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半导体光电技术范文1
中图分类号：TM914.4
1 新型氧化物半导体光电极合成的开发背景
对二氧化碳的排出进行有效的抑制，有效运用可再生能源等在摆脱对化石资源的依赖、构建可持续发展的社会中具有重要的作用和意义。太阳能在可再生能源中具有最为庞大的潜力，但是由于技术条件的限制，太阳能还没有得到充分有效的利用。各种太阳能转换利用技术如图1所示[1]。
1 各种太阳能转换利用技术图
在各领域中，“人工光合成”的含义各不相同，依据目的，我们可以将其定义为运用太阳能使低能量的物质向高能量的物质转化，然后储存起化学能的技术，低能量物质如水、氮等，所转化成的高能量物质如氢、氨等。完成这一过程的途径是有机结合金属络合物或粉末光催化剂、传送电子的氧化还原物等，其中金属络合物和叶绿素作用相同，粉末光催化剂包括有机色素、半导体等。运用光电极或氧化物半导体的光催化剂大大减小了制造的难度。此次的半导体光电极是电极化形态，存在于板状或膜状的半导体中，连接物质为导线，其结构为用导线流动光照产生的光电流。
太阳电池可以运用半导体光电极，但是一般情况下，电流产生的途径是光能，化学能由其所发生的氧化还原反应转换而来，然后将其储存起来以备用。1972年，有关学者首次在分解反应的研究中运用了氧化钛单晶半导体，日本研究者称其为“本多效应”，意为是日本开发了在制氢的过程中运用氧化物半导体光电极对水进行分解的太阳能转换技术。同时，他们还对光电极半导体材料进行了分类，将其分为两类，即氧化物体系和非氧化物体系[2]。90年代，科学家在导电性剥离上调制出了单纯的氧化物，所使用的方法是用纳米结构的“多孔半导体薄膜”湿法[3]，此次所运用的材料就是氧化物类材料，成膜之后显著提升了其性能，对其的研究最为迅速的地方是欧洲。由于和光催化剂的分离原理相同，因此每个纳米微粒中的电荷分离原理又被成为“光催化剂电极”。“太阳光制氢技术”将氢和氧从水中直接分解出来所使用的手段是光催化剂和光电极，具有较低的成本，因此在未来氢能社会的构建过程中，可以将其作为基础技术[4]。目前，各地正在对其进行不懈的深入研究。
2 新型氧化物半导体光电极合成中的氢气制备
在制氢的过程中对水进行分解时运用氧化物半导体光电极时，从理论上来说，水的分解反应中电解电压为1.23V，但是实际情况是，在过电压的影响下，要想使分解反应正常进行，电解电压必须大于1.6V。但是，在辅助电源电压较低且运用光电极的情况下，低成本制氢是具有极大的发展前景的。此次光电极辅助电压只需要0.7V，随着科技的不断进步，光电极辅助电压可能达到0V。
氧化钛的单晶体或高温烧结体是研究的初级阶段所使用的材料，但是其无法对紫外线进行充分的应用。随后，以欧洲为中心，世界范围内逐渐盛行起杂导电性基板上运用湿法成薄膜将多孔质电极制作出来的研究，在这一过程中对可见光的氧化物半导体材料进行了充分的应用，所使用的材料为氧化物或三氧化二铁。n型是多数氧化物半导体的类型，最适于生成氧的那一侧电极，涂覆后在空气中烧制成膜，有利于大面积制作。但是，太阳能制氢具有较低的转换效率，只有促进单层转换效率的显著提升，才能使其实用化。此次研究的出发点为对电荷进行有效的抑制，然后和增大光吸收有机结合起来，在大幅度提升转换效率的过程中运用三种氧化物半导体薄膜多重叠层等方法。半导体光电极分解水制氢体系如图2所示[5]。
2 半导体光电极分解水制氢体系
半导体光电对光进行吸收之后，激发价带电子到导带。这导带的电子送入电极的途径是通过辅助电源的作用，对水进行有效的还原从而将氢制作出来这一全过程在电极上进行。由于导带的电子具有较高的能量，因此即使水的分解电压高于辅助电源太阳电池的电压，电子也能被送入电极。此外，空穴在价带电子被激发走后形成，“正孔”是其中一部分，形成的原因是正电荷带电。由于“正孔”极易氧化，将电子从其他物质中夺取过来，因此在光电极侧氧化水促使氧产生。在这种情况下，和只用点样电池水分解制氢相比，光电极在分解水时位于低电位，性能一旦被提升，将极易实现整个体系的成本化。
3 新型氧化物半导体光电极合成的技术前景
光电极制作运用三种半导体层叠的方法，并使水解反应发生在浓度较高的碳酸盐电解液中，能够达到0.85%的太阳能转换效率。进一步层叠这样的二块光电极，将光封闭其中的结构制作出来，同时使水解反应发生在浓度较高的碳酸盐电解液中，能够达到1.35%的太阳能转换效率[6]。氧化物光电极没有添加贵重金属，已经使光电极的最高值翻了一倍。
在对水的分解过程中运用这种层叠氧化物光电极的系统，从电极中产生氢的气泡，从光电极中产生氧的气泡。对现阶段的材料进行有效的利用能够将水分解的电解电压降低至少40%，有利于实现水分解制氢的低成本化。该技术显著提升了光电极的太阳能转换效率，辅助电源电压需要随着光电流的增大而降低。半导体能够对长波长的可见光进行充分的利用，具有更大的导带准位负值和较高的电荷分离效率，这三个特征是其开发变得更有意义。
目前，有关学者正在进行高速筛选试验，试图在较短的时间内，在无数复合材料及各种组合中，对机器人系统进行自动的探寻并将其开发出来，该机器人系统运用最理想的半导体材料，具有最适合的多层组合膜结构。同时，在对材料进行探索的基础上，对光电极的调制方法进行有效的改良，从而促进太阳能转换效率的显著提升。未来在浓度较高的碳酸盐中氧化还原碳酸离子，从而解明水分解的详细机理，最终促进水分解系统效率的显著提升。
参考文献：
[1]吴伟才，周印华，温善鹏.溶剂效应对聚苯撑乙烯掺杂二酰亚胺太阳电池性能的影响[J].物理学报，2007，8.
[2]戴松元，史成武，翁坚.染料敏化纳米薄膜太阳电池最新研究和产业化前景[J].太阳能学报，2005，1.
[3]马廷丽.新型有机太阳电池塑料薄膜化的研究进展[J].化学进展，2006，Z1.
[4]李书平，李成，陈松岩.半导体光电结构材料及其应用[J].厦门大学学报（自然科学版），2011，2.
[5]日本开发出新技术使太阳能组件成本减半[J].中国电业（技术版），2012，6.
[6]罗文俊，于涛，邹志刚.光电化学电极的研究及其在太阳能转化方面的应用[J].物理，2006，6.
半导体光电技术范文2
本书在物理模型和数值分析的基础上,探讨了光电子器件的设计和制模问题,重点放在应用方面。运用数字技术对物理方程求解,演示了如何设计一个新的器件或增强一些现有器件的性能,包括一些半导体的光电子器件,例如:半导体激光二极管(LDs)、电吸收调制器(EAMs)、半导体光放大器(sOAs)、超辐射发光二极管(sLEDs)以及它们的集成系统。
本书共12章,分成三部分,第一部分由第2―5章组成,讲述模化光电子器件时,物理方程的推导和说明:1.引言;2.光学模型;3.材料模型I:半导体的带结构;4.材料模型II:光学增益;5.载体传输及热扩散模型。第二部分由第6―9章组成,讲述控制方程的数字求解技术,以及如何将这些求解技术应用于器件的模拟:6.光学方程式的求解技术;7.材料增益方程的求解技术;8.载体传输及热扩散方程的求解技术;9.器件性能的数值分析。第三部分由第10-12章组成,给出了光电子器件的实际设计、模拟案例:10.半导体激光二极管的设计及模型的案例;11.其它单个光电子器件的设计及制模案例;12.集成的光电子器件的设计和制模案例。
本书作者李洵是加拿大麦克马斯特大学(McMaster University)电子和计算机工程系的教授。他1988年在北方交通大学获得博士学位,至今共撰写了160篇科技论文,并创建了阿波罗光电公司,开发了该公司的一个主要软件产品“高级激光二极管模拟器”。他是OSA及SPIE成员,并且是IEEE的资深成员。
半导体光电技术范文3
2009年推进情况
领导重视,半导体照明应用推广工作扎实开展。市政府建立了“十城万盏”半导体照明应用专项资金,连续3年每年拿出1000万元列入财政预算,专门用于“十城万盏”半导体照明试点城市建设。同时,为配合“十城万盏”试点工作的开展,河北省科技厅将“保定市半导体照明应用科技示范工程”项目列为09年重大项目,给与资金支持300万元。
成立了保定市半导体照明产业联盟,来共同攻克产业中的技术难题,推广新的技术成果。今年联盟组织了光伏LED企业参加了上海国际光伏展和深圳十城万盏成果展,参展企业对外得到了宣传,也了解和学习了同行业的先进技术。高新区创业中心正在策划建立光伏及LED展厅。
主要建设领域半导体照明推广应用成果显著。市区内累计完成24条路段太阳能LED路灯应用改造,投资1400万元,共安装LED路灯1357盏基,09年完成了5条道路的改造,安装56WLED路灯707盏基。高新区投资1100万元,改造完成光伏LED庭院灯259盏、景观灯55盏、草坪灯106盏、交通信号灯7组、太阳能大功率LED路灯(包括光电互补)990盏、LED高杆灯2盏。生活小区共设计安装、改造LED路灯、太阳能庭院灯、LED楼梯灯等约 7130 盏。交通信号灯:市区内今年新建了7个交通路口太阳能信号灯并完成了55个路通信号灯的光电互补改造工程。公共场所太阳能应用:在军校广场、人民广场等地安装太阳能LED灯2565基。累计完成了22处景区太阳能LED应用改造,安装了600多盏太阳能LED路灯、庭院灯、景观灯。
积极与企业合作,共同建设半导体照明产品检测平台。2009年初,保定积极与保定市大正太阳能光电设备制造有限公司进行了沟通,委托企业建立半导体照明产品检测中心。检测中心于2009年4月成立,依托保定市科技局和保定市新能源产业联盟,服务于“十城万盏”示范项目的内部检测,现正在办理国内检测资质认定工作。
检测中心可开展半导体照明及光电产品的电学性能、光学性能、温度和寿命等技术指标的检测工作。
目前,半导体照明产品按照中华人民共和国国家标准《道路照明LED灯》(送审稿)和国家半导体照明工程研发及产业联盟推荐性技术规范的半导体照明试点示范工程《LED道路照明产品技术规范》进行检测。
光伏LED产业健康发展,企业自主创新能力增强。保定市光伏LED企业在近几年内取得了一系列技术创新与产业化方面的突破,企业规模日益壮大,配套产业不断跟进,产业链日益延伸,市场范围越来越广,已形成以保定为中心向河北省乃至全国辐射的市场范围,有些产品甚至出口到欧美、非洲及东南亚地区。
功率型白光封装技术有较大突破。保定赛能光电技术公司生产的大功率LED 发光管,具有散热性好、节能效率高、寿命长、以蓝光为基础激发白光、透光均匀、出光角度大等特性,从而保证了LED光源的质量。
在半导体照明应用产品的系统技术集成开发方面有了较大进展,新品层出不穷,产品种类更加广泛。例如:格林光电公司的空气对流式大功率LED路灯灯具,拥有多项技术创新点,设计新颖,通过一年多的实地检测,产品性能稳定。该产品已经通过了国家路灯灯具质量监督检验中心的全方位检测。目前,该产品已通过专家鉴定,现已出口伊朗和西班牙,与美国公司达成了意向合同。
格林光电、世纪星光、阳光盛源、大正太阳能、腾辉光电以及光谱电子等大功率LED路灯系列产品已通过国家级光源检测机构权威认证,并实现了量产,经过系列照明工程应用,产品质量稳定,性能达到照明需求,已进入大规模推广应用阶段。这些企业生产的LED应用领域越来越广泛,产品种类越来越多,从信号指示、智能显示、汽车灯具、景观照明到特殊照明领域,诸如功率型LED台灯、汽车灯、LED饰品,功率型LED太阳能小路灯、大功率LED庭院灯、30瓦到200瓦大功率LED路灯,LED交通信号灯指示灯、LED航空障碍灯、大功率LED高杆灯照明灯组、LED各种警示灯、LED灯箱标识、加油站用防爆光源、地下停车场用LED光源以及室内各类多种LED照明灯具等,达上百余种产品。
目前,保定市光伏LED高新技术企业8家,高新技术产品几十项,申请专利上百项,科技成果三十多项,大多数产品经过国家电光源检测中心检测,在太阳能供电LED路灯(庭院灯)系统、专用LED光源控制器、LED路灯照明光源设计、大功率LED的散热技术、恒流驱动电源技术以及路面照明配光技术、灯杆内蓄电池专用防盗技术、室内LED照明应用技术等方面都有较深入的研究,取得了显著成就,为太阳能供电的LED路灯(庭院灯)照明系统、大功率LED路灯及室内LED照明推广应用奠定了深厚的基础。总之,保定市光伏LED产业已形成了集群优势,在保定市新能源产业中占有举足轻重的地位。
半导体照明企业投入大量财力、人力、物力不断进行技术研发和技术创新,并积极与清华大学、北京航空航天大学、复旦大学、华北电力大学、中山大学太阳能技术研究所、上海航天局等国内知名科研院所开展技术合作,为半导体产业的发展提供了人才保障和智力支持。
2010年工作重点
主要目标:到2011年,推广约5万盏LED市政照明灯具,应用在道路、机关、学校、地下停车场、加油站、城市景观、旅游景区等地点,实现年节电800万度以上,年节约维护成本600万元以上。
实施进度及重点工程:
园林、广场太阳能LED应用。2010年9月底前完成市区所有小游园太阳能LED应用改造;
城市道路照明太阳能LED应用。2010年基本完成市区内道路照明太阳能LED应用改造,主要工程:城市主次干道更换节能光源预计6100套,支路安装更换太阳能路灯预计760套,小街巷路灯改造1511套。2011年底实现太阳能路灯照明及节能光源更换达100%。
半导体光电技术范文4
【关键词】发光器件，光接收器件，输入输出，光电耦合器
随着半导体技术和光电子学的发展，一种能有效地隔离噪音和抑制干扰的新型半导体器件――光电耦合器于1996年问世了。光电耦合器的优点是体积小、寿命长、无触点、抗干扰能力强、能隔离噪音、工作温度宽，输入输出之间电绝缘，单向传输信号及逻辑电路易连接等。光电耦合器按光接收器件可分为有硅光敏器件（光敏二极管、雪崩型光敏二极管、PIN光敏二极管、光敏三极管等）、光敏可控硅和光敏集成电路。把不同的发光器件和各种光接收器组合起来，就可构成几百个品种系列的光电耦合器，因而，该器件已成为一类独特的半导体器件。其中光敏二极管加放大器类的光电耦合器随着近年来信息处理的数字化、高速化以及仪器的系统化和网络化的发展，其需求量不断增加。
1 光电耦合器的结构特点
光电耦合器的主要结构是把发光器件和光接收器件组装在一个密闭的管壳内，然后利用发光器件的管脚作输入端，而把光接收器的管脚作为输出端。当在输入端加电信号时，发光器件发光。这样，光接收器件由于光敏效应而在光照后产生光电流并由输出端输出。从而实现了以“光”为媒介的电信号传输，而器件的输入和输出两端在电气上是绝缘的。这样就构成了一种中间通过光传输信号的新型半导体电子器件。光电耦合器的封装形式一般有管形、双列直插式和光导纤维连接三种。图1是三种系列的光电耦合器电路图。
（1）输入和输出端之间绝缘，其绝缘电阻一般都大于10Ω，耐压一般可超过1kV，有的甚至可以达到10kV以上。
（2）由于“光”传输的单向性，所以信号从光源单向传输到光接收器时不会出现反馈现象，其输出信号也不会影响输入端。
（3）由于发光器件（砷化镓红外二极管）是阻抗电流驱动性器件，而噪音是一种高内阻微电流电压信号。因此光电耦合器件的共模抑制比很大，所以，光电耦合器件可以很好地抑制干扰并消除噪音。
（4）容易和逻辑电路配合。
（5）响应速度快。光电耦合器件的时间常数通常在微秒甚至毫微秒极。
（6）无触点、寿命长、体积小、耐冲击。
2 光电耦合器的发展现状
目前，光电耦合器已显示出一种朝大容量和高速度方向发展的明显趋势。美、日两国生产的光电耦合器以红外发光二极管和光敏器件管组成的器件为主，该类器件大约占整个美、日两国生产的全部光电耦合器的60%左右。因为这种类型的器件不仅电流传输效率高（一般为7～30%），而且响应速度比较快（2～5μs），因而能够满足大多数应用场合要求。例如：日本横河电机公司、美国莫托罗拉公司生产的光电耦合器具有很高的输入、输出绝缘性能，其响应速度快、传输效率高等特点，近几年来，国内有关单位投入大量人力物力也研究和开发了各种光电耦合器件。如上海半导体器件八厂、上海无线电十七厂等。而重庆光电技术研究所为了适应市场需要研制出了一种由高速响应发光器件和逻辑输出型光接收放大器组成的厚膜集成双路高速高增益光电耦合器。这种光电耦合器的输入端由两只GaAIAs侧面发光管组成，其输出端由两只Si―PIN光电探测器以及两个高速高增益线性放大电路组成。
除此之外，重庆光电技术研究所还研制出了高速高压光电耦合器、GG2150I型射频信号光电耦合器、GG2060I型高压脉冲测量光电耦合器、GH1204U型高压光传输光电耦合器以及GH1201Y型和GOHQ-I型光电耦合器等。
3 光电耦合器的应用
3.1用作固体继电器
光电耦合器是一种将发光二极管和光敏三极管组装在一起的新颖光电器件，它采用光信号来传递信息，从而使电路的输入与电气上处于完全隔离的状态，这种信息传递方式是所有采用变压器和继电器作隔离来进行信号传递的一般解决方案所不能相比的。由于光电耦合器具有可单向传递信息、通频带宽、寄生反馈小、消噪能力强、抗电磁干扰性能好等特点，因而无论在数字电路还是在模拟电路中均得到了越来越广泛的应用。
它的左半部分电路可用于将输入的电信号Vi变成光电耦合器内发光二极管发光的光信号；而右半部分电路则通过光电耦合器内的光敏三极管再将光信号还原成电信号，所以这是一种非常好的电光与光电联合转换器件。图中所用的光电耦合器的电流传输比为20%，耐压为150V，驱动电流在8～20mA之间。在实际使用中，由于它没有一般电磁继电器常见的实际接点，因此不存在接触不良和燃弧打火等现象，也不会因受外力或机械冲击而引起误动作。所以，它的性能比较可靠，工作十分稳定。
3.2 光电耦合器在PLC中的应用
光电耦合器实现现场与plc主机的电气隔离，提高抗干扰性，避免外电路出故障时，外部强电侵入主机而损坏主机。实现电平交换，现场开关信号可能有各种电平，光电耦合器起变换plc主机要求的标准逻辑电平。
4结束语
光电耦合器在多种电子设备中的应用非常广泛。随着数字通信技术的迅速发展以及光隔离器和固体继电器等自动控制部件在机械工业中应用的不断扩大，特别是微处理机在各个领域中的应用推广（有时一台微机上的用量可达十几个甚至上百个）和产品性能的逐步提高，光电耦合器的应用市场将日益扩大，同时，其社会交流和经济交流也一定会十分显著。今后，光电耦合器将向高速化、高性能，小体积，轻重量的方向发展。
参考文献：
[1] 曲维本。光电耦合器的原理及其在电子线路中的应用。北京：国防工业出版社，1981
半导体光电技术范文5
关键词：半导体器件；物理；教学改革
半导体器件物理是微电子学、电子科学与技术等专业的重要专业基础课程，也是应用型本科院校培养新兴光电产业所需的应用技术人才必备的理论与实践基础课程。该课程是连接半导体材料性质和器件应用的桥梁学科，在新兴产业应用技术人才的知识结构中具有重要的基础地位。因此，探讨教学中存在的问题，改革教学的方式方法具有重要意义。
一、课堂教学中产生的问题及原因分析
1.学生听课效率低，学习兴趣淡薄，考试成绩低
以某大学光电行业方向工科专业近三年半导体器件物理考试成绩分布情况为例，表1中近三年学生成绩均显示出60分左右的人数最多，以60分为原点，其高分和低分两侧的人数呈现出逐渐降低的正态分布。从表1中还可以看出，成绩低分人数逐年增多，成绩偏离理想状况较多。
2.针对问题分析原因
导致表1结果的原因有以下三方面：
（1）学生的物理基础参差不齐，知识结构存在断层
近年来，由于高考制度的改革，部分学生参加高考时未选报物理，物理仅作为会考科目使得相当一部分高中学生轻视物理的学习。当学生进入大学，有些专业大学物理成为必修课，由于学生高中物理基础差别很大，因此，同一班级的学生物理学习能力就表现得参差不齐。
对于一般工科专业的学生（包括面向新兴光电产业的工科专业）来说，他们大二或大三开始学习半导体器件物理课程（或半导体物理课程）时，他们的物理基础只有在高中学过的普通物理和大学学过大学物理，其内容也仅涉及经典物理学中的力学、热学、电学和光学的基本规律，而近代物理中的实物粒子的波粒二象性、原子中电子分布和原子跃迁的基本规律、微观粒子的薛定谔方程和固体物理的基本理论均未涉及。半导体器件物理课程的接受对象，不仅在物理基础上参差不齐，而且在物理知识结构上还存在断层，这给该课程的教和学增加了难度。
另外，即使增加学习该门课程所必需的近代物理、量子物理初步知识和固体物理的基础内容，但由于课程课时的限制，也决定了该课程在学习时存在较大的知识跨度，很多学生难以跟上进度。
（2）课程理论性强，较难理解的知识点集中
半导体器件物理课程以半导体材料的基本性质和应用为基本内容，内容编排上从理想本征半导体的性质和半导体的掺杂改性，到P型半导体和N型半导体结合形成半导体器件的核心单元，再到各种PN结的设计和控制，采取层层推进的方式，逻辑严密，理论性强，对学生的要求也高，每一部分的核心内容都要扎实掌握才能跟上学习的进度。同时，在各章内容讲解过程中几乎都有若干较难的知识点，如本征半导体性质部分的有效质量、空穴的概念、能带的形成、导带和价带的概念等；半导体掺杂改性部分的施主、受主、施主能级、受主能级、半导体中的载流子分布规律、平衡载流子和非平衡载流子以及载流子的漂移和扩散运动；简单PN结部分的平衡PN结、非平衡PN结、PN结的能带和工作原理；不同专业在PN结的设计和控制这部分会根据所设专业选取不同的章节进行学习，面向光电行业的本科专业则通常选取半导体的光学性质和发光这部分来讲授，该部分包含半导体的跃迁类型，以及半导体光生伏特效应和发光二极管等的工作原理。这些知识点分布集中，环环相套，步步递进，因此理解难度较大。
（3）学习态度不端正的现象普遍存在
近几年，在社会大环境的影响下，学习态度不端正现象在本科各专业学生中普遍存在。无故迟到旷课情况经常发生，作业抄袭现象严重，学生独立思考积极性差。电子产品的普及也严重影响到了学生上课的积极性，很多学生成了手机控，即使坐在课堂上也频频看手机、上网。有些学生上课连课本都不带，更谈不上用记录本记录重点、难点。特别是半导体器件物理这门课程涉及的知识点密集，重点、难点较多，知识连贯性要求高，如果一些知识点漏掉了，前后可能就连贯不起来，容易使疑难问题堆积起来，对于不认真听讲的部分学生来说，很快就跟不上进度了。另外，学生畏难情绪较严重，课下也不注意复习答疑，迎难而上的精神十分少见。俗话说，“师傅领进门，修行在个人。”在课时紧张、学生积极性差、课程理论性强等多重因素影响下，教师的单方面努力很难提高课堂教学效率。
二、改进方法的探讨
针对教学过程中发现的问题，本文从教学方法和教学手段两个方面入手来探讨该课程教学的改进。
1.教学方法的改革
半导体器件物理课程教学改革以建设完整的半导体理论体系和实践应用体系为目标，一方面，着重在教学观念、教学内容、教学方法、教师队伍、教学管理和教材方面进行建设和改革，形成适合应用型本科专业学生的课程体系。另一方面，我国本科院校正处于教育的转型发展时期，围绕应用型人才培养目标，按照“专业设置与产业需求相对接、课程内容与职业标准相对接、教学过程与生产过程相对接”的原则，半导体器件物理课程改革重视基础知识和基本技能教学，力争构建以能力为本的课程体系，做到与时俱进。本课程改革具体体现在以下六个方面：
（1）转变教学观念
改变传统向学生灌输理论知识的教学观念，以学习与新兴行业相关的基础知识和关键应用技术为导向，确定该课程在整个专业课程体系中承上启下的基础性地位，在教学观念上采取不求深，但求透的理念。
（2）组织教学内容
为构建以能力为本的课程体系，本课程改革在重视基础知识和基本技能的教学、合理构建应用型人才的知识体系的同时，力争使学生了解半导体器件制作和应用的职业标准及其发展的热点问题，并积极实现“产学研”一体化的教学模式，故此本课程改革分几个层次组织教学内容。
第一层次为基础知识铺垫。为解决学生知识结构不完整的问题，在讲授半导体器件物理之前要进行固体物理学课程知识的铺垫，还要增加近论物理学知识，如原子物理和量子力学的知识，为学生构建完整的知识框架，降低认知落差。
第二层次为半导体物理基本理论，也是本课程的主体部分。包括单一半导体材料的基本性质、半导体PN结的工作原理、常见半导体结构的工作原理和半导体的光电及发光现象和应用。
第三层次为课内开放性实验。在理工科学生必修的基础物理实验项目（如“电阻应变传感器”、“太阳电池伏安特性测量”、“光电传感器基本特性测量”、“霍尔效应及其应用”等）的基础上，结合专业方向设置若干实验让学生了解半导体电子和光电器件的类型、结构、工作原理及制作的工艺流程以及职业要求和标准，还有行业热点问题，激发其学习兴趣，提高动手能力和实践能力。
第四层次为开展课题式实践教育，实现“产学研”一体化。为解决传统教学理论和实践脱节问题，以基础物理实验项目和针对各专业方向设置的与半导体器件应用相关的实验项目为实践基础，开展大学生科技创新活动，鼓励学生利用课余时间进入实验室和工厂企业，利用已学理论对行业热点问题进行思考和探究，加强实践教学。
（3）调整教学方法
一方面，要正确处理物理模型和数学分析的关系，不追求公式推导的严密性，强调对物理结论的正确理解和应用。另一方面，充分利用现代化的教学设施和手段，变抽象为具体，化枯燥为生动，采用讨论式、启发式和探究式教学，调动学生积极性和主动性。
（4）建设教学队伍
对国内知名院校的相关专业进行考察和调研，学习先进教学理念和教学方法，邀请国内外相关专业的专家进行讲座，邀请企业高级技术人才和管理人才作为兼职教授来为学生讲授当前最前沿、最先进的技术及产品，并参与教学大纲及教学内容的修订。另外，鼓励教师团队充分利用产学研践习的机会深入企业，提高教师队伍的实践经验和综合素质，为培养双师型教师打下基础。
（5）完善教材体系
教材是保证教学质量的重要环节，也是提高专业教学水平的有效方法。针对理工科专业特色方向及学生培养的目标，除选用经典的国家级规划教材――《半导体物理学》以外，还组织精干力量编写专业特色方向的相关教材，以形成完善的半导体理论和实践相结合的教材体系，在教材中融入学校及专业特色，注重理论和实践相结合，增加案例分析，体现学以致用。
（6）加强教学管理
良好的教学管理是提高教学质量的必要手段。首先根据学生特点以及本课程的教学目标合理制订教学大纲及教学计划。在授课过程中充分发挥学生主体作用，积极与学生交流，了解学生现状，建立学生评价体系，改进教学方法、教学手段及教学内容等，提高教学质量。
2.教学手段改革
（1）采用类比的教学方法
课堂上将深奥理论知识与现实中可比事物进行类比，让学生易于理解基本理论。例如，在讲半导体能带中电子浓度计算时，将教室中一排排桌椅类比为能带中的能级，将不规则就座的学生类比为占据能级的电子，计算导带中电子的浓度类比为计算教室中各排上学生数量总和再除以教室体积。让学生从现实生活中找出例子与抽象的半导体理论进行形象化类比，帮助学生理解半导体的基本概念和理论。
（2）采用理论实践相结合的方法
在教学中时刻注意理论联系实际的教学方法，例如，根据学生专业方向，在讲述宽带隙半导体材料的发光性能时，给学生总结介绍了LED芯片材料的类型和对应的发光波长，让学生体会到材料性质是器件应用的基础。
（3）构建网上学习系统
建立纸质、网络教学资源的一体化体系，及时更新、充实课程资源与信息，通过网络平台建设，实现课程的网络辅助教学和优秀资源共享。这些资源包括与本课程相关的教学大纲、教材、多媒体课件、教学示范、习题、习题答案、参考文献、学生作业及半导体行业发展前沿技术讲座等。
（4）开展综合创新的实践
充分利用现有的实验条件，为学生提供实践条件。同时积极开拓校外实践基地，加强校企合作，为学生实习、实践提供良好的平台，使课程教学和实践紧密结合。鼓励学生根据所学内容，与教师科研结合，申请大学生创新项目，以提高学生实践创新能力及应用能力。
（5）改革考核体制
改变传统以闭卷考试为主的考核方式，在考核体制上采取闭卷、讨论、答辩和小论文等多种评价方式，多角度衡量、综合评定教学效果。
参考文献：
[1]刘秋香，王银海，赵韦人，等.“半导体物理学”课程教学实践与探索[J].广东工业大学学报（社会科学版），2010（10）：87-88，94.
[2]徐炜炜，黄静.从半导体物理课程教学谈高素质人才培养[J].南通航运职业技术学院学报，2009，8（4）：97-99.
[3]王印月，赵猛.改革半导体课程教学融入研究性学习思想[J].高等理科教育，2003，47（1）：69-71.
半导体光电技术范文6
【关键词】微电子化计量仪；半导体探测器；特性研究；试验方法
半导体技术近年来被运用于多种领域，尤其是在核辐射探测器方面的运用，将半导体技术的优势发挥得淋漓尽致，为社会经济发展做出了巨大贡献。近年来，细数将半导体技术引入核辐射探测器领域的过程，我国的相关科研单位耗费了大量的人力、财力和物力。随着时代的发展，深化半导体材料和技术在核辐射探测器的运用研究将继续为我国的科技发展提供重要支持。结合本文研究方向，拟从半导体探测器特性的实验研究层面展开，利用实验数据进行相关讨论。
1半导体探测器的内涵
半导体探测器以其高效、实用、成本低、性能稳定等特性，目前在各个领域的应用十分广泛。明确半导体探测器的内涵概念，能够深化我们对半导体探测器的了解，为接下来的更深入的探究工作打下坚实基础。接下来笔者就从半导体探测器的概念及发展历程两个方面来粗浅剖析半导体探测器的内涵：1.1半导体探测器的概念。顾名思义，半导体探测器就是利用半导体材料和特点研发的探测设备。结合原理分析，半导体探测器是一种通过锗、硅等半导体材料物理属性、并利用其作为探测介质的辐射探测器。由于半导体探测器的工作原理和气体电离室有诸多相似之处，因此半导体探测器也被称之为固体电离室。从技术原理的层面来讲，半导体探测器的工作原理是在半导体探测器的灵敏体积内带电粒子产生“电子——空穴对”，之后“电子——空穴对”在外电场环境下做出漂移继而产生并输出信号。经过大量科学家的研究，半导体探测器诞生至今，经过不断的技术概念和材料改良，目前性能和效用已经十分优良。1.2半导体探测器的发展历程。半导体技术在核辐射探测器方面的应用分为几个阶段：第一个阶段是八十年代之前。当时的探测器受到技术技术条件和认知的影响，最为常见的探测器是GM计数管探测器。这种GM计数管探测器的产品性能和效果并不理想。随着技术的不断更新和科学家探索的深入。第二个阶段是九十年代之后，在法国、德国出现了用半导体材料作探测器的小型剂量仪器。至此，半导体技术正式被应用于探测器领域。这种半导体探测器具有体积小、工作电压低、耗能少等优势，这些特点为半导体探测器的应用空间和范围奠定了良好基础。
2用于微电子化计量仪的半导体探测器特性的实验方法
为了进一步地探究半导体探测器的特性，更明确地了解并认知其优势，笔者通过一组实验来进行说明。在这一实验中笔者所用的半导体测试器是目前业界内比较新型的设备，它是笔者单位和某原子能科学研究院合理研发的。实验中与半导体探测器相连接的电力属于微电子学混合电路。下面笔者对实验方法（如图2.1所示）作详细的论述与分析：图2.1实验示意图考虑到夜晚的干扰信号比白天小很多，因此我们在做此实验时选择在了晚上的时间段。为了处理好半导体探测器特性实验中噪音大的问题，本次实验所选择的单道阈值是0.21V。在实验中，主放大倍数为50积分、微分常数为0.5μs。定标器的工作方式为积分，脉冲为正脉冲方式。基于上述这些情况，我们的“用于微电子化计量仪的半导体探测器特性”实验研究正式开始。
3用于微电子化计量仪的半导体探测器特性的实验数据及处理
关于特性研究实验过程中的实验数据及处理方式，笔者对其进行了详细的记录。笔者将半导体的探测器面积分为10平方豪米、25平方毫米和50平方毫米三种数据类型来进行测验。第一，半导体探测器的面积为10平方毫米，98型的半导体探测器辐射响应特性的数据结果如图3.1、3.2所示，图中所反映出来的数据指标是偏压为1V和3V的情况下，98型号的半导体探测器中净计数和剂量率之间的关系；99型的半导体探测器所反馈的实验曲线如图3.3、3.4所示，98型半导体探测器的辐射响应特性数据如图3.5、3.6所示。图中所反映出来的数据指标是偏压为1V和3V的情况下，98型号的半导体探测器中净计数和剂量率之间的关系。第二，当半导体探测器的面积增加到25平方毫米之后，99型的半导体探测器辐射响应特性的数据结果如图3.5、3.6所示，图中所反映出来的数据指标是偏压为1V和3V的情况下，99型号的半导体探测器中净计数和剂量率之间的关系。基于系列实验分析，当半导体探测器的面积从10平方豪米增加到25平方毫米，在递增到50平方毫米的过程中，在不同的偏压下，98型和99型的半导体探测器的净计数率在0.869cGy/h点上，半导体探测器的型号和探测器偏压的关系如表1所示。在表中，在照射量率为均为1的情况下，当半导体探测器的偏压设定为1V时，探测面积为10平方毫米的98型探测器的净计数率是68.2，探测面积为25平方毫米的98型探测器的净计数率是104.0；探测面积为50平方毫米的98型探测器的净计数率是181.7，探测面积为10平方毫米的99型探测器的净计数率是125.3。当半导体探测器的偏压设定为3V时，探测面积为10平方毫米的98型探测器的净计数率是90.4，探测面积为25平方毫米的98型探测器的净计数率是167.6；探测面积为50平方毫米的98型探测器的净计数率是316.4，探测面积为10平方毫米的99型探测器的净计数率是178.6。
4用于微电子化计量仪的半导体探测器特性的结果与讨论
通过上述关于不同型号半导体探测器在不同辐射面积中辐射响应特性等相关数据的分析我们可以得出如下三个方面的结论：第一，该半导体探测器的工作电压相对较低，对γ响应十分敏感。当“用于微电子化计量仪的半导体探测器特性研究”的实验电压在1V—3V单偏压电源数据之间变动时，半导体探测器的灵敏度能够在68-316S/(R/h)区间进行变化。结合实验数据的分析与反馈，总体来讲，辐射面积为10平方毫米的99型探测器性能比辐射面积为10平方毫米的98型探测器性能优良。在同样的实验条件中，用来测定DM91的辐射面积为10平方毫米的半导体探测器灵敏度情况如下：当实验偏压为1V时，10平方毫米的半导体探测器灵敏度为87.2；当实验偏压为3V时，10平方毫米的半导体探测器灵敏度是1.8。对比关于试验偏压和不同辐射面积的半导体探测器灵敏度的这几组实验数据，我们可以得出如下结论：辐射面积为10平方毫米的99型半导体探测器敏感度性能相比较国外辐射面积为10平方毫米的半导体探测器，在对γ辐射方面的灵敏度方面性能要高出很多。也就是说我们目前的辐射面积为10平方毫米的半导体探测器性能已经达到并超出国外同类探测器的水平。第二，从噪音阈值的层面来讲，本次实验中所采用的半导体探测器噪音极小，这种小分贝的噪音数值可以显著提升信噪比，这种情况可以促进微电子学设计工作的更好开展。这一点在微电子化计量仪的半导体探测器特性实验中虽然是一个细节，但也应当充分引起我们的注意和重视。第三，本次“用于微电子化计量仪的半导体探测器特性”实验中，当探测器的屏蔽材质发生变化时，其抗干扰能力也会有明显改变。这一现象表明在实验室中，空间的电磁干扰因素需要引起实验者的重视。
5结束语
综上所述，半导体探测器在当前多种行业中所发挥的作用不容忽视，为了探究“用于微电子化计量仪的半导体探测器特性”，笔者通过开展一项专题实验来进行阐述与说明，在上述文段中，笔者不仅对实验的方法进行罗列和描述，还对实验的数据及处理进行对比分析，并有针对性地提出自己的见解。通过上述实验的分析，笔者希望能够唤起更多业界同行对于半导体探测器特性的关注，通过群策群力，为促进半导体探测器的运用水平贡献力量。
作者:马骏 单位:东华理工大学
参考文献
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