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半导体的优势范文1
【关键词】幼儿;体育;游戏;指导;实践
大班幼儿身心发展比较稳定,正是活动能力迅速发展时期,对各项动作能够建立很好的条件反射,可以进行较复杂的动作练习。而该年龄段孩子的最大特点就是合作意识明显,愿意合作,有着很强的集体荣誉感,对团体获胜会很兴奋,失败的时候又会很沮丧、失望。通过教师有针对性的开展游戏和指导,幼儿的合作水平也在不断地进步与提高,各方面能力也能得到全面的提升。
在许多的民间体育游戏中,合作是保证游戏顺利开展的基础。如果没有合作,许多大班的民间体育游戏根本无法有效地进行和完成。因此,教师要培养幼儿的合作意识,让游戏能够顺利开展。例如在“两人三足”中需要幼儿一起行动,一起合作;“老鹰抓小鸡”里一连串的小鸡每一只都是躲避老鹰的关键所在,只要有一只跟不上步伐,游戏就会遭到失败;“丢沙包”是团队合作的重要的模范,相互帮助,要让幼儿充分体会到我们每一个人都是集体中的一分子,我们都可以发挥光和热。
在民间体育游戏中,教师要善于运用各种策略,全面提高幼儿的合作才能。
一、巧妙选择民间体育游戏的内容,提升幼儿合作的能力
民间体育游戏种类丰富,有一个人玩的“跳绳”、“踢毽子”等游戏,有小组玩的“跳橡皮筋”、“老鹰抓小鸡”等游戏,也可以有很多学幼儿参与的“丢沙包”等游戏。
要提升幼儿的合作能力,提高幼儿的集体意识,教师要选择符合大班幼儿的游戏项目,要实现个人游戏和集体游戏的结合,设置一些需要合作才能完成的项目,多组织一些竞争性强的内容,合作性多的内容,重视给幼儿获得更多的成就感,让幼儿实现团结合作后的活动效率的提升,让合作成为解决问题的办法,成为幼儿内心活动时候的一种习惯,一种需要。
民间游戏还有许多能培养幼儿合作意识的方法,例如,在贴墙的游戏中,幼儿可以通过2人手拉手延长距离,这样幼儿就要相互商量,自主地把手拉手通过走廊变成了游戏的需要,这样,手拉手就能够提高了游戏的成功率,能成为游戏的需要。
教师可以创造性地开展游戏项目,例如将两名幼儿的炒黄豆游戏活动,改编成集体进行的三人炒黄豆或者六人炒黄豆,班级炒黄豆等游戏,幼儿的游戏激情就会被调动出来,幼儿也可以为了游戏的效果,加强合作,共同商讨,形成规则,实现全班炒黄豆。这样,经过多次的反复游戏和探索,合作已经变得那么的自然和默契,而多人合作形式已经成为了幼儿炒黄豆的基础。
二、引导幼儿参与合作游戏,发展合作能力
1.主动建构游戏规则
教师要介绍游戏玩法,讲解游戏规则,教师给幼儿制定游戏规则,让幼儿成为接受者和执行者,大班的幼儿已经具备游戏规则,个别能力强的幼儿还能制定创造游戏的游戏规则,民间游戏也可以让幼儿自主制定游戏规则。游戏的规则由孩子们自主建构而成,教师给予适时引导,始终地执行,让幼儿的合作能力得到提升,幼儿在自主遵守游戏规则的同时,也能成为游戏规则的执行者。
2.提升游戏规则的能力
游戏规则能让游戏顺利开展,幼儿在指定游戏规则的过程中,也能让幼儿成为规则执行的监督者,让同伴相互督促,相互提醒,让游戏规则消化。教师也提升性幼儿合作的能力,为幼儿提供游戏的空间和时间。
在幼儿游戏过程中,教师要教育幼儿遵守游戏规则,重视严格执行每一条规则,保证合作游戏的开展,用踏实的品格来让幼儿游戏,保证幼儿的游戏行为和合作态度。教师也可以来让大家一起游戏,保证游戏规则的执行,让幼儿的合作游戏的基础得到巩固,提升幼儿的合作能力。
三、恰当运用榜样的力量,创造合作氛围
教师要提高幼儿的合作意识,重视提升幼儿的团队合作意识,提高合作的效果,让教师成为幼儿的榜样。例如在“丢沙包”的游戏中,要创造环节,让幼儿截获沙包,救出小伙伴。引导幼儿形成既要保护好自己,又要和同伴互帮互助、协同作战的意识。教师在游戏的时候,有意识地让幼儿接住沙包,从而赢得营救幼儿回赛场的机会,让幼儿获得游戏的情景体验。同时,教师还可以启发幼儿进行策略游戏,学会在游戏中运用有效地方式方法进行合作,实现帮助,这样幼儿就能相互较量,故布疑阵,“你过来一点呀,我给你个机会”。如此一来,游戏会更加有趣和挑战。教师的点拨和指导,帮助幼儿学会思考进行游戏,从单纯的享受游戏的运动快乐到运用智慧情景游戏,享受游戏的趣味性,体验合作协助带给游戏的惊奇和情感。
四、科学合理地运用游戏评价来优化幼儿的合作行为
游戏评价包括游戏中的指导和游戏后的评价,游戏评价的时候要表扬幼儿,用合作的品质来鼓励提高幼儿的合作能力。在“跳长绳”的游戏活动中,幼儿都不喜欢甩绳子,教师发现有几个女孩子愿意轮流甩绳子,愉快地跳绳子以后,教师就在游戏结束后对这几个女孩进行了表扬,并告诉幼儿“其实甩绳是一个很重要的角色,是整个游戏中不可或缺的一份子……”教师鼓励的语言,肯定的眼神,让幼儿受到积极的鼓励,让幼儿知道合作轮流玩游戏是才是玩跳绳的最好方法,也才能将跳绳玩出最高的水平,并进一步强化了幼儿的合作意识,能更多地更好地开展合作行为,这样幼儿就会发现并不是为了老师而合作,而是为了游戏的更好地开展而合作。
教师通过民间体育游戏,可以提升幼儿的合作能力,并培养幼儿的合作品质,而让幼儿在进行其他游戏活动的同时也能迁移民间体育游戏中的合作意识,获得积极的合作体验,并让合作成为一种习惯。教师要让幼儿处在活动当中,让幼儿受到游戏的熏陶,教育幼儿感受到游戏的快乐,享受游戏的过程,获得积极的游戏体验,并通过有效地指导发展幼儿的合作能力,增长幼儿的合作才华。
【参考文献】
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[2]赵晓榆,曹璐.亲子体育游戏两则[J].教育导刊.幼儿教育,2004,(12).
半导体的优势范文2
[关键词] 半枝莲总黄酮; PI3K/AKT/mTOR通路; 自噬; 细胞凋亡
Effect of total flavonoids in Scutellaria barbata in mediating
autophagy in tumor cells via PI3K/AKT/mTOR pathway
CHEN Ming, WANG Jutao*, WU Zhenni, HU Manyan, GAO Huawu
(Department of Pharmacology, Anhui University of Traditional Chinese Medicine, Hefei 230038, China)
[Abstract] To investigate the effect of the total flavonoids in Scutellaria barbata(TFSB) against autophagy in tumor cells in vivo, and further determine whether the mechanism is correlated with the PI3K/AKT/mTOR pathway, which lead to autophagyinduced tumor cell death. Melanomabearing mice were prepared and divided into control group, rapamycin group (Rap 1.5 mg・kg-1), and high, middle and lowdose TFSB (200, 100, 50 mg・kg-1) groups. The groups were given drugs once a day for successively 11 days. The inhibitory effect of TFSB on the growth of melanoma was determined by measuring tumor volume and tumor inhibition rate. TUNEL method was used to detect the apoptosis of tumor cells to further verify the antitumor activity of TFSB. The protein expressions of LC3Ⅰ and LC3Ⅱ were detected by Western blot, and the relative expression of LC3Ⅱ was calculated based on LC3Ⅱ/LC3Ⅰ. In addition, the effect of TFSB on autophagy of tumor cells, the underlying molecular mechanism of TFSB in inducing autophagy and PI3K/AKT/mTOR pathway marker protein phosphorylation were also studied. According to the results, TFSB effectively inhibited melanoma growth in mice, reduced tumor volume, increased the tumor inhibition rate, and significantly increased tumor cell apoptosis index and the ratio of LC3Ⅱ/LC3I (P
[Key words] total flavonoids in Scutellaria barbata; PI3K/AKT/mTOR pathway; autophagy; apoptosis
半枝莲是一种唇形科黄芩属植物的干燥全草,性平、味辛微苦、无毒,古籍记载,具有清热解毒、散瘀活血、解痉祛痰、利尿消肿、抗癌等功效。现代医学研究也表明其具有抗病原微生物、抗肿瘤、抗自由基等多种药理学活性,单方或复方常用于胃癌、肝癌、肺癌、乳腺癌等肿瘤的治疗。关于半枝莲对于肿瘤细胞自噬的影响,仅在2010年发现其活性成分脱镁叶绿酸a可通过激活线粒体介导的细胞凋亡和ERK介导的细胞自噬来发挥抗肿瘤作用[1]。但半枝莲黄酮类化合物对肿瘤细胞自噬的影响,已公开报道的文献较少。因此,本研究拟从体内角度研究半枝莲总黄酮对肿瘤细胞自噬的影响,并观察其对PI3K/AKT/mTOR通路的调控作用,研究其诱导肿瘤细胞发生自噬性死亡的分子机制,为中药抗肿瘤的作用机制和理论创新可能提供新的思路,具有一定的理论价值与实际意义。
1 材料
1.1 药品与试剂 半枝莲总黄酮(the total flavonoids in Scutellaria barbata,TFSB)提取方法:取半枝莲药材10 kg,粉碎,加12倍量80%乙醇回流提取3次,每次1.5 h,滤过,滤液合并,减压浓缩,使每毫升提取液相当于药材2 g,通过聚酰胺柱色谱分离,依次用水、20%乙醇、70%乙醇洗脱,70%乙醇洗脱液浓缩、干燥,得TFSB(浅黄色精细粉末)0.512 kg,得率5.12%,经紫外分光光度法测定,总黄酮含量达75.6%,4 ℃保存备用,经安徽中医药大学王举涛副教授鉴定。临用时,用生理盐水配置成2%,1%及0.5%(分别相当于原药材含量为391,195,97.5 g・L-1)浓度的混悬液备用。
阳性对照药(mTOR抑制剂)为雷帕霉素(rapamycin,Rap),购于北京索莱宝科技有限公司,批号104C0316。药液的配制:将雷帕霉素先用无水乙醇溶解,配成200 mg・L-1,再用生理盐水稀释成150 mg・L-1,置于-20 ℃冰箱中保存、备用。
Tunel试剂盒(10279600)购于Roche公司;DAB显色剂(K136821F)、betaActin(16AV0210)均购于北京中杉金桥生物技术有限公司;预染蛋白Marker(00275697)、ECL超敏发光试剂盒(QE218149)均购于Thermo公司;过硫酸铵(A6761)、甲醇(20160315)、30%丙烯酰胺(ST003)均购于Sigma公司;LC3多克隆抗体(GR1377245)购于Abcam公司;pAKT多克隆抗体(19)购于CST公司;pmTOR多克隆抗体(CN22161)、pPI3K多克隆抗体(CA36131)均购于Bioworld公司。
1.2 仪器 JJ12J脱水机(武汉俊杰电子有限公司);JBP5包埋机(武汉俊杰电子有限公司);RM2016切片机(上海徕卡仪器有限公司);AF10自动制冰机(意大利SCOTSMAN);EPS 300电泳仪(上海天能科技有限公司);LX 300微量离心机(海门市其林贝尔仪器制造有限公司);TS1000水平摇床(海门市其林贝尔仪器制造有限公司);JEdA801D形态学分析系统(江苏省捷达科技);凝胶图像分析管理系统(北京科创锐新生物凝胶成像系统的分析系统)。
1.3 动物 8周龄C57BL/6J小黑鼠,雌雄各半,体重18~22 g,由上海斯莱克动物中心提供,实验动物合格证号SCXK(沪)2012002;鼠料由安徽长临河医药科技有限公司提供,合格证号SCXK(皖)2007001;饮水:实验室自制蒸馏水,高温高压灭菌后使用,实验动物自由进食、饮水,实验室温度控制在20~25 ℃,湿度55%~65%。
2 方法
2.1 黑色素瘤细胞的培养 取B16F1黑色素瘤细胞株,用含10%胎牛血清的DMEM培养液,在37 ℃,5%CO2条件下培养,收集对数生长期的细胞,离心、用PBS洗涤、重悬、细胞计数。
2.2 黑色素瘤荷瘤小鼠模型的建立[23] 取C57BL/6小鼠60只,于左侧腋下皮下按2×106个细胞/瘤的剂量注射上述B16F1黑色素瘤细胞悬浮液,并于接种后的第5天,用游标卡尺测量肿瘤的直径,筛选出肿瘤直径大于2 mm的小鼠50只,进行分组、给药。
2.3 动物的分组及给药 取上述荷瘤小鼠50只,按照肿瘤体积和小鼠体重、性别等因素随机均分为5组:空白对照组、阳性对照组(Rap,1.5 mg・kg-1)、半枝莲总黄酮(TFSB)高(200 mg・kg-1)、中(100 mg・kg-1)、低(50 mg・kg-1)剂量组[4](分别相当于原药材剂量为3.91,1.95,0.975 g・kg-1)。当肿瘤体积达到要求后,开始给药:阳性对照组腹腔注射150 mg・L-1雷帕霉素10 mL・kg-1体重,半枝莲总黄酮各剂量组分别灌胃2%,1%,0.5%的溶液10 mL・kg-1体重,空白对照组灌胃等容量的生理盐水。每天给药1次,连续11 d[根据美国Institutional Animal Care And Use Committee(IACUC)颁布的Guidelines For Tumor Induction In Mice And Rats (Updated MAY 2013)可知,荷瘤小鼠肿瘤直径不得超过20 mm,此时对照组肿瘤体积已接近20 mm,且增长速度很快,故须及时处理动物、终止实验]。
2.4 半枝莲总黄酮的抑瘤效果观察 用药期间,每天观察肿瘤的生长情况,分e间日称取小鼠的体重,并用游标卡尺测量各组小鼠肿瘤的长径和短径,计算肿瘤体积,根据小鼠体重和肿瘤体积,绘制各组小鼠体重的生长曲线及肿瘤生长曲线。肿瘤体积[3]=长径×短径2/2。末次药后24 h,颈椎脱臼处死小鼠。剥取各组小鼠完整黑色素瘤组织、称取瘤重,并计算抑瘤率。抑瘤率[3]=(对照组瘤重-药物组瘤重)/对照组瘤重×100%。
2.5 TUNEL法检测肿瘤组织细胞凋亡情况 取一部分肿瘤组织,进行冷冻切片,TUNEL分析,观察肿瘤细胞凋亡情况,方法如下:组织经石蜡切片脱蜡至水、用蛋白酶K修复、破膜处理后,加试剂:取试剂1 TdT 5 μL和试剂2 dUTP 45 μL混合,覆盖组织,37 ℃水浴60 min,然后将切片放入用甲醇配制的3% H2O2溶液中,室温避光孵育20 min,以阻断内源性过氧化物酶,再加试剂3 converterPOD覆盖组织,37 ℃水浴锅孵育30 min;DAB显色:用新鲜配制的DAB显色液覆盖组织,于显微镜下控制显色时间,阳性凋亡细胞的细胞核呈棕黄色;复染细胞核:用Harris苏木素复染细胞核3 min左右,最后用乙醇、二甲苯等试剂将切片脱水,用中性树胶封片。切片经JEdA801D形态学分析系统观察肿瘤组织细胞凋亡情况,每张切片随机选取5个视野于400高倍镜下观察凋亡细胞数、并计算细胞凋亡指数(apoptosis index,AI)[3]=(对照组瘤重-药物组瘤重)/对照组瘤重×100%。
2.6 Western blot法检测LC3Ⅰ,LC3Ⅱ及pPI3K,pAKT及pmTOR的蛋白表达 剪取100 mg肿瘤组织,用1 mL RIPA细胞裂解液进行裂解,提取组织总蛋白,然后经SDSPAGE凝胶电泳、转膜、封闭。一抗孵育:LC3抗体按照1∶2 000稀释,pPI3K抗体按照1∶500稀释,pAKT抗体按照1∶2 000稀释,pmTOR抗体按照1∶500稀释,4 ℃缓慢摇动孵育过夜,加入TBST洗涤3次,每次洗涤10 min。二抗孵育:参考二抗的说明书,按照1∶1万比例稀释HRP标记的二抗;最后使用ECL发光试剂盒进行蛋白检测,凝胶成像系统观察结果,采用北京科创锐新生物凝胶成像系统的分析系统进行分析。
2.7 数据统计 试验数据采用SPSS 13.0软件,结果以±s表示,多组间比较采用单因素方差分析,2组间采用t检验,以P
3 结果
3.1 半枝莲总黄酮对荷瘤小鼠体重及一般状态的影响 对照组小鼠随着肿瘤的快速生长,精神状态不佳,进食、饮水量及活动量明显减少,但是随着肿瘤的生长,荷瘤小鼠体重却迅速增加;雷帕霉素组小鼠精神状态较好,进食、饮水量及活动量明显增多,肿瘤体积较小,故体重低于模型组,在用药第7,9,11天,与对照组有显著性差异(P
3.2 半枝莲总黄酮对荷瘤小鼠黑色素瘤体积的影响 对照组小鼠肿瘤组织生长迅速,肿瘤体积在实验第5日开始迅速增大;雷帕霉素组小鼠肿瘤生长较慢、肿瘤体积较小,于实验第5日,与对照组比较有显著性差异(P
3.3 半枝莲总黄酮对荷瘤小鼠肿瘤质量及抑瘤率的影响 对照组小鼠肿瘤质量较大,雷帕霉素组小鼠肿瘤质量较轻,与对照组比较有极显著性差异(P
3.4 半枝莲总黄酮对肿瘤组织细胞凋亡的影响 TUNEL法染色检测肿瘤组织细胞凋亡情况,经过JEdA801D形态学分析系统分析可知,阳性凋亡细胞的细胞核被染色呈棕黄色。结果显示,对照组肿瘤细胞凋亡数较少,只见散在零星的凋亡细胞;雷帕霉素组小鼠肿瘤组织内凋亡细胞数较多,镜下可见大量成块状的棕黄色染色的阳性凋亡细胞,其凋亡指数明显升高,与对照组比较有极显著性差异(P
3.5 半枝莲总黄酮对肿瘤组织细胞自噬的影响 LC3是检测自噬体最常用的标记,LC3Ⅱ于LC3Ⅰ的相对表达量代表着自噬水平的高低。实验结果显示:雷帕霉素组小鼠LC3Ⅱ/LC3Ⅰ增加,与对照组比较有显著性差异(P
3.6 半枝莲总黄酮对肿瘤组织PI3K/AKT/mTOR通路蛋白表达的影响 对照组肿瘤细胞内pPI3K,pAKT,pmTOR蛋白表达较多,表明此通路处于激活状态;雷帕霉素组肿瘤细胞内pPI3K,pAKT,pmTOR蛋白表达明显减少,其相对表达量降低,与对照组比较有极显著性差异(P
4 讨论
半枝莲黄酮类化合物是半枝莲中主要的活性成分,目前已分离鉴定的黄酮类化合物近50种,主要包括芹菜素、野黄芩苷、木犀草素和黄芩苷等,具有保护心脑血管、抗菌消炎、抗病毒、抗肿瘤等多种药理学活性。近年来对半枝莲黄酮类化合物抗肿瘤活性的研究显示:半枝莲总黄酮可通过线粒体途径诱导MHCC97H细胞的凋亡[5],并且通过降低MMP和TIMP的表达降低MHCC97H细胞的转移能力[6],通过调节VEGF抑制体内外血管新生[7]。半枝莲中黄酮与顺铂联用可提高人卵巢癌细胞对化疗药物的敏感性,与顺铂之间产生协同作用[8]。本研究结果显示,半枝莲总黄酮对B16F1黑色素瘤细胞小鼠移植瘤具有显著的抑制作用,使肿瘤体积明显缩小、瘤重减轻、抑瘤率增加,并且可以显著升高肿瘤细胞凋亡指数,与空白对照组比较有显著性差异(P
自噬是作为溶酶体的主要降解途径之一,使胞内分子和细胞器得以循环利用。研究表明,自噬在[瘤发生、发展及转移过程中起着既能促进、又能抑制的双重作用。一方面,自噬可以作为一种防御机制,防止胞质内受损细胞器和代谢产物的堆积,保护受损的肿瘤细胞;另一方面,自噬的活性过强,又会使得溶酶体的降解能力不能满足降解自噬体的需要,从而诱导肿瘤细胞发生Ⅱ型程序性细胞死亡,与凋亡共同促进细胞死亡[9]。因此,自噬的发生在肿瘤中起着至关重要的作用,并有可能为肿瘤的防治提供新的思路。
LC3是检测自噬活性最为常用的标志蛋白,LC3Ⅰ为胞质分散型、LC3Ⅱ为膜结合型,当自噬发生时,LC3Ⅰ会转化为LC3Ⅱ,因此LC3Ⅱ于LC3Ⅰ的相对表达量能大致反应自噬水平的高低[10]。在进行SDS凝胶电泳时,LC3Ⅱ(14 kDa)比LC3Ⅰ(16 kDa)移动得更快,因此可以通过Western blot检测LC3Ⅰ,LC3Ⅱ的蛋白表达水平。实验结果显示,半枝莲总黄酮各剂量组可以显著升高LC3Ⅱ/LC3Ⅰ,与对照组比较有显著性差异(P
PI3K是一种广泛存在于胞质内的磷脂酰肌醇激酶,能被许多细胞因子受体活化,使得磷脂酰肌醇(PI)在D3 位的磷酸化,促进PIP2转化为PIP3。AKT则可以接受PI3K的信号,通过调控多种转录因子,将信号向下传递到mTOR。mTOR可通过AKT直接或间接磷酸化而被激活,磷酸化的mTOR一方面能够使得细胞周期素上调而加速细胞周期,另一方面,也可以通过清除泛素蛋白从而抑制自噬的发生,由此可见,PI3K/AKT/mTOR信号通路的激活将对自噬起到抑制作用[11]。本研究通过检测肿瘤组织PI3K/AKT/mTOR通路标志蛋白磷酸化的水平,来考察半枝莲总黄酮诱导细胞自噬的分子机制,结果显示:半枝莲总黄酮各剂量组可显著抑制pPI3K,pAKT,pmTOR的蛋白表达,与对照组比较有极显著性差异(P
综上所述,半枝莲总黄酮可通过诱导肿瘤细胞自噬、促进肿瘤细胞的自噬性死亡从而发挥抗肿瘤作用,其机制可能与抑制PI3K/AKT/mTOR通路的活化有关。但是,本研究也有一些不足之处,例如只使用了自噬促进剂(mTOR抑制剂雷帕霉素)正面论证了自噬和肿瘤发生的关系,为了更好探讨这种关系,最好还要使用自噬抑制剂从反面论证,这部分研究,本课题组将在细胞实验中完成。
[参考文献]
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半导体的优势范文3
江西省人民委员会人事局:
你局(62)干人二字第632号函已由内务部政府机关人事局转给我们,兹复于下:
中央“精简情况简报”第六十二期“关于‘国务院关于精减职工安置办法的若干规定’的问题解答”第十一个问题所称“企业”。包括私营企业。在私营企业单位中工作的职工,其“本企业工龄”可以和调入机关、事业单位的工作年限合并计算,他们退职时可据此计发他们的退职补助费。如果他们退休时,应该按照一九五八年二月《国务院关于工人、职员退休处理的暂行规定》中的有关规定计发他们的退休费。
半导体的优势范文4
为了分析半导体制冷器工艺设计方法与制冷效率的关系,探讨其工作寿命的影响因素,文章通过改进半导体制冷器基板材料,采用新型胶黏剂,并通过实验来对比分析半导体电偶间不同的铜片排布方式对制冷器制冷性能、寿命的影响。实验结果表明,连接铜片排布回路形式对制冷性能影响不大,但对产品的使用寿命有一定的影响。铜线排列走向简单,电阻变化率低,使用寿命相对较长。
关键词:
半导体制冷器;制冷性能;基板;铜片回路
半导体制冷技术因其具有的独特优点而在各行各业得到了广泛的应用[1-3]。为提高其性能、增强机械强度和稳定性,国内外有关科技人员进行了很多研究工作。宣向春等[4]提出可在普通半导体电臂对的P型和N型电偶臂之间淀积一层厚度适当的银膜,提高电偶对的制冷性能。李茂德[5]和任欣[6]等认为,提高制冷系统热端的散热强度可以改善半导体制冷器的制冷性能,但制冷性能并不能随散热强度的提高无限提高。
YANLANASHIM[7]优化了制冷系统设计方法。此外,GAOMin[8]等指出电偶臂的长度在很大程度上影响半导体的热电性能。YUJianlin[9]等详细研究了制冷单元的个数和电偶臂的长度对制冷性能的影响程度。本文主要对半导体制冷器的制造工艺进行了分析,讨论了不同的半导体铜片连接回路以及半导体电偶对与基板的黏结性能对半导体制冷器制冷效果及其寿命的影响,并通过实验进行了性能测试,实验结果可以为提高半导体制冷器的制冷性能及产品寿命提供较好的依据,具有一定的实际指导意义。
1半导体制冷器设计工艺
半导体制冷器的性能主要包括制冷效率和使用寿命,取决于组成半导体制冷器主体的制冷电偶对的设计制造工艺,半导体材料的热电优值系数及半导体制冷器系统的结构等[10]。本文仅讨论半导体制冷器基板材料以及不同的半导体铜片连接回路对半导体制冷器制冷效果及其寿命的影响。
1.1基板设计工艺半导体制冷器的导热绝缘层由陶瓷基板构成,由1个放热面和1个吸热面组成一组,2个面之间由铜片连接不同型的、相互错开的半导体颗粒,形成回路,如图1所示。陶瓷基板材料及基板厚度对半导体制冷器制冷效率有显著的影响。设计采用了质量分数为96%氧化铝(Al2O3)的陶瓷基板。同时,为提高半导体制冷效率,通过减薄陶瓷基板厚度(由目前的1.00mm,减薄到0.50~0.13mm),降低热阻,提高了传热性能,制冷效率COP值得到提高,但成本相应增加;另外,也可以将基板换成氮化铝(AlN),氮化铝热导率为180W•m-1•K-1左右(20℃环境温度下测试),而氧化铝为22W•m-1•K-1左右(20℃环境温度下测试),热导率提高了约7倍,同样也可以提高COP值,但是基板成本会更高,约为原来的10倍。
1.2铜片回路连接工艺将半导体电偶对、基板和接线端子用铜片焊接起来,形成通电回路。实验设计了2种不同回路走线方式A型和B型(CP/127/060/A和CP/127/060/B),如图2~3所示,图中粗线为回路走线路径。由于基板与半导体颗粒间焊接了铜片,半导体颗粒与基板形成刚性连接,在温度变化的时候材料的内应力很大。因此生产工艺中将半导体颗粒与瓷片用胶黏剂粘接,用于卸去大部分应力,提高产品的寿命。但由于胶黏剂的导热性较差,制冷性能会受到一定影响。本文采用了自主研发的一种胶黏剂,粘接层很薄,热导率相对比较高,使得产品具有一定的市场竞争优势。
2半导体制冷器性能实验分析
2.1铜片排布方式对性能的影响实验现场如图4所示,实验原理如图5所示。实验材料:A型产品和B型产品各5个。实验时,将整个装置放置于真空中,测试仪器中设置好控制温度Th=50℃,先测试最大温度差ΔTmax值。在每个产品的基板上分别选择4个测试点,依次递增施加不同的测试电压(16~20V),得到测试数据ΔT值,拟合曲线,找出极值点。极值点对应的ΔT值就是ΔTmax,其对应的电流就是Imax。然后给产品施加Imax的电流,通过加热片控制冷热面的温度差ΔT=0℃,测定此时的制冷量Qc值即为Qcmax,即加热片的功率。实验数据如表1~2所示。由表1~2可知,2种不同铜片排布形式,其温度差ΔT,制冷量Qc的数据差异均在实验仪器误差范围内,针对ΔT,Qc这两项来说,铜片回路形式对半导体制冷器制冷效率影响不大。
2.2铜片排布方式对产品寿命的影响对2种回路的制冷器分别进行制冷—制热循环实验。实验条件:1个循环为1min(40s制冷,制冷温度降到0.0℃,电流4.0A;20s制热,制热温度升到100.0℃,电流4.5A);压力280±20N,2.4万次循环实验结束。每0.15万次循环测1次电阻,若2.4万次循环之内,电阻变化率超过10%表示产品失效,实验结束。实验样品选择CP/127/060/A和CP/127/060/B各2组,实验结果如图6所示。由图6可知,在2.4万次循环结束时,A型产品2组实验样品的电阻变化率分别为1.35%和1.45%,而B型产品2组实验样品的电阻变化率均在2.04%左右。实验数据表明,A型基板的电阻变化率相对较低,寿命趋势相对较长。
3结论
通过理论分析和实验研究,得到以下结论:1)陶瓷基板材料及基板厚度对半导体制冷器制冷效率有显著的影响:氮化铝(AlN)基板因热导率高于氧化铝(Al2O3),可以提高COP值,但其成本会提高;通过减薄陶瓷基板厚度降低热阻,可提高传热性能,提高制冷效率COP值。2)半导体颗粒与瓷片用胶黏剂粘接,可卸去大部分应力,提高产品的寿命。但由于胶黏剂的导热性较差,制冷性能会受到一定影响。可采用自主研发的胶黏剂,粘接层很薄,热导率相对比较高,保证产品在市场竞争上具有一定的优势。3)通过实验数据对比分析,温差ΔT和制冷量Qc的数据差异均在实验仪器误差范围内,针对ΔT和Qc来说,回路形式对半导体制冷器制冷效率影响不大。4)在寿命方面,在2.4万次循环结束时,A型成品电阻变化率分变为1.35%和1.45%,而B型均在2.04%左右。直观的数据对比显示A型基板的电阻变化率相对较低,寿命趋势相对更长。
参考文献:
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半导体的优势范文5
关键词:化合物半导体材料;GaAs;GaN;SiC
中图分类号:TP331文献标识码:A 文章编号:1009-3044(2010)05-1238-02
On The Compound Semiconductor Materials
HAO Bin, WEN Kai
(Tianjin Polytechnic University, Tianjin 300160,China)
Abstract: Compound semiconductor integrated circuits with ultra-high speed, low power, multi-functional, anti-radiation properties is widely used, GaAs, GaN, SiC as the main application of compound semiconductor materials. This article describes the advantages of compound semiconductor materials, and from GaAs, GaN, SiC formed part of the device.
Key words: semiconductor materials; GaAs;GaN; SiC
目前,半导体器件已被广泛应用到各个领域中。但是随着科技的发展,由于硅的电子移动速度使得硅电路传输速度慢并且难以改善。因此新型半导体材料由此产生,以GaAs、GaN、SiC为代表的的化合物半导体是目前应用最广泛、发展最快。
1 化合物半导体材料优势
化合物半导体集成电路的主要特征是超高速、低功耗、多功能、抗辐射。以GaAs为例,通过比较可得:1化合物半导体材料具有很高的电子迁移率和电子漂移速度,因此,可以做到更高的工作频率和更快的工作速度。2肖特基势垒特性优越,容易实现良好的栅控特性的MES结构。3本征电阻率高,为半绝缘衬底。电路工艺中便于实现自隔离,工艺简化,适合于微波电路和毫米波集成电路。4禁带宽度大,可以在Si器件难以工作的高温领域工。现在化合物半导体材料已广泛应用:在军事方面可用于智能化武器、航天航空雷达等方面,另外还可用于手机、光纤通信、照明、大型工作站、直播通信卫星等商用民用领域。
2 化合物半导体器件
GaAs、GaN、SiC为主要应用的化合物半导体材料。以下介绍由这三种材料构成的部分器件。
2.1 GaAs材料
高电子迁移率晶体管(HEMT)器件实在能形成2DEG的异质结上用类似MESFET的工艺制成的场效应晶体管。源漏之间主要由2DEG的导电沟道提供,由势垒层上的肖特基栅施加偏压来改变耗尽区的厚度,从而控制沟道2DEG的浓度及器件的工作状态(如图1)。对这类器件若VGS=0时沟道中已有电子存在,则器件是耗尽型的;若沟道被耗尽则器件是增强型的。I-V特性为强电场下工作的耗尽型HEMT和增强型HEMT都呈现出平方规律的饱和特性。
AlGaAs/GaAs HEMT的制作基本工序:在半绝缘GaAs衬底上生长GaAs缓冲层 高纯GaAs层 n型AlGaAs层 n型GaAs层台面腐蚀隔离有源区制作Au/Ge合金的源、漏欧姆接触电极干法选择腐蚀去除栅极位置n型GaAs层淀积Ti/Pt/Au栅电极。(如图2)
图1 GaAs HEMT中2-DEG图2 GaAs HEMT基本结构图3 PHEMT的基本结构
随后发现由于n-AlGaAs层存在一种所谓DX中心的陷阱,它能俘获和放出电子,使得2-DEG浓度随温度而改变,导致阈值电压不稳定。为了解决这个问题,采用非掺杂的InGaAs代替非掺杂的GaAs作为2-DEG的沟道材料制成了赝高电子迁移率晶体管。InGaAs层厚度约为20nm,能吸收由于GaAs和InGaAs之间的晶格失配(约为1%)而产生的应力,在此应力作用下,InGaAs的晶格将被压缩,使其晶格常数大致与GaAs与AlGaAs的相匹配,成为赝晶层。因为InGaAs薄层是一层赝晶层且在HEMT中起着 i CGaAs层的作用,所以成为“赝”层,这种HEMT也就相应地成为赝HEMT。
2.2 GaN材料
2.2.1 GaN基HEMT
目前GaN基HEMT器件的主要结构是基于AlGaN/GaN异质结的HEMT器件。由于极化效应,AlGaN/GaN异质结很容易出现2DEG,因此有常见工艺生长的绝大部分HEMT器件是属于耗尽型的。在尽量提高沟道2DEG浓度且保持其迁移率和速度,同时又不引起势垒应变弛豫的原则下,应用于HEMT器件的AlGaN/GaN异质结的结构参数已经优化到一个范围(势垒层的Al含量为0.2~0.3,厚度为20~30nm)。除此之外GaN基HEMT的器件还有以下特性:1) 缓冲层漏电小即缓冲层呈高阻态且缺陷密度小形成高的输出阻抗;2) 高的击穿电压,对提高器件的输出功率和功率开关的电压承受能力非常重要;3) 跨导高且和栅压保持良好的线性关系,这与器件的频率特性和开关速度相关;4) 好的夹断特性; 5) 较高的截止频率;6) 良好的散热能力。GaN基HEMT的主要工艺为台面刻蚀、肖特基接触和欧姆接触。
2.2.2 GaN基HBT
异质结双极性晶体管器件具有宽带隙发射区,大大提高了发射结的载流子注入效率;基区可以高掺杂(可高达1020cm-3),基区电阻rb可以显著降低,从而增加 fmax ;同时基区不容易穿通,从而厚度可以做到很薄,即不限制器件尺寸缩小;发射结浓度可以很低(约1017cm-3),从而发射结耗尽层电容大大减小,器件的 fT 增大。GaN基HBT可研发为微波功率放大器件或高压开关器件,其目标特性为高射极注入系数、长的少子寿命、短的基区渡越时间、高击穿电压。
2.3 SiC材料
SiC基结型场效应晶体管(JFET)和肖特基栅场效应晶体管(MESFET)
SiC基MESFET和JFET的沟道载流子的等效迁移率比较高,因此SiC基MESFET主要被开发为微波功率器件,而JFET则是高压功率开关器件。SiC基MESFET可以用于X波段以下的微波频段,其性能优势为线性化程度比较理想,输出阻抗高,从而大大降低对匹配网络的要求,降低了制作和设计成本。SiC基JFET具有超低RSP,也能在较高和较低温度以及较高频率下工作。
3 结束语
化合物半导体集成电路和普通半导体集成电路相比具有明显的优势,适合于高频高速电路的要求。并且化合物半导体可以发光,可以实现光电集成。因此化合物半导体有更广泛的发展空间。
参考文献:
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[2] 李效白.砷化镓微波场效应管及其集成电路[M].北京:科学出版社,2005.
半导体的优势范文6
光纤通信系统的特点
要想对其半导体光放大器在光纤通信系统中的应用进行认真的分析研究,那么就要首先对其整个光纤通信系统具有的显著特点进行分析,这样才能基于光纤通信的基础之上来更好的对其半导体光放大器进行很好的研究。光纤通信系统是一个具有自身显著特点的通信系统,其具有的特点主要有以下六点:第一,光纤通信具有容量大的特性。光纤在通信技术中能够得到如此之快的发展主要原因就是光纤能够在通信容量方面发挥显著的优势作用,具有较大的信息传输量。比如单根光纤在单方向传输的过程中所传输的信号的容量可以达到Tb/s,最高有望可以达到10Tb/s。目前在对其光纤的容量方面各个国家还在进行着不断的研究。第二,光纤通信具有长距离输送信号的特性。光纤通信除了上述具有传输容量大显著特点之外,还具有长距离传输信号的特点。光纤通信长距离传输的功能,不仅使得进行在陆地上越州之间的通信而且还可以进行穿越海洋的通信。第三,光纤通信在光纤方面的特点。光纤通信系统中的光纤针对的是色散平坦的单模光纤来说的。在近些年的研究中已经充分的验证,要想发挥光纤的显著特点那么就要在对其长距离通信的光纤线路中选择具有足够宽度的波段以此来保证光纤在通信中的作用以及功能。第四,光纤通信的波分多路的特点。要想保证光纤通信系统在传输的过程中具有更大的信号传输容量,那么就要对其光纤的通信中的线路进行增加。因此这项技术研究对于提高信息的传输容量方面是非常有必要的。第五,光纤通信具有光放大的特点。光纤被应用到通信技术中的一个较为关键的原因就是光纤在通信的过程之中具有对其光进行放大的作用。第六,光纤通信在电的通信信号方面也具有显著的特点。
半导体光放大器在光纤通信中的具体应用
上述两节对其半导体光放大器在光纤通信系统之中应用的必要性进行分析以及为了更好的研究半导体光放大器在光纤通信系统中的应用对其光纤通信系统具有的六个显著特点进行了分析。下面将对其半导体光放大器在光纤通信系统中的具体应用进行分析研究,主要从光脉冲的放大、光脉冲的压缩与整形两个具体的应用方面进行分析。半导体光放大器应用于光纤通信系统之中主要是因为半导体光放大器具有光学线性以及非线性两个特点。同时半导体光放大器在其价格以及使用寿命方面有着显著的优势。
1.半导体光放大器在光脉冲放大方面的应用。半导体光放大器在光脉冲放大方面的应用主要是运用半导体光放大器具有的光学非线性的特点。半导体光放大器在对其光脉冲进行放大的过程之中,基于载流子浓度方面不断变化的特点,在某种程度上导致半导体光放大器在其折射率方面有所变化,正因为折射率的便面当光脉冲信号穿过半导体光放大器之后其波形就会发生变化与未通过半导体光放大器之前的波形有着本质的区别。半导体光放大器在理论方面的模拟模型是Ols-son以及Agrawal两个人最早提出来的。随着科学技术的继续向前不断发展以及人们对其认识的不断增加,那么将会在原有理论模拟模型的基础之上会对其半导体光放大器在光纤通信光脉冲放大方面的功能进行不断的改进与完善。
2.半导体光放大器在光纤通信光脉冲压缩与整形技术之中的应用。光脉冲的压缩与整形这项技术在OTDM整个系统之中起着至关重要的作用。当OTDM在对其传输速率方面有较高的要求的时候,那么光脉冲的宽度就会要求的越来越严格。但是一般情况下光脉冲信号产生的脉冲是比较宽的,显然在要求较高的时候不能很好满足要求,因此光脉冲压缩与整形技术得到了广泛的关注与应用。现阶段对其脉冲的宽度方面进行有效控制就是利用半导体光放大器这个元件进行的。当脉冲信号输入到半导体光放大器之后,从半导体光放大器出来的光信号的波长就会变窄满足一定的技术要求,并且经过半导体光放大器出来的光脉冲信号具有很好的对称性。因此这就使得半导体光放大器起到了对光脉冲信号的压缩与整形的作用。