半导体材料设计精选(九篇)

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第1篇：半导体材料设计范文

关键词：单片机；半导体制冷；智能控制

中图分类号：TP316.2 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2017）01-0006-02

基于单片机的半导体制冷智能控制系统，融合了单片机控制技术和半导体制冷技术，实现制冷设备温度控制的智能化，具有体积小、重量轻、使用寿命长等优点。

1 基于单片机的半导体制冷智能控制系统的结构及原理

半导体制冷器是一种利用珀尔帖效应来进行制冷的器件，它具有体积小、重量轻、使用寿命长、没有噪音、无机械运动、加热制冷迅速、控制精度高、不需要制冷剂、无污染等优点。单片机具有系统结构简单，使用方便，实现模块化；可靠性高，处理功能强，速度快；低电压，低功耗，便于生产便携式产品；控制功能强，环境适应能力强等优点，将单片机与半导体制冷技术结合起来，实现制冷设备的智能控制。

1.1 基于单片机的半导体制冷智能控制系统的结构

基于单片机的半导体制冷智能控制系统的主要结构包括处理器、温度传感器、数码管显示、按键调节电路、控制信号驱动电路、半导体制冷执行器连接电路，其结果图如下图1所示。

从系统结构图系统结构图中可以看出，当温度低于（或高于）设定温度时，通过温度传感器感受温度，形成反馈信号，经过单片机内部模糊控制算法处理，形成单片机I/O口输出的PWM信号，单片机根据设定的程序和反馈信号给驱动器发射启动信号，驱动器控制半导体制冷器运转制冷，使得密封箱体的温度升高（或降低），同时，在温度反馈电路中，及时反馈温度值，通过单片机的控制运算达到设定温度，从而实现单片机半导体制冷设备的智能控制。

1.2 半导体制冷设备的原理

半导体制冷设备的原理固体材料所具有的珀尔帖效应。珀尔帖效应是指由于固体材料的原子能级都不相同，材料中的载流子所具有的势能也不同。在外加电场作用下，载流子开始流动，流动方向从低势能材料流向高势能材料，流动过程中吸收热量，从而导致两种不同材料的连结处出现致冷现象。

半导体制冷又叫热电制冷，主要利用了热电效应的原理。当直流电通过两种不同的材料组成的回路时，在两种材料的接触面会产生能量交换的现象。通过直流电的时候，由P型半导体材料和N型半导体材料组成的半导体，当PN接触就会产生电子由一种材料向另一种材料迁移的现象，在迁移的过程中，电子会把多余的能量释放出来，因此该接触面会产生热量。同时，在另一个接触面电子由一种材料进入到另一种材料的过程中，会吸收外界的能量，来保证它完成这种迁移，因此在该接触面会产生吸收热量的现象。

如图2所示为半导体制冷原理图，当线路通电流时，电子由上金属板通过结点a流向N型半导体，电子势能增大，并从上金属板吸热，使之变冷。当N型半导体中的电子通过结点d进入下金属板时，势能由大变小，于是放出热量（能量），使下金属板变热。同理，当电流由上金属板流向P型半导体时，空穴由上金属板通过结点b流入P型半导体，势能增大，并从金属吸收热量（能量），使之变冷；随之，空穴通过结点c到达下金属板时，势能由大变小，放出热量（能量），使下金属板变热。

2 基于单片机的半导体制冷智能控制系统

2.1 单片机

单片机简单点说就是芯片，具有集成电路的芯片，将中央处理器CPU、A/D转换器、只读存储器ROM、模拟多路转换器、定时器/计数器等功能，利用集成电路技术把这些功能集成到微小的硅片上，从而构成一个微型计算机系统。根据具体的控制系统情况，选择适当类型的单片机，一般采用STC12C5A16S2作为核心芯片，使用TEC1-12706半导体制冷片作为核心加热制冷与案件，采用DS18B20温度传感器采集温度，通过上位机和单片机通讯，上位机可以显示实时温度值，并且可以进行温度设置，半导体制冷片控制部分采用H桥驱动控制电路进行电压翻转H桥的导通和截止采用三极管开关电路进行控制，从而达到加热和制冷的自动控制目的。

2.2 半导体制冷片

半导体制冷片选用TEC12706，TEC即半导体制冷器，它的工作原理是基于珀尔贴效应，即当电流以不同方向通过双金属片所构成H桥的结构时能对与其接触的物体制冷或加热。其工作原理图如图1所示。

半导体制冷设备的优点如下：（1）半导体制冷器的规格尺寸非常小，最小的制冷器可以到达1cm；（2）半导体制冷设备重量也非常轻，微型制冷器的重量往往只有几克或几十克。（3）机械传动少甚至没有，环保性能好，工作过程中无噪音，无液、气工作介质，不存在污染环境，（4）制冷参数稳定，不受空间方向以及重力影响，即使机在械过载的条件下，也能够正常地工作；（5）调节方便，电路电流控制制冷效果，通过调节工作电流的大小来调节制冷速率；通过切换电流方向，来快速完成制冷、制热工作状态的转换；（6）作用速度快，使用寿命长，且易于控制。

2.3 数字温度传感器

数字温度传感器就是能把检测设备采集到的温度通过相应的转换设备将温度信号转换为数字信号并通过数字现实屏幕现实出来。数字温度传感器的组成部件有温、湿度敏感元件，信号转换计算机、PLC、智能仪表、LED数字显示器等等。起初，数字温度传感器处于关闭状态，当供电之后，数字温度传感器进入连续转换温度模式或者单一转换模式，用户根据自己的需要选择相应的工作模式，在连续转换模式下，数字温度传感器可以连续转换温度并将结果存于温度寄存器中，读温度寄存器中的内容不影响其温度转换；在单一转换模式，数字温度传感器执行一次温度转换，结果存于温度寄存器中，然后回到关闭模式，这种转换模式适用于对温度敏感的应用场合。在实际应用中，数字温度传感器有多种分辨率可供选择：8位、9位、10位、11位或12位，五种分辨率分别对应温度分辨率分别为1.0℃、0.5℃、0.25℃、0.125℃或0.0625℃，温度转换结果的默认分辨率为9位。

3 结语

本文主要研究基于单片C的半导体制冷智能控制系统，分析了基于单片机的半导体制冷智能控制系统的结构和工作原理，重点分析了半导体制冷设备的工作原理。就基于单片机的半导体制冷智能控制系统的主要组成部分单片机、半导体制冷片、数字温度传感器进行了研究，有利于制冷设备智能控制的研究。

参考文献

第2篇：半导体材料设计范文

关键词：半导体，超晶格，集成电路，电子器件

 

1.半导体材料的概念与特性

当今，以半导体材料为芯片的各种产品普遍进入人们的生活，如电视机，电子计算机，电子表，半导体收音机等都已经成为我们日常所不可缺少的家用电器。半导体材料为什么在今天拥有如此巨大的作用，这需要我们从了解半导体材料的概念和特性开始。

半导体是导电能力介于导体和绝缘体之间的一类物质，在某些情形下具有导体的性质。半导体材料广泛的应用源于它们独特的性质。首先，一般的半导体材料的电导率随温度的升高迅速增大，各种热敏电阻的开发就是利用了这个特性；其次，杂质参入对半导体的性质起着决定性的作用，它们可使半导体的特性多样化，使得PN结形成，进而制作出各种二极管和三极管；再次，半导体的电学性质会因光照引起变化，光敏电阻随之诞生；一些半导体具有较强的温差效应，可以利用它制作半导体制冷器等；半导体基片可以实现元器件集中制作在一个芯片上，于是产生了各种规模的集成电路。这种种特性使得半导体获得各种各样的用途，在科技的发展和人们的生活中都起到十分重要的作用。

2.半导体材料的发展历程

半导体材料从发现到发展，从使用到创新，也拥有着一段长久的历史。在20世纪初期，就曾出现过点接触矿石检波器。1930年，氧化亚铜整流器制造成功并得到广泛应用，使半导体材料开始受到重视。1947年锗点接触三极管制成，成为半导体的研究得到重大突破。50年代末，薄膜生长技术的开发和集成电路的发明，使得微电子技术得到进一步发展。60年代，砷化镓材料制成半导体激光器，固溶体半导体材料在红外线方面的研究发展，半导体材料的应用得到扩展。1969年超晶格概念的提出和超晶格量子阱的研究成功，使得半导体器件的设计与制造从“杂志工程”发展到“能带工程”，将半导体材料的研究和应用推向了一个新的领域。90年代以来随着移动通信技术的飞速发展，砷化镓和磷化铟等半导体材料得成为焦点，用于制作高速、高频、大功率及发光电子器件等；近些年，新型半导体材料的研究得到突破，以氮化镓为代表的先进半导体材料开始体现出其超强优越性，被称为IT产业新的发动机。

3.各类半导体材料的介绍与应用

半导体材料多种多样，要对其进一步的学习，我们需要从不同的类别来认识和探究。通常半导体材料分为：元素半导体、化合物半导体、固溶体半导体、非晶半导体、有机半导体、超晶格半导体材料。不同的半导体材料拥有着独自的特点，在它们适用的领域都起到重要的作用。

3.1元素半导体材料

元素半导体材料是指由单一元素构成的具有半导体性质的材料，分布于元素周期表三至五族元素之中，以硅和锗为典型。硅在在地壳中的含量较为丰富，约占25%，仅次于氧气。硅在当前的应用相当广泛，它不仅是半导体集成电路、半导体器件和硅太阳能电池的基础材料，而且用半导体制作的电子器件和产品已经大范围的进入到人们的生活，人们的家用电器中所用到的电子器件80%以上元件都离不开硅材料。锗是稀有元素，地壳中的含量较少，由于锗的特有性质，使得它的应用主要集中于制作各种二极管，三极管等。而以锗制作的其他器件如探测器，也具备着许多的优点，广泛的应用于多个领域。

3.2化合物半导体材料

通常所说的化合物半导体多指晶态无机化合物半导体，即是指由两种或两种以上元素确定的原子配比形成的化合物，并具有确定的禁带宽度和能带结构的半导体性质。化合物半导体材料种类繁多，按元素在元素周期表族来分类，分为三五族（如砷化镓、磷化铟等），二六族（如硒化锌），四四族（如碳化硅）等。如今化合物半导体材料已经在太阳能电池、光电器件、超高速器件、微波等领域占据重要的位置，且不同种类具有不同的性质，也得到不同的应用。。

3.3固溶体半导体材料

固溶体半导体材料是某些元素半导体或者化合物半导体相互溶解而形成的一种具有半导体性质的固态溶液材料，又称为混晶体半导体或者合金半导体。随着每种成分在固溶体中所占百分比（X值）在一定范围内连续地改变，固溶体半导体材料的各种性质（尤其是禁带宽度）将会连续地改变，但这种变化不会引起原来半导体材料的晶格发生变化.利用固溶体半导体这种特性可以得到多种性能的材料。

3.4非晶半导体材料

非晶半导体材料是具有半导体特性的非晶体组成的材料，如α-硅、α-锗、α-砷化镓、α-硫化砷、α-硒等。。这类材料，原子排列短程有序，长程无序，又称无定形半导体，部分称作玻璃半导体。非晶半导体按键合力的性质分为共价键非晶半导体和离子键非晶半导体两类，可用液相快冷方法和真空蒸发或溅射的方法制备。在工业上，非晶半导体材料主要用于制备像传感器、太阳能电池薄膜晶体管等非晶半导体器件。

3.5有机半导体材料

有机半导体是导电能力介于金属和绝缘体之间，具有热激活电导率且电导率在10-10～100S·cm的负一次方范围内的有机物，如萘蒽、聚丙烯和聚二乙烯苯以及碱金属和蒽的络合物等.其中聚丙烯腈等有机高分子半导体又称塑料半导体。有机半导体可分为有机物、聚合物和给体-受体络合物三类。相比于硅电子产品，有机半导体芯片等产品的生产能力较差，但是拥有加工处理更方便、结实耐用、成本低廉的独特优点。目前，有机半导体材料及器件已广泛应用于手机，笔记本电脑，数码相机，有机太阳能电池等方面。

3.6超晶格微结构半导体材料

超晶格微结构半导体材料是指按所需特性设计的能带结构，用分子束外延或金属有机化学气相沉积等超薄层生产技术制造出来的具有各种特异性能的超薄膜多层结构材料。由于载流子在超晶格微结构半导体中的特殊运动，使得其出现许多新的物理特性并以此开发了新一代半导体技术。。当前，对超晶格微结构半导体材料的研究和应用依然在研究之中，它的发展将不断推动许多领域的提高和进步。

4.半导体材料的发展方向

随着信息技术的快速发展和各种电子器件、产品等要求不断的提高，半导体材料在未来的发展中依然起着重要的作用。在经过以Si、GaAs为代表的第一代、第二代半导体材料发展历程后，第三代半导体材料的成为了当前的研究热点。我们应当在兼顾第一代和第二代半导体发展的同时，加速发展第三代半导体材料。目前的半导体材料整体朝着高完整性、高均匀性、大尺寸、薄膜化、集成化、多功能化方向迈进。随着微电子时代向光电子时代逐渐过渡，我们需要进一步提高半导体技术和产业的研究，开创出半导体材料的新领域。相信不久的将来，通过各种半导体材料的不断探究和应用，我们的科技、产品、生活等方面定能得到巨大的提高和发展！

参考文献

[1]沈能珏,孙同年,余声明,张臣.现代电子材料技术.信息装备的基石[M].北京：国防工业出版社,2002.

[2]靳晓宇.半导体材料的应用与发展研究[J].大众商务,2009,(102).

[3]彭杰.浅析几种半导体材料的应用与发展[J].硅谷, 2008,(10).

[4]半导体技术天地.2ic.cn/html/bbs.html.

第3篇：半导体材料设计范文

关键词： 半导体； 薄膜晶体管； 节能； 电源回路

中图分类号： TN304.055?34； TN321.5 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2017）12?0136?04

Abstract： The previously?proposed energy?saving design method of the semiconductor thin?film transistor has poor energy?saving effect because the semiconductor thin?film transistor is not easy to control， so a superior energy?saving design method of semiconductor thin?film transistor is put forward. The energy?saving design principles of the power loop and drive circuit in semiconductor thin?film transistor are summarized. The architecture design scheme of the terminal device is given. The power loop is used to control the power?supply frequency of the semiconductor thin?film transistor to realize the basic energy saving. The drive circuit is adopted to regulate the electric energy loss further， manage the current harmonic of the power loop， and improve the switching performance of the semiconductor thin?film transistor. The mode of model construction is employed to eliminate the circuit noise， and optimize the energy storage performance. The experimental verification results show that the method makes the semiconductor thin?film transistor have high switching performance， high energy storage level， and superior energy?saving effect.

Keywords： semiconductor； thin?film transistor； energy saving； power loop

0 引 言

随着信息时代的悄然来临，显示器也向着智能化、节能化的目标不断迈进，半导体薄膜晶体管以其加工简便、成本低廉、体积小和高迁移率等优势，逐渐成为显示器的主流制作材料[1]。近年来，人们对显示器节能效果的要求越来越高。为了响应市场需求，有关组织曾提出多种节能设计方法，但由于受到半导体薄膜晶体管不易受控缺陷的影响，其节能效果不佳，更为优异的半导体薄膜晶体管的节能设计方法仍在研究中[2]。

文献[3]以无机复合材料为涂层，对半导体薄膜晶体管进行了节能设计。无机复合材料能够有效改善半导体的兼容性能，并弱化分子层，提高半导体薄膜晶体管的开关性能，但却无法对半导体薄膜晶体管中不同层次组件之间的平衡能力进行优化，因此节能效果不佳。文献[4]基于有机半导体材料提出一种半导体薄膜晶体管的节能设计方法，这一方法将有机半导体材料置于设计中心点，对半导体薄膜晶体管中的通信工作进行性能优化，其成本低廉，并且储能水平良好，但迁移率低、寿命短，并非良好的节能方法。文献[5]通过变更半导体薄膜晶体管中的电极材料达到节能目的，电极材料的导电性、鲁棒性和接触点对管中电流的流通性具有较大的影响，因此该方法的节能效果要优于以上两种方法，但在一定程度上限制了半导体薄膜晶体管的开关性能。

为了改善以上问题，提出一种能够同时兼具优良的开关性能和储能水平，并且节能效果较好的半导体薄膜晶体管的节能设计方法，给出节能原理，对电源回路和驱动电路进行重点设计。

1 半导体薄膜晶体管节能原理

半导体薄膜晶体管的电能耗损率与其供电频率有很大关系，如图1所示。当供电频率处于[500 Hz，50 kHz]的范围内，半导体薄膜晶体管的电能耗损率迅速增长，最高可达125%。而当供电频率处于[50 Hz，18 kHz]的范围内，电能耗损率最高仅为102%，可节约大概23%的电能[6]。基于上述原理，所提半导体薄膜晶体管的节能设计方法将设计出一种电源回路，使半导体薄膜晶体管的供电频率始终维持在50 Hz～18 kHz，保证最基本的节能效果。

为了在保证节能效果的同时，使半导体薄膜晶体管仍具有优良的开关性能，所提方法还对半导体薄膜晶体管驱动电路的设计提出了要求：

（1） 在维持节能效果的前提下，驱动电路的驱动电压应富余，保证半导体薄膜晶体管的可持续工作；

（2） 为半导体薄膜晶体管提供的工作电流应低于其额定值，并使驱动电路稳定不变；

（3） 可对电源回路的电流谐波进行实时管控；

（4） 驱动电路中各组件应具备较强的兼容性和安全性。

根据上述要求，应在驱动电路中使用具有强耐高温性和抗干扰性的可编程硅单晶片，其电阻率为50 ，可对电流、电压和驱动时间进行合理调节，适应所提方法对半导体薄膜晶体管的节能要求。

同时，为了获取较为优异的储能水平，需要对半导体薄膜晶体管的终端设备架构进行调节，以合理消除其内部电路噪音，如图2所示。以半导体薄膜晶体管中基区的结深和运动分子数量为依据，设置展宽区长度，通常当结深为20 μm时，展宽区为60 μm。终端设备所使用的管分压为2环，可在减轻储能压力的同时节约设计成本[7]。

2 半导体薄膜晶体管的节能设计方法研究

2.1 电源回路设计

本文半导体薄膜晶体管节能设计方法给出的电源回路主要由单相半控桥和三相全桥变流器构成，如图3所示，其功能参数如表1所示。由图3可知，单相半控桥的作用是整流，电源回路的初始输入电压为恒定的交流电，如果电源回路中的电容储能效果非常好，那么经单相半控桥整流后的交流电则能够以任意电压进行直流变换。调节直流电压至所需数值，再通过三相全桥变流器进行直流、交流电压转换，便可使半导体薄膜晶体管的供电频率维持在[50 Hz，18 kHz]范围内。

以往提出的半导体薄膜晶体管节能设计方法通常使用变压器实现电压转换，导致电源回路产生了较多的功率干扰，并且无法带来优异的节能效果，而三相全桥变流器具有携带方便、稳定性强的优点，可持续工作3 800 h，电压转换性能更加强劲[8]。在进行电压转换时，应使三相全桥变流器内部的两个晶体管单独工作，防止电源回路出现短路状况，故应将二者的排列角度置于120°。

2.2 驱动电路设计

本文提出的半导体薄膜晶体管节能设计方法中，驱动电路的作用是调节半导体薄膜晶体管中不必要的电能损耗，并对电源回路的电流谐波进行管控，达到改善半导体薄膜晶体管开关性能的目的。驱动电路中标准电流波形以及其电路设计图如图4、图5所示。

由图4、图5可知，驱动电路以其标准电流波形进行工作，通过光电耦合方式对半导体薄膜晶体管和电源回路的受控区域进行划分。整个驱动电路拥有8个监控接口。接口1，2用来连接脉冲，其两端电压为3.5 V，可实现半导体薄膜晶体管与电源回路的高性能连通。

当驱动电路对半导体薄膜晶体管的电能损耗进行调节时，需要将接口1，2的两端电压调至0 V，此时电容C5处于放电状态，接口3，8可实现连通，并使电路产生降压现象，半导体薄膜晶体管将出现反向偏置电压，电能损耗也相应缩减[9]。驱动电路对电源回路电流谐波的管控工作与上述调节较为类似，其操控的是接口7，8两端电压，使用开关控制电压升降，使接口5，6处于连通状态，进而实现对电流谐波的缩减，增强半导体薄膜晶体管的开关性能，为优异的节能效果提供后台支持。

2.3 电路噪音消除模型

半导体薄膜晶体管的内部电路噪音会导致其储能水平的降低，对节能效果造成较大的影响，必须采用一种较为有效的方式对噪音进行消除。为此，所提半导体薄膜晶体管的节能设计方法构建了电路噪音消除模型，该模型将半导体薄膜晶体管的内部电路分为正、反相两部分，将正向的输入、输出电压设为，，反向的输入、输出电压设为，，当正、反两相的电压近视相等时，便可实现对半导体薄膜晶体管内部电路噪音的消除[10]。如果将正、反两相的实时电压绘制成曲线，用表示正相电压曲线，那么反相电压曲线则可表示为。从坐标处向正相电压曲线做一条斜率为1的辅助线，将该辅助线与的交点坐标设为，则可获取关系式如下：

式中：是驱动电路输出电压；是半导体薄膜晶体管实际供电电压；是漏电电压；是半导体薄膜晶体管的设计参数。至此，消除半导体薄膜晶体管内部电路噪音可看作是求解的过程。由于不同的半导体薄膜晶体管正、反两相电压曲线并不重合，故电路噪音消除模型定义了一个噪音极限值，当取最大值时，和可看作近似相等，的最大值如下：

3 实验验证

3.1 验现场

为了验证本文提出的半导体薄膜晶体管节能设计方法的各项性能，需要进行实验。实验将国内某科技公司生产的半导体薄膜晶体管与万用表、存储电容和显示板相连，如图6所示。使用电压、频率调节仪控制实验自变量，对本文方法、文献[3]方法和文献[4]方法的开关性能、储能水平和节能效果进行对比验证。

3.2 开关性能验证

半导体薄膜晶体管的开关性能是其最重要的性能之一，是保证半导体薄膜晶体管与其他电路元件有效沟通的基础性能。以往的节能设计中通常会削弱开关性能，导致半导体薄膜晶体管的兼容性降低，得不偿失，因此，开关性能的验证必不可少。在本文实验中，通过调节半导体薄膜晶体管的偏置电压，观察其偏置电流随时间的变化趋势，来确定不同方法下半导体薄膜晶体管开关性能的优劣性，如图7所示。与文献[3]方法和文献[4]方法相比，本文方法下半导体薄膜晶体管偏置电流最为稳定，表现出优良的开关性能。

3.3 储能水平验证

在光照状态下和无光状态下对不同方法下半导体薄膜晶体管的储能水平进行了验证，使用偏置电压来表示储能水平，二者成正比关系，实验结果如图8所示。可看出，在光照状态下，三种方法的储能水平无较大差别，而在无光状态下，本文方法的偏置电压要远高于文献[3]方法以及文献[4]方法，表现出优良的储能水平。

3.4 节能效果验证

实验令半导体薄膜晶体管正常运行48 h，使用文献[3]方法、文献[4]方法以及本文方法对其进行节能，实验结果如表2所示，可知本文方法的节能效果最佳。

表2 节能效果验证实验结果 kW・h

4 结 论

本文提出一种能够同时兼具优良的开关性能和储能水平，并且节能效果较好的半导体薄膜晶体管的节能设计方法。半导体薄膜晶体管的电能耗损率与其供电频率有很大关系，使半导体薄膜晶体管的供电频率始终维持在50 Hz～18 kHz，可保证最基本的节能效果。因此，本文方法给出节能原理，对电源回路和驱动电路进行了重点设计。经实验验证可得，在本文方法下，半导体薄膜晶体管的开关性能、储能水平和节能效果均优于以往提出的节能设计方法，具有较高的使用价值。

参考文献

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第4篇：半导体材料设计范文

焊接是一门实践性非常突出的学科。我校近几年焊接人才供需矛盾日益突出，其中对具有创新思维的焊接应用型人才的需求尤为紧迫。所以在焊接人才培养中，创新实践的能力尤为重要。但是，由于受当前教学的宽口径人才培养思想和经费限制，我校原焊接专业方向的实践环节、实际动手能力培养在教学内容中比例偏少。 这就造成对学生创新能力、工程思维能力培养也相当不足。具体体现在，目前某些课程的实验教学仍然依附于理论教学。虽然，目前许多高校（包括我校）的焊接专业方向，在实践教学环节也进行了大力改革，独立开设了实验课程，但其实验内容大多还是验证性实验，只是将原来依附于每门理论课程的实验项目机械地组合在了一起。综合性实验数目少，且对学生的工程意识、实践能力、动手能力、分析解决问题的能力锻炼不够。针对以上问题，在半固态搅拌钎焊技术研发过程中，重点培养了学生的创新动手实践能力和创新型实践思维方式。 1焊接创新实验应遵循的指导 1.1建立科学的焊接创新思维方式。 在实验过程中，引导学生在实验过程原则中自主设计和思考，引导学生以学科交叉理论为基础综合思考和分析问题,引导学生以批判性辩证思维方式分析问题和解决问题，培养学生具有团队合作的精神。 1.2实验内容主要采用创新的实验方法探索某些难焊材料、物理化学不相容材料的焊接问题，提高焊接效率或改进焊接方法的新焊接工艺，抑制焊接有害界面反应的新工艺方法。主要实验内容如下：焊接新工艺、新材料；新型焊接设备。 2“半固态搅拌钎焊”创新实验思路及主要内容 2.1半固态搅拌钎焊实验项目的提出 该创新实验项目首先以焊接性差的铝基复合材料为研究对象。铝基复合材料具有高比强度、高比弹性模量、高尺寸稳定性等优点，在航天领域和武器装备领域具有重大潜在的使用价值。但是由于该材料的焊接性差，极大限制了该种材料进一步推广和应用。 作者基于多年半固态焊接研究的基础,率先提出了创新型“铝基复合材料的半固态搅拌钎焊新技术”。该项技术焊接原理如图1所示，在半固态连接过程中通过施加适当的搅拌力场使半固态合金中固相部分流变挤压、破碎以至去除待焊表面的氧化膜，使得半固态合金中液相部分与复合材料基体发生适当的扩散溶解，从而实现焊料与复合材料基体的冶金结合。该技术拟在非真空、低温条件下实现铝基复合材料的高效连接。因此，“铝基复合材料的半固态搅拌钎焊”创新实验项目充分体现新材料、新工艺和新装备“三新技术”的应用。 2.2半固态搅拌钎焊实验系统的初步建立 虽然该实验技术在理论上具有一定的可行性，但是，如何在设备上加以实现，是摆在参加该项创新实验所有学生面前的一道难题。指导老师对该项创新实验提出明确的要求： 2.2.1首先明确试验系统基本组成单元，即由旋转搅拌、行走、加热和测控温等单元组成，并据此对试验小组成员进行了明确分工； 2.2.2试验装置结构力求简单、实用,能保证实现该项焊接技术的基本功能； 2.2.3该试验装置的各组成单元和所需材料最好立足实验室现有的设备和材料，以节约该实验项目的成本。 在明确该项创新实验基本要求后,学生对该设备的整体方案进行了充分的调研和论证。在确定方案后，进入图纸设计、设备加工和后期的设备安装和调试阶段。通过以上步骤的实施,初步建立半固态搅拌钎焊实验系统，如图2、3所示。其主要由行走小车（由埋弧焊行走部分改造而成）、旋转机构（由手电转改造而成）、焊接平台、加热系统、测控温系统所组成。实践表明，该实验系统已能基本实现搅拌钎焊的功能。重要的是，通过该实验系统的研制大大地提高了学生动手实践能力。另外，学生运用所学的电子电工学、机械设计基础等理论知识，分析焊接速度、旋转速度等焊接参数的测量与控制原理和特点，找出现有焊接实验设备的不足，并应用机电一体化的理论知识提出改进方案与措施,以便提高焊接设备的精准度和自动化程度。如对旋转机构转速测控单元进行改造，可实现旋转搅拌参数精准控制。因此，通过该实验系统的研制极大地提高了学生综合分析问题的能力,并为培养学生的创新思维能力创造了有利条件。尤为重要的是，使学生充分意识到，即使利用现有简单的设备,依然可使创新设想变为现实，从而激励学生在日常工作中能进行创新实践活动。 2.3钎料层类型和焊接参数优化确定 在铝基复合材料的半固态钎焊过程中，Zn-Al钎料合金不同Zn含量对焊接成败起到非常关键作用。这主要因为通过降低钎料中Zn含量可扩大钎料的固液区间，将助于降低焊接温度参数的敏感性，从而提高焊接结果的稳定性。另外，在焊接实验的探索阶段,焊接成功率较低。但通过对成功案例的分析，积极引导学生摸索和揭示焊接实践过程中偶然现象中的必然因素。 也就是说明该项技术在原理上是可行的，但是在工艺上还不成熟。这需要通过研究焊接温度、搅拌头旋转速度等工艺参数对搅拌钎焊接头的微观结构和力学性能的影响规律来确定各参数的主次和交互作用，最终选择优化的焊接工艺参数。故通过焊接创新实验，学生不仅学习到相关性能检测方法，增强了解决实际工程问题的能力，同时，也有助于学生建立批判性辨证思维方式，从而增强学生的创新能力。 3焊接创新实验取得的教学成果 我校焊接教学团队在半固态搅拌钎焊创新实践的基础上，先后指导学生进行了多项创新实验项目，取得了显著的创新教学成果，并形成了一套完整的焊接创新实验教学体系。近3年来，以焊接创新实验项目为基础，开展了2005~2007级本科生的课程设计和毕业设计。#p#分页标题#e# 其中，有多人获得了优秀成绩。学生焊接创新团队在2009年获得了我校大学生创新性实验计划项目资助1项。在2010年，我校组织了3支学生焊接创新团队参加在南昌举行的全国首届大学生焊接创新大赛，获得大赛三等奖3项，同时学生创新能力也获得评审专家一致认可。 4结束语 通过近三年焊接创新实验教学的具体实践，建立了一套适合我校实际情况的焊接创新实验教学体系。在这套体系的创建过程中，有三个前提尤为重要：一、创新选题要紧紧结合工程实际和科学前沿，应具有明显的针对性和先进性；二、创新实践过程要根据学校的实际情况，整合和改造现有的实验资源，最大限度地节约实验项目成本；三、对学生进行批判性辨证思维方式的教育，这是创新实践的思想基础。

第5篇：半导体材料设计范文

关键词半导体；材料；芯片；发展；应用；技术；

中图分类号：O471 文献标识码：A 文章编号：

引言

自然界中的物质，根据其导电性能的差异可划分为导电性能良好的导体（如银、铜、铁等）、几乎不能导电的绝缘体（如橡胶、陶瓷、塑料等）和半导体（如锗、硅、砷化镓等）。半导体是导电能力介于导体和绝缘体之间的一种物质。它的导电能力会随温度、光照及掺入杂质的不同而显著变化，特别是掺杂可以改变半导体的导电能力和导电类型，这是其广泛应用于制造各种电子元器件和集成电路的基本依据。

一、半导体材料的概念与特性

当今，以半导体材料为芯片的各种产品普遍进入人们的生活，如电视机，电子计算机，电子表，半导体收音机等都已经成为我们日常所不可缺少的家用电器。 半导体材料为什么在今天拥有如此巨大的作用， 这需要我们从了解半导体材料的概念和特性开始。

半导体是导电能力介于导体和绝缘体之间的一类物质，在某些情形下具有导体的性质。 半导体材料广泛的应用源于它们独特的性质。 首先，一般的半导体材料的电导率随温度的升高迅速增大，各种热敏电阻的开发就是利用了这个特性；其次，杂质参入对半导体的性质起着决定性的作用，它们可使半导体的特性多样化，使得 PN 结形成，进而制作出各种二极管和三极管；再次，半导体的电学性质会因光照引起变化，光敏电阻随之诞生；一些半导体具有较强的温差效应，可以利用它制作半导体制冷器等； 半导体基片可以实现元器件集中制作在一个芯片上，于是产生了各种规模的集成电路。 这种种特性使得半导体获得各种各样的用途， 在科技的发展和人们的生活中都起到十分重要的作用。

二、几种主要半导体材料的发展现状与趋势

（一）硅材料

硅材料是半导体中应用广泛的一类材料，目前直径为8英寸（200mm）的Si单晶已实现大规模工业生产，基于直径为12英寸（300mm）硅片的集成电路（IC's）技术正处在由实验室向工业生产转变中。18英寸重达414公斤的硅单晶和18英寸的硅园片已在实验室研制成功，直径27英寸硅单晶研制也正在积极筹划中。

从进一步提高硅IC'S的速度和集成度看，研制适合于硅深亚微米乃至纳米工艺所需的大直径硅外延片会成为硅材料发展的主流。另外，SOI材料，包括智能剥离（Smart cut）和SIMOX材料等也发展很快。目前，直径8英寸的硅外延片和SOI材料已研制成功，更大尺寸的片材也在开发中。

（二）GaAs和InP单晶材料

GaAs和InP与硅不同，它们都是直接带隙材料，具有电子饱和漂移速度高，耐高温，抗辐照等特点；在超高速、超高频、低功耗、低噪音器件和电路，特别在光电子器件和光电集成方面占有独特的优势。

（三）半导体超晶格、量子阱材料

半导体超薄层微结构材料是基于先进生长技术（MBE，MOCVD）的新一代人工构造材料。它以全新的概念改变着光电子和微电子器件的设计思想，出现了“电学和光学特性可剪裁”为特征的新范畴，是新一代固态量子器件的基础材料。GaN／BP／Si以及GaN／Si材料。最近，在GaN／Si上成功地研制出LED发光器件和有关纳米硅的Ⅲ－V族超晶格、量子阱材料。我国早在1999年，就研制成功980nm InGaAs带间量子级联激光器，输出功率达5W以上；2000年初，法国汤姆逊公司又报道了单个激光器准连续输出功率超过10瓦好结果。最近，我国的科研工作者又提出并开展了多有源区纵向光耦合垂直腔面发射激光器研究，这是一种具有高增益、极低阈值、高功率和高光束质量的新型激光器，在未来光通信、光互联与光电信息处理方面有着良好的应用前景。

（四）一维量子线、零维量子点半导体微结构材料

基于量子尺寸效应、量子干涉效应，量子隧穿效应和库仑阻效应以及非线性光学效应等的低维半导体材料是一种人工构造（通过能带工程实施）的新型半导体材料，是新一代微电子、光电子器件和电路的基础。它的发展与应用，极有可能触发新的技术革命。

目前低维半导体材料生长与制备主要集中在几个比较成熟的材料体系上，如GaAlAs／GaAs，In（Ga）As／GaAs，InGaAs／InAlAs／GaAs，InGaAs／InP，In（Ga）As／InAlAs／InP,InGaAsP／InAlAs／InP以及GeSi／Si等，并在纳米微电子和光电子研制方面取得了重大进展。俄罗斯约飞技术物理所MBE小组，柏林的俄德联合研制小组和中科院半导体所半导体材料科学重点实验室的MBE小组等研制成功的In（Ga）As／GaAs高功率量子点激光器，工作波长lμ蘭左右，单管室温连续输出功率高达3．6～4W。1.5 宽带隙半导体材料宽带隙半导体材料主要指的是金刚石，III族氮化物，碳化硅，立方氮化硼以及氧化物（ZnO等）及固溶体等，特别是SiC、GaN和金刚石薄膜等材料，因具有高热导率、高电子饱和漂移速度和大临界击穿电压等特点，成为研制高频大功率、耐高温、抗辐照半导体微电子器件和电路的理想材料；在通信、汽车、航空、航天、石油开采以及国防等方面有着广泛的应用前景。另外，III族氮化物也是很好的光电子材料，在蓝、绿光发光二极管（LED)和紫、蓝、绿光激光器（LD）以及紫外探测器等应用方面也显示了广泛的应用前景。随着1993年GaN材料的P型掺杂突破，GaN基材料成为蓝绿光发光材料的研究热点。

三、半导体材料发展的几点建议

GaAs、InP等单晶材料同国外的差距主要表现在拉晶和晶片加工设备落后，没有形成生产能力。相信在国家各部委的统一组织、领导下，并争取企业介入，建立我国自己的研究、开发和生产联合体，取各家之长，分工协作，到2010年赶上世界先进水平是可能的。要达到上述目的，到“十五”末应形成以4英寸单晶为主2－3吨／年的SI－GaAs和3－5吨／年掺杂GaAs、InP单晶和开盒就用晶片的生产能力，以满足我国不断发展的微电子和光电子工业的需求。到2010年，应当实现4英寸GaAs生产线的国产化，并具有满足6英寸线的供片能力。发展超晶格、量子阱和一维、零维半导体微结构材料。

（一）超晶格、量子阱材料

从目前我国国力和我们已有的基础出发，应以三基色（超高亮度红、绿和蓝光）材料和光通信材料为主攻方向，并兼顾新一代微电子器件和电路的需求，加强MBE和MOCVD两个基地的建设，引进必要的适合批量生产的工业型MBE和MOCVD设备并着重致力于GaAlAs／GaAs，InGaAlP／InGaP,GaN基蓝绿光材料，InGaAs／InP和InGaAsP／InP等材料体系的实用化研究是当务之急，争取在“十五”末，能满足国内2、3和4英寸GaAs生产线所需要的异质结材料。到2010年，每年能具备至少100万平方英寸MBE和MOCVD微电子和光电子微结构材料的生产能力。达到本世纪初的国际水平。

宽带隙高温半导体材料如SiC，GaN基微电子材料和单晶金刚石薄膜以及ZnO等材料也应择优布点，分别做好研究与开发工作。

（二）一维和零维半导体材料的发展设想

基于低维半导体微结构材料的固态纳米量子器件，目前虽然仍处在预研阶段，但极其重要，极有可能触发微电子、光电子技术新的革命。低维量子器件的制造依赖于低维结构材料生长和纳米加工技术的进步，而纳米结构材料的质量又很大程度上取决于生长和制备技术的水平。因而，集中人力、物力建设我国自己的纳米科学与技术研究发展中心就成为了成败的关键。具体目标是，“十五”末，在半导体量子线、量子点材料制备，量子器件研制和系统集成等若干个重要研究方向接近当时的国际先进水平；2010年在有实用化前景的量子点激光器，量子共振隧穿器件和单电子器件及其集成等研发方面，达到国际先进水平，并在国际该领域占有一席之地。可以预料，它的实施必将极大地增强我国的经济和国防实力。

结束语

随着信息技术的快速发展和各种电子器件、 产品等要求不断的提高， 半导体材料在未来的发展中依然起着重要的作用。 在经过以 Si、GaAs 为代表的第一代、第二代半导体材料发展历程后，第三代半导体材料的成为了当前的研究热点。 我们应当在兼顾第一代和第二代半导体发展的同时， 加速发展第三代半导体材料。 目前的半导体材料整体朝着高完整性、高均匀性、大尺寸、薄膜化、集成化、多功能化方向迈进。 随着微电子时代向光电子时代逐渐过渡， 我们需要进一步提高半导体技术和产业的研究，开创出半导体材料的新领域。 相信不久的将来，通过各种半导体材料的不断探究和应用，我们的科技、产品、生活等方面定能得到巨大的提高和发展！

参考文献

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第6篇：半导体材料设计范文

关键词：高压电缆头；半导体涂覆；制作流程；高压电缆故障；电力系统；电力设备 文献标识码：A

中图分类号：TM247 文章编号：1009-2374（2016）19-0014-03 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2016.19.007

随着电力系统建设规模的不断扩大，高压电缆的应用越来越广泛，在其铺设过程中为了进行电力电缆的连接，都需要制作电缆头。与高压电缆本体相比，在高压电缆的整个运行寿命中，电缆接头是薄弱的环节。由电缆接头导致的电缆故障占到了电缆故障的主要部分，且电缆接头所处位置较特殊，排查故障往往花费较长时间，造成过高的故障诊断与维修成本。因此要使中间头和终端头达到质量最优的控制效果，高压电缆头的制作方法受到越来越多人的重视。

1 高压电缆结构

高压电缆产品规格与型号众多，按材料划分主要有交联乙烯绝缘电缆（XLPE）绝缘电缆、油浸纸绝缘电缆、塑料绝缘电缆、橡胶绝缘电缆等，但XLPE电缆使用最为广泛。电力电缆结构通常情况下主要由芯线、绝缘屏蔽层以及保护层三部分构成，图1是电缆结构图。电缆线芯采用多股圆铜线或铝线紧压绞合而成，外形上可分为紧压型与非紧压型。由于紧压型电缆表面较为光滑、有效地避免了引起电场集中，同时降低水分进入线芯造成电路短路的可能性，因而在制造过程中，一般都以紧压型为主。绝缘屏蔽层包括主绝缘层、半导体屏蔽层及金属屏蔽层（主要铜屏蔽层）。保护层包括内衬层、钢铠、外护套。从图1可以看出，保护层处于整个电缆最，因而它是保护整个电缆正常工作的第一道屏障，其结构可以根据具体使用环境采取相应的设计。

2 高压电缆中间头和终端头制作的质量要求

电缆终端头是将电缆与其他电气设备连接的部件，电缆中间头是将两根电缆连接，两者统称为电缆附件。电缆附件作为电缆电力系统供电的重要枢纽，它应该具备与电缆本体相同的使用寿命。下面给出了电缆附件性能参数：（1）电缆中间头联接处电阻要尽量小且联接处要保证稳定，能耐受短暂大电流冲击，联接处电阻在长时间运行后不能超过电缆线芯本体等长度电阻的1.3倍；（2）抗振动、耐腐蚀，具有一定的机械强度，同时成本低、体积小，便于现场操作人员安装；（3）电缆附件应该具备电缆本体相同的绝缘性能，介质损耗要低，具有应对电场突变的措施。

3 高压电缆附件基本技术要求

电缆附件作用主要是机械保护、防水、防火、耐腐蚀等。针对具体要求设计相应的保护层结构，也可以根据需要进行各种组合，因此电缆附件基本技术（结构设计、材料研究）改进也越来越受到重视。

基于上述背景，国内外相关学者及企业不断探索附件的材料优化和结构仿真优化，如参考文献[7]研究出采用注压硫化生产高压电缆附件的件的三元乙丙橡胶（EPDM）绝缘材料的配合技术，从生胶的选择，配合剂的选用、加工注意事项等方面进行了研讨，总结出了一个优化配方，所研制的EPDM绝缘材料具有优良的物理性能和电绝缘性能，生产工艺性好。参考文献[8]使用有限元算法实现了电缆附件软件包的研制，该软件包利用Visual Basic 6.0嵌套Fortran生成的动态链接“D11”程序开发而成，软件使得电缆附件设计人员可直观地看出场强集中的部分，若是希望知道某一点的确切场强和电位，只需用鼠标点击该点，即可显示该点准确坐标、径向场强和确切电位，大大地提高了设计人员的效率。参考文献[9]模拟电缆附件在安装过程中由人为操作不当导致，诸如刀痕、毛刺尖端、金属颗粒悬浮等缺陷对附件电场分布的影响；参考文献[10]至参考文献[13]分析了界面压力、粗糙度对界面介电性能的影响及应对措施。为改善电缆电场分布，电缆附件在制造时，可以采用几何结构法、电气参数法以及二者相结合来解决附件上应力集中等问题；电缆附件制作时应该尽可能地做到杂质和空隙零出现、增加两种绝缘材料界面的压力，提高附件耐电强度。半导体屏蔽层使用是屏蔽气息的有效措施，而且能够改善电缆表面电场的分布。目前，交联热缩电缆附件在电力系统中使用最多，采用材料由聚乙烯-醋酸乙烯（EVA）及乙丙橡胶等混合物组成，该附件符合GB 11033标准，可以在55℃～140℃之间长期

使用。

4 半导体涂覆应用于电缆头制作

通过对国内近十年电缆本体、附件故障的统计发现，电缆接头处由质量引起的故障超过60%。高压电缆接头处的故障，其中有两类诱发因素较为常见：一类是电缆屏蔽层端口处的击穿，破坏了主绝缘的性能；另一类是接地连接及芯线连接时不可靠带来接触电阻大，出现电流冲击后局部过热，降低了绝缘性能甚至破坏主绝缘的绝缘性能。现有技术中采用的提高电缆头性能的制作方法有：（1）采用几何形状法结合应力管应用减少接线端部解决电应力集中问题，其中对应力管包括热缩式应力套管、预制附件套管、冷缩式应力套管；（2）采用专用设备提高压件的压接应力，如改善压接孔结构、利用新型紧固件等；（3）采用新材料，利用材料配方高介电常数材料主动缓解电场应力集中。

然而由于现场操作时个人对内护绝缘层几何尺寸处理的理解不一、接头处允许的附件尺寸不同，上述采用（1）、（2）措施所能达到的效果不可控，也达不到统一的标准。本文针对以上问题，提出了一种操作简便、性能可靠的应用半导体涂覆的高压电缆头制作方法。

4.1 半导体涂覆电缆头制作流程

在对高压电缆头的结构与性能以及电缆头制作时质量要求了解后，现给出应用半导体涂覆的高压电缆头制作流程如下：（1）制作环境：避开雨雾及大风天气，确保工作环境在2℃及以上、相对湿度低于70%、粉尘质量浓度小于20CPM；（2）电缆附件的检查：检查出厂日期及包装密闭性后，对所有电缆附件预先试装，确认规格与待加工电缆一致，且部件齐全；（3）剥除外护层及铠甲：按尺寸要求剥除外护层及铠甲，其中剥除铠甲需顺铠甲抱紧方向，并处理锯断处的铠甲毛刺；（4）内护绝缘层处理：将电缆断面的内护绝缘层端部削成锥形，此锥形为反应力锥，同时进行抛光处理和表面清洁，然后采用硅脂锥形界面，同时填充界面的气隙；（5）芯线处理：将芯线断面裁切整齐，侧面用不掉毛的细布或纸清洁表面，然后涂抹导电膏，再预先套好一件冷缩式内绝缘护套管、两件应力管后用铜接管压接芯线、两件热缩式外绝缘护套管，同时用砂布对锥面进行抛光处理并清洁表面，最后对的芯线、铜接管和内护绝缘层锥形面涂覆半导体材料；（6）应力管安装：在剥除半导体屏蔽层处清理加工面残留物后涂抹硅脂，然后安装应力管，其中安装应力管与铜屏蔽层的接触长度为20～25mm；（7）电缆接地处理：对铜屏蔽层和铠甲层去除表面氧化物后，分别焊接接地线，焊接前后均需对电缆绝缘值进行测量，保证绝缘值高于或达到要求值，同时铜屏蔽层和铠甲层之间保证良好绝缘；（8）缩紧护套管：对上述做好的接头，表面涂抹硅脂，将两件热缩式外绝缘护套管中间交叉重叠放在接头中间位置，然后从中间开始分别向两侧加热收缩外绝缘护套管，挤出空气并保证加热均匀，最后对接头制作区进一步做好防潮处理。

4.2 半导体涂覆电缆头制作注意事项

在导体表面涂覆一层半导电材料，可以形成一道内屏蔽层，该屏蔽层与导体等电位并且与绝缘层良好接触，避免在导体与绝缘层之间发生局部放电。以下为半导体涂覆的一些注意事项：（1）内护绝缘层处理时，用砂布对锥面进行抛光处理，用浸有清洁剂的不掉毛细布或纸清洁内护绝缘表面，从绝缘端部向半导体单方向进行清洁操作；（2）芯线处理时，涂覆的半导体材料为乙烯-醋酸乙烯酯共聚物EVA为聚合物基体、炭黑CB为主要导电填料、有机过氧化物为交联剂组成的复合材料；（3）缩紧护套管时，两件热缩式外绝缘护套管中间交叉重叠位置不少于110mm；（4）缩紧护套管时，对接头制作区的防潮处理，采用自黏密封带螺旋形缠绕；（5）芯线处理时，涂覆半导体材料，整个涂覆外表面形成整齐圆柱形。

5 结语

本文综述了高压电缆的结构与性能、高压电缆附件技术要求以及电缆终端头和中间头的质量要求，在此基础上针对常见电缆头故障提出了一种新的高压电缆头中间芯线的制作方法。该方法具有针对性强、操作简便、性能可靠等特点，易于被现场操作技术人员掌握，从而可有效地提高电缆头制作的质量和操作人员的制作效率。该方法选用新型半导体屏蔽材料乙烯-醋酸乙烯酯共聚物EVA为聚合物基体等组成的复合材料，且对半导体涂覆范围、结构尺寸和外径面需要达到的技术指标进行了明确的设定，可有效缓解由于电缆本体屏蔽层剥离带来的断口处电场强集中的问题，提高了主绝缘层的绝缘性能和使用寿命。内护绝缘层处理、芯线处理时，增加了清洁方向的规定，可减小加工碎屑的残余，有效降低后期由于同一导电介质层存在杂质而带来的安全隐患。芯线处理时，增加了清洁要求和加涂导电膏的要求，可以增加芯线和铜接管的有效解除面积，降低接触电阻，减少由此引起的局部发热对主绝缘的破坏。

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第7篇：半导体材料设计范文

关键词：路面结构、透水路面、路面材料

中图分类号： X734 文献标识码： A

自行车出行作为慢行交通的方式，具有方便省时、无污染、节约能源、经济实用等诸多优点。它是大多数城乡居民首选的交通方式。随着对自行车的逐步关注，新材料和新的设计思想也在丰富着自行车道路面结构设计。透水结构、彩色材料、工业废弃物材料等也不断应用到自行车道的结构材料中。

1 自行车道路面的功能

自行车道路面的功能应满足如下要求：

1）自行车道路面具有足够的强度、稳定性、平整度和粗糙度，满足自行车的行驶要求。

2）自行车道路面具有一定的视觉引导和分隔行驶功能，满足自行车道权属功能。

3）自行车道路面应符合低碳环保的要求，与环境协调。

4）自行车道具有一定的舒适度，满足使用者的要求。

2 路面类型

2.1 按照路面结构的力学特性分类

路面结构可分为：柔性路面、刚性路面和半刚性路面。

1）柔性路面。整体结构为柔性材料，刚度较小，在车轮荷载作用下可产生较大的弯沉变形，路面结构本身的抗弯拉强度较低，它通过各结构层将荷载传递给路基，使路基承受较大的单位压力。柔性路面主要靠抗压、抗剪切强度来承受车轮荷载作用。它主要包括沥青面层、块石面层柔性基层等。

2）刚性路面。主要指水泥混凝土面层，具有抗弯拉强度高、弹性模量高、刚性大的特点。

3）半刚性路面。用水泥、石灰等无机结合料处置的土、碎（砾）石以及含有水硬性结合料的工业废渣，修筑成的路面基层，在前期具有柔性路面的力学特征，后期的强度和刚度均有较大幅度的增长，但最终的强度和刚度仍远小于水泥混凝土。由于这种材料的实际刚性介于柔性与刚性之间，因此，定义为半刚性基层。一般把在半刚性基层上铺筑的沥青路面面层统称为半刚性路面。

2.2 按照路面透水性能分类

路面根据结构透水特点，可分为透水路面、不透水路面。不透水路面较为普遍，本文不作赘述，重点分析自行车道透水路面。

根据路表水通过透水面层后渗透到土路基内方式的不同，透水自行车道分为全透式、半透式2种。

1）全透式。表层水通过透水面层后可全部或部分渗透到土基中，部分无法及时渗透到土基的表层水可通过自行车道结构层中的排水设施排入市政管网（见图1）。

图1 全透式自行车道

2）半透式。表层水通过透水面层后并不渗透到土基中，而是利用自行车道结构层中的排水设施排人市政管网中（见图2）。

图2 半透式自行车道

3 路面材料

路面根据结构材料，可分为沥青混合料、水泥混凝土、砖材、木材、石材等。

自行车道可选择的路面结构和材料形式多样，使自行车道更能与城市环境融为一体，也可以提高自行车使用者的行驶乐趣。

常用自行车道的路面特点和适用范围建议见表1。

表1 路面材料特点汇总表

4 结语

自行车道是自行车出行的重要载体，本文通过对自行车道路面结构设计的研究，总结了自行车道路面结构的功能、分类、材料特点、典型结构及适用情况，为自行车道路面结构的设计提供参考。

参考文献：

[1]金仲秋，俞高明.公路工程[M].北京：人民交通出版社，2010.

[2]顾民.透水人行道铺面设计与应用[J]，城市道桥与防洪，2012（6）：76-78.

第8篇：半导体材料设计范文

关键词：日本九州；产业集群；九州半导体产业结构；硅片制造技术

中图分类号：F062 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2011）31-0012-02

一、现状分析

在日本九州，生产半导体的企业在1990年是200个，2000年达到400个，2005年企业数激增至650个。其中70%是中小企业。

九州的半导体工厂建设最初是在1967年，是自IC发明九年之后的事情。当时著名的三菱电机在九州的熊本县开始组建半导体的生产体系。那时的工厂只有43名员工。伴随着著名的九州硅谷的诞生及IC生产的开始，东芝、九州日本电气（NEC）等相继在九州开设半导体工厂。为什么在九州开设那么多半导体工厂，有如下几个原因：

1．在当时的半导体制造中即硅片等的洗净工程上及其他需要大量超纯水作为原水。而九州阿苏外轮山周边有丰富的泉水，最适合于半导体制造。

2．IC的生产需要大量的电力，而九州的电力供给完全可以满足IC的生产。

3．半导体工厂作业需要较多的女性劳动力在九州亦有所保证。

4．航空运输方便。IC一般不使用铁路和船运输，只使用飞机。当时的九州有五个飞机场，运输极为便利。

5．九州地方政府出台了许多有利于企业发展的诸如税收等优惠政策。

6．在日本中部及其他地方生产半导体产品的成本较九州高许多。

这样就吸引了大批企业进入九州生产IC。如

图1所示。

资料来源：财团法人九州经济调查协会编：《九州产业读本》，西日本新闻社出版，2007年3月22日第一版，第86页。

图1 九州半导体产业结构

1980年代初，全日本几乎40%的IC是在九州生产的。半导体产业领域非常宽广，各领域的企业关联度很大。这是由半导体的制造程序决定的。下图是半导体的制造程序。

图2 半导体主要制造程序图

资料来源：财团法人九州经济调查协会编：《九州产业读本》，西日本新闻社出版，2007年3月22日第一版，第83页。

再稍微细分一些，半导体制造主要有五个程序或工程阶段：（1）设计；（2）前工程；（3）后工程；（4）设备制造；（5）原材料。

1．设计。IC的设计是由大型电机制造系列企业或独立的设计公司来完成的。在九州最大的设计制造商是熊本的NEC微型系统，约有500名设计师。其他的设计制造商在福冈市、北九州市或分布在其周边。作为大型IDM系列设计企业还有，索尼LSI（微型）设计公司（福冈市），日立超LSI（微型）系统九州开发中心（福冈市），富士通网络技术公司（福冈市），东芝微型电子工程公司（北九州市）等。作为独立体系的投资设计公司较大规模的在福冈市有2个，在北九州市有3个。

最近，在福冈市和北九州市，建立了许多新的设计公司。这是因为这些优秀的工程设计比日本其他地方容易被采用。这些设计，不仅包括IC，而且还包括基板的设计、工具的设计等。在九州同设计有较强关系的企业达120个之多。

2．前工程。被称为前工程的薄片（硅片）设计工厂在九州有17个。仅索尼半导体九州公司就有3个工厂。他们使用最新的设备制造CMOS传感器等。还有九州日本电气、三菱电机、东芝半导体大分工厂等均使用国际较为尖端的技术进行生产制造。

3．后工程。后工程主要是进行IC的安装和检测。这项工作主要由大型IDM系列企业及其协作企业来完成。后工程在NEC集群中约占全体的80%，在尖端技术中约占全体的30%。这项工程主要在九州和离九州很近的山口县进行。除此以外，索尼集团在九州的大分县拥有日本国内唯一的后工程基地。而且在当地培育了许多协作企业。以原来的公司精机产业为首，包括协作企业，共有84个企业进行IC的安装测试。

4．设备制造。半导体设备制造的牵头企业是东京电子分公司东京电子九州（佐贺县乌栖市）。主要是制造感光剂涂布设备和曝光后的显象设备。真空设备大户的电子东京都在九州、在鹿儿岛和熊本拥有主要的工厂。拥有世界上最先进仪器设备的索尼（佐贺县乌栖市）也把总部设在了九州，从研究开发、制造，到销售贩卖实行一条龙全方位发展战略。另外，万能表大型制造商的东京都电子和东京都电气也分别在北九州市和熊本县大津街建立了开发制造基地，从而也培育了地方企业较强的设备制造能力。这样的企业以樱井精技公司为首，还有上野精机公司（福冈县水卷街）林公司（福冈市）、半导体福冈――（福冈市）、石井工作研究所等。而且，象安川电机（北九州市）和日本富安电气（福冈县宫若市）、第一施工业（福冈县古贺市）等那样，应用半导体制造技术，向着电子控制设备制造方向发展的企业也很多。半导体设备制造及设备零部件制造的企业在九州共有221个公司。

5．原材料。硅片制造商SUMCOL东京都在佐贺县伊万里市拥有最新式的工厂，从事30万分之一毫米薄片的制造。全世界15%以上的硅片是九州生产制造的。不仅日本国内，海外也从福冈机场运送这种产品。而且还有在半导体组装设备上能够制造不可或缺的尖端框架的世界级企业三井物产（北九州市）和精密镀金的住友（福冈县直云市），绪方工业（熊本县），熊本防金青工业（熊本市）等。

同IC类似的设计上，液晶显示LCD被制造出来。可是在LCD制造工程上使用的液晶和彩色滤光片九州也盛产。除了生产液晶原材料的氢水俣制造所（熊本县水俣市）是世界主要的生产基地以外，在彩色滤波器的生产上还有九州电气（北九州市）和DNP电子（北九州市）等。供给各种原料的企业在九州共有322个。

二、特点

1．企业众多，中小企业占绝大多数。在九州从事半导体生产制造的企业众多，达650个之多。其中70%是中小企业。

2．知名大企业牵头，拥有世界级尖端技术。索尼、东芝、日立、三菱、富士通、尼桑等世界知名大企业均在九州设有半导体生产基地。其曝光、传感器、彩色滤波器等均是世界尖端技术。

3．企业间基于精细分工与专业化基础之上的产业链的关联与集聚。半导体制造主要有五个产业链或五个程序：设计、前工程、后工程、设备制造、原材料。九州的半导体制造企业都分布在这五个产业链上。且每个产业链或程序上的企业亦均有较精细的分工。

4．地域相对集中。九州半导体制造企业大部分集中在福冈市、北九州市和熊本县。

5．其他。政策优惠、航空运输方便，电力充裕，所需女性劳动力充分廉价，九州拥有半导制造中所需要的丰富的泉水等。

三、几点启示

归纳日本九州产业集群的特点如下：

1．地理位置相对集中，企业众多，均在几十乃至上百。

2．存在核心企业高端技术，且均属世界一流。

3．基于产业链的专业化分工较为严密。

参考文献

第9篇：半导体材料设计范文

关键词： AgCl FeO 大学生创新创业计划项目 实验设计

大学生创新创业训练计划项目是教育部在“十二五”期间开始实施的国家级项目。创新训练项目是本科生个人或团队，在导师的指导下，自主完成创新性研究项目设计和项目实施、研究报告撰写等工作。项目的实施可以促进教育思想观念的转变，进而改革人才培养模式，强化创新创业能力训练，增强高校学生的创新能力和在创新基础上的创业能力，培养适应创新型国家建设需要的高水平创新人才。

随着半导体及其复合纳米材料的快速发展，可见光光催化降解有机染料实现了可能，并受到广大科研工作者的青睐。银是一种价格较为便宜的贵金属，由于银纳米粒子具有很强的局域表面等离子体共振效应，将银纳米粒子与半导体结合可以显著提高半导体的光催化活性。AgCl具有优异的光催化活性，但其见光不稳定，在光照下易在表面生成单质Ag纳米粒子，从而得到Ag/AgCl复合结构。AgCl与原位生成的Ag具有良好的界面接触，从而使材料对可见光的吸收显著增强，导致Ag/AgCl具有比AgCl更强的光催化活性和稳定性。

光催化材料的可回收利用是实现其商业化应用的重要条件。对于银系半导体光催化剂来说，由于其价格较贵，循环使用显得尤为重要。将光催化材料与磁性纳米粒子结合，构筑复合光催化剂，可通过磁分离实现催化剂的回收利用，从而降低成本。在磁性纳米材料中，FeO由于价格低廉、环境友好且具有较大的饱和磁化强度，已引起研究者的广泛兴趣。研究表明，一方面与FeO复合可以提高催化剂的回收利用率，另一方面半导体与FeO之间的能级差能有效抑制电子-空穴的复合，从而形成有效的电荷分离，提高半导体的光催化活性。本实验通过两步法合成出Ag/AgCl/FeO复合光催化剂，利用XRD、TEM等测试手段对样品进行表征。同时以亚甲基蓝（MB）为目标污染物，研究Ag/AgCl/FeO复合光催化剂的可见光光催化性能，了解其在光催化和环境污染治理领域的应用价值。

1.实验部分

1.1实验试剂

Fe（acac）（98%）购自上海阿拉丁生化科技股份有限公司，其他试剂购自国药集团化学试剂有限公司，均为分析纯，使用前未经纯化。

1.2Ag/AgCl/FeO复合光催化材料的制备

FeO胶体溶液参照文献方法制备[1]。将0.18gAgNO与0.1g聚乙烯吡咯烷酮溶解于36mL的乙二醇中，搅拌30min后，加入一定量的FeO胶体溶液，于160℃回流反应30min，所得的样品经离心、去离子水和无水乙醇洗涤后置于45℃的真空烘箱中干燥，得到样品Ag/FeO。

将烘干的样品进行研磨处理，称取50mg，加入20mL去离子水，在磁力搅拌下慢慢滴加20mL0.05M的FeCl溶液，搅拌反应3h后，将所得的样品离心、洗涤、干燥，研磨保存，得到Ag/AgCl/FeO样品。作为比较，在相同条件下可合成Ag/AgCl光催化材料。

1.3光催化实验

以MB为目标污染物，通过对MB的降解反应来考察样品的光催化活性。光催化实验在GHX-3型光化学反应仪（扬州科教仪器有限公司）中进行，光源为250W的氙灯。在光源与反应瓶之间加滤光片，以去除λ

1.4样品的表征

采用X-射线衍射仪（XRD，Bruker D8 Advance）测定样品的相结构。采用透射电子显微镜（TEM，JEM-2100）测定样品的微观结构。以BaSO为基底，采用Shimadzu UV-2450紫外-可见分光光度计测试样品的紫外―可见漫反射光谱，采用UV-1800PC紫外―可见分光光度计测试样品的紫外―可见光谱。

2.结果与讨论

通过XRD对样品进行表征，可以证明该实验合成的最终产物为Ag/AgCl/FeO复合光催化剂；通过TEM和HRTEM对样品表征，可以得到样品的微观形貌，进而得到其尺寸大小；利用紫外-可见漫反射光谱研究样品对光的吸收能力的大小；为了进一步评价样品的光催化活性，以MB为目标污染物，在可见光照射下对其进行光降解，通过研究MB溶液的吸光度-时间曲线可以判断MB的降解情况。同时，Ag/AgCl/FeO的光催化活性可以通过改变其中FeO的含量而加以调控。Ag/AgCl/FeO增强的光催化活性使其在光催化领域具有潜在的应用价值。

学生通过本实验的前期准备工作，如文献检索与阅读、方案设计与调整等，可以充分锻炼其自学能力；通过X-射线衍射仪、透射电镜和紫外-可见分光光度计的使用，在掌握这些仪器的基本测试原理和方法的基础上，进一步加强学生在实验技能方面的培养和训练；通过实验的具体实施及数据处理分析软件如Jade和Origin，可以提高学生对作图软件的使用及相关数据处理和分析的能力，这些都会对其今后科研工作起到至关重要的作用。

参考文献：