。在教学过程中，课程组设计完成一套多媒体课件，注重反映重要的概念与公式以突出基本概念和基本计算，展示器件等图例，既方便说明问题，又可以减少板书时间，将更多的时间留给学生交流讨论。PPT中还表现了物理现象的变化过程，将抽象理论知识动起来，大大激发了学生的学习热情，加深了学生对理论知识的深刻理解。
4.将版图设计软件引入教学。Cadence virtuoso是一款功能强大的版图设计软件，运用cadence配套的specture仿真工具，也可以对半导体器件进行仿真分析，在这方面cadence软件也有不俗的表现。下面采用该软件对mos特性曲线在不同器件参数下进行量化分析。
图1是标准NMOS器件的特性曲线仿真结果，宽长比为1μm∶1μm；改变其宽长比为1μm∶10μm，特性曲线仿真结果如图2。通过对比让学生理解半导体器件结构参数的改变将造成电学特性的变化，掌握如何合理选择参数的方法。在教学过程中利用版图设计软件来进行仿真，增强了学生的感性认识，有助于学生的对理论知识的理解。同时让学生初步接触专业软件，为后续的《集成电路版图设计技术》等课程打下基础。
5.建立课程网站。目前，课程已建立了网站，将课程信息、教学内容、多媒体课件、课外习题及答案等材料上网。课程网站的设立共享了教学内容，指导学生学习方法，方便学生自主学习。
四、总结与展望
在《半导体器件物理》课程改革的探索实践过程中，我们使用课程组编写的适合高职学生的教材，推进理实一体化的教学模式，在教学过程中恰当的运用启发、讨论等教学方法、制作直观、动态的PPT辅助教学，收到了良好的教学效果，学生在学习过程中的畏难情绪明显减少，主动性得到了显著提升，和往届相比，学习成绩获得一定的提高，后续课程的老师反映学生对基本概念的掌握更为扎实，教学改革获得了初步成效。
目前已建立了《半导体器件物理》课程网站，但是缺乏互动。下一步的设想是：利用学校的Kingosoft高校网络教学平台，创建了《半导体器件物理》教学网站，开展网络化教学。要设立多媒体课件、课程录像、网络资源、交流论坛、课程信息、课外习题、习题解答等栏目，积极拓展学生的学习空间，加强学生之间、教生之间的交流，以期方便不同理论基础的学生进行学习，提高学生的自主学习能力，进一步调动了学习的主观能动性。
参考文献：
[1]陈国英。《半导体器件物理基础》课程教学的思考[J].常州：常州信息职业技术学院学报，2007，（6）.
[2]徐振邦。半导体器件物理[M].北京：机械工业出版社，2013.
[3]李琦，赵秋明，段吉海。“半导体器件物理”的教学探讨[J].南京：电子电气教学学报，2011，（2）.
半导体材料设计 篇五
关键词半导体；材料；芯片；发展；应用；技术；
中图分类号：O471 文献标识码：A 文章编号：
引言
自然界中的物质，根据其导电性能的差异可划分为导电性能良好的导体（如银、铜、铁等）、几乎不能导电的绝缘体（如橡胶、陶瓷、塑料等）和半导体（如锗、硅、砷化镓等）。半导体是导电能力介于导体和绝缘体之间的一种物质。它的导电能力会随温度、光照及掺入杂质的不同而显著变化，特别是掺杂可以改变半导体的导电能力和导电类型，这是其广泛应用于制造各种电子元器件和集成电路的基本依据。
一、半导体材料的概念与特性
当今，以半导体材料为芯片的各种产品普遍进入人们的生活，如电视机，电子计算机，电子表，半导体收音机等都已经成为我们日常所不可缺少的家用电器。 半导体材料为什么在今天拥有如此巨大的作用， 这需要我们从了解半导体材料的概念和特性开始。
半导体是导电能力介于导体和绝缘体之间的一类物质，在某些情形下具有导体的性质。 半导体材料广泛的应用源于它们独特的性质。 首先，一般的半导体材料的电导率随温度的升高迅速增大，各种热敏电阻的开发就是利用了这个特性；其次，杂质参入对半导体的性质起着决定性的作用，它们可使半导体的特性多样化，使得 PN 结形成，进而制作出各种二极管和三极管；再次，半导体的电学性质会因光照引起变化，光敏电阻随之诞生；一些半导体具有较强的温差效应，可以利用它制作半导体制冷器等； 半导体基片可以实现元器件集中制作在一个芯片上，于是产生了各种规模的集成电路。 这种种特性使得半导体获得各种各样的用途， 在科技的发展和人们的生活中都起到十分重要的作用。
二、几种主要半导体材料的发展现状与趋势
（一）硅材料
硅材料是半导体中应用广泛的一类材料，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。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（Smart cut）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。
（二）GaAs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。
（三）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。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Ⅲ－V族超晶格、量子阱材料。我国早在1999年，就研制成功980nm InGaAs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。
（四）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lμ蘭左右，单管室温连续输出功率高达3．6～4W。1.5 宽带隙半导体材料宽带隙半导体材料主要指的是金刚石，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。
三、半导体材料发展的几点建议
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求。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。发展超晶格、量子阱和一维、零维半导体微结构材料。
（一）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。
（二）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。
结束语
随着信息技术的快速发展和各种电子器件、 产品等要求不断的提高， 半导体材料在未来的发展中依然起着重要的作用。 在经过以 Si、GaAs 为代表的第一代、第二代半导体材料发展历程后，第三代半导体材料的成为了当前的研究热点。 我们应当在兼顾第一代和第二代半导体发展的同时， 加速发展第三代半导体材料。 目前的半导体材料整体朝着高完整性、高均匀性、大尺寸、薄膜化、集成化、多功能化方向迈进。 随着微电子时代向光电子时代逐渐过渡， 我们需要进一步提高半导体技术和产业的研究，开创出半导体材料的新领域。 相信不久的将来，通过各种半导体材料的不断探究和应用，我们的科技、产品、生活等方面定能得到巨大的提高和发展！
参考文献
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半导体论文范文 篇六
关键词 半导体物理学 教学 “点-线-面”的板书设计思路
中图分类号：G424 文献标识码：A
0 引言
半导体物理学是研究半导体的基本物理性质、晶体结构和结合以及研究方法的科学。其内容涉半导体中的电子状态即能带结构、杂质和缺陷的影响、电子在外电场和外磁场作用下的输运过程、半导体的光电和热电效应、半导体的表面结构和性质、半导体与金属或不同类型半导体接触时界面的性质和所发生的过程、各种半导体器件的作用机理和制造工艺等[1-4]。从上面列举的半导体物理学研究内容可以看出，半导体物理学是一门理论与实践密切相关的课程。研究半导体中的电子状态是以固体电子论为基础，但是由于学时所限，在半导体物理学的教学过程中这些有关理论不可能像固体物理学中讲述得那样系统和详细，加之学生知识基础不一，这些理论知识的讲授一直是教师难教，学生难学的教学难点之一。因此怎么讲授这些内容是一个非常值得探讨的问题。文献[5]提出好的板书有助于教师阐述和讲解教学内容，使学生容易接受。文献[6]提出精心设计的板书不仅能够锻炼学生的主动思考能力，培养他们的逻辑思维，还能降低双语教学的语言障碍，从而大大提高课堂教学的质量与效率。文献[7-8]提出了板书与多媒体相结合的教学方式以确保提高课堂教学质量。文献[9]提出板书的两种方法：对比板书和归纳推理板书。文献[10]总结了物理课堂教学中的四种板书形式：“要点式”、“结构式”、“表格式”和“框图式”。文献[11]讨论了板书的四种组织形式：大纲式、问题式、比较式和复结式。
本文首先提出了“点-线-面”的板书设计思路，然后举例说明，最后总结“点-线-面”的板书设计思路的教学效果。
1 板书设计思路
针对半导体物理知识的特点，为了让学生能通过直观的板书明白半导体物理知识，因此本文提出“点-线-面”的板书设计思路。“点-线-面”的板书设计思路分三个步骤，分别是知识“点”分解、形成知识“线”和板“面”规划。
步骤一：知识“点”分解
半导体物理涉及很多理论知识，比如能带理论，复合理论等等；这些理论又由若干知识点组成，比如直接复合理论包括热平衡状态和非平衡状态两个知识点，热平衡状态又包括产生过程和复合过程两个知识点等等。因此本文的板书设计思路首先是分解出所有的知识“点”。
步骤二：形成知识“线”
所谓知识线，就是把各知识点按一定的内在联系串联起来，形成基本线索。因此首先要弄清各知识点的前因后果，来龙去脉，从而得到知识点之间的逻辑关系，形成知识“线”。
步骤三：板“面”规划
板“面”规划是根据黑板的大小和知识点的多少，规划出需要的板面数，然后在黑板上给知识点设计合理的位置。
2 板书设计举例
本文以非平衡载流子直接复合理论进行板书设计举例，具体步骤如下：
步骤一：知识“点”分解
非平衡载流子直接复合理论中可以分解出以下的知识点：产生率、复合率、净复合率、非平衡载流子的寿命、小注入条件、大注入条件、型半导体、型半导体等。
步骤二：形成知识“线”
在以上的知识点中可以形成一条知识“线”，首先由直接复合理论引出产生率和复合率两个知识点，然后由这两个知识点引出净复合率知识点，接着净复合率引出非平衡载流子的寿命知识点，再接着引入小注入条件和大注入条件两个知识点对非平衡载流子的寿命进行分类，从而把这些知识点串在一起形成了知识“线”。
步骤三：板“面”规划
教室的黑板为两块1米？米的可以上线滑动的黑板，由于每个知识点都包含公式表达式，知识点的长度比宽度大，如果采取从左到右的方法板书知识“线”，则长度不够，如果采取从上到下板书知识“线”，两块黑板合并使用的话，则只需2米？米的空间就能完成板书，具体的板书如图1：
3 教学效果
通过在课堂教学采用“点-线-面”的板书设计思路，对于复杂理论知识，老师容易讲明白，学生容易理解和记忆，具体的教学效果表现如下：（1）学生在课堂中更加活跃。采用“点-线-面”的板书设计思路教学后，学生在课堂中积极参与到知识点的分解和知识线的梳理中来，有个别同学还能针对老师的板书提出自己的知识点分解和知识线梳理思路，给老师很好的启发。（2）学生在课后的学习和讨论也更加多。学生在课堂中学习了“点-线-面”的知识图后，课后的学习更加积极，同学之间的讨论也更加多，甚至有同学提前分析下一次课的知识图。
4 结束语
半导体物理学是一门介于理论与实践之间的课，由于它的理论性，导致老师难教，学生难学。本文针对半导体物理知识的特点，为了让学生能通过直观的板书明白半导体物理知识，提出了“点-线-面”的板书设计思路。“点-线-面”的板书设计思路分三个步骤，分别是知识“点”分解、形成知识“线”和板“面”规划。通过在教学中采用“点-线-面”的板书设计思路，对于复杂理论知识，老师容易讲清楚，学生也容易理解和记忆，收到了很好的教学效果。
参考文献
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半导体论文 篇七
关键词：半导体冰箱；冷凝管；散热方式
中图分类号：TM925 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）29-0020-03
半导体冰箱至今未能在更广泛的领域中应用就是因为它较低的能量转化效率，将白白耗费较多的能量。根据我们项目小组的调查，目前市面上的半导体冰箱基本采用强制风冷散热的散热方式，但这种散热效果并不好，一定程度上导致了半导体冰箱制冷效率过低，最低温度过高，箱内温度只能降到低于环境温度10℃～15℃，这并不能真正满足大众的需求。本课题的研究目的就是提高半导体冰箱的制冷效率，研究方案主要是利用冷凝管对半导体冰箱散热方式进行改进，并对其整体结构进行了初步设计、半导体选择和功率计算等，最终实现对半导体冰箱制冷效率的提高。本文将对我们的研究展开论述与分析。
1 散热系统的设计
（1）工质选择：实验测得热管两端温度分别为35℃和30℃，根据公式Tv=（T1+nT2）/（1+n）（其中T1为热源温度，T2为冷源温度）可得工作温度为Tv=（35+4×30）/
5=31（其中n值取4）。通过查表可知氨的适合工作温度为-40℃～60℃，故我们选择氨作为热管工质。
（2）热管内径的确定：
一般情况下，热管的沸腾极限远远大于携带极限，因此，沸腾极限不会成为限制热管传热的控制因素。
综合分析，最终确定每根热管关键参数如表1：
2 理论分析
2.1 保温箱
Pin恒定。忽略降温过程冰箱内部气体压强变化，取：
Pin=1.013×105Pa
考虑到冰箱中摆放的物品在两种散热方式下只改变比热容，故假设冰箱中未放物品，取工作温度t=273K和t=298K下的平均比定压热容。
2.2 半导体制冷片
假设半导体片各处制冷功率相同，并正常工作。
2.3 散热器
近似取300K条件下铝片的导热系数，并假设铝片上各点的温度相同。
由于有风扇作用，假设散热器与外温温度T0的空气直接换热。
2.4 模拟计算
设冰箱内部的温度函数为T（t）。
理论结果分析：由图像可知，两种散热方式下冰箱的最低温分别为0℃和-5℃，由此可计算出正常工作时箱体实际漏热率分别为Q铝片=3.87W和Q热管=4.65W，故冰箱的制冷效率分别为COP铝片=7.74%和COP热管=9.29%，因此理论上冰箱效率提高了？COP=1.55%。
3 实验方案设计
在测定半导体制冷冰箱效率时，我们进行了两个部分的实验测试。
实验一：热管散热与散热片散热性能的定性对比。
实验过程中共使用两个温度传感器：
第一个温度传感器的一端放在半导体制冷片的冷端表面，并加以固定，以测定冷端温度。
第二个传感器放在热管散热器的翅片部分，并加以固定，以测定散热器温度。
首先，我们测定热管的散热性能。先测定室内温度，接好电源及实验设备。接通半导体制冷片。其次，测定普通铝片散热性能。先测定室内温度，接好电源及实验设备。接通半导体制冷片，记录冷热端温度。
综合以上数据，我们用绘图软件做出了热管和铝片条件下的温度变化图像，如图2所示：
实验结论：在相同条件下，热管散热效率高于铝片散热效率。
实际条件下的热管效率对比实验：
我们选用现有的铝片风冷散热半导体冰箱作为对比参照，用无线温度传感器测定在室温条件下铝片风冷散热半导体冰箱内部的温度。
在冰箱的中层放入无线温度传感器，接通冰箱电源，调至制冷档，每隔0.5min记录一次数据，得到120min的温度变化数据。
将相同冰箱的铝片拆下，换成相同大小的热管翅片散热系统，在相同的室温下重复上一步骤实验操作，得出120min热管散热的半导体冰箱制冷温度数据。
对比两组数据，使用制图软件制作出两次条件下的温度曲线如图3所示：
实验结果分析：由图像可知，相同实验条件下，两种散热方式下冰箱的最低温分别为7℃和3℃，由此可计算出正常工作时箱体实际漏热率分别为Q铝片=2.01W和Q热管=
2.63W，故冰箱的制冷效率分别为COP铝片=4.02%和COP热管=
5.26%，因此冰箱效率实际上提高了？COP=1.14%。对比理论结果，铝片和热管两种散热方式下冰箱达到最低温度都应该在50min左右，最低温度分别是0℃和-5℃。虽然实际实验并没有达到这种效果，但是实际提高的效率？COP却很接近，经过误差分析，实验结果在误差允许范围内。造成误差的原因主要有理论分析时做了一些合理假设和环境条件变化，实验材料实际上没有达到理想的性能。不过，这种误差并不影响我们的实验结论。在外界环境近似相同的情况下，采用相同的制冷片、制冷功率，保温设施进行实验，尽可能排除无关变量影响。从图像中可以看出，在将散热方式由铝片散热改为热管散热之后，冰箱的制冷速率和制冷能力均得到明显提升。对图像部分区域进行数据拟合可知，在10min之内，两种散热方式并无明显差距；但在10～20min之间，采用热管制冷可以将制冷效率提高一倍以上；对于稳定温度，热管制冷比普遍采用的铝片制冷在相同条件下低大约3℃，从而从一定程度上改善了半导体冰箱制冷能力方面的缺陷，大大增强半导体制冷冰箱的实
用性。
实验结论：在实际情况下，使用热管制冷的半导体冰箱制冷效率大于使用铝片制冷的半导体冰箱。
4 结语
本文采用了理论计算与实际实验相结合的方式，完成了基于半导体制冷的冰箱制冷效率提高的研究。其中创新性地采用了用热管散热代替散热片散热，解决了目前市面上车载半导体冰箱的难题。在设计过程中所进行的两种散热方式对比实验以及设计完成后进行的冰箱模型对比试验有说服力地证明了以我们创意方式制造的冰箱的散热和制冷效果将优于市面上的同类冰箱。该种类型产品投放市场后，必将受到大部分车市和消费者的青睐，为企业创造可观经济收益，并很好地符合了国家对于创新产品节能高效的期望，有利于受到政策的正影响。与此同时，这次对于车载冰箱制冷效率提高的研究，有利于打开研究者的眼界思路，对于日后同类研究具有很高的借鉴及参考价值。
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