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半导体发展路径范文1
关键词：半导体照明；产业集群；协同创新；技术路线图
世纪之交，美国、日本、欧盟、韩国、台湾等国家和地区相继推出了半导体照明国家或地区发展计划，大力培育和发展本国或本地区的半导体照明产业。在微观层面，以美国GE、荷兰PHILP、德国OSRAM三大世界照明生产巨头为代表的跨国公司，纷纷与上游半导体公司合作组建半导体照明公司，积极创造竞争优势，并正在中国抢占专利制高点，对我国的半导体技术发展形成了合围之势。因此，长三角作为中国半导体照明产业化的重要基地，有责任形成产业联盟，通过产业集群协同创新，共同应对跨国公司的竞争。
长江三角洲地区的LED产业集中在上海，江苏的南京、扬州和无锡，以及浙江的杭州等地区，开始呈现向园区聚集的发展趋势，且整个半导体照明产业链的投资都比较活跃。2007年，长三角的半导体照明产业规模约占国内总体规模的40％左右。截至2007年，在中国半导体照明联盟的73家会员中，长三角地区的半导体照明企业和机构有26家，占总数的三分之一。同时，长三角拥有中国六大半导体照明基地中的上海基地和扬州基地。其中，上海已经在半导体芯片制造和封装应用等方面呈现出良好的产业发展态势，并形成了比较完整的产业链和企业群；江苏在LED封装及应用方面已经初具规模；宁波具有良好的产业基础和经济区位优势，是国内主要的特种照明灯具生产基地，发展潜力巨大。
1 长三角区域半导体照明产业集群协同创新的现状及问题
1.1 协同创新现状
1.1.1 组建战略联盟，实现共同发展江苏奥雷光电(镇江)已形成了从大功率高亮度LED外延片和芯片制造―器件封装一应用三个领域的产业布局，无论从技术实力还是产业布局上都已处于国内领先地位。2005年江苏奥雷光电与上海宇体光电合作，在大功率高亮度LED外延和芯片进行研发和生产，并已签订协议，拟组建宇奥光电集团公司，共同发展LED芯片产业。
1.1.2 依托跨区产学研联盟，建立企业技术中心江苏日月(盐城建湖)照明公司、伯乐达集团(盐城)、盐城豪迈照明科技公司，分别与清华大学、北京大学、复旦大学建立长期合作关系，形成一定规模的封装应用生产线。此外，扬州市开发区先后引进清华大学、南京大学、中科院、中国电子科技集团公司等国内一流高等院校、科研单位落户，合作建立了扬州一南京大学光电研究院、中科院半导体研究中心、江苏省半导体照明工程技术研究中心、江苏省半导体照明检验中心、扬州一南京大学半导体照明研究院、扬州半导体照明和太阳能光伏应用研究与检验中心等研发机构10多家。
1.2 存在的主要问题
近几年，虽然长三角的LED产业发展较快，但由于均缺乏高新技术和知识产权体系作支撑，目前仍在低附加值领域徘徊，LED照明产业存在的问题主要表现在五个方面：
第一，在产品的应用开发上，低水平重复，缺少具有产业支撑度的龙头企业和企业集团。企业产业规模小，不能引领产业链的延伸和产业集聚。产业整合不够，绝大部分企业还是混战于低端市场，缺乏规范和约束，过度竞争导致在一定程度上影响到行业整体声誉，另外对封装前沿技术的研发广度和深度不足也需要引起足够重视。
第二，标准评价体系尚未建立，检测方法与手段缺乏，市场不能有效规范，市场竞争无序，产业管理部门需要加强合作。后应用领域本土市场规模巨大，但无标准、无规范的现象更加严重，产业高度分散，器件应用随心所欲，因设计、生产、安装不规范导致应用产品早期失效的现象比比皆是，给半导体照明产业的健康发展已经带来一定损害。
第三，基础性研究与产业化人才缺乏，结构不合理，核心装备与配套材料国产化的问题急需解决。
第四，行业发展缺少必要的政策支持，政府对半导体照明产业的扶持力度有待加强。
第五，缺乏长三角半导体照明联盟和合作平台，交流信息不充分，也是阻碍长三角产业聚集的重要原因。
1.3 产生问题的主要原因
1.3.1 缺乏产学研联合创新，影响自主创新能力的提升长三角地区在半导体照明产业领域还没有很好的形成产学研联合创新局面，表现在研究室、实验中心和各企业间各自为战，没有形成实质意义上的产业联盟。造成长三角地区半导体照明领域产学研联合创新缺乏的原因有：一是合作的积极性不高，高校、研究所更加关注这一领域的基础研究，例如照明材料的研究，而它又很难在短时间内获得突破，企业则是关注应用研究：二是高校、研究所管理机制与产学研合作要求不一致，高校教师的职称评定与论文挂钩，而企业更强调技术的应用开发；三是知识产权以及合作创新的成果归属问题目前国家还没有明确的规定，致使在合作过程中时有发生知识产权的纠纷问题。
1.3.2 企业规模偏小，标准建设滞后，产业集中度不高，阻碍了产业的集群发展长三角地区从事半导体照明的企业规模相对偏小，都是新成立的企业，资金薄弱，企业管理也相对薄弱，竞争不规范，今后很难在国际上规模竞争，至今还没有看到长三角地区有一家半导体照明企业上市融资。并且，中小企业融资难，也是制约长三角地区半导体照明企业规模不大的重要原因。此外，缺乏有影响力和有实力的企业制定技术标准，造成半导体照明行业没有统一的标准。短期看。没有统一的标准，将使半导体照明领域的竞争陷于无序状态。长期看，缺乏标准，必将使长三角地区的半导体照明产业在国际竞争中处于不利地位。
1.3.3 各地行政壁垒的存在，阻碍了产业链的有效整合上下游产业有机结合，专业化协作和分工是产业健康发展和成熟的标志，因为半导体照明产业的上下游产业的技术关联度相对较高，范围经济的属性较强。但由于行政壁垒的客观存在，长三角地区各个城市在制定半导体产业发展规划时，很少站在长三角的角度来考虑，在发展选择上几乎雷同。这样使企业集中在比较专业的领域，很少有企业能够在产业链条上进行垂直整合，没有一家企业形成了包括“衬底―延―芯片―封装―应用产品”的完整LED产业链，而长三角地区至今没有极具规模的封装厂。而以国外的发展经验来看，基本上都是走产业链垂直整合的发展道路，如美国的GELCORE的公司。
2 长三角区域半导体照明产业集群协同创
新的对策建议
2.1 发展战略
2.1.1 做强做大的集群发展战略 培育长三角的半导体照明产业的龙头企业，培养一批品牌企业。龙头企业是产业集群的支撑，产业集群的发展，必须要有龙头企业的牵动和带动。在培育龙头企业上，长三角各地政府要对获得全国驰名商标、中国品牌产品等的优势半导体照明企业实施重奖，并通过项目投资、土地、贷款上的政策，鼓励一些相关大企业集团通过收购、控股等资本运作方式进入半导体照明领域。同时积极引进和培育关联性大、带动性强的大企业，鼓励龙头企业提高核心竞争力，发挥其辐射、示范、信息扩散和销售网络的产业龙头作用；重点扶持关键性核心企业的技术自主创新项目，提升龙头企业带动力和产业集群竞争力。通过又强又大的龙头企业带动，在其周围聚集一大批配套企业，最终形成产业的集群发展。
2.1.2 协作融合创新发展战略一是加强长三角的科技和经济部门积极与上海世博局开展协调和合作，在世博会展览区一些照明、装饰、装备。采用政府采购的方式，建立半导体照明示范区。二是加强半导体照明产业链内部之间的整合和协作，形成合理分工体系。三是加强与第三产业融合，形成专业化的半导体照明市场。
2.1.3 技术标准发展战略“一流企业做标准、二流企业做技术、三流企业做产品”。作为规范国际秩序的依据和准则，标准成为企业竞争的制高点，同时，标准也不再仅仅是技术和经济层面的问题，而上升到政治层面，国际上一些国家经常利用标准来保护本国的产业。因此，在半导体照明产品还缺乏国际公认的技术标准背景下，长三角地区完全可以在培育龙头企业的同时，积极参与国家层面的半导体照明技术标准体系建设，为我国未来半导体照明产业发展在国际上获得更多的话语权。
2.2 路径选择
根据长三角地区半导体照明产业发展的现状特点、存在的问题以及半导体照明技术发展趋势，制定长三角区域半导体照明产业集群演化关键技术创新路线图，见图1。创新路径分三步走：
第一步，加强要素交流，通过引进发达地区的生产设备，建立半导体照明产品的企业，生产半导体照明的应用产品。但是，引进不是简单的引进。把技术和设备引进之后必须继之以消化、吸收和创新。同样的设备，别人制造出了一流产品，我们做不出来，原因很简单，我们没有掌握引进的设备，没有掌握工艺技术。同时，这个阶段的创新主要是集中在半导体照明下游产品的研发上。此外，在半导体的上游技术也要加强，为后续创新打下基础。
第二步，加强产业资源整合，通过市场机制推动有实力的企业兼并。国外都是大公司在发展半导体照明技术，他们的技术与研发资金雄厚，而国内的半导体照明企业规模偏小，市场竞争混乱，不利于产业技术创新的增强和产业的健康发展。因此，国家可以出台一系列的鼓励政策，在长三角等市场经济较为发达的地区，鼓励一些大型上市公司，通过资本运作，来兼并相关半导体照明企业，加强在产业链上的垂直整合，加强半导体照明中游产品研发，强化半导体照明技术的集成创新。
第三步，加大融合与协同创新，在产业层次上做到有所为有所不为。从技术路线角度考虑，国内可以分几个梯队进行研究，第一梯队主要围绕国际上主流的技术路线去走，在主要技术路线上创造新的知识产权。而第二或第三梯队就要研究国外也没有实现批量生产的新方法，走出国际三种技术路线的包围。例如开发直接发白光的芯片，开发受激发后直接发白光的白光荧光粉。从产业链角度考虑，长三角应当重点发展封装和应用技术，但上游技术领域也不能放弃。
2.3 发展对策
2.3.1 建立专利诉讼预警机制，增强企业的应诉能力 由于长三角地区的半导体照明企业的规模相对较小，还没有引起国外半导体照明大公司的注意。但到了上海2010年举办世界工业博览会之后，半导体照明产业可能做大后，国内企业由于缺乏半导体照明的核心专利技术，导致被诉讼的概率会更高。因此，长三角应该建立一个产业联盟，建立专利诉讼的预警机制，以应对长三角的半导体照明企业在遭遇国外专利诉讼而处于的不利地位，做到未雨绸缪，变被动为主动。一是要建立该领域国外专利诉讼的信息共享机制，成立专家顾问中心，聘请各领域专家对联盟成员提供指导，为联盟的对外交涉提供咨询，及时发出预警信息。二是诉讼经验的共享机制，一旦遭到，而可作到有备而来。
2.3.2 合纵连横，形成专利联盟 随着半导体照明产业国际竞争加剧。国外一些知名企业纷纷组建战略联盟，采取专利相互授权，共同打击专利侵权行为。因此，在国外大公司采取专利相互授权的联合包围的策略之时，长三角乃至国内的企业也要采取合纵连横和建立联盟的反突围的策略，众人拾柴火焰高，共同抵御国外大公司的专利包围，寻找突破口。所谓合纵，就是要联合长三角地区半导体照明产业的上中下游的企业，采取交叉授权，建立专利战略联盟，形成专利池效应。所谓连横，就是要长三角地区半导体照明产业同一产业链上企业，采取相互授权的方式，增加彼此的专利拥有数量，增强专利拥有的质量，这样一旦有企业在国内或国外遭到专利诉讼，可以增加谈判的筹码，同时可分担高昂的律师费，互通信息，减少单独应诉带来的风险。
2.3.3 联合制定技术标准。促进产业集群发展长三角地区的半导体照明技术和产业在国家中具有一定地位，应该在标准之中有所作为，联合起来，制定标准。主要工作有：尽快完善测试方法、试验方法等基础标准：器件标准应与已有的半导体器件标准协调：研究、制定较成熟产品门类，如芯片的通用规范；对于尚不成熟的产品，应密切关注、研究，适时制定标准；注意产业链上中下游之间的协调；部门之间、行业之间强强联手，共同合作；积极参与国际标准的制定，适时提出国际标准提案。
半导体发展路径范文2
摘 要：由于化合物半导体材料自身优良的特性，化合物半导体超高速集成电路成为引领超高频、大功率领域的一支重要的力量。但随着工作频率的升高和输出功率的不断增大，电路和系统的电磁耦合与热问题越来越突出。只有正确理解电、磁、热传输机理和耦合机制，解决信号完整性和电磁热兼容问题，才能突破超高频、大功率模块的瓶颈。该研究以超高频数混合电路信号完整性分析以及热效应的电磁场分析方法为研究重点，从超高频化合物数模混合电路的分析方法、设计方法和电路验证等方面入手，研究了化合物超高速电路信号完整性问题和系统的电磁兼容问题，提出了优化设计的理论与方法，建立了电路、电磁场、热场一体化的设计平台；提出了超高速数模混合电路“自顶而下”的设计流程，开发了超高速数模混合电路的体系结构，总结了时钟分布电路等关键路径及关键电路模块的物理分析和实现方法，设计实现了具有国际先进水平的超高速数模混合集成电路实例；研究了化合物半导体超高速器件和电路的辐照损伤机理和抗辐照性能，建立了可用于器件和电路分析的实用化模型。这些成果标志着我国化合物超高速半导体集成电路在本研究中实现了重要的突破，同时为我国相关领域的进一步发展提供了重要的理论指导和技术支持。
关键词：化合物半导体 数模混合集成电路 信号完整性
Abstract：In recent years， compound semiconductor ultra-high speed integrated circuits have emerged and been highlighted in ultra-high frequency， high-power field due to their superior material properties of high carrier mobility， high saturation drift velocity and low critical saturation electric field. But with the increase of the operating frequency and output power， circuit and system electromagnetic coupling and thermal issues become increasingly prominent. The correct understanding of heat transfer mechanism and electromagnetic coupling mechanisms are the key points to break through the bottleneck of ultra-high frequency， high-power circuits and module.In this project， particular emphasis is put on signal integrity analysis of UHF hybrid circuits and thermal effects of electromagnetic field analysis methods. The signal integrity problems and system electromagnetic compatibility problem of compound semiconductor ultra-high speed integrated circuits are investigated. An optimal design theory and methods are developed and a circuit， electromagnetic field， thermal field integrated design platform is established A "top- down" design flow for ultra- high-speed digital-analog hybrid circuit is proposed and the clock distribution circuit critical path is extracted. Based on the physical analysis and implementation methods， high level ultra-high speed integrated circuits are designed and implemented The mechanism of irradiation damage and radiation tolerance of compound semiconductor devices and circuits are studied. Novel device models are established for design and analysis of circuits which will be used in extreme environment. These results indicate the achievement of that high-speed compound semiconductor integrated in this project， which will provide an important theoretical guidance and technical support to the further development of related fields.
Key Words：Compound semiconductor；Mixed analog-digital circuit；Signal integrity analysis
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半导体发展路径范文3
摘要：
天然气集输站场是天然气输送和储存过程中的枢纽，也是天然气泄漏检测的重点对象。传统的天然气泄漏检测技术响应慢、效率低，难以满足实际所需。可调谐半导体激光吸收光谱技术（TDLAS）以其响应速度快、灵敏度高、无需维护等优点得到广泛应用。使用可调谐半导体激光吸收光谱技术实现了同时对天然气的主要成分甲烷、乙烯、乙炔三种气体实时测量的开放式检测和报警系统。实验结果表明，该系统响应时间小于2s，其甲烷、乙烯、乙炔的测量精度分别小于100ppm－m，40ppm－m，50ppm－m，为石油化工行业中天然气泄漏检测技术提供了新的技术方法。
关键词：
天然气；可调谐半导体激光吸收光谱技术；多气体监测；泄漏监测
1引言
随着人们对环境、能源、安全的日益重视，在我国能源结构中天然气逐渐取代开采困难、污染严重的煤炭作为主要能源，其使用量逐年增加。然而，天然气的开采、运输和储存成为保障社会发展的重要环节，输气站场是整个管输天然气系统的枢纽，输气站中设备安全、高效运行是保证天然气输送的关键。随着设备的老化，机械撞击、自然灾害、第三方活动等因素造成法兰、阀门、泵的密封圈以及管线上出现的小孔或裂缝而引起泄漏，一旦发生泄漏，将会造成能源浪费、环境污染、发生火灾、爆炸等严重安全事故［1］，直接威胁到国家和人们的生命和财产安全。因此，为避免事故的发生，研究天然气泄漏的检测技术变得至关重要［2］。天然气的主要成分是甲烷，约占90％，还含有少量乙烷、乙炔、丁烷、二氧化碳、一氧化碳、硫化氢等。传统的天然气泄漏探测器有火焰离子探测器、电子探测器、电化学催化燃烧和红外吸收传感器技术等［3］，然而这些探测器自身带电，在易燃易爆等特殊环境中应用时存在安全隐患，而且这类传感器寿命短、精度低、稳定性差、调校困难，经常存在误测误报现象；基于红外吸收传感技术的探测器还存在谱线干扰、维护周期短等问题。近年来，随着窄线宽半导体激光器技术的快速发展，使得可调谐二极管激光吸收光谱技术得到了广泛应用［4］。该技术可实现快速、准确、原位、实时检测等优点。美国SRIInternational公司研发了车载式天然气管道泄漏检测仪，提高了管道泄漏检测效率。国内起步较晚，但也有了一些用该技术设计的开放式和便携式天然气管道泄漏检测仪的报道［5－7］。但是，都局限于检测甲烷单一气体，未涉及其他含量气体的检测。本文针对天然气集输站场区域大，天然气管输系统聚集等特点，不宜采用点式和便携式检测的要求，采用可调谐二极管激光吸收光谱技术，设计完成了一套具有响应速度快，检测精度高，除甲烷检测外还可同时检测乙烯，乙炔多种气体的开放式连续检测与报警系统，提高了测量精度，减少误报概率。为了验证系统的可靠性，进行了人工释放标准气体，模拟泄漏的开放实验，结果表明系统响应时间小于2s，开放式光路测量距离可达100m以上，甲烷，乙炔，乙烯测量精度分别小于100ppm－m，40ppm－m，50ppm－m。满足石油化工行业检测标准，为天然气集输站场以及油气泄漏检测技术提供新的发展方向和安全保障。
2原理
2．1TDLAS技术
TDLAS技术采用窄线宽可调谐的半导体激光器作为光源，通过控制温度和电流来获得合适的激光输出波长，不同的气体分子对不同频率激光有不同的吸收特征，因此通过吸收光谱位置和强度可实现“指纹”式识别气体分子的种类和浓度［8］。当一束频率为υ的单色光通过混合气体吸收介质后，透过光强It与入射光强Io的比率与该频率处目标气体的吸收线强S／cm－2atm－1，摩尔分数C，激光在吸收介质中通过的路径长度L／cm，总的气体压强P／atm，以及吸收线型函数（v）／cm的乘积成指数关系，即：ItIo＝exp［－S（T）CPL（υ）］（1）通常令σ为吸收截面：σ＝SP。由于吸收线型函数在整个频域内的积分∫＋∞－∞（v）dv1，所以将式（1）两边取对数，在整个频域内积分可得：CσL＝∫＋∞－∞ItIodv（2）令积分后的值用吸光度A来表示，则吸收气体的浓度可表示为C＝AσL（3）在实验过程中，通过得到的吸收光谱解调得到吸光度A，再由吸收谱线参数和测量光程得到目标气体的体积分数。
2．2吸收谱线选择与波长标定
由于多数气体分子在近红外和中红外都具有吸收谱线，而近红外波段与光纤的低损耗窗口匹配，利用光纤及光纤器件可以方便的对光束进行远距离传输和多点分布式探测。所以，选择近红外波段的吸收谱线作为测量谱线。但在近红外波段有大量的气体吸收谱线，为避免其它气体特别是空气中含量较多的H2O、CO2等吸收谱线的交叉干扰，需要选择相互独立、且吸收强度较强的吸收谱线。实验所选的CH4、C2H2、C2H4的吸收谱线分别为1653．72nm、1531．59nm、1621．36nm。经查阅HITRAN数据库CH4在1653．72nm处有三条相邻特别近的吸收谱线，常压状态下无法分开，实验过程中做一条吸收谱线处理。C2H4的吸收谱线HITRAN数据库中没有收录，从PNNL25C（西北太平洋国家实验室）数据库中可查到1600～1650nm范围内有大量的C2H4吸收谱，且在文献中已实验验证［9］。三种气体吸收谱线参数如表1所示。实验采用分布反馈（DistributedFeedBack，DFB）结构的近红外波段半导体激光器作为光源，利用半导体激光器的窄线宽、快速调谐特性，当激光器工作温度稳定，其输出波长与驱动电流成近似线性关系［10］。通过在激光器电流驱动上叠加扫描电流使其输出激光波长扫描覆盖完整吸收线型，得到完整的吸收谱线。为实现数据的在线准确处理和波长的精确锁定需要对激光器的输出波长进行标定。在实验前用波长计分别对激光器的输出波长与驱动电流的关系进行测量，以乙炔检测激光器为例进行说明：通过温度控制电源板使激光器工作温度稳定在30℃，然后以步长为5mA从80mA逐渐增大驱动电流到135mA。图1所示为得到的乙炔激光器输出波长与驱动电流的拟合曲线，拟合相关系数为0．999，同时可得到激光器电流调谐步长为0．005nm／mA。同样，甲烷和乙烯激光器的输出波长与驱动电流也有很好的线性拟合度，其激光调谐范围分别为0．006nm／mA、0．008nm／mA。由此可通过吸收光谱直接拟合得到目标气体的吸光度A。可以实现系统长期免标定运行，减少后期维护工作。
3实验系统设计
该系统主要针对天然气集输站场设计，其系统检测原理简图如图2所示，针对所要检测的CH4，C2H2，C2H4三种气体，选用的三台蝶形封装的DFB激光光源，其中心输出波长分别为1653nm、1531nm和1621nm。光源分别由对应的温度、电流驱动模块和信号发生器模块控制，输出的三束调制光经微处理器控制的3×1光开关分时输出后，经发射端的准直和扩束器（THORLABSGBE10－C：10倍扩束，1050～1650nm范围增透膜），穿过测量区域到达反射端的直角反射镜后，沿平行光路返回到接收端，含有吸收信号的光束通过非球面聚焦透镜聚焦到光电探测器的光敏面上转化为电信号，输入到主机控制部分。得到的电信号经前置放大电路放大后由数据采集卡采集，并传输到微处理器系统，最后进行光谱数据的在线反演运算得到气体浓度值，并显示输出。同时，依据设定的报警极限值做出预警判断，若超过设定值将发出光、声报警信号。如图3所示为系统装置实物图，主要包括主机控制，激光发射和接受端，反射端三部分。系统数据解调方式采用直接吸收技术，该技术具有计算快速，不受光强波动影响、免标定等优点。为了测定系统的测量极限，设计了如图4所示的标定实验，在激光路径上放置长度为1m的标定吸收池。在标定实验时，吸收池中冲入浓度分别为1％、500ppm、500ppm的CH4、C2H2、C2H4混合标准浓度气体，底气为氮气。得到三种气体的吸收信号如图5所示，图中黑色曲线是原始直接吸收信号，因为实验在常温常压下进行，对吸收信号用标准Voigt吸收线型拟合得到拟合曲线，由于CH4和C2H2的吸收线较为独立，两侧没有其它谱线干扰，而C2H4的吸收谱线左边有一条相对较弱的吸收线，因此在拟合过程中CH4和C2H2的吸收谱线采用单峰拟合，C2H4的吸收谱线采用双峰拟合。通过拟合可得到CH4、C2H2和C2H4的吸收谱线吸光度A值分别为0．076cm－1、0．012cm－1、0．014cm－1。通过计算可得到吸收信号的信噪比（SNR）分别为100、12、10。由于直接吸收信号得到的吸光度与气体浓度程线性关系，所以可计算得到系统对CH4、C2H2、C2H4气体的最低测量极限分别为100ppm－m、40ppm－m、50ppm－m，完全满足天然气集输站场泄漏的检测要求。
4实验结果与讨论
系统外场实验在中石油管道局实验测试基地进行。外场环境测试温度35℃，空气相对湿度45％，风速1m／s，分别进行了50m、100m两个测试距离的实验。实验采用前面图3所示的模拟放气，在光束路径中任意位置释放浓度为90％、5％、5％的CH4，C2H4，C2H2混合标准浓度气体，放气位置在光束侧下方约2m处。测试过程中，设置光开关切换周期为10s，使输出激光依次测量的目标气体分别为CH4C2H2C2H4然后循环检测。每次放气1min，如图6所示为其中一次放气过程中的浓度结果数据。图中浓度数据上下波动较大，主要原因是该方法测量得到的浓度是光束视线方向上的路径平均值，在外场由于风速和气体扩散的不确定性使得光束路径上的浓度有较大波动。在控制部分设置有各种气体报警限，实验过程中系统报警正确率达100％。系统所用的光源为蝶形封装的DFB二极管激光器，其输出功率较其它半导体激光器高，约为20mW，该波段在单模光纤损耗小于0．25dB／km，因此系统可以通过光纤分束器并联2～4对发射接收端与反射端。按照天然气集输站场内输气管道、集气装置、房屋等特殊场地要求和分布情况，可以建立如图7所示的光路分布示意图，一套控制主机并联四对发射接收端与反射端，可以满足至少100m×100m范围的站场内天然气泄漏检测。
5结论
基于TDLAS的天然气站场泄漏检测系统可以快速、有效检测出开放环境中的甲烷、乙烯和乙炔，对三种气体的响应时间均小于2s。在50m、100m两种测试距离的测量结果证明有较稳定的响应效果，报警正确率达100％，可用于天然气站场，阀室及井口附近的天然气泄漏。相比于现有其它技术，本技术本质安全，无需校准，准确度高，受环境影响小。标定和外场实验结果与所释放已知浓度的标准混合气体结果一致，系统对甲烷、乙炔和乙烯三种气体的最低测量极限分别为100ppm－m、40ppm－m、50ppm－m，完全满足石油化工行业对天然气泄漏检测的要求。同时，基于该技术改进传感头的封装方式，可以实现并联式多点天然气泄漏检测与报警系统。
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半导体发展路径范文4
纳米材料在结构、光电和化学性质等方面的诱人特征，引起物理学家、材料学家和化学家的浓厚兴趣。80年代初期纳米材料这一概念形成以后，世界各国对这种材料给予极大关注。它所具有的独特的物理和化学性质，使人们意识到它的发展可能给物理、化学、材料、生物、医药等学科的研究带来新的机遇。纳米材料的应用前景十分广阔。近年来，它在化工生产领域也得到了一定的应用，并显示出它的独特魅力。本文由收集整理。
1.在催化方面的应用
催化剂在许多化学化工领域中起着举足轻重的作用，它可以控制反应时间、提高反应效率和反应速度。大多数传统的催化剂不仅催化效率低，而且其制备是凭经验进行，不仅造成生产原料的巨大浪费，使经济效益难以提高，而且对环境也造成污染。纳米粒子表面活性中心多，为它作催化剂提供了必要条件。纳米粒于作催化剂，可大大提高反应效率，控制反应速度，甚至使原来不能进行的反应也能进行。纳米微粒作催化剂比一般催化剂的反应速度提高10～15倍。
纳米微粒作为催化剂应用较多的是半导体光催化剂，特别是在有机物制备方面。分散在溶液中的每一个半导体颗粒，可近似地看成是一个短路的微型电池，用能量大于半导体能隙的光照射半导体分散系时，半导体纳米粒子吸收光产生电子——空穴对。在电场作用下，电子与空穴分离，分别迁移到粒子表面的不同位置，与溶液中相似的组分进行氧化和还原反应。
光催化反应涉及到许多反应类型，如醇与烃的氧化，无机离子氧化还原，有机物催化脱氢和加氢、氨基酸合成，固氮反应，水净化处理，水煤气变换等，其中有些是多相催化难以实现的。半导体多相光催化剂能有效地降解水中的有机污染物。例如纳米TiO2，既有较高的光催化活性，又能耐酸碱，对光稳定，无毒，便宜易得，是制备负载型光催化剂的最佳选择。已有文章报道，选用硅胶为基质，制得了催化活性较高的TiO／SiO2负载型光催化剂。Ni或Cu一Zn化合物的纳米颗粒，对某些有机化合物的氢化反应是极好的催化剂，可代替昂贵的铂或钮催化剂。纳米铂黑催化剂可使乙烯的氧化反应温度从600℃降至室温。用纳米微粒作催化剂提高反应效率、优化反应路径、提高反应速度方面的研究，是未来催化科学不可忽视的重要研究课题，很可能给催化在工业上的应用带来革命性的变革。
2.在涂料方面的应用
纳米材料由于其表面和结构的特殊性，具有一般材料难以获得的优异性能，显示出强大的生命力。表面涂层技术也是当今世界关注的热点。纳米材料为表面涂层提供了良好的机遇，使得材料的功能化具有极大的可能。借助于传统的涂层技术，添加纳米材料，可获得纳米复合体系涂层，实现功能的飞跃，使得传统涂层功能改性。涂层按其用途可分为结构涂层和功能涂层。结构涂层是指涂层提高基体的某些性质和改性；功能涂层是赋予基体所不具备的性能，从而获得传统涂层没有的功能。结构涂层有超硬、耐磨涂层，抗氧化、耐热、阻燃涂层，耐腐蚀、装饰涂层等；功能涂层有消光、光反射、光选择吸收的光学涂层，导电、绝缘、半导体特性的电学涂层，氧敏、湿敏、气敏的敏感特性涂层等。在涂料中加入纳米材料，可进一步提高其防护能力，实现防紫外线照射、耐大气侵害和抗降解、变色等，在卫生用品上应用可起到杀菌保洁作用。在标牌上使用纳米材料涂层，可利用其光学特性，达到储存太阳能、节约能源的目的。在建材产品如玻璃、涂料中加入适宜的纳米材料，可以达到减少光的透射和热传递效果，产生隔热、阻燃等效果。日本松下公司已研制出具有良好静电屏蔽的纳米涂料，所应用的纳米微粒有氧化铁、二氧化钛和氧化锌等。这些具有半导体特性的纳米氧化物粒子，在室温下具有比常规的氧化物高的导电特性，因而能起到静电屏蔽作用，而且氧化物纳米微粒的颜色不同，这样还可以通过复合控制静电屏蔽涂料的颜色，克服炭黑静电屏蔽涂料只有单一颜色的单调性。纳米材料的颜色不仅随粒径而变，还具有随角变色效应。在汽车的装饰喷涂业中，将纳米TiO2添加在汽车、轿车的金属闪光面漆中，能使涂层产生丰富而神秘的色彩效果，从而使传统汽车面漆旧貌换新颜。纳米SiO2是一种抗紫外线辐射材料。在涂料中加入纳米SiO2，可使涂料的抗老化性能、光洁度及强度成倍地增加。纳米涂层具有良好的应用前景，将为涂层技术带来一场新的技术革命，也将推动复合材料的研究开发与应用。
半导体发展路径范文5
关键字：LED工作原理二极管发光效率节能环保
中图分类号：TE08文献标识码： A
地球上的资源是有限的，为了人类能够健康持续的发展，节能环保以成为当今各行各业的关注重点。而其中的照明用电量占有相当大的比重， 据测算，目前我国照明用电约占全社会用电量的12%左右，采用高效节能灯的大力发展将是必然趋势。在过去的一百多年中，照明光源经历了三个重要的阶段：白炽灯，荧光灯，HID灯。其中白炽灯是第一代光源，荧光灯是第二代光源，高强度气体放电灯是第三代光源(HID)。如今在照明界具有广阔的发展前景的LED光源被称为第四代绿色光源。
LED灯的工作原理
LED（Light Emitting Diode），发光二极管，是一种固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。LED 的心脏是一个半导体的晶片，晶片的一端附在一个支架上，一端是负极，另一端连接电源的正极，使整个晶片被环氧树脂封装起来。半导体晶片由两部分组成，一部分P型半导体（P指positive，带正电的）由单晶硅通过特殊工艺掺入少量的三价元素组成，会在半导体内部形成带正电的空穴[1]； 另一端是N型半导体（N指negative，带负电的）由单晶硅通过特殊工艺掺入少量的五价元素组成，会在半导体内部形成带负电的自由电子。这两种半导体连接起来的时候，P 型半导体和N型半导体的交界面附近的过渡区称为PN结。
当P型和N型半导体接触时，在界面附近空穴从P型半导体向N型半导体扩散，电子从N型半导体向P型半导体扩散。空穴和电子相遇而复合，载流子[2]消失。因此在界面附近的结区中有一段距离缺少载流子，却有分布在空间的带电的固定离子，称为空间电荷区 。P 型半导体一边的空间电荷是负离子，N 型半导体一边的空间电荷是正离子。正负离子在界面附近产生电场，这电场阻止载流子进一步扩散 ，达到平衡。当在PN结两端注入正向电流时（即直流稳压电源的输入），电子就会被推向P区，在P区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是LED发光的原理。
二、LED灯的特性
LED作为新颖的半导体光源，具有发光效率高、耗电量少、寿命长、健康、环保、结构牢固等特点。
1、发光效率高
其光谱全部集中于可见光，频率效率可达80%-90%，而且其光的单色性好、光谱窄，无需过滤可直接发出有色可见光。
发光效率对比表
由此可见，低功率的LED光源在同等照明效率情况下可替代高功率的普通能灯具。
2、耗电量少
LED灯无需起辉器和镇流器，耗电量较小，可大幅度降低用电量。
下面以16WLED灯与36W普通日光灯相比较：
①以每天亮24小时，一年计算一盏传统日光灯（实际功率为36W+镇流器10W=46W）耗电为：
每天耗电量 T=24 x 46=1104wh
每年耗电量 N=T x 365=1104x365=402960wh=402.96kwh
按每度电0.5元计算，一年一盏普通日光灯需要花费402.96 x0.5=201.48元
②以每天亮24小时，一年计算LED灯16W耗电为：
每天耗电量 T=24 x 16=384wh
每年耗电量 N=T x 365=384x365=140160wh=140.16kwh
按每度电0.5元计算，一年一盏普通日光灯需要花费140.16x0.5=70.08元
③按照每年100盏灯具进行比较费用：
传统日光灯费用：201.48 x100=2014.8元
LED灯费用：70.08 x100=700.8元
节省费用2014.8-700.8=1314元
两者比较可得出，100盏LED灯比普通日光灯一年节省1314元，节约费用高达65%左右。
3、健康、环保
①LED灯不含汞和氙等有害元素，利于回收和，而且不会产生电磁干扰，普通灯管中含有汞和铅等元素，节能灯中的电子镇流器会产生电磁干扰。传统的日光灯中含有大量的水银蒸汽，如果破碎水银蒸汽则会挥发到大气中。但LED日光灯则根本不使用水银，且LED产品也不含铅，对环境起到保护作用。
②传统的日光灯使用的是交流电，所以每秒钟会产生100－120次的频闪。LED灯具是把交流电直接转换为直流电，不会产生闪烁现象，光线柔和,，保护眼睛。
③LED灯具不会产生噪音，对于使用精密电子仪器的场合为上佳之选。且不会产生紫外线，因此不会象传统的灯具那样，有很多蚊虫围绕在灯源旁，室内会变得更加干净卫生整洁。
4、超长寿命
LED日光灯采用半导体芯片发光，无灯丝，无玻璃泡，不怕震动，不易破碎，使用寿命可达五万小时（普通白炽灯使用寿命仅有一千小时，普通节能灯使用寿命也只有八千小时）可以长期使用而无需更换，大大减少了维修费用。
5、市场潜力大
①电压可调：传统的日光灯是通过整流器释放的高电压来点亮的，当电压降低时则无法点亮。而LED灯具在80V－245V 范围的电压之内都能点亮，还能调整光亮度。
②坚固牢靠：LED灯体本身使用的是环氧树脂而并非传统的玻璃，更坚固牢靠，即使砸在地板上LED灯也不会轻易损坏，可长久使用。
③安全系数高：所需电压、电流较小，发热较小，不产生安全隐患。
三、LED灯的应用
LED灯做为新一代的光源，它可以应用在多个领域，如：
1、建筑物照明：对建筑物某个区域进行投射，无非是使用控制光束角的圆头和方头形状的投光灯具，这与传统的投光灯具概念完全一致。但是，由于LED光源小而薄，线性投射灯具的研发无疑成为LED投射灯具的一大亮点，因为许多建筑物根本没有出挑的地方放置传统的投光灯。它的安装便捷，可以水平也可以垂直方向安装，与建筑物表面更好地结合，为照明设计师带来了新的照明语汇，拓展了创作空间。并将对现代建筑和历史建筑的照明手法产生了影响。
2、景观照明：由于LED不像传统灯具光源多是玻璃泡壳，它可以与城市街道很好的结合。可以在城市的休闲空间如路径、楼梯、甲板、滨水地带、园艺进行照明。对于花卉或低矮的灌木，可以使用LED作为光源进行照明。LED隐藏式的投光灯具会特别受到青睐。固定端可以设计为插拔式，依据植物生长的高度，方便进行调节。
3、标识照明：需要进行空间限定和引导的场所，如道路路面的分隔显示、楼梯踏步的局部照明、紧急出口的指示照明，可以使用表面亮度适当的LED自发光埋地灯或嵌在垂直墙面的灯具，如影剧院观众厅内的地面引导灯或座椅侧面的指示灯，以及购物中心内楼层的引导灯等。另外，LED与霓虹灯相比，由于是低压，没有易碎的玻璃，不会因为制作中弯曲而增加费用，值得在标识设计中推广使用。
4、室内照明：就照明品质来说，由于LED光源没有热量、更没有紫外与红外辐射，因此对物品不会产生损害，与传统光源比较，灯具不需要附加滤光装置，照明系统简单，费用低廉，易于安装。其精确的布光，可作为博物馆光纤照明的替代品。室内装饰性的白光LED结合室内装修为室内提供辅照明，暗藏光带可以使用LED，对于低矮的空间特别有利。
5、娱乐场照明：由于LED的动态、数字化控制色彩、亮度和调光，活泼的饱和色可以创造静态和动态的照明效果。从白光到全光谱中的任意颜色，LED的使用在这类空间的照明中开启了新的思路。长寿命、高流明的维持值（10，000小时后仍然维持90％的光通），降低了维护费用和更换光源的频率。另外，LED克服了金卤灯使用一段时间后颜色偏移的现象。与金卤灯相比，没有热辐射，可以使空间变得更加舒适。目前LED彩色装饰墙面在餐饮建筑中的应用已蔚然成风。
6、视频屏幕：全彩色LED显示屏是当今世界上最为引人注目的户外大型显示装置，采用先进的数字化视频处理技术，有无可比拟的超大面积与超高亮度。根据不同的户内外环境，采用各种规格的发光像素，实现不同的亮度、色彩、分辨率，以满足各种用途。它可以动态显示图文动画信息，利用多媒体技术，可播放各类多媒体文件。世界上目前最有影响的LED显示屏，当属美国曼哈顿时代广场纽约证券交易所，总计使用了18,677,760只LED，面积为10,736平方英尺。屏幕可以划分成多个画面，而同时显示，将华尔街股市的行情一目了然呈现在公众面前。另外崛起在上海浦东陆家嘴金融中心的震旦国际总部，整个朝向浦西的建筑立面镶上了长100m的超大型LED屏，总计面积达到3600平方米。
四、总结
LED光源是21世纪光源市场的希望，众多优点预告其未来将逐步取代传统光源，奥科委指出高亮度LED将是人类继爱迪生发明白炽灯泡之后，最伟大的发明之一，当前全球能源危机的时候，能源是一种宝贵的资源，所以节约能源是我们未来面临的重大问题。LED作为一种新型的节能、环保的绿色光源产品，必然是未来发展的趋势。
参考文献：
1、李强. 数字电子技术基础教程[M]. 电子工业出版社，2002.6
2、余锡存等.单片机原理及接口技术. 西安电子科技大学出版社，2007年
3、周鹤良.电气工程师手册【M】.北京.，中国电力出版社，2008年
4、崔元日.潘苏予 第四代照明光源—白光LED【J】-灯与照明，2004（02）：31-34
5、李宏.李蔚燕 绿色照明光源 高亮度白光LED【J】-灯与照明，2007.31（1）：32-33
6、贺郭基．环保节能LED灯具全球需求旺盛[J]-国际投资与合作，2008，2：10
批注：
半导体发展路径范文6
飞思卡尔数字网络事业部无线营销经理 Stephen Turnbull 表示：“飞思卡尔在其全面的 LTE L1 软件组合中添加了WCDMA 多模功能，进一步表明了其对小型蜂窝基站市场的坚定承诺。飞思卡尔帮助小型蜂窝基站制造商加快交付能够无缝协同工作并满足无线网络运营商要求的多模微微蜂窝解决方案。”
GSMA Intelligence 分析师表示，全球有 15 亿 WCDMA 连接，LTE 部署也在迅猛增长，为频段和创建基础设施带来了诸多挑战。无线网络运营商理想的多模小型蜂窝是，在单一小型蜂窝基站中完美结合3G、4G/LTE和 Wi-Fi，增加高流量地区的容量。设备制造商致力于提供能够满足这些需求的解决方案。
飞思卡尔是率先将具有多模功能的硬件和软件推向市场的企业之一。QorIQ Qonverge BSC9132 SoC 目前已批量生产，是一款高度集成的器件，面向不断发展的微型蜂窝/多载波蜂窝基站、室外微微蜂窝、企业微微蜂窝和家庭基站应用。当前 BSC9132 多模 LTE 和 WCDMA L1 软件已供货，使小型蜂窝制造商能够更快速地为无线网络运营商提供多模解决方案，加快工业小型蜂窝部署。
QorIQ Qonverge BSC9132 SoC 集成了两个基于 Power Architecture？ 技术的e500 内核、两个 StarCore SC3850 内核和 MAPLE-B2P 基带加速引擎。该处理器是一款高度可编程的器件，支持下行速率为 150 Mbps、上行速率为75 Mbps 的 20 MHz 单扇区 LTE-FDD/ TDD，以及下行速率为 42 Mbps、上行速率为 11.5 Mbps 的 HSPA+。该处理器支持多种空口，包括 LTE （FDD/ TDD）、WCDMA（HSPA+ 和 UMTS）和 WiMAX，并采用无缝 RFIC 通信和天线接口，无需额外的芯片，从而减少电路板空间，降低成本。
QorIQ Qonverge 片上基站产品基于一个通用架构，在单一片上系统中集成了通信处理、数字信号处理和无线加速技术，并提供多种不同配置，针对新一代家庭基站、微微蜂窝基站、多载波蜂窝基站和宏蜂窝基站进行了优化。借助先进的处理技术和卓越的集成，可以在单一器件上融合过去在独立的 FPGA、ASIC、DSP 和处理器上执行的多个功能。这种集成减少了基站的部件数量，并大大降低了功耗、成本，减少了尺寸。该架构可通用并可扩展， 无论是家庭基站，还是宏蜂窝基站均可使用，可优化研发投入并重复使用软件。
飞思卡尔亮相2013年北美LTE会议
北美LTE会议将于 2013 年 11 月20 日至 22 日在德克萨斯州达拉斯威斯汀盖勒瑞酒店隆重举行。在其28B号展位，飞思卡尔将展示借助VortiQa L1 多模软件支持，如何在单独的QorIQ Qonverge BSC9132 SoC 上实现WCDMA 和 LTE同步操作，该方案适用于微微蜂窝基站市场。
关于 VortiQa 软件
VortiQa 软件解决方案提供完全集成、结构兼容的应用软件，旨在消除或大大减少测试和优化应用软件的时间。VortiQa 软件经过了优化，可充分利用飞思卡尔 QorIQ 处理器技术，包括模式匹配引擎、安全加速器、数据路径加速及其他功能，从而提高嵌入式系统的性能。