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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。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。
实验教学作为高校教学环节中的一个重要组成部分,不仅因为其是课堂教学的延伸,更由于通过实验教学,可以加深学生对理论知识的理解,培养学生的动手能力,拓展学生的创造思维[1,2]。实验教学分为基础实验和专业实验两部分[3,4]:基础实验面向全校学生,如大学物理实验、普通化学实验等,其主要任务是巩固学生对所学基础知识和规律的理解,旨在提高学生的观察、分析及解决问题的能力,提供知识储备[5,6];与基础实验不同,专业实验仅面向某一专业,是针对专业理论课程的具体学习要求设计的实验教学内容,对于学生专业方向能力的提高具有极强的促进作用[7~8]。通过专业实验教学使学生能够更好的理解、掌握和应用基础知识和专业知识,提高分析问题的能力并解决生活中涉及专业的实际问题,为学生开展专业创新实践活动打下坚实的基础[9~11]。
1半导体物理实验课程存在的问题与困难
半导体物理实验是物理学专业电子材料与器件工程方向必修的一门专业实验课,旨在培养学生对半导体材料和器件的制备及测试方法的实践操作能力,其教学效果直接影响着后续研究生阶段的学习和毕业工作实践。通过对前几年本专业毕业生的就业情况分析,发现该专业毕业生缺乏对领域内前沿技术的理解和掌握。由于没有经过相关知识的实验训练,不少毕业生就业后再学习过程较长,融入企事业单位较慢,因此提升空间受到限制。1.1教学内容简单陈旧。目前,国内高校在半导体物理实验课程教学内容的设置上大同小异,基础性实验居多,对于新能源、新型电子器件等领域的相关实验内容完全没有或涉及较少。某些高校还利用虚拟实验来进行实验教学,其实验效果远不如学生实际动手操作。我校的半导体物理实验原有教学内容主要参照上个世纪七、八十年代国家对半导体产业人才培养的要求所设置,受技术、条件所限,主要以传统半导体物理的基础类实验为主,实验内容陈旧。但是在实验内容中添加新能源、新型电子器件等领域的技术方法,对于增加学生对所学领域内最新前沿技术的了解,掌握现代技术中半导体材料特性相关的实验手段和测试技术是极为重要的。1.2仪器设备严重匮乏。半导体物理实验的教学目标是使学生熟练掌握半导体材料和器件的制备、基本物理参数以及物理性质的测试原理和表征方法,为半导体材料与器件的开发设计与研制奠定基础。随着科学技术的不断发展,专业实验的教学内容应随着专业知识的更新及行业的发展及时调整,从而能更好的完成课程教学目标的要求,培养新时代的人才。实验内容的调整和更新需要有新型的实验仪器设备做保障,但我校原有实验教学仪器设备绝大部分生产于上个世纪六七十年代,在长期实验教学过程中,不少仪器因无法修复的故障而处于待报废状态。由于仪器设备不能及时更新,致使个别实验内容无法正常进行,可运行的仪器设备也因为年代久远,实验误差大、重复性低,有时甚至会得到错误的实验结果,只能作学生“按部就班”的基础实验,难以进行实验内容的调整,将新技术新方法应用于教学中。因此,在改革之前半导体物理实验的实验设计以基础类实验为主,设计性、应用性、综合性等提高类实验较少,且无法开展创新类实验。缺少自主设计、创新、协作等实践能力的训练,不仅极大地降低学生对专业实验的兴趣,且不利于学生实践和创新创业能力的培养,半导体物理实验课程的改革势在必行。
2半导体物理实验课程改革的内容与举措
半导体物理实验开设时间为本科大四秋季学期,该实验课与专业理论课半导体物理学、半导体器件、薄膜物理学在同一学期进行。随着半导体技术日新月异发展的今天,对半导体物理实验的教学内容也提出了新的要求,因此,要求这门实验课程不仅能够通过对半导体材料某些重要参数和特性的观测,使学生掌握半导体材料和器件的制备及基本物理参数与物理性质的测试方法,而且可以在铺垫必备基础和实际操作技能的同时,拓展学生在电子材料与器件工程领域的科学前沿知识,为将来独立开展产品的研制和科学研究打下坚实的基础。2.1实验基础设施的建设。2013年年底,基于我校本科教学项目的资金支持,半导体物理实验教学团队通过调研国内外高校现行半导体物理实验教学资料,结合我校实验教学的自身特点,按照创新教育的要求重新设计了半导体物理实验内容,并根据所开设实验教学内容合理配置相应的实验仪器设备,新配置仪器设备具有一定的前瞻性,品质优良,数量合理,保证实验教学质量。由于作为一门专业实验课,每学年只有一个学期承担教学任务,为了提高仪器设备的利用率,做到实验设备资源的不浪费,计划成立一间半导体物理实验专属的实验室,用于陈放新购置的实验设备,在没有教学任务的学期,该实验室做为科研实验室和创新创业实验室使用。通过近三年的建设,半导体物理实验专属实验室———新能源材料与电子器件工程创新实验室建成并投入使用,该实验室为电子材料与器件工程方向的本科生毕业论文设计以及全院本科生的创新创业实验设计提供了基本保障,更为重要的是该实验室的建成极大地改善了半导体物理实验的原有教学条件,解决了实际困难,使得半导体物理实验教学效果显著提升。不仅加强了学生对专业核心知识理解和掌握,而且启发学生综合运用所学知识创造性地解决实际问题,有效提高学生的实践动手能力、创新能力和综合素质。2.2实验教学内容的更新。半导体物理实验是一门72学时的实验课,在专属实验室建成后,按照重视基础、突出综合、强调创新、提升能力的要求,逐步培养与提高学生的科学实验素质和创新能力,构建了“九—八—五”新的实验内容体系,包括如下三个层次(表1)。第一层次为“九”个基础型实验,涵盖对半导体材料的物理性质(结构、电学、光学)的测定,通过对物理量的测量验证物理规律,训练学生观察、分析和研究半导体物理实验现象的能力,掌握常用基本半导体物理实验仪器的原理、性能和测量方法等。第二层次为“八”个提高型实验(综合、应用性实验),学生通过第一层次的实验训练后,已掌握了基本的实验方法和技能,在此基础上,开展综合性实验,可以培养学生综合运用所学知识以及分析和解决问题的能力。通过应用性实验培养学生将来利用设备原理从事生产或者技术服务的能力。第三层次为“五”个设计创新型实验,学生需运用多学科知识、综合多学科内容,结合教师的科研项目进行创新研究,通过设计型实验可以锻炼学生组织和自主实验的能力,着力培养学生创新实践能力和基本的科研素质。每个基础型实验4学时,提高型实验8学时,创新型实验12学时,规定基础型为必修实验,提高型、创新型为选作实验。九个基础型实验全部完成后,学生可根据兴趣和毕业设计要求在提高型、创新型实验中各分别选做一定数量的实验,在开课学期结束时完成至少72个学时的实验并获得成绩方为合格。2.3实验教学方式的优化。在教学方式上,建立以学生为中心、学生自我训练为主的教学模式,充分调动学生的主观能动性。将之前老师实验前的讲解转变为学生代表讲解实验内容,然后老师提问并补充完善,在整个实验安排过程中,实验内容由浅入深、由简单到综合、逐步过渡至设计和研究创新型实验。三个层次的实验内容形成连贯的实验梯度教学体系,在充分激发学生学习兴趣的同时,培养学生自主学习、自发解决问题的能力。2.4实验考核机制的改革。目前大部分实验课的成绩由每次实验后的“实验报告”的平均成绩决定,然而单独一份实验报告并不能够完整反应学生的实际动手操作能力和对实验内容的熟悉程度。因此,本课程将此改革为总成绩由每次“实验”的平均成绩决定。每次实验成绩包括实验预习、实验操作和实验报告三部分,实验开始前通过问答以及学生讲解实验内容来给出实验预习成绩;实验操作成绩是个团队成绩反映每组实验学生在实验过程中的动手能力以及组员之间的相互协助情况;针对提高型和创新性实验,特别是创新性实验,要求以科技论文的形式来撰写实验报告,以此来锻炼本科生的科技论文写作能力。通过三部分综合来给出的实验成绩更注重对知识的掌握、能力的提高和综合素质的培养等方面的考核。
3半导体物理实验课程改革后的成效
半导体物理实验在我校本科教学项目的支持下,购置并更新了实验设备建立了专属实验室,构建了“九—八—五”新实验内容体系,并采用新的教学方式和考核机制,教师和学生普遍感觉到新实验教学体系的目的性、整体性和层次性都得到了极大的提高。教学内容和教学方式的调整,使学生理论联系实际的能力得到增强,提高了学生的积极性和主动性。实验中学生实际动手的机会增多,对知识的渴求程度明显加强,为了更好地完成创新设计实验,部分本科生还会主动去查阅研中英文科技文献,真正做到了自主自觉的学习。通过实验课程的教学,学生掌握了科技论文的基本格式,数据处理的图表制作,了解了科学研究的过程,具备了基本的科研能力,也为学生的毕业设计打下了良好的基础。与此同时,利用新购置的实验设备建立的实验室,在做为科研实验室和创新创业实验室使用时,也取得了优异的成绩。依托本实验室,2015年“国家级大学生创新创业训练计划”立项3项,2016年“国家级大学生创新创业训练计划”立项4项。
本组30例,男18例,女12例,年龄16-45岁。按KLigman痤疮分级其中轻度:12例;中度:14例;重度:4例,疮程度由轻微至严重不等,皮肤类型为IV~V.
1.2方法
采用candela公司提供的配备有动态冷却装置的smoothbeam1450nm半导体激光系统。对痤疮治疗的作用机理是对引发的皮脂腺进行热损伤照射,系统喷射致冷剂以保护表皮,从而使副作用最小化[1]。治疗所选能量密度为9-11J/cm2,平均10.5J/cm2,光斑直径6mm,致冷喷射时间为20ms,脉冲宽度210ms,疗程间隔为三至四周,治疗次数2~5次不等。
2.结果
2.1临床疗效
30例痤疮治疗部位皮脂分泌明显减少,治疗部位的痤疮数明显减少,在治疗结束后的6-12周内,真皮热疗对每位患者均有所见效,而且多数患者的病灶得以消失,并且SmoothBeam1450nm半导体激光系统相当安全,但是治疗后部分患者会出现短暂的水肿和红斑。
2.2不良反应
激光治疗后所有患者局部均出现暂时性红斑、水肿,并于24h内消退,同时患者术中有不同程度疼痛感。所有患者均未出现色素沉着或色素减退。
3.护理
根据SmoothBeam1450nm半导体激光系统的特点,针对每个患者的具体情况,进行认真仔细的护理评估,确定各自的护理方案,采取准确有效的护理措施,具体护理措施如下:
3.1治疗前
3.1.1患者经临床医生确诊后,向患者详细解释激光治疗的原理、过程、达到的效果,签署知情同意书。
3.1.2建立病例,包括患者的姓名、年龄、性别、诊断、皮肤类型、皮损特点,拍摄治疗前照片。
3.1.3协助患者清洁治疗部位皮肤,一定彻底清除皮肤表面的护肤护肤品和化妆品,用灭菌注射用水消毒。
3.1.4协助患者佩戴护目镜,医护人员佩戴护目镜。
3.2治疗中
3.2.1患者平卧,根据其皮肤类型选择治疗参数在没有皮损的小区域做光斑测试,一般用单脉冲测试(不超过5个),观察一分钟如出现月牙形或圆形白丘疹或水疱表明表皮灼伤,应定时治疗;如果没有上述现象方可继续治疗。
3.2.2操作者应将操作手柄垂直并紧压于患者皮肤,以防制冷剂从测距仪下端流向周围皮肤,减弱其对表皮的保护作用。
3.2.3治疗过程中及时观察患者的反应,根据反应及时调整治疗参数。
3.2.4测距仪在治疗中会结霜,应及时用无菌纱布擦试。
3.3治疗后
3.3.1治疗结束后应拍摄治疗后照片。
3.3.2治疗结束后应让患者在治疗室观察15~30分钟后方可离开。
3.3.3治疗结束后应告诉患者避免搔抓治疗部位,避免日晒,避免使用其它刺激性物质,如有不适随时复诊。
3.4健康宣教
痤疮的发病与情绪、饮食、心理状态、感染、内分泌及新陈代谢等多种因素有关,因此应从多方面进行综合护理,才可以预防痤疮的发生,提高临床疗效,降低其并发症。
3.4.1应保持乐观的情绪,建立充分信心,积极配合治疗。
3.4.2应注意日常饮食,适当限制油、辣、甜等食物的摄入。
3.4.3应注意多饮水(白开水),多吃水果和蔬菜。
3.4.4应注意保持大便通畅,防止便秘。
3.4.5应保证充足的睡眠,提高机体抵抗力。
3.4.6应合理使用化妆品,禁忌使用油性化妆品。
3.4.7应注意防晒,同时尽量减少汗腺分泌量。
2教学目标分析
2.1情感目标
从三极管的应用出发,激发学生专业兴趣及热情,学以致用。
2.2知识目标
理解晶体管内部载流子的运动,掌握三极管的放大条件。掌握三极管的电流放大作用、电流分配关系及其特性曲线。
2.3能力目标
教学过程中体现由表及里、兼顾内因和外因、化繁为简等思想培养学生认识事物的能力。通过实验、分析、总结的教学环节培养学生分析问题和解决问题的能力。
3教学重点、难点分析
教学重点是三极管的结构、电流放大条件及其分配关系、特性曲线。教学难点是三极管内部载流子的运动规律。
4教具和方法
教具采用黑板、粉笔、多媒体幻灯片、多媒体视频以及三极管实物辅助教学情景教学法、实验教学法、引导思考教学法、讲解教学法等多种教学方法。
5教学过程设计
5.1导入新课
通过多媒体播放一段视频引出扩音设备,引发学生对新学习课程的兴趣。然后给学生介绍扩音设备的组成和工作原理。通过一个设问“什么样的器件能够实现这样的功能呢”,引出这堂课的教学内容半导体三极管。为了进一步提高学生的学习兴趣和注意力,同时也扩宽学生的知识面,此处加入关于三极管发明的一些知识。
5.2讲授新课
接着给学生演示一些常用的三极管实物,告诉他们正是这些小小的器件实现了电信号的放大,进一步引发学生的学习兴趣。同时结合课件给学生介绍三极管的封装,以及不同封装分别表示的意义,培养学生理论联系实际的能力。根据认识事物由表及里的规律,认识了三极管的外形,下一步给学生介绍三极管的内部结构。结合多媒体课件介绍三极管的结构及其符号,并与学生一起总结出三极管三区、两结、三极的基本构成。提出问题“:三极管犹如两个反向串联的二极管,能否将两个普通的二极管串联起来组成三极管?”引导学生思考并引出对三极管内部具体结构的学习。将三极管的内部结构比喻为汉堡,通过与汉堡的类比加深学生的印象,并告诉学生三极管的这一结构特点正是它能够进行放大的内部条件。那么,具有这种结构特点的三极管就可以进行放大吗?实际上,三极管进行放大除了结构特点为其放大提供了内部条件外,还必须满足一定的外部条件。接着给学生介绍外部条件,正是认识事物需要同时兼顾内因和外因思想的体现。同时当学生对三极管有一个宏观的认识后,下一步学习三极管的工作原理。首先重点强调三极管放大“发射结正偏,集电结反偏”这一外部条件,以及具体电路中如何保证这一条件实现,加深学生对这一条件的记忆。下面介绍这一节课的重点内容,三极管内部电流的分配和放大关系。为了避免枯燥的公式推导,帮助学生直观的理解和掌握三极管内部电流分配关系,在讲台上演示实际的三极管放大电路,通过改变电位器阻值,测得一系列发射极、集电极和基极电流数据。启发学生观察测得的数据,得出三极管三个电流之间的关系。这样繁琐的推导过程被简单直观的实验所代替,体现认识事物由繁琐到简单的客观规律,而学生通过实验和自己观察总结出的结论更容易理解和记忆。同时引导学生体会三极管内部电流的分配关系IE=IC+IB正是基尔霍夫定律的体现,而IC=βIB正是三极管电流放大作用的体现。通过设问“:为什么会出现这种现象呢?”引起学生的思考。透过现象看事物的本质,这一现象是由三极管内部载流子的运动规律决定的。三极管内部载流子的运动规律是这一节课的难点,可以通过多媒体动画直观地演示载流子运动的复杂过程。对照多媒体动画分发射、复合和收集三个阶段给学生介绍这一过程,同时与学生一起推导三极管运动过程中内部电流之间的关系,得出与实验完全吻合的结果。另外,可以再播放一段三极管内部载流子运动的视频,帮助学生回顾和进一步加深理解这一难点内容。
5.3思考与讨论
设计两个思考题:(1)既然三极管具有两个PN结,可否用两个二极管相连以构成一只三极管?(2)放大电路输出端增加的能量是从哪里来的?让学生展开讨论,通过讨论加强学生积极动脑思考问题能力的培养,也进一步加深对所学知识的理解。
5.4小结
通过提问与学生一起总结本次课的内容,并通过板书加深印象。
6教学反思
(1)课堂中通过一段音乐引出扩音系统进而引出新课程三极管的学习,有效地激发了学生的学习兴趣。(2)用实验的方法代替复杂的公式推导,用更直观的实验数据加强学生对三极管电流分配关系的记忆;(3)用直观动态的多媒体视频演示三极管内部载流子的运动过程加强学生的理解,同时也活跃了课程气氛。(4)教学过程中体现了由表及里,兼顾内因和外因,化繁为简等思想,除了注重学生对所讲课程的学习,更注重学生认识事物能力的培养。
现代市场经济所包含的个体本位、优胜劣汰等原则,往往会使一些学生对个人利益的要求更加强烈,奋斗欲、成就欲也更加迫切,而当这些欲望膨胀到一定程度时,便会诱发极端个人主义,从而可能淡化大学生的集体意识和群体意识。且市场经济的逐利性特点,也容易诱导大学生急功近利,重利轻义,产生拜金主义、享乐主义和利己主义,不利于大学生正确世界观、人生观和价值观的形成。
(二)信息网络化对大学生道德教育的挑战
网络的虚拟化易导致大学生人际交往的障碍,必然会影响和改变其生活方式,产生人际障碍,人际关系淡漠和人际距离疏远,并导致孤独、苦闷、焦虑、压抑,甚至情绪低落、消沉、精神不振等。同时,互联网的发展方便了西方思想文化的渗透,这对大学生的世界观、人生观、理想信念、道德伦理、民族认同感等会造成潜移默化的扭曲、侵蚀和消磨,而且也使我们的思想教育工作效果受到极大的削弱。
二、大学生主题班会对思想道德教育的重要意义
大学生主题班会是对大学生进行素质教育的一项最基本、最常用的途径之一,是开展学生教育管理和道德素质建设的一个重要载体和阵地,近年来越来越受到高校领导的重视,借助主题班会来提高大学生思想素质有着重要意义。
(一)增强思想教育的吸引力,帮助大学生明确思想认识
大学生对社会接触较少,社会经验往往不足,且个体之间经历不同,在认识层次、认识水平上存在一定差异,对社会上存在的问题以及个人自身的成长与发展认识也就不同,难以避免片面性和模糊性,有的甚至比较偏激,这就需要相关引导使学生形成正确的思想认识。而主题班会一般从大学生的现实生活中取材,内容大多和学生的生活息息相关,通过新颖的主题班会可以吸引学生充分参与,引导学生主动积极探究,从生动的体验中获得对世界、人生、自我的认知,让他们学会独立思考、独立生活、独立生存。
(二)增强班级向心力,促进师生交流
一个真正意义上的大学班集体,并不是若干个大学生的一种简单组合,它的建立有一个过程,需要大学生由彼此陌生到互相熟悉最终到互相了解并在此基础上产生向心力进而产生凝聚意识,这是大学阶段的班级得以牢牢维系的根本所在。而一个高质量的主题班会氛围轻松活泼,能够调动全班同学参与活动,有助于增强班级成员的自豪感、凝聚力、自信心,同时在这种环境中互动,更容易拉近老师与学生以及学生与学生之间的距离,促进彼此之间的了解。并且班导师在参与班会过程中可以进一步了解学生的思想动态,提升他们的判断力、思考力,从而辅助其对学生的思想教育。
(三)有助于学校、院系德育工作的开展
班会时间可以被充分利用来积极宣传落实学校、院系的各项工作、规章制度、文件精神,增进大学生对学校德育工作的了解。同时大学生对学校的态度也被及时反馈到学校。这样,有利于扩大学校德育工作的宣传范围,增强其宣传力度,提高影响度,取得思想教育的效果。
三、我国大学生主题班会的现状
目前,随着大学生的思想政治教育问题日益引起社会的广泛关注,中国各大高校也将主题班会列为必不可少的一项教学内容。我国高校开展主题班会较为积极,尽量朝着内容多样化的方向努力,组织也做到正规有序,确实起到了一定思想教育的作用。但是我国大学生主题班会存在的问题也不容小觑。主要不足如下:
(一)对主题班会没有一个明确的功能定位
不明确的功能定位导致主题班会职责不明确,效果得不到保证。且班会的主题大都空泛,使得主题班会往往流于事务性和形式化,并未真正发挥主题班会的思想教育的作用和价值,从而降低了主题班会课的教育效果。
(二)开展过于频繁
很多高校从大一开始就不断地举行班会,少则两周一次,少则一周举行两三次,过于频繁的班会占用了学生太多时间,且内容也因此无关痛痒没什么实质性意义,一次班会往往点个名,有事即说,无事便散,有些班会甚至只有短短十几分钟,让参加的学生苦笑不已,甚至产生对主题班会教育意义的质疑。
(三)内容空洞枯燥,索然无味
虽然高校们也正努力打破班会无聊,没有收获的僵局,试图做到班会内容丰富多样化,但显然这种努力远远不够,成效也不明显。大部分班级的班会以点名和通知事务的形式为主,不然就是班导师和班干部的单方面灌输,形式也突破不了传统的讨论与文艺节目,久而久之难免使学生丧失积极性,引起不满。
四、针对现阶段我国大学生主题班会问题的解决方法
(一)发挥班导师在班会中的指导作用
班导师是班级的主心骨,班导师对待班会的态度,直接影响着学生对待班会的态度。因此,班导师必须严格要求自己,以高度的责任心投入到班会工作之中。班导师对班会的内容、形式与大学生进行研究,达成共识后一锤定音,不再更改,但要把握好班会的方向;之后,班导师要根据内容,与班干部讨论,从而采取好的形式,精心设计班会,确保每次班会都在班导师的宏观指导之下完成,可以防止大学生在一些问题把握上的不稳定性,班会的威信也可以更好地在大学生中确立起来。同时,班导师在班会上要用饱满的热情真诚地赞美一切美的事物和现象,抨击各种不良的行为。要将自己的人格与正义融入一言一行中,用楷模的力量去引导学生,熏陶学生,启迪学生的道德觉悟,增强学生的道德意识,培养学生的道德责任感。随着班导师指导班会的次数增多,学生干部就会汲取经验,掌握举行班会的重点与要点,这时班导师就可以放权交给学生自行开展,但也要定时参与到班会当中来。
(二)丰富内容
结合国际、国内大事,重要节日、纪念日,学校、院系的工作状况班级工作的实际以及大学生学习、生活和心理上的需要,广泛宣传和教育学生所关注的问题,交流解答疑难困惑,并将社会主义荣辱观等重要内容渗透进来,使班会不再是追求形式的敷衍,而令学生确有收获。这样,在满足大学生的需求的同时,也取得了意想不到的德育效果。
(三)适度安排班会组织的频率与时间
尽量少占用学生的课余时间,做到数量适中但却不失为精华。丰富班会开展的形式,可以采用不同学生轮流主持,演讲,小组讨论,辩论赛的形式,使更多的学生更好地参与进来。最好还能将班会的地点扩展到室外,举行一些主题活动,实践演练,帮助学生在实际参与中了解班会的内容和要旨,并产生对班会工作的信心与浓厚兴趣,从而获得学生们的支持。
引言
大庆油田是我国最大的油田,是我国重要的能源基地,全国40%的原油来自大庆,油田企业每年都有大量的新增建设用地,每年都有新打的井,对土地的依赖性强,且在占用土地上具有点多、面广、量大等特点,因此,对于油田企业来说,切实加强土地资产的经营管理,合理利用土地资源,确保其保值增值,具有特别重要的现实意义。大庆油田建设过程中涉及众多的土地产权问题。土地问题处理好了,有利于大庆油田20年原油持续稳产4000万吨有利于大庆经济的繁荣发展,有利于社会的稳定。实际工作过程中,应该依据国家有关法律、法规和政策以及大庆油田的实际情况,妥善处理好土地问题。
1、油田土地管理工作的现状
土地属于重要的资源,又是重要的资产,土地管理应该坚持资源资产并重管理,管理的基本原则是:有序在偿、供需平衡、结构优化、集约高效。油田土地管理工作是油田工程建设的前提保障,近年来,全国正在开展土地管理调研,国家对土地管理的要求也进一步加强,油田单位应该结合实际,深入基层,加强管理,严抓违法案件,继续做好土地管理工作。
近年来,大庆油田在建设用地程序上,严格依据国土资源部《建设项目用地预审管理办法》、《黑龙江省建设用地审批流程、建设用地预审程序》等相关管理制度,对油气田建设每宗地的取得和使用,都依法按程序办理,足额及时上缴全部税费,认真履行建设用地合同各项条款,切实做好土地资料建档归档工作;历年来没有发生一起因用地问题引发的纠纷。同时,油田公司把集约节约用地放在各项工作的首位;在站(所)选址,井场勘探,油气管道铺设,道路建设项目中,做到了“三多、三少、一禁止”(即:多用荒地、多用沙地、多用坡地;少用平地、少用耕地、少用园地;禁止用基本农田)。积极简化流程工艺,科学合理布井,推广应用多井组的集约节约用地方式,节约用地成效显著。
2、油田企业土地资产管理常见问题
全国各油田有一个普遍的现象,油田占地面积广,土地资源丰富,近年来,土地管理越来越规范,但在土地管理方面难免也存在一些问题。
2.1存在土地荒芜现象
一直以来,在土地使用方面存在一些问题,例如:管理不善,节约意识淡薄,土地有效利用率偏低,存在闲置、浪费的现象。甚至存在无任何许可的情况下,圈地搞工程、搞项目,工程多年不开工,用地一直空闲,造成严重浪费。
2.2重视征地,轻视管理
油田企业为了油田开发的需要,每年都要投入大量资金,投资建设的第一环节就是征用大量土地资源,在一定意义上可以说,土地资源是油田的最宝贵固定资产,是企业资产的重要组成部分。但是长期以来,许多油田企业缺乏土地管理意识,不够重视土地管理工作,多头管理现象严重,管理机构不健全,或管理人员岗位变换频繁,相关存档资料分散或遗失,归档不及时,以及机构变动时移交手续不规范,造成了许多珍贵的土地历史资料遗失,有时甚至因无法找到相关证明材料,不得不重复交费,重新办理用地手续等,给企业带来了无可挽回的经济损失。
2.3建设用地协调管理难度不断增大
随着油田开发的需要,建设项目不断增加,部分油气勘探建设项目占压农民耕道、桥梁、林地、经济作物现象时有出现,项目涉及地方公路、建筑物、河流的穿越、搭头等,对民用供水、供电、通讯线路进行改道情况时有发生。由于施工人员与所处地区人员存在较大文化差异,加之用地政策、补偿标准等缺乏统一标准,基本是多头管理,与地方协调起来较为困难,严重时出现地方人员围堵工地、阻挠施工现象。
3、加强油田企业土地资产管理的措施
3.1构建土地资源信息化档案
随着计算机技术的不断发展,在土地管理工作中,应该结合实际工作引进软件,逐步建立起信息化土地资产管理新模式,开发功能强大的土地资产管理信息网络系统。在系统内,实现企业管理的各个功能,为企业各部门提供方便,如:实现固定资产、流动资产、房产的相互连接,实现土地管理信息的共享、共用,实现土地应用信息的查询、上报、下发、智能化,从而不断提高土地管理部门的工作效率,为企业领导及各专业部门进行决策提供重要参考数据。
3.2重视规划,提高土地利用率
油田建设用地应以可持续发展为指导,以节约用地为方针,遵循相关“十二五规划”建设用地要求,在建设初期要进行全面考察,科学用地,按需用地,科学规划,并将规划进行科学计算,贯彻落实到实际工作中,促进土地资源的合理利用和开发。此外,要从石油技术等方面来减少土地资源的应用,如:①提高钻井技术,从节约用地的角度出发,在新钻井方面要灵活运用水平井、定向井等多种钻探方式;②在钻井施工前,应该优化方案设计,减少占用土地,减少占用耕地,提高土地资源的利用率,降低钻井施工成本,在施工过程中,应尽量少修路,充分利用现有公路条件;③对报废井场积极实施退耕,减少已占土地数量。
3.3加强用地协调,科学合理用地
油田土地管理部门,应该从大局出发,确保油田建设用地征用渠道的通畅,为公司的发展做后勤保障。在油田建设过程中,会遇到各种各样的土地问题,遇到各种困难,在困难面前,土地部门的管理人员,应该树立信息,积极协调地方,对地方组织、个人无理阻挠油气田建设征地进程,故意妨碍工程建设的行为、事件,坚决依法追究当事人责任。积极协助地方土地执法、交通、公安部门开展社会环境综合治理,坚决惩治滋事闹事者,保证油气田建设用地征用的正常工作秩序。
3.4提高认识,树立土地管理新观念
武大伟指出,我们前进的道路上还有很多困难需要共同克服,还有很多障碍需要我们共同跨越。希望各方继续以灵活务实和建设性的态度参加会议,为顺利完成本次会议的各项议程做出积极贡献。
朝方代表团团长金桂冠重申,朝落实“9・19共同声明”和“2・13共同文件”,通过对话实现半岛无核化的意志没有变化。希望六方增进互信,坚持“承诺对承诺,行动对行动”的原则,履行各自的责任和义务。金桂冠表示,如其他有关方如期履行承诺,朝做好了关闭并封存宁边核设施,并接受国际原子能机构监督和验证的准备。
美方代表团团长希尔说,美朝已就解决朝鲜在汇业银行被冻结资金问题达成谅解,现应集中精力讨论如何落实起步阶段行动以及确定下一阶段行动计划和实现东北亚和平与安全的路线图。各方应保持目前的良好势头,继续推动六方会谈进程。
韩方代表团团长千英宇、日方代表团团长佐佐江贤一郎、俄方代表团团长洛修科夫分别发言表示,落实共同声明起步行动开端良好,有关国家之间开启关系正常化谈判和国际原子能机构总干事巴拉迪访朝值得欢迎。各方应在对话中不断增进互信,加强合作,兑现各自承诺,落实好起步行动,规划好今后的步骤,为实现半岛无核化和东北亚和平与安全的目标共同努力。
当天下午,六方举行了团长会,主要听取了各工作组工作进展汇报。各方就工作组今后工作的职责、任务和方式进行了讨论。武大伟在总结发言中说,五个工作组相继启动,反映出六方履行承诺,落实起步行动的诚意。工作组是六方会谈机制的重要组成部分和会谈取得进展的基础,应予以高度重视,使其发挥更大作用。
3月20日,第六轮六方会谈进入第二天,中方分别与其他五方举行了双边磋商,但原计划下午召开的团长会没有举行。
六方会谈中方代表团发言人秦刚向记者表示,当天各方进行了密集的双边磋商,各方就如何落实起步阶段行动以及下一阶段行动计划交换了意见,会谈在期盼的气氛中进行。
3月21日,秦刚在六方会谈新闻中心举行吹风会时说,朝核问题第六轮六方会谈由于在个别问题上有技术性困难,“各方同意有必要把会期适当延长,具体延长多久,要看会谈进展情况。”
秦刚表示,技术问题需要有关机构依法妥善解决,有关各方都在为此积极努力。六方决定适当延长会期的目的,就是希望有更多时间讨论涉及本轮会谈的议题。
会谈三天来,已经进行了会议的第一个议程,第二、三个议程还没来得及在团长会上讨论。但在双边磋商中,各方已就第二、三议程交换了意见。
3月22日,第六轮六方会谈第一阶段会议在京结束。武大伟强调指出,推动六方会谈进程,实现朝鲜半岛无核化目标,实现东北亚地区有关国家关系正常化,对于实现东北亚的长治久安非常重要。中国政府愿意继续为实现这个目标发挥积极和建设性的作用。
当天,武大伟在北京宣读了第六轮六方会谈第一阶段会议《主席声明》。全文如下:
主席声明
(2007年3月22日)
2007年3月19日至22日,第六轮六方会谈第一阶段会议在北京举行。
各方听取了五个工作组的报告,就落实起步行动和下一阶段行动计划进行了探讨。
各方同意继续推动六方会谈进程。各方重申将认真履行在“9・19”共同声明和《落实共同声明起步行动》共同文件中做出的承诺。
各方同意暂时休会,尽快复会,继续讨论和制定下一阶段行动计划。
第六轮六方会谈第一阶段会议结束后,武大伟于22日晚举行了新闻会。在谈及六方会谈进程时,武大伟说,六方会谈前进过程当中注定是要出现各种各样的曲折和困难。原因不在别的,就在于六方要寻找各自利益的结合点。六方现在都坐在同一条船上。这条船已经起航,谁也下不去了,只能团结一致共同前进。我们今后的任务是共同努力,把握好这条船的航向,避免它触礁,使这次航程成功抵达目的地。
他说,第六轮六方会谈第一阶段会议遇到了一些意想不到的问题,比如汇业银行涉朝资金转移问题。有关各方都在寻找妥善的解决办法。我们遇到的一个现实问题,就是这笔资金由谁来转移。这件事情的核心,就是这个问题本身不是由政府来决定的,就像我们要卖一件东西,我们不能强迫任何人去买;我们要给别人送钱,也必须有人要才行。中国实行社会主义市场经济体制,中国银行能不能够承担起这个责任,我们需要同银行部门商量。他们有自己的关切,政府要协助解决。美国银行如果愿意承担这项义务,也需要美国政府解决美国银行的关切。韩国有一家外汇银行在朝鲜境内经营,我曾经向韩国同事建议,他们能不能够考虑这个问题。他们也很慎重。武大伟说,我们现在找的不是哪一方认为合适的办法,而是我们大家都认为合适的办法。在两个人之间找到共同利益比较容易一些。现在是六方,要找到共同利益和大家都能接受的办法就需要时间。重要的是,这个问题不会成为六方会谈前进的障碍。我们有能力、有信心解决这个问题。
武大伟表示非常感谢中国银行为解决这个问题所作出的认真思考。他指出,有人认为中国银行不愿意接受这项工作是这次六方会谈没有取得进展的原因。这种看法是不对的。现在真正同各方交换意见的只有中国银行一家。有关的讨论还在进行当中。中国银行是很有勇气的。但是他们的一些关切还没有得到完全解决。我们愿意同其他各方共同创造条件,使这个问题得到妥善解决。在刚刚结束的团长会上,我们再次相互确认要共同努力,解决好这个问题。我们相信能够找到一种妥善的解决办法,相信六方会谈会不断前进。困难总是会有的,但是我们有能力克服困难。六方对六方会谈的前景非常乐观。这标志着六方会谈机制正在按照既定的任务顺利进行。六方的承受能力都大大增强。刚才大家提到的问题翻不了六方会谈的船。我们还会乘风破浪,勇往直前。
朝鲜代表团团长金桂冠和俄罗斯代表团团长洛修科夫于当天下午离开北京回国。离开前,均未发表评论。
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3月15日,六方会谈五个工作组之一、由韩方担任组长的经济与能源合作工作组会议在韩国驻华使馆举行。
六方会谈韩国代表团团长、外交通商部次官补千英宇和其他五方有关官员参加会议。
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3月16日,六方会谈东北亚和平与安全机制工作组会议在俄罗斯驻华使馆举行。俄方特使拉赫马宁与中国、朝鲜、韩国、美国和日本的有关官员参加了此次会议。
东北亚和平与安全机制工作组是六方会谈的5个工作组之一,由俄方担任组长。
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开幕式后举行了全体会。各方团长在坦率、务实的气氛中就有关问题发表了各自的看法和主张,一致重申了坚持六方会谈,通过对话以和平方式解决朝鲜半岛核问题,实现半岛无核化的意志和决心,表示要以积极认真的姿态进行会谈,克服各种困难和挑战,争取就落实共同声明起步阶段的行动达成共识,不断推动六方会谈进程。
2月9日上午,第五轮六方会谈第三阶段会议举行了团长会议,下午又是一系列双边磋商,本阶段会谈进入“磨合期”。
中国代表团当天分别与朝鲜、俄罗斯、韩国、日本、美国代表团进行了双边接触。双边接触前,六方团长举行了近两个小时的小范围会议。
此外,当天中午美朝双方代表团团长进行了会谈,并且在北京金融街的丽斯卡尔顿酒店共进了午餐,这是美朝在此阶段六方会谈期间的首次双边接触。
午餐后,朝鲜代表团团长金桂冠表示:“我和希尔就推动会谈取得进展的方案交换了意见。我们已经就一些问题达成了共识。但是,整体上仍然有分歧,我们正在努力增加共识。”
而美国代表团团长希尔则向媒体透露:“我们综合讨论了‘9・19共同声明’所涉及的一切议题。朝鲜在弃核起步阶段应采取的行动全部包含在声明里,没有新内容。但是‘9・19共同声明’中哪些内容将被列入此次的协议草案,哪些内容需要等到3月份以后考虑,还要经过进一步的磋商。”
希尔同时表示,美方对会谈进程持谨慎乐观的态度。
除此之外,美朝双方还就中方提出的协议草案进行了商谈,希尔对此表示:“我们努力就协议上的文字进行磋商,而且还要保证双方对于文字表达意思的理解是一致的,这是很困难的事情。”
此前,韩国、日本以及美国代表团都已经证实中方向其它各方提出一份协议草案,但各代表团均未正式透露草案内容。韩国代表团副团长任圣南当天表示,各方对中方提出的草案“在大的框架内达成相当程度的共识”。
据俄罗斯驻华使馆新闻处处长伊萨耶夫介绍,此份草案包括建立5个工作小组,将就朝鲜弃核后的一系列问题展开实质性的工作。其一是由专家组成的工作小组直接就朝鲜停止核武项目问题开展行动。另外4个工作小组负责相应的4个主题:援助朝鲜项目,包括经济和能源援助、东北亚安全合作问题,剩下的两个则是朝鲜与日本、美国关系正常化问题。此外,中方的提议还包括在2个月左右的时间内,朝鲜冻结自己的核项目,其中包括宁边反应堆,以交换对平壤的能源援助。
各方围绕几方面议题展开讨论,将构成起步阶段行动计划的基础。但是各方对草案仍存一定的分歧,其中最大的障碍是美国再次提出将“冻结”朝鲜宁边核设施改为“拆除”的建议,而朝鲜则坚决予以反对。
当晚,外交部副部长戴秉国在钓鱼台国宾馆会见了参加第五轮六方会谈第三阶段会议的各国代表团团长。
戴秉国对六方重聚北京表示欢迎。他指出,事实证明,六方会谈是解决朝鲜半岛核问题的有效机制。落实好共同声明是六方的共同愿望,也是国际社会的普遍期待。两天来,各方进行了认真的讨论。相信只要各方抱有诚意,坚持不懈,认真谈判,就一定能够克服困难,为落实共同声明开好头、起好步,推动六方会谈不断取得进展。
各方团长对中方为推动六方会谈作出的建设性努力予以高度赞赏,表示通向半岛无核化的道路充满希望,也有坎坷。各方愿共同努力,缩小分歧,扩大共识,切实落实共同声明,朝着既定的目标一步步迈进。
2月12日,会议进入第五天,也是关键的一天。从当天上午10时开始,会谈各方已经进行了约16个小时的紧张磋商,继续为达成各方都能认可的书面协议做最后的努力。
据六方会谈新闻中心的消息,当天会谈各方举行了“车轮战式”的双边磋商。其中,日本和朝鲜代表团举行了此次会议以来首次双边磋商,磋商持续约一个小时。朝鲜和美国代表团也举行了至少两次双边磋商。
2月13日下午,第五轮六方会谈第三阶段会议在钓鱼台国宾馆举行了全体会和闭幕式。武大伟主持了会议。
武大伟说,在各方共同努力下,本次会议就落实共同声明起步行动达成重要共识,这标志着六方会谈和朝鲜半岛无核化进程又向前迈出了重要而坚实的一步,有利于半岛和东北亚地区的和平、稳定与发展,有利于有关国家改善和发展相互关系,也有利于构筑和谐东北亚新格局。
武大伟对各方在会谈中顾全大局、显示灵活、相向而行的积极态度和做出的建设性努力表示赞赏,希望各方履行相应义务,尽快启动相关工作,落实好起步阶段各项行动和措施。
武大伟表示,希望六方协调一致,乘风破浪,把六方会谈的航船驶向和平、发展、合作、共赢的彼岸。
会议以全体起立鼓掌方式通过了落实共同声明起步行动文件(全文另载),并决定第六轮六方会谈于3月19日在北京举行。
当天下午,国务委员唐家璇在钓鱼台国宾馆会见了出席第五轮六方会谈第三阶段会议的各方代表团团长。
唐家璇代表中国政府对各方经过艰苦努力,就落实共同声明起步行动达成共识,第五轮六方会谈取得积极成果表示祝贺。他说,六方不仅确定了落实共同声明起步阶段的具体行动,还就如何落实的机制达成了共识,这是六方会谈取得的一个重大突破,标志着朝鲜半岛无核化进程迈入实质性阶段,充分体现了各方通过和平协商实现半岛无核化的政治意愿。
唐家璇说,这次会议取得积极成果的重要意义之一,就是展示了六方会谈的生命力,证明六方会谈是解决半岛核问题的现实有效途径,是各方通过对话增进理解与信任、通过合作构筑和谐东北亚新格局的重要平台,也证明通过对话协商和平解决国际争端是一条正确、可行的道路。
唐家璇指出,继续推动实现半岛无核化进程,实现有关国家关系正常化,维护东北亚地区和平与稳定,符合各方根本利益。希望各方继续努力,显示政治意志和智慧,体现灵活与耐心,在任何情况下都要坚持对话解决的方向,认真履行各自的承诺,不断推动六方会谈继续取得更大的成果。唐家璇表示,中国政府坚定支持本次会议达成的文件,愿意承担相应的义务。
朝、日、韩、俄、美5方团长高度赞赏中方为推动本轮会谈取得成果所发挥的重要作用,一致表示本次会议是半岛无核化进程中新的里程碑,各方愿认真履行各自承担的责任和义务,兑现承诺,实施好起步阶段的行动,在共同推动六方会谈进程中不断增进互信,加强合作,致力于实现东北亚地区持久和平、稳定与繁荣。
本书共有4章。1 离子激励工艺方法;2 借助带电粒子的半导体嬗变掺杂;3 利用辐射缺陷的半导体掺杂;4 隐埋多孔及损伤层的形成。
本书是世界科技出版社出版的《电子学和系统问题精选》丛书第37卷。本书的第一作者在圣彼得堡理工大学任教,第二作者在俄罗斯RAS俄罗斯科学院所属微电子学与高纯度材料研究所任职。本书引用的参考资料超过400种。对半导体电子学和固态辐射物理感兴趣的科学家、技术人员和学生将会从中受益。
胡光华,高级软件工程师
LED发光二极管,也叫作光发射二极管(Light EmittingDiode,简写为LED)。是一种可将电能转变为光能的半导体发光器件,属于固态光源。它是利用固体半导体芯片作为发光材料,当两端加上正向电压,半导体中载流子发生复合,放出过剩能量而引起光子发射产生可见光。近年来随着LED芯片技术的提高、价格的降低以及相关驱动电路的成熟,使LED光源在照明领域的应用成为可能。尤其在目前全球范围能源紧张,中央政府大力提倡“节能降耗”的宏观环境下,大力推广LED照明必将产生重大的经济效益和社会效益。
1.LED光源的优点
LED的发光原理是利用半导体中的电子和电洞结合而发出光子,不同于白炽灯丝需要在3000度以上的高温下工作,也不必像荧光灯需使用高电压激发电子束,LED和一般的电子组件相同,只需要2~4伏特(V)的电压,在常温下就可以正常动作,因此其寿命也比传统光源来得更长,可达10万小时以上,被称为长寿灯。因LED光源工作电压低,所以安全可靠,人体接触无危险。
LED光效可达200lm/w,白炽灯的发光效率是8~15 lm/ W左右,普通T-8卤素荧光灯光效为40 lm/ W,相同照明效果比传统光源节能很多。免费论文参考网。并且LED还有毫秒级的通断时间,这也是一般传统光源无法达到的。
LED所发出的颜色,主要取决于电子与电洞结合所释放出来的能量高低,也就是由所用的半导体材料的能隙所决定。同一种材料的波长都很接近,因此每一颗LED的光色都很纯正,其光谱中无紫外线,故无热量,无辐射损失,不会形成光污染,是真正环保的绿色光源。
LED芯片大小可以根据用途而随意切割,常用的大小为0.3~1mm左右,跟传统的白炽灯或荧光灯相比,体积相对小得多。为了使用方便,LED通常都使用树脂包装,做成5mm左右的各种形状,十分坚固耐震。
LED光源方便管理,具有集中控制和分散控制或对点进行可调节性控制等多种方式。通过控制电流调光,不同光色组合以调色,加上控制电路以达到多种动态变化效果。
2.LED照明的应用现状
2003年6月,我国由科技部在“863”计划的支持下,在照明领域及时启动了“国家半导体照明工程”。免费论文参考网。2004年4月,科技部确定工作重点――发展新型照明行业,并确定福建厦门、上海、大连和江西南昌为首批四个国家半导体照明产业基地。通过“863”计划等科技计划的支持,我国已经初步形成从外延片生产、芯片制备、器件封装集成应用的比较完整的产业链。
在刚刚闭幕的2008年北京奥运会上,科技含量最高的场馆――“水立方”外表的绚丽色彩就是来源于LED照明,仅这一项,就比普通照明节电60%以上 。国家863计划重大科研课题“国家游泳中心半导体照明规模化系统集成技术研究”和北京市的“LED在国家游泳中心建筑物景观照明上的应用研究”两项科研课题,取得的一系列技术突破,为“水立方”的景观照明提供了坚实的科技支撑。“水立方”采用空腔内透光的照明方式,是目前世界上最大的膜结构建筑的LED景观照明方案。该方案采用单颗1W大功率LED光源,光源具有长寿命、易集成、快响应、利环保、高节能、光分布易于控制、色彩丰富等特点。
据相关报道,目前山东省潍坊市实施了大功率LED照明示范工程,利用自主开发的新型高效节能环保LED路灯,大规模推广应用城市绿色照明系统。已安装大功率LED路灯接近11000盏,在维持道路照度相同(或更优)并满足建设部道路照明标准的前提下显示了非常显著的节能效果,实测与高压钠灯相比节电69%,与金卤灯相比节电70%以上。LED路灯每天节电超过2.4万度,一年节电超过890万度,再加上减排的二氧化硫、二氧化碳和粉尘,社会和经济效益显著。
更多LED照明的相关资料表明,经过2004-2006年的导入期,中国现在已有多个城市正在大力实施LED城市景观与道路照明工程,以节能降耗面对日益严峻的全球能源紧缺形势。
3. LED照明的应用前景
目前,照明消耗约占整个电力消耗的20%,大大降低照明用电是节省能源的重要途径。LED正以其固有的优越性吸引着世界的目光。免费论文参考网。 美国,日本等国家及台湾地区对LED照明效益进行了预测,美国55%的白炽灯、日光灯被LED取代,每年可节省350亿美元电费,每年可减少7.55亿吨二氧化碳排放量。日本100%的白炽灯换成LED,可减少1-2座核电站发电量,每年可节省10亿公升以上原油消耗。台湾地区25%的白炽灯及100%日光灯被LED取代,每年可节省110亿度电。
举世瞩目的2008年北京奥运会和2010年上海世博会都不约而同地以围绕绿色节能为主题,这给中国LED照明产业的发展带来了巨大的历史机遇。据国内知名研究公司驰昂咨询(Sinotes)近日的预测,在奥运、世博的强力带动下,中国LED照明市场规模将从2007年的48.5亿元快速增长至2010年的98.1亿元。
在全球能源短缺、环保要求不断提高的情况下,凭借LED照明技术的亮度高、使用寿命长、节能、绿色环保等显著优势,伴随LED技术的飞速发展,使LED成为普通照明光源的时日越来越近,必将成为人类照明史上继白炽灯、荧光灯之后新的照明革命。
参考文献
[1]国家半导体照明工程研发及产业联盟推荐性技术规范 LB/T001―2008
[2]《中国半导体照明产业发展年鉴2006》
它的应用范围覆盖半导体照明、新一代移动通信、智能电网、高速轨道交通、新能源汽车、消费类电子等朝阳领域。
它被视为未来支撑信息、能源、交通、国防等产业发展的重点新材料,将引领光电产业的新一轮革命。
它就是以碳化硅(SiC)、氮化铝(AlN)、氮化镓(GaN)等为代表的第三代半导体材料,如今世界各国争相布局的战略高地。
在世界范围内,第三代半导体材料在各个领域的产业成熟度各有不同,在某些前沿研究方向,仍处于实验室研发阶段。尽管我国起步较晚,发展较缓,无论基础研究还是产业化推进都仍有很长的路要走,但这并未影响该领域内科研人员潜心攻关、奋起直追的决心。
哈尔滨工业大学基础与交叉科学研究院宋波教授,就是奋战在我国第三代半导体材料研究最前沿的优秀科研人员之一。
他L期从事第三代宽禁带半导体材料的生长与物性研究,凝练了气相质量输运动态平衡控制及温场调控等关键科学问题,对碳化硅、氮化铝等光电功能晶体生长过程的动力学优化、关键工艺参数控制与物理性质调控等相互关联的科学问题开展了系统研究,成果颇丰。
雏凤新声,结缘宽禁带半导体
一代材料,一代器件,一场革命。材料的重要性,在半导体产业已经得到印证。
以硅(Si)为代表的第一代半导体材料,引发了电子工业大革命;以砷化镓(GaAs)为代表的第二代半导体材料,则拓展了半导体在高频、光电子等方面的应用,使人类进入光纤通信、移动通信的新时代。而如今,正是第三代半导体材料“大展身手”的时代。
第三代半导体材料又叫宽禁带半导体,是指禁带宽度大于2 eV(电子伏特)的一类半导体,以碳化硅、氮化铝、氮化镓、立方氮化硼(C-BN)等为主要代表。它们所表现出的高温下的稳定性、高效的光电转化能力、更低的能量损耗等绝对优势,吸引了业界的普遍关注,有望全面取代传统半导体材料,开启半导体新时代。
宋波进入这一领域是在博士阶段。那是2005年前后,他正就读于中国科学院物理研究所,师从我国著名晶体结构专家陈小龙研究员开展研究。当时国内宽禁带半导体研究起步不久,各项研究都非常薄弱。
2008年,宋波回到家乡哈尔滨,并在哈尔滨工业大学韩杰才院士引荐下加入该校基础与交叉科学研究院。在这里,宋波确立了宽禁带半导体生长与物性研究这一研究方向,立志从基础研究领域着手,改善我国关键性、基础性战略材料依赖进口的局面,促进宽禁带半导体材料和器件产业的发展,提升产业核心竞争力,缩小与西方国家的差距。
在近十年的研究过程中,宋波作为课题负责人承担了包括国家自然科学基金项目、总装“十二五”预先研究重点项目、科技部国际科技合作项目等在内的20多项科研项目,在J. Am. Chem. Soc., Nano Lett., Phys. Rev. Lett., Adv. Funct. Mater., Phys. Rev. B等国际著名SCI学术杂志上100余篇,论文被正面他引1000余次;获得授权发明专利13项。特别是在SiC基稀磁半导体和AIN基晶体生长研究方向,取得了一系列创新性成果,引领了国内外相关研究的进步,在行业内形成了一定的影响力。
层层深入,攻关SiC基稀磁半导体
稀磁半导体是自旋电子学的材料基础,能够同时利用电子的电荷属性和自旋属性,兼具半导体和磁性的性质,新颖而独特,是第三代半导体材料的热点研究之一。
现阶段,GaAs、GaN和ZnO基稀磁半导体的研究已经取得了突破性进展,但仍无法满足人们对自旋器件高温、高频、大功率和抗辐射等性能的要求,SiC基的出现恰逢其时。宋波在这一前沿方向进行了广泛而深入的研究,并取得了系列研究进展。
他提出了非磁性元素Al掺杂制备SiC基稀磁半导体,在200 K观察到了玻璃态的铁磁有序,同时实现了4H-SiC晶型的稳定可控。首次提出了非磁性元素掺杂AlN基稀磁半导体的研究思路,有效地避免磁性杂质的引入,为探讨稀磁半导体的磁性来源提供了理想的实验体系。
论文在2009年发表后,至今已被他引50余次,得到不少业内专业人士的直接认可,认为其启迪了思考。中国科学院外籍院士C.N.R. Rao教授就曾在论文中直言:宋等的工作显示了铁磁性不是来自磁性杂质而是来自于sp3杂化向sp3-sp2混合杂化转变的过程中所导致。
随着研究的不断深入,宋波的研究也渐入佳境――
同样在2009年,他利用在h-BN中的实验结果证实了美国布法罗州立大学Peihong Zhang教授等人的理论预言,即在带隙宽度达5.5 eV的h-BN中存在缺陷直接诱导的内禀磁性。这一成果获得了包括波兰科学院物理研究院O. Volnianska教授在内的业界专家的正面引用和广泛认可。
2010年,他提出了双元素(Al,TM)复合掺杂SiC基稀磁半导体的研究思路。在Al掺杂稳定4H-SiC晶型的基础之上,同时掺杂磁性过渡金属元素,来获得高Tc、高矫顽力和高剩磁的稀磁半导体。
2011年,他提出了采用缺陷工程调控半导体磁性的新方向。与合作者一起采用中子辐照在碳化硅晶体中诱导出了以硅-碳双空位为主的缺陷,在实验上给出了硅-碳双空位导致铁磁性的证据,并从理论上揭示了双空位产生磁性的物理机制,证实了磁性元素并非半导体磁性的唯一来源,为深入探究宽禁带半导体的磁性起源提供了新的科学认识。在此之后,国内外有超过18个研究小组开展了缺陷诱导半导体磁性的研究工作,并在相关论文中引用了他们的成果,将其列为缺陷导致磁性的典型例子。
把握前沿,初探AIN晶体生长
AlN基的高温、高频、高功率微波器件是雷达、通信等现代化军事和航天装备等领域急需的电子器件。
宋波介绍,与其它的半导体材料相比,AlN基低维材料的形貌较为单一,这导致对其新性质和新应用的探索受到了较大的制约。
因此,深入开展生长动力学研究,探究生长过程中质量输运-温场分布-成核动力学的内在关联,从微观机理上阐述物性变化的原因,探索新奇物理效应,成为制约宽禁带半导体发展的关键科学问题,同时也是一项亟待开展的基础性研究工作。
在这一研究方向,宋波同样取得了不俗的成绩――
(一)在AlN机理生长方面,首次发现本征的六重螺旋生长机制。
他@得了单晶AlN纳米和微米弹簧、AlN螺旋结构、AlN平面六边形环等新颖纳米结构,系统性研究首次发现AlN纳米/微米结构和AlN单晶都遵循六重对称的旋转生长机制。
这一发现极大地丰富了人们对于AlN晶生长机理的认识,对调控AlN生长形貌,获得大尺寸、低缺陷密度的AlN晶体具有重要参考价值。
(二)在AlN新物理性质探索方面,他首次在AlN微米螺旋结构中发现了时间长达300秒的长余辉效应。
研究中,他分别从理论和实验上对AlN螺旋结构中氮空位和铝间隙耦合效应进行了研究。首次发现氮空位和铝间隙的共同作用会诱导出新的能级,进而导致长余辉效应的显现。这一发现,丰富了人们对于AlN基本物理性质的认识,为设计和制造新型AlN基光电子器件提供理论指导。
在AlN纳米线螺旋结构的力学测试中首次发现了AlN单晶螺旋中存在弹性形变。该发现为制备AlN基纳米器件提供了进一步的认识。
(三)在AlN晶体生长方面,突破了多项关键技术,包括形核温度控制技术、晶粒长大过程控制技术、形核控制技术等。
研究中,宋波掌握了包括电阻率及均匀性控制技术、多型缺陷浓度控制技术以及晶体质量稳定性控制技术等在内的多项关键技术,获得了高质量的晶体材料。
他所获得的直径达35mm的双面抛光片,位错密度小于107个/cm2,申报了国家发明专利7项,研究水平居于国内领先地位。
他重新设计和研制了全钨的晶体生长炉、AlN原料原位补充系统和垂直梯度坩埚。试验结果表明,采用新的生长组合系统大大提高了AlN的晶体质量,其中AlN晶体的主要缺陷密度,特别是O(氧)含量降低了约3个数量级,电阻率提高了约2个数量级,为进一步获得高质量的AlN晶体提供了技术支撑。
多年来,宋波非常在意与国际学者的交流与合作,不仅承担了科技部国际科技合作项目,还在多年的研究中与美国威斯康星大学麦迪逊分校Song Jin教授、西班牙科尔多瓦大学Rafael Luque教授建立了广泛的合作关系。特别值得一提的,是在对俄对乌合作方面,宋波与俄罗斯科学院固体物理研究所国际知名晶体学家Vladimir Kurlov教授、国际SiC晶体生长专家Yuri Makarov教授,以及俄罗斯科学院西伯利亚分院半导体研究所的Oleg Pchelyakov教授、Valerii Preobrazhenskii教授建立了密切的合作关系,曾多次出访俄罗斯与乌克兰相关科研机构,为推动双方的科技交流合作作出了重要贡献。