半导体材料设计 篇一
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 篇二
【关键词】电子信息材料；低碳经济；发展；应用
社会的发展速度越快，对自然界的伤害也就越大，而电子方面的材料对生活空气的污染也越来越严重。因此，必须要建立节能环保的生产概念，必须保证低碳生活，并且社会已经有了明确的态度，必须要控制污染，减少能源的浪费，做到经济环保。而伴随着时间的推移，电子信息材料的使用需求越来越大，进而影响了社会的生态平衡。那么，要想在这一种材料中实施低碳经济，如何去做呢？
一、电子信息材料在低碳经济中的发展
1、光电子材料。这种材料主要包含了液晶的元素，它在电子信息的生产中，使用非常的频繁。液晶的这种材料，主要是用于电器类的显示屏，而这一种材料可以在电流经过时，将液晶这种材料进行改变，并将其液晶的序列进行重新排布。而当再一次经过电流时，电气的显示屏是不会被屋外的光线穿透的，这也就符合了社会低碳经济的理念。曾经的电气显示屏，危害大，且消耗量也大。而如今的液晶显示屏，已经很好的解决了这些问题，并且还可以对显示屏的色度进行调和。另外，它还是一种非线性的材质，一般情况下，液晶的材料都是处于软凝聚的形式，所以，它才可以很好的进行光学反应中的折变反应，而对于电流较低时，电子设备就会发挥很强的功效，由此，可以看出，这一种材料在未来的发展中，占据重要的位置。而根据光学反应中的原理得知，要想影响液晶材料的性能，运用光学反应，对其进行干扰，让液晶的材料很好的对电气的显示屏进行反射。总的来说，就是将光电子材料的某一性质用到液晶材质中，研究出低碳的电子显示屏材料。因此，在未来科技的领域中，电子信息技术还是存在着很大的进步空间的，只有通过不断的完善它的不足之处，才能更好的满足社会的各项需求。2、集成电路和半导体。根据现在社会的需求，电子信息材料的集成电路和半导体，是非常重要的基础材料，主要属于多晶硅。而现在在各行各业中，使用最多的就是集成电路和半导体材料，就像现在的西门子，差不多改良后的西门子，都包含了这一种材料。它主要制作的流程就是将HCL也就是盐酸和纯度非常高的硅的粉末进行反应，并且在进行混合时，需要设定合适的温度，然后反应出三氯氢硅，再利电子信息材料在低碳经济中的发展应用□张鹏宇河北正定中学高三在校学生用化学中分馏的方法，进行提纯，最后再进行还原反应的操作，获取纯度更高的多晶硅。它便是以后电子信息材料中不可获取的元素。并且，西门子还通过集成电路和半导体材料，对其他零碎的部件也进行了全面的改良，获取了非常不错的结果。同时，也减少了很多能源的损耗。
二、电子信息材料在低碳经济中的应用
2.1电子信息材料在集成电路中的运用
由于现在科技发展的速度越来越快，所以现在的集成电路和半导体材料的使用，也越来越广泛，也成为了环氧模塑料中非常重要的生产材料，并且，根据这一种的材料的性质，能够非常方便的完成整个生产过程，同时也能够很好的做到节能减排，尽可能的保持低碳经济的生活。
2.2电子信息材料在光电子中的使用
光电子的使用，主要是将一些有用的信息进行传递，所以，对于电子信息材料的使用上，主要是为了对其他部件指令，因此，在其他行业的电子材料使用中，也被广泛的使用。当然，现在为了更好的满足低碳生活的需求，很多电子材料的功能都被不断的改进，并进行高度集中，尽可能的发挥自己最有效的功能，并且减少对生活环境的污染。
2.3电子信息材料在新型部件中的使用功能
为了更好的减少对环境的污染，就必须先对电子信息的材料进行全面的检测，必须保证所使用的电子信息材料所消耗的能源是非常少的，并且污染性不大。因此，开始针对这一项问题，使用新型部件，希望尽可能的既满足电子信息材料的使用功能，也能很好地满足绿色环保的需求。而为了有效的满足这一项需求，就必须将电子材料的面积进行扩大，并对其所包含的的部件进行智能化设计，尽可能的减少一些耗费能源的部件的使用，但同时又能保证材料本身的作用。
三、结语
综上所述，低碳经济已经成为电子信息材料使用的理念，也是必须要解决的一项难题。根据现在先进的科学技术，不断的对电子信息材料进行改善，希望尽可能的达到环保的要求。另外，在电子信息材料的低碳经济理念的发展中，要不断的纳入新的科技理念和科学技术，才能达到理想中的状态。
参考文献
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半导体论文 篇三
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：
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[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 篇四
关键词：化合物半导体材料；GaAs;GaN;SiC
中图分类号：TP331文献标识码：A 文章编号：1009-3044(2010)05-1238-02
On The Compound Semiconductor Materials
HAO Bin, WEN Kai
(Tianjin Polytechnic University, Tianjin 300160,China)
Abstract: Compound semiconductor integrated circuits with ultra-high speed, low power, multi-functional, anti-radiation properties is widely used, GaAs, GaN, SiC as the main application of compound semiconductor materials. This article describes the advantages of compound semiconductor materials, and from GaAs, GaN, SiC formed part of the device.
Key words: semiconductor materials; GaAs;GaN; SiC
目前，半导体器件已被广泛应用到各个领域中。但是随着科技的发展，由于硅的电子移动速度使得硅电路传输速度慢并且难以改善。因此新型半导体材料由此产生，以GaAs、GaN、SiC为代表的的化合物半导体是目前应用最广泛、发展最快。
1 化合物半导体材料优势
化合物半导体集成电路的主要特征是超高速、低功耗、多功能、抗辐射。以GaAs为例，通过比较可得：1化合物半导体材料具有很高的电子迁移率和电子漂移速度，因此，可以做到更高的工作频率和更快的工作速度。2肖特基势垒特性优越，容易实现良好的栅控特性的MES结构。3本征电阻率高，为半绝缘衬底。电路工艺中便于实现自隔离，工艺简化，适合于微波电路和毫米波集成电路。4禁带宽度大，可以在Si器件难以工作的高温领域工。现在化合物半导体材料已广泛应用：在军事方面可用于智能化武器、航天航空雷达等方面，另外还可用于手机、光纤通信、照明、大型工作站、直播通信卫星等商用民用领域。
2 化合物半导体器件
GaAs、GaN、SiC为主要应用的化合物半导体材料。以下介绍由这三种材料构成的部分器件。
2.1 GaAs材料
高电子迁移率晶体管(HEMT)器件实在能形成2DEG的异质结上用类似MESFET的工艺制成的场效应晶体管。源漏之间主要由2DEG的导电沟道提供，由势垒层上的肖特基栅施加偏压来改变耗尽区的厚度，从而控制沟道2DEG的浓度及器件的工作状态(如图1)。对这类器件若VGS=0时沟道中已有电子存在，则器件是耗尽型的；若沟道被耗尽则器件是增强型的。I-V特性为强电场下工作的耗尽型HEMT和增强型HEMT都呈现出平方规律的饱和特性。
AlGaAs/GaAs HEMT的制作基本工序：在半绝缘GaAs衬底上生长GaAs缓冲层 高纯GaAs层 n型AlGaAs层 n型GaAs层台面腐蚀隔离有源区制作Au/Ge合金的源、漏欧姆接触电极干法选择腐蚀去除栅极位置n型GaAs层淀积Ti/Pt/Au栅电极。(如图2)
图1 GaAs HEMT中2-DEG图2 GaAs HEMT基本结构图3 PHEMT的基本结构
随后发现由于n-AlGaAs层存在一种所谓DX中心的陷阱，它能俘获和放出电子，使得2-DEG浓度随温度而改变，导致阈值电压不稳定。为了解决这个问题，采用非掺杂的InGaAs代替非掺杂的GaAs作为2-DEG的沟道材料制成了赝高电子迁移率晶体管。InGaAs层厚度约为20nm,能吸收由于GaAs和InGaAs之间的晶格失配(约为1%)而产生的应力，在此应力作用下，InGaAs的晶格将被压缩，使其晶格常数大致与GaAs与AlGaAs的相匹配，成为赝晶层。因为InGaAs薄层是一层赝晶层且在HEMT中起着 i CGaAs层的作用，所以成为“赝”层，这种HEMT也就相应地成为赝HEMT。
2.2 GaN材料
2.2.1 GaN基HEMT
目前GaN基HEMT器件的主要结构是基于AlGaN/GaN异质结的HEMT器件。由于极化效应，AlGaN/GaN异质结很容易出现2DEG,因此有常见工艺生长的绝大部分HEMT器件是属于耗尽型的。在尽量提高沟道2DEG浓度且保持其迁移率和速度，同时又不引起势垒应变弛豫的原则下，应用于HEMT器件的AlGaN/GaN异质结的结构参数已经优化到一个范围(势垒层的Al含量为0.2~0.3,厚度为20~30nm)。除此之外GaN基HEMT的器件还有以下特性：1) 缓冲层漏电小即缓冲层呈高阻态且缺陷密度小形成高的输出阻抗；2) 高的击穿电压，对提高器件的输出功率和功率开关的电压承受能力非常重要；3) 跨导高且和栅压保持良好的线性关系，这与器件的频率特性和开关速度相关；4) 好的夹断特性； 5) 较高的截止频率；6) 良好的散热能力。GaN基HEMT的主要工艺为台面刻蚀、肖特基接触和欧姆接触。
2.2.2 GaN基HBT
异质结双极性晶体管器件具有宽带隙发射区，大大提高了发射结的载流子注入效率；基区可以高掺杂(可高达1020cm-3),基区电阻rb可以显著降低，从而增加 fmax ;同时基区不容易穿通，从而厚度可以做到很薄，即不限制器件尺寸缩小；发射结浓度可以很低(约1017cm-3),从而发射结耗尽层电容大大减小，器件的 fT 增大。GaN基HBT可研发为微波功率放大器件或高压开关器件，其目标特性为高射极注入系数、长的少子寿命、短的基区渡越时间、高击穿电压。
2.3 SiC材料
SiC基结型场效应晶体管(JFET)和肖特基栅场效应晶体管(MESFET)
SiC基MESFET和JFET的沟道载流子的等效迁移率比较高，因此SiC基MESFET主要被开发为微波功率器件，而JFET则是高压功率开关器件。SiC基MESFET可以用于X波段以下的微波频段，其性能优势为线性化程度比较理想，输出阻抗高，从而大大降低对匹配网络的要求，降低了制作和设计成本。SiC基JFET具有超低RSP,也能在较高和较低温度以及较高频率下工作。
3 结束语
化合物半导体集成电路和普通半导体集成电路相比具有明显的优势，适合于高频高速电路的要求。并且化合物半导体可以发光，可以实现光电集成。因此化合物半导体有更广泛的发展空间。
参考文献：
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半导体论文 篇五
【关键词】电力系统；通信站；防雷技术；改造
1引言
随着近年来的建设发展，越来越多的通信站点坚固了山东电力通信网架结构，同时，就这些站点开展的整体防雷整治工作，也取得了显著的效果，改善了过去通信设备在雷雨天气受到破坏较严重的问题。但是，现在的防雷整治工作中仍存在着一些问题，导致整体的防御工作水平需要进一步提升。因此，论文对电力系统通信站防雷技术改造工作的必要性以及改造工作的途径和工作内容进行探讨。
2通信站防雷工作水平现状
对于通信站来讲，主要有3种途径导致日常运营时遭受雷电侵袭：第一个途径是高塔或者是一些高层建筑物，将直击雷引入；第二个途径，则是一些周边的其他地区受到雷击时出现了间接感应雷；第三个途径主要是电力系统通信站的供电线路以及信号线路受到直击雷或者是感应雷的侵袭。在进行雷击防制的过程中，根据综合治理工作原则，对这3种雷电侵入途径进行了一些基础性的改造工作以及通信站的技术改造。首先是对当前电力系统通信站的地网进行了整治以及改善，将站体以及铁塔和电源这3个地网部分进行整体性的连接，然后以地网为参考电位平台对上方的建筑防雷框架以及机房环形闭合接地母线进行了整体连接，从而实现整体性的防雷以及避雷。其次则是对当前的电力系统、通信站通信以及电气设备接地系统进行整治以及改造，将当前通信站内部的所有设备，包括一些不带电的金属构件和门窗等在地网整体化的基础之上进行低阻抗连续接地系统的构建。再次主要是以接地系统为核心，然后进行全面的屏蔽，以及均压和限幅等技术应用，对接地工作进行统一规范，并对电位参考节点进行科学设置，使整个通信站在受到雷电干扰以及侵袭的过程中能够处于同一电位水平，降低在通信站受到雷击时雷电流的二次效应影响。最后，对于一些特殊的通信站和电力调度大楼来讲，需要在改造的过程中就防止雷击以及线路来雷技术等进行改造。例如，可以在通信站以及电力调度大楼的微波天线铁塔上增加半导体少长针消雷器，然后也可以在电源系统当中增设配电电源过电压保护装置等。对于电力通信站来讲，所应用的防雷技术措施，在达到了相应的规程要求之后，能否完全针对雷电进行防护还不能全面肯定，但是在通信站进行防雷技术应用的过程中，整体防卫工作水平具有了非常大程度的提高，而且设备的安全性在使用过程中也具有了较强程度的增长。在大量的实践过程中，已经充分证明，通过上述技术措施来进行电力系统通信站防雷技术改造所取得的实际效果是非常明显的。但对于电力从形态上来讲，整体的防雷技术仍然处于比较低的水平，所以还有待进步。
3通信站防雷技术应用存在的问题
首先是对于一些基于微波天线铁塔所引入的有馈线避雷针，不能够很好地发挥防雷保护作用。对于当前的一些微波通信站和调度大楼建设来讲，在进行防雷建设的过程中，都是按照统一的规程标准去进行建设的，所以都有避雷针对直击雷进行防护。但是对于避雷针来讲，工作原理也是通过金属尖端将电场进行畸变，从而使雷电能够打在避雷针上，而所谓的壁垒是对保护范围内的保护对象而言的，但是在实际工作过程中为了能够获得同样的效果，不可能在微波通信站建造一个比微波天线塔更高的避雷针，所以大多数时候都是将避雷针在微波天线铁塔上进行安装，和铁塔一起发挥作用。这就已经影响了避雷针的功能发挥，避雷针所要保护的对象已经成为当前引导雷电进行雷击的对象，因为在雷电击中微波塔避雷针时，这些产生的极高的电位会由馈线导入机房内的通信设备当中，同时还会通过塔灯电源线导入配电设备当中，而在此过程中所产生的强脉冲雷电流会出现高强度的电磁干扰以及二次雷电效应对于微波设备的正常运行会产生严重影响。其次则是在进行防雷技术应用的过程中，如果只在微波站，配电变压器高低压侧增加避雷器，是在通信电源入口处安装少量的氧化锌压敏电阻器，对供电线路深入通信电源及机架电源盘板的固定电压保护效果发挥是非常微弱的。最后则是在电力通信网建设过程中，电力线载波通信仍然是重要的建设内容以及组成部分，相比较于微波站防雷改造工作来讲，电力通信网当中的电力线载波通信所拥有的一些薄弱环节要更多。主要就是在出现雷电活动时，载波通信系统当中的电源系统以及与电源系统有关联的电源盘板会在雷击作用下产生严重损坏。在此过程中，如果电力线载波通信系统受到了220kV以上的累积，就会导致整个通信站的通信以及自动化设备电源系统被破坏，所以电力调度进行事故处理的过程中，会面临通信以及自动化信息被迫中断的局面。
4防雷新技术及新设备的应用
在通信站进行防雷技术改造的过程中，如果只是在过去防雷技术规程的基础之上采取相应的措施，那么整体的技术改造，仍没有脱离过去传统的防雷技术以及改造工作水平。因为对于技术改造来讲，在进行改造的过程中，最主要的特征就是需要在现有的技术水平上进行提升以及突破，所以就新的防雷技术以及设备应用是非常重要的。在大量实践过程中，已经充分证明，拥有显著防护效果的新技术以及设备应用能够在当前的防雷技术改造工程当中进行大规模普及，但是需要注意的是，因为通信类弱电设备本身的防雷技术和工作理论仍然处于不断研究以及深化的过程中，所以在实际改造的过程中，一些防雷技术的应用仍然存在争议，但这也是非常正常的。对于一些设备厂商来讲，在进行生产的过程中，以商业利益角度为出发点，在进行产品生产时，过于夸大自身产品的生产技术水平以及先进性，虽然这些做法对于厂家来讲是无可厚非的，但是在进行防雷技术改造的过程中，这些设备的应用仍需要进行严格的审核，这样才能够使设备的应用真正发挥作用。当前，半导体少长针消雷器在防雷工作中具有更加优越的使用性能以及更加安全的保障。但是对于消雷来讲，本身也并不是能够完全对所出现的雷击进行消除，所以在各种防雷设备研发以及应用的过程中都拥有一定的局限性，需要根据不同的保护对象选择不同的防雷设备，这样才能够发挥更好的防护效果。所以对于防雷设备来讲，如果称其具有多功能和全方位的特点，那么这种说法本身就是不成立的，属于一种非常明显的商业行为。因此，在进行分类技术以及新设备应用的过程中，需要慎重对待以及冷静考虑，通过实践检验和调查研究来进行技术以及设备的应用，才能够真正保障整个防雷技术改造工程，实现防雷水平的提升。
5结语
综上所述，对于电力通信站的防雷技术改造工程来讲，是基于当前防雷技术整体发展水平以及电力系统通信站的工作需要，急需进行的一项工作。虽然在过去的发力技术改造过程中所取得的工作成果也比较显著，但是并没有完全实现防雷技术水平的革新与提升，所以需要就当前电力系统通信站的防雷技术改造工作进行进一步加强。
【参考文献】
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半导体论文 篇六
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。
参考文献
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半导体论文 篇七
LED（“L ightEmittingDiode”） 的缩写，中文译为“发光二极管”， 是一种可以将电能转化为光能的半导体器件。LED 的核心部分是由 p 型半导体和 n 型半导体组成的芯片，在 p 型半导体和 n 型半导体之间有一个 p-n 结，当注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能转换为光能。不同材料的芯片可以发出红、橙、黄、绿、蓝、紫色等不同颜色的光，“发 光二极管”也因此而得名。 节能和环保是 LED 最大的特点，在我国具有非常重要的现实意义，作为一种可将电能转变为光能的半导体发光器件，LED(发光二极管)耗电仅为白炽灯的1/10，节能荧光灯的 1/3，而寿命却是白炽灯的 100 倍，发展 LED 产业有利于发展我国的低碳经济。我国照明用电约占总电量的 12%，保守估计 2010 年我国总发电量将达到30，000 亿度，照 明用电将达到约3，600 亿度，如 果能节约一半的照明用电就是1，800亿度，且节约能源消耗和二氧化碳气体的减少排放，并可实现无汞化，对于我国可持续发展及环境保护具有重要意义。 感谢多年来业界专家、媒体、营销实践者对『老姜智造的关注与支持，『 老姜智造推出的《2010 年中国LED 照明企业品牌发展报告》共分三篇，此次的报告为『品牌传播篇分报告，希望对照明业界营销实践者有所帮助，再次感谢！ 第一章 产业发展前景——市场庞大的产业盛宴 从全球布局上看，半导体照明产业已形成以美国、亚洲、欧洲三大区域为主导的三足鼎立的产业分布与竞争格局。随着市场的快速发展，美国、日本、欧洲各主要厂商纷纷扩产，加快抢占市场份额。根据全球 LED 产业发展情况，预计 LED 半导体照明将使全球照明用电减少一半，自2007 年以来澳大利亚、加拿大、美国、欧盟、日本及中国台湾等国家和地区已陆续宣布将逐步淘汰白炽灯，发展 LED 照明成为全球产业的焦点。 中国 LED 产业起步于 20 世纪 70 年代，其中 LED 半导体照明产业起步于 90 年代初。经过近 40 年的发展，中国 LED 产业已初步形成了包括 LED 外延片的生产、LED 芯片的制备、LED 芯片的封装以及 LED 产品应用在内的较为完整的产业链，并且金融危机以来始终保持高速的发展。 关于产业发展鉴于老姜『智造将在后续推出 LED 照明产业专项报告，在此老姜以数据为产业之序带大家一起来看下组数据： 2008 年我国半导体照明总产值近700 亿元，其中芯片产值19 亿元，封装185亿元，应用产品产值450 亿元，芯片、封装和应用产值之比为1∶9∶22。 2009 年，中国LED 外延产业规模达到 7 亿元，占整体产业的3.2%；芯片产业规模达到19.3 亿元，占整体产业的 8.8%。 2009 年包括衬底、外延、芯片、封装在内的中国半导体照明(LED)工业销售总产值达1000 亿元，与2008 年相比，同比增长30%以上， 2010 年，中国 LED 照明产业产值将超过 1500 亿元，较 2008 年翻倍。预计最快在2015 年，LED 在中国照明市场的占有率将达到20%，带动产业规模达5000亿元，中国将进入全球LED 照明市场前三强。 中国LED 产业已经形成珠三角、长三角、北方地区、江西及福建地区四大半导体照明产业聚集区域，上海、大连、南昌、厦门、深圳、扬州和石家庄七大国家半导体照明工程产业化基地。 目前，我国led 行业年产值上亿企业已超140 家，其中大陆LED 从业人员超过80 万，预 计2010-2012 年新增人才需求达 60 万，研究机构20 多家，企业4000 多家；其中上游企业 50 余家（完整统计 62 家），封装企业 1000 余家，下游应用企业 3000余家，70%集中于下游产业。 全文下载：2010年中国LED照明品牌发展研究报
它山之石可以攻玉，以上就是众鼎号为大家带来的7篇《半导体论文》，希望对您有一些参考价值。
