時間：2023-03-25 10:44:20
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關(guān)鍵詞半導(dǎo)體材料量子線量子點材料光子晶體
1半導(dǎo)體材料的戰(zhàn)略地位
上世紀(jì)中葉，單晶硅和半導(dǎo)體晶體管的發(fā)明及其硅集成電路的研制成功，導(dǎo)致了電子工業(yè)革命；上世紀(jì)70年代初石英光導(dǎo)纖維材料和GaAs激光器的發(fā)明，促進了光纖通信技術(shù)迅速發(fā)展并逐步形成了高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，使人類進入了信息時代。超晶格概念的提出及其半導(dǎo)體超晶格、量子阱材料的研制成功，徹底改變了光電器件的設(shè)計思想，使半導(dǎo)體器件的設(shè)計與制造從“雜質(zhì)工程”發(fā)展到“能帶工程”。納米科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，將使人類能從原子、分子或納米尺度水平上控制、操縱和制造功能強大的新型器件與電路，必將深刻地影響著世界的政治、經(jīng)濟格局和軍事對抗的形式，徹底改變?nèi)藗兊纳罘绞健?/p>
2幾種主要半導(dǎo)體材料的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢
2.1硅材料
從提高硅集成電路成品率，降低成本看，增大直拉硅（CZ－Si）單晶的直徑和減小微缺陷的密度仍是今后CZ－Si發(fā)展的總趨勢。目前直徑為8英寸（200mm）的Si單晶已實現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)，基于直徑為12英寸（300mm）硅片的集成電路（IC’s）技術(shù)正處在由實驗室向工業(yè)生產(chǎn)轉(zhuǎn)變中。目前300mm，0．18μm工藝的硅ULSI生產(chǎn)線已經(jīng)投入生產(chǎn)，300mm,0．13μm工藝生產(chǎn)線也將在2003年完成評估。18英寸重達414公斤的硅單晶和18英寸的硅園片已在實驗室研制成功，直徑27英寸硅單晶研制也正在積極籌劃中。
從進一步提高硅IC’S的速度和集成度看，研制適合于硅深亞微米乃至納米工藝所需的大直徑硅外延片會成為硅材料發(fā)展的主流。另外，SOI材料，包括智能剝離（Smartcut）和SIMOX材料等也發(fā)展很快。目前，直徑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開發(fā)中。
理論分析指出30nm左右將是硅MOS集成電路線寬的“極限”尺寸。這不僅是指量子尺寸效應(yīng)對現(xiàn)有器件特性影響所帶來的物理限制和光刻技術(shù)的限制問題，更重要的是將受硅、SiO2自身性質(zhì)的限制。盡管人們正在積極尋找高K介電絕緣材料（如用Si3N4等來替代SiO2），低K介電互連材料，用Cu代替Al引線以及采用系統(tǒng)集成芯片技術(shù)等來提高ULSI的集成度、運算速度和功能，但硅將最終難以滿足人類不斷的對更大信息量需求。為此，人們除尋求基于全新原理的量子計算和DNA生物計算等之外，還把目光放在以GaAs、InP為基的化合物半導(dǎo)體材料，特別是二維超晶格、量子阱，一維量子線與零維量子點材料和可與硅平面工藝兼容GeSi合金材料等，這也是目前半導(dǎo)體材料研發(fā)的重點。
2.2GaAs和InP單晶材料
GaAs和InP與硅不同，它們都是直接帶隙材料，具有電子飽和漂移速度高，耐高溫，抗輻照等特點；在超高速、超高頻、低功耗、低噪音器件和電路，特別在光電子器件和光電集成方面占有獨特的優(yōu)勢。
目前，世界GaAs單晶的總年產(chǎn)量已超過200噸，其中以低位錯密度的垂直梯度凝固法（VGF）和水平（HB）方法生長的2－3英寸的導(dǎo)電GaAs襯底材料為主；近年來，為滿足高速移動通信的迫切需求，大直徑（4,6和8英寸）的SI－GaAs發(fā)展很快。美國莫托羅拉公司正在籌建6英寸的SI－GaAs集成電路生產(chǎn)線。InP具有比GaAs更優(yōu)越的高頻性能，發(fā)展的速度更快，但研制直徑3英寸以上大直徑的InP單晶的關(guān)鍵技術(shù)尚未完全突破，價格居高不下。
GaAs和InP單晶的發(fā)展趨勢是：（1）．增大晶體直徑，目前4英寸的SI－GaAs已用于生產(chǎn)，預(yù)計本世紀(jì)初的頭幾年直徑為6英寸的SI－GaAs也將投入工業(yè)應(yīng)用。(2)．提高材料的電學(xué)和光學(xué)微區(qū)均勻性。（3）．降低單晶的缺陷密度，特別是位錯。（4）．GaAs和InP單晶的VGF生長技術(shù)發(fā)展很快，很有可能成為主流技術(shù)。
2.3半導(dǎo)體超晶格、量子阱材料
半導(dǎo)體超薄層微結(jié)構(gòu)材料是基于先進生長技術(shù)（MBE，MOCVD）的新一代人工構(gòu)造材料。它以全新的概念改變著光電子和微電子器件的設(shè)計思想，出現(xiàn)了“電學(xué)和光學(xué)特性可剪裁”為特征的新范疇，是新一代固態(tài)量子器件的基礎(chǔ)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基晶格匹配和應(yīng)變補償材料體系已發(fā)展得相當(dāng)成熟，已成功地用來制造超高速，超高頻微電子器件和單片集成電路。高電子遷移率晶體管(HEMT），贗配高電子遷移率晶體管（P－HEMT）器件最好水平已達fmax=600GHz，輸出功率58mW,功率增益6.4db;雙異質(zhì)結(jié)雙極晶體管（HBT）的最高頻率fmax也已高達500GHz,HEMT邏輯電路研制也發(fā)展很快?；谏鲜霾牧象w系的光通信用1．3μm和1.5μm的量子阱激光器和探測器，紅、黃、橙光發(fā)光二極管和紅光激光器以及大功率半導(dǎo)體量子阱激光器已商品化；表面光發(fā)射器件和光雙穩(wěn)器件等也已達到或接近達到實用化水平。目前，研制高質(zhì)量的1．5μm分布反饋（DFB）激光器和電吸收（EA）調(diào)制器單片集成InP基多量子阱材料和超高速驅(qū)動電路所需的低維結(jié)構(gòu)材料是解決光纖通信瓶頸問題的關(guān)鍵，在實驗室西門子公司已完成了80×40Gbps傳輸40km的實驗。另外，用于制造準(zhǔn)連續(xù)兆瓦級大功率激光陣列的高質(zhì)量量子阱材料也受到人們的重視。
雖然常規(guī)量子阱結(jié)構(gòu)端面發(fā)射激光器是目前光電子領(lǐng)域占統(tǒng)治地位的有源器件，但由于其有源區(qū)極薄(～0．01μm）端面光電災(zāi)變損傷，大電流電熱燒毀和光束質(zhì)量差一直是此類激光器的性能改善和功率提高的難題。采用多有源區(qū)量子級聯(lián)耦合是解決此難題的有效途徑之一。我國早在1999年，就研制成功980nmInGaAs帶間量子級聯(lián)激光器，輸出功率達5W以上；2000年初，法國湯姆遜公司又報道了單個激光器準(zhǔn)連續(xù)輸出功率超過10瓦好結(jié)果。最近，我國的科研工作者又提出并開展了多有源區(qū)縱向光耦合垂直腔面發(fā)射激光器研究，這是一種具有高增益、極低閾值、高功率和高光束質(zhì)量的新型激光器，在未來光通信、光互聯(lián)與光電信息處理方面有著良好的應(yīng)用前景。
為克服PN結(jié)半導(dǎo)體激光器的能隙對激光器波長范圍的限制，1994年美國貝爾實驗室發(fā)明了基于量子阱內(nèi)子帶躍遷和阱間共振隧穿的量子級聯(lián)激光器，突破了半導(dǎo)體能隙對波長的限制。自從1994年InGaAs／InAIAs／InP量子級聯(lián)激光器（QCLs）發(fā)明以來，Bell實驗室等的科學(xué)家，在過去的7年多的時間里，QCLs在向大功率、高溫和單膜工作等研究方面取得了顯著的進展。2001年瑞士Neuchatel大學(xué)的科學(xué)家采用雙聲子共振和三量子阱有源區(qū)結(jié)構(gòu)使波長為9．1μm的QCLs的工作溫度高達312K，連續(xù)輸出功率3mW。量子級聯(lián)激光器的工作波長已覆蓋近紅外到遠(yuǎn)紅外波段（3－87μm），并在光通信、超高分辨光譜、超高靈敏氣體傳感器、高速調(diào)制器和無線光學(xué)連接等方面顯示出重要的應(yīng)用前景。中科院上海微系統(tǒng)和信息技術(shù)研究所于1999年研制成功120K5μm和250K8μm的量子級聯(lián)激光器；中科院半導(dǎo)體研究所于2000年又研制成功3．7μm室溫準(zhǔn)連續(xù)應(yīng)變補償量子級聯(lián)激光器，使我國成為能研制這類高質(zhì)量激光器材料為數(shù)不多的幾個國家之一。
目前，Ⅲ－V族超晶格、量子阱材料作為超薄層微結(jié)構(gòu)材料發(fā)展的主流方向，正從直徑3英寸向4英寸過渡；生產(chǎn)型的MBE和M0CVD設(shè)備已研制成功并投入使用，每臺年生產(chǎn)能力可高達3．75×104片4英寸或1．5×104片6英寸。英國卡迪夫的MOCVD中心，法國的PicogigaMBE基地，美國的QED公司，Motorola公司，日本的富士通，NTT，索尼等都有這種外延材料出售。生產(chǎn)型MBE和MOCVD設(shè)備的成熟與應(yīng)用，必然促進襯底材料設(shè)備和材料評價技術(shù)的發(fā)展。
(2)硅基應(yīng)變異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料。硅基光、電器件集成一直是人們所追求的目標(biāo)。但由于硅是間接帶隙，如何提高硅基材料發(fā)光效率就成為一個亟待解決的問題。雖經(jīng)多年研究，但進展緩慢。人們目前正致力于探索硅基納米材料（納米Si／SiO2），硅基SiGeC體系的Si1－yCy/Si1－xGex低維結(jié)構(gòu)，Ge／Si量子點和量子點超晶格材料，Si／SiC量子點材料，GaN／BP／Si以及GaN／Si材料。最近，在GaN／Si上成功地研制出LED發(fā)光器件和有關(guān)納米硅的受激放大現(xiàn)象的報道，使人們看到了一線希望。
另一方面，GeSi／Si應(yīng)變層超晶格材料，因其在新一代移動通信上的重要應(yīng)用前景，而成為目前硅基材料研究的主流。Si/GeSiMODFET和MOSFET的最高截止頻率已達200GHz，HBT最高振蕩頻率為160GHz，噪音在10GHz下為0．9db，其性能可與GaAs器件相媲美。
盡管GaAs／Si和InP／Si是實現(xiàn)光電子集成理想的材料體系，但由于晶格失配和熱膨脹系數(shù)等不同造成的高密度失配位錯而導(dǎo)致器件性能退化和失效，防礙著它的使用化。最近，Motolora等公司宣稱，他們在12英寸的硅襯底上，用鈦酸鍶作協(xié)變層（柔性層），成功的生長了器件級的GaAs外延薄膜，取得了突破性的進展。
2.4一維量子線、零維量子點半導(dǎo)體微結(jié)構(gòu)材料
基于量子尺寸效應(yīng)、量子干涉效應(yīng)，量子隧穿效應(yīng)和庫侖阻效應(yīng)以及非線性光學(xué)效應(yīng)等的低維半導(dǎo)體材料是一種人工構(gòu)造（通過能帶工程實施）的新型半導(dǎo)體材料，是新一代微電子、光電子器件和電路的基礎(chǔ)。它的發(fā)展與應(yīng)用，極有可能觸發(fā)新的技術(shù)革命。
目前低維半導(dǎo)體材料生長與制備主要集中在幾個比較成熟的材料體系上，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，并在納米微電子和光電子研制方面取得了重大進展。俄羅斯約飛技術(shù)物理所MBE小組，柏林的俄德聯(lián)合研制小組和中科院半導(dǎo)體所半導(dǎo)體材料科學(xué)重點實驗室的MBE小組等研制成功的In（Ga）As／GaAs高功率量子點激光器，工作波長lμm左右，單管室溫連續(xù)輸出功率高達3．6～4W。特別應(yīng)當(dāng)指出的是我國上述的MBE小組，2001年通過在高功率量子點激光器的有源區(qū)材料結(jié)構(gòu)中引入應(yīng)力緩解層，抑制了缺陷和位錯的產(chǎn)生，提高了量子點激光器的工作壽命，室溫下連續(xù)輸出功率為1W時工作壽命超過5000小時，這是大功率激光器的一個關(guān)鍵參數(shù)，至今未見國外報道。
在單電子晶體管和單電子存貯器及其電路的研制方面也獲得了重大進展，1994年日本NTT就研制成功溝道長度為30nm納米單電子晶體管，并在150K觀察到柵控源－漏電流振蕩；1997年美國又報道了可在室溫工作的單電子開關(guān)器件，1998年Yauo等人采用0．25微米工藝技術(shù)實現(xiàn)了128Mb的單電子存貯器原型樣機的制造，這是在單電子器件在高密度存貯電路的應(yīng)用方面邁出的關(guān)鍵一步。目前，基于量子點的自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)計算機，單光子源和應(yīng)用于量子計算的量子比特的構(gòu)建等方面的研究也正在進行中。
與半導(dǎo)體超晶格和量子點結(jié)構(gòu)的生長制備相比，高度有序的半導(dǎo)體量子線的制備技術(shù)難度較大。中科院半導(dǎo)體所半導(dǎo)體材料科學(xué)重點實驗室的MBE小組，在繼利用MBE技術(shù)和SK生長模式，成功地制備了高空間有序的InAs／InAI（Ga）As／InP的量子線和量子線超晶格結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，對InAs／InAlAs量子線超晶格的空間自對準(zhǔn)（垂直或斜對準(zhǔn)）的物理起因和生長控制進行了研究，取得了較大進展。
王中林教授領(lǐng)導(dǎo)的喬治亞理工大學(xué)的材料科學(xué)與工程系和化學(xué)與生物化學(xué)系的研究小組，基于無催化劑、控制生長條件的氧化物粉末的熱蒸發(fā)技術(shù)，成功地合成了諸如ZnO、SnO2、In2O3和Ga2O3等一系列半導(dǎo)體氧化物納米帶，它們與具有圓柱對稱截面的中空納米管或納米線不同，這些原生的納米帶呈現(xiàn)出高純、結(jié)構(gòu)均勻和單晶體，幾乎無缺陷和位錯；納米線呈矩形截面，典型的寬度為20－300nm，寬厚比為5－10，長度可達數(shù)毫米。這種半導(dǎo)體氧化物納米帶是一個理想的材料體系，可以用來研究載流子維度受限的輸運現(xiàn)象和基于它的功能器件制造。香港城市大學(xué)李述湯教授和瑞典隆德大學(xué)固體物理系納米中心的LarsSamuelson教授領(lǐng)導(dǎo)的小組，分別在SiO2／Si和InAs／InP半導(dǎo)體量子線超晶格結(jié)構(gòu)的生長制各方面也取得了重要進展。
低維半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)制備的方法很多，主要有：微結(jié)構(gòu)材料生長和精細(xì)加工工藝相結(jié)合的方法，應(yīng)變自組裝量子線、量子點材料生長技術(shù)，圖形化襯底和不同取向晶面選擇生長技術(shù)，單原子操縱和加工技術(shù)，納米結(jié)構(gòu)的輻照制備技術(shù)，及其在沸石的籠子中、納米碳管和溶液中等通過物理或化學(xué)方法制備量子點和量子線的技術(shù)等。目前發(fā)展的主要趨勢是尋找原子級無損傷加工方法和納米結(jié)構(gòu)的應(yīng)變自組裝可控生長技術(shù)，以求獲得大小、形狀均勻、密度可控的無缺陷納米結(jié)構(gòu)。
2.5寬帶隙半導(dǎo)體材料
寬帶隙半導(dǎo)體材主要指的是金剛石，III族氮化物，碳化硅，立方氮化硼以及氧化物（ZnO等）及固溶體等，特別是SiC、GaN和金剛石薄膜等材料，因具有高熱導(dǎo)率、高電子飽和漂移速度和大臨界擊穿電壓等特點，成為研制高頻大功率、耐高溫、抗輻照半導(dǎo)體微電子器件和電路的理想材料；在通信、汽車、航空、航天、石油開采以及國防等方面有著廣泛的應(yīng)用前景。另外，III族氮化物也是很好的光電子材料，在藍、綠光發(fā)光二極管（LED)和紫、藍、綠光激光器（LD）以及紫外探測器等應(yīng)用方面也顯示了廣泛的應(yīng)用前景。隨著1993年GaN材料的P型摻雜突破，GaN基材料成為藍綠光發(fā)光材料的研究熱點。目前，GaN基藍綠光發(fā)光二極管己商品化，GaN基LD也有商品出售，最大輸出功率為0．5W。在微電子器件研制方面，GaN基FET的最高工作頻率（fmax）已達140GHz，fT=67GHz，跨導(dǎo)為260ms／mm；HEMT器件也相繼問世，發(fā)展很快。此外，256×256GaN基紫外光電焦平面陣列探測器也已研制成功。特別值得提出的是，日本Sumitomo電子工業(yè)有限公司2000年宣稱，他們采用熱力學(xué)方法已研制成功2英寸GaN單晶材料，這將有力的推動藍光激光器和GaN基電子器件的發(fā)展。另外，近年來具有反常帶隙彎曲的窄禁帶InAsN，InGaAsN,GaNP和GaNAsP材料的研制也受到了重視，這是因為它們在長波長光通信用高T0光源和太陽能電池等方面顯示了重要應(yīng)用前景。
以Cree公司為代表的體SiC單晶的研制已取得突破性進展，2英寸的4H和6HSiC單晶與外延片，以及3英寸的4HSiC單晶己有商品出售；以SiC為GaN基材料襯低的藍綠光LED業(yè)已上市，并參于與以藍寶石為襯低的GaN基發(fā)光器件的竟?fàn)?。其他SiC相關(guān)高溫器件的研制也取得了長足的進步。目前存在的主要問題是材料中的缺陷密度高，且價格昂貴。
II－VI族蘭綠光材料研制在徘徊了近30年后，于1990年美國3M公司成功地解決了II－VI族的P型摻雜難點而得到迅速發(fā)展。1991年3M公司利用MBE技術(shù)率先宣布了電注入（Zn，Cd）Se／ZnSe蘭光激光器在77K（495nm）脈沖輸出功率100mW的消息，開始了II－VI族蘭綠光半導(dǎo)體激光（材料）器件研制的。經(jīng)過多年的努力，目前ZnSe基II－VI族蘭綠光激光器的壽命雖已超過1000小時，但離使用差距尚大，加之GaN基材料的迅速發(fā)展和應(yīng)用，使II－VI族蘭綠光材料研制步伐有所變緩。提高有源區(qū)材料的完整性，特別是要降低由非化學(xué)配比導(dǎo)致的點缺陷密度和進一步降低失配位錯和解決歐姆接觸等問題，仍是該材料體系走向?qū)嵱没氨仨氁鉀Q的問題。
寬帶隙半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料往往也是典型的大失配異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料，所謂大失配異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料是指晶格常數(shù)、熱膨脹系數(shù)或晶體的對稱性等物理參數(shù)有較大差異的材料體系，如GaN／藍寶石（Sapphire），SiC／Si和GaN／Si等。大晶格失配引發(fā)界面處大量位錯和缺陷的產(chǎn)生，極大地影響著微結(jié)構(gòu)材料的光電性能及其器件應(yīng)用。如何避免和消除這一負(fù)面影響，是目前材料制備中的一個迫切要解決的關(guān)鍵科學(xué)問題。這個問題的解泱，必將大大地拓寬材料的可選擇余地，開辟新的應(yīng)用領(lǐng)域。
目前，除SiC單晶襯低材料，GaN基藍光LED材料和器件已有商品出售外，大多數(shù)高溫半導(dǎo)體材料仍處在實驗室研制階段，不少影響這類材料發(fā)展的關(guān)鍵問題,如GaN襯底，ZnO單晶簿膜制備，P型摻雜和歐姆電極接觸，單晶金剛石薄膜生長與N型摻雜，II－VI族材料的退化機理等仍是制約這些材料實用化的關(guān)鍵問題，國內(nèi)外雖已做了大量的研究，至今尚未取得重大突破。
3光子晶體
光子晶體是一種人工微結(jié)構(gòu)材料，介電常數(shù)周期的被調(diào)制在與工作波長相比擬的尺度，來自結(jié)構(gòu)單元的散射波的多重干涉形成一個光子帶隙，與半導(dǎo)體材料的電子能隙相似，并可用類似于固態(tài)晶體中的能帶論來描述三維周期介電結(jié)構(gòu)中光波的傳播，相應(yīng)光子晶體光帶隙（禁帶）能量的光波模式在其中的傳播是被禁止的。如果光子晶體的周期性被破壞，那么在禁帶中也會引入所謂的“施主”和“受主”模，光子態(tài)密度隨光子晶體維度降低而量子化。如三維受限的“受主”摻雜的光子晶體有希望制成非常高Q值的單模微腔，從而為研制高質(zhì)量微腔激光器開辟新的途徑。光子晶體的制備方法主要有：聚焦離子束（FIB）結(jié)合脈沖激光蒸發(fā)方法，即先用脈沖激光蒸發(fā)制備如Ag/MnO多層膜，再用FIB注入隔離形成一維或二維平面陣列光子晶體；基于功能粒子（磁性納米顆粒Fe2O3，發(fā)光納米顆粒CdS和介電納米顆粒TiO2）和共軛高分子的自組裝方法，可形成適用于可見光范圍的三維納米顆粒光子晶體；二維多空硅也可制作成一個理想的3－5μm和1．5μm光子帶隙材料等。目前，二維光子晶體制造已取得很大進展，但三維光子晶體的研究，仍是一個具有挑戰(zhàn)性的課題。最近，Campbell等人提出了全息光柵光刻的方法來制造三維光子晶體，取得了進展。
4量子比特構(gòu)建與材料
隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，計算機芯片集成度不斷增高，器件尺寸越來越小（nm尺度）并最終將受到器件工作原理和工藝技術(shù)限制，而無法滿足人類對更大信息量的需求。為此，發(fā)展基于全新原理和結(jié)構(gòu)的功能強大的計算機是21世紀(jì)人類面臨的巨大挑戰(zhàn)之一。1994年Shor基于量子態(tài)疊加性提出的量子并行算法并證明可輕而易舉地破譯目前廣泛使用的公開密鑰Rivest，Shamir和Adlman（RSA）體系，引起了人們的廣泛重視。
所謂量子計算機是應(yīng)用量子力學(xué)原理進行計算的裝置，理論上講它比傳統(tǒng)計算機有更快的運算速度，更大信息傳遞量和更高信息安全保障，有可能超越目前計算機理想極限。實現(xiàn)量子比特構(gòu)造和量子計算機的設(shè)想方案很多，其中最引人注目的是Kane最近提出的一個實現(xiàn)大規(guī)模量子計算的方案。其核心是利用硅納米電子器件中磷施主核自旋進行信息編碼，通過外加電場控制核自旋間相互作用實現(xiàn)其邏輯運算，自旋測量是由自旋極化電子電流來完成，計算機要工作在mK的低溫下。
這種量子計算機的最終實現(xiàn)依賴于與硅平面工藝兼容的硅納米電子技術(shù)的發(fā)展。除此之外，為了避免雜質(zhì)對磷核自旋的干擾，必需使用高純（無雜質(zhì)）和不存在核自旋不等于零的硅同位素（29Si）的硅單晶；減小SiO2絕緣層的無序漲落以及如何在硅里摻入規(guī)則的磷原子陣列等是實現(xiàn)量子計算的關(guān)鍵。量子態(tài)在傳輸，處理和存儲過程中可能因環(huán)境的耦合（干擾），而從量子疊加態(tài)演化成經(jīng)典的混合態(tài)，即所謂失去相干，特別是在大規(guī)模計算中能否始終保持量子態(tài)間的相干是量子計算機走向?qū)嵱没八匦杩朔碾y題。
5發(fā)展我國半導(dǎo)體材料的幾點建議
鑒于我國目前的工業(yè)基礎(chǔ)，國力和半導(dǎo)體材料的發(fā)展水平，提出以下發(fā)展建議供參考。
5.1硅單晶和外延材料
硅材料作為微電子技術(shù)的主導(dǎo)地位至少到本世紀(jì)中葉都不會改變，至今國內(nèi)各大集成電路制造廠家所需的硅片基本上是依賴進口。目前國內(nèi)雖已可拉制8英寸的硅單晶和小批量生產(chǎn)6英寸的硅外延片，然而都未形成穩(wěn)定的批量生產(chǎn)能力，更談不上規(guī)模生產(chǎn)。建議國家集中人力和財力，首先開展8英寸硅單晶實用化和6英寸硅外延片研究開發(fā)，在“十五”的后期，爭取做到8英寸集成電路生產(chǎn)線用硅單晶材料的國產(chǎn)化，并有6～8英寸硅片的批量供片能力。到2010年左右，我國應(yīng)有8～12英寸硅單晶、片材和8英寸硅外延片的規(guī)模生產(chǎn)能力；更大直徑的硅單晶、片材和外延片也應(yīng)及時布點研制。另外，硅多晶材料生產(chǎn)基地及其相配套的高純石英、氣體和化學(xué)試劑等也必需同時給以重視，只有這樣，才能逐步改觀我國微電子技術(shù)的落后局面，進入世界發(fā)達國家之林。
5.2GaAs及其有關(guān)化合物半導(dǎo)體單晶
材料發(fā)展建議
GaAs、InP等單晶材料同國外的差距主要表現(xiàn)在拉晶和晶片加工設(shè)備落后，沒有形成生產(chǎn)能力。相信在國家各部委的統(tǒng)一組織、領(lǐng)導(dǎo)下，并爭取企業(yè)介入，建立我國自己的研究、開發(fā)和生產(chǎn)聯(lián)合體，取各家之長，分工協(xié)作，到2010年趕上世界先進水平是可能的。要達到上述目的，到“十五”末應(yīng)形成以4英寸單晶為主2－3噸／年的SI－GaAs和3－5噸／年摻雜GaAs、InP單晶和開盒就用晶片的生產(chǎn)能力，以滿足我國不斷發(fā)展的微電子和光電子工業(yè)的需術(shù)。到2010年，應(yīng)當(dāng)實現(xiàn)4英寸GaAs生產(chǎn)線的國產(chǎn)化，并具有滿足6英寸線的供片能力。
5.3發(fā)展超晶格、量子阱和一維、零維半導(dǎo)體
微結(jié)構(gòu)材料的建議
(1)超晶格、量子阱材料
從目前我國國力和我們已有的基礎(chǔ)出發(fā)，應(yīng)以三基色（超高亮度紅、綠和藍光）材料和光通信材料為主攻方向，并兼顧新一代微電子器件和電路的需求，加強MBE和MOCVD兩個基地的建設(shè)，引進必要的適合批量生產(chǎn)的工業(yè)型MBE和MOCVD設(shè)備并著重致力于GaAlAs／GaAs，InGaAlP／InGaP,GaN基藍綠光材料，InGaAs／InP和InGaAsP／InP等材料體系的實用化研究是當(dāng)務(wù)之急，爭取在“十五”末，能滿足國內(nèi)2、3和4英寸GaAs生產(chǎn)線所需要的異質(zhì)結(jié)材料。到2010年，每年能具備至少100萬平方英寸MBE和MOCVD微電子和光電子微結(jié)構(gòu)材料的生產(chǎn)能力。達到本世紀(jì)初的國際水平。
寬帶隙高溫半導(dǎo)體材料如SiC，GaN基微電子材料和單晶金剛石薄膜以及ZnO等材料也應(yīng)擇優(yōu)布點，分別做好研究與開發(fā)工作。
(2)一維和零維半導(dǎo)體材料的發(fā)展設(shè)想?；诘途S半導(dǎo)體微結(jié)構(gòu)材料的固態(tài)納米量子器件，目前雖然仍處在預(yù)研階段，但極其重要，極有可能觸發(fā)微電子、光電子技術(shù)新的革命。低維量子器件的制造依賴于低維結(jié)構(gòu)材料生長和納米加工技術(shù)的進步，而納米結(jié)構(gòu)材料的質(zhì)量又很大程度上取決于生長和制備技術(shù)的水平。因而，集中人力、物力建設(shè)我國自己的納米科學(xué)與技術(shù)研究發(fā)展中心就成為了成敗的關(guān)鍵。具體目標(biāo)是，“十五”末，在半導(dǎo)體量子線、量子點材料制備，量子器件研制和系統(tǒng)集成等若干個重要研究方向接近當(dāng)時的國際先進水平；2010年在有實用化前景的量子點激光器，量子共振隧穿器件和單電子器件及其集成等研發(fā)方面，達到國際先進水平，并在國際該領(lǐng)域占有一席之地?？梢灶A(yù)料，它的實施必將極大地增強我國的經(jīng)濟和國防實力。
（1）水泥必須檢查水泥的穩(wěn)定性、凝結(jié)時間、水量配比以及膠砂強度等。對已經(jīng)進入施工現(xiàn)場同廠家、同規(guī)格、同編號和同生產(chǎn)日期的水泥，按照袋裝200t、散裝500t的標(biāo)準(zhǔn)，每3個月檢測1次。
（2）集料對于細(xì)集料要檢查密度、砂含量和含水量等。粗集料要檢查磨耗值、吸水性、篩分和磨光值等。每種材料作為道路工程材料應(yīng)該在使用前檢查2個樣品，作為底基層和基層時，應(yīng)每2000m3檢查2個樣品，作為面層時，每批次檢查2個樣品。
（3）砂應(yīng)檢查密度、含泥量、容重等。對于已經(jīng)進入現(xiàn)場的相同廠家、相同料源的砂，要每200m3為1批次進行驗收，每1批次至少抽樣1次。
（4）鋼筋應(yīng)重點檢查抗拉強度、斷后伸長率和彎曲變形系數(shù)等。對于已經(jīng)進入施工現(xiàn)場同品種、同規(guī)格、同爐號以及同廠家的鋼筋要每60t為1批次，并且隨機抽取3根，分別截取1組式樣，用于拉伸強度試驗、冷彎試驗等。鋼筋焊接時，要檢測拉伸強度。根據(jù)經(jīng)驗，一般把300個同種類型的焊接鋼筋在統(tǒng)一焊接條件下作為1個批次，1個星期內(nèi)沒有達到300個標(biāo)準(zhǔn)時，也按照1批次計算。
（5）瀝青應(yīng)重點檢查瀝青的針入度、軟化點、蠟含量以及老化指標(biāo)等。在道路鋪油之前和施工過程中每500t瀝青要進行1次全面檢測，每1000t瀝青要檢查3次蠟含量，每車檢查3大指標(biāo)。以上幾類材料，對于數(shù)量不足1個批次的，要按照整1批次檢查；每批原材料的產(chǎn)地、規(guī)格、等級和來源要一致；對于不同廠家、不同規(guī)格的道路工程材料要進行隨機抽樣，并且做好標(biāo)簽和存檔；加強材料的存放和標(biāo)識檢查工作，要按照類別分別存放，界限清楚，鋼筋、水泥等支墊和鋪蓋要符合規(guī)范要求；檢查單位要認(rèn)真執(zhí)行材料匯總、記錄和信息傳遞等制度的落實。
2高速公路材料的試驗檢測工作
2.1試驗檢測任務(wù)
高速公路工程材料的試驗檢測任務(wù)應(yīng)該包含高標(biāo)號和重點位置混凝土的配比、基層、瀝青混凝土配合比等試驗項目的驗證和批復(fù)；關(guān)鍵項目要按照規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)進行平行試驗，并對全線的試驗項目按照抽檢頻率進行試驗；完成高速公路施工中用到的材料、配件或者施工采購前的預(yù)先審計和進場后的驗收試驗工作。對材料和配件訂貨前的審查，要按照《原材料管理辦法》執(zhí)行；材料和配件進入現(xiàn)場后，要按照規(guī)定進行批量的自檢，自檢合格以后填寫《建筑材料進場報驗單》，并報送監(jiān)理工程師進行審核，監(jiān)理工程師收到報驗單后要根據(jù)材料和配件的數(shù)量依據(jù)規(guī)定進行頻率抽查。同時，為了有效保障工程進度，工程承包人和監(jiān)理可以同時分別取樣并進行試驗檢測，對于不符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的，一律不準(zhǔn)應(yīng)用于本工程項目，并限時清理出施工現(xiàn)場。施工過程中，對工程用到的材料和配件，各級實驗室都要隨機抽樣進行復(fù)核性試驗，以確保質(zhì)量。
2.2試驗檢測內(nèi)容
高速公路工程材料的標(biāo)準(zhǔn)試驗是對工程施工進行事前控制的重要手段和重要依據(jù)，主要包括標(biāo)準(zhǔn)擊實試驗和混凝土的配比試驗等。抽樣試驗是施工過程中的事中控制，對各工程中應(yīng)用的材料品質(zhì)進行符合性檢查，主要包括材料的物理性能、土方密實度、混凝土的強度檢測等。試驗檢測過程中，對砂石、水泥等材料的抽樣要具有代表性，如果發(fā)現(xiàn)檢測數(shù)據(jù)和實際檢查情況異常，應(yīng)按照無效報告處理，并重新取樣試驗；瀝青、水泥等重點材料要按照規(guī)定取樣留存，并建立獨立的留存?zhèn)}庫，分門別類存放，建立臺帳制度。
3橋梁工程材料的試驗檢測工作
道路工程建設(shè)中，橋梁工程一般占有很大比重，橋梁工程所涉及的材料與道路工程的差別主要是水工混凝土。因此，對于水工混凝土的試驗檢測就必須按照其規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求和試驗檢測辦法進行。檢測內(nèi)容主要包括強度、凝結(jié)時間、穩(wěn)定性和水化熱等，必要時還應(yīng)包括比重、細(xì)度、含堿量和氧化硫、鎂檢測等。煤灰和灰粉一般都是由業(yè)主提供，并且都應(yīng)該提供出廠合格證明，承建單位要按照同品種每200t為1個批次進行取樣試驗，樣品重量在10~15kg左右，平均分成2份1份用于自檢，1份用于密封保存半年。煤灰檢測內(nèi)容主要包括細(xì)度、燒失量、含水量和需水比例等，必要時還應(yīng)包括比重、含堿量等檢測項目。在使用外加劑時，必須把每1種外加劑的名稱、廠家、樣品和品質(zhì)材料報告提供給監(jiān)理，征求監(jiān)理同意之后才可以使用。對于那些運到施工現(xiàn)場的外加劑要嚴(yán)格檢查檢驗合格證明和出廠檢驗單，承建單位要按照減水劑每5t為1個取樣單位，引氣劑每0.2t為1個取樣單位，進行取樣、檢查。外加劑的檢查內(nèi)容包括：固形物含量、pH值、強度比、泌水率、泡沫性能、溶解性等諸多方面。細(xì)骨料應(yīng)該以400m3或者600t為1個取樣單位，檢測內(nèi)容主要包括顆粒級配、細(xì)度模數(shù)和含水率等。對于細(xì)骨料的全指標(biāo)檢測要每月進行1~2次。粗骨料應(yīng)該以2000t為一個取樣單位，檢測內(nèi)容主要包括顆粒級配及針片狀顆粒含量等。對于粗骨料的全指標(biāo)檢測要每月進行1~2次。鋼筋和鋼絞線熱軋鋼的檢測包括外觀、抗拉強度、伸長率和冷彎試驗檢測等，并根據(jù)同一廠家、同一批號、同一截面標(biāo)準(zhǔn)為1批，每批重量不大于60t，不足時也應(yīng)作為整一取樣單位。
4結(jié)語
在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展中，一般將硅、鍺稱為第一代半導(dǎo)體材料;將砷化鎵、磷化銦、磷化鎵等稱為第二代半導(dǎo)體材料;而將寬禁帶eg2.3ev的氮化鎵、碳化硅和金剛石等稱為第三代半導(dǎo)體材料。本文介紹了三代半導(dǎo)體的性質(zhì)比較、應(yīng)用領(lǐng)域、國內(nèi)外產(chǎn)業(yè)化現(xiàn)狀和進展情況等。
關(guān)鍵詞
半導(dǎo)體材料;多晶硅;單晶硅;砷化鎵;氮化鎵
1前言
半導(dǎo)體材料是指電阻率在107Ωcm10-3Ωcm，界于金屬和絕緣體之間的材料。半導(dǎo)體材料是制作晶體管、集成電路、電力電子器件、光電子器件的重要基礎(chǔ)材料[1]，支撐著通信、計算機、信息家電與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等電子信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。電子信息產(chǎn)業(yè)規(guī)模最大的是美國和日本，其2002年的銷售收入分別為3189億美元和2320億美元[2]。近幾年來，我國電子信息產(chǎn)品以舉世矚目的速度發(fā)展，2002年銷售收入以1.4億人民幣居全球第3位，比上年增長20，產(chǎn)業(yè)規(guī)模是1997年的2.5倍，居國內(nèi)各工業(yè)部門首位[3]。半導(dǎo)體材料及應(yīng)用已成為衡量一個國家經(jīng)濟發(fā)展、科技進步和國防實力的重要標(biāo)志。
半導(dǎo)體材料的種類繁多，按化學(xué)組成分為元素半導(dǎo)體、化合物半導(dǎo)體和固溶體半導(dǎo)體;按組成元素分為一元、二元、三元、多元等;按晶態(tài)可分為多晶、單晶和非晶;按應(yīng)用方式可分為體材料和薄膜材料。大部分半導(dǎo)體材料單晶制片后直接用于制造半導(dǎo)體材料，這些稱為“體材料”;相對應(yīng)的“薄膜材料”是在半導(dǎo)體材料或其它材料的襯底上生長的，具有顯著減少“體材料”難以解決的固熔體偏析問題、提高純度和晶體完整性、生長異質(zhì)結(jié)，能用于制造三維電路等優(yōu)點。許多新型半導(dǎo)體器件是在薄膜上制成的，制備薄膜的技術(shù)也在不斷發(fā)展。薄膜材料有同質(zhì)外延薄膜、異質(zhì)外延薄膜、超晶格薄膜、非晶薄膜等。
在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展中，一般將硅、鍺稱為第一代半導(dǎo)體材料;將砷化鎵、磷化銦、磷化鎵、砷化銦、砷化鋁及其合金等稱為第二代半導(dǎo)體材料;而將寬禁帶eg2.3ev的氮化鎵、碳化硅、硒化鋅和金剛石等稱為第三代半導(dǎo)體材料[4]。上述材料是目前主要應(yīng)用的半導(dǎo)體材料，三代半導(dǎo)體材料代表品種分別為硅、砷化鎵和氮化鎵。本文沿用此分類進行介紹。
2主要半導(dǎo)體材料性質(zhì)及應(yīng)用
材料的物理性質(zhì)是產(chǎn)品應(yīng)用的基礎(chǔ)，表1列出了主要半導(dǎo)體材料的物理性質(zhì)及應(yīng)用情況[5]。表中禁帶寬度決定發(fā)射光的波長，禁帶寬度越大發(fā)射光波長越短藍光發(fā)射;禁帶寬度越小發(fā)射光波長越長。其它參數(shù)數(shù)值越高，半導(dǎo)體性能越好。電子遷移速率決定半導(dǎo)體低壓條件下的高頻工作性能，飽和速率決定半導(dǎo)體高壓條件下的高頻工作性能。
硅材料具有儲量豐富、價格低廉、熱性能與機械性能優(yōu)良、易于生長大尺寸高純度晶體等優(yōu)點，處在成熟的發(fā)展階段。目前，硅材料仍是電子信息產(chǎn)業(yè)最主要的基礎(chǔ)材料，95以上的半導(dǎo)體器件和99以上的集成電路ic是用硅材料制作的。在21世紀(jì)，可以預(yù)見它的主導(dǎo)和核心地位仍不會動搖。但是硅材料的物理性質(zhì)限制了其在光電子和高頻高功率器件上的應(yīng)用。
砷化鎵材料的電子遷移率是硅的6倍多，其器件具有硅器件所不具有的高頻、高速和光電性能，并可在同一芯片同時處理光電信號，被公認(rèn)是新一代的通信用材料。隨著高速信息產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，砷化鎵成為繼硅之后發(fā)展最快、應(yīng)用最廣、產(chǎn)量最大的半導(dǎo)體材料。同時，其在軍事電子系統(tǒng)中的應(yīng)用日益廣泛，并占據(jù)不可取代的重要地位。
gan材料的禁帶寬度為硅材料的3倍多，其器件在大功率、高溫、高頻、高速和光電子應(yīng)用方面具有遠(yuǎn)比硅器件和砷化鎵器件更為優(yōu)良的特性，可制成藍綠光、紫外光的發(fā)光器件和探測器件。近年來取得了很大進展，并開始進入市場。與制造技術(shù)非常成熟和制造成本相對較低的硅半導(dǎo)體材料相比，第三代半導(dǎo)體材料目前面臨的最主要挑戰(zhàn)是發(fā)展適合gan薄膜生長的低成本襯底材料和大尺寸的gan體單晶生長工藝。
主要半導(dǎo)體材料的用途如表2所示。可以預(yù)見以硅材料為主體、gaas半導(dǎo)體材料及新一代寬禁帶半導(dǎo)體材料共同發(fā)展將成為集成電路及半導(dǎo)體器件產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主流。
3半導(dǎo)體材料的產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀
3.1半導(dǎo)體硅材料
3.1.1多晶硅
多晶硅是制備單晶硅和太陽能電池的原料，主要生產(chǎn)方法為改良西門子法。目前全世界每年消耗約18000t25000t半導(dǎo)體級多晶硅。2001年全球多晶硅產(chǎn)能為23900t，生產(chǎn)高度集中于美、日、德3國。美國先進硅公司和哈姆洛克公司產(chǎn)能均達6000t/a，德國瓦克化學(xué)公司和日本德山曹達公司產(chǎn)能超過3000t/a，日本三菱高純硅公司、美國memc公司和三菱多晶硅公司產(chǎn)能超過1000t/a，絕大多數(shù)世界市場由上述7家公司占有。2000年全球多晶硅需求為22000t，達到峰值，隨后全球半導(dǎo)體市場滑坡;2001年多晶硅實際產(chǎn)量為17900t，為產(chǎn)能的75左右。全球多晶硅市場供大于求，隨著半導(dǎo)體市場的恢復(fù)和太陽能用多晶硅的增長，多晶硅供需將逐步平衡。
我國多晶硅嚴(yán)重短缺。我國多晶硅工業(yè)起步于50年代，60年代實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。由于技術(shù)水平低、生產(chǎn)規(guī)模太小、環(huán)境污染嚴(yán)重、生產(chǎn)成本高，目前只剩下峨嵋半導(dǎo)體材料廠和洛陽單晶硅廠2個廠家生產(chǎn)多晶硅。2001年生產(chǎn)量為80t[7]，僅占世界產(chǎn)量的0.4，與當(dāng)今信息產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展和多晶硅的市場需求急劇增加極不協(xié)調(diào)。我國這種多晶硅供不應(yīng)求的局面還將持續(xù)下去。據(jù)專家預(yù)測，2005年國內(nèi)多晶硅年需求量約為756t，2010年為1302t。
峨嵋半導(dǎo)體材料廠和洛陽單晶硅廠1999年多晶硅生產(chǎn)能力分別為60t/a和20t/a。峨嵋半導(dǎo)體材料廠1998年建成的100t/a規(guī)模的多晶硅工業(yè)性生產(chǎn)示范線，提高了各項經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)，使我國擁有了多晶硅生產(chǎn)的自主知識產(chǎn)權(quán)。該廠正在積極進行1000t/a多晶硅項目建設(shè)的前期工作。洛陽單晶硅廠擬將多晶硅產(chǎn)量擴建至300t/a，目前處在可行性研究階段。
3.1.2單晶硅
生產(chǎn)單晶硅的工藝主要采用直拉法cz、磁場直拉法mcz、區(qū)熔法fz以及雙坩鍋拉晶法。硅晶片屬于資金密集型和技術(shù)密集型行業(yè)，在國際市場上產(chǎn)業(yè)相對成熟，市場進入平穩(wěn)發(fā)展期，生產(chǎn)集中在少數(shù)幾家大公司，小型公司已經(jīng)很難插手其中。
目前國際市場單晶硅產(chǎn)量排名前5位的公司分別是日本信越化學(xué)公司、德瓦克化學(xué)公司、日本住友金屬公司、美國memc公司和日本三菱材料公司。這5家公司2000年硅晶片的銷售總額為51.47億元，占全球銷售額的70.9，其中的3家日本公司占據(jù)了市場份額的46.1，表明日本在全球硅晶片行業(yè)中占據(jù)了主導(dǎo)地位[8]。
集成電路高集成度、微型化和低成本的要求對半導(dǎo)體單晶材料的電阻率均勻性、金屬雜質(zhì)含量、微缺陷、晶片平整度、表面潔凈度等提出了更加苛刻的要求詳見文獻[8]，晶片大尺寸和高質(zhì)量成為必然趨勢。目前全球主流硅晶片已由直徑8英寸逐漸過渡到12英寸晶片，研制水平達到16英寸。
我國單晶硅技術(shù)及產(chǎn)業(yè)與國外差距很大，主要產(chǎn)品為6英寸以下，8英寸少量生產(chǎn)，12英寸開始研制。隨著半導(dǎo)體分立元件和硅光電池用低檔和廉價硅材料需求的增加，我國單晶硅產(chǎn)量逐年增加。據(jù)統(tǒng)計，2001年我國半導(dǎo)體硅材料的銷售額達9.06億元，年均增長26.4。單晶硅產(chǎn)量為584t，拋光片產(chǎn)量5183萬平方英寸，主要規(guī)格為3英寸6英寸，6英寸正片已供應(yīng)集成電路企業(yè)，8英寸主要用作陪片。單晶硅出口比重大，出口額為4648萬美元，占總銷售額的42.6，較2000年增長了5.3[7]。目前，國外8英寸ic生產(chǎn)線正向我國戰(zhàn)略性移動，我國新建和在建的f8英寸ic生產(chǎn)線有近10條之多，對大直徑高質(zhì)量的硅晶片需求十分強勁，而國內(nèi)供給明顯不足，基本依賴進口，我國硅晶片的技術(shù)差距和結(jié)構(gòu)不合理可見一斑。在現(xiàn)有形勢和優(yōu)勢面前發(fā)展我國的硅單晶和ic技術(shù)面臨著巨大的機遇和挑戰(zhàn)。
我國硅晶片生產(chǎn)企業(yè)主要有北京有研硅股、浙大海納公司、洛陽單晶硅廠、上海晶華電子、浙江硅峰電子公司和河北寧晉單晶硅基地等。有研硅股在大直徑硅單晶的研制方面一直居國內(nèi)領(lǐng)先地位，先后研制出我國第一根6英寸、8英寸和12英寸硅單晶，單晶硅在國內(nèi)市場占有率為40。2000年建成國內(nèi)第一條可滿足0.25μm線寬集成電路要求的8英寸硅單晶拋光片生產(chǎn)線;在北京市林河工業(yè)開發(fā)區(qū)建設(shè)了區(qū)熔硅單晶生產(chǎn)基地，一期工程計劃投資1.8億元，年產(chǎn)25t區(qū)熔硅和40t重?fù)缴楣鑶尉?，計?003年6月底完工;同時承擔(dān)了投資達1.25億元的863項目重中之重課題“12英寸硅單晶拋光片的研制”。浙大海納主要從事單晶硅、半導(dǎo)體器件的開發(fā)、制造及自動化控制系統(tǒng)和儀器儀表開發(fā)，近幾年實現(xiàn)了高成長性的高速發(fā)展。
3.2砷化鎵材料
用于大量生產(chǎn)砷化鎵晶體的方法是傳統(tǒng)的lec法液封直拉法和hb法水平舟生產(chǎn)法。國外開發(fā)了兼具以上2種方法優(yōu)點的vgf法垂直梯度凝固法、vb法垂直布里支曼法和vcz法蒸氣壓控制直拉法，成功制備出4英寸6英寸大直徑gaas單晶。各種方法比較詳見表3。
移動電話用電子器件和光電器件市場快速增長的要求，使全球砷化鎵晶片市場以30的年增長率迅速形成數(shù)十億美元的大市場，預(yù)計未來20年砷化鎵市場都具有高增長性。日本是最大的生產(chǎn)國和輸出國，占世界市場的7080;美國在1999年成功地建成了3條6英寸砷化鎵生產(chǎn)線，在砷化鎵生產(chǎn)技術(shù)上領(lǐng)先一步。日本住友電工是世界最大的砷化鎵生產(chǎn)和銷售商，年產(chǎn)gaas單晶30t。美國axt公司是世界最大的vgf
gaas材料生產(chǎn)商[8]。世界gaas單晶主要生產(chǎn)商情況見表4。國際上砷化鎵市場需求以4英寸單晶材料為主，而6英寸單晶材料產(chǎn)量和市場需求快速增加，已占據(jù)35以上的市場份額。研制和小批量生產(chǎn)水平達到8英寸。
我國gaas材料單晶以2英寸3英寸為主，
4英寸處在產(chǎn)業(yè)化前期，研制水平達6英寸。目前4英寸以上晶片及集成電路gaas晶片主要依賴進口。砷化鎵生產(chǎn)主要原材料為砷和鎵。雖然我國是砷和鎵的資源大國，但僅能生產(chǎn)品位較低的砷、鎵材料6n以下純度，主要用于生產(chǎn)光電子器件。集成電路用砷化鎵材料的砷和鎵原料要求達7n，基本靠進口解決。
國內(nèi)gaas材料主要生產(chǎn)單位為中科鎵英、有研硅股、信息產(chǎn)業(yè)部46所、55所等。主要競爭對手來自國外。中科鎵英2001年起計劃投入近2億資金進行砷化鎵材料的產(chǎn)業(yè)化，初期計劃規(guī)模為4英寸6英寸砷化鎵單晶晶片5萬片8萬片，4英寸6英寸分子束外延砷化鎵基材料2萬片3萬片，目前該項目仍在建設(shè)期。目前國內(nèi)砷化鎵材料主要由有研硅股供應(yīng)，2002年銷售gaas晶片8萬片。我國在努力縮小gaas技術(shù)水平和生產(chǎn)規(guī)模的同時，應(yīng)重視具有獨立知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)和產(chǎn)品開發(fā)，發(fā)展我國的砷化鎵產(chǎn)業(yè)。
3.3氮化鎵材料
gan半導(dǎo)體材料的商業(yè)應(yīng)用研究始于1970年，其在高頻和高溫條件下能夠激發(fā)藍光的特性一開始就吸引了半導(dǎo)體開發(fā)人員的極大興趣。但gan的生長技術(shù)和器件制造工藝直到近幾年才取得了商業(yè)應(yīng)用的實質(zhì)進步和突破。由于gan半導(dǎo)體器件在光電子器件和光子器件領(lǐng)域廣闊的應(yīng)用前景，其廣泛應(yīng)用預(yù)示著光電信息乃至光子信息時代的來臨。
2000年9月美國kyma公司利用aln作襯底，開發(fā)出2英寸和4英寸gan新工藝;2001年1月美國nitronex公司在4英寸硅襯底上制造gan基晶體管獲得成功;2001年8月臺灣powdec公司宣布將規(guī)模生產(chǎn)4英寸gan外延晶片。gan基器件和產(chǎn)品開發(fā)方興未艾。目前進入藍光激光器開發(fā)的公司包括飛利浦、索尼、日立、施樂和惠普等。包括飛利浦、通用等光照及汽車行業(yè)的跨國公司正積極開發(fā)白光照明和汽車用gan基led發(fā)光二極管產(chǎn)品。涉足gan基電子器件開發(fā)最為活躍的企業(yè)包括cree、rfmicrodevice以及nitronex等公司。
目前，日本、美國等國家紛紛進行應(yīng)用于照明gan基白光led的產(chǎn)業(yè)開發(fā)，計劃于2015年-2020年取代白熾燈和日光燈，引起新的照明革命。據(jù)美國市場調(diào)研公司strstegiesunlimited分析數(shù)據(jù)，2001年世界gan器件市場接近7億美元，還處于發(fā)展初期。該公司預(yù)測即使最保守發(fā)展，2009年世界gan器件市場將達到48億美元的銷售額。
因gan材料尚處于產(chǎn)業(yè)初期，我國與世界先進水平差距相對較小。深圳方大集團在國家“超級863計劃”項目支持下，2001年與中科院半導(dǎo)體等單位合作，首期投資8千萬元進行g(shù)an基藍光led產(chǎn)業(yè)化工作，率先在我國實現(xiàn)氮化鎵基材料產(chǎn)業(yè)化并成功投放市場。方大公司已批量生產(chǎn)出高性能gan芯片，用于封裝成藍、綠、紫、白光led，成為我國第一家具有規(guī)?；芯?、開發(fā)和生產(chǎn)氮化鎵基半導(dǎo)體系列產(chǎn)品、并擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的企業(yè)。中科院半導(dǎo)體所自主開發(fā)的gan激光器2英寸外延片生產(chǎn)設(shè)備，打破了國外關(guān)鍵設(shè)備部件的封鎖。我國應(yīng)對大尺寸gan生長技術(shù)、器件及設(shè)備繼續(xù)研究，爭取在gan等第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中占據(jù)一定市場份額和地位。
4結(jié)語
不可否認(rèn)，微電子時代將逐步過渡到光電子時代，最終發(fā)展到光子時代。預(yù)計到2010年或2014年，硅材料的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展將走向極限，第二代和第三代半導(dǎo)體技術(shù)和產(chǎn)業(yè)將成為研究和發(fā)展的重點。我國政府決策部門、半導(dǎo)體科研單位和企業(yè)在現(xiàn)有的技術(shù)、市場和發(fā)展趨勢面前應(yīng)把握歷史機遇，迎接挑戰(zhàn)。
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學(xué)生自主案例教學(xué)法”的含義“Web形式”是指在教學(xué)過程中，學(xué)生面對的對象不是教師，而是處于Web網(wǎng)絡(luò)的虛擬仿真環(huán)境中，單人或多人合作進行設(shè)計成分或生產(chǎn)冶煉，Web網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)自動記錄學(xué)生操作的每一個步驟，教師通過前端軟件觀察學(xué)生的操作行為，實時回答他們提出的問題?！白灾鳌笔侵笇W(xué)生學(xué)習(xí)的工程案例不是教師事先準(zhǔn)備的，而是學(xué)生在仿真過程中自己得到的。由于學(xué)生掌握的專業(yè)知識和能力存在差異，使用的冶煉設(shè)備、設(shè)置的工藝參數(shù)和成分都不盡相同，因此得到的案例也不同，甚至很大一部分是失敗的案例?！癢eb主導(dǎo)下材料工程類學(xué)生自主案例教學(xué)法”是在教師講授專業(yè)知識的基礎(chǔ)上，結(jié)合課堂教學(xué)內(nèi)容，有針對性地給學(xué)生提供網(wǎng)絡(luò)虛擬仿真平臺，學(xué)生在平臺內(nèi)完成成分設(shè)計或產(chǎn)品冶煉任務(wù)，遇到問題可小組交流，提出改進方案。對典型個案，進行全班講演，同時教師進行點評。該教學(xué)法以“任務(wù)”為主線，但不以“任務(wù)”的完成與否做為考核標(biāo)準(zhǔn)，提交的結(jié)果沒有對錯好壞之分，產(chǎn)生的結(jié)果不重要，結(jié)果產(chǎn)生的原因才重要。鼓勵學(xué)生主動尋找可能出現(xiàn)的失常和事故，并運用所學(xué)理論知識去分析、去思考、去解決，強化對理論知識的學(xué)習(xí)渴望，激發(fā)學(xué)習(xí)的興趣。
二、“Web主導(dǎo)下材料工程類
學(xué)生自主案例教學(xué)法”的實施方案在實施前，對實施的過程和步驟進行了認(rèn)真分析，對實施方案的總體框架和實施具體步驟進行了設(shè)計，實施方案如下：第一階段：規(guī)劃。制定教學(xué)目標(biāo)，確定實驗班級。教材調(diào)整，確定講授重點。以教師為主，包括課堂講授的安排，講授重點的確定，以及為學(xué)生編寫模擬操作指導(dǎo)大綱等。第二階段：執(zhí)行。發(fā)動學(xué)生，明確任務(wù)。網(wǎng)絡(luò)操作，案例設(shè)計。在線指導(dǎo)，提高案例質(zhì)量。以學(xué)生為主，教師指導(dǎo)。使學(xué)生意識到自己的“工程師”角色，在虛擬仿真環(huán)境中動手操作，完成生產(chǎn)任務(wù)。教師可通過前端軟件實時觀察學(xué)生的操作行為，回答他們提出的問題并分析模擬結(jié)果。學(xué)生和老師之間、學(xué)生和學(xué)生之間在信息窗口通過文本進行交流。不同地點的學(xué)生可以組合起來，在同一個模擬模型中分別進行操作。第三階段：分析和討論。根據(jù)模擬操作記錄，全班交流研討，教師點評。師生結(jié)合，互動交流。教師從學(xué)生的操作結(jié)果中選取典型案例，讓學(xué)生制作講演課件，給全班同學(xué)分析自己的成功與失敗經(jīng)驗，教師在交流中給予適時的點評，并進行成績評定。第四階段：總結(jié)。遴選優(yōu)秀操作記錄，編寫示范案例。對學(xué)生的優(yōu)秀設(shè)計案例進行整理歸納，為教師進行課62教學(xué)新思維堂多媒體教學(xué)時使用，也可作為學(xué)生課外預(yù)習(xí)、復(fù)習(xí)、自學(xué)的電子版的立體化教材。
三、個案舉例
鋼鐵大學(xué)網(wǎng)站提供了鋼鐵應(yīng)用、鋼鐵設(shè)計及冶煉等仿真模塊，包括了現(xiàn)代鋼鐵生產(chǎn)的主要工序，可以為材料工程，尤其是金屬材料工程專業(yè)大多數(shù)專業(yè)課程教學(xué)所采用。如在金屬學(xué)材料學(xué)課程教學(xué)中，布置了一個生產(chǎn)任務(wù)：現(xiàn)收到一客戶訂單，要為一座海洋平臺生產(chǎn)一種易焊接的高強度厚鋼板，鋼種的成份和工藝路線由生產(chǎn)方來確定。訂單要求生產(chǎn)9000t的高強度厚板，鋼板對機械性能的要求為：屈服強度，LYS＞375Mpa；抗拉強度，530Mpa＜UTS＜620Mpa；54J夏比沖擊轉(zhuǎn)變溫度，ITT＜-40℃；屈強比LYS/UTS＜0.82。使用網(wǎng)站中關(guān)于海洋平臺用中厚板鋼的設(shè)計模塊進行仿真。【學(xué)生自主案例】鋼種成分的設(shè)計在工藝路線為50mm鋼板中度控軋、25mm鋼板輕度控軋、90mm鋼板中度控軋的情況下，經(jīng)過調(diào)試發(fā)現(xiàn)Cr、Mo、Ni、V可以不參與設(shè)計考慮范圍，C、Si、Mn在一定的含量內(nèi)變化，主要調(diào)節(jié)Cu、Al、N、Nb元素的含量改變鋼材的力學(xué)性能，得到了滿足客戶性能要求的3種不同鋼種。從而使基體強度提高，以及固溶體與運動位錯間的相互作用，阻礙了位錯的運動，從而使鋼種強度提高；2號鋼種N、Nb、Al含量較高，主要強化機理是：N與Te形成間隙固溶體，起到固溶強化；在鋼中加入的Nb，Nb元素能形成碳的化合物、氮的化合物或碳氮化合物，在軋制或軋后冷卻中沉淀析出，起到第二相沉淀作用；同時，N與Al、Nb形成氮化合物或碳氮化合物，能釘扎晶界，阻礙晶粒長大，起到細(xì)晶強化。3號鋼種的設(shè)計是在2號基礎(chǔ)上調(diào)試Al元素的含量，3號鋼種Al含量較低。
四、總結(jié)
閱讀下面的文字，根據(jù)要求作文。
材料一：最近，日本著名管理大師大前研一在《低智商社會》中說：“在中國旅行時發(fā)現(xiàn)，城市中遍街都是按摩店，而書店卻寥寥無幾，中國人均每天讀書不足15分鐘，人均閱讀量只有日本的幾十分之一，中國是典型的‘低智商社會’，未來毫無希望成為發(fā)達國家?！?/p>
材料二：根據(jù)中國出版科學(xué)研究所最近開展的全民閱讀調(diào)查，我國國民每年人均閱讀圖書僅有4.5本，遠(yuǎn)低于韓國的11本、法國的20本、日本的40本、以色列的64本。除了人均閱讀量較低外，我國國民閱讀另一個讓人憂慮的傾向是“功利性和實用性突出”。據(jù)統(tǒng)計，在全國有限的人均購書中，八成都是課本教材；在各大書店的銷售統(tǒng)計中，教材參考、考試輔導(dǎo)類的書籍也占了很大的比重。
讀了這兩則材料之后，你有何感想？請選擇一角度作文，立意自定，文體自選；題目自定，不少于800字。
[寫作指導(dǎo)]
這兩則素材共同指向閱讀量。在百度一下就能找到一切的資訊時代，必須承認(rèn)只有大量閱讀才能生存下去。閱讀對于個體，可以獲取知識，陶冶情操，培養(yǎng)技能；閱讀對于民族、國家，可以傳承民族文化，提升國民素質(zhì)，增強國家軟實力?？蓮摹伴喿x的重要性”角度立意。
大前研一的觀點無疑給了我們當(dāng)頭棒喝。一個民族如果失去了讀書的耐心，很難想象她還會有追求更高境界的動力和執(zhí)著。不讀書的民族是沒有未來的民族，不讀書的國家是沒有希望的國家，我們應(yīng)該從日本人的話中感到危機。可從“危機”、“民族的未來”、“國家的發(fā)展”等角度立意。
中國是否有走向低智商社會的危險，不是大前研一說了算，也不能僅憑目前國人的低閱讀量就妄下結(jié)論。在意識到危機的同時，我們更應(yīng)該正視現(xiàn)實，面對未來，思考如何改變現(xiàn)狀，不能失掉民族自信?？蓮摹懊褡遄孕判摹钡慕嵌攘⒁狻?/p>
[例文]
弱智心態(tài)比弱智本身更可怕
李飛
最近，日本著名管理大師大前研一在《低智商社會》中說：“中國城市遍街都是按摩店，而書店卻寥寥無幾。中國人均每天讀書不足15分鐘，人均閱讀量只有日本的幾十分之一。中國是典型的‘低智商社會’，未來毫無成為發(fā)達國家的希望。”此語一出，立即受到社會精英們唇槍舌劍的攻訐。他們理直氣壯地拿出銹跡斑駁的文化遺產(chǎn)，要證明我們創(chuàng)造五千年泱泱文明的無窮智慧。
我們總愿意“站在前人的肩膀上”俯瞰世界，不為繼往開來，只求說一聲：“瞧，我多偉大！”以此來掩飾自己諱疾忌醫(yī)的空虛與羞赧。有人發(fā)出“寫書的人越來越多，而讀書的人越來越少”的慨嘆，但很快被所謂“OUT”的鄙夷與不屑所淹沒。的確，汗牛充棟的圖書館已無人問津，而各種“雷人”的“名嘴”卻令人趨之若鶩。高山仰止的學(xué)問造詣不再令人敬佩，“HOLD”住四座才令人嘆服。不同于抗戰(zhàn)時期的華北地區(qū)容不下一張安靜的書桌，躁動不安的社會已經(jīng)容不下一帙書卷。
中國人歷來都是不缺智商的。但我們?yōu)楹螘煌鈬酥肛?zé)將成為弱智？撇開意識形態(tài)的因素不談，那是因為我們沒有用書籍來陶冶蒙塵的心靈，培養(yǎng)健全的人格。如果說書籍是人類精神的食糧，那么我們現(xiàn)在就處在饑餓不堪的慘狀。溫總理說過：“我愿意看到人們坐地鐵的時候手里能夠拿著一本書。因為我一直認(rèn)為，知識不僅給人力量，還給人安全，給人幸福?！痹S多國家也在各個路口與站臺旁設(shè)立免費書架，供人們隨時取閱。反而觀之，省之，我們的公交站臺上、地鐵里，情侶們旁若無人地打情罵俏，三三兩兩的上班族討論著緋聞八卦、家長里短，中小學(xué)生也在嘟嘟噥噥地抱怨著……這一切，能帶來書籍所給予的精神升華嗎？恐怕是只能讓疲憊麻木的心靈在飛濺的口水中“相濡以沫”吧！這一切，也許就是弱智的外化體現(xiàn)。
我們身邊有許多弱智的詞匯在潛滋暗長。什么“不要迷戀哥，哥只是個傳說”、“神馬都是浮云”等，諸如此類。相對之下，創(chuàng)新的學(xué)術(shù)語言卻沉寂無聲。既然我們有如此高的智商，為什么都用到了創(chuàng)造這些無厘頭的嘩眾取寵之語上了呢？顯然，這又是弱智的心態(tài)在作怪，它正在逐漸滲透到我們的骨髓與血液里，讓我們迷失，出賣著自己最原始也最本真的智慧，最終走向死胡同。
也許，“沒文化，真可怕”并不只是一個噱頭。少了書籍的民族，縱使成為了經(jīng)濟發(fā)達的國家，也只能做被他國文化同化的犧牲品。畢竟，弱智的心態(tài)比弱智本身更可怕！
關(guān)鍵詞半導(dǎo)體材料量子線量子點材料光子晶體
1半導(dǎo)體材料的戰(zhàn)略地位
上世紀(jì)中葉，單晶硅和半導(dǎo)體晶體管的發(fā)明及其硅集成電路的研制成功，導(dǎo)致了電子工業(yè)革命；上世紀(jì)70年代初石英光導(dǎo)纖維材料和GaAs激光器的發(fā)明，促進了光纖通信技術(shù)迅速發(fā)展并逐步形成了高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，使人類進入了信息時代。超晶格概念的提出及其半導(dǎo)體超晶格、量子阱材料的研制成功，徹底改變了光電器件的設(shè)計思想，使半導(dǎo)體器件的設(shè)計與制造從“雜質(zhì)工程”發(fā)展到“能帶工程”。納米科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，將使人類能從原子、分子或納米尺度水平上控制、操縱和制造功能強大的新型器件與電路，必將深刻地影響著世界的政治、經(jīng)濟格局和軍事對抗的形式，徹底改變?nèi)藗兊纳罘绞健?/p>
2幾種主要半導(dǎo)體材料的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢
2.1硅材料
從提高硅集成電路成品率，降低成本看，增大直拉硅（CZ－Si）單晶的直徑和減小微缺陷的密度仍是今后CZ－Si發(fā)展的總趨勢。目前直徑為8英寸（200mm）的Si單晶已實現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)，基于直徑為12英寸（300mm）硅片的集成電路（IC‘s）技術(shù)正處在由實驗室向工業(yè)生產(chǎn)轉(zhuǎn)變中。目前300mm，0.18μm工藝的硅ULSI生產(chǎn)線已經(jīng)投入生產(chǎn)，300mm，0.13μm工藝生產(chǎn)線也將在2003年完成評估。18英寸重達414公斤的硅單晶和18英寸的硅園片已在實驗室研制成功，直徑27英寸硅單晶研制也正在積極籌劃中。
從進一步提高硅IC‘S的速度和集成度看，研制適合于硅深亞微米乃至納米工藝所需的大直徑硅外延片會成為硅材料發(fā)展的主流。另外，SOI材料，包括智能剝離（Smartcut）和SIMOX材料等也發(fā)展很快。目前，直徑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開發(fā)中。
理論分析指出30nm左右將是硅MOS集成電路線寬的“極限”尺寸。這不僅是指量子尺寸效應(yīng)對現(xiàn)有器件特性影響所帶來的物理限制和光刻技術(shù)的限制問題，更重要的是將受硅、SiO2自身性質(zhì)的限制。盡管人們正在積極尋找高K介電絕緣材料（如用Si3N4等來替代SiO2），低K介電互連材料，用Cu代替Al引線以及采用系統(tǒng)集成芯片技術(shù)等來提高ULSI的集成度、運算速度和功能，但硅將最終難以滿足人類不斷的對更大信息量需求。為此，人們除尋求基于全新原理的量子計算和DNA生物計算等之外，還把目光放在以GaAs、InP為基的化合物半導(dǎo)體材料，特別是二維超晶格、量子阱，一維量子線與零維量子點材料和可與硅平面工藝兼容GeSi合金材料等，這也是目前半導(dǎo)體材料研發(fā)的重點。
2.2GaAs和InP單晶材料
GaAs和InP與硅不同，它們都是直接帶隙材料，具有電子飽和漂移速度高，耐高溫，抗輻照等特點；在超高速、超高頻、低功耗、低噪音器件和電路，特別在光電子器件和光電集成方面占有獨特的優(yōu)勢。
目前，世界GaAs單晶的總年產(chǎn)量已超過200噸，其中以低位錯密度的垂直梯度凝固法（VGF）和水平（HB）方法生長的2－3英寸的導(dǎo)電GaAs襯底材料為主；近年來，為滿足高速移動通信的迫切需求，大直徑（4，6和8英寸）的SI－GaAs發(fā)展很快。美國莫托羅拉公司正在籌建6英寸的SI－GaAs集成電路生產(chǎn)線。InP具有比GaAs更優(yōu)越的高頻性能，發(fā)展的速度更快，但研制直徑3英寸以上大直徑的InP單晶的關(guān)鍵技術(shù)尚未完全突破，價格居高不下。
GaAs和InP單晶的發(fā)展趨勢是：
（1）。增大晶體直徑，目前4英寸的SI－GaAs已用于生產(chǎn)，預(yù)計本世紀(jì)初的頭幾年直徑為6英寸的SI－GaAs也將投入工業(yè)應(yīng)用。
（2）。提高材料的電學(xué)和光學(xué)微區(qū)均勻性。
（3）。降低單晶的缺陷密度，特別是位錯。
（4）。GaAs和InP單晶的VGF生長技術(shù)發(fā)展很快，很有可能成為主流技術(shù)。
2.3半導(dǎo)體超晶格、量子阱材料
半導(dǎo)體超薄層微結(jié)構(gòu)材料是基于先進生長技術(shù)（MBE，MOCVD）的新一代人工構(gòu)造材料。它以全新的概念改變著光電子和微電子器件的設(shè)計思想，出現(xiàn)了“電學(xué)和光學(xué)特性可剪裁”為特征的新范疇，是新一代固態(tài)量子器件的基礎(chǔ)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基晶格匹配和應(yīng)變補償材料體系已發(fā)展得相當(dāng)成熟，已成功地用來制造超高速，超高頻微電子器件和單片集成電路。高電子遷移率晶體管（HEMT），贗配高電子遷移率晶體管（P－HEMT）器件最好水平已達fmax=600GHz，輸出功率58mW，功率增益6.4db；雙異質(zhì)結(jié)雙極晶體管（HBT）的最高頻率fmax也已高達500GHz，HEMT邏輯電路研制也發(fā)展很快?；谏鲜霾牧象w系的光通信用1.3μm和1.5μm的量子阱激光器和探測器，紅、黃、橙光發(fā)光二極管和紅光激光器以及大功率半導(dǎo)體量子阱激光器已商品化；表面光發(fā)射器件和光雙穩(wěn)器件等也已達到或接近達到實用化水平。目前，研制高質(zhì)量的1.5μm分布反饋（DFB）激光器和電吸收（EA）調(diào)制器單片集成InP基多量子阱材料和超高速驅(qū)動電路所需的低維結(jié)構(gòu)材料是解決光纖通信瓶頸問題的關(guān)鍵，在實驗室西門子公司已完成了80×40Gbps傳輸40km的實驗。另外，用于制造準(zhǔn)連續(xù)兆瓦級大功率激光陣列的高質(zhì)量量子阱材料也受到人們的重視。
雖然常規(guī)量子阱結(jié)構(gòu)端面發(fā)射激光器是目前光電子領(lǐng)域占統(tǒng)治地位的有源器件，但由于其有源區(qū)極?。ā?.01μm）端面光電災(zāi)變損傷，大電流電熱燒毀和光束質(zhì)量差一直是此類激光器的性能改善和功率提高的難題。采用多有源區(qū)量子級聯(lián)耦合是解決此難題的有效途徑之一。我國早在1999年，就研制成功980nmInGaAs帶間量子級聯(lián)激光器，輸出功率達5W以上；2000年初，法國湯姆遜公司又報道了單個激光器準(zhǔn)連續(xù)輸出功率超過10瓦好結(jié)果。最近，我國的科研工作者又提出并開展了多有源區(qū)縱向光耦合垂直腔面發(fā)射激光器研究，這是一種具有高增益、極低閾值、高功率和高光束質(zhì)量的新型激光器，在未來光通信、光互聯(lián)與光電信息處理方面有著良好的應(yīng)用前景。
為克服PN結(jié)半導(dǎo)體激光器的能隙對激光器波長范圍的限制，1994年美國貝爾實驗室發(fā)明了基于量子阱內(nèi)子帶躍遷和阱間共振隧穿的量子級聯(lián)激光器，突破了半導(dǎo)體能隙對波長的限制。自從1994年InGaAs／InAIAs／InP量子級聯(lián)激光器（QCLs）發(fā)明以來，Bell實驗室等的科學(xué)家，在過去的7年多的時間里，QCLs在向大功率、高溫和單膜工作等研究方面取得了顯著的進展。2001年瑞士Neuchatel大學(xué)的科學(xué)家采用雙聲子共振和三量子阱有源區(qū)結(jié)構(gòu)使波長為9.1μm的QCLs的工作溫度高達312K，連續(xù)輸出功率3mW.量子級聯(lián)激光器的工作波長已覆蓋近紅外到遠(yuǎn)紅外波段（3－87μm），并在光通信、超高分辨光譜、超高靈敏氣體傳感器、高速調(diào)制器和無線光學(xué)連接等方面顯示出重要的應(yīng)用前景。中科院上海微系統(tǒng)和信息技術(shù)研究所于1999年研制成功120K5μm和250K8μm的量子級聯(lián)激光器；中科院半導(dǎo)體研究所于2000年又研制成功3.7μm室溫準(zhǔn)連續(xù)應(yīng)變補償量子級聯(lián)激光器，使我國成為能研制這類高質(zhì)量激光器材料為數(shù)不多的幾個國家之一。
目前，Ⅲ－V族超晶格、量子阱材料作為超薄層微結(jié)構(gòu)材料發(fā)展的主流方向，正從直徑3英寸向4英寸過渡；生產(chǎn)型的MBE和M0CVD設(shè)備已研制成功并投入使用，每臺年生產(chǎn)能力可高達3.75×104片4英寸或1.5×104片6英寸。英國卡迪夫的MOCVD中心，法國的PicogigaMBE基地，美國的QED公司，Motorola公司，日本的富士通，NTT，索尼等都有這種外延材料出售。生產(chǎn)型MBE和MOCVD設(shè)備的成熟與應(yīng)用，必然促進襯底材料設(shè)備和材料評價技術(shù)的發(fā)展。
（2）硅基應(yīng)變異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料。
硅基光、電器件集成一直是人們所追求的目標(biāo)。但由于硅是間接帶隙，如何提高硅基材料發(fā)光效率就成為一個亟待解決的問題。雖經(jīng)多年研究，但進展緩慢。人們目前正致力于探索硅基納米材料（納米Si／SiO2），硅基SiGeC體系的Si1－yCy/Si1－xGex低維結(jié)構(gòu)，Ge／Si量子點和量子點超晶格材料，Si／SiC量子點材料，GaN／BP／Si以及GaN／Si材料。最近，在GaN／Si上成功地研制出LED發(fā)光器件和有關(guān)納米硅的受激放大現(xiàn)象的報道，使人們看到了一線希望。
另一方面，GeSi／Si應(yīng)變層超晶格材料，因其在新一代移動通信上的重要應(yīng)用前景，而成為目前硅基材料研究的主流。Si/GeSiMODFET和MOSFET的最高截止頻率已達200GHz，HBT最高振蕩頻率為160GHz，噪音在10GHz下為0.9db，其性能可與GaAs器件相媲美。
盡管GaAs／Si和InP／Si是實現(xiàn)光電子集成理想的材料體系，但由于晶格失配和熱膨脹系數(shù)等不同造成的高密度失配位錯而導(dǎo)致器件性能退化和失效，防礙著它的使用化。最近，Motolora等公司宣稱，他們在12英寸的硅襯底上，用鈦酸鍶作協(xié)變層（柔性層），成功的生長了器件級的GaAs外延薄膜，取得了突破性的進展。
2.4一維量子線、零維量子點半導(dǎo)體微結(jié)構(gòu)材料
基于量子尺寸效應(yīng)、量子干涉效應(yīng)，量子隧穿效應(yīng)和庫侖阻效應(yīng)以及非線性光學(xué)效應(yīng)等的低維半導(dǎo)體材料是一種人工構(gòu)造（通過能帶工程實施）的新型半導(dǎo)體材料，是新一代微電子、光電子器件和電路的基礎(chǔ)。它的發(fā)展與應(yīng)用，極有可能觸發(fā)新的技術(shù)革命。
目前低維半導(dǎo)體材料生長與制備主要集中在幾個比較成熟的材料體系上，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，并在納米微電子和光電子研制方面取得了重大進展。俄羅斯約飛技術(shù)物理所MBE小組，柏林的俄德聯(lián)合研制小組和中科院半導(dǎo)體所半導(dǎo)體材料科學(xué)重點實驗室的MBE小組等研制成功的In（Ga）As／GaAs高功率量子點激光器，工作波長lμm左右，單管室溫連續(xù)輸出功率高達3.6～4W.特別應(yīng)當(dāng)指出的是我國上述的MBE小組，2001年通過在高功率量子點激光器的有源區(qū)材料結(jié)構(gòu)中引入應(yīng)力緩解層，抑制了缺陷和位錯的產(chǎn)生，提高了量子點激光器的工作壽命，室溫下連續(xù)輸出功率為1W時工作壽命超過5000小時，這是大功率激光器的一個關(guān)鍵參數(shù)，至今未見國外報道。
在單電子晶體管和單電子存貯器及其電路的研制方面也獲得了重大進展，1994年日本NTT就研制成功溝道長度為30nm納米單電子晶體管，并在150K觀察到柵控源－漏電流振蕩；1997年美國又報道了可在室溫工作的單電子開關(guān)器件，1998年Yauo等人采用0.25微米工藝技術(shù)實現(xiàn)了128Mb的單電子存貯器原型樣機的制造，這是在單電子器件在高密度存貯電路的應(yīng)用方面邁出的關(guān)鍵一步。目前，基于量子點的自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)計算機，單光子源和應(yīng)用于量子計算的量子比特的構(gòu)建等方面的研究也正在進行中。
與半導(dǎo)體超晶格和量子點結(jié)構(gòu)的生長制備相比，高度有序的半導(dǎo)體量子線的制備技術(shù)難度較大。中科院半導(dǎo)體所半導(dǎo)體材料科學(xué)重點實驗室的MBE小組，在繼利用MBE技術(shù)和SK生長模式，成功地制備了高空間有序的InAs／InAI（Ga）As／InP的量子線和量子線超晶格結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，對InAs／InAlAs量子線超晶格的空間自對準(zhǔn)（垂直或斜對準(zhǔn)）的物理起因和生長控制進行了研究，取得了較大進展。
王中林教授領(lǐng)導(dǎo)的喬治亞理工大學(xué)的材料科學(xué)與工程系和化學(xué)與生物化學(xué)系的研究小組，基于無催化劑、控制生長條件的氧化物粉末的熱蒸發(fā)技術(shù)，成功地合成了諸如ZnO、SnO2、In2O3和Ga2O3等一系列半導(dǎo)體氧化物納米帶，它們與具有圓柱對稱截面的中空納米管或納米線不同，這些原生的納米帶呈現(xiàn)出高純、結(jié)構(gòu)均勻和單晶體，幾乎無缺陷和位錯；納米線呈矩形截面，典型的寬度為20－300nm，寬厚比為5－10，長度可達數(shù)毫米。這種半導(dǎo)體氧化物納米帶是一個理想的材料體系，可以用來研究載流子維度受限的輸運現(xiàn)象和基于它的功能器件制造。香港城市大學(xué)李述湯教授和瑞典隆德大學(xué)固體物理系納米中心的LarsSamuelson教授領(lǐng)導(dǎo)的小組，分別在SiO2／Si和InAs／InP半導(dǎo)體量子線超晶格結(jié)構(gòu)的生長制各方面也取得了重要進展。
低維半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)制備的方法很多，主要有：微結(jié)構(gòu)材料生長和精細(xì)加工工藝相結(jié)合的方法，應(yīng)變自組裝量子線、量子點材料生長技術(shù)，圖形化襯底和不同取向晶面選擇生長技術(shù)，單原子操縱和加工技術(shù)，納米結(jié)構(gòu)的輻照制備技術(shù)，及其在沸石的籠子中、納米碳管和溶液中等通過物理或化學(xué)方法制備量子點和量子線的技術(shù)等。目前發(fā)展的主要趨勢是尋找原子級無損傷加工方法和納米結(jié)構(gòu)的應(yīng)變自組裝可控生長技術(shù)，以求獲得大小、形狀均勻、密度可控的無缺陷納米結(jié)構(gòu)。
2.5寬帶隙半導(dǎo)體材料
寬帶隙半導(dǎo)體材主要指的是金剛石，III族氮化物，碳化硅，立方氮化硼以及氧化物（ZnO等）及固溶體等，特別是SiC、GaN和金剛石薄膜等材料，因具有高熱導(dǎo)率、高電子飽和漂移速度和大臨界擊穿電壓等特點，成為研制高頻大功率、耐高溫、抗輻照半導(dǎo)體微電子器件和電路的理想材料；在通信、汽車、航空、航天、石油開采以及國防等方面有著廣泛的應(yīng)用前景。另外，III族氮化物也是很好的光電子材料，在藍、綠光發(fā)光二極管（LED）和紫、藍、綠光激光器（LD）以及紫外探測器等應(yīng)用方面也顯示了廣泛的應(yīng)用前景。隨著1993年GaN材料的P型摻雜突破，GaN基材料成為藍綠光發(fā)光材料的研究熱點。目前，GaN基藍綠光發(fā)光二極管己商品化，GaN基LD也有商品出售，最大輸出功率為0.5W.在微電子器件研制方面，GaN基FET的最高工作頻率（fmax）已達140GHz，fT=67GHz，跨導(dǎo)為260ms／mm；HEMT器件也相繼問世，發(fā)展很快。此外，256×256GaN基紫外光電焦平面陣列探測器也已研制成功。特別值得提出的是，日本Sumitomo電子工業(yè)有限公司2000年宣稱，他們采用熱力學(xué)方法已研制成功2英寸GaN單晶材料，這將有力的推動藍光激光器和GaN基電子器件的發(fā)展。另外，近年來具有反常帶隙彎曲的窄禁帶InAsN，InGaAsN，GaNP和GaNAsP材料的研制也受到了重視，這是因為它們在長波長光通信用高T0光源和太陽能電池等方面顯示了重要應(yīng)用前景。
以Cree公司為代表的體SiC單晶的研制已取得突破性進展，2英寸的4H和6HSiC單晶與外延片，以及3英寸的4HSiC單晶己有商品出售；以SiC為GaN基材料襯低的藍綠光LED業(yè)已上市，并參于與以藍寶石為襯低的GaN基發(fā)光器件的竟?fàn)?。其他SiC相關(guān)高溫器件的研制也取得了長足的進步。目前存在的主要問題是材料中的缺陷密度高，且價格昂貴。
II－VI族蘭綠光材料研制在徘徊了近30年后，于1990年美國3M公司成功地解決了II－VI族的P型摻雜難點而得到迅速發(fā)展。1991年3M公司利用MBE技術(shù)率先宣布了電注入（Zn，Cd）Se／ZnSe蘭光激光器在77K（495nm）脈沖輸出功率100mW的消息，開始了II－VI族蘭綠光半導(dǎo)體激光（材料）器件研制的。經(jīng)過多年的努力，目前ZnSe基II－VI族蘭綠光激光器的壽命雖已超過1000小時，但離使用差距尚大，加之GaN基材料的迅速發(fā)展和應(yīng)用，使II－VI族蘭綠光材料研制步伐有所變緩。提高有源區(qū)材料的完整性，特別是要降低由非化學(xué)配比導(dǎo)致的點缺陷密度和進一步降低失配位錯和解決歐姆接觸等問題，仍是該材料體系走向?qū)嵱没氨仨氁鉀Q的問題。
寬帶隙半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料往往也是典型的大失配異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料，所謂大失配異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料是指晶格常數(shù)、熱膨脹系數(shù)或晶體的對稱性等物理參數(shù)有較大差異的材料體系，如GaN／藍寶石（Sapphire），SiC／Si和GaN／Si等。大晶格失配引發(fā)界面處大量位錯和缺陷的產(chǎn)生，極大地影響著微結(jié)構(gòu)材料的光電性能及其器件應(yīng)用。如何避免和消除這一負(fù)面影響，是目前材料制備中的一個迫切要解決的關(guān)鍵科學(xué)問題。這個問題的解泱，必將大大地拓寬材料的可選擇余地，開辟新的應(yīng)用領(lǐng)域。
目前，除SiC單晶襯低材料，GaN基藍光LED材料和器件已有商品出售外，大多數(shù)高溫半導(dǎo)體材料仍處在實驗室研制階段，不少影響這類材料發(fā)展的關(guān)鍵問題，如GaN襯底，ZnO單晶簿膜制備，P型摻雜和歐姆電極接觸，單晶金剛石薄膜生長與N型摻雜，II－VI族材料的退化機理等仍是制約這些材料實用化的關(guān)鍵問題，國內(nèi)外雖已做了大量的研究，至今尚未取得重大突破。
3光子晶體
光子晶體是一種人工微結(jié)構(gòu)材料，介電常數(shù)周期的被調(diào)制在與工作波長相比擬的尺度，來自結(jié)構(gòu)單元的散射波的多重干涉形成一個光子帶隙，與半導(dǎo)體材料的電子能隙相似，并可用類似于固態(tài)晶體中的能帶論來描述三維周期介電結(jié)構(gòu)中光波的傳播，相應(yīng)光子晶體光帶隙（禁帶）能量的光波模式在其中的傳播是被禁止的。如果光子晶體的周期性被破壞，那么在禁帶中也會引入所謂的“施主”和“受主”模，光子態(tài)密度隨光子晶體維度降低而量子化。如三維受限的“受主”摻雜的光子晶體有希望制成非常高Q值的單模微腔，從而為研制高質(zhì)量微腔激光器開辟新的途徑。光子晶體的制備方法主要有：聚焦離子束（FIB）結(jié)合脈沖激光蒸發(fā)方法，即先用脈沖激光蒸發(fā)制備如Ag/MnO多層膜，再用FIB注入隔離形成一維或二維平面陣列光子晶體；基于功能粒子（磁性納米顆粒Fe2O3，發(fā)光納米顆粒CdS和介電納米顆粒TiO2）和共軛高分子的自組裝方法，可形成適用于可光范圍的三維納米顆粒光子晶體；二維多空硅也可制作成一個理想的3－5μm和1.5μm光子帶隙材料等。目前，二維光子晶體制造已取得很大進展，但三維光子晶體的研究，仍是一個具有挑戰(zhàn)性的課題。最近，Campbell等人提出了全息光柵光刻的方法來制造三維光子晶體，取得了進展。
4量子比特構(gòu)建與材料
隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，計算機芯片集成度不斷增高，器件尺寸越來越?。╪m尺度）并最終將受到器件工作原理和工藝技術(shù)限制，而無法滿足人類對更大信息量的需求。為此，發(fā)展基于全新原理和結(jié)構(gòu)的功能強大的計算機是21世紀(jì)人類面臨的巨大挑戰(zhàn)之一。1994年Shor基于量子態(tài)疊加性提出的量子并行算法并證明可輕而易舉地破譯目前廣泛使用的公開密鑰Rivest，Shamir和Adlman（RSA）體系，引起了人們的廣泛重視。
所謂量子計算機是應(yīng)用量子力學(xué)原理進行計的裝置，理論上講它比傳統(tǒng)計算機有更快的運算速度，更大信息傳遞量和更高信息安全保障，有可能超越目前計算機理想極限。實現(xiàn)量子比特構(gòu)造和量子計算機的設(shè)想方案很多，其中最引人注目的是Kane最近提出的一個實現(xiàn)大規(guī)模量子計算的方案。其核心是利用硅納米電子器件中磷施主核自旋進行信息編碼，通過外加電場控制核自旋間相互作用實現(xiàn)其邏輯運算，自旋測量是由自旋極化電子電流來完成，計算機要工作在mK的低溫下。
這種量子計算機的最終實現(xiàn)依賴于與硅平面工藝兼容的硅納米電子技術(shù)的發(fā)展。除此之外，為了避免雜質(zhì)對磷核自旋的干擾，必需使用高純（無雜質(zhì)）和不存在核自旋不等于零的硅同位素（29Si）的硅單晶；減小SiO2絕緣層的無序漲落以及如何在硅里摻入規(guī)則的磷原子陣列等是實現(xiàn)量子計算的關(guān)鍵。量子態(tài)在傳輸，處理和存儲過程中可能因環(huán)境的耦合（干擾），而從量子疊加態(tài)演化成經(jīng)典的混合態(tài)，即所謂失去相干，特別是在大規(guī)模計算中能否始終保持量子態(tài)間的相干是量子計算機走向?qū)嵱没八匦杩朔碾y題。
5發(fā)展我國半導(dǎo)體材料的幾點建議
鑒于我國目前的工業(yè)基礎(chǔ)，國力和半導(dǎo)體材料的發(fā)展水平，提出以下發(fā)展建議供參考。
5.1硅單晶和外延材料硅材料作為微電子技術(shù)的主導(dǎo)地位
至少到本世紀(jì)中葉都不會改變，至今國內(nèi)各大集成電路制造廠家所需的硅片基本上是依賴進口。目前國內(nèi)雖已可拉制8英寸的硅單晶和小批量生產(chǎn)6英寸的硅外延片，然而都未形成穩(wěn)定的批量生產(chǎn)能力，更談不上規(guī)模生產(chǎn)。建議國家集中人力和財力，首先開展8英寸硅單晶實用化和6英寸硅外延片研究開發(fā)，在“十五”的后期，爭取做到8英寸集成電路生產(chǎn)線用硅單晶材料的國產(chǎn)化，并有6～8英寸硅片的批量供片能力。到2010年左右，我國應(yīng)有8～12英寸硅單晶、片材和8英寸硅外延片的規(guī)模生產(chǎn)能力；更大直徑的硅單晶、片材和外延片也應(yīng)及時布點研制。另外，硅多晶材料生產(chǎn)基地及其相配套的高純石英、氣體和化學(xué)試劑等也必需同時給以重視，只有這樣，才能逐步改觀我國微電子技術(shù)的落后局面，進入世界發(fā)達國家之林。
5.2GaAs及其有關(guān)化合物半導(dǎo)體單晶材料發(fā)展建議
GaAs、InP等單晶材料同國外的差距主要表現(xiàn)在拉晶和晶片加工設(shè)備落后，沒有形成生產(chǎn)能力。相信在國家各部委的統(tǒng)一組織、領(lǐng)導(dǎo)下，并爭取企業(yè)介入，建立我國自己的研究、開發(fā)和生產(chǎn)聯(lián)合體，取各家之長，分工協(xié)作，到2010年趕上世界先進水平是可能的。要達到上述目的，到“十五”末應(yīng)形成以4英寸單晶為主2－3噸／年的SI－GaAs和3－5噸／年摻雜GaAs、InP單晶和開盒就用晶片的生產(chǎn)能力，以滿足我國不斷發(fā)展的微電子和光電子工業(yè)的需術(shù)。到2010年，應(yīng)當(dāng)實現(xiàn)4英寸GaAs生產(chǎn)線的國產(chǎn)化，并具有滿足6英寸線的供片能力。
5.3發(fā)展超晶格、量子阱和一維、零維半導(dǎo)體微結(jié)構(gòu)材料的建議
（1）超晶格、量子阱材料從目前我國國力和我們已有的基礎(chǔ)出發(fā)，應(yīng)以三基色（超高亮度紅、綠和藍光）材料和光通信材料為主攻方向，并兼顧新一代微電子器件和電路的需求，加強MBE和MOCVD兩個基地的建設(shè)，引進必要的適合批量生產(chǎn)的工業(yè)型MBE和MOCVD設(shè)備并著重致力于GaAlAs／GaAs，InGaAlP／InGaP，GaN基藍綠光材料，InGaAs／InP和InGaAsP／InP等材料體系的實用化研究是當(dāng)務(wù)之急，爭取在“十五”末，能滿足國內(nèi)2、3和4英寸GaAs生產(chǎn)線所需要的異質(zhì)結(jié)材料。到2010年，每年能具備至少100萬平方英寸MBE和MOCVD微電子和光電子微結(jié)構(gòu)材料的生產(chǎn)能力。達到本世紀(jì)初的國際水平。
寬帶隙高溫半導(dǎo)體材料如SiC，GaN基微電子材料和單晶金剛石薄膜以及ZnO等材料也應(yīng)擇優(yōu)布點，分別做好研究與開發(fā)工作。
（2）一維和零維半導(dǎo)體材料的發(fā)展設(shè)想?；诘途S半導(dǎo)體微結(jié)構(gòu)材料的固態(tài)納米量子器件，目前雖然仍處在預(yù)研階段，但極其重要，極有可能觸發(fā)微電子、光電子技術(shù)新的革命。低維量子器件的制造依賴于低維結(jié)構(gòu)材料生長和納米加工技術(shù)的進步，而納米結(jié)構(gòu)材料的質(zhì)量又很大程度上取決于生長和制備技術(shù)的水平。因而，集中人力、物力建設(shè)我國自己的納米科學(xué)與技術(shù)研究發(fā)展中心就成為了成敗的關(guān)鍵。具體目標(biāo)是，“十五”末，在半導(dǎo)體量子線、量子點材料制備，量子器件研制和系統(tǒng)集成等若干個重要研究方向接近當(dāng)時的國際先進水平；2010年在有實用化前景的量子點激光器，量子共振隧穿器件和單電子器件及其集成等研發(fā)方面，達到國際先進水平，并在國際該領(lǐng)域占有一席之地。可以預(yù)料，它的實施必將極大地增強我國的經(jīng)濟和國防實力。
專業(yè)導(dǎo)論課是一門導(dǎo)論性質(zhì)課程，是引導(dǎo)學(xué)生了解所學(xué)專業(yè)和相關(guān)專業(yè)的入門課程，其內(nèi)容一般包括如下幾個方面：系統(tǒng)地介紹專業(yè)背景和特點、本專業(yè)人才培養(yǎng)方案的課程體系及相互關(guān)系、基本專業(yè)知識、專業(yè)延伸及交叉學(xué)科、本科專業(yè)與研究生學(xué)科的對接關(guān)系等，以及大學(xué)成長規(guī)劃和職業(yè)生涯規(guī)劃的內(nèi)容。1.導(dǎo)論一，第一講：緒言（2學(xué)時）。以解疑的方式引導(dǎo)學(xué)生了解本專業(yè)、產(chǎn)生和增進對本專業(yè)的興趣，并以漸進式深入理解本專業(yè)的內(nèi)涵和本專業(yè)人才培養(yǎng)方案的內(nèi)涵。關(guān)于特種能源工程與煙火技術(shù)專業(yè)———簡介、歷史沿革、國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀、前景；關(guān)于專業(yè)培養(yǎng)方案；本專業(yè)學(xué)生對本專業(yè)的了解、問題討論與解答。請思考：你想成為什么樣的人？Whattobe？Whattodo？如何使自己變聰明？“天道酬勤”。2.第二講：火炸藥科學(xué)技術(shù)（一）火炸藥科學(xué)基礎(chǔ)及新發(fā)展（2學(xué)時）。介紹火炸藥科學(xué)技術(shù)的基本專業(yè)知識，所涉及的領(lǐng)域，國內(nèi)外現(xiàn)狀及新發(fā)展、發(fā)展趨勢以及火炸藥的應(yīng)用技術(shù)，增進學(xué)生對本專業(yè)的了解和興趣；并指出相關(guān)內(nèi)容對應(yīng)的專業(yè)課程及基礎(chǔ)理論課程，提高同學(xué)們對基礎(chǔ)理論課程學(xué)習(xí)的興趣和重視程度。問題：什么是含能材料？含能材料的特點是什么？舉例說明。按用途，含能材料怎樣分類？其能量釋放特點和做功形式各是怎樣的？談?wù)勀銓μ胤N能源工程與煙火技術(shù)專業(yè)的認(rèn)識。你計劃怎樣去學(xué)好本專業(yè)？你有怎樣的專業(yè)設(shè)想？請問同學(xué)們：你將采用什么樣的方式、途徑和辦法去解決自己在專業(yè)上遇到的困惑以及大學(xué)期間成長過程中遇到的各種問題和困難？3.第三講：火炸藥科學(xué)技術(shù)（二）火炸藥的安全與環(huán)保技術(shù)（2學(xué)時）。介紹火炸藥的安全與環(huán)保技術(shù)的基本知識，使學(xué)生了解基本的火炸藥的安全與環(huán)保技術(shù)、方法。4.第四講：應(yīng)對就業(yè)我們的成長規(guī)劃———與四年級學(xué)長的對談（2學(xué)時）。以畢業(yè)班畢業(yè)、就業(yè)為契機，邀請各年級同學(xué)以專業(yè)、就業(yè)、成長為主題，與特能大一同學(xué)開展交流，引導(dǎo)學(xué)生從大一開始設(shè)計自己的大學(xué)成長規(guī)劃，對學(xué)習(xí)的能力、做事的能力、交流的能力、合作的能力等各種能力及自信、誠信、勤奮等素質(zhì)進行有規(guī)劃、有實施方案的自我培養(yǎng)和自我管理。自己對自己負(fù)責(zé)。每個人記錄自己的成長，為自己的成長留下一份檔案。5.導(dǎo)論2，第一講：煙火技術(shù)（一）煙火技術(shù)基礎(chǔ)及新發(fā)展（2學(xué)時）。介紹煙火技術(shù)的基本專業(yè)知識、所涉及的領(lǐng)域、國內(nèi)外現(xiàn)狀及新發(fā)展、發(fā)展趨勢，增進學(xué)生對本專業(yè)的了解和興趣；并指出相關(guān)內(nèi)容對應(yīng)的專業(yè)課程及基礎(chǔ)理論課程，提高同學(xué)們對基礎(chǔ)理論課程學(xué)習(xí)的興趣和重視程度。6.第二講：煙火技術(shù)（二）火工煙火安全技術(shù)（2學(xué)時）。介紹火工煙火安全技術(shù)的基本專業(yè)知識，使學(xué)生了解基本的火工煙火安全技術(shù)和方法。7.第三講：論我們的專業(yè)———論文寫作與討論（2學(xué)時）。引導(dǎo)學(xué)生對感興趣的專業(yè)領(lǐng)域和方向進行文獻資料查閱和假期社會實踐調(diào)研，并進行論文寫作。對學(xué)生的論文作品和專題進行點評并展開討論。提高學(xué)生對本專業(yè)的了解和興趣的同時，培養(yǎng)學(xué)生的表達交流熱情和能力。培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的熱情和能力、思考問題和解決問題的能力（研究的能力）、討論交流的能力和合作的能力。并引導(dǎo)學(xué)生積極參加學(xué)院學(xué)校組織的各類講座包括專業(yè)學(xué)術(shù)講座、科學(xué)講座、人文社科類講座等。8.第四講：興趣、專業(yè)興趣與我們的專業(yè)成長（職業(yè)生涯）規(guī)劃（2學(xué)時）。就此專題，邀請學(xué)院學(xué)生工作經(jīng)驗豐富的老師和畢業(yè)班級在專業(yè)和就業(yè)方面的典型，和同學(xué)們展開熱烈地討論，并使同學(xué)們實際行動起來，建立規(guī)劃并實施。
二、專業(yè)導(dǎo)論課的教學(xué)模式設(shè)計與實施
基于專業(yè)導(dǎo)論課的教學(xué)內(nèi)容安排和大一學(xué)生的學(xué)情，在專業(yè)導(dǎo)論課的教學(xué)設(shè)計中采用了多種形式，包括：課堂講述、主題調(diào)研報告、學(xué)研小組、專業(yè)論壇、專家講座、開放專業(yè)實驗等。首先，在大一新生的專業(yè)導(dǎo)論課上，學(xué)生會非常期待一場系統(tǒng)的、寬博的、具體的專業(yè)相關(guān)內(nèi)容介紹，他們急切地想要了解自己所在的專業(yè)、要學(xué)什么、要做什么及將來的發(fā)展前景。因此，系統(tǒng)地講述專業(yè)相關(guān)內(nèi)容是專業(yè)導(dǎo)論極其重要的第一堂課。在講述中引用實例，加入調(diào)查性的提問引起討論，以活躍課堂氣氛并激發(fā)學(xué)生思考某些問題。另外，專家講座是一個有益的補充。有專長、有成就的本學(xué)科領(lǐng)域內(nèi)的專家一定程度上代表著專業(yè)的被認(rèn)可度，會帶來一種榜樣的力量。更多的專業(yè)相關(guān)知識和問題，在講述了基本的基礎(chǔ)知識的基礎(chǔ)上，則引導(dǎo)學(xué)生自己通過多種途徑去調(diào)研，培養(yǎng)學(xué)生閱讀、寫作及溝通的能力。就這一環(huán)節(jié)，始終圍繞一個“導(dǎo)”字，設(shè)計了專業(yè)論壇、專業(yè)主題調(diào)研、小組報告、學(xué)研小組等形式，引導(dǎo)學(xué)生開展自主性的專業(yè)相關(guān)主題調(diào)研、引導(dǎo)學(xué)生進行小組合作并培養(yǎng)團隊精神、引導(dǎo)學(xué)生面對問題時學(xué)會多種途徑去解疑釋惑，促使學(xué)生“自己動手，豐衣足食”，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、思考問題和解決問題的能力以及團隊合作的能力。實踐表明，這些在大一時就積極參與實驗的學(xué)生在后來參加大學(xué)生科技創(chuàng)新訓(xùn)練項目和創(chuàng)新實踐比賽中都表現(xiàn)出了優(yōu)勢。按照課程教學(xué)要求，專業(yè)導(dǎo)論課中必須開設(shè)大學(xué)成長規(guī)劃和職業(yè)生涯規(guī)劃的內(nèi)容。在這一部分中，鼓勵學(xué)生設(shè)計并展示自己的大學(xué)成長規(guī)劃和職業(yè)生涯規(guī)劃并展開討論，引導(dǎo)學(xué)生審視自己的人生理想、職業(yè)理想，“不積跬步，無以至千里”，進行大學(xué)成長規(guī)劃和職業(yè)生涯規(guī)劃并實施之，逐步成長。這一點，從學(xué)生的反饋來看，還需要在之后的每一學(xué)期進行督導(dǎo)。
三、專業(yè)導(dǎo)論課的課程考核
致商務(wù)管理專業(yè)畢業(yè)論文指導(dǎo)教師的一封信
尊敬的老師：
您好！
非常榮幸能邀請您到我機構(gòu)擔(dān)任畢業(yè)論文指導(dǎo)老師，感謝您的信任和支持！相信您與我們一樣，愿意為渴望提升學(xué)歷、豐富自身學(xué)識而踏上自考之路的學(xué)子提供幫助，也相信我們會愉快的長久合作！
我們將竭誠為您提供以下保障和服務(wù)：
1、提供主考院校的論文寫作要求，論文格式要求及范文。
2、組織好學(xué)生參加師生見面會與論文答辯會，督促學(xué)生定期與老師聯(lián)系溝通論文寫作事宜；
3、做好接待及安排的工作；
4、按時支付論文指導(dǎo)、答辯費。
您的論文指導(dǎo)、答辯費標(biāo)準(zhǔn)為元/人，其中，推遲答辯、論文成績不合格的學(xué)生不計論文指導(dǎo)費用。
同時，也希望您按以下要求指導(dǎo)學(xué)生撰寫畢業(yè)論文:
1、論文指導(dǎo)教師須出席師生見面會，幫助學(xué)生做好選題工作（盡量避免學(xué)生“大題小作”的情況）。學(xué)生選定題目后，指導(dǎo)老師要向?qū)W生介紹論文題目的意義和要求、論文格式，指導(dǎo)學(xué)生收集和閱讀有關(guān)的參考材料，介紹必要的參考書目。
2、論文的指導(dǎo)形式主要分為面對面指導(dǎo)、電話及E-mail等多種形式。
3、請保質(zhì)保量按時完成論文指導(dǎo)任務(wù)。
（1）在論文指導(dǎo)過程的初始階段，論文指導(dǎo)教師應(yīng)本著高度負(fù)責(zé)的態(tài)度，指導(dǎo)學(xué)生開展社會調(diào)查，收集第一手資料，做好調(diào)查材料的研究和分類，用社會調(diào)查得到的材料，作為文章的論據(jù)，并引導(dǎo)學(xué)生擬定論文提綱。
（2）論文撰寫周期為三個月，寫作的流程分為：大綱初稿二稿三稿（定稿），大綱時間為6月25日至7月10日，初稿時間為7月11日至8月20日，二稿時間為8月21日至9月5日，定稿的時間為9月20日（即學(xué)生在9月20日可以將論文定稿打印、裝訂）。論文指導(dǎo)教師須指導(dǎo)學(xué)生制定撰寫畢業(yè)論文的具體進度、計劃，按寫作計劃檢查學(xué)生論文的進展情況，督促學(xué)生加快論文撰寫的進度，并將學(xué)生的論文撰寫進度情況及時反饋給我們（在《畢業(yè)論文分組名單》大綱情況、初稿情況、定稿情況欄中直接填寫）。
同時，指導(dǎo)教師還需耐心細(xì)致地修改論文，從結(jié)構(gòu)、內(nèi)容、語言、格式等方面給學(xué)生提供指導(dǎo)，對畢業(yè)論文中存在的問題應(yīng)給予及時指導(dǎo)，并幫助學(xué)生解決問題。請論文指導(dǎo)教師務(wù)必督促學(xué)生嚴(yán)格按照博導(dǎo)發(fā)放的論文格式要求完成畢業(yè)論文寫作，在規(guī)定時間內(nèi)給學(xué)生定稿。
4、受聘老師須審閱論文，評定論文成績，并指導(dǎo)學(xué)生論文提要的寫作及論文答辯的方法和技巧，按時評定成績和填寫評語。學(xué)生定稿后一周內(nèi)，指導(dǎo)老師需要提供給我機構(gòu)的資料有：
（1）《畢業(yè)論文成績登記表》。（學(xué)生會將電子版的《深圳大學(xué)管理學(xué)院自學(xué)考試本科畢業(yè)論文成績登記表》發(fā)送給論文指導(dǎo)老師），請論文指導(dǎo)老師將《成績登記表》打印出來并以手寫的方式填寫，填寫的內(nèi)容包括：指導(dǎo)老師評語（黑色簽字筆填寫）、指導(dǎo)老師簽名（黑色簽字筆填寫）、論文成績（用鉛筆填寫），填寫完后于2011年9月28日之前交給我機構(gòu)畢業(yè)論文工作的主要負(fù)責(zé)人孫曼老師或李紅老師。
（2）《畢業(yè)論文分組名單》。成績請?zhí)顚懺凇懂厴I(yè)論文分組名單》成績欄里，評分具體做法：評分采用百分制，其中優(yōu)秀（90分以上）的比例不超過本次指導(dǎo)人數(shù)的15%，填寫完畢后請于答辯會之前將電子版發(fā)到博導(dǎo)論文的郵箱（bodaolunwen_swgl@163.com）。
（3）論文答辯題目。請各位指導(dǎo)老師針對所指導(dǎo)的學(xué)生的畢業(yè)論文，給出三道答辯題目，填寫在《論文答辯題目》中。
論文指導(dǎo)老師如在指導(dǎo)論文寫作的過程中遇到問題，請與我機構(gòu)畢業(yè)論文工作的主要負(fù)責(zé)人 孫曼老師：辦公電話：020-22855507。
李紅老師：辦公電話：020-22855685，QQ：1442024058。
5、出席答辯會，評定最終成績。
備注：1、本次論文答辯采取筆答和口答相結(jié)合的形式，答辯時間將定于10月中旬左右，具體安排，另行通知。
2、請指導(dǎo)老師在指導(dǎo)論文過程中核對學(xué)生的姓名，如有不是我們指定名單的學(xué)生，我們將不給予支付論文指導(dǎo)、答辯費。
此致
敬禮！
