发布时间:2022-12-05 03:50:19
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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。
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。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。
论文关键词:网络会计;存在问题;主要对策
1网络会计的概念
网络会计是建立在网络环境基础上的会计信息系统,并在互联网环境下对各种交易和事项进行确认、计量和披露的会计活动。是电子商务的重要组成部分。
2网络会计的优点
网络会计既是对传统会计的继承,又是对传统会计的发展它与传统会计相比,具有以下几个方面的优点。
2.1打破传统会计的管理模式
2.1.1会计职能发生变化
传统会计的基本职能是核算与监督,会计管理工作主要局限在对会计事项本身的记账、算账和审核上。企业进入网络化管理后,财务会计与管理会计职能必相融合,形成高度发展的管理型会计信息系统。会计信息系统的功能将不再是单一的核算功能而将预测、决策、控制等管理功能纳入系统内。
2.1.2会计管理信息系统的全面化
网络会计兼有会计业务处理层、信息管理层、会计决策层与决策支持层在内的多层次网络结构信息系统。以便会计在实现资金流管理的同时进行物流管理,真正实现购销存业务、会计核算财务监控的一体化管理,成为企业管理中最有效的决策支持系统。
2.2加快会计管理工作的时效
互联网打破了物理距离限制的同时还打破了时间的限制,使企业会计工作变得及时和迅速。
2.2.1消除了财务会计管理和经营业务活动运作上的时间差。实现了财务管理与业务之间的协同化
在网络会计环境下,企业各职能部门之间信息能够得以相互连接,彼此共享,从根本上改变了财务与业务不对称得滞后现象使企业的财务资源配置与业务动作协调同步。
2.2.2财务信息的及时生成,财务会计管理工作实现了由静态管理向动态管理的跨越
财务信息数据的处理是实时的,不论业务发生在企业的内部还是外部,该业务一旦被确认,都将立即被存人相应的服务器并主动送到财务信息系统,使业务信息实时转化且自动生成。
2.3提高会计工作手段
传统会计是通过纸质的凭证、账簿、报表反映企业的财务状况和经营成果。而网络会计的会计信息载体由纸张变为磁介质和光电介质,这种替代从根本上消除了信息处理过程中对信息分类、加工和利用等技术的限制,利用同一基础数据便可供不同的人在不同的地方进行信息加工和利用。会计手段发生了革命性变化。
2.4改变会计人员的工作方式
传统手工操作条件下,会计人员主要是进行会计核算。网络会计要求会计人员改变其工作方式,不断适应会计环境的变化,实现由核算型会计向核算管理型会计转变,采用联机实时操作,主动获取与提供相结合的一种人机交互式的会计信息系统,为会计信息使用者实旅经济管理与决策提供及时、准确、系统的信息。
2.5拓展传统财务会计报告的结构和内容
在传统财务会计工作中,财务报表是财务报告的核心。附表、附注提供报表以外货币性信息和非货币性信息,它们是财务报表的重要补充在网络会计中,财务数据的收集、加工、处理都可以实时进行,不仅迅捷,而且可以双向交流财务信息。甚至报表阅读者可以根据自身的需要,以财务会计的原始数据为基础,进行再加工,获得更深入的信息。另一方面网络会计环境下的财务报告对以前并不重要的信息或受成本效益原则约束无法披露的信息,都能进行充分及时的披露。
3网络会计发展中存在的问题
如上所述,网络会计具有的优越性是肯定的。但是网络会计是在网络环境下运行的,它不可避免地存有若干不足,下面探讨的是网络会计发展中存在的几个问题。
3.1安全风险
3.1.1网络系统的安全风险
由于互联网的开放性,任何人都能够从互联网上获取计算机系统的共享信息资源,这便会给非善意访问者带来可乘之机,比如黑客对互联网系统的蓄意危害。另外,网络软件自身的缺陷及通信线路不稳定等因素也是网络系统的安全隐患。
3.1.2会计信息的安全风险
会计信息是反映企业财务状况和经营成果的重要依据,不得随意泄露、破坏和遗失。在网络环境下,各种计算机系统互相连接,从而使系统间的数据流动性很大,大量的会计信息置身于开放的网络中,存在被截取、篡改、泄露机密等安全风险,很难保证其安全性。
3.2失效风险
3.2.1企业内部控制的失效风险
传统会计系统强调对业务活动的使用授权批准及职责性、正确性、合法性。但是在网络会计环境中,会计信息存储于网络系统,大量不同的会计业务交叉在一起,加上信息资源的共享,财务信息复杂,使传统会计系统中某些职权分工、相互牵制的控制失效。传统会计账簿之间互相核对实现的差错纠正控制已经不复存在,在网络会计环境下,其光、电、磁介质所载信息可以不留痕迹地被修改或删除。
3.2.2会计档案保存的失效风险
网络会计所使用的财务软件不能将兼容以前版本或其他版本,以前的会计信息有可能不能被及时录入网络财务系统。对于隔代保存的会计档案更不可能兼容,因而原有会计档案在新的网络财务系统中无法查询。因此,企业所保存的磁带、磁盘等数据资料面临失效风险。
3.3会计从业人员的适应性问题
网络会计环境下的会计从业人员应当熟悉计算机网络和网络信息技术,掌握网络会计常见故障的排除方法及相应的维护措施,了解有关电子商务知识和国际电子交易的法律法规,具备商务经营管理和国际社会文化背景知识,精通会计知识。目前,这样的复合型人才在我国还非常缺乏。大多数会计人员文化程度不是很高、对新事物的接受能力不是很强,限制了电子商务在我国的发展以及会计信息系统的普及和有效利用。
4解决网络会计中存在问题的对策
4.1针对安全风险的对策
4.1.1网络系统安全控制措施
一方面,严格控制系统软件的安装与修改对工作上的文件属性可采用隐含只读等加密措施,或利用网络设置软件对各工作站点规定访问共享区的存取权限命令等保密方式,避免会计数据文件被意外删除或破坏。对系统软件进行定期地预测性检查,系统破坏时,要求系统软件具有紧急相应、强制备份和快速恢复的功能。另一方面,为防止非法用户对网络环境下会计系统的入侵,可以采取端口技术和防火墙技术,以防止网上黑客的恶意攻击及网络病毒的侵害。
4.1.2网络会计信息安全控制措施
会计信息安全控制一般是通过信息存取安全技术和会计数据加密来达到的,其中,数据加密是网络会计系统中防止会计信息失真的最基本的防范措施。另外,也可以通过加强立法来保障会计信息的安全性。超级秘书网
4、2针对失效风险的对策
4.2.1企业内部控制失效的防范措施
控制范围应有原来单一的财务部门转变为财务部门与计算机管理部门共同控制。控制方式应有单纯的手工控制转化为组织控制、手工控制和程序控制相结合的全面内部控制,这样就可以解决网络系统内部控制失效风险。
4.2.2会计档案保存失效的防范措施
制定和执行标准的财务软件数据转换接口,使不同开发商的软件能够相互兼容会计数据,,便于财务软件的升级,以解决会计档案保存失效风险。
4.3针对会计从业人员适应性问题的对策
【关键词】半导体材料;发展;现状
半导体材料这一概念第一次被提出是在二十世纪,被维斯和他的伙伴考尼白格首次提及并使用,半导体材料从那时起便不断的进步发展,伴随着现代化的生活方式对一些数字产品的应用需求,社会对半导体材料推出了更高的要求,这使得半导体材料得到了飞跃性的发展【1】。本篇论文就半导体材料的概念性理解,半导体材料的历史性发展,新一代半导体材料的举例以及发展应用现状等方面展开了基本论述,谈论我国在半导体材料这一领域的应用与发展的实际情形。
1.对半导体材料的概念性理解
对半导体材料的理解不能脱离当今二十一世纪这个有着高需求和高速度特点的时代,这个时代同时也是崇尚环保观念,倡导能源节约的时代,因此新的信息时代下半导体的发展要脱离以往传统的发展模式,向新的目标迈进。
首先,我们要了解什么是半导体材料,这将为接下来的论述打下概念性的基础。众所周知,气体,液体,固体等状态都可称之为物质的存在状态,还有一些绝缘体,绝缘体是指导热性或者导电性较差的物质,比如陶瓷和琥珀,通常把F,银,金,铜等导热性和导电性较好的一类物质成为导体,所以顾名思义,半导体既不属于绝缘体,也不属于导体,它是介于导体和绝缘体性质之间的一种物质【2】。半导体没有导体和绝缘体发现的时间早,大约在二十世纪三十年代左右才被发现,这也是由于技术原因,因为鉴定物质的导热性和导电性的技术到了一定的时期才得到发展,而且对半导体材料的鉴定需要利用到提纯技术,因此,当对物质材料的提纯技术得到升级到一定水平之后,半导体的存在才真正意义上在学术界和社会上被认可。
2.半导体材料的历史发展及早期应用
对半导体材料的现代化研究离不开对这一材料领域的历史性探究,只有知道半导体材料是怎样,如何从什么样的情形下发展至今的,才能对当今现代半导体材料形成完整的认识体系。对半导体材料的接触雏形是先认识到了半导体材料的四个特性。论文接下来将会具体介绍,并对半导体材料早期应用做出详细解释。
2.1半导体材料发现之初的特性
半导体材料第一个被发现的特性,在一般的情况之下,金属材料的电阻都是随着温度的升高而增加的,但是巴拉迪,这位英国的科学研究学者发现硫化银这一物质的电阻随着温度的升高出现了降低的情况,这就是对半导体材料特性的首次探索,也是第一个特性。
半导体材料的第二个特性是由贝克莱尔,一位伟大的法国科学技术研究者发现的,他发现电解质和半导体接触之后形成的结会在施加光照条件之下产生一个电压,这是后来人们熟知的光生伏特效应的前身,也是半导体材料最初被发现的第二个特性。
半导体材料的第三个特性是由德国的科学研究学者布劳恩发现的,他发现一些硫化物的电导和所加电场的方向有着紧密的联系,也就是说某些硫化物的导电是有方向性的,如果在两端同时施加正向的电压,就能够互相导通,如果极性倒置就不能实现这一过程,这也就是我们现在知道的整流效应,也是半导体材料的第三个特性。
半导体材料的第四个特性是由英国的史密斯提出的,硒晶体材料在光照环境下电导会增加,这被称作光电导效应,也是半导体材料在早期被发现的第四个特性【3】。
2.2半导体材料在早期的应用情况
半导体材料在早期被应用在一些检测性质的设备上,比如由于半导体材料的整流效应,半导体材料被应用在检波器领域。除此之外,大家熟知的光伏电池也应用了早期的半导体材料,还有一些红外探测仪器,总之,早期被发现的半导体材料的四个重要的特性都被应用在了社会中的各个领域,半导体材料得到初步的发展。
直到晶体管的发明,使得半导体材料在应用领域被提升到一个新的高度,不再仅仅是应用在简单的检测性质的设备中或者是电池上,晶体管的发明引起了电子工业革命,在当今来看,晶体管的发明并不仅仅只是带来了这一电子革命,最大的贡献在于它改变着我们的生活方式,细数我们现在使用的各种电器产品,都是有晶体管参与的。因此晶体管的发明在半导体材料的早期应用发展上有着举足轻重的位置,同时也为今后半导体材料的深入发展做足了准备,具有里程碑式的意义与贡献【4】。
3.现代半导体材料的发展情况
以上论文简单的介绍了半导体材料以及其早期的发现与应用,接下来就要具体探讨第三代半导体材料这一新时代背景下的产物。第三代半导体材料是在第一和第二代半导体材料的发展基础之上衍生出的更加适应时代要求和社会需要的微电子技术产物。本篇论文接下来将介绍我国半导体材料领域的发展情况,并介绍一些新型的半导体材料的应用与发展情况。
3.1我国半导体材料领域的发展情形
半导体材料的发展属于微电子行业,针对我国的国情和社会现状,我国微电子行业的发展不能急于求成,这将会是一个很复杂的过程,也必定是一个长期性的工程。从现在半导体材料发展的情况来看,想要使半导体材料更加满足受众的需求,关键要在技术层面上寻求突破。我国大陆目前拥有的有关半导体材料的技术,比如IC技术还只能达到0.5微米,6英寸的程度,相较于国际上的先进水平还有较大的差距。
虽然我国目前在半导体材料领域的发展水平与国际先进水平存在着较大的差距,但是这也同时意味着我国在半导体材料领域有着更大的发展空间和更好的前景,而且当今不论是国内环境还是国际环境,又或者是政治环境影响下的我国的综合性发展方面而言,对中国微电子行业半导体领域的发展还是十分有利的,相信我国在半导体材料这一领域一定会在未来有长足的发展。
3.2新型半导体材料的发展介绍
前文提到,第三代半导体材料如今已经成为半导体材料领域的主要发展潮流,论文接下来将会选取几种关键的三代半导体材料展开论述。
第一种是碳化硅材料。它属于一种硅基化合物半导体材料,这一类材料的优越性体现在其较其他种类半导体材料有着更强的热导性能。因此被应用在广泛的领域,比如军工领域,,也会被应用在太阳能电池,卫星通信等领域。
第二种是氧化锌材料。氧化锌材料被广泛的应用到了传感器和光学材料领域中,这是因为它具备一些关键性的特性,集成度高,灵敏度高,响应速度快等,这些特征恰恰是传感等应用范围广泛的领域中所看中的关键点,不仅如此,氧化锌半导体材料不仅性能好,而且这类材料的原料丰富,所以价格低廉,还具有较好的环保性能【5】。
4.结语
近年来,半导体照明产业得到了飞跃式的发展,被越来越广泛的应用到人们的日常生活中,而支撑这一产业的核心材料正是以碳化硅等半导体材料为主的某些微电子材料,半导体材料利用下的各项技术已经在全球范围内占领者新的战略高地。我国半导体材料领域虽然起步晚,发展水平较国际水平有差距,但是前景光明,尤其是第三代半导体材料的出现和应用,在人们的生活中有着更加广泛和有建设性的应用,改变着人们的生活方式,不断推动着半导体材料的发展。
参考文献:
[1]甘倩.浅谈LED路灯在城市道路照明中的应用[J].建筑工程技术与设计,2014,(12):477-477.
[2]黄裕贤.浅谈157nm激光微加工工艺及自动化编程[J].科学与财富,2015,(7):560-560.
[3]胡凤霞.浅谈半导体材料的性能与应用前景[J].新教育时代电子杂志(教师版),2016,(13):267.
关键词 半导体物理学 课程探索
中图分类号:G642.421 文献标识码:A 文章编号:1002-7661(2016)02-0001-01
信息技术的基础是微电子技术,随着半导体和集成电路的迅猛发展,微电子技术已经渗透到电子信息学科的各个领域,电子、通信、控制等诸多学科都融合了微电子科学的基础知识。《半导体物理学》是微电子技术的理论基础,是电子科学与技术、微电子学等专业重要的专业基础课,其教学质量直接关系到后续课程的学习效果以及学生未来的就业和发展。但是,《半导体物理学》具有理论性强、教学模式单一、教学内容更新慢等特点,使得学生在学习过程中存在一定的难度。因此,本文从课堂教学实践出发,针对目前教学过程中存在的问题与不足,对微电子专业的《半导体物理学》课程进行探索。
一、教学内容的设置
重庆邮电大学采用的教材为电子工业出版社刘恩科主编的《半导体物理学》,该教材具有知识体系完善、涉及知识点多、理论推导复杂、学科交叉性强等特点,需要学生有扎实的固体物理、量子力学、统计物理以及数学物理方法等多门前置学科的基础知识。另外,我们开设的学生对象为微电子相近专业的学生,因而在课程内容设置时有必要考虑学生知识水平及其知识结构等问题。虽然微电子学相近专业开设了大学物理等课程,但是大部分专业未开设量子力学、固体物理及热力学统计物理等前置课程,学生缺少相应的背景知识。因此,我们在《半导体物理学》课程内容设置上,需要将部分量子力学、固体物理学及统计物理学等相关知识融合贯穿在教学中,避免学生在认识上产生跳跃。
从内容上,依据课程大纲《半导体物理学》主要分为两大部分,前半部分着重介绍半导体的电子状态及对应的能带结构,电子有效质量、杂质和缺陷能级、载流子的统计分布,半导体的导电性与非平衡载流子,在此基础上进一步阐述了费米能级、迁移率、非平衡载流子寿命等基本概念;后半部分对典型的半导体元器件及其性能进行了深入分析。基于以上分析,半导体物理课程对授课教师要求较高,需要教师采用多样化的教学手段,优化整合教学内容,注重理论推导与结论同相关电子元器件的实际相结合,使学生较好地理解并掌握相关知识。
二、教学方法与教学手段
为了让学生能较好地掌握《半导体物理学》中涉及的理论及模型,需要采用多样化的教学方法和手段。基于《半导体物理学》课程的特点,在传统黑板板书基础上,充分利用PPT、Flash等多媒体软件,实物模型等多种信息化教学手段,模拟微观过程,使教学信息具体化,逻辑思维形象化,增强教学的直观性和主动性,从而达到提高课堂教学质量的目的。
三、考核方式的改革
为了客观地评价教学效果和教学质量,改革考核方式是十分必要的。针对《半导体物理学》课程特点,对考核方式作如下尝试:(1)在授课过程中,针对课程的某些重点知识点,设计几个小题目,进行课堂讨论,从而增强学生上课积极性及独立思考能力;(2)学期末提交针对课程总结的课程论文,使学生在对课程有更深入了解的同时激发学生的创造积极性。
《半导体物理学》是微电子技术专业重要的专业基础课,为后续专业课程的学习打下理论基础。要实现《半导体物理学》这门课的全面深入的改革,还有待与同仁一道共同努力。
参考文献:
[1]汤乃云.微电子专业“半导体物理”教学改革的探索[J].中国电力教育,2012,(13).
尊敬的各位来宾、各位老师、各位同学:
大家好!今天的毕业典礼是我们每个莘莘学子梦寐以求的神圣时刻。我非常荣幸能站在这个讲台上,代表全体毕业生诉说此时此刻的心情。首先我代表所有毕业生感谢各位老师孜孜不倦的教诲;还有各位行政、后勤和图书馆的工作人员,感谢他们在学习和科研中为我们提供了全面、及时的服务和支持;还要感谢各位师兄、师弟、师姐和师妹的帮助,以及各位家属在生活上的关怀和照顾。
三年前的那个夏天,怀着对科学院的崇敬,带着对未来的憧憬,我们踏进了绿树掩映的半导体所。这里有许多学识渊博的老师,和聪明好学的同学,更有团结竞争的科研环境,和严谨踏实勇于创新的治学传统。今天,三年的学习生活就要过去了,我们已经从学识浅薄的大学生,成长为合格的高级科研人员。但我们知道,我们的成长包含了多少老师的辛勤汗水和无私奉献。我们记得,当我们遇到困难和挫折时,你们给予细致的指导和热情的鼓励;当我们获得一点点进步时,你们又带领我们向更深更大的目标前进。你们拥有的刻苦钻研的工作精神,求实求真的科学态度,使我们深受教益。特别在“非典”期间,全所教职工以高度的负责精神,默默奉献,为我们营造了安全、宁静的环境,使我们最终整齐、健康地完成了论文答辩。诚然,今天的毕业典礼是对我们学有所成的表彰,也是宣告这一段学习的结束,但我们还是应该记住这样的诗句:“纷纷落下的花蕾,不是为了果实而生,是为追求在风中的偶然相遇。”我们的生命轨迹有幸在半导体所交汇,在这里,相识,相知,相互帮助,结下了深厚的友谊。
我们都还记得,在学术讨论会上的面红耳赤,在运动场上的龙腾虎跃,在联欢晚会上的姹紫嫣红。这一切已经牢牢地印在我们的心中,不管将来我们在何时何地,每当回忆起这一幕一幕,都一定会感到无比欣慰和高兴。今天我们就要与敬爱的老师们和亲爱的同学们依依作别,分别走上不同的工作岗位,分散在世界各地,但我们一定不会忘记半导体所的培养和我们肩上的责任。
通过三年的刻苦学习,我们获得了足够的能力和自信,并且拥有半导体所赋予的独特气质与精神。在我们的内心中激荡着这样的豪情,那就是:今天,我们为半导体所而骄傲,明天,半导体所因我们而自豪!谢谢大家!
本书一共收集了16篇论文,分成三个部分。第一部分人体监测,包括5篇论文:1.将生物学与电子线路相连接:量化与性能度测;2.用于神经信号记录的全集成系统:技术前景及低噪声前端设计;3.用于神经肌肉模拟的无线神经记录微系统的超大规模集成电路;4.使用无线电频率技术的健康保健装置;5.用于可植入医学应用的低功率数字集成系统的设计考虑。第二部分生物传感器与电子线路,包括6篇论文:6.基于亲和力的生物传感器:随机建模和品质因素;7.基于标准CMOS及微电子机械系统(MEMS)工艺的制造实例;8.用于芯片实验室应用的CMOS电容性生物接口;9.用于定点护理及远程医学应用的无透镜成像细胞仪及诊断学;10.用于生物微流体学实时监测与控制的高级技术;11.使用电化学生物传感器的干细胞培养过程的监测。第三部分新兴技术,包括5篇论文:12.建立用于培养细胞与有机物的接口:从靠机械装置维持生命的甲壳虫到合成生物学;13.用于阵列式单细胞生物学的技术;14.微流体学系统中细菌鞭毛发动机的应用;15.应用基于CMOS技术的遗传因子注射和操纵;16.低成本诊断学:射频设计师的方法。
本书编辑是一位在无线通讯、医学成像、半导体器件和纳米电子方面知名的新兴技术国际专家,他管理着一个初创公司――Redlen技术公司的研发部门,他同时也是CMOS新兴技术公司的执行主任。他曾在国际性专业杂志及会议上发表过100多篇论文,在各种国际场合中被邀请作为演讲者,他拥有美国、加拿大、法国、德国和日本授予的18项国际专利。
本书可用作电气工程、微电子学、CMOS线路设计及生物医学器件专业研究生课程的补充材料。
胡光华,
退休高工
(原中国科学院物理学研究所)
关键词:半导体光电;研究型;实践;教学探索
中图分类号:G42 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2015)07-0123-02
近几年来,随着半导体电子产业和光学专业的快速发展,半导体光电正逐渐成为一门新兴的学科。半导体光电技术是集现代半导体技术、电子学技术和光学信息处理技术等学科于一体的综合性学科,要求学生具有扎实的半导体物理、光电子、数学和计算机等基础知识。该学科作为光、机、电、算、材一体的交叉学科,专科课程较多,涉及知识面较广,有其自身的课程特点:既要讲授半导体相关的专业知识,又要补充光电专业的知识,还要加强数理基础理论教学;既要围绕半导体光电专业核心,又要涉足其他专业领域;既要重视教学方法,提高教学质量,又要加强前沿知识的学习和科研,不断更新知识体系,将最新的行业信息灌输给学生。同时,随着近年来固态半导体LED照明技术、半导体激光、太阳能光伏和半导体探测器等高新行业的蓬勃发展,需要大量的具有创新研究能力的技术人才来从事半导体光电材料、器件以及系统的研究和开发。这就需要高校培养具有动手能力强,基础知识扎实,综合分析能力优秀的研究型人才。但是目前高校半导体光电学科的教学普遍停留在理论层面,缺乏实践性内容的提升。因而作为一门实用性很强的专业,应着重加强理论与实践相结合的全面教学,逐步开展研究性课程的教学探索,打破传统的教学理念,以形成学生在课程学习中主动思考探索并重视创新叉研究的积极教学模式,为半导体光电学科建立一个全新的培养方式。
一、理论教学中创设前沿性课题,引导学生进行探究性学习
在传统的教学模式中,专业课程的讲授主要依靠讲解概念、分析原理、推导公式、得出结论。而学生就是按部就班地记笔记、做习题、应付考试。课堂教学效果完全取决于教师的教学经验,最终学生所接受的知识也仅仅停留在课本的层面,这完全达不到迅猛发展的高新的半导体光电学科的培养要求。这就需要教师打破传统的教学理念,开展研究性的教学方式。研究性教学是以学生的探究性学习为基础,教师提出一些创新性的问题,以及与专业相关的一些前沿性科技专题报道,学生在创新性的问题中,借助课本提供的基础理论和教师提供的相关资料,借鉴科学研究的方法,或独立探索、或协作讨论,通过探究学习、合作学习、自主学习等方式最终找到解决问题的方案,甚至提出更具有创新性的思路。因此,在教学过程中,我们应尝试减少课堂讲授时间、增加课堂讨论时间,有意识地提出一些较深层次的问题:如提高太阳能电池的光电转换效率的方法、新型的半导体材料制作光电器件的优异性等,有针对性地组织专题讨论。考核方式以课程设计或者专题论文的形式进行,以培养学生的思考和创新研究能力。此外,要重视阶段性总结和检查工作,培养学生综合素质和能力。教师在注重教学方式改进的同时,也要重视学生学习效果的阶段性检查和总结。传统的课堂教学是以作业为考察标准,这种考察的弊端是给学生提供了抄袭作业的机会,学习效果不佳。因此应考虑采取多元化的检查方式,增加检查手段。可以让学生将多媒体课件与教材和参考书相结合,根据教师在课堂教学中指出的难点和重点,单独总结出学习笔记,并进行定期检查。
二、建立半导体专业与光电专业协同的教学环境
半导体光电从理论上来讲是研究半导体中光子与电子的相互作用、光能与电能相互转换的一门科学,涉及量子力学、固体物理、半导体物理等一些基础学科;从实践层面来讲,也关联着半导体光电材料、光电探测器、异质结光电器件及其相关系统的研究。因此,在理论上应鼓励教师根据教学情况,编写有针对性的,并且包含基础物理学、半导体电子学、光学和系统设计等具有交叉性理论的教材和讲义,提升学生在半导体光电交叉领域的理论基础。同时需要组织和调动各层次教师,建设教学研究中心。结合老教师的经验和青年教师的创意,共同进行教学改革探索。另外,实现半导体光电学科的教学探索,不仅需要专业教师改进和完善课堂教学措施,提升教学水平和质量,同时也需要专业的半导体光电材料生长、器件制备和检测设备,以及专业设计软件供教学和科研使用。该学科的性质决定了教学的内容不能仅仅局限于理论方面,还需要实验方面的补充和实践,从而可以从软件和硬件双方面实现协同的教学环境。在具体的操作过程中,以光谱分析为例,传统的光谱分析光源采用的是一些气体激光器,我们可以在教学中利用新型的半导体固体激光器来替代传统的气体激光器,将半导体光电器件和光学系统有机结合起来,提供两者协同的新型设备。指导学生在实验中分析新型的光谱系统和传统系统的优劣性,以及如何在现有的基础上改进系统,提高系统的使用性能,在教学中锻炼学生的协同学科的技能性训练。进一步可以引入显微镜成像技术,采用简易的一些光学元器件,在实验室内让学生动手搭建显微成像设备,锻炼学生对光学系统的整体认知能力,并且可以提升传统设备的应用范围。这一系列交叉协同教学实验的建立有利于打破教学和研究的界限,打破学科的界限,突出半导体光电学科的交叉性特点,促进学生知识的全面性掌握,为研究型的教学模式开辟新的途径。
三、建立前沿性半导体光电专业实验教学平台
半导体光电涉及的领域很广泛,单纯的理论教学不能满足学生对于高新的工程应用的直观认识,许多设备和器件只阐述其工作原理,概念比较抽象,学生不易理解。因而需要重视研究型实践教学。在条件允许的情况的,将半导体材料生长和器件制造设备引入课堂,让学生深刻掌握器件的制造流程。同时可以引入先进的光电检测设备,让学生开展一些器件的检测实验,在实验过程中熟悉器件和光电系统的工作原理,可以起到事半功倍的作用。同时还可以让学生在实践中不断思考和探索一些前瞻性的科学研究问题。以半导体LED光电器件为例:由于LED材料和器件制造设备较为精密、价格昂贵、不易获取。在理论课程后,可以引用适当的LED材料生长设备MOCVD的一些生长过程的实物图片和视频,以及半导体器件制备的薄膜沉积、光刻制作和刻蚀工艺的流程图和视频,让学生尽可能地将抽象的理论与具体实践联系起来。此外,购置现成的LED器件和光电检测设备,利用光电测试设备对LED器件开展一些电学和光学性能的检测,在测试过程中让学生对LED光电转换基本原理和不同测试条件对器件光电性能影响的物理机制开展探索性研究。对于阻碍LED发展的一些前沿性难题进行深刻的思考和分析,提出合理的改进和解决方案。基于学科的科研实验条件,我们还可以提出项目教学法,把教学内容通过“实践项目”的形式进行教学,为了能够一个半导体和光电专业相协同的实验平台,可以设置一个系统的实验项目包含多门课程的知识。项目教学是在教师的指导下,将相对独立的教学内容相关的项目交由学生自己处理。信息的收集,方案的设计,项目实施及最终评价报告,都由学生负责完成,学生通过该项目的进行,了解并把握实验制造和检测得整个过程及每一个环节的基本要求,教师在整个过程中主要起引导作用。以此来培养学生的实践性、研究性学习能力,让学生扮演项目研究者的角色,在研究项目情景的刺激下及教师的指导下主动开展探究活动,并在探究过程中掌握知识和学习分析问题、解决问题的方法,从而达到提高分析问题、解决问题能力的目的。这样才具备一门前沿性的学科所应该达到的理想效果。
四、建立专业校企合作基地
半导体光电专业需结合地域经济发展特点,建立专业的校企合作基地。校企合作是高校培养高素质技能型人才的重要模式,是实现高校培养目标的基本途径。以江南大学为例,可以依据无锡当地工业的发展中心,与半导体光电类企业,如无锡尚德太阳能股份有限公司、江苏新广联LED器件制造企业、LED照明企业实益达、万润光子等公司进行深入合作,建立企业实训创新基地及本科生、研究生工作站。定期组织学生去企业进行参观,了解半导体光电类产品的产线制造过程。还可以安排有兴趣的学生在学有余力的同时进入企业进行实习,使学生能够将课堂的理论知识应用到实际的应用生产中,并且可以利用理论知识来解决实际生产中所遇到的一些问题。以实际产线的需求分析为基础,结合理论教学的要求,建立以工作体系为基础的课程内容体系;实施综合化、一体化的课程内容,构建以合作为主题的新型课堂模式,做到教室、实验室和生产车间三者结合的教学场所。最终积累一定的合作经验后,校企可以合作开发教材,聘请行业专家和学校专业教师针对课程的特点,结合课堂基础和生产实践的要求,结合学生在相关企业实训实习的进展,编写出符合高校教学和企业生产需求的新型校企双用教材。
综上所述,要开展研究型半导体光电类课程的教学探索,首先要突破传统的理论教学模式,根据课堂教学需求,改善课堂教学措施,形成有创意、有个性化的课堂特色,旨在培养学生的创新思维能力。
参考文献:
当我打开电子信箱,看到来自《美国化学学会期刊》的电子邮件:“我们很高兴地通知你,你的科研成果已被本杂志接受发表”不知不觉间我在普林斯顿已整整1年了。
1年前我与家人从美国西海岸的加州,经过数小时的旅程,来到了位于美国东部的普林斯顿大学开始博士后研究工作。导师卡恩教授向我介绍实验室时,介绍了我将要开展的科研项目的重要性――精确控制以硅为主的半导体材料中的掺杂量,对当今电子产品飞速发展起着至关重要作用。然而,无机半导体有着材料成本高昂和制作工艺复杂的局限性。另一方面,有机半导体材料则具有制作工艺简易、价格低廉等互补性优点。近年来使用有机半导体材料作为电子产品组成部分,已引起人们广泛兴趣。但人们对于有机半导体掺杂现象的认识仍然有待于进一步提高,例如掺杂材料的选择以及各种掺杂机制的作用等。卡恩教授领导的表面科学实验室在该领域进行了多年深入细致研究,连连取得重要成果。我要进行的这个项目由美国国家科学基金会、美国能源部和欧洲一家化学制药公司提供资金,旨在该科学研究前沿方向取得新突破。
半导体分N型和P型两类,我们第一步的目标就是要找到一种材料,能够有效并稳定地掺杂P型有机半导体。刚巧・乔治亚理工学院的合作者向我们提供了一种刚合成的有机分子材料,收到材料的当晚,我即开始做相关测试,经过数月的连续实验,终于获得可靠数据证明该材料掺杂能力超越目前已知的其他材料。
回首这几个月的连续实验,既有实验过程中遭遇困难的挫折感,更有品尝成功的喜悦。实验结果与理论预测的完美吻合,更增强了我的信心。接下来我使用该材料掺杂一种在有机半导器件中广泛应用的P型材料,做成了器件来测量,实验结果进一步显示:经过掺杂,该器件导电的提升达到5个数量级以上!至此,该掺杂物的有效性得到充分体现。
当得知该材料不但能有效掺杂,并通过实验证明具有极其优越的稳定性(常温和110摄氏度下均稳定)后,导师和合作者都很高兴,认为这些振奋人心的结果对有机半导体领域会产生重要影响,提议以我为第一和通讯作者将该发现于第一时间以快讯的方式发表出来。经过详尽周密的数据分析与整理,我完成了文稿。在此过程中卡恩教授与其他合作者起了非常关键的作用,他们对文稿提出很多中肯的修改意见。我们将稿件投到了本领域最具影响力的学术杂志《美国化学学会期刊》。1个月后,审稿人的意见反馈回来,非常认可并推荐发表。从文章投搞到接受不到2个月。1年来的辛勤耕耘终于结出了丰硕果实。
二
在普林斯顿的这1年,除了繁忙的科研工作,我还有幸感受到了普林斯顿之美。作为一所历史悠久的著名学府,普林斯顿人才辈出,是美国8所常春藤名校之一,年年被评为全美最佳大学。与我以前就读的公立名校加州大学伯克利分校相比,普林斯顿规模小很多,但各学科均名列前茅,吸引着来自世界各地的精英。踏入普林斯顿校园大门,就如同进入了传说中的童话世界。满眼望去,一座座哥特复兴风格的古堡,静静地矗立在校园内。普林斯顿的秋日,是一年中最美的季节,灿烂的阳光,五彩的树叶,映衬着古老的建筑,穿梭其中的年轻学子,洋溢着蓬勃朝气。
离校园不远的普林斯顿高等研究所,则是做纯理论研究科研工作者心中的麦加圣地。曾在研究所中工作过的最有名的科学家莫过于爱因斯坦。华人科学中杨振宁、李政道、邱成桐等也都在此学习工作过。走过静谧的林间小道,呈现在眼前的是如世外桃园一般的高等研究所校园,我们去的时候正是夏天,深处于绿树环绕的青葱之中,丝毫感觉不到盛夏的炎热。
普林斯顿的1年,是辛勤耕耘的1年,也是成果丰硕的1年。我相信,这段经历必将对我今后的科研道路产生深远影响。留学7年,我希望早日把在海外积累的科学知识和科研经验用来报效祖国。
(摄影/段风华)
戚亚冰,2007年“国家优秀自费留学生奖学金”获奖者,留学美国。