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半导体制备技术范文1
关键词：自动化测试仪表 可靠性 人机对话
中图分类号：TP21 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）01（c）-0000-01
科学技术的飞速发展促使社会意识形态发生转变，使得人们对生活的追求更加富有人文主义特色，社会各领域对环境的要求更加严格，对产品的现代化程度要求更高，其中节能减排战略促使新型能源产业风靡全球，带动了全球半导体技术的进一步发展，比如太阳能行业逐渐成为新时期的朝阳产业，该行业中对仪器仪表提出了新的要求。作为现代化仪器仪表的制造商，间接地为现代化科技的发展创造了基础科研平台，通过提供先进的仪表，可以提高用户的生产效率，提升产品质量，监控排放，为低碳经济做出更大的贡献。
1 半导体行业对自动化仪器仪表需求分析
1.1 自动化仪器仪表现状
全球科技创新的日新月异带动了我国制造业的飞速发展，进入新世纪以来，我国半导体行业对自动化仪表的需求明显加强，无论从技术特点还是市场数量上都呈现递增趋势，从技术含量上分析，我国科研、量产中所使用的自动化仪表已经处于世界领先水平。
上世纪初，国内仪器仪表稳步发展，主要源于工业半导体行业的需求增加，从技术层面上拉动了整个行业技术水平的提升，尤其在新产品开发上取得了显著成效，比如说拥有自主知识产权的电磁流量计、智能化电动机执行系统等。
1.2 半导体行业对自动化仪器仪表的需求分析
目前，我国半导体行业使用较多的仪器仪表主要是小型检测单元，比如在集成电路、液晶显示、半导体薄膜、太阳能电池制备等领域的使用较为频繁。自动化仪器仪表的使用往往依赖于半导体设备的发展程度，现阶段该行业中使用较多的是各种薄膜沉积系统、成分检测系统等，涵盖面较广的是PECVD（plasma enhanced chemical vapor deposition）、HWCVD（Hot wire chemical vapor deposition）、MOCVD（metal organic chemical vapor deposition）系统以及相关检测设备等。半导体设备中对压力计、传感器、流量计、温度计等元器件的使用较多，尤其在半导体行业制备薄膜材料的工艺中对以上元器件的要求相对较高。
（1）压力表
由于半导体技术具有相对较高的精密性，在半导体薄膜的制备工艺中，要求对工艺参数精确控制，反应腔室内部工艺气体的压力大小，成为该行业工艺技术中的核心参数。对工艺气体压力的检测通常采用压力计以及相关的各种真空检测设备。半导体设备的正常运行必须以厂务设施作为保证，包括水、电、气等条件，其中“水”主要用于设备冷却或者恒温加热，因此需要采用压力表对水压、CDA（condensed air）等进行严格控制方可保证工艺正常运行。
（2）流量计
流量计一般应用在化学沉积系统中，对气体流量起到监测、控制作用。对于半导体工艺来说，产品制备工艺参数是决定器件性能的关键因素，其中化学气相沉积系统中反应气体的流量对最终产品质量起到直接的决定性作用，对气体流量的控制不仅要体现动态时效性，更重要的是要在量的控制上具备较高的精确度，目前国内制备MFC的技术已相对成熟，为我国半导体行业的发展奠定了基础。
（3）传感器
传感器在现代工业时代的使用极为广泛，半导体设备中对传感器的使用大多体现在设备机械传动部分。在半导体产品制造中，要实现设备的流水线运行，离不开高可靠型的传感器元件，通过传感器协调不同工序、设备不同部位的联动，进而保证整个工艺的流水线运行。
（4）温度计
随着科学技术的发展和现代工业技术的进步，测温技术也不断地改进和提高，其中金属温度计是利用两种不同金属在温度改变时膨胀程度不同的原理工作的，在半导体紧密制造中通常用来检测液体、气体的温度，测试温度偏中低水平，适合工艺流程中在线、动态、实时监测。
半导体工艺中对金属温度及的使用大多是用来检测特殊反应气体的温度，由于普通加热器很难通过热电偶检测衬底温度，通常在反应腔室特殊部门安装金属温度计监测生长基元的温度，从测量精度和实际可操作性上提高了半导体工艺的可行性。
2 自动化仪器仪表在半导体行业的发展趋势
自动化测试仪表技术未来发展趋势主要体现在高智能化、高可靠性、高精密度、优良的响应性能等方面，半导体行业仪器仪表技术主要针对具体应用特性而体现出以下几个发展方向：
2.1 人机对话智能化发展
人机对话技术是自动化仪器仪表发展的核心方向，也是未来信息化社会的主流技术，半导体行业对仪器仪表的使用目的是为了便于更好的控制工艺流程，提高对设备的可控性，如果自动化测试仪表具有强大的人机对话特性，能够快速、准确的体现设备运行状态，在半导体制造工业中无疑起到了举足轻重的作用。自动化仪表的人机对话性能是通过设备控制端和仪器之间的对话界面实现，通过人类可以识别的界面端口，读取仪表对设备状态的检测数据，从而对工艺过程起到指导作用。
2.2 集成技术的标准化发展
自动化仪表的应用直接依赖于其能否与其他设备形成对话流畅的有机整体，随着人类科学技术的不断进步，半导体行业对自动化仪表的使用需求逐渐增多，不同设备具有不同的逻辑控制系统，如何将自动化测试仪表的接口、通信、软件控制单元和半导体设备逻辑控制语言相融合成为该行业技术发展的瓶颈，如果实现测试仪表在不同半导体设备上的集成标准化，将大幅度提升自动化测试技术的进步。
2.3 可靠性技术的提高
自动化仪表在工业生产中起到“中枢神经”的作用，对其可靠性不容忽视，尤其对于大型复杂的工业系统中，自动化仪器的可靠性关系到整个企业、乃至行业的发展命脉。对于半导体企业检测与过程控制仪表，大部分安装在工艺管道、工序过渡段，甚至多数环境存在有毒、易燃、易爆等特种气体，这些特殊环境对自动化仪表的维护增加了很多困难。因此，在使用特种气体的半导体行业中对自动化检测仪表的可靠性具有较高的要求，尽可能降低其维修频率，为工业安全生产提供必要保证。
3 结语
当今世界已经进入信息时代，自动化技术成为推动科学技术和国民经济高速发展的关键因素，其中自动化测试仪表作为科研、工业化生产的基础硬件设施而不断发展成熟，在半导体行业中的应用逐渐广泛深入。随着行业科研水平的提高，对自动化仪器仪表有了更好的要求，可靠性、集成技术、智能对话特性成为自动化测试技术发展的首要任务，对自动化测试技术以及测试仪表的使用起到举足轻重的作用。
参考文献
半导体制备技术范文2
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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［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).
半导体制备技术范文3
关键词：电子材料；工艺学；实验研究；本科教学.
【中图分类号】G642
本论文受济南大学教学研究项目（JZC12002）支持。
一、前言
电子材料是材料科学与电子科学与技术、半导体材料和新能源材料相融合的交叉边缘学科，其课程体系设计的背景是基于电子和微电子器件、光电子器件以及新能源器件产业的现实功能需求和未来巨大发展潜力[1]。随着电子科学技术的飞速发展，对电子工艺学业提出了越来越高的要求，人们在实践中不断探索新的工艺方法，寻找新的工艺材料，使电子工艺学的内涵及外延迅速扩展。可以说，电子工艺学是一门充满蓬勃生机的技术学科。电子工艺技术虽然在生产实践中一直被广泛应用，但作为一门学科而被系统研究的时间却不长。系统论述电子工艺的书刊资料不多。基于目前国内外电子材料工艺技术为背景，本学院在拓展本科教学专业方面，设置《电子材料工艺学》作为一门重要的课程之一，本教学团队拟开展一系列针对该工艺学的一系列课程实验。该实验一方面要求学生通过实验，使学生深入理解传统电子材料工艺在材料性能中的作用。另一方面，结合目前半导体与微电子应用领域制造工艺，让同学们熟悉先进的电子材料工艺，掌握关键实验参数。《电子材料工艺学》匹配系列环节实验，有助于完善新版电子材料专业方向实验的教学文件，初步建设科学合理的实验体系，通过加强教学实践过程中教学与实验信息的互相反馈，为科学合理的培养目标电子材料专业方向专业人才奠定基础。
二、《电子材料工艺学》课程匹配实验设置
在该《电子材料工艺学》课程内容设置中，通过对电子信息产业各领域的介绍，让学生初步了解各类电子材料的基本概念，掌握电子陶瓷材料的界定和分类，初步掌握典型电子陶瓷的组成、制备工艺、性能，同时了解电子薄膜材料与纳米晶体的应用和相关工艺。在内容上为了突出材料性能在器件中的应用和熟悉电子材料专业方向的材料结构和工艺内容，额外增加了半导体、微电子、光电子和能源电子方面的知识内容。同时，为了更好地让同学们认识电子材料工艺过程，拟在该课程中设置系列匹配实验，让同学们更好掌握本门课程。基于《电子材料工艺学》课程内容拟增设如下配套实验，以保证教学效果。在电子陶瓷成型工艺实验方面，侧重突出陶瓷原料球磨、混料、煅烧、二次球磨、造粒、成型、烧结等重要工艺环节的工艺；重点掌握球磨时间、混料时间、成型压力、烧结温度及保温时间等关键参数影响情况；通过相关实验，让学生能够更好更全面的掌握所学知识。
1.在薄膜制备工艺实验上，考虑到气相法制备薄膜工艺需要昂贵的实验设备，而液相法成本相对较低。因此在实验中，首选以溶胶凝胶工艺为基础的液相薄膜制备工艺。溶胶凝胶（Sol-gel）法是制备材料方法中新兴起的一种湿化学方法。它的基本原理是：以金属醇盐或其它金属无机盐的溶液作为前躯体溶液，在低温下通过溶液中的水解、聚合等化学反应，首先生成均一稳定的溶胶；然后根据溶胶凝胶制备薄膜工艺的原理，可分为以下几个过程：1溶胶在基片旋涂形成湿膜；2基片烘干形成干膜；3基片快速热处理形成薄膜结晶相；4薄膜表征。设计该实验可以让同学们重点掌握上述几个工艺环节的工艺参数，熟悉陶瓷薄膜制备液相工艺。
2.在纳米粉体制备实验上，侧重突出利用湿化学工艺制备纳米粉体工艺。液相反应法作为一种制备超细粉体的方法成为各国材料科学家研究的热点。常用的液相反应法有共沉淀法、水解法、溶胶凝胶法、微乳液反应法等。实验设计上，重点以溶胶凝胶工艺作为主要内容，首先生成溶胶，进而生成具有一定空间结构的凝胶，然后经过热处理或减压干燥，在较低温度下制备出各种无机材料或复合材料的方法。可见根据溶胶凝胶法的原理，可将溶胶-凝胶法分为以下几个过程：1溶胶制备过程；2凝胶形成过程；3陈化过程；4干燥过程；5热处理过程。实验设计上从前驱体溶液的制备到后续纳米粉体煅烧与表征形成一系列标准工艺，让同学们有深刻了解并掌握相关工艺参数。
3.基于光刻工艺的应用背景而言，在开设《电子材料工艺学》课程过程中，设计半导体制造工艺中光刻实验对于同学们掌握课程知识有很大帮助，同样也利于后续就业。以介质陶瓷单层电容（SLC）的制备为例，整个实验过程包括：1MN陶瓷基片准备；2设计掩模板；3陶瓷基片匀胶及烘干；4曝光显影及后烘；5陶瓷基片蒸电极；6lift-off工艺，剥离电极；7切割与性能测试。通过上述工艺过程，可以继续采用划片机根据SLC电容的分布，沿着分割线进行线切割，形成单个的电容或电容阵列；利用探针台与测试仪器配套搭建测试系统，进行电学性能测试，进行评估。
三、结论
基于上述考虑，《电子材料工艺学》课程实验设置一方面可以培养学生掌握电子材料工艺操作的基本技能，充分理解工艺工作在材料制造过程中的重要地位，从更高的层面了解现代化电子材料工艺的全过程，了解目前我国电子材料工艺中最先进的技术和设备。另一方面掌握电子材料制备工艺；借助于相关工艺实验有助于同学们掌握相关行业背景知识，熟悉材料工艺过程，使学生成为将来掌握相应工艺技能和工艺技术管理知识、能指导电子产品现场工艺、能解决实际技术问题的专业技术骨干奠定基础。
参考文献
半导体制备技术范文4
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关键词：碳化硅 电力电子器件 探讨 分析
中图分类号：TM1-4 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）04-0088-02
1 电力系统电子器件发展概述
当前电力系统发展十分迅速，新型电力电子器件不断涌现，性能大幅度的提升，有效的保证了电力系统工作和运行的稳定性和高效性。电力电子器件起初是以晶体管起步的。在上世纪70年代后期全控型器件不断发展，在80年代后半个时期IGBT复合器件被研发出来。随着半导体技术和材料科学的持续发展，功率集成电路在电力系统中的到了广泛的应用。电力电子器件能够将全控型的电子器件和其他功能电路如驱动电路以及控制电路等集成形成智能化程度较高的芯片，实现器件与电路的集成，强电能够与弱点集成，信息流和功率流的集成。集成电路是机电一体化的基础单元，电力电子器件在电力系统中的应用是电力技术较为重要的部分。其应用技术可称变流技术，这种技术主要用器件组成各种功能的电力电子电路并能够对功能电路进行准确、高效的控制。当前碳化硅电力电子器件在电力系统中得到了广泛的应用，其优良的性能和特性促使这种器件的种类和应用范围都在不断扩大。
2 电力系统中碳化硅电力电子器件的应用
2.1 碳化硅电力电子器件探析
大功率半导体器件在近年来得到了快速的发展，促使现代电力系统中高性能电力电子装置得到广泛的应用。其主要有变流、变频的特点，响应性能较为快速，能够利用小功率来控制大功率。碳化硅由于其优良的物理特性和电特性，在电力系统中得到了广泛的应用。碳化硅属于新研发的宽禁带的半导体材料，这种器件的优势在于它的高压高温的特性。碳化硅电力电子器件能够突破硅基半导体器件由于电压和温度的限制会造成电力系统有一定的局限性。当前碳化硅材料研发不断发展，新型碳化硅电力电子器件不断涌现，低压领域和高压领域的碳化硅功率器件不断产业化，在电力系统中不断替代原有器件。碳化硅电力电子器件的研发成功以及未来可能的产业化，将在电力系统高压领域中得到更多的应用，其发展能够对电力系统变革产生较为深远的影响。未来电动汽车电机的控制以及蓄电池充放电均需高性能电力电子器件来实现，在飞机、船舶以及高层建筑中的电梯都离不开碳化硅电力电子器件。碳化硅电力电子器件能处理电功率的能力，一般远大于处理信息的电子器件。其一般都工作在开关状态。电力电子器件往往需要由信息电子电路来控制，电力电子器件自身的功率损耗远大于信息电子器件，一般都要安装散热器。按照驱动电路信号的性质，分为两类：电流驱动型，通过从控制端注入或者抽出电流来实现导通或者 关断的控制。电压驱动型，仅通过在控制端和公共端之间施加一定的电压信号就可实现导通或者关断的控制。
2.2 电力系统中碳化硅电力电子器件的应用
随着科技的快速发展，在电力系统中碳化硅电力电子器件在下面几个方面得到了广泛的应用：
（1）固态变压器。近年来分布式发电系统和智能电网技术不断发展，碳化硅基于其很好的性能在当前的固态变压器中具有广泛的应用。其利用宽禁带材料能够有效提高器件工作适应温度。6H- SiC、4H-SiC禁带宽度分别为3.0eV、3.25eV，这两种材料对应的本征温度为8000摄氏度以上，也就是意味着即使禁带最窄的3c-sic，它的禁带宽度也能够在2.3eV左右。利用碳化硅材料制造的电力系统器件，它的工作温度最高能够超过6000摄氏度。电力系统中功率开关器件反向的电压承受力和它的漂移区以及基区长度、电阻率具有密切的关系，单极性功率的开关器件通态比电阻将直接受漂移区长度、电阻率的影响。由以上可知与其制造材料击穿电场强度的立方成反比。在电力系统中技术人员利用击穿电场强度较高的碳化硅材料制作的高压功率开关控制器，它的电阻率不用选择过高，碳化硅电力电子器件漂移区或基区也不需要太长。通过这种工艺不但器件通态与电阻相比会有较明显的降低，其工作频率将有大幅度的提高。固态变压器是电力电子变流器和高压变压器中能量转换的关键装置。固态变压器相较于传统变压器具有体积较小、供电质量较高、供电效率比较高、工作性能稳定的特点。固态变压器在电力系统中应用将有效解决当前传统变压器所存在的问题。碳化硅电力电子器件在固态变压器中的应用将能够简化其结构和提高其工作性能。
（2）柔流输电系统。柔流输电系统是当前交流电网比较先进的技术之一。碳化硅电力电子器件在其中应用将能够科学、高效的实现系统电压、功率和输电品质的控制，并能够有效降低输电的损耗。碳化硅器件的击穿电场强度为普通硅材料的8倍，这种器件的电子饱和漂移速度是普通硅材料的2倍，这种特性更有利于提高碳化硅器件的工作频率，故碳化硅单极性功率开关不仅通态比普通电阻低，一般它的工作频率也会比普通硅材料器件高到10倍以上。碳化硅电力电子器件由于其热导率较高故能够在高温下长时间、稳定性的工作。另外碳化硅材料为当前唯一能够采用热氧化法来生成高性能的本体氧化物化合物的半导体材料。这种特性使其可以和普通硅材料一样去制造MOSFBT、IGBT这种含有MOs结构的电力系统电力电子器件。碳化硅材料在常压下生成熔体较为困难，当其加热到2400摄氏度时就会升华，故其像普通晶体通过籽晶在熔体中缓慢生长制备单晶是十分困难甚至是不可能的。这种工艺难度要比锗、硅、砷化镓等常见常用的半导体材料制备更为困难和复杂。碳化硅材料功率器件自身具有优良的耐压特性，随着碳化硅器件研发和制造技术的提高，其在FACTS技术中将会受到越来越多的重视。
（3）静止无功补偿器件。在电力系统中静止无功补偿器主要用于潮流控制和无功补偿，碳化硅电力电子器件的应该有效提高其系统的稳定性和响应速度，掺杂是当前半导体器件制备最基本的工艺。由于杂质在碳化硅器件中扩散系数与在SiO2中一样较低，在适于碳化硅有效杂质扩散温度条件下，SiO2将失去对杂质掩蔽的作用，并且碳化硅材料自身在同样高温条件下性能不稳定，故其不宜采用扩散掺杂，需利用离子注入以及材料制备过程中进行伴随掺杂来达到制备碳化硅器件的条件。碳化硅晶片制备技术可以分为物理法和化学合成方法。物理法主要包括机械粉碎法和结晶法；化学合成法主要包括化学气相沉积法以及碳热还原法。化学气相沉积法和碳化硅晶须的制备工艺较为相同，但其工艺复杂，价格昂贵，目前研究和应用较少；碳热还原法是利用碳和SiO2为原材料，利用催化剂将原材料加热至合适的温度而合成，这种方法是碳化硅晶体制造的主要方法。碳化硅电力电子器件在STATCOM的应用结构能够得到有效简化。由于碳化硅电力电子器件开关频率得到有效的提高，电力系统中电能质量也能够得到有效的提升。在风能、太阳能等洁净、可再生能源并网方面，无变压器STATCOM结构将会得到大力推广和应用。
（4）电力系统的直流输电技术。碳化硅电力电子器件能够促进高压直流的输电技术快速的发展。碳化硅电力电子器件耐压性能良好，这种特性能够有效减少电力系统中需要的器件数量，大大简化直流输电电力系统的结构，并能够有效降低电能传输中的能耗，不断促进高压直流输电技术的发展和进步。
（5）碳化硅晶片在LED固体照明和高频率器件中也得到了广泛的应用，未来手机和笔记本电脑的背景光市场将给碳化硅器件提供广阔的市场空间。由于碳化硅晶体研发、器件制备技术快速发展，未来几年内碳化硅电力电子器件将会在器件的成品率和可靠性得到更大的改善和提高，价格亦会不同程度的下降，从而促使其进入全面应用的阶段，这种有利的条件将极有可能引发未来电力电子技术的一场新的革命。因此碳化硅电力电子器件的研发和利用是现代电力系统中电力电子技术的一次革命性发展。随着碳化硅电力电子器件的不断进步和完善，其在电力系统中的应用亦越来越广泛，所起到的作用也是越来越大。
3 结语
随着现代电力系统的不断完善和发展，其对电力电子器件的性能要求越来越高。碳化硅电力电子器件以其良好的电气性能在电力系统中得到了广泛的应用。本文通过对碳化硅电力电子器件特点的阐述介绍了其在电力系统中的应用。碳化硅电力电子器件能够有效保证电力系统的工作性能，保证电力系统运行正常，稳定社会秩序。
参考文献
[1]侯慧，游大海，尹项根.轻型高压直流输电技术的发展与应用[J].电力建设，2005年11期.
半导体制备技术范文6
【关键词】铜氧化物/氧化锌 复合材料 光催化 气敏
1 概述
ZnO作为一种性能优良的n-型半导体材料，在众多应用领域受到了广泛的关注，尤其是在高活性光催化剂及气敏材料方面[1-2]。为了进一步改善ZnO的性能，目前的研究主要集中在以下两个方面：一方面充分利用纳米、薄膜等新材料制备技术来得到粒径小的产物；另一方面采用如表面贵金属沉积[3]、金属离子掺杂、半导体复合等方法改变其能级结构，进而改善其性能。在本部分工作中，采用低温液相沉淀法，采用p-型半导体（Cu2O、CuO）与ZnO进行复合，利用它们形成的异质结来调整材料的光催化及气敏性能。
2 实验部分
2.1 试剂及仪器
实验试剂：Zn（CH3COO）2、CuSO4・5H2O、Na2CO3、NaOH、水合肼、罗比明B、二甲苯、甲苯、甲醇等均为分析纯试剂，实验中用的水均为蒸馏水。
测试仪器：D8 Advance X 射线多晶衍射仪； 722N紫外-可见分光光度计；WS-30A气敏测试系统。
2.2铜氧化物/氧化锌复合材料的制备
2.2.1 Cu2O/ZnO复合材料的制备
在80 ℃水浴条件下，将一定量的油酸钠溶解于CuSO4和Zn（CH3COO）2的混合溶液中，然后加入NaOH溶液，大约10min系统稳定后，倾入水合肼水溶液，之后再加入Na2CO3水溶液，30min后生成白色沉淀，再加入NaOH溶液，再反应1.5h。
2.2.2 CuO/ZnO复合材料的制备
在80 ℃水浴条件下，将一定量的油酸钠溶解于CuSO4和Zn（CH3COO）2的混合溶液中，温度达到80 ℃时，加入Na2CO3溶液，2h后再加入NaOH溶液，继续反应1.5h。
反应结束后将样品抽滤洗涤，于60oC烘箱中干燥后研磨备用。
2.3 光催化及气敏性能的表征
2.3.1 样品的光催化性能表征
所制备样品的光催化性能以降解罗丹明B溶液来评价。在烧杯中加入100 mL浓度为10 mg・L-1的罗丹明B溶液和0.5g的铜氧化物/氧化锌纳米粉体，在降解过程中用磁力搅拌使之混合均匀。在紫外灯照射下，每隔20min取少量混合液，离心除去其中的催化剂后，用722N紫外-可见分光光度计在罗丹明B最大吸收波长（λmax=554 nm）处测试样品的吸光度At，光照分解前罗丹明B的吸光度为A0，其降解率为：
2.3.2 样品的气敏性能表征
将制备出的粉体制作成烧结型旁热式气敏元件，采用WS-30A气敏测试系统并采用静态配气法对该元件的气敏性能进行测试。
3 结果与讨论
3.1 Cu2O/ZnO复合材料的表征
3.1.1 Cu2O/ZnO复合材料的XRD表征
图1为Cu2O加入量为10%时所制备的Cu2O/ZnO复合材料的XRD图。从图可以看出，样品的衍射峰峰位与ZnO的标准PDF卡片（JCPDS 36-1451）相一致，说明实验中所得样品为六方晶系纤锌矿结构的ZnO。其次，Cu2O的（200），（220）对应的峰值也很明显，而且该复合材料中氧化锌的第三个峰值比纯氧化锌的峰值要高一些，可能是Cu2O（111）的衍射峰与之重叠的结果。并且谱图中没有其他衍射峰出现，因此，该条件下合成的Cu2O/ZnO纳米复合氧化物纯度比较高。
图1 Cu2O加入量为10%时所得Cu2O/ZnO复合材料的XRD图
3.1.2 Cu2O/ZnO样品的光催化性能表征
图2为已制备出的Cu2O/ZnO样品为催化剂时光催化降解罗丹明B的变化曲线。从图2可以看出，在最初的20min罗丹明B溶液的吸光度有光催化前的1.026降低到0.356，光催化反应20min其光催化的降解率可达到65.3%，可见前20min该产物对罗丹明B的降解效果很好。随着光照时间的延长，罗丹明B的降解率虽然一直在增大，但是增大的幅度较小；经过2h的光照后，制备样品对罗丹明B的降解率为66.4%。所以，制备的Cu2O/ZnO样品对罗丹明B溶液有较好的降解能力。
图2 Cu2O加入量为10%时所得Cu2O/ZnO复合材料的光催化图
3.1.3 Cu2O/ZnO样品的气敏性能表征
将已制备的Cu2O/ZnO粉体制成气敏元件，测试其对苯、甲苯、二甲苯、水、氨水、甲醛、醋酸、甲醇等气体的灵敏度，测试结果显示样品只对甲苯、二甲苯、水这三种物质比较敏感。图3为该气敏元件的灵敏度-加热电压曲线图，从中可以看出该气敏元件对甲苯、二甲苯、水的灵敏度都与加热电压成正相关的关系，其中加热电压的变化对甲苯灵敏度的影响不大；并且该气敏元件对水、二甲苯、甲苯这三种物质的灵敏度依次减小。
图3 Cu2O加入量为10%时所得Cu2O/ZnO复合材料对甲苯、水、二甲苯气体的气敏性质测试图
3.2 CuO/ZnO材料的光催化及气敏性能
为了进一步考察铜氧化物的加入对ZnO光催化性能及气敏性能的影响，我们制备了CuO加入量为10%的CuO/ZnO复合材料，并对其光催化及气敏性能进行了测试表征。图4为该条件下制备的CuO/ZnO复合材料的性能表征曲线，其中图4a为其光催化性能图，图4b为其气敏性能测试图。从图4a可以看出，加入CuO所得样品对罗丹明B的降解率随着光照时间的延长也逐渐增大，但其降解率比添加Cu2O的样品要稍低一些。因此，添加Cu2O时所得产物的光催化性能更好一些。图4b为制备的CuO/ZnO样品的灵敏度-加热电压曲线，测试了其对多种气体的灵敏度，结果显示该样品只对甲醇这一种物质比较敏感；并且样品对甲醇的灵敏度与加热电压成正相关的关系。可见，加入不同的铜氧化物制备出的样品具有不同的光催化及气敏性能。
图4 CuO加入量为10%时所得CuO/ZnO复合材料的光催化及气敏图
4 结语
以Zn（CH3COO）2和CuSO4・5H2O为原料，在80oC水浴中通过简单的液相沉淀法一步合成了铜氧化物/氧化锌复合材料，并考察了铜氧化物/氧化锌复合材料的光催化性能及气敏性能。结果表明， Cu2O/ZnO复合材料的光催化性能稍好一些，并对水、甲苯、二甲苯表现出一定的灵敏性；而CuO/ZnO复合材料仅对甲醇表现出灵敏性，对检测气体的选择性更好。
参考文献：
[1] 吴晓，郭希，孙媛，程凤伶. ZnO空心纳米球的水热合成及其光催化性能表征[J].材料导报B：研究篇，2013，27（3）：1-4.
[2] 吴燕军，李容，曾春梅，何平，苟兴龙.ZnO纳米线的微乳-水热法制备与气敏性能[J].应用化工，2013，42（2）：221-224.