半导体论文范例6篇

半导体论文

半导体论文范文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。

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半导体材料研究的新进展

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)器件研制的高潮。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。

(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。

半导体论文范文2

日本四团体共同制定的《照明用白色LED测光方法通则》为目前唯一针对照明用白光发光二极管(LED)所制定的测量标准,本文将对其内容进行介绍及分析,以供读者及有关产、学、研部门参考。 白光LED标准出炉 随着LED研发技术的突飞猛进,已被许多人视为充满潜力的新世代主要照明光源,然而LED具有与传统照明光源截然不同的空间发光特性,使原本适用于传统光源光学特性测量的方式未必适用于LED,如光通量(Luminous Flux)、光强度(Luminous Intensity)及色度(Chromaticity)测量,否则LED的测量精度及准度都将成问题。因此,全球各大标准协会均修订或是新增LED测量标准,但由于LED封装种类繁多,性能也各不相同,所以也有协会针对不同用途的LED制定新的测量标准以国际照明委员会(Commission Internationale de l'Eclairage;CIE)为例,其在2007年大幅修订原有的LED测量技术文件CIE-127,但因诸多争议,仍有诸多测量问题待解决,而由美国能源部(DOE)所主导,其配合固态照明产品的推广进程,由美国国家标准学会(ANSI)与北美照明学会(IESNA)所组成的标准制定小组,正在进行固态照明灯具相关测试标准的制订,(本报上期B7版文章已经对此进行介绍),其中包括旋光性量测、色度量测以及寿命评估等标准,但这些标准的特点在于其内容是将固态照明灯具视作一整体来评价,也就是说,LED单体无法由这些标准的规范来作测量。 我国近年来也致力于半导体发光器件标准的推动,在政府的支持下,已推出半导体发光器件测试方法,而其它相关标准也正在进行审议中。 然而在照明用白光LED标准的推动方面,进展最快的国家是日本,其中日本照明学会(JIES)、日本照明委员会(JCIE)、日本照明器具工业会(JIL)以及日本电球工业会(JEL)在2011年已订出四团体共同标准《照明用白色LED测光方法通则》,成为目前唯一针对照明用白光LED所订定的测量标准,其在初版时就已率先制订数项未曾规范过的项目,如标准LED之制造、小型模块光强度的测量法以及寿命评估方式等。 有鉴于LED的测量方式有所进展且标准的内容仍有扩充空间,四团体于2006年3月公布此标准的修订版,增加且修订原先的标准内容,在色度学的量测以及光通量的量测方式等作出更详细的规范。然基于谨慎的心态,有许多部分仍然是被放在附属部分而非实际标准的一部分,不过,其在相关规范的说明仍十分详细,就现阶段国际所能查到的LED标准文献,此标准可说是内容最完整的规范。在目前产业界仍然缺乏适当的通用LED测量规范情况下,该标准将会是一个非常重要的参考依据。下面重点介绍此标准的重要规定,以及修订版的增补部分。|中华勵志网|http://www.zhlzw.com| 适用范围限于照明用白光LED 该标准在一开始的标题上,就已宣告适用范围仅限于照明用白光LED,其认为将测量目标限定于照明用白光LED,以限定与标准LED比较的测量方法能有效提升测量精度,且对于标准LED的内容作出很详细的规定。在光强度的测量部分,则依照国际照明委员会所规定的标准条件进行测量;在光通量的测量部分,则一律使用积分球(Integrating Sphere)测量,并在修订版中增加色度、相关色温(Correlated Color Temperature;CCT)、显色性指数(Color Rendering Index;CRI)等的测量方法,且原则上使用积分球作为其入射光学系统。 本标准主要是针对单体LED制定的规范,但其对于小型的LED模块光强度的测量也纳入规范,对于小型LED模块而言,其不一定适用于CIE标准条件所规定的平均LED光强度的测量方法。

半导体论文范文3

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

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[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.

半导体论文范文4

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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半导体论文范文5

为了分析半导体制冷器工艺设计方法与制冷效率的关系,探讨其工作寿命的影响因素,文章通过改进半导体制冷器基板材料,采用新型胶黏剂,并通过实验来对比分析半导体电偶间不同的铜片排布方式对制冷器制冷性能、寿命的影响。实验结果表明,连接铜片排布回路形式对制冷性能影响不大,但对产品的使用寿命有一定的影响。铜线排列走向简单,电阻变化率低,使用寿命相对较长。

关键词:

半导体制冷器;制冷性能;基板;铜片回路

半导体制冷技术因其具有的独特优点而在各行各业得到了广泛的应用[1-3]。为提高其性能、增强机械强度和稳定性,国内外有关科技人员进行了很多研究工作。宣向春等[4]提出可在普通半导体电臂对的P型和N型电偶臂之间淀积一层厚度适当的银膜,提高电偶对的制冷性能。李茂德[5]和任欣[6]等认为,提高制冷系统热端的散热强度可以改善半导体制冷器的制冷性能,但制冷性能并不能随散热强度的提高无限提高。

YANLANASHIM[7]优化了制冷系统设计方法。此外,GAOMin[8]等指出电偶臂的长度在很大程度上影响半导体的热电性能。YUJianlin[9]等详细研究了制冷单元的个数和电偶臂的长度对制冷性能的影响程度。本文主要对半导体制冷器的制造工艺进行了分析,讨论了不同的半导体铜片连接回路以及半导体电偶对与基板的黏结性能对半导体制冷器制冷效果及其寿命的影响,并通过实验进行了性能测试,实验结果可以为提高半导体制冷器的制冷性能及产品寿命提供较好的依据,具有一定的实际指导意义。

1半导体制冷器设计工艺

半导体制冷器的性能主要包括制冷效率和使用寿命,取决于组成半导体制冷器主体的制冷电偶对的设计制造工艺,半导体材料的热电优值系数及半导体制冷器系统的结构等[10]。本文仅讨论半导体制冷器基板材料以及不同的半导体铜片连接回路对半导体制冷器制冷效果及其寿命的影响。

1.1基板设计工艺半导体制冷器的导热绝缘层由陶瓷基板构成,由1个放热面和1个吸热面组成一组,2个面之间由铜片连接不同型的、相互错开的半导体颗粒,形成回路,如图1所示。陶瓷基板材料及基板厚度对半导体制冷器制冷效率有显著的影响。设计采用了质量分数为96%氧化铝(Al2O3)的陶瓷基板。同时,为提高半导体制冷效率,通过减薄陶瓷基板厚度(由目前的1.00mm,减薄到0.50~0.13mm),降低热阻,提高了传热性能,制冷效率COP值得到提高,但成本相应增加;另外,也可以将基板换成氮化铝(AlN),氮化铝热导率为180W•m-1•K-1左右(20℃环境温度下测试),而氧化铝为22W•m-1•K-1左右(20℃环境温度下测试),热导率提高了约7倍,同样也可以提高COP值,但是基板成本会更高,约为原来的10倍。

1.2铜片回路连接工艺将半导体电偶对、基板和接线端子用铜片焊接起来,形成通电回路。实验设计了2种不同回路走线方式A型和B型(CP/127/060/A和CP/127/060/B),如图2~3所示,图中粗线为回路走线路径。由于基板与半导体颗粒间焊接了铜片,半导体颗粒与基板形成刚性连接,在温度变化的时候材料的内应力很大。因此生产工艺中将半导体颗粒与瓷片用胶黏剂粘接,用于卸去大部分应力,提高产品的寿命。但由于胶黏剂的导热性较差,制冷性能会受到一定影响。本文采用了自主研发的一种胶黏剂,粘接层很薄,热导率相对比较高,使得产品具有一定的市场竞争优势。

2半导体制冷器性能实验分析

2.1铜片排布方式对性能的影响实验现场如图4所示,实验原理如图5所示。实验材料:A型产品和B型产品各5个。实验时,将整个装置放置于真空中,测试仪器中设置好控制温度Th=50℃,先测试最大温度差ΔTmax值。在每个产品的基板上分别选择4个测试点,依次递增施加不同的测试电压(16~20V),得到测试数据ΔT值,拟合曲线,找出极值点。极值点对应的ΔT值就是ΔTmax,其对应的电流就是Imax。然后给产品施加Imax的电流,通过加热片控制冷热面的温度差ΔT=0℃,测定此时的制冷量Qc值即为Qcmax,即加热片的功率。实验数据如表1~2所示。由表1~2可知,2种不同铜片排布形式,其温度差ΔT,制冷量Qc的数据差异均在实验仪器误差范围内,针对ΔT,Qc这两项来说,铜片回路形式对半导体制冷器制冷效率影响不大。

2.2铜片排布方式对产品寿命的影响对2种回路的制冷器分别进行制冷—制热循环实验。实验条件:1个循环为1min(40s制冷,制冷温度降到0.0℃,电流4.0A;20s制热,制热温度升到100.0℃,电流4.5A);压力280±20N,2.4万次循环实验结束。每0.15万次循环测1次电阻,若2.4万次循环之内,电阻变化率超过10%表示产品失效,实验结束。实验样品选择CP/127/060/A和CP/127/060/B各2组,实验结果如图6所示。由图6可知,在2.4万次循环结束时,A型产品2组实验样品的电阻变化率分别为1.35%和1.45%,而B型产品2组实验样品的电阻变化率均在2.04%左右。实验数据表明,A型基板的电阻变化率相对较低,寿命趋势相对较长。

3结论

通过理论分析和实验研究,得到以下结论:1)陶瓷基板材料及基板厚度对半导体制冷器制冷效率有显著的影响:氮化铝(AlN)基板因热导率高于氧化铝(Al2O3),可以提高COP值,但其成本会提高;通过减薄陶瓷基板厚度降低热阻,可提高传热性能,提高制冷效率COP值。2)半导体颗粒与瓷片用胶黏剂粘接,可卸去大部分应力,提高产品的寿命。但由于胶黏剂的导热性较差,制冷性能会受到一定影响。可采用自主研发的胶黏剂,粘接层很薄,热导率相对比较高,保证产品在市场竞争上具有一定的优势。3)通过实验数据对比分析,温差ΔT和制冷量Qc的数据差异均在实验仪器误差范围内,针对ΔT和Qc来说,回路形式对半导体制冷器制冷效率影响不大。4)在寿命方面,在2.4万次循环结束时,A型成品电阻变化率分变为1.35%和1.45%,而B型均在2.04%左右。直观的数据对比显示A型基板的电阻变化率相对较低,寿命趋势相对更长。

参考文献:

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半导体论文范文6

关键词:半导体材料;器件;教学;改革

中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2017)04-0169-02

一、引言

当代半导体产业已成为关系到国民经济和国家信息安全的重要战略性产业。与日本、美国等发达国家相比,在电子信息领域,我国与其尚存在一定的差距。在过去的几十年中,半导体科学和其他相关学科的快速发展,半导体器件在多个领域的广泛应用,对我国今后半导体材料及器件的基础教育提出了更高的要求。《半导体材料及器件》是能源与电子材料方向本科生的一门专业课,在半导体物理学知识的基础上,将光电子器件和微电子器件结合起来,全面系统地讲述了半导体物理的基础知识以及典型的半导体器件的工作原理及工作性能。《半导体材料及器件》课程涉及一部分的物理知识,需要学生有一定程度的物理基础;并且,面对各种器件复杂的工作原理,在教学时学生常会感到枯燥乏味,抽象难懂,从《半导体材料及器件》的课堂教学及学生的整体反映来看,学生对本课程的热情低,课堂效果差。因此,为了提高教学质量,培养出满足产业发展和市场需求,具备自主创新能力的人才,对《半导体材料及器件》课程进行教学改革。

二、课程开设的目的和意义

材料的发展在前沿新技术、新科技的研发中起到了重要作用。其中,照明、通信、电子领域产业的发展很大程度上依赖于半导体材料的发展与应用。《半导体材料及器件》课程将理论与应用联系了起来,《半导体材料及器件》课程的开设不仅有利于学生更好的学习理论知识,而且可以根据理论理解相应器件的工作原理,从而更准确、更清晰的了解、使用光电子器件和微电子器件。相对光电子技术而言,发展较成熟的微电子技术已经应用到各个领域。微电子技术与其他学科结合诞生的新学科也成为重要的发展方向。因此,要求半导体材料及器件方向培养的学生能适应这种跨学科、多学科结合发展的需求。

三、教学改革的措施

1.教学内容的建设。传统的直接对教学内容进行讲解,很难调动学生的兴趣,容易使学生感到内容枯燥,引起学生的反感情绪,不利于教学质量的提高。因此,在绪论部分对半导体材料的发展历史以及半导体材料及器件在生活生产中的广泛应用进行系统介绍,消除学生对半导体材料及器件的陌生感,提高学生对半导体材料的认识,引发学习兴趣。并且,传统的教学方式偏重于对理论知识和原理的学习,对新知识如何在实际的研究和生产工作中加以应用则涉及的较少,增加应用型知识的教授是我校《半导体材料及器件》教学改革重点实施的方面。基于此,考虑到实验课程是本科生动手实践很好的机会,但过程中难免会遇到问题,在授课时对授课内容对应部分的实验问题进行详细讲解,不仅可以激发学生的探索能力,而且在实践的基础上学生能更充分的理解知识。我校《半导体材料及器件》课程结合了半导体材料和半导体器件两方面,半导体器件方面又分为光电子器件和微电子器件两部分。现有的教材或侧重讲半导体材料,或侧重讲半导体器件,且所讲内容深浅程度不一,我校师生根据多年的教学实践情况,编写了一本难度适中、适合我校本科生学习的教材,本科生使用此教材学习半导体材料和光电子器件的知识,而微电子器件部分则采用标准教材。

2.教师队伍的配置。高水平的、稳定的教学队伍是提高教学质量的人才保障。针对材料科学与工程专业的发展现状,教学队伍实行“以老带新、新进”的发展方式。为青年教师配备经验丰富的教授,对青年教师进行指导,负责教学经验传授和教学质量监控,通过资深教授的帮助和带领作用,提高青年教师的专业水平和教学能力。近几年,学院专业先后吸收了几位年轻的博士,为课堂教学和科研工作注入了新鲜血液。青年教师与本科生更具有共同语言,更容易相处和获得学生的认可,所讲授的知识更容易被学生理解,课堂教学质量有明显提高。经过近几年的改革发展,我院积极开拓引进人才的途径,每个月都会邀请相关学科的学者来我院讲学,开拓学生的视野,扩充学生的知识,同时,教师积极与各兄弟院校本专业教师交流学习,通过不断地“走出去”与“走进来”,形成了一支综合实力强的教学队伍。

3.教学方法改革。课堂教学要求教师在有限的时间内讲完规定的知识,因此,常常会产生“满堂灌”、“填鸭式”的教学模式。在这种模式下,学生接受理解的知识非常有限,甚至会慢慢对本门学科失去学习兴趣,使学生被迫学习。在教学实践中,要改变这种错误的教学模式,需要教师对本学科有一个明确地把握。《半导体材料及器件》是一个涉及知识广泛且理论与实践并重的交叉学科,要求教师在授课时做到“有粗有细”,对工业生产中常用到的知识做到精讲、细讲,对难以理解的深奥理论可以略讲,减小学生的听课负担。面对抽象的理论原理,器件原理制作成动画,利用多媒体设备进行讲解能提高听课质量。《半导体材料及器件》学科的理论知识抽象难懂,在有一定半导体材料及器件知识的基础上进行实践参观,走出课堂,走向企业,通过参观学习和教师在参观现场的讲解,不仅可以帮助学生加深理解课堂上学习的内容,而且有利于理论知识与实际生产情况的统一,激发学生的学习兴趣。教师可在参观后提出相关问题,留给学生分组讨论,然后由学生做成PPT在课堂上讲解,由其他组的同学进行提问,调动全体同学,使学生成为课堂的主体,培养学生的分析能力和团结合作精神。学期考核时,提高平时成绩占总成绩的比例并提前告知学生,激发学生平时课堂和实践学习的积极性,使教学取得更好的效果。

四、改革特色

改革降低了课程的学习难度,减轻了学生的学业负担,但更注重应用型知识的教学、学生自主学习能力和分析问题能力的培养。“授人以鱼不如授人以渔”,面对半导体材料及器件方面知识快速的更新,掌握学习方法才能在这个领域有更好的发展。将半岛体光电子器件和半导体微电子器件单独来讲,便于进行器件原理和应用的对比和联系,对二者进行有机的结合。通过对授课内容进行调整和丰富,对教学方法进行创新性的改革,实现本科生理论知识程度与实际应用能力的共同提高,培养具备实践能力、分析能力和创新能力的跨学科综合性人才。

五、结语

结合《半导体材料及器件》课程的教学实践和半导体产业的发展现状,从实际情况出发,本文对《半导体材料及器件》课程的授课内容、教师队伍配备和教学方法进行了改革和创新,希望能够增强学生的学习兴趣,提高课堂教学质量,提升学生的分析能力,培养出与时俱进,具有自主学习能力和科研、实践能力的综合型人才,满足科学研究和社会生产的需求。

参考文献:

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The Teaching Reform and Practice for "Semiconductor Materials" and Devices Course

DUAN Li,ZHANG Ya-hui,FAN Ji-bin,YU Xiao-chen,ZHANG Yan,CHENG Xiao-jiao,HE Feng-ni

(School of Materials Science and Engineering,Chang'an University,Xi'an,Shaanxi 710064,China)

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