半导体与量子力学的关系精选(九篇)

第1篇：半导体与量子力学的关系范文

关键词：半导体物理；教学改革；教学效果

作者简介：刘德伟（1979-），男，河南濮阳人，郑州轻工业学院物理与电子工程学院，讲师；李涛（1977-），男，河南淮阳人，郑州轻工业学院物理与电子工程学院，讲师。（河南 郑州 450002）

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）34-0085-02

半导体物理是半导体科学的理论基础，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。然而，由于半导体物理的学科性很强，理论较为深奥，涉及知识点多，理论推导繁琐，学生在学习的过程中存在一定的难度。因此，授课教师必须在充分理解半导体物理，熟悉半导体工艺和集成电路设计的基础上，结合教学实际中存在的问题，优化整合教学内容，丰富教学手段，探索教学改革措施，培养学生的学习兴趣，提高半导体物理课程的教学质量。

一、半导体物理课程特点及教学中存在的主要问题

郑州轻工业学院采用的教材为刘恩科主编的《半导体物理学》（第七版，电子工业出版社），该教材是电子科学与技术类专业精品教材。[1]结合教材特点与教学实践，半导体物理课程教学过程中存在的主要问题与不足[2]可归纳如下：

1.教材内容知识点多，理论性强

半导体物理课程前五章为理论基础部分，主要讲述了半导体中的电子状态、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，在此基础上阐述了电子有效质量、费米能级、迁移率、非平衡载流子寿命等基本概念；分析了状态密度、分布函数、载流子浓度以及迁移率与杂质浓度、温度的关系。课程涉及理论知识较深，易混淆知识点较多，数学公式推导复杂，很多基本概念及数学公式要求学生掌握量子力学、固体物理、热力学统计物理和高等数学等多门基础学科的理论知识。因此，学生在前期学习中，在相关知识点上难以衔接，对相关理论的掌握存在一定困难。

2.传统教学模式难以理论联系实际

半导体物理课程后八章主要介绍了半导体基本器件的结构与性能，半导体的光、电、热、磁等基本性质。如pn结电流电压特性及电容、击穿电压与隧道效应、肖特基接触与欧姆接触；半导体表面与MIS结构、表面电场对pn结性能的影响；半导体异质结构及半导体激光器等。由于这部分内容主要阐述半导体的实际应用，仅仅从课本上学习相关知识，难以理论联系实际，对于没有接触过半导体制备工艺的学生而言，就会觉得内容枯燥，课堂乏味。

3.教材内容无法追踪科技前沿

现代半导体技术日新月异，发展迅速，例如在半导体照明、半导体激光器、探测器、太阳能电池等领域都获得了重大研究成果，研究领域不断拓展，新的理论不断涌现，与化学、医学、生物等学科之间的交叉和渗透越来越强，极大地丰富了半导体物理的教学内容。而半导体物理教材内容的更新相对较慢，因此，如何在有限的课时内既要讲授教材内容，又要穿插相关科技前沿是一个值得深入探讨的问题。

二、半导体物理课程教学改革措施

基于以上分析，半导体物理课程对授课教师要求较高，如何在有限的课堂教学过程中将大量的知识讲解清楚，需要教师积极探索新的教学模式，针对课程特点与教学现状，通过不断实践克服存在的问题与不足，采用多样化的教学手段，优化整合教学内容，狠抓教学环节，使学生较好地理解并掌握相关知识，为后续课程的学习打下良好的基础。[3]

1.优化整合教学内容

由于现代半导体技术发展极为迅速，研究方向不断拓展，相关知识更新较快。因此，授课教师应与时俱进，关注科技前沿与研究热点，合理安排教学内容。结合电子科学与技术专业其它课程的教学内容，在保持课程知识结构与整体系统性的同时，对教学内容进行合理取舍，压缩与其他课程重叠的内容，删除教材中相对陈旧的知识，密切跟踪科技前沿与研究热点，适当增加新的理论，补充重要的半导体技术发展史，激发学生的学习热情，培养学生的科学精神。例如压缩教材中第一章固体物理课程已经详细讲解过的能带理论内容，将授课时间由原来的8学时压缩至6学时；在讲解半导体光学特性时，结合半导体光电子学的研究前沿，增加该部分内容所涉及的研究领域与最新技术，如半导体超晶格、量子阱等方面的内容；在讲述MIS结构的C-V特性时，补充C-V特性的研究意义，介绍半导体表面特性对集成芯片性能的影响，鼓励学生查阅总结利用C-V特性研究半导体表面的方法；在讲授半导体元器件的结构及性能时，适当补充半导体器件的制备工艺，播放一些半导体器件的制备视频，让学生结合某种半导体器件分析其结构与性能；在讲解半导体异质结构时，先让学生了解pn结种类，然后对比同质结与异质结的异同，最后让学生掌握异质结的电流电压特性，通过增加半导体激光器的发展史，即从第一支同质结半导体激光器只能在低温下发射脉冲激光到现在的异质结激光器的优异性能，让学生充分认识到半导体物理是现代半导体技术发展的理论基础，是科技创新的力量源泉。通过介绍科技前沿与研究热点，指导学生查阅相关文献，扩大学生的知识面，提高学生学习的积极主动性。

2.突出重点，分化难点，强调基本概念与物理模型

半导体物理课程涉及到的基本概念和物理模型较多，仅凭教材中的定义理解这些概念和模型，学生很难完全掌握。在讲解深奥的物理模型时，教师应运用恰当的类比，通过生动形象的事例对比分析，加深学生对物理模型的理解，增加学生的学习兴趣。例如教材中半导体载流子浓度的计算既是难点又是重点，学习中涉及到状态密度、玻尔兹曼分布函数、费密分布函数以及载流子浓度等为较容易混淆的概念。为了帮助学生理解，教师可以通过教学楼里面的学生人数与半导体中的电子数目进行类比：不同楼层的教室对应不同的能带，教室座位数对应能态的数目，教室的学生人数就相当于半导体中的电子数目，这样，计算半导体电子浓度的问题就与计算教室单位空间内学生人数的问题非常类似。通过这种生动形象的类比，学生很容易明白半导体中的能态密度就相当于教室单位空间的座位数，而半导体中的电子在能级上的占据几率就对应于教室内学生的入座情况。半导体中的电子在能级上的占据概率需要满足波尔兹曼分布函数或费米分布函数，而分布函数的确定取决于费米能级的位置，当分布函数确定后，单位能量间隔内的电子数目就可以通过简单的微积分计算出来。

另外，半导体物理课程中理论推导和数学上的近似处理较多，繁琐的公式推导增加了学生对物理模型的理解。如果教师在教学过程中能适当地把物理模型和公式推导分开，正确处理两者之间的关系，分别从物理和数学两方面寻找攻克这些难点的途径，使学生在彻底理解物理模型的基础上掌握理论推导。例如教材中有关n型半导体载流子浓度的内容安排如下：首先根据杂质半导体的电中性条件，推导出一个包含费米能的表达式，然后根据杂质电离情况分为低温弱电离区、中间电离区、强电离区、过渡区以及高温本征激发区，最后再根据不同电离区的特点进行讨论与近似处理。所涉及到的物理模型相对简单，但分区讨论和近似处理部分篇幅较长。如果运用传统教学模式，学生很容易沉浸在复杂的数学公式推导之中，难以透彻理解物理模型。如果教师在授课过程中先让学生了解该部分内容的整体安排，理解物理模型，再分析各温区的主要特点，最后总结规律，通过数学推导得出结论，就能很好地提高教学效果。

3.温故知新，适时比较，加强各章节之间的联系

对于课堂上刚刚讲授过的知识，学生并不一定能够完全掌握，此时教师应该结合半导体物理课程的特点，在教学过程中做到温故知新，适时比较，加强不同章节之间知识点的联系。例如pn结是半导体器件的基本单元，如日常生活中常见的激光器、LED、整流器、调制器、探测器、太阳能电池等。在讲授该章内容时，如果教师以pn结为主线将教材中不同章节之间的内容有机联系起来，学生就会从整体上进一步了解半导体物理课程的教学内容。只有在教学过程中不断加强各章节知识点之间的联系，学生才能完全掌握半导体器件的基本原理，为以后从事半导体行业打下坚实的基础。再如所选教材中有关半导体载流子浓度的计算，分为非简并半导体和简并半导体两种情况。在讲述后者时，教师通过对比分析非简并半导体和简并半导体在概念上有何异同，再引导学生比较简并半导体与非简并半导体载流子浓度的计算公式，学生就会意识到二者的主要区别就是分布函数不同，在计算简并半导体载流子浓度时，虽然分布函数替换后导致积分变复杂，但只是数学处理的方法不同，两者的物理思想却完全一致。通过这样的比较学习，学生对非简并半导体与简并半导体以及玻尔兹曼分布函数与费米分布函数的理解就会更加深入。

三、结束语

通过以上教学改革措施，培养了学生的学习兴趣，增加了学生的学习积极性，提高了半导体物理课程的课堂教学效果，为学生后续专业课程的学习奠定了扎实的基础。

参考文献：

[1]刘恩科，朱秉升，罗晋生.半导体物理学[M].北京：电子工业出版社，2011.

第2篇：半导体与量子力学的关系范文

关键词：半导体制冷 研究现状 制冷效率 应用与前景

引 言

随着经济的发展，全球能耗剧增，能源资源几近危机，想要降低能耗，实现可持续发展，研究和开发新型的环境友好型技术就成为了必须。半导体制冷起源于20世纪50年代，由于它结构简单、通电制冷迅速，受到家电厂家的青睐。但是由于当时局限于材料元件性能的不足而没有普遍使用。近年来，科学技术迅猛发展，半导体制冷器件的各个技术难题逐步攻破，使半导体制冷的优势重新显现出来，广泛应用于军事、航空航天、农业、工业等诸多领域。

1、半导体制冷国内外研究现状

从国内外文献研究来看，半导体制冷技术的理论研究已基本成熟。随着半导体物理学的发展， 前苏联科学院半导体研究所约飞院士发现掺杂的半导体材料 ， 有良好的发电和制冷性。这一发现引起学者们对热电现象的重视， 开启了半导体材料的新篇章， 各国的研究学者均致力于寻找新的半导体材料。2001年，Venkatasubramanian等人制成了目前世界最高水平的半导体材料系数2.4。宜向春等人又对影响半导体材料优值系数的因素进行了详细的分析。指出半导体材料的优值系数除与电极材料有关，也与电极的截面和长度有关， 不同电阻率和导热率的电极应有不同的几何尺寸， 只有符合最优尺寸才能获得最大优值系数的半导体制冷器。

2、半导体制冷的工作原理

半导体制冷又称热电制冷，系统仅包括冷热端、电源、电路等设备。P型半导体元件和N型半导体元件构成热电对，热电对两端均有金属片导流条。如图1所示：当电流流经热电对时，就会发射帕尔贴效应，电流在上端由N流向P，温度降低形成冷端，从外界吸热；电流在下端有P流向N，温度升高形成热端，向外界放热。

3、半导体制冷效率的影响因素

半导体制冷的研究涉及传热学原理、热力学定律以及帕尔贴效应， 还要考虑多种因素， 同时影响半导体制冷的各种因素都是相辅相成的， 不是独立的。所以半导体制冷的研究一直是国内外学者关注的热点， 但也面临诸多难点，其中影响其制冷效率主要有两个基本因素：

（1） 半导体材料优值系数Z

半导体制冷的核心部件是热电堆，热电堆的半导体制冷材料热电转换效率不高，是半导体制冷空调器效率较低的主要原因。决定热电材料性能优劣的是优值系数Z 。若要半导体制冷效率达到机械制冷效率水平，制冷材料优值系数必须从3。5×10-3 1/K升高到13×10-3 1/K。如图2 给出了不同优值Z时，半导体制冷与机械式制冷制冷系数的比较结果。

（2） 半导体制冷装置热端散热效果的影响。

热电堆热端的散热效果是影响热电堆性能的重要因素。实际应用的半导体制冷装置总要通过热交换器与冷、热源进行不断的热交换才能维持工作。而热端散热比冷端更为关键，如若设制冷器冷端散热量为Q1，热端散热量为Q2，系统工作消耗的电功为W0。

显然，Q2=Q1+W0

4、提高半导体制冷效率的途径

制冷效率低成为半导体制冷最大的不足，这限制了半导体制冷的推广和应用。为了提高半导体制冷的效率，就要从上文所介绍的两个影响因素入手，找出有效的解决方法。

（1）寻找高优值系数Z的半导体材料：研制功能性非均质材料、方钴矿的研究、带量子空穴的超晶格研究。

（2）优化设计半导体制冷热端散热系统，以保证热端的散热处于良好的状态。

5、半导体制冷应用与前景

随着低温电子学得到迅速的发展， 在多种元器件和设备冷却上， 半导体制冷有独特的作用。 采用半导体制冷技术， 对电子元件进行冷却， 能有效改善其参数的稳定性， 或使信噪比得到改善， 从而提高放大和测量装置的灵敏度和准确度。 半导体制冷器可以用直接制冷方式和间接制冷方式来冷却电子器件和设备。

为了解决石油资源匮乏的问题，部分车辆使用天然气、乙醇作为燃料，但与使用汽油相比，汽车空调运行比较困难。半导体制冷空调冷热一体，独立运行，可直接利用车辆直流电源，因而系统简单，且与车辆具有很好的兼容性，因此半导体制冷在汽车领域内有较好的发展前景。

千瓦级以上的半导体制冷空调成本比压缩制冷空调成本要高的多。但百瓦级的小型空调装置的成本与压缩制冷空调的成本相差不大，且无制冷剂、调控方便、无噪音等特点，用于某些特殊的小型空间非常方便；而十瓦级的微型空调装置的成本则远低于压缩制冷装置，在电子设备冷却、局部微环境温度控制方面，具备压缩制冷装置无法替代的优势，使中小型半导体制冷空调器进入民用领域成为可能。

在半导体制冷技术的应用中，需要因地制宜，根据不用的使用要求，设计出不用的性能，以拓展该技术的应用领域，可以坚信，半导体制冷技术的未来会发展得越来越好，越来越广。■

参考文献

[1]谢玲，汤广发。半导体制冷技术的发展与应用[J]。洁净与空调技术，2008，01：68-71。

[2]罗清海，汤广发，李涛。半导体制冷空调的应用与发展前景[J]。制冷与空调，2005，06：5-9。

[3]宣向春，王维扬。 半导体制冷材料的发展[J]。 制冷技术，2001，02：37-41+48

[4] Venkatasubramanian R， etal[ J]1Nature12001， 413- 597

[5] 张文杰1 热电器件的热弹性应力分析及外加电、磁场环境下的性能测试[ D] 1 甘肃： 兰州大学， 2010

[6]马乔矢。半导体制冷技术的应用和发展[J]。沈阳建筑工程学院学报，1999，01：83-87。

[7]陈振林，孙中泉。半导体制冷器原理与应用[J]。微电子技术，1999，05：63-65。

[8]李冰。半导体制冷技术及其发展[J]。山西科技，2009，04：95+101。

第3篇：半导体与量子力学的关系范文

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）器件研制的高潮。经过多年的努力，目前ZnSe基II－VI族兰绿光激光器的寿命虽已超过1000小时，但离使用差距尚大，加之GaN基材料的迅速发展和应用，使II－VI族兰绿光材料研制步伐有所变缓。提高有源区材料的完整性，特别是要降低由非化学配比导致的点缺陷密度和进一步降低失配位错和解决欧姆接触等问题，仍是该材料体系走向实用化前必须要解决的问题。

宽带隙半导体异质结构材料往往也是典型的大失配异质结构材料，所谓大失配异质结构材料是指晶格常数、热膨胀系数或晶体的对称性等物理参数有较大差异的材料体系，如GaN／蓝宝石（Sapphire），SiC／Si和GaN／Si等。大晶格失配引发界面处大量位错和缺陷的产生，极大地影响着微结构材料的光电性能及其器件应用。如何避免和消除这一负面影响，是目前材料制备中的一个迫切要解决的关键科学问题。这个问题的解泱，必将大大地拓宽材料的可选择余地，开辟新的应用领域。

目前，除SiC单晶衬低材料，GaN基蓝光LED材料和器件已有商品出售外，大多数高温半导体材料仍处在实验室研制阶段，不少影响这类材料发展的关键问题，如GaN衬底，ZnO单晶簿膜制备，P型掺杂和欧姆电极接触，单晶金刚石薄膜生长与N型掺杂，II－VI族材料的退化机理等仍是制约这些材料实用化的关键问题，国内外虽已做了大量的研究，至今尚未取得重大突破。

3光子晶体

光子晶体是一种人工微结构材料，介电常数周期的被调制在与工作波长相比拟的尺度，来自结构单元的散射波的多重干涉形成一个光子带隙，与半导体材料的电子能隙相似，并可用类似于固态晶体中的能带论来描述三维周期介电结构中光波的传播，相应光子晶体光带隙（禁带）能量的光波模式在其中的传播是被禁止的。如果光子晶体的周期性被破坏，那么在禁带中也会引入所谓的“施主”和“受主”模，光子态密度随光子晶体维度降低而量子化。如三维受限的“受主”掺杂的光子晶体有希望制成非常高Q值的单模微腔，从而为研制高质量微腔激光器开辟新的途径。光子晶体的制备方法主要有：聚焦离子束（FIB）结合脉冲激光蒸发方法，即先用脉冲激光蒸发制备如Ag/MnO多层膜，再用FIB注入隔离形成一维或二维平面阵列光子晶体；基于功能粒子（磁性纳米颗粒Fe2O3，发光纳米颗粒CdS和介电纳米颗粒TiO2）和共轭高分子的自组装方法，可形成适用于可光范围的三维纳米颗粒光子晶体；二维多空硅也可制作成一个理想的3－5μm和1.5μm光子带隙材料等。目前，二维光子晶体制造已取得很大进展，但三维光子晶体的研究，仍是一个具有挑战性的课题。最近，Campbell等人提出了全息光栅光刻的方法来制造三维光子晶体，取得了进展。

4量子比特构建与材料

随着微电子技术的发展，计算机芯片集成度不断增高，器件尺寸越来越小（nm尺度）并最终将受到器件工作原理和工艺技术限制，而无法满足人类对更大信息量的需求。为此，发展基于全新原理和结构的功能强大的计算机是21世纪人类面临的巨大挑战之一。1994年Shor基于量子态叠加性提出的量子并行算法并证明可轻而易举地破译目前广泛使用的公开密钥Rivest，Shamir和Adlman（RSA）体系，引起了人们的广泛重视。

所谓量子计算机是应用量子力学原理进行计的装置，理论上讲它比传统计算机有更快的运算速度，更大信息传递量和更高信息安全保障，有可能超越目前计算机理想极限。实现量子比特构造和量子计算机的设想方案很多，其中最引人注目的是Kane最近提出的一个实现大规模量子计算的方案。其核心是利用硅纳米电子器件中磷施主核自旋进行信息编码，通过外加电场控制核自旋间相互作用实现其逻辑运算，自旋测量是由自旋极化电子电流来完成，计算机要工作在mK的低温下。

这种量子计算机的最终实现依赖于与硅平面工艺兼容的硅纳米电子技术的发展。除此之外，为了避免杂质对磷核自旋的干扰，必需使用高纯（无杂质）和不存在核自旋不等于零的硅同位素（29Si）的硅单晶；减小SiO2绝缘层的无序涨落以及如何在硅里掺入规则的磷原子阵列等是实现量子计算的关键。量子态在传输，处理和存储过程中可能因环境的耦合（干扰），而从量子叠加态演化成经典的混合态，即所谓失去相干，特别是在大规模计算中能否始终保持量子态间的相干是量子计算机走向实用化前所必需克服的难题。

5发展我国半导体材料的几点建议

鉴于我国目前的工业基础，国力和半导体材料的发展水平，提出以下发展建议供参考。

5.1硅单晶和外延材料硅材料作为微电子技术的主导地位

至少到本世纪中叶都不会改变，至今国内各大集成电路制造厂家所需的硅片基本上是依赖进口。目前国内虽已可拉制8英寸的硅单晶和小批量生产6英寸的硅外延片，然而都未形成稳定的批量生产能力，更谈不上规模生产。建议国家集中人力和财力，首先开展8英寸硅单晶实用化和6英寸硅外延片研究开发，在“十五”的后期，争取做到8英寸集成电路生产线用硅单晶材料的国产化，并有6～8英寸硅片的批量供片能力。到2010年左右，我国应有8～12英寸硅单晶、片材和8英寸硅外延片的规模生产能力；更大直径的硅单晶、片材和外延片也应及时布点研制。另外，硅多晶材料生产基地及其相配套的高纯石英、气体和化学试剂等也必需同时给以重视，只有这样，才能逐步改观我国微电子技术的落后局面，进入世界发达国家之林。

5.2GaAs及其有关化合物半导体单晶材料发展建议

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

5.3发展超晶格、量子阱和一维、零维半导体微结构材料的建议

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

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

（2）一维和零维半导体材料的发展设想。基于低维半导体微结构材料的固态纳米量子器件，目前虽然仍处在预研阶段，但极其重要，极有可能触发微电子、光电子技术新的革命。低维量子器件的制造依赖于低维结构材料生长和纳米加工技术的进步，而纳米结构材料的质量又很大程度上取决于生长和制备技术的水平。因而，集中人力、物力建设我国自己的纳米科学与技术研究发展中心就成为了成败的关键。具体目标是，“十五”末，在半导体量子线、量子点材料制备，量子器件研制和系统集成等若干个重要研究方向接近当时的国际先进水平；2010年在有实用化前景的量子点激光器，量子共振隧穿器件和单电子器件及其集成等研发方面，达到国际先进水平，并在国际该领域占有一席之地。可以预料，它的实施必将极大地增强我国的经济和国防实力。

第4篇：半导体与量子力学的关系范文

改革开放前，我国大陆自成体系的半导体产业及其 发展 模式，因和国际水平差距太大而无法继续走下去。转而走类似韩国、 台湾 的“模仿-创新”（高强度引进消化再创造）的路子，这是一选择是有其必然性的。

中华民族有着伟大的创新竞争能力。我国两弹一星的成功是一个辉煌例证，台湾半导体的崛起也是一个例证。但20多年来，由于外部内部的种种原因，我们半导体产业的这种创造力被遏制而得不到发挥，从而在国际竞争中长期处于下风，事实上已被“锁定”在国际半导体产业链条的低端。我们面临被国际水平越拉越远的现实威胁。

按“比较优势论”，这是客观 经济 规律 所决定的必然结果，不值得大惊小怪，更没有必要勉强“赶超”。

技术路线：业内公认，预计再过10年，摩尔定律将失效，国际半导体界正在加紧新材料、新设计、新加工技术、新设备的 研究 。我们已经被动跟进了20年左右了。要实现追赶战略，是循现有硅技术跟进，还是走“拦截”道路（如放弃硅加工技术的追赶，从纳米技术开始）？主张放弃硅加工技术、专攻纳米级加工技术的声音在管理部门占有一定席位。但 科学 界很多人认为，21世纪以硅技术为中心的半导体加工技术仍占主流（见本文第二部分）。

投资体制：鉴于我国现有国家投资的先进生产线多数没有自己的控制权，是否还有必要以国家为主体投资3-5条先进生产线，包括砷化镓生产线？由于所需投资额要以百亿人民币 计算 ，国家在“十五”期间似无此打算。但如果真是关系到全局利益，是否有必要再提出议论？等等，

实施半导体产业追赶战略的讨论

国家有关机构及业内已经就加快我国半导体产业 发展 制定了规划、政策，现在很多情况下是如何落实的 问题 。在这里，作者提出经过考虑认为是必要的措施：

需要国家层次的决心和指挥，制定积极可行的发展规划

首先要组织落实。成立代表国家意志的权威性微 电子 领导机构，集中负责，具体领导和协调国家组织的研发-生产全过程，重点扶持，克服地方部门分割的弊病，统筹合理使用资金和人才。

发展战略不能流于一般号召和思路，在充分论证的基础上，作好中长期微电子跨越发展的科学规划（具有前瞻性的 科技 规划、产业建设、市场扩张）。要提高决策水平和反应速度。半导体更新换代快，计划要求不断滚动调整，现有五年计划 方法 需要改进。

半导体产业与其他产业最明显不同的一个特点，是技术进步和产业 应用 具有相当清楚的路线图和时间表，因此，我们的微电子科技规划必须具有和产业发展规划相对应的切入点和结合点的时间表，以及明确的产业应用目标和相应的成果转化应用政策与机制。

要充分利用外商投资半导体热潮这一良机，加强引进消化，逐步提高产业的自主创新和自主发展能力。

制定切实可行的市场战略，从中低端产品起步。作为长期目标，则要有占领高端技术和产品的决心和意志，不应放弃。

要配合工艺技术的进步，自主开发关键设备、工具、仪器，最终打破在制造设备上受制于人的被动局面，建立起可以与世界前沿平等交流的技术支撑体系。

抓住当前市场机会，瞄准长期发展方向

我国 目前 科技水平还不具备占领高端产品的能力，宜从占领低端市场和新兴市场起步，有必要选定一组有市场前途、国际竞争压力较小的品种作为突破口。

当前微电子技术有三个清晰的发展方向：以存储器（dram）和微处理器（mpu）为代表的计算机芯片；以系统集成芯片为主流的专用电路（asic）各控制应用领域；信息传输技术。

我国目前宜立足于专用集成电路和通信市场寻求发展。尤其通讯领域还没有形成强垄断力量，国内市场潜力巨大，及时抓住民用砷化镓通讯器件及电路的机会，可占领一定的市场份额。在这两个领域积蓄起足够的力量之后，再向主流市场发起攻击，最终占领通用芯片市场。

专用集成电路因应用领域十分广泛，市场空间极大。但这也给 企业 寻找市场、开发适时产品又提出了严峻的挑战，对企业的营销管理和应变能力有着很高的要求。

依托我国市场优势，将半导体和整机生产结合起来。由国家组织专项重点工程，如高清晰度电视、移动通讯和pc机等，根据我国国情制定标准，建立整机业与芯片业的战略联盟。

发挥政府主导作用，贯彻产业政策

要全面提高我国半导体产业水平，将是一个大规模的系统工程，根据目前国内企业缺乏资金和技术实力的情况下，有必要通过政府作用，发掘和聚合全国有限的科技力量。由于半导体的高强度竞争性质，必须有国家的坚强领导，稍有松懈就会被淘汰。所以对政府的管理水平提出很高的要求。

·在 发展 规划指导下，促进半导体产业合理布局的形成。

我国半导体产业已经形成了三块主要聚集区。 目前 许多地方对投资半导体表示极大兴趣，纷纷提出要建设自己的“硅谷”。要协调各方面利益关系，打破部门地区封锁，促进资源的合理配置，防止各地争建“硅谷”、“新竹”，形成新的分散浪费。有必要加强调控，建设几个较集中的微 电子 园区。鼓励跨省投资，税收政策相应也要调整。

·组织部门地区单位间协作，官产学研联合，组织重点领域及关键设备的攻关，以及推动形成技术共享机制和 企业 策略联盟。

·鼓励建立区域行业协会，推动企业技术联盟的形成。

·切实落实国家已经颁布的对微电子类企业的各项优惠政策。落实增值税减免政策，提高折旧率、对进口成套设备提供特批关税和增值税豁免等。

放宽企业的融资条件，扩大风险投资基金，或政府直接建立半导体投资基金，或拨出定额的人民币及外汇贷款规模。由于投资所需资金额庞大，政府融资能力有限，要形成多渠道投融资的投资机制，允许半导体企业在国内外资本市场有限融资。给半导体生产企业优先上市权。

·适度市场保护政策。微电子作为国家的命脉，在幼稚阶段必须得到适当保护。要制定法规，涉及国家安全的电子信息系统、身份证ic卡，国家机关使用的电子系统，政府采购要优先使用国产芯片，抵制洋货（上海的公交、社保ic卡已经实行这一办法，应该全国实行），制定我国自己的技术协议及标准。

深化 经济 体制改革，营造公平竞争环境

处理好微电子战略性和竞争性的关系，正确发挥政府在产业发展中的作用，形成政府-企业间新型互动关系，营造一个“自主经营、自主创新、合理竞争、保障持续增长”的公开有序的市场环境和法制环境，培育灵活高效、能够激励个人和团队创造性的企业管理和激励机制。

鼓励民营、外资等各种经济形式的企业投资半导体。现半导体产业的民间投资出现良好势头，目前主要是民营芯片设计企业，也应鼓励各类经济实体投资半导体制造业，鼓励发展各种技术档次的专用集成电路生产线，占领广大的中低端半导体市场。如上海贝岭80%的产品与整机系统挂钩，效益良好；友旺原是民营fabless公司，通过租赁国有半导体生产线获得效益，现开始投资新生产线。

促进国企改革与重组，按 现代 企业运行模式，在管理体制方面加大改革力度。落实企业管理、技术和市场骨干人员的待遇和期股权。

稳定队伍，大力吸引海外优秀人才

高 科技 人才是半导体产业的根本，要高度重视人才战略。我国十分有限的微电子人才不断外流，多有去无回，损失巨大。

从根本上说，人才战略是要建造一个有利于科技人员发挥创造力、有利于创业创新的制度环境和人文环境。要鼓励公平竞争，改革企业单位内人事制度分配制度。

要制订优惠政策，拿出足够强度的专项经费，稳定并充分发挥现有人才队伍的作用，充分重视海外华裔技术专家的作用，加强与海外技术团体的联系，大力吸引海外微电子高层技术和管理人才，采取特殊措施吸引国外微电子顶尖人才。

加强微电子科研与 教育 队伍的建设，重视系统设计人员、专用电路设计人员、工艺 研究 人员、企业管理、营销、项目管理人才的培养。高新科技园区要和人才战略结合起来。营造鼓励创业的政策环境，要突破现行体制的限制，尽快实行期股制度。

充实有关科研机构，从制度上保证半导体企业有条件留够研究开发费用。

几项具体措施的建议：

·促进业内合理分工，鼓励发展设计行业（无生产线公司）

集成电路（特别是专用电路）制造和设计是相辅相成的。ic专业生产厂和分散的无生产线（fabless）设计公司并存与分工合作，成为世界微电子产业的通行模式。设计业投资小，与市场密切相关，只要有优惠的产业政策和好的人才政策，就可以很快发展壮大。如从专用集成电路方面突破，则大力发展设计行业就更有必要。

设计行业要以部级高档次需求和中低档次并举，建立技术共享机制。

从战略角度看，国家有必要在突破cpu和存储器为代表的核心技术方面，以及对占领市场、扶持产业 发展 有重大意义的高档产品设计方面（如通讯芯片），发挥组织作用。

要建立技术支援和技术共享环境。为适应系统芯片（soc）的迅速发展，亟需组织建立部级的有知识产权的设计模块（ip）库，统一规范管理与服务，建立面向全国的调用机制，提高国内设计公司的整体水平。同时，也有必要通过区域性半导体行业协会，促进 企业 间技术联盟和建立技术共享机制。

·国家牵头，多方筹资，建设几条8英寸以上硅芯片生产线，并掌握其技术、市场和管理的主导权。同时以多元化模式在未来5年内建成6-10条大生产线，形成产业群。由于我国多年来全套引进和国内科研成果的积累，已经具备一定基础，不必再引进全套技术，而是引进单项关键工艺技术专利和有关高技术人才，自主创新，逐步建立自主知识产权。

·尽快建立国家微 电子 研发中心，加强新一代工艺、设备的研发和前瞻性科研

要摆脱在关键设备和核心工艺技术依赖外国，且一代代被动引进的局面，必须保留并大力加强自己的微电子科研能力，改变当前科研生产严重脱节、各部门间科研力量互相封闭的状态。如果不从现在开始努力加强自己的工艺技术后盾和关键设备研制能力，最终将无法在国际竞争舞台上立足。

参照美日欧行之有效的经验，国家有必要牵头建立微电子研发中心，集中有限的人力财力，把国内有优势的高效和 研究 所力量更好地组织起来，作为自主研发的基本骨干队伍，并为各部门科研机构。

要开发新一代核心工艺技术以及高档产品；依托现有生产线，购置部分先进设备，以最快的速度用自主科研成果提升生产线的技术，在开发新一代工艺的基础上开发关键设备。

要抓紧研发新一代关键设备。光刻机是限制我国微电子制造技术的瓶颈，要组织力量，集中投资，瞄准193纳米准分子激光投影光刻机为重点的专用设备中的关键技术并达到实用化。现有光学曝光技术已接近极限，国际上正在开展电子束和x射线光刻及新型刻蚀机的研究，我国有必要加大力量开展这一方面的技术攻关。（工程院）

同时，针对中长期我国微电子产业的需求，开展新一代系统芯片中新工艺、新器件和新结构电路的前瞻性、战略性研究，以及承担各研究机构的验证集成和中试任务，最终发展成自主知识产权的源泉。

有所为有所不为

所谓追赶战略，不会是直线式的发展，需要技术、 经济 实力的逐步积累。关键在于提供好的环境，促进产业生态的成长，坚持数年，积累能量，终会有爆发式的进步。

作为发展

第5篇：半导体与量子力学的关系范文

未来成长性超越其它终端应用

随着半导体技术的进展，数据运算与处理效率日益提高，让各车厂得以推出更智慧化、更先进的车辆，符合车主对安全性、舒适性、便捷性的追求，以及降低社会大众对能源消耗和环保的疑虑，种种因素带动车用电子控制系统或者是车载电子设备的需求，全球第三大车用电子厂商SIEMENS VDO预测到2010年电子将占新车制造成本的35%，如图1。

当电子产品占新车制造成本的比例越来越高的同时，车用半导体的市场也随之扩大。将Gartner Dataquest的数据(如表1)摊开来看，车用半导体的市场规模将从2004年的157.64亿美金，成长到2010年的284.92亿美金的规模。

若再将各应用领域于2010年的市场规模及2004－2010年的年复合成长率勾勒出如图2的X-Y散布图，再以车用半导体为中心点，更可以清晰看出，车用半导体在未来几年内，年复合成长幅度最高，达10.4%，远远高于次高成长率的无线通信(7.5%)。且到2010年，市场规模更将仅次于信息(1,058.15亿美金)、无线通信(634.69亿美金)、消费性(521.39亿美金)。这些数据显示出，车用半导体的潜在市场规模以及高成长性，的确不容忽视。

图二

更进一步，将车用半导体市场与扣除掉车用半导体市场(避免统计学上的自我相关系数, autocorrelation)的整体半导体市场成长趋势相比较，如图3所示，两者之间的相关系数(correlation coefficient)仅有0.59 (+1表示完全正相关；-1表示完全负相关；若相关系数值接近零，则表示无关连性)。而且当全球半导体产业随着总体经济景气的起舞时（因淡、旺季而呈现出剧烈的波动幅度），车用半导体却可因汽车产品为耐用品(Durable Goods)的特性，以及持续不断新兴的车用电子产品出现，因而具有特殊的利润增长点，得以稳定成长。

图三

就各半导体器件部份，根据Gartner Dataquest的统计数据，以Micro的市场规模最大，2004年达到52.01亿美金，主要是因为这是不管车载电子设备或是车用电子控制系统中，都需要的核心元器件，单价自然也相对来的高。平均来说，一般汽车至少都需要20颗MCU/MPU以上，豪华轿车如BMW已超过100颗，显示出汽车电子化已是必然的趋势。另外，作为汽车的触觉系统，能够迅速测量温度、压力、位置、转速、加速度和震动等变化并传递至微控制器/微处理器的传感器，则是因为数量急剧增加，是2004年中市场规模扩张速度最快的器件。目前，一辆普通轿车大约安装近百个传感器，豪华轿车上的传感器更多达200个。随着车用电子的进一步发展，车体越来越人性化的同时，毫无疑问地布满车身里外的传感器将逐渐增多，以满足驾乘者的舒适与安全要求。

图四

车用半导体厂商特性

面对快速成长的车用半导体，国际大厂无不用尽心力抢夺一杯羹。表3依据Gartner Dataquest的统计资料，以营收列出全球前20大半导体厂商，其中只有从摩托罗拉(Motorola)独立出来的Freescale，在2004年占全球市场超过一成，达11%，大部分厂商的市占率都低于5%。辅以产业经济学中计算产业集中度的赫佛因德指数(Herfindahl index,HHI)，加总主要厂商销售市占率的平方，无论是以前20大厂商或是以前5大计算，所得出来的HHI指数都相当低，显示出市场集中度相当低。

表二

不同于一般消费性电子产业，市场集中度低意味着厂商之间竞争激烈，车用半导体之所以会有低市场集中度，主要是因为其属于利基型产业，且各厂商都各自拥有独特的研发能力与产品，以及因地缘关系而发展出稳定的客户关系等因素。

图五

IT半导体大厂盘旋在门外

相较于3C产业的庞大市场规模，甚至从此而延伸出来的数字家庭的应用，一直以来都是半导体厂商专注的领域。而且由于车用电子半导体技术门坎在于数字与模拟科技整合的技术，加上车用电子要求10－15年的寿命、温度介于－40℃～125℃、最高抗震与晃动度与百万分之一(1PPM)的零件故障率，因此从表3的2004年全球半导体厂商排名与表2比较可以发现，以传统数字技术见长的IT半导体厂商，如Intel、Samsung、Micro与AMD等，较少涉足车用电子领域。

需与车厂紧密配合

异于汽车产业的中卫体系，汽车制造商只与第一层厂商(Tier 1 Suppliers)接触，较少深入到第二层厂商(Tier 2 Suppliers)，但是因为半导体器件，尤其是微控制器/微处理器和传感器，牵涉到车用电子系统的开发，欧、美、日各大主要车厂会要求半导体厂商就近支持。而且，在彼此信任的基础下，半导体厂商需告知车厂和系统厂商关于其未来的制程能力和产品规划，以便车厂能够更顺利设计下一代车款。Freescale早在Motorola时代就与GM集团建立长久的策略关系；Infineon在2004年中，将执行长的职位指派给曾经从事过汽车业的主管，并在其底特律办公室增聘45名员工就近支持当地汽车半导体业务；Robert Bosch自Mercedes-Benz创建时便开始合作，是一从传统的汽车元器件制造商跨足车用电子领域的典范例子。

图六

崛起的中国是未来的市场重心

也因为半导体厂商与车厂之间密不可分的关系，间接带领车用半导体产业的群聚效应，全球主要的车用半导体厂商几乎是分布于欧、美、日三大区域。这三个区域长久以来也对车用半导体有强劲需求，尤其是欧洲，根据IC-Insight的数据显示(如图8)，在2004年就占了38.1%的市场，到2010年还有37.0%。欧洲之所以对车用半导体需求特别高，主要原因是欧洲各车厂皆相继投入智能车辆的研发，提高操控性、安全性与舒适性，来维持消费者对品牌的认同度。

表三

北美地区的新车消费比率占全球的比率在未来几年并不会有太大的改变，但是车用半导体的市场占有率却下滑，主因是北美3大车厂的获利能力受到亚洲车厂的威胁，不得不采取全球采购的策略，将一些成熟的车用电子产品外包至成本较低的地区。

随着以中国为首的新兴国家开始主导全球汽车消费市场，间接牵动全球车用半导体的版图。预估2008年全球其它地区(Rest of World, ROW)的车用半导体市场将超越美国与日本，成为全球第二大市场，仅次于欧洲地区。值得注意的是，这些新兴国家并不像欧系车厂之间进行的技术竞赛，所激起需求，而是因为汽车销售量大所产生。

图七

在供应端方面，正准备将车用电子打造成第五大“明星”产业的台湾地区，部分IC设计公司(如：威盛、盛群、安茂、义隆、普诚等)，皆对车用微处理器展开布局。威盛与工研院共同开发Telematics平台；盛群切入仪表板和方向灯等微控制器，2004年贡献营收约1亿新台币；安茂从模拟IC着手，陆续获得VOLVO、奥迪、通用及绅宝等欧美系车商仪表板订单；义隆在车用微控制器上耕耘，应用在汽车双向防盗系统的芯片已量产出货；普诚则是往车用影音发展。还有主板厂商华硕于2004年年初成立团队，计划IC设计切入车用电子领域。

图八

晶圆代工龙头台积电为台湾地区首家通过ISO/TS16949:2002验证的半导体企业；DRAM业者如钰创和力晶等也看好内存在汽车产品如MP3和DVD等应用；封测业者如日月光也积极朝向车用电子IC领域布局，显见台湾地区半导体产业上、中、下游已展开车用电子总动员，建立完整的供应链。

结 语

如今电子系统在汽车领域获到了越来越广泛的应用，市场潜力值得期待的同时，身为车用电子器件的供应商面临更多新的挑战。除了要以高可靠性、高品质的产品来克服汽车本身严苛的使用环境外，如何整合各半导体元器件，突破有限车体空间的限制，也是一个关键的技术议题。而且，在计算机或通信产业，标准化的软硬件和接口已是常态，但是在汽车产业中，各汽车制造商为了建立竞争优势及市场区隔，需要半导体厂商提供客制化的应用功能，因此也拉长开发时间。厂商若没有兼顾成本效益及技术性的实质解决方案，恐怕很难配合。

全球汽车主要消费地区长期以来都是集中在欧、美、日三个区域，也因为车厂与其协力厂商密不可分的亲密关系，间接促成当地半导体厂商垄断市场的局面。不过，随着中国大陆、印度等新兴市场兴起，虽然世界主要汽车集团皆已完成布局与卡位，但各国政府对元器件国产化的限制以及成本考量下，车用半导体厂商的势力范围将有可能重新洗牌。所以，与其花更多的时间、精力、金钱远征对车用半导体需求最大的欧洲市场，与具有丰沛资源和坚固合作关系的国际大厂相抗衡，倒不如思考要如何把握新兴市场，积极投入开发具区域市场特色的产品。

另外，因为北美三大车厂遭遇到困境，纷纷祭出降价手段来挽回流失的市占率，迫使其合作厂商外包元器件给具成本竞争力的厂商。所以较低端的周边IC的商机已慢慢浮现。

Cirrus Logic模数转换器CS5343/44为消费和汽车应用提供高品质音效

创新IC可极大简化产品设计并缩小产品体积

Cirrus Logic公司为进一步扩大其模拟和混合信号音频转换器集成电路产品线，新近推出了两款面向各种消费和汽车音频产品，诸如机顶盒、数字电视、DVD刻录机、音频/视频接收机、车内娱乐及服务系统和乐器等应用的立体声模数转换器（ADC）。

CS5343和CS5344这两款新型10引脚模数转换器可为原始设备制造商提供业内尺寸最小（小于15平方毫米）的优质音响立体声音频ADC。

第6篇：半导体与量子力学的关系范文

纵观世界全局，汽车大国皆是半导体强国，拥有世界级的汽车品牌，掌握核心关键技术，具有创新引领能力是成为汽车强国的重要标志。欧美日车系各自培育了与之配套的半导体企业，如德国车系与Infineon，美国车系与Freescale，日本车系与Renesas形成了长期稳定的供应链关系；韩国汽车工业和半导体产业虽然崛起较晚，汽车企业和本土的半导体公司之间尚未形成明显的配套供应关系，但近年来三星电子与现代汽车开始策略性同步开发，积极涉足汽车半导体领域。实现汽车半导体的本土化供应，可以实现对汽车电子厂商需求快速反应和贴近服务的良性支撑，本土公司的最大优势是反应快，由于在本地，从新产品的定义、设计到制造较为迅速，这对新兴市场的快速进入尤其有利。对汽车企业而言，打造本土化的配套供应体系是高效整合产业链，提升企业竞争力的有效途径。

但是迄今为止，我国尚没有一块本土芯片“真正”应用到汽车的核心控制领域，这与我国作为全球第一汽车产销大国的地位极不相称。汽车半导体技术的缺失已成为制约我国汽车工业实现由大到强转变的瓶颈和薄弱环节。汽车芯片的短板也严重影响了我国汽车电子产业的发展。

因此，在我国由汽车大国向汽车强国实现战略转变的“十二五”关键时期，发展具有自主知识产权的汽车半导体技术和产品，对完善产业链、增强我国汽车产业竞争力具有十分重要的战略意义。

本文从技术、市场及产业等多个角度对世界及中国汽车半导体产业进行梳理，分析面临的机遇，并提出发展我国汽车半导体的思路和建议。

1 汽车半导体技术缺失制约了

我国整车及零部件企业发展

过去十年汽车工业的竞争是汽车电子化的竞争，平均每辆汽车采用的半导体器件数量成倍增长。根据汽车工程学会资料，从1996到2008年，一辆普通汽车中平均用到的微控制器（MCU）数量已经从6个增加到100个，一些高端车型中甚至达到了250个以上。就平均每辆汽车的半导体用量（全球汽车半导体市场除以全球汽车产量）分析，据台湾工研院IEK，2010年平均每辆汽车应用半导体成本已达308美元。依靠半导体和电子系统使汽车变得更加安全、舒适、娱乐、节能和智能化，是今后汽车工业进行技术创新的主要途径。

汽车产业的健康发展离不开强大的基础电子元器件的支撑，例如，随着半导体制造工艺的提升，采用90nm工艺的32位微控制器（MCU）的出现和应用，使得汽车电控系统的处理运算能力和控制精度大幅提升。汽车半导体包含MCU、ASIC、模拟IC、功率半导体及传感器等。2010年全球汽车半导体市场随着全球景气复苏，各地区之汽车生产数量大幅回升，呈现高度成长。根据WSTS统计，2010年全球汽车半导体市场规模可达230亿美元，年成长率高达44.4%。观察2006~2010年全球汽车半导体市场规模，其占整体半导体市场比重维持在7%~8%之间。全球汽车半导体市场2006―2010年的年均增长率为8.1%，高于整个半导体市场的平均增速。图1是2006-2014年全球汽车半导体市场规模。

从我国情况看，改革开放以来，我国汽车产业通过跨国合作，引进了资金、技术、管理和车型，促进了汽车产业的发展。但是，历经20多年发展，这种发展模式弊端日益显现。汽车产业链关键环节受制于海外，特别是发动机、底盘的电子控制系统等关键技术缺乏自主研发能力，使我国汽车产业的自主创新能力和产业整体竞争力远差于欧美、日本[1]。

我国汽车市场相比北美、欧洲、日本和韩国等成熟市场，主流产品以中低档车型为主。自主品牌汽车的电子装备率低于世界平均水平。安森美半导体汽车方案市场营销总监Herve Branquart指出，就每辆汽车中所使用的半导体产品成分而言，北美、欧洲和日韩等传统汽车市场的平均每辆汽车半导体成分是中国汽车的2倍[2]。造成这种现象的原因之一就是半导体技术缺失制约了我国本土汽车电子产业的发展。调查表明，我国本土汽车电子厂商不少的新开发项目卡在芯片上，由于国产芯片质量不过关，国外芯片价格太贵，导致新开发的系统产品成本超出整车厂可以接受的价格范围而最终放弃。因为找不到合适的芯片而导致本土创新型汽车电子项目流产的例子不在少数，某民营汽车技术开发公司肖经理告诉笔者，企业打算放弃研发两年的汽车电子技术项目。“这项技术就卡在芯片上。用国内的芯片质量不过关，用进口的芯片价格太高，成本下不来。”肖经理说，“本来有主机厂找我们，对这个产品很感兴趣。但是提到采用国外芯片价格下不来，就接受不了。”

因为找不到合适的芯片，权衡利弊，肖经理只好放弃这个项目。肖经理的经历是一个典型的例子。汽车半导体技术缺失，已严重影响了本土汽车电子和汽车产业的发展。

需要看到的是，现阶段无论是进口或者国产车型，其所采用的汽车级芯片都是国外的产品，这个市场由Infineon、Freescale、NXP、Renesas、TI等国际大厂牢牢掌握，这些国际巨头占据了超过90%的市场份额。这也直接导致了国产车在供应安全上的隐患，无论在2010年市场井喷还是2011年日本地震所造成的供应紧张状况下，这些芯片厂商首选是优先保证国际大厂，其次是合资企业，从而使得国产车厂都遇到了不同程度的采购困难，给其造成了巨大损失。

因此，无论从自主汽车品牌的供应安全性，还是基于汽车半导体快速增长的市场需求，实现汽车级芯片的国产化，都具有十分重要的现实意义及经济效益。另外，目前车载系统SoC芯片主要由Freescale、NXP、ST等国外少数芯片企业供应，国外巨头的这些车载信息芯片，虽然集成度高、功能强大，但由于其产品线兼顾了消费类、工业类及汽车类等多种应用，芯片价格非常昂贵，降低了国内汽车整车及零部件企业的竞争优势，制约了他们的发展。

2 国内汽车半导体

企业缺失的原因分析

2.1 汽车半导体的可靠性、零缺陷要求，造成技术门槛高

与一般消费用半导体的最大区别是，汽车半导体需要在极苛刻的环境下运行。例如可能要工作在-30℃的环境中，同时还要考虑振动、潮湿、灰尘、油污等其他因素，这就要求汽车半导体要有很高的可靠性和稳定性。具体而言，一是宽温度范围，一般汽车电子芯片的温度范围在-40℃～120℃，很多汽车电子芯片的温度范围都在-40℃～150℃之间；二是100%零缺陷，汽车电子厂商通常要求元器件生产商提供100%无缺陷的产品。而目前，中国厂商最缺乏的是整套完善的测试方法和测试系统；三是安全、可靠和稳定供货。汽车不同于一般电子消费品的迅速更新换代，汽车寿命一般可达10 年以上，汽车电子产品要求在10～15年内，保证安全可靠运行和稳定供货，并且汽车电子解决方案供应商要能够提供长期的技术支持。Infineon有一款16位的MCU产品C167，从1985年问世，至今还在生产，稳定供货。汽车电子产品与工业应用的区别还在于，前者稍有改动都要层层通知用户，经允许后才能做修改。四是认证严格，过程漫长。五是特殊的制造工艺。

客户对汽车、工业应用及消费性电子应用半导体产品要求的差异性，参见表1。

汽车半导体在汽车不同的环境下，所需承受的温度也有所不同。车室内的要求较低，-40℃ ~85℃；引擎盖下的则在-40℃ ~125℃；引擎上的则在-40 ~150℃。耐震、及发动后行车过程中的震动承受度也有相当的要求，而特殊环境下作业的车辆则有特殊的要求，参见表2。

上述因素客观上对汽车半导体新切入者形成相当高的技术门槛。

2.2 汽车半导体的特殊性更适合采取IDM模式企业

由于汽车应用讲求的是质量与安全，半导体产品在设计、制造、封装测试等各个环节都需符合汽车规格及获得车厂认证，因此大多数的汽车半导体供应商为能够自行掌控设计、制造与封测的IDM厂商，而且大多数半导体制造商各自拥有多项属于自己专有的半导体技术及制程工艺。

汽车半导体的高可靠性，包含设计可靠性和工艺制备可靠性。在设计过程中，需要保证芯片在极限温度、电压和工艺制造的条件下，芯片仍然能够完成符合设计要求的特定功能，在这个阶段需要运用一系列的高可靠性设计技术；在工艺制造方面，需要提供专用的汽车电子工艺库文件（Library Model）。汽车级芯片的封装同样有较高的要求，不仅需要面向汽车应用系统特定的空间包络和散热结构进行封装设计，还需要满足汽车级可靠性的振动、温度指标；对于测试和开发而言，可靠性依然是最重要的技术之一，测试厂商需要有汽车级芯片的电磁环境设备、老化设备、温度冲击设备等，应用开发过程中还需要考虑到特殊电磁干扰情况下对系统采取的冗余性设计等因素。目前绝大多数汽车专用芯片制造厂商，如Infineon、ST、Freescale、Microchip、Atmel，全部采用自己的工艺线和封装线完成芯片的工艺制备，以提高芯片的可靠性。

目前，前三大汽车半导体厂商Renesas、Infineon、Freescale均采IDM模式。

此外，MCU、传感器等产品，因与动力传动、底盘控制、安全等应用关联度较高，汽车电子厂商基于对可靠性的追求，采购心态慎重，倾向找特定厂商合作，因此，产业集中度偏高，前三大厂商市占率可高达七成以上。

但是，仍有Fabless厂商打入汽车半导体市场，包括CSR、OmniVision等，其产品为蓝牙通讯IC及CMOS图像传感器，属车载电子与车身电子次领域。此领域在质量与安全的要求上，不像动力传动、底盘控制、安全等应用般严苛。

2.3 本土IC产品进入汽车前装市场难

从需求层面分析，本土IC产品进入汽车前装市场难的主要原因：

一是整车厂合资企业外方在中国大多沿袭了与跨国汽车电子企业之间在历史上已经形成的配套关系。我国市场上的轿车产品主要由合资企业生产，合资企业的外方牢牢地控制了汽车电子产品配套的决策权。从合作模式上看，一级汽车电子供应商倾向与特定半导体厂商建立策略性的合作关系，由此特定厂商供应重要的半导体产品。例如Bosch、Delphi、Denso等欧、美、日汽车电子厂商，分别与本国或本地区的Infineon、Freescale及Renesas等汽车半导体供应商结成长期稳定的供应链关系。时至今日，即使整车厂就某些零部件供应在全球公开招标，通常亦会对投标的一级汽车电子供应商指定可供选择的芯片厂商，中标厂商只能从中挑选。在这个环节，中国个别已打入国外或合资品牌汽车供应链的本土零部件厂商，由于产品大部分直接供应给奥迪、宝马等高端客户，这些客户均指定了芯片制造商，公司只能从中挑选，所以自主选择的权利受到了一定限制。

二是整车企业对产品可靠性的追求。调研发现，我国具有自主品牌整车企业虽然有配套采购的决策权，但出于保证整车产品可靠性和规避市场风险方面的考虑，目前关键的汽车电子产品还是优先考虑采购世界跨国知名企业或其在华独资、合资企业生产的产品。

2.4 我国IC企业实力有限，切入汽车半导体的意愿不高

首先，尽管中国的汽车产销量突破1800万辆，已跃居为全球第一汽车消费大国。但相对于手机、电脑、电视等消费类电子产品，中国汽车市场的总容量和增长空间有限，中国企业过多追求眼前利益，不想将资金投入到汽车半导体的研发上，而是都集中在研发投入小，周期短，收效快的消费类电子产品上。

其次，汽车半导体的研发周期长，技术门槛高，且存在一定的风险，国际汽车半导体厂商与欧、美、日等各国汽车厂商已经形成稳固的供应链体系并占据着垄断的地位，而本土的半导体企业大多是小而散，无法单独地走自主研发和产业化的道路，与国际汽车半导体巨头无法抗衡。

此外，客户一般要求汽车半导体厂商具备超过15年的持续供货和技术支持能力，国内IC企业起步晚，技术资金实力弱，稳健经营能力差，能够持续经营10年以上的企业已不多见。

3 未来十年将是

我国汽车半导体发展的机会之窗

虽然目前汽车半导体厂商仍以IDM模式为主，但是汽车电子产业链逐渐放开的趋势明显。

一是车厂出于降低成本，提升市场竞争力的需要，对新型汽车电子零部件供应逐渐转向全球采购，公开招标，同步开发模式，这就给了新进入者切入相对封闭的汽车供应链以机会。

二是近年来，随着半导体工艺技术进步所导致的研发费用飚升，传统IDM厂商转向资产轻简化（（Fab-lite）策略，汽车半导体厂商开始把部分订单委托给Foundry厂代工，如Freescale把部分汽车MCU型号委托台积电制造；Renesas公司则公开宣布在日本地震破坏后的生产线重建调整中，将把汽车MCU产品交由全球晶圆（Globalfoundry）在新加坡的Foundry厂生产。目前台积电、联电、上海先进等Foundry厂以及日月光等封装测试厂为汽车级芯片提供专业代工的生产、封测工艺已经成熟，代工产品种类较为齐全，这为我国Fabless类型的企业切入汽车半导体提供了可行的产业环境。

三是未来十年将是新能源汽车的技术成熟期和市场导入期，新能源汽车半导体的兴起将成为我国IC厂商跨入汽车半导体的产业机遇。

3.1 中国汽车产业链尚在发展，合资与自主品牌车厂皆有IC厂商空间

以往全球汽车市场以欧、美、日等发达国家为主，但近年来以我国为首的新兴国家，经济成长快速，汽车销售量占全球比重持续上升，已使我国成为全球最大单一国家市场。我国政府亦利用此情势，全力发展汽车及相关产业。相对于欧、美、日等国汽车及相关产业之成熟完备，我国自主品牌汽车及汽车电子产业仍处于发展阶段，尚未形成稳固的供应链体系，本土IC厂商较有机会导入。

我国汽车企业可分为中外合资车厂与自主品牌车厂两类。中外合资的车厂由外商主导技术和采购环节，与汽车电子相关的采购多延袭原有的供应体系；但因终端市场是中国，平均售价比成熟市场要低，成本也需随之向下调整，既有零部件供应商不一定可满足此需求，而给新进厂商带来商机。另一方面，我国自主品牌车厂为增强整车产品的市场竞争力，有提高零部件国产化配套率，建构以本土厂商为主的供应体系的客观需要，亦提供本土IC厂商发展空间。

3.2 IC厂商可由车身控制电子、车载电子等应用领域跨入

由于驾驶或乘坐汽车与人身安全直接相关，车厂对零组件的采购以质量为重，与价格导向的3C产业迥异。为了配合质量的要求，车厂对汽车零组件的认证时程动辄超过两年，为新进厂商设下高门坎。汽车产业链相对封闭，各车厂都有长期配合的一级零部件供应商，甚至二、三级厂商的供应关系也相当稳固。

对有意跨入汽车半导体的IC厂商来说，动力传动、底盘控制与安全等领域为汽车的核心结构单元，对质量的要求最高，车厂与汽车电子厂商不会轻易引进新的零组件或半导体供应商。而车身控制与车载电子等相对周边的领域，新进厂商较有切入的空间。

目前在车身控制与车载电子用MCU或ASIC产品，已有本土IC厂商投入并取得进展。而IC厂商已有移动电话或液晶电视等应用领域的多媒体应用处理器与相关通讯IC产品，以此为基础，可跨入车载电子用ASIC。

3.3 新能源汽车半导体成长性高，前景广阔

受到政府激励项目的影响及混合动力汽车在市场上获得成功的推动，越来越多的汽车厂基于电动机的汽车型号。但是半导体市场还没有为此类汽车技术做好准备，目前为这类汽车开发出的大多数元器件是源自应用于工业或商业应用的现有产品。未来新能源汽车将更加依赖汽车半导体和电子系统，新能源车所采用的电子元器件数量是传统汽车的两倍，所需要的半导体器件数量是现在汽车的5倍。另外，研究表明，2010-2020年将是以纯电动车为代表的新能源汽车的技术成熟期和市场导入期，2020年新能源汽车的销售预计将占市场销售汽车的5-10%的份额。5%的市场份额乘以高出5倍的半导体产品成分，相当于占整体半导体市场的五分之一。电源IC及功率晶体管受新能源车驱动成长性高，但技术门坎亦高。

在全球政府积极推动新能源车之下，使此市场深具成长潜力，吸引包含既有车厂及新进车厂的关注与投入。新能源车在动力传输等部分，异于以引擎为动力的传统车，形成包括电池、马达、变频器、电源及电池管理IC、功率晶体管等供需缺口。

由于动力传输部分为汽车核心组成单元，既有车厂仍以自行开发或与既有汽车电子厂商合作为主，不足之处亦以新进大厂为优先选择。但如美国Tesla等电动车厂，由于规模小，在布局供应链时不一定能吸引大厂与之配合，而为中小型厂商提供了发展契机。

不过，用于新能源车的电源及电池管理IC、功率晶体管，需用远高于3C应用的高压制程制作，并具备对电池更为复杂严谨的保护与管理能力。就现阶段相关IC厂商之技术水准来看，较上述要求仍有相当差距。

4 我国汽车半导体发展现状

看到汽车产业蓬勃发展给半导体企业带来的机遇，国内部分有实力和远见的汽车电子企业开始了这方面的积极探索和尝试，并取得一定的进展。同时，一些中国集成电路设计企业在成功介入并占据消费电子、工业电子部分细分市场之后，开始瞄准有着庞大市场容量但介入门槛较高的汽车半导体领域。

启明信息技术股份有限公司成立于2000年10月，其前身是中国第一汽车集团公司电子计算处，目前是国内唯一一家专门从事汽车业管理软件与汽车电子产品研发、制造及服务的高科技企业。启明公司是一汽集团车载电子产品核心支撑资源，一直承接一汽集团自主车载电子产品的研发与产业化工作，已经开发汽车电子控制系统、车载信息系统等汽车电子产品40余项。其中，车载导航视听系统、3G车载信息终端、汽车智能防盗报警器、GPS车载监控终端等19项产品已形成产业化规模，并取得了可观的经济效益。启明公司下设车载集成电路创新中心，由留美海归苏杰博士领导，中心目前有车载集成电路专业设计工程师39人，核心团队成员有10年以上在国际著名汽车电子芯片公司的设计工作经验。至今已经完成了4款车载核心芯片的总体方案设计，芯片功能定义，SoC框架设计。2010年初与协作单位联合开发的车控SoC芯片已经流片成功，完成系统样机设计，正在整车考核平台测试考核验证。

艾科创新2006年开始累计投入4000余万元设计车载信息终端核心芯片及产业化方案，基于国外成熟的汽车电子芯片生产工艺，对EMC、ESD、Latch up以及宽温区苛刻环境下核心芯片可靠性设计，积累了大量经验，是目前国内唯一一家在该市场领域实现量产销售的芯片设计公司。其第一/二代（0.18/0.13um工艺）芯片累计实现近100万片的销量，第二代芯片已进入国内知名车厂的前装应用；公司第三代芯片（65nm工艺）测试样片功能性能经测试达到预期设计目标。

深圳比亚迪微电子有限公司作为比亚迪股份公司的全资子公司，成立于2004年，经过七年的发展，现有员工总人数2500多人，在深圳、宁波拥有两大生产基地。目前产品主要覆盖功率半导体器件、IGBT功率模块、电源管理IC、CMOS图像传感器、传感及控制IC、音视频处理IC等。产品应用领域覆盖了对光、电、磁及声等信号的感应、处理及控制，提供IC产品及完整的解决方案。客户包括华为、诺基亚、三星、比亚迪汽车等。当前已开展IGBT、FRD、MOSFET、VDMOS、MEMS等新产品的研发，这些产品将为比亚迪集团在电池，新能源汽车方面的发展战略提供保障。

比亚迪微电子在车载多媒体主控芯片方面，有一款产品已经完成开发，由其制作的车载多媒体整机正在整车厂进行测试。比亚迪微电子母公司是自主品牌汽车生产企业，很好地结合了行业、技术、人才及应用的基础优势,是其在汽车相关半导体设计及应用上得天独厚的优势。

上海海尔集成电路自2000年成立，海尔集团作为投资方之一，在产品研发和产品应用方面给与了大力支持。凭借集团的支持，上海海尔集成电路打开了国内白色家电、电表、工业控制、汽车电子等MCU市场。目前，该公司研制的三款汽车MCU芯片已在HID车灯控制器和汽车空调控制器中投入使用，累计销售芯片超过千万颗。

此外，上海飞乐股份有限公司与上海大学联合研发了汽车电子控制器专用芯片,目前该芯片已经随相关控制模块进入汽车配套渠道;上海小糸与上海信耀联合开发的灯光控制模块和芯片，已经成功应用于奥迪等车型;上海森太克的车速、压力、温度、制动传感器也接到一级汽车电子供应商的订单。高浪科技研发了传感器集成电路以及其他汽车专用双极产品。西安华讯公司研发的GPS导航芯片与其他产品集成，形成具备导航和移动电视功能的模块，进入了某国产品牌汽车中。这些Fabless涉足的汽车电子产品包括了MCU、功率器件、传感器、GPS芯片以及照明控制芯片等。

5 发展建议

5.1 把发展汽车半导体和汽车电子作为打造汽车支柱产业的主要议题

未来中长期发展规划中继续体现与落实，政府在政策导向方面应引导企业往汽车电子高端领域发展；应有利于促进汽车整机厂采用具有国际先进水平的国产化产品。

5.2 紧密结合国内汽车和零部件企业，开发适用于汽车前装的汽车级芯片

结合新能源汽车的发展契机，以实现芯片国产化配套，提升自主品牌汽车竞争力为诉求；以汽车半导体产业化一条龙工程为抓手带动国内汽车电子、相关零部件及汽车产业发展。世界范围内汽车产业发展的历史表明：只有整车自己做，才能扶持出自己的发动机、变速器等零部件产业；只有发动机自己做，才能扶持出自己的EMS企业；只有ECU自己做，才能扶持出自己的汽车半导体产业、软件开发产业。因此，汽车半导体的国产化只能走依靠自主品牌汽车崛起的道路。

5.3 成立汽车半导体创新应用联盟，构建包括芯片与整车厂在内的大产业链

政府主导，吸纳整合国内汽车产业链各环节上的优势企业，成立跨行业的汽车半导体创新应用联盟，支持联盟内设计、制造、封装测试和应用等各个环节的企业开展针对汽车半导体特殊性要求的研发和产业化，实施汽车半导体产业化一条龙工程。在重大科技专项中，设立汽车半导体课题，协调一、二专项，以联盟为实施载体，对汽车半导体的研发和产业化进行重点支持，支持要长期不懈。

5.4 扶持具有整车企业背景的汽车电子厂商，培育自主品牌龙头企业

扶优、扶大、扶强，培育龙头企业，发挥示范带头作用。帮助中小企业与国内整车商进行更深入的合作。

5.5 结合我国实际、参考国际标准，尽快出台汽车电子相关标准

参考文献

[1] 汽车：自主创新能力显著提高 产业竞争能力未尽人意，周劲，中国经济导报，2010，4。

[2] 2011慕尼黑上海电子展“汽车电子主题馆”系列报道，Big-Bit大比特资讯网,2010、12。

[3] 全球车用半导体车用市场前景可期，彭国柱，《电子与电脑》，2011年3期。

[4] 全球汽车市场结构转变下台湾发展车用半导体产业的策略，彭国柱，ITIS智网。

第7篇：半导体与量子力学的关系范文

关键词：调温垫；换挡无级调温；制冷制热

中图分类号：TM924 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）16-0030-02

本调温垫利用半导体在现有调温垫单一工作状态的基础上实现了既能够制热，又能够制冷的两态选择，可以折叠，占用空间小，便于携带，能根据个人需要方便快捷调制温度，操作简单，既能够在室内使用，也是出行的好帮手。

1 工作原理

半导体片通电后具有一端面制冷另一端面制热的特性。一阀门与垫子的进水口相连接，另一阀门与垫子的出水口相连接。电源通过导线连接微型水泵和半导体片，箱体内部注入水。开关有3个档位，当选择关时，微型水泵与半导体片不工作。箱体具有对称性，可以假定微型水泵与半导体片的热端同侧，另一微型水泵与半导体片的冷端同侧。当开关选择制冷档位时，微型水泵开始工作，阀门开通，另一阀门闭合。在微型水泵的作用下，半导体片冷端一侧的水流入垫子中的细软管子中并循环，热端一侧的水流到箱体外侧管子中并循环。同理，当开关选择制热档位时，半导体片热端一侧的水流到垫子中的细软管子中并循环，冷端一侧的水流到箱体外侧管子中并循环。可通过调节滑动变阻器，调节电流的大小，进而调节微型水泵的转速和半导体片冷热端的温度，从而调节制冷制热效果。

2 结构组成

便携式调温垫主要由箱体和垫子组成。

2.1 箱体

箱体盖上安装有电机，为装置提供动力，箱体主体中有水泵，能够使水流流动，箱体两侧为排管散热装置，能够与外界进行热量的交换，从而达到热量的转移。箱体内的中间隔板中有半导体片，箱体被分为两部分，一部分用于制热，另一部分用于制冷。箱体有两个出水口，分别与垫子相连。

2.2 水泵

水泵是一种通过增加压力把原动的机械能转换成液体能量的装置，叶轮在泵体内做高速旋转运动，泵体内的液体随着叶轮一块转动，在离心力的作用下液体在出口处被叶轮甩出，甩出的液体在泵体扩散室内速度逐渐变慢，液体被甩出后，叶轮中心处形成真空低压区，液池中的液体在外界大气压的作用下，经吸入管流入水泵内。泵体扩散室的容积是一定的，随着被甩出液体的增加，压力也逐渐增加，最后从水泵的出口被排出。液体就这样连续不断地从液池中被吸上来然后又连续不断地从水泵出口排到管道中去。

2.3 半导体片

半导体片是应用温差电效应的结果。半导体制热片或者制冷片都是由两种不同的半导体两端连接而成。当有电流通过半导体制热片时，就会在一端发热、另一端降温，产生温差，即一端制热、另一端制冷。在通过半导体片的电流等条件一定时，在一端发热、另一端降温所造成的温度差是一定的，因此可以通过调节电阻的大小来调节电流，进而调节温度。

2.3.1 制冷半导体片。制冷半导体片是一种利用珀尔帖效应，在冷端吸收热量，产生制冷效果，同时在热端排除大量热量的高热流密度器件，此时，电流方向为热流方向，由于其珀尔贴效应比普通金属电偶强很多，因此能在冷结点处表现出明显的制冷作用。在夏季，以外界为热端，调温垫水管为冷端，就能够使调温垫降到适宜的温度。

2.3.2 制热半导体片。制热半导体的工作方向与制冷半导体相反，在热端产生热量，电流方向与热流方向相反，在节点处能够表现出明显的制热作用。冬季时，以外界为冷端、水管为热端，能够使调温垫升温到适宜的温度，便于出行。

2.4 调温垫

垫子内部有盘绕而成的细水管，制冷时，水通过管道带走热量，制热时，水通过管道为垫子提供热量，水流在细水管中形成了循环系统，水管的出口和入口分别与箱体的出水口和入水口相连，和箱体一起构成了封闭的水循环。在接通电源的条件下，就能够实现制冷和制热，并进行调温，水泵和半导体片的电能由蓄电池提供。

3 功率计算

3.1 半导体功率计算

3.2 水泵功率计算

3.3 总功率校验

4 应用前景

本调温垫不仅具有制冷和制热的双重功效，还能够实现无级调温，以便将管中水调节到最适宜的温度，可以折叠，便于携带。充电时间较短，即使在野外使用也非常

方便。

5 结语

本文从工作原理、结构组成方面介绍了一种便携式调温垫，并通过功率计算论证了此调温垫的可行性，能够实现双态多档调温的功能，而且箱体与垫子是分开的，便于携带。

参考文献

[1] 陈光明，陈国邦.制冷与低温原理[M].北京：机械工业出版社，2000.

[2] 彭金莉，郑卿元.太阳能半导体制冷控制器的设计

[J].科技致富向导，2012.

[3] 朱倩，刘玉超，张强，蔡存金.半导体制冷技术及其应用[J].学园，2011，（2）.

[4] 齐鄂荣，曾玉红.流体力学[M].武汉：武汉大学出版社，2005.

第8篇：半导体与量子力学的关系范文

由于我校已经有材料与化学工程学院，开设了高分子、化工类材料、金属材料等专业，应用物理、物理学专业的方向就只有往半导体材料及光伏技术方向靠，而半导体材料及光伏技术与物理联系十分紧密。因此，我们物理系开设半导体材料及光伏技术有得天独厚的优势。首先，半导体材料的形成原理、制备、检测手段都与物理有关;其次，光伏技术中的光伏现象本身就是一种物理现象，所以只有懂物理的人，才能将物理知识与这些材料的产生、运行机制完美地联系起来，进而有利于新材料以及新的太阳能电池的研发。从半导体材料与光伏产业的产业链条来看，硅原料的生产、硅棒和硅片生产、太阳能电池制造、组件封装、光伏发电系统的运行等，这些过程都包含物理现象和知识。如果从事这个职业的人懂得这些现象，就能够清晰地把握这些知识，将对行业的发展起到很大的推动作用。综上所述，不仅可以在我校的应用物理学专业开设半导体材料及光伏技术方向，而且应该把它发展为我校应用物理专业的特色方向。

二、专业培养方案的改革与实施

(一)应用物理学专业培养方案改革过程

我校从2004年开始招收应用物理学专业学生，当时只是粗略地分为光电子方向和传感器方向，而课程的设置大都和一般高校应用物理学专业的设置一样，只是增设了一些光电子、传感器以及控制方面的课程，完全没有自己的特色。随着对学科的深入研究，周边高校的互访调研以及自贡和乐山相继成为部级新材料基地，我们逐步意识到半导体材料及光伏技术应该是一个应用物理学专业的可持续发展的方向。结合我校的实际情况，我们从2008年开始修订专业培养方案，用半导体材料及光伏技术方向取代传感器方向，成为应用物理学专业方向之一。在此基础上不断修改，逐步形成了我校现有的应用物理专业的培养方案。我们的培养目标:学生具有较扎实的物理学基础和相关应用领域的专业知识;并得到相关领域应用研究和技术开发的初步训练;具备较强的知识更新能力和较广泛的科学技术适应能力，使其成为具有能在应用物理学科、交叉学科以及相关科学技术领域从事应用研究、教学、新技术开发及管理工作的能力，具有时代精神及实践能力、创新意识和适应能力的高素质复合型应用人才。为了实现这一培养目标，我们在通识教育平台、学科基础教育平台、专业教育平台都分别设有这方面的课程，另外还在实践教育平台也逐步安排这方面的课程。

(二)专业培养方案的实施

为了实施新的培养方案，我们从几个方面来入手。首先，在师资队伍建设上。一方面，我们引入学过材料或凝聚态物理的博士，他们在半导体材料及光伏技术方面都有自己独到的见解;另一方面，从已有的教师队伍中选出部分教师去高校或相关的工厂、公司进行短期的进修培训，使大家对半导体材料及光伏技术有较深的认识，为这方面的教学打下基础。其次，在教学改革方面。一方面，在课程设置上，我们准备把物理类的课程进行重新整合，将关系紧密的课程合成一门。另一方面，我们将应用物理学专业的两个方向有机地结合起来，在光电子技术方向的专业课程设置中，我们有意识地开设了一些课程，让半导体材料及光伏技术方向的学生能够去选修这些课程，让他们能够对光伏产业的生产、检测、装备有更全面的认识。最后，在实践方面。依据学校资源共享的原则，在材料与化学工程学院开设材料科学实验和材料专业实验课程，使学生对材料的生产、检测手段有比较全面的认识，并开设材料科学课程设计，让学生能够把理论知识与实践联系起来，为以后在工作岗位上更好地工作打下坚实的基础。

三、总结

第9篇：半导体与量子力学的关系范文

关键词：课程体系改革；教学内容优化；集成电路设计

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）34-0076-02

以集成电路为龙头的信息技术产业是国家战略性新兴产业中的重要基础性和先导性支柱产业。国家高度重视集成电路产业的发展，2000年，国务院颁发了《国务院关于印发鼓励软件产业和集成电路产业发展若干政策的通知》（18号文件），2011年1月28日，国务院了《国务院关于印发进一步鼓励软件产业和集成电路产业发展若干政策的通知》，2011年12月24日，工业和信息化部印发了《集成电路产业“十二五”发展规划》，我国集成电路产业有了突飞猛进的发展。然而，我国的集成电路设计水平还远远落后于产业发展水平。2013年，全国进口产品金额最大的类别是集成电路芯片，超过石油进口。2014年3月5日，国务院总理在两会上的政府工作报告中，首次提到集成电路（芯片）产业，明确指出，要设立新兴产业创业创新平台，在新一代移动通信、集成电路、大数据、先进制造、新能源、新材料等方面赶超先进，引领未来产业发展。2014年6月，国务院颁布《国家集成电路产业发展推进纲要》，加快推进我国集成电路产业发展，10月底1200亿元的国家集成电路投资基金成立。集成电路设计人才是集成电路产业发展的重要保障。2010年，我国芯片设计人员达不到需求的10%，集成电路设计人才的培养已成为当前国内高等院校的一个迫切任务[1]。为满足市场对集成电路设计人才的需求，2001年，教育部开始批准设置“集成电路设计与集成系统”本科专业[2]。

我校2002年开设电子科学与技术本科专业，期间，由于专业调整，暂停招生。2012年，电子科学与技术专业恢复本科招生，主要专业方向为集成电路设计。为提高人才培养质量，提出了集成电路设计专业创新型人才培养模式[3]。本文根据培养模式要求，从课程体系设置、课程内容优化两个方面对集成电路设计方向的专业课程体系进行改革和优化。

一、专业课程体系存在的主要问题

1.不太重视专业基础课的教学。“专业物理”、“固体物理”、“半导体物理”和“晶体管原理”是集成电路设计的专业基础课，为后续更好地学习专业方向课提供理论基础。如果基础不打扎实，将导致学生在学习专业课程时存在较大困难，更甚者将导致其学业荒废。例如，如果没有很好掌握MOS晶体管的结构、工作原理和工作特性，学生在后面学习CMOS模拟放大器和差分运放电路时将会是一头雾水，不可能学得懂。但国内某些高校将这些课程设置为选修课，开设较少课时量，学生不能全面、深入地学习；有些院校甚至不开设这些课程[4]。比如，我校电子科学与技术专业就没有开设“晶体管原理”这门课程，而是将其内容合并到“模拟集成电路原理与设计”这门课程中去。

2.课程开设顺序不合理。专业基础课、专业方向课和宽口径专业课之间存在环环相扣的关系，前者是后者的基础，后者是前者理论知识的具体应用。并且，在各类专业课的内部也存在这样的关系。如果在前面的知识没学好的基础上，开设后面的课程，将直接导致学生学不懂，严重影响其学习积极性。例如：在某些高校的培养计划中，没有开设“半导体物理”，直接开设“晶体管原理”，造成了学生在学习“晶体管原理”课程时没有“半导体物理”课程的基础，很难进入状态，学习兴趣受到严重影响[5]。具体比如在学习MOS晶体管的工作状态时，如果没有半导体物理中的能带理论，就根本没办法掌握阀值电压的概念，以及阀值电压与哪些因素有关。

3.课程内容理论性太强，严重打击学生积极性。“专业物理”、“固体物理”、“半导体物理”和“晶体管原理”这些专业基础课程本身理论性就很强，公式推导较多，并且要求学生具有较好的数学基础。而我们有些教师在授课时，过分强调公式推导以及电路各性能参数的推导，而不是侧重于对结构原理、工作机制和工作特性的掌握，使得学生（尤其是数学基础较差的学生）学习起来很吃力，学习的积极性受到极大打击[6]。

二、专业课程体系改革的主要措施

1.“4+3+2”专业课程体系。形成“4+3+2”专业课程体系模式：“4”是专业基础课“专业物理”、“半导体物理”、“固体物理”和“晶体管原理”；“3”是专业方向课“集成电路原理与设计”、“集成电路工艺”和“集成电路设计CAD”；“2”是宽口径专业课“集成电路应用”、“集成电路封装与测试”，实行主讲教师负责制。依照整体优化和循序渐进的原则，根据学习每门专业课所需掌握的基础知识，环环相扣，合理设置各专业课的开课先后顺序，形成先专业基础课，再专业方向课，然后宽口径专业课程的开设模式。

我校物理与电子科学学院本科生实行信息科学大类培养模式，也就是三个本科专业大学一年级、二年级统一开设课程，主要开设高等数学、线性代数、力学、热学、电磁学和光学等课程，重在增强学生的数学、物理等基础知识，为各专业后续专业基础课、专业方向课的学习打下很好的理论基础。从大学三年级开始，分专业开设专业课程。为了均衡电子科学与技术专业学生各学期的学习负担，大学三年级第一学期开设“理论物理导论”和“固体物理与半导体物理”两门专业基础课程。其中“固体物理与半导体物理”这门课程是将固体物理知识和半导体物理知识结合在一起，课时量为64学时，由2位教师承担教学任务，其目的是既能让学生掌握后续专业方向课学习所需要的基础知识，又不过分增加学生的负担。大学三年级第二学期开设“电子器件基础”、“集成电路原理与设计”、“集成电路设计CAD”和“微电子工艺学”等专业课程。由于“电子器件基础”是其他三门课程学习的基础，为了保证学习的延续性，拟将“电子器件基础”这门课程的开设时间定为学期的1～12周，而其他3门课程的开课时间从第6周开始，从而可以保证学生在学习专业方向课时具有高的学习效率和大的学习兴趣。另外，“集成电路原理与设计”课程设置96学时，由2位教师承担教学任务。并且，先讲授“CMOS模拟集成电路原理与设计”的内容，课时量为48学时，开设时间为6～17周；再讲授“CMOS数字集成电路原理与设计”的内容，课时量为48学时，开设时间为8～19周。大学四年级第一学期开设“集成电路应用”和“集成电路封装与测试技术”等宽口径专业课程，并设置其为选修课，这样设置的目的在于：对于有意向考研的同学，可以减少学习压力，专心考研；同时，对于要找工作的同学，可以更多了解专业方面知识，为找到好工作提供有力保障。

2.优化专业课程的教学内容。由于我校物理与电子科学学院本科生采用信息科学大类培养模式，专业课程要在大学三年级才能开始开设，时间紧凑。为实现我校集成电路设计人才培养目标，培养紧跟集成电路发展前沿、具有较强实用性和创新性的集成电路设计人才，需要对集成电路设计方向专业课程的教学内容进行优化。其学习重点应该是掌握基础的电路结构、电路工作特性和电路分析基本方法等，而不是纠结于电路各性能参数的推导。

在“固体物理与半导体物理”和“晶体管原理”等专业基础课程教学中，要尽量避免冗长的公式及烦琐的推导，侧重于对基本原理及特性的物理意义的学习，以免削弱学生的学习兴趣。MOS器件是目前集成电路设计的基础，因此，在“晶体管原理”中应当详细讲授MOS器件的结构、工作原理和特性，而双极型器件可以稍微弱化些。

对于专业方向课程，教师不但要讲授集成电路设计方面的知识，也要侧重于集成电路设计工具的使用，以及基本的集成电路版图知识、集成电路工艺流程，尤其是CMOS工艺等相关内容的教学。实验实践教学是培养学生的知识应用能力、实际动手能力、创新能力和社会适应能力的重要环节。因此，在专业方向课程中要增加实验教学的课时量。例如，在“CMOS模拟集成电路原理与设计”课程中，总课时量为48学时不变，理论课由原来的38学时减少至36学时，实验教学由原来的10学时增加至12个学时。36学时的理论课包含了单级运算放大器、差分运算放大器、无源/有源电流镜、基准电压源电路、开关电路等多种电路结构。12个学时的实验教学中2学时作为EDA工具学习，留给学生10个学时独自进行电路设计。从而保证学生更好地理解理论课所学知识，融会贯通，有效地促进教学效果，激发学生的学习兴趣。

三、结论

集成电路产业是我国国民经济发展与社会信息化的重要基础，而集成电路设计人才是集成电路产业发展的关键。本文根据调研结果，分析目前集成电路设计本科专业课程体系存在的主要问题，结合我校实际情况，对我校电子科学与技术专业集成电路设计方向的专业课程体系进行改革，提出“4+3+2”专业课程体系，并对专业课程讲授内容进行优化。从而满足我校集成电路设计专业创新型人才培养模式的要求，为培养实用创新型集成电路设计人才提供有力保障。

参考文献：

[1]段智勇，弓巧侠，罗荣辉，等.集成电路设计人才培养课程体系改革[J].电气电子教学学报，2010，（5）.

[2]方卓红，曲英杰.关于集成电路设计与集成系统本科专业课程体系的研究[J].科技信息，2007，（27）.

[3]谢海情，唐立军，文勇军.集成电路设计专业创新型人才培养模式探索[J].电力教育，2013，（28）.

[4]刘胜辉，崔林海，黄海.集成电路设计与集成系统专业课程体系研究与实践[J].教育与教学研究，2008，（22）.