時(shí)間：2023-07-24 16:32:57
導(dǎo)語(yǔ)：在半導(dǎo)體材料設(shè)計(jì)的撰寫旅程中，學(xué)習(xí)并吸收他人佳作的精髓是一條寶貴的路徑，好期刊匯集了九篇優(yōu)秀范文，愿這些內(nèi)容能夠啟發(fā)您的創(chuàng)作靈感，引領(lǐng)您探索更多的創(chuàng)作可能。
關(guān)鍵詞：半導(dǎo)體制冷技術(shù)； 小型恒溫箱； 應(yīng)用
1.國(guó)內(nèi)外研究概況
就我國(guó)而言，對(duì)于半導(dǎo)體制冷技術(shù)的研究最早開始于上世紀(jì)50年代末60年代初，愛60年代中期，我國(guó)的半導(dǎo)體材料研究取得了一定程度的進(jìn)步，所研究的半導(dǎo)體材料的性能已經(jīng)能夠與國(guó)際水平相符合。然后，從上世紀(jì)60年代末期開始到80年代初期，這段時(shí)間是我國(guó)半導(dǎo)體制冷片技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期，在這這一時(shí)期之內(nèi)，我國(guó)的半導(dǎo)體制冷技術(shù)研究取得了關(guān)鍵性的突破，主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：一方面，半導(dǎo)體制冷材料的優(yōu)值系數(shù)得到了一定程度上的提高；另一方面，就半導(dǎo)體制冷技術(shù)的應(yīng)用方面而言，其應(yīng)用層次更深，應(yīng)用范圍也更為廣泛。
2.工作原理分析
在半導(dǎo)體制冷技術(shù)當(dāng)中，有一個(gè)核心材料，即半導(dǎo)體制冷片，它又被稱作為熱點(diǎn)制冷片。其優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)為半導(dǎo)體制冷片之中不含有滑動(dòng)部件，且無(wú)制冷劑污染的場(chǎng)合。但是也存在著一定程度上的缺陷，主要表現(xiàn)為應(yīng)用在一些空間會(huì)受到相應(yīng)的限制。一般情況下，半導(dǎo)體制冷片的工作運(yùn)轉(zhuǎn)主要是通過(guò)直流電流為其進(jìn)行供電，因此，它可以達(dá)到制冷以及加熱的雙重效果，而這一效果的主要是通過(guò)對(duì)直流電流的極性進(jìn)行一定程度上的改變來(lái)進(jìn)行有效實(shí)現(xiàn)的。對(duì)于一個(gè)單片制冷片而言，它主要是由兩片陶瓷片組成，在陶瓷片的中間存在著相應(yīng)的N型與P型的半導(dǎo)體材料。半導(dǎo)體制冷片之所以能夠有效的運(yùn)行，主要是通過(guò)以下的原理實(shí)現(xiàn)的：將一塊N型半導(dǎo)體材料與一塊P型半導(dǎo)體材料進(jìn)行一定程度上的聯(lián)結(jié)，這樣一來(lái)，就形成了電偶對(duì)，當(dāng)有直流電在這一電路中進(jìn)行流通時(shí)，就會(huì)發(fā)生一定程度上的能量轉(zhuǎn)移，電流從N型半導(dǎo)體材料流入到P型半導(dǎo)體材料的接頭，并對(duì)熱量進(jìn)行一定程度的吸收，成為冷端；而當(dāng)電流從P型半導(dǎo)體材料流入到N型半導(dǎo)體材料的接頭并釋放能量，就形成了熱端。
3.原理方案設(shè)計(jì)及工藝流程
半導(dǎo)體制冷不需要制冷劑，所以不需要考慮破話壞臭氧層問(wèn)題；由于沒(méi)有運(yùn)動(dòng)構(gòu)件，噪音非常小而且體積也很小。由于這兩方面的突出優(yōu)點(diǎn)，我們這里利用了半導(dǎo)體芯片，熱交換器、隔熱箱、風(fēng)扇安裝了小型恒溫箱。
①芯片安裝：芯片安裝對(duì)一塊半導(dǎo)體芯片進(jìn)行一定程度上的使用；為了對(duì)冷熱端斷路進(jìn)行有效的防止，在芯片的通過(guò)運(yùn)用隔熱板來(lái)達(dá)到隔熱效果；散熱板的安裝。
②電路接線：芯片接線與風(fēng)機(jī)采用并聯(lián)形式，由電源直接進(jìn)行一定程度的供電。除此之外，對(duì)無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)電壓進(jìn)行了有效運(yùn)用，這樣一來(lái)，就可以根據(jù)溫度的變化來(lái)對(duì)電壓的高低進(jìn)行一定程度的調(diào)節(jié)。
③外殼安裝：外殼主要使用泡沫封裝，只留封口和引線位置。尺寸是200mmX150mmX150mm3、用保溫棉保溫，同時(shí)在機(jī)箱外殼之上對(duì)散熱裝置進(jìn)行了有效的設(shè)置。
4.半導(dǎo)體制冷系統(tǒng)的功能及特點(diǎn)分析
將半導(dǎo)體制冷技術(shù)應(yīng)用于小型恒溫箱之中，形成了一種新型的空調(diào)系統(tǒng)，較之于傳統(tǒng)的功能系統(tǒng)，這種新型空調(diào)系統(tǒng)表現(xiàn)出較大的優(yōu)越性，其特點(diǎn)主要表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：
（1）在這一制冷系統(tǒng)當(dāng)中，不再需要任何制冷劑，且當(dāng)系統(tǒng)處于運(yùn)行狀態(tài)之中，具有較強(qiáng)的連續(xù)性。同時(shí)，正是不需要任何制冷劑，使得這一系統(tǒng)沒(méi)有污染源、沒(méi)有相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)部件，這樣一來(lái)，就不會(huì)產(chǎn)生回轉(zhuǎn)效應(yīng)，進(jìn)而對(duì)減震抗噪的效果起到一定的促進(jìn)作用。除此之外，這種制冷系統(tǒng)使用壽命較長(zhǎng)，且安裝過(guò)程簡(jiǎn)單方便。
（2）這一新型制冷系統(tǒng)中有效運(yùn)用了半導(dǎo)體制冷片，因此能夠?qū)χ评渑c加熱兩種效果進(jìn)行有效的實(shí)現(xiàn)。根據(jù)相關(guān)實(shí)踐表明，這一系統(tǒng)的制冷效率一般不高，但在制熱方面，系統(tǒng)發(fā)揮出十分高的效率，永遠(yuǎn)大于1.因此，只需要對(duì)一個(gè)片件進(jìn)行有效的使用，就能夠?qū)Ψ至⒌募訜嵯到y(tǒng)以及制冷系統(tǒng)進(jìn)行一定程度上的替代。
（3）半導(dǎo)體制冷片是電流換能型片件，通過(guò)對(duì)輸入電流進(jìn)行一定程度上的控制，就可以對(duì)溫度進(jìn)行有效的控制，且這種控制能夠達(dá)到高精度的要求。除此之外，再加之溫度的檢測(cè)與控制手段，就能夠進(jìn)一步對(duì)遙控、程控以及計(jì)算機(jī)控制進(jìn)行有效的實(shí)現(xiàn)。這樣一來(lái)，這一系統(tǒng)的自動(dòng)化程度也得到了較大程度上的提升。
（4）對(duì)于半導(dǎo)體制冷片而言，它具有相對(duì)較小的熱慣性，因此制冷系統(tǒng)的制冷、制熱時(shí)間相對(duì)較快，在熱端散熱良好冷端空載的情況下，通電不到一分鐘，制冷片就能達(dá)到最大溫差。
（5）一般情況下，對(duì)于單個(gè)制冷元件而言，它難以發(fā)揮出很大的功率，但如果將之進(jìn)行一定程度上的組合，使其成為一個(gè)電堆，用同類型的電堆串、并聯(lián)的方法組合成制冷系統(tǒng)的話，就可以對(duì)其系統(tǒng)進(jìn)行有效的擴(kuò)大。正是因?yàn)檫@一原因，制冷系統(tǒng)的功率的范圍非常大，既能是幾毫瓦，也能是上萬(wàn)瓦。
5.結(jié)束語(yǔ)
本文主要針對(duì)半導(dǎo)體制冷技術(shù)在小型恒溫箱的應(yīng)用進(jìn)行研究與分析。首先對(duì)國(guó)內(nèi)外的研究狀況進(jìn)行了一定程度上的介紹，然后在此基礎(chǔ)之上闡述了制冷系統(tǒng)的工作原理。最后重點(diǎn)分析了半導(dǎo)體制冷系統(tǒng)的功能及特點(diǎn)。希望我們的研究能夠給讀者提供參考并帶來(lái)幫助。
參考文獻(xiàn)：
[1] 王軍，唐新峰，張清杰. p型Bi2Te3CoSb3系結(jié)構(gòu)梯度熱電材料性能研究[J]. 武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào). 2004（10）
[2] 馬秋花，趙昆渝，李智東，劉國(guó)璽，葛偉萍. 熱電材料綜述[J]. 電工材料. 2004（01）
【關(guān)鍵詞】有機(jī)電子器件 光探測(cè)器 光敏二極管 光敏晶體管
1 引言
隨著科技的不斷發(fā)展，大面積、低成本、柔性、輕巧便攜成為人們對(duì)新一代電子器件的追求目標(biāo)。π共軛有機(jī)小分子半導(dǎo)體和聚合物半導(dǎo)體由于可利用低成本高效率的印刷方式制備大面積柔性器件，目前已成為研究的熱門材料。通過(guò)分子結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，材料的光電性質(zhì)也會(huì)隨之改變，這也使得有機(jī)發(fā)光二極管（OLEDs），有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管（OFETs），有機(jī)光伏器件（OPVs），有機(jī)記憶存儲(chǔ)器及有機(jī)傳感器得到了很大的發(fā)展。
光探測(cè)是有機(jī)半導(dǎo)體材料的重大的應(yīng)用之一。有機(jī)半導(dǎo)體的種類繁多，通過(guò)分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)從紫外到近紅外的全波段光的吸收或者特定波段光的吸收。有機(jī)半導(dǎo)體可低溫制備的特性使得大面積柔性光電系統(tǒng)的發(fā)展成為可能。本文主要介紹了光敏二極管和光敏晶體管這兩類光敏器件的研究現(xiàn)狀，并通過(guò)對(duì)這兩類光敏器件的研究和歸納展望光電系統(tǒng)的未來(lái)發(fā)展。
2 光敏二極管
2.1 可見光探測(cè)器
可見光范圍的有機(jī)光探測(cè)器的研究在上個(gè)世紀(jì)90年代已有一些初期的報(bào)道，從那以后，越來(lái)越多的研究成功的制備出涵蓋整個(gè)可見光范圍的有機(jī)光探測(cè)器。無(wú)論是基于有機(jī)小分子還是聚合物，大部分器件都是建立在Donor/Acceptor （D/A）異質(zhì)結(jié)的基礎(chǔ)之上。對(duì)于有機(jī)小分子半導(dǎo)體器件而言，分子束沉積技術(shù)使得分子的納米結(jié)構(gòu)和形貌得到了良好的控制。較為復(fù)雜的是采用溶液法制備的光敏器件，其異質(zhì)結(jié)的形貌很難在納米尺度上進(jìn)行控制，且相容性較好的D/A對(duì)的選擇也起著關(guān)鍵的作用。其中為人熟知的溶液法制備的聚3-己基噻吩（P3HT）/富勒烯衍生物（PC61BM）異質(zhì)結(jié)對(duì)，具有較寬的光譜吸收范圍（從400nm到600nm），較高的載流子遷移率，其外量子效率（EQE）能達(dá)到70%。另外，有研究報(bào)道PC61BM的類似物PC71BM在可見光范圍內(nèi)具備更寬的光吸收。除此之外，新興的導(dǎo)電高分子如聚芴的衍生物及其共聚化合物也可成為供體（D）或者受體（A）的替代材料。與藍(lán)綠光的探測(cè)器相比，針對(duì)紅光的光敏二極管的研究相對(duì)較少。這是由于對(duì)紅光敏感的材料往往能帶間隙比較小，其合成比較困難，其溶解性和穩(wěn)定性較差。另外，由于能級(jí)間隙變小，要想找到能級(jí)匹配的D/A組合就變得更加困難。盡管如此，基于紅光-近紅外探測(cè)的器件在應(yīng)用上仍然得到了較大的發(fā)展，比如在光通訊領(lǐng)域，遠(yuǎn)程控制，環(huán)境控制或者生物醫(yī)療領(lǐng)域。
2.2 全波段光探測(cè)器
由于半導(dǎo)體材料對(duì)太陽(yáng)光的吸收性能是提高太陽(yáng)能電池效率的關(guān)鍵因素，因此隨著對(duì)光伏器件研究的加深，基于半導(dǎo)體材料光吸收性能的光敏二極管也得到了大力的發(fā)展。就聚合物而言，通過(guò)稠雜環(huán)的聚合反應(yīng)可以得到能帶間隙較窄的導(dǎo)電聚合物，用于制備全波段的光探測(cè)器。2007年，Yang課題組采用酯基改性的聚噻吩（PTT）與PC61BM形成異質(zhì)結(jié)光敏探測(cè)器能探測(cè)900nm的光（800nm波長(zhǎng)時(shí)EQE值達(dá)到40%）。用類似的方法，Gong等人使用窄帶隙的聚合物PDDTT與PC61BM混合形成異質(zhì)結(jié)制備出能探測(cè)300nm到1450nm的全波段光探測(cè)器（900nm波長(zhǎng)時(shí)EQE值達(dá)到30%）。對(duì)于小分子而言，卟啉類小分子化合物在長(zhǎng)波長(zhǎng)范圍內(nèi)有良好的吸收特性。最近報(bào)道的采用溶液法制備的卟啉陣列光敏探測(cè)器，其中卟啉單元呈帶狀排列，器件的EQE值在1400nm波長(zhǎng)時(shí)達(dá)到了10%。這樣的光敏器件的制備一般需要找到能級(jí)匹配的D/A對(duì)，混合制備形成異質(zhì)結(jié)。除此之外，若要實(shí)現(xiàn)對(duì)近紅外部分的光探測(cè)一般需要引入雜化體系，如有機(jī)小分子與聚合物混合，或者有機(jī)材料與無(wú)機(jī)材料混合。2009年Arnold等人將碳納米管與C60混合制備出了性能優(yōu)異的光敏探測(cè)器，半導(dǎo)體性的碳納米管受光照射激發(fā)產(chǎn)生的電子-空穴對(duì)在碳納米管與C60的界面處被離解，增加了載流子密度，使光電流明顯增大。在制備過(guò)程中，使用共軛聚合物（P3HT或者PPV）包裹碳納米管增加其溶解性，使碳納米管之間能相互分離，并在薄膜上均勻的分布。碳納米管的直徑的高度分散性使器件實(shí)現(xiàn)了寬范圍的光吸收（從400nm到1600nm）。
除此之外，選擇性光探測(cè)器是采用本身對(duì)光具有選擇性吸收的半導(dǎo)體材料作為活性層制備而成，其中紫外光探測(cè)是光敏探測(cè)研究的一大重點(diǎn)，被廣泛用于科學(xué)，商業(yè)和軍事領(lǐng)域。但是由于紫外光能量較高，對(duì)有機(jī)半導(dǎo)體材料有破壞作用，因此對(duì)紫外探測(cè)器件的穩(wěn)定性考量是器件制備過(guò)程中十分重要的一步。
3 有機(jī)光敏晶體管
起初，基于共軛有機(jī)小分子和聚合物半導(dǎo)體的光敏晶體管的報(bào)道并沒(méi)有引起太大的關(guān)注，因?yàn)榕c無(wú)機(jī)光敏晶體管相比，這些有機(jī)晶體管的R值小，光敏開關(guān)比Ilight/Idark低，載流子遷移率也比較低。隨后，Noh等人制備的基于BPTT半導(dǎo)體的改進(jìn)型的光敏晶體管的開關(guān)比能達(dá)到無(wú)定型硅基光敏晶體管的100倍，這成為對(duì)有機(jī)光敏晶體管進(jìn)行深入的研究與發(fā)展的開端。有機(jī)光敏晶體管常用的小分子材料有并五苯、酞菁銅等。采用并五苯與酞菁銅作為活性材料的光敏晶體管器件其R值分別是10-50A/W和1.5-2.4A/W。除了小分子有機(jī)光敏晶體管外，利用聚合物半導(dǎo)體作為活性層有望制備全有機(jī)的柔性光敏晶體管。Narayan等人采用P3OT作為半導(dǎo)體，PVA作為絕緣層制備的柔性器件，其在1μW時(shí)光敏開關(guān)比達(dá)到100倍，遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的兩端二極管器件。另外，D/A異質(zhì)結(jié)也被引入用于光敏晶體管的制備。通常是將兩種能級(jí)匹配的半導(dǎo)體材料混合作為晶體管的活性材料部分，由于晶體管的第三端作用往往會(huì)使光電流大大增加，使光敏晶體管器件的性能更好。
4 結(jié)論
有機(jī)光信號(hào)探測(cè)器作為一種極具成本效益的電子器件，可用于短范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)碼成像和傳感等。它的優(yōu)點(diǎn)是易調(diào)控，可集成和可實(shí)現(xiàn)對(duì)光波段的選擇性。簡(jiǎn)單的制備方式，大量的有機(jī)半導(dǎo)體的材料儲(chǔ)備，較高的量子產(chǎn)率和光響應(yīng)速度使得有機(jī)光信號(hào)探測(cè)器具備廣泛的應(yīng)用前景。
關(guān)鍵詞半導(dǎo)體材料量子線量子點(diǎn)材料光子晶體
1半導(dǎo)體材料的戰(zhàn)略地位
上世紀(jì)中葉，單晶硅和半導(dǎo)體晶體管的發(fā)明及其硅集成電路的研制成功，導(dǎo)致了電子工業(yè)革命；上世紀(jì)70年代初石英光導(dǎo)纖維材料和GaAs激光器的發(fā)明，促進(jìn)了光纖通信技術(shù)迅速發(fā)展并逐步形成了高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，使人類進(jìn)入了信息時(shí)代。超晶格概念的提出及其半導(dǎo)體超晶格、量子阱材料的研制成功，徹底改變了光電器件的設(shè)計(jì)思想，使半導(dǎo)體器件的設(shè)計(jì)與制造從“雜質(zhì)工程”發(fā)展到“能帶工程”。納米科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，將使人類能從原子、分子或納米尺度水平上控制、操縱和制造功能強(qiáng)大的新型器件與電路，必將深刻地影響著世界的政治、經(jīng)濟(jì)格局和軍事對(duì)抗的形式，徹底改變?nèi)藗兊纳罘绞健?/p>
2幾種主要半導(dǎo)體材料的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)
2.1硅材料
從提高硅集成電路成品率，降低成本看，增大直拉硅（CZ－Si）單晶的直徑和減小微缺陷的密度仍是今后CZ－Si發(fā)展的總趨勢(shì)。目前直徑為8英寸（200mm）的Si單晶已實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)，基于直徑為12英寸（300mm）硅片的集成電路（IC‘s）技術(shù)正處在由實(shí)驗(yàn)室向工業(yè)生產(chǎn)轉(zhuǎn)變中。目前300mm，0.18μm工藝的硅ULSI生產(chǎn)線已經(jīng)投入生產(chǎn)，300mm，0.13μm工藝生產(chǎn)線也將在2003年完成評(píng)估。18英寸重達(dá)414公斤的硅單晶和18英寸的硅園片已在實(shí)驗(yàn)室研制成功，直徑27英寸硅單晶研制也正在積極籌劃中。
從進(jìn)一步提高硅IC‘S的速度和集成度看，研制適合于硅深亞微米乃至納米工藝所需的大直徑硅外延片會(huì)成為硅材料發(fā)展的主流。另外，SOI材料，包括智能剝離（Smartcut）和SIMOX材料等也發(fā)展很快。目前，直徑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開發(fā)中。
理論分析指出30nm左右將是硅MOS集成電路線寬的“極限”尺寸。這不僅是指量子尺寸效應(yīng)對(duì)現(xiàn)有器件特性影響所帶來(lái)的物理限制和光刻技術(shù)的限制問(wèn)題，更重要的是將受硅、SiO2自身性質(zhì)的限制。盡管人們正在積極尋找高K介電絕緣材料（如用Si3N4等來(lái)替代SiO2），低K介電互連材料，用Cu代替Al引線以及采用系統(tǒng)集成芯片技術(shù)等來(lái)提高ULSI的集成度、運(yùn)算速度和功能，但硅將最終難以滿足人類不斷的對(duì)更大信息量需求。為此，人們除尋求基于全新原理的量子計(jì)算和DNA生物計(jì)算等之外，還把目光放在以GaAs、InP為基的化合物半導(dǎo)體材料，特別是二維超晶格、量子阱，一維量子線與零維量子點(diǎn)材料和可與硅平面工藝兼容GeSi合金材料等，這也是目前半導(dǎo)體材料研發(fā)的重點(diǎn)。
2.2GaAs和InP單晶材料
GaAs和InP與硅不同，它們都是直接帶隙材料，具有電子飽和漂移速度高，耐高溫，抗輻照等特點(diǎn)；在超高速、超高頻、低功耗、低噪音器件和電路，特別在光電子器件和光電集成方面占有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。
目前，世界GaAs單晶的總年產(chǎn)量已超過(guò)200噸，其中以低位錯(cuò)密度的垂直梯度凝固法（VGF）和水平（HB）方法生長(zhǎng)的2－3英寸的導(dǎo)電GaAs襯底材料為主；近年來(lái)，為滿足高速移動(dòng)通信的迫切需求，大直徑（4，6和8英寸）的SI－GaAs發(fā)展很快。美國(guó)莫托羅拉公司正在籌建6英寸的SI－GaAs集成電路生產(chǎn)線。InP具有比GaAs更優(yōu)越的高頻性能，發(fā)展的速度更快，但研制直徑3英寸以上大直徑的InP單晶的關(guān)鍵技術(shù)尚未完全突破，價(jià)格居高不下。
GaAs和InP單晶的發(fā)展趨勢(shì)是：
（1）。增大晶體直徑，目前4英寸的SI－GaAs已用于生產(chǎn)，預(yù)計(jì)本世紀(jì)初的頭幾年直徑為6英寸的SI－GaAs也將投入工業(yè)應(yīng)用。
（2）。提高材料的電學(xué)和光學(xué)微區(qū)均勻性。
（3）。降低單晶的缺陷密度，特別是位錯(cuò)。
（4）。GaAs和InP單晶的VGF生長(zhǎng)技術(shù)發(fā)展很快，很有可能成為主流技術(shù)。
2.3半導(dǎo)體超晶格、量子阱材料
半導(dǎo)體超薄層微結(jié)構(gòu)材料是基于先進(jìn)生長(zhǎng)技術(shù)（MBE，MOCVD）的新一代人工構(gòu)造材料。它以全新的概念改變著光電子和微電子器件的設(shè)計(jì)思想，出現(xiàn)了“電學(xué)和光學(xué)特性可剪裁”為特征的新范疇，是新一代固態(tài)量子器件的基礎(chǔ)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基晶格匹配和應(yīng)變補(bǔ)償材料體系已發(fā)展得相當(dāng)成熟，已成功地用來(lái)制造超高速，超高頻微電子器件和單片集成電路。高電子遷移率晶體管（HEMT），贗配高電子遷移率晶體管（P－HEMT）器件最好水平已達(dá)fmax=600GHz，輸出功率58mW，功率增益6.4db；雙異質(zhì)結(jié)雙極晶體管（HBT）的最高頻率fmax也已高達(dá)500GHz，HEMT邏輯電路研制也發(fā)展很快?；谏鲜霾牧象w系的光通信用1.3μm和1.5μm的量子阱激光器和探測(cè)器，紅、黃、橙光發(fā)光二極管和紅光激光器以及大功率半導(dǎo)體量子阱激光器已商品化；表面光發(fā)射器件和光雙穩(wěn)器件等也已達(dá)到或接近達(dá)到實(shí)用化水平。目前，研制高質(zhì)量的1.5μm分布反饋（DFB）激光器和電吸收（EA）調(diào)制器單片集成InP基多量子阱材料和超高速驅(qū)動(dòng)電路所需的低維結(jié)構(gòu)材料是解決光纖通信瓶頸問(wèn)題的關(guān)鍵，在實(shí)驗(yàn)室西門子公司已完成了80×40Gbps傳輸40km的實(shí)驗(yàn)。另外，用于制造準(zhǔn)連續(xù)兆瓦級(jí)大功率激光陣列的高質(zhì)量量子阱材料也受到人們的重視。
雖然常規(guī)量子阱結(jié)構(gòu)端面發(fā)射激光器是目前光電子領(lǐng)域占統(tǒng)治地位的有源器件，但由于其有源區(qū)極?。ā?.01μm）端面光電災(zāi)變損傷，大電流電熱燒毀和光束質(zhì)量差一直是此類激光器的性能改善和功率提高的難題。采用多有源區(qū)量子級(jí)聯(lián)耦合是解決此難題的有效途徑之一。我國(guó)早在1999年，就研制成功980nmInGaAs帶間量子級(jí)聯(lián)激光器，輸出功率達(dá)5W以上；2000年初，法國(guó)湯姆遜公司又報(bào)道了單個(gè)激光器準(zhǔn)連續(xù)輸出功率超過(guò)10瓦好結(jié)果。最近，我國(guó)的科研工作者又提出并開展了多有源區(qū)縱向光耦合垂直腔面發(fā)射激光器研究，這是一種具有高增益、極低閾值、高功率和高光束質(zhì)量的新型激光器，在未來(lái)光通信、光互聯(lián)與光電信息處理方面有著良好的應(yīng)用前景。
為克服PN結(jié)半導(dǎo)體激光器的能隙對(duì)激光器波長(zhǎng)范圍的限制，1994年美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室發(fā)明了基于量子阱內(nèi)子帶躍遷和阱間共振隧穿的量子級(jí)聯(lián)激光器，突破了半導(dǎo)體能隙對(duì)波長(zhǎng)的限制。自從1994年InGaAs／InAIAs／InP量子級(jí)聯(lián)激光器（QCLs）發(fā)明以來(lái)，Bell實(shí)驗(yàn)室等的科學(xué)家，在過(guò)去的7年多的時(shí)間里，QCLs在向大功率、高溫和單膜工作等研究方面取得了顯著的進(jìn)展。2001年瑞士Neuchatel大學(xué)的科學(xué)家采用雙聲子共振和三量子阱有源區(qū)結(jié)構(gòu)使波長(zhǎng)為9.1μm的QCLs的工作溫度高達(dá)312K，連續(xù)輸出功率3mW.量子級(jí)聯(lián)激光器的工作波長(zhǎng)已覆蓋近紅外到遠(yuǎn)紅外波段（3－87μm），并在光通信、超高分辨光譜、超高靈敏氣體傳感器、高速調(diào)制器和無(wú)線光學(xué)連接等方面顯示出重要的應(yīng)用前景。中科院上海微系統(tǒng)和信息技術(shù)研究所于1999年研制成功120K5μm和250K8μm的量子級(jí)聯(lián)激光器；中科院半導(dǎo)體研究所于2000年又研制成功3.7μm室溫準(zhǔn)連續(xù)應(yīng)變補(bǔ)償量子級(jí)聯(lián)激光器，使我國(guó)成為能研制這類高質(zhì)量激光器材料為數(shù)不多的幾個(gè)國(guó)家之一。
目前，Ⅲ－V族超晶格、量子阱材料作為超薄層微結(jié)構(gòu)材料發(fā)展的主流方向，正從直徑3英寸向4英寸過(guò)渡；生產(chǎn)型的MBE和M0CVD設(shè)備已研制成功并投入使用，每臺(tái)年生產(chǎn)能力可高達(dá)3.75×104片4英寸或1.5×104片6英寸。英國(guó)卡迪夫的MOCVD中心，法國(guó)的PicogigaMBE基地，美國(guó)的QED公司，Motorola公司，日本的富士通，NTT，索尼等都有這種外延材料出售。生產(chǎn)型MBE和MOCVD設(shè)備的成熟與應(yīng)用，必然促進(jìn)襯底材料設(shè)備和材料評(píng)價(jià)技術(shù)的發(fā)展。
（2）硅基應(yīng)變異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料。
硅基光、電器件集成一直是人們所追求的目標(biāo)。但由于硅是間接帶隙，如何提高硅基材料發(fā)光效率就成為一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。雖經(jīng)多年研究，但進(jìn)展緩慢。人們目前正致力于探索硅基納米材料（納米Si／SiO2），硅基SiGeC體系的Si1－yCy/Si1－xGex低維結(jié)構(gòu)，Ge／Si量子點(diǎn)和量子點(diǎn)超晶格材料，Si／SiC量子點(diǎn)材料，GaN／BP／Si以及GaN／Si材料。最近，在GaN／Si上成功地研制出LED發(fā)光器件和有關(guān)納米硅的受激放大現(xiàn)象的報(bào)道，使人們看到了一線希望。
另一方面，GeSi／Si應(yīng)變層超晶格材料，因其在新一代移動(dòng)通信上的重要應(yīng)用前景，而成為目前硅基材料研究的主流。Si/GeSiMODFET和MOSFET的最高截止頻率已達(dá)200GHz，HBT最高振蕩頻率為160GHz，噪音在10GHz下為0.9db，其性能可與GaAs器件相媲美。
盡管GaAs／Si和InP／Si是實(shí)現(xiàn)光電子集成理想的材料體系，但由于晶格失配和熱膨脹系數(shù)等不同造成的高密度失配位錯(cuò)而導(dǎo)致器件性能退化和失效，防礙著它的使用化。最近，Motolora等公司宣稱，他們?cè)?2英寸的硅襯底上，用鈦酸鍶作協(xié)變層（柔性層），成功的生長(zhǎng)了器件級(jí)的GaAs外延薄膜，取得了突破性的進(jìn)展。
2.4一維量子線、零維量子點(diǎn)半導(dǎo)體微結(jié)構(gòu)材料
基于量子尺寸效應(yīng)、量子干涉效應(yīng)，量子隧穿效應(yīng)和庫(kù)侖阻效應(yīng)以及非線性光學(xué)效應(yīng)等的低維半導(dǎo)體材料是一種人工構(gòu)造（通過(guò)能帶工程實(shí)施）的新型半導(dǎo)體材料，是新一代微電子、光電子器件和電路的基礎(chǔ)。它的發(fā)展與應(yīng)用，極有可能觸發(fā)新的技術(shù)革命。
目前低維半導(dǎo)體材料生長(zhǎng)與制備主要集中在幾個(gè)比較成熟的材料體系上，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，并在納米微電子和光電子研制方面取得了重大進(jìn)展。俄羅斯約飛技術(shù)物理所MBE小組，柏林的俄德聯(lián)合研制小組和中科院半導(dǎo)體所半導(dǎo)體材料科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的MBE小組等研制成功的In（Ga）As／GaAs高功率量子點(diǎn)激光器，工作波長(zhǎng)lμm左右，單管室溫連續(xù)輸出功率高達(dá)3.6～4W.特別應(yīng)當(dāng)指出的是我國(guó)上述的MBE小組，2001年通過(guò)在高功率量子點(diǎn)激光器的有源區(qū)材料結(jié)構(gòu)中引入應(yīng)力緩解層，抑制了缺陷和位錯(cuò)的產(chǎn)生，提高了量子點(diǎn)激光器的工作壽命，室溫下連續(xù)輸出功率為1W時(shí)工作壽命超過(guò)5000小時(shí)，這是大功率激光器的一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，至今未見國(guó)外報(bào)道。
在單電子晶體管和單電子存貯器及其電路的研制方面也獲得了重大進(jìn)展，1994年日本NTT就研制成功溝道長(zhǎng)度為30nm納米單電子晶體管，并在150K觀察到柵控源－漏電流振蕩；1997年美國(guó)又報(bào)道了可在室溫工作的單電子開關(guān)器件，1998年Yauo等人采用0.25微米工藝技術(shù)實(shí)現(xiàn)了128Mb的單電子存貯器原型樣機(jī)的制造，這是在單電子器件在高密度存貯電路的應(yīng)用方面邁出的關(guān)鍵一步。目前，基于量子點(diǎn)的自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)，單光子源和應(yīng)用于量子計(jì)算的量子比特的構(gòu)建等方面的研究也正在進(jìn)行中。
與半導(dǎo)體超晶格和量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)制備相比，高度有序的半導(dǎo)體量子線的制備技術(shù)難度較大。中科院半導(dǎo)體所半導(dǎo)體材料科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的MBE小組，在繼利用MBE技術(shù)和SK生長(zhǎng)模式，成功地制備了高空間有序的InAs／InAI（Ga）As／InP的量子線和量子線超晶格結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，對(duì)InAs／InAlAs量子線超晶格的空間自對(duì)準(zhǔn)（垂直或斜對(duì)準(zhǔn)）的物理起因和生長(zhǎng)控制進(jìn)行了研究，取得了較大進(jìn)展。
王中林教授領(lǐng)導(dǎo)的喬治亞理工大學(xué)的材料科學(xué)與工程系和化學(xué)與生物化學(xué)系的研究小組，基于無(wú)催化劑、控制生長(zhǎng)條件的氧化物粉末的熱蒸發(fā)技術(shù)，成功地合成了諸如ZnO、SnO2、In2O3和Ga2O3等一系列半導(dǎo)體氧化物納米帶，它們與具有圓柱對(duì)稱截面的中空納米管或納米線不同，這些原生的納米帶呈現(xiàn)出高純、結(jié)構(gòu)均勻和單晶體，幾乎無(wú)缺陷和位錯(cuò)；納米線呈矩形截面，典型的寬度為20－300nm，寬厚比為5－10，長(zhǎng)度可達(dá)數(shù)毫米。這種半導(dǎo)體氧化物納米帶是一個(gè)理想的材料體系，可以用來(lái)研究載流子維度受限的輸運(yùn)現(xiàn)象和基于它的功能器件制造。香港城市大學(xué)李述湯教授和瑞典隆德大學(xué)固體物理系納米中心的LarsSamuelson教授領(lǐng)導(dǎo)的小組，分別在SiO2／Si和InAs／InP半導(dǎo)體量子線超晶格結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)制各方面也取得了重要進(jìn)展。
低維半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)制備的方法很多，主要有：微結(jié)構(gòu)材料生長(zhǎng)和精細(xì)加工工藝相結(jié)合的方法，應(yīng)變自組裝量子線、量子點(diǎn)材料生長(zhǎng)技術(shù)，圖形化襯底和不同取向晶面選擇生長(zhǎng)技術(shù)，單原子操縱和加工技術(shù)，納米結(jié)構(gòu)的輻照制備技術(shù)，及其在沸石的籠子中、納米碳管和溶液中等通過(guò)物理或化學(xué)方法制備量子點(diǎn)和量子線的技術(shù)等。目前發(fā)展的主要趨勢(shì)是尋找原子級(jí)無(wú)損傷加工方法和納米結(jié)構(gòu)的應(yīng)變自組裝可控生長(zhǎng)技術(shù)，以求獲得大小、形狀均勻、密度可控的無(wú)缺陷納米結(jié)構(gòu)。
2.5寬帶隙半導(dǎo)體材料
寬帶隙半導(dǎo)體材主要指的是金剛石，III族氮化物，碳化硅，立方氮化硼以及氧化物（ZnO等）及固溶體等，特別是SiC、GaN和金剛石薄膜等材料，因具有高熱導(dǎo)率、高電子飽和漂移速度和大臨界擊穿電壓等特點(diǎn)，成為研制高頻大功率、耐高溫、抗輻照半導(dǎo)體微電子器件和電路的理想材料；在通信、汽車、航空、航天、石油開采以及國(guó)防等方面有著廣泛的應(yīng)用前景。另外，III族氮化物也是很好的光電子材料，在藍(lán)、綠光發(fā)光二極管（LED）和紫、藍(lán)、綠光激光器（LD）以及紫外探測(cè)器等應(yīng)用方面也顯示了廣泛的應(yīng)用前景。隨著1993年GaN材料的P型摻雜突破，GaN基材料成為藍(lán)綠光發(fā)光材料的研究熱點(diǎn)。目前，GaN基藍(lán)綠光發(fā)光二極管己商品化，GaN基LD也有商品出售，最大輸出功率為0.5W.在微電子器件研制方面，GaN基FET的最高工作頻率（fmax）已達(dá)140GHz，fT=67GHz，跨導(dǎo)為260ms／mm；HEMT器件也相繼問(wèn)世，發(fā)展很快。此外，256×256GaN基紫外光電焦平面陣列探測(cè)器也已研制成功。特別值得提出的是，日本Sumitomo電子工業(yè)有限公司2000年宣稱，他們采用熱力學(xué)方法已研制成功2英寸GaN單晶材料，這將有力的推動(dòng)藍(lán)光激光器和GaN基電子器件的發(fā)展。另外，近年來(lái)具有反常帶隙彎曲的窄禁帶InAsN，InGaAsN，GaNP和GaNAsP材料的研制也受到了重視，這是因?yàn)樗鼈冊(cè)陂L(zhǎng)波長(zhǎng)光通信用高T0光源和太陽(yáng)能電池等方面顯示了重要應(yīng)用前景。
以Cree公司為代表的體SiC單晶的研制已取得突破性進(jìn)展，2英寸的4H和6HSiC單晶與外延片，以及3英寸的4HSiC單晶己有商品出售；以SiC為GaN基材料襯低的藍(lán)綠光LED業(yè)已上市，并參于與以藍(lán)寶石為襯低的GaN基發(fā)光器件的竟?fàn)帯Ｆ渌鸖iC相關(guān)高溫器件的研制也取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。目前存在的主要問(wèn)題是材料中的缺陷密度高，且價(jià)格昂貴。
II－VI族蘭綠光材料研制在徘徊了近30年后，于1990年美國(guó)3M公司成功地解決了II－VI族的P型摻雜難點(diǎn)而得到迅速發(fā)展。1991年3M公司利用MBE技術(shù)率先宣布了電注入（Zn，Cd）Se／ZnSe蘭光激光器在77K（495nm）脈沖輸出功率100mW的消息，開始了II－VI族蘭綠光半導(dǎo)體激光（材料）器件研制的。經(jīng)過(guò)多年的努力，目前ZnSe基II－VI族蘭綠光激光器的壽命雖已超過(guò)1000小時(shí)，但離使用差距尚大，加之GaN基材料的迅速發(fā)展和應(yīng)用，使II－VI族蘭綠光材料研制步伐有所變緩。提高有源區(qū)材料的完整性，特別是要降低由非化學(xué)配比導(dǎo)致的點(diǎn)缺陷密度和進(jìn)一步降低失配位錯(cuò)和解決歐姆接觸等問(wèn)題，仍是該材料體系走向?qū)嵱没氨仨氁鉀Q的問(wèn)題。
寬帶隙半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料往往也是典型的大失配異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料，所謂大失配異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料是指晶格常數(shù)、熱膨脹系數(shù)或晶體的對(duì)稱性等物理參數(shù)有較大差異的材料體系，如GaN／藍(lán)寶石（Sapphire），SiC／Si和GaN／Si等。大晶格失配引發(fā)界面處大量位錯(cuò)和缺陷的產(chǎn)生，極大地影響著微結(jié)構(gòu)材料的光電性能及其器件應(yīng)用。如何避免和消除這一負(fù)面影響，是目前材料制備中的一個(gè)迫切要解決的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題。這個(gè)問(wèn)題的解泱，必將大大地拓寬材料的可選擇余地，開辟新的應(yīng)用領(lǐng)域。
目前，除SiC單晶襯低材料，GaN基藍(lán)光LED材料和器件已有商品出售外，大多數(shù)高溫半導(dǎo)體材料仍處在實(shí)驗(yàn)室研制階段，不少影響這類材料發(fā)展的關(guān)鍵問(wèn)題，如GaN襯底，ZnO單晶簿膜制備，P型摻雜和歐姆電極接觸，單晶金剛石薄膜生長(zhǎng)與N型摻雜，II－VI族材料的退化機(jī)理等仍是制約這些材料實(shí)用化的關(guān)鍵問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外雖已做了大量的研究，至今尚未取得重大突破。
3光子晶體
光子晶體是一種人工微結(jié)構(gòu)材料，介電常數(shù)周期的被調(diào)制在與工作波長(zhǎng)相比擬的尺度，來(lái)自結(jié)構(gòu)單元的散射波的多重干涉形成一個(gè)光子帶隙，與半導(dǎo)體材料的電子能隙相似，并可用類似于固態(tài)晶體中的能帶論來(lái)描述三維周期介電結(jié)構(gòu)中光波的傳播，相應(yīng)光子晶體光帶隙（禁帶）能量的光波模式在其中的傳播是被禁止的。如果光子晶體的周期性被破壞，那么在禁帶中也會(huì)引入所謂的“施主”和“受主”模，光子態(tài)密度隨光子晶體維度降低而量子化。如三維受限的“受主”摻雜的光子晶體有希望制成非常高Q值的單模微腔，從而為研制高質(zhì)量微腔激光器開辟新的途徑。光子晶體的制備方法主要有：聚焦離子束（FIB）結(jié)合脈沖激光蒸發(fā)方法，即先用脈沖激光蒸發(fā)制備如Ag/MnO多層膜，再用FIB注入隔離形成一維或二維平面陣列光子晶體；基于功能粒子（磁性納米顆粒Fe2O3，發(fā)光納米顆粒CdS和介電納米顆粒TiO2）和共軛高分子的自組裝方法，可形成適用于可光范圍的三維納米顆粒光子晶體；二維多空硅也可制作成一個(gè)理想的3－5μm和1.5μm光子帶隙材料等。目前，二維光子晶體制造已取得很大進(jìn)展，但三維光子晶體的研究，仍是一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的課題。最近，Campbell等人提出了全息光柵光刻的方法來(lái)制造三維光子晶體，取得了進(jìn)展。
4量子比特構(gòu)建與材料
隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)芯片集成度不斷增高，器件尺寸越來(lái)越小（nm尺度）并最終將受到器件工作原理和工藝技術(shù)限制，而無(wú)法滿足人類對(duì)更大信息量的需求。為此，發(fā)展基于全新原理和結(jié)構(gòu)的功能強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)是21世紀(jì)人類面臨的巨大挑戰(zhàn)之一。1994年Shor基于量子態(tài)疊加性提出的量子并行算法并證明可輕而易舉地破譯目前廣泛使用的公開密鑰Rivest，Shamir和Adlman（RSA）體系，引起了人們的廣泛重視。
所謂量子計(jì)算機(jī)是應(yīng)用量子力學(xué)原理進(jìn)行計(jì)的裝置，理論上講它比傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)有更快的運(yùn)算速度，更大信息傳遞量和更高信息安全保障，有可能超越目前計(jì)算機(jī)理想極限。實(shí)現(xiàn)量子比特構(gòu)造和量子計(jì)算機(jī)的設(shè)想方案很多，其中最引人注目的是Kane最近提出的一個(gè)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量子計(jì)算的方案。其核心是利用硅納米電子器件中磷施主核自旋進(jìn)行信息編碼，通過(guò)外加電場(chǎng)控制核自旋間相互作用實(shí)現(xiàn)其邏輯運(yùn)算，自旋測(cè)量是由自旋極化電子電流來(lái)完成，計(jì)算機(jī)要工作在mK的低溫下。
這種量子計(jì)算機(jī)的最終實(shí)現(xiàn)依賴于與硅平面工藝兼容的硅納米電子技術(shù)的發(fā)展。除此之外，為了避免雜質(zhì)對(duì)磷核自旋的干擾，必需使用高純（無(wú)雜質(zhì)）和不存在核自旋不等于零的硅同位素（29Si）的硅單晶；減小SiO2絕緣層的無(wú)序漲落以及如何在硅里摻入規(guī)則的磷原子陣列等是實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算的關(guān)鍵。量子態(tài)在傳輸，處理和存儲(chǔ)過(guò)程中可能因環(huán)境的耦合（干擾），而從量子疊加態(tài)演化成經(jīng)典的混合態(tài)，即所謂失去相干，特別是在大規(guī)模計(jì)算中能否始終保持量子態(tài)間的相干是量子計(jì)算機(jī)走向?qū)嵱没八匦杩朔碾y題。
5發(fā)展我國(guó)半導(dǎo)體材料的幾點(diǎn)建議
鑒于我國(guó)目前的工業(yè)基礎(chǔ)，國(guó)力和半導(dǎo)體材料的發(fā)展水平，提出以下發(fā)展建議供參考。
5.1硅單晶和外延材料硅材料作為微電子技術(shù)的主導(dǎo)地位
至少到本世紀(jì)中葉都不會(huì)改變，至今國(guó)內(nèi)各大集成電路制造廠家所需的硅片基本上是依賴進(jìn)口。目前國(guó)內(nèi)雖已可拉制8英寸的硅單晶和小批量生產(chǎn)6英寸的硅外延片，然而都未形成穩(wěn)定的批量生產(chǎn)能力，更談不上規(guī)模生產(chǎn)。建議國(guó)家集中人力和財(cái)力，首先開展8英寸硅單晶實(shí)用化和6英寸硅外延片研究開發(fā)，在“十五”的后期，爭(zhēng)取做到8英寸集成電路生產(chǎn)線用硅單晶材料的國(guó)產(chǎn)化，并有6～8英寸硅片的批量供片能力。到2010年左右，我國(guó)應(yīng)有8～12英寸硅單晶、片材和8英寸硅外延片的規(guī)模生產(chǎn)能力；更大直徑的硅單晶、片材和外延片也應(yīng)及時(shí)布點(diǎn)研制。另外，硅多晶材料生產(chǎn)基地及其相配套的高純石英、氣體和化學(xué)試劑等也必需同時(shí)給以重視，只有這樣，才能逐步改觀我國(guó)微電子技術(shù)的落后局面，進(jìn)入世界發(fā)達(dá)國(guó)家之林。
5.2GaAs及其有關(guān)化合物半導(dǎo)體單晶材料發(fā)展建議
GaAs、InP等單晶材料同國(guó)外的差距主要表現(xiàn)在拉晶和晶片加工設(shè)備落后，沒(méi)有形成生產(chǎn)能力。相信在國(guó)家各部委的統(tǒng)一組織、領(lǐng)導(dǎo)下，并爭(zhēng)取企業(yè)介入，建立我國(guó)自己的研究、開發(fā)和生產(chǎn)聯(lián)合體，取各家之長(zhǎng)，分工協(xié)作，到2010年趕上世界先進(jìn)水平是可能的。要達(dá)到上述目的，到“十五”末應(yīng)形成以4英寸單晶為主2－3噸／年的SI－GaAs和3－5噸／年摻雜GaAs、InP單晶和開盒就用晶片的生產(chǎn)能力，以滿足我國(guó)不斷發(fā)展的微電子和光電子工業(yè)的需術(shù)。到2010年，應(yīng)當(dāng)實(shí)現(xiàn)4英寸GaAs生產(chǎn)線的國(guó)產(chǎn)化，并具有滿足6英寸線的供片能力。
5.3發(fā)展超晶格、量子阱和一維、零維半導(dǎo)體微結(jié)構(gòu)材料的建議
（1）超晶格、量子阱材料從目前我國(guó)國(guó)力和我們已有的基礎(chǔ)出發(fā)，應(yīng)以三基色（超高亮度紅、綠和藍(lán)光）材料和光通信材料為主攻方向，并兼顧新一代微電子器件和電路的需求，加強(qiáng)MBE和MOCVD兩個(gè)基地的建設(shè)，引進(jìn)必要的適合批量生產(chǎn)的工業(yè)型MBE和MOCVD設(shè)備并著重致力于GaAlAs／GaAs，InGaAlP／InGaP，GaN基藍(lán)綠光材料，InGaAs／InP和InGaAsP／InP等材料體系的實(shí)用化研究是當(dāng)務(wù)之急，爭(zhēng)取在“十五”末，能滿足國(guó)內(nèi)2、3和4英寸GaAs生產(chǎn)線所需要的異質(zhì)結(jié)材料。到2010年，每年能具備至少100萬(wàn)平方英寸MBE和MOCVD微電子和光電子微結(jié)構(gòu)材料的生產(chǎn)能力。達(dá)到本世紀(jì)初的國(guó)際水平。
寬帶隙高溫半導(dǎo)體材料如SiC，GaN基微電子材料和單晶金剛石薄膜以及ZnO等材料也應(yīng)擇優(yōu)布點(diǎn)，分別做好研究與開發(fā)工作。
（2）一維和零維半導(dǎo)體材料的發(fā)展設(shè)想?；诘途S半導(dǎo)體微結(jié)構(gòu)材料的固態(tài)納米量子器件，目前雖然仍處在預(yù)研階段，但極其重要，極有可能觸發(fā)微電子、光電子技術(shù)新的革命。低維量子器件的制造依賴于低維結(jié)構(gòu)材料生長(zhǎng)和納米加工技術(shù)的進(jìn)步，而納米結(jié)構(gòu)材料的質(zhì)量又很大程度上取決于生長(zhǎng)和制備技術(shù)的水平。因而，集中人力、物力建設(shè)我國(guó)自己的納米科學(xué)與技術(shù)研究發(fā)展中心就成為了成敗的關(guān)鍵。具體目標(biāo)是，“十五”末，在半導(dǎo)體量子線、量子點(diǎn)材料制備，量子器件研制和系統(tǒng)集成等若干個(gè)重要研究方向接近當(dāng)時(shí)的國(guó)際先進(jìn)水平；2010年在有實(shí)用化前景的量子點(diǎn)激光器，量子共振隧穿器件和單電子器件及其集成等研發(fā)方面，達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，并在國(guó)際該領(lǐng)域占有一席之地。可以預(yù)料，它的實(shí)施必將極大地增強(qiáng)我國(guó)的經(jīng)濟(jì)和國(guó)防實(shí)力。
1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路
將本課題組已發(fā)表的SCI論文“一鍋法合成氮雜螺芴氧雜蒽有機(jī)半導(dǎo)體材料”[5]改為本科實(shí)驗(yàn)，主要根據(jù)以下原則：
1.1 新穎性原則
螺芴類分子砌塊具有共軛打斷效應(yīng)、剛性十字交叉構(gòu)象和空間位阻效應(yīng)，被廣泛用于有機(jī)電致發(fā)光二極管、場(chǎng)效應(yīng)晶體管以及太陽(yáng)能染料敏化電池等領(lǐng)域[6]，成為一類重要的有機(jī)半導(dǎo)體材料。氮雜芴螺環(huán)芳烴由芴基螺環(huán)芳烴發(fā)展而來(lái)在繼承螺芴的各類優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上增加了氮雜芴基團(tuán)的功能特性包括電子受體、金屬配位、質(zhì)子化以及超分子弱作用等。因此，具有廣闊的發(fā)展前景[7-9]。
1.2 可行性原?t
所選的科研成果的反應(yīng)類型是最經(jīng)典的傅克反應(yīng)，與學(xué)生所學(xué)的有機(jī)化學(xué)課本緊密聯(lián)系。通過(guò)實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)、講解、操作以及總結(jié)，進(jìn)一步鞏固與加深對(duì)傅克反應(yīng)的理解和運(yùn)用。另外，該反應(yīng)原料易得，合成步驟簡(jiǎn)單易行，無(wú)毒安全性高，可以在本科實(shí)驗(yàn)室開展。
1.3 綜合性原則
氮雜螺芴氧雜蒽的合成操作涉及反應(yīng)裝置的搭建、TLC點(diǎn)樣、柱層析等各類操作。在整個(gè)操作過(guò)程中，重點(diǎn)學(xué)習(xí)TLC點(diǎn)樣和柱層析。產(chǎn)品表征利用核磁共振。
1.4 環(huán)保性原則
目前氮雜螺芴氧雜蒽大部分合成方法具有如下缺點(diǎn)：（1）底物范圍拓展的限制和前體合成的困難；（2）合成步驟的冗長(zhǎng)。我們課題組發(fā)展了一鍋法合成氮雜螺芴氧雜蒽有機(jī)半導(dǎo)體材料。反應(yīng)過(guò)程中依次構(gòu)建了C-C， C-O和 C-C三支化學(xué)鍵，并高效合成了氮雜芴螺環(huán)芳烴，符合綠色化學(xué)的理念。
2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
實(shí)驗(yàn)名稱：一鍋法合成氮雜螺芴氧雜蒽有機(jī)半導(dǎo)體材料
實(shí)驗(yàn)儀器：磁力攪拌器，圓底燒瓶，回流冷凝管、電子天平、分液漏斗、錐形瓶、層析柱、核磁共振波譜儀。
藥品：氮雜芴酮，對(duì)甲基苯酚，三氟甲磺酸，1，2-二氯苯，碳酸鉀，二氯甲烷，無(wú)水硫酸鎂，乙酸乙酯。
2.1 實(shí)驗(yàn)原理
該反應(yīng)是典型的傅里德-克拉夫茨反應(yīng)，簡(jiǎn)稱傅-克反應(yīng)，英文Friedel?CCrafts reaction，是一類芳香族親電取代反應(yīng)，1877年由法國(guó)化學(xué)家查爾斯?傅里德和美國(guó)化學(xué)家詹姆斯?克拉夫茨共同發(fā)現(xiàn)。本實(shí)驗(yàn)在酸性條件下反應(yīng)，首先通過(guò)氮雜芴酮與苯酚的傅克反應(yīng)生成中間體I，緊接著脫水形成三正電型超親電體II，由于電荷間的排斥作用，導(dǎo)致氮雜芴9 號(hào)位的正電荷會(huì)通過(guò)共振方式遷移至酚羥基上，活化酚羥基的反應(yīng)活性。隨后另一苯酚分子以親核進(jìn)攻的方式與中間體III 發(fā)生反應(yīng)，形成醚鍵。緊接著分子內(nèi)的質(zhì)子轉(zhuǎn)移與脫水過(guò)程在苯環(huán)上再次生成碳正離子V。最后碳正離子重新遷移到氮雜芴的9 號(hào)位發(fā)生分子內(nèi)的傅克合環(huán)反應(yīng)，得到最終的目標(biāo)產(chǎn)物氮雜螺芴氧雜蒽。
2.2 實(shí)驗(yàn)步驟
2.2.1 氮雜螺芴氧雜蒽的合成
先向圓底燒瓶中加入0.18克的氮雜芴酮，再分別加入2ml 1，2-二氯苯與0.8ml三氟甲磺酸。在室溫下攪拌大約半小時(shí)后，向其中加入0.54克的對(duì)甲基苯酚。隨后升高溫度至 85度。通過(guò)TLC 板監(jiān)控反應(yīng)至氮雜芴酮反應(yīng)完全。將反應(yīng)降溫至室溫，用碳酸鉀溶液淬滅此反應(yīng)，之后用二氯甲烷萃取，收集有機(jī)相并用無(wú)水硫酸鎂干燥，抽濾。最后柱層析分離提純得到氮雜螺芴氧雜蒽。
2.2.2 螺環(huán)氧雜蒽的結(jié)構(gòu)表征
使用核磁共振（NMR）對(duì)所得到的產(chǎn)物進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征。通過(guò)與標(biāo)準(zhǔn)的氮雜螺芴氧雜蒽的氫譜和碳譜進(jìn)行對(duì)比確認(rèn)結(jié)構(gòu)
2.2.3 實(shí)驗(yàn)報(bào)告
實(shí)驗(yàn)報(bào)告要全面總結(jié)實(shí)驗(yàn)，特別強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析，并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果提出自己的觀點(diǎn)。
3 教學(xué)效果
3.1 理論聯(lián)系實(shí)際，深化理論知識(shí)
體現(xiàn)有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)的綜合性，在所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)中涉及《有機(jī)化學(xué)》中典型的傅克反應(yīng)。通過(guò)TLC板監(jiān)測(cè)反應(yīng)進(jìn)度，有助于理解反應(yīng)現(xiàn)象以及反應(yīng)過(guò)程。通過(guò)核磁共振表征產(chǎn)物，可以了解核磁測(cè)試過(guò)程以及核磁共振表征原理。通過(guò)對(duì)氫譜的解析，理解化學(xué)位移、耦合常數(shù)以及自旋裂分等理論知識(shí)。
3.2 科研和教學(xué)結(jié)合，強(qiáng)化創(chuàng)新思維
將科研和教學(xué)相結(jié)合，促進(jìn)了教學(xué)方法的改革和教學(xué)方式的創(chuàng)新，也培養(yǎng)了適應(yīng)社會(huì)發(fā)展需要的高素質(zhì)人才。實(shí)踐證明，從事科學(xué)研究的教師能更準(zhǔn)確地把握教學(xué)內(nèi)容，更好地把科?W研究的方法貫穿到教學(xué)實(shí)踐之中，是培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的重要途徑。同時(shí)高水平、高層次的科研項(xiàng)目和平臺(tái)也為本科生的培養(yǎng)創(chuàng)造了優(yōu)越的條件。
3.3 實(shí)驗(yàn)與生活相結(jié)合，激發(fā)學(xué)習(xí)興致
將制備的氮雜螺芴氧雜蒽作為電致發(fā)光材料，應(yīng)用于有機(jī)電致發(fā)光二極管、存儲(chǔ)器以及太陽(yáng)能電池中。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，詳細(xì)說(shuō)明每個(gè)操作與所學(xué)專業(yè)的內(nèi)在聯(lián)系，
讓學(xué)生深刻體會(huì)到所學(xué)專業(yè)知識(shí)的重要性和必要性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣以及求知欲望和積極探索精神。在實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程中，鍛煉了學(xué)生的動(dòng)手能力以及實(shí)踐操作能力。通過(guò)科學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的撰寫，鍛煉并加強(qiáng)了學(xué)生的寫作能力。
4 結(jié)語(yǔ)
摘要：設(shè)計(jì)了兩種不同散熱方式的半導(dǎo)體制冷器，實(shí)驗(yàn)表明制冷性能良好，為太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體制冷裝置的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供依據(jù)、奠定基礎(chǔ)。半導(dǎo)體制冷模塊熱端采用汽車發(fā)動(dòng)機(jī)散熱系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)部件、采取水冷卻，能在有限的空間內(nèi)將高熱流密度熱量散發(fā)出去，有利于提高制冷性能。半導(dǎo)體制冷模塊在等功率狀態(tài)下工作，制冷量為半導(dǎo)體器件最大制冷量的55%；若傾向于獲得較大制冷系數(shù)，制冷量按最大制冷量的40%進(jìn)行設(shè)計(jì)，制冷系數(shù)ε達(dá)1·65。
關(guān)鍵詞：汽車；半導(dǎo)體；制冷
1.引言
由于半導(dǎo)體制冷空調(diào)器具有抗振、耐壓、無(wú)制冷劑泄漏和使用直流電等一系列優(yōu)點(diǎn)，在多種特殊場(chǎng)合已獲得成功應(yīng)用。這些場(chǎng)合主要要求設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、高可靠性、無(wú)污染、無(wú)噪音、長(zhǎng)壽命、可精確調(diào)節(jié)，能源的利用率并不是主要參考因素。半導(dǎo)體制冷用于普通民用空調(diào)，存在一系列重要技術(shù)問(wèn)題有待研究，其中制冷效率和能源動(dòng)力是一個(gè)非常值得關(guān)注的問(wèn)題。半導(dǎo)體制冷與太陽(yáng)能配合，有很好的時(shí)間匹配性，而且清潔環(huán)保、可再生，太陽(yáng)能作為制冷能源有很大的優(yōu)勢(shì)，本文所要研究的是以太陽(yáng)能為能源動(dòng)力的半導(dǎo)體制冷器熱端散熱問(wèn)題。傳統(tǒng)半導(dǎo)體制冷器有最大制冷系數(shù)狀態(tài)和最大制冷量?jī)煞N狀態(tài)。一般這兩種狀態(tài)并不統(tǒng)一，除非特殊應(yīng)用領(lǐng)域的傾向性設(shè)計(jì)，一般民用領(lǐng)域應(yīng)兼顧兩者，既應(yīng)有較好的經(jīng)濟(jì)效益又應(yīng)有較大的制冷量。
2.半導(dǎo)體制冷的基本原理及其過(guò)程
半導(dǎo)體制冷器的基本元件是熱電偶，熱電偶由導(dǎo)體材料制成。一種為電子型（N型）半導(dǎo)體材料，一種為空穴型（P型）半導(dǎo)體材料。兩種材料交替排列并用金屬片相連，P型半導(dǎo)體靠空穴移動(dòng)導(dǎo)電，N型半導(dǎo)體靠電子移動(dòng)導(dǎo)電。當(dāng)直流電源接通后，電子和空穴在外電場(chǎng)的作用下發(fā)生移動(dòng)。由于空穴和電子在半導(dǎo)體中的勢(shì)能比它們?cè)诮饘僦械膭?shì)能大，當(dāng)它們流過(guò)節(jié)點(diǎn)的時(shí)候會(huì)引起能量傳遞。當(dāng)載流子從較高勢(shì)能變?yōu)檩^低勢(shì)能時(shí)，向外界放出熱量。相反則吸收外界熱量 。于是在兩個(gè)接頭處就會(huì)產(chǎn)生溫差。若干個(gè)這樣的熱電偶對(duì)在電路上串聯(lián)起來(lái)，在傳熱方面并聯(lián)就構(gòu)成一個(gè)常見的熱電制冷組件（或稱熱電堆）。借助于熱交換器等各種傳熱元件使熱電制冷組件的熱端不斷散熱，并保持一定的溫度，把冷端放到工作環(huán)境中去吸熱，從而達(dá)到了制冷的目的。
3、半導(dǎo)體制冷的優(yōu)點(diǎn)和不足
半導(dǎo)體制冷是靠電子和空穴在運(yùn)動(dòng)中直接傳遞熱量來(lái)實(shí)現(xiàn)的。與壓縮機(jī)制冷系統(tǒng)相比，沒(méi)有旋轉(zhuǎn)部件，沒(méi)有回轉(zhuǎn)效應(yīng)，沒(méi)有滑動(dòng)部件，無(wú)需制冷劑，可靠性高，無(wú)噪聲，無(wú)污染，壽命長(zhǎng)，安裝容易。
半導(dǎo)體制冷器具有兩種功能，不僅能制冷，也能加熱，制冷效率一般不高，但致熱效率很高，永遠(yuǎn)大于1。因此使用一個(gè)器件就可以代替分立的加熱系統(tǒng)和制冷系統(tǒng)。半導(dǎo)體制冷器冷卻速度和冷卻溫度可以通過(guò)改變工作電流和工作電壓的大小任意調(diào)節(jié)，啟動(dòng)快，控制靈活，可實(shí)現(xiàn)高精度的溫度控制。再加上溫度檢測(cè)和控制手段，很容易實(shí)現(xiàn)遙控、程控、計(jì)算機(jī)控制，便于組成自動(dòng)控制系統(tǒng)。半導(dǎo)體制冷器熱慣性非常小，制冷制熱時(shí)間很快，在熱端散熱良好冷端空載的情況下，通電不到一分鐘，制冷器就能達(dá)到最大溫差。如今技術(shù)的發(fā)展使半導(dǎo)體制冷的優(yōu)勢(shì)顯現(xiàn)出來(lái)。半導(dǎo)體式冷藏車在數(shù)十年前還只是一個(gè)夢(mèng)想，現(xiàn)在已完全進(jìn)入到了實(shí)用階 段 。半導(dǎo)體制冷突出的優(yōu)勢(shì)，還在于可實(shí)現(xiàn)微小型制冷，功率可做到1 w 以下，且極輕極?。?/p>
4、汽車中半導(dǎo)體制冷的應(yīng)用
4.1 半導(dǎo)體制冷在汽車空調(diào)中的應(yīng)用
電動(dòng)汽車因其綠色環(huán)保、節(jié)約能源日益受到各國(guó)學(xué)術(shù)界的關(guān)注。純電動(dòng)汽車的電能非常寶貴，如果仍然采用燃油車壓縮式的空調(diào)，能耗高，對(duì)車載電源系統(tǒng)提出了新的挑戰(zhàn)。采用半導(dǎo)體制冷技術(shù)設(shè)計(jì)冷風(fēng)系統(tǒng)，既滿足了人在車內(nèi)的舒適性，同時(shí)又節(jié)能、環(huán)保。半導(dǎo)體制冷空調(diào)器與壓縮式制冷空調(diào)器相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，沒(méi)有機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，工作時(shí)無(wú)噪聲、無(wú)磨損、無(wú)震動(dòng)、壽命長(zhǎng)、維修方便，可靠性高；（2）不使用制冷劑，故無(wú)泄漏、無(wú)污染；（3）直流供電，電流方向轉(zhuǎn)換方便，可冷熱兩用；（4）重量、尺寸較小，便于安裝；（5）熱慣性小，負(fù)荷可調(diào)性強(qiáng)，調(diào)節(jié)和控制方便；（6）工作狀態(tài)不受重力場(chǎng)的影響。
在最近研究表明，與太陽(yáng)能動(dòng)力結(jié)合的半導(dǎo)體制冷空調(diào)積極推動(dòng)新能源汽車的發(fā) 展 。如果改變半導(dǎo)體制冷裝置的電流方向，可以作為取暖裝置，能夠用做汽車室內(nèi)的暖空調(diào)，或者用于去除前擋風(fēng)玻璃的霜凍，提高駕駛員的視覺(jué)效果。
4.2 在車載冰箱中的應(yīng)用
半導(dǎo)體冰箱起源于俄羅斯在航天飛行上對(duì)飛行器的冷熱需求而做的發(fā)明，制冷制熱均可。在普遍情況下半導(dǎo)體冰箱制冷其最多能夠達(dá)到零下5℃，但是其制熱溫度卻能夠達(dá)到65℃。這個(gè)冷熱均制的優(yōu)勢(shì)使得半導(dǎo)體冰箱能夠?yàn)殚L(zhǎng)途開車的人帶來(lái)極大的便利。用于出門旅游及野餐，可以充分發(fā)揮其輕便的優(yōu)點(diǎn)。
4.3 汽車電子設(shè)備的散熱
現(xiàn)代汽車隨著電子技術(shù)及各類型車用電子裝置的組裝技術(shù)發(fā)展，成為了具有高度整合性的電子系統(tǒng)。目前汽車電子設(shè)備中所使用的功率元件，在經(jīng)過(guò)一段長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行通電，導(dǎo)致設(shè)備內(nèi)部或機(jī)殼的溫度有可能會(huì)超過(guò)100℃，大大地增加車用電子設(shè)備的故障概率。因此采用半導(dǎo)體冷卻系統(tǒng)可以使它們維持低溫或恒溫的工作條件。例如：對(duì)車內(nèi)大規(guī)模集成電路、光敏器件、功率器件、高頻晶體管等電子元器件的冷卻或恒溫。在現(xiàn)在汽車高精尖科技領(lǐng)域內(nèi)，常對(duì)各種電子元器件的溫度性能要求很高，半導(dǎo)體制冷其溫控精度高的特點(diǎn)正可以滿足其要求。（作者單位：江蘇省精創(chuàng)電氣股份有限公司）
參考文獻(xiàn)
[1]徐勝德.半導(dǎo)體制冷與應(yīng)用技術(shù)[M].上海：上海交通大學(xué)出版社.1992
關(guān)鍵詞：有機(jī)廢水處理 電化學(xué) 羥基自由基 電Fenton試劑 電解氧化 半導(dǎo)體光電催化
近年來(lái)，濃度高且結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的有機(jī)廢水不斷出現(xiàn)，如何有效地去除這些難降解的有機(jī)廢水已經(jīng)成為水處理的熱點(diǎn)問(wèn)題。羥基自由基（·OH）因其有極高的氧化電位（2.8V），其氧化能力極強(qiáng)，與大多數(shù)有機(jī)污染物都可以發(fā)生快速的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，無(wú)選擇性地把有害物質(zhì)氧化成CO2、H2O或礦物鹽，無(wú)二次污染[1]。目前國(guó)內(nèi)外有不少研究者進(jìn)行利用·OH處理有機(jī)廢水的研究。產(chǎn)生·OH的途徑較多，主要有Fenton法[2]、氧化絮凝法[3]、臭氧法[4]、超聲降解法[5]和光催化法[6]。近年來(lái)應(yīng)用電化學(xué)法產(chǎn)生·OH處理有機(jī)廢水獲得了較大的進(jìn)展，在降解和脫色上卓有成效。下面就對(duì)電生·OH的途徑及其在有機(jī)廢水處理中應(yīng)用的最新進(jìn)展進(jìn)行評(píng)述。
1.電Fenton法
工藝上將Fe2+和H2O2的組合稱為Fenton試劑。它能有效地氧化降解廢水中的有機(jī)污染物，其實(shí)質(zhì)是H2O2在Fe2+的催化下產(chǎn)生具有高反應(yīng)活性的·OH。目前，F(xiàn)enton法主要是通過(guò)光輻射、催化劑、電化學(xué)作用產(chǎn)生·OH。利用光催化或光輻射法產(chǎn)生·OH，存在H2O2及太陽(yáng)能利用效率低等問(wèn)題。而電Fenton法是H2O2和Fe2+均通過(guò)電化學(xué)法持續(xù)地產(chǎn)生[7]，它比一般化學(xué)Fenton試劑具有H2O2利用率高、費(fèi)用低及反應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)。因此，通過(guò)電Fenton法產(chǎn)生·OH將成為主要途徑之一。
應(yīng)用電Fenton法產(chǎn)生·OH處理有機(jī)廢水多數(shù)是以平板鐵為陽(yáng)極，多孔碳電極為陰極，在陰極通以氧氣或空氣。通電時(shí)，在陰陽(yáng)兩極上進(jìn)行相同電化當(dāng)量的電化學(xué)反應(yīng)，在相同的時(shí)間內(nèi)分別生成相同物質(zhì)的量的Fe2+和H2O2，從而使得隨后生成Fenton試劑的化學(xué)反應(yīng)得以實(shí)現(xiàn)[8]。
溶液的pH值對(duì)氧陰極還原獲得H2O2的反應(yīng)有很大的影響[9]。研究表明，溶液的pH值不僅對(duì)陰極反應(yīng)電位和槽電壓有影響，還將決定著生成H2O2的電流效率，進(jìn)而影響隨后生成·OH的效率及與有機(jī)污染物的降解脫色反應(yīng)。
然而，電解氧化法工業(yè)化應(yīng)用仍存在著一些問(wèn)題，如電流效率仍然偏低、能耗大、電催化降解反應(yīng)器的效率較低、電化學(xué)催化降解有機(jī)污染物的機(jī)理還需要進(jìn)一步探討等[21]。加強(qiáng)對(duì)上述問(wèn)題的研究，是該法今后發(fā)展的方向。
3. 半導(dǎo)體電催化法
由于某些半導(dǎo)體材料有良好的光化學(xué)特性和活潑的電化學(xué)行為，近年來(lái)，利用半導(dǎo)體材料制成電極在有機(jī)廢水中的研究應(yīng)用已引起眾多研究者的重視[22]。
半導(dǎo)體催化材料在電場(chǎng)中有“空穴”效應(yīng)[23]，即半導(dǎo)體處于一定強(qiáng)度的電場(chǎng)時(shí)，其價(jià)帶電子會(huì)越過(guò)禁帶進(jìn)入導(dǎo)帶，同時(shí)在價(jià)帶上形成電激空穴，空穴有很強(qiáng)的俘獲電子的能力，可以?shī)Z取半導(dǎo)體顆粒表面的有機(jī)物或溶劑中的電子發(fā)生氧化還原反應(yīng)。在水溶液發(fā)生的電催化氧化反應(yīng)中，水分子在半導(dǎo)體表面失去電子生成強(qiáng)氧化性的·OH，同時(shí)半導(dǎo)體催化劑和電極產(chǎn)生的H2O2等活性氧化物質(zhì)也起協(xié)同作用，因此，在電催化反應(yīng)體系中存在多種產(chǎn)生強(qiáng)氧化因子的途徑，能有效地提高了催化降解的效率。在半導(dǎo)體電催化反應(yīng)中，電壓和電流強(qiáng)度都要達(dá)到一定的值。一般來(lái)說(shuō)，隨著外加電壓的升高，體系產(chǎn)生·OH的速率增大，有機(jī)物的去除效率提高[24]。但也有研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)外加電壓達(dá)到一定值時(shí)，進(jìn)一步升高電壓會(huì)抑制自由基的生成，降低了催化效率[25]。
半導(dǎo)體電催化法在有機(jī)廢水處理中的研究，主要以在摻雜半導(dǎo)體電極和納米半導(dǎo)體材料電極作為陽(yáng)極產(chǎn)生·OH處理有機(jī)廢水。董海等[26]采用摻銻的SnO2粉制成的半導(dǎo)體電極，研究了含酚廢水的電催化降解反應(yīng)，對(duì)酚的降解率達(dá)90%。
4. 半導(dǎo)體光電催化法
在紫外光等照射下，并外加電場(chǎng)的作用下TiO2半導(dǎo)體內(nèi)也會(huì)存在“空穴”效應(yīng)，這種光電組合產(chǎn)生·OH的方法又稱光電催化法。TiO2光電組合效應(yīng)不但可以把導(dǎo)帶電子的還原過(guò)程同價(jià)帶空穴的氧化過(guò)程從空間位置上分開(與半導(dǎo)體微粒相比較)，明顯地減少了簡(jiǎn)單復(fù)合，結(jié)果大大增加了半導(dǎo)體表面·OH的生成效率且防止了氧化中間產(chǎn)物在陰極上的再還原，而且導(dǎo)帶電子能被引到陰極還原水中的H+，因此不需要向系統(tǒng)內(nèi)鼓入作為電子俘獲劑的O2[27]。
由于上述優(yōu)勢(shì)，光電催化技術(shù)在有機(jī)廢水的研究工作得到了迅速發(fā)展，戴清等[28]利用TiO2薄膜電極作為工作電極，建立了電助光催化體系，以含氯苯酚(例如4-氯苯酚和2，4，6-三氯苯酚)廢水作為降解對(duì)象，進(jìn)行光電催化研究。 Cheng 等[29]用三維電極光電催化降解處理亞甲基蘭廢水，研究表明，其脫色率和COD的去除率分別為95%和87%。Waldne等[30]用TiO2半導(dǎo)體光電催化法進(jìn)行降解4-氯苯酚的研究，取得較好處理效果。
目前，光電化學(xué)反應(yīng)的研究工作還大多局限于實(shí)驗(yàn)室階段，應(yīng)用納米TiO2半導(dǎo)體電極光電催化法處理大規(guī)模工業(yè)有機(jī)廢水的報(bào)道還不多，主要是由于TiO2半導(dǎo)體重復(fù)利用率不高和光電催化反應(yīng)器光電催化效率降低。因此，把TiO2經(jīng)過(guò)改性、修飾制備成高效且能重復(fù)使用的電極，如在TiO2材料表面上進(jìn)行貴金屬沉積、摻雜金屬離子、復(fù)合半導(dǎo)體、表面光敏化劑等[31]，已成為以TiO2為半導(dǎo)體電極進(jìn)行光電催化降解有機(jī)污染物研究的熱點(diǎn)。此外，這項(xiàng)技術(shù)的實(shí)用化必然涉及到反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)和類型的確定，開發(fā)高效重復(fù)使用且費(fèi)用較低的工業(yè)化光催化反應(yīng)器，也將是納米TiO2工業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵。
5.展望
盡管國(guó)內(nèi)外電化學(xué)法處理有機(jī)廢水技術(shù)已有了很大的發(fā)展，其中不少已達(dá)到工業(yè)化應(yīng)用的水平，但電化學(xué)作為一門能在凈化環(huán)境中有所作為的學(xué)科，還在不斷發(fā)展中。電生·OH在有機(jī)廢水處理中有其獨(dú)特的特點(diǎn)，其應(yīng)用的前景是很樂(lè)觀的。但仍存在一些問(wèn)題需要解決：
（1）目前，電Fenton法的研究還不是很成熟，電流效率低，設(shè)計(jì)合理電解池的結(jié)構(gòu)和尋找新型的電極材料將是今后研究的方向。
（2）通過(guò)電解氧化法產(chǎn)生·OH處理有機(jī)廢水處理，其降解效率受陽(yáng)極材料和結(jié)構(gòu)、電流密度、電解質(zhì)及其傳質(zhì)能力等多種因素的影響。目前電解槽的傳質(zhì)問(wèn)題影響電流效率的提高，如果要應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)中，還需提高產(chǎn)生·OH的電流效率，降低成本。因此，加強(qiáng)電解催化的機(jī)理的研究，研制開發(fā)各種高效電解催化反應(yīng)器和高電化學(xué)活性及性能穩(wěn)定的電極材料等，是今后急需解決的問(wèn)題。
（3）用納米半導(dǎo)體光電催化氧化法是目前研究的熱點(diǎn)，如何獲得并提高半導(dǎo)體材料光電催化活性，開發(fā)高效、穩(wěn)定能重復(fù)使用、價(jià)格低廉的半導(dǎo)體電極材料和工業(yè)光電催化反應(yīng)器是今后在該領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)，也是使納米TiO2應(yīng)用于工業(yè)化的關(guān)鍵。
[6] 許宜銘，陳文星，朱志杰. 苯酚及氯代苯酚化合物TiO2催化光致降解[J]. 環(huán)境科學(xué)，1990，9(6):13-18.
[9] 陳震，陳曉，鄭曦，等. 溶液pH值及電流濃度對(duì)電化學(xué)生成羥基自由基的降解機(jī)制的影響[J].環(huán)境科學(xué)研究，2002，15(3):42-53.
[10] Hsiao Y ，Nobe K . Oxidative reactions of phenol and chlorobenzene with in situ electrogenerated fenton’s reagent[J]. Chem. Eng. Commom.，1993，126(1):97-110.
[11] 鄭曦，陳日耀，蘭瑞芳，等. 電生成Fenton試劑及其對(duì)染料降解脫色的研究[J].電化學(xué)，2003，9(1):98-103.
[12] 張乃東，彭永臻，李寧. 陽(yáng)極氧化與 Fenton 法結(jié)合的可行性[J]. 中國(guó)環(huán)境科學(xué)，2004，24(1):68-71.
[13] Brillas E ，Calpe J C ，Casado J .Mineralization of 2，4-D by advanced electrochemical oxidation processes[J].Water Res，2000，34(8): 2256-2262.
[16] 宋衛(wèi)峰，吳斌，馬前，等. 電解法降解有機(jī)污染物機(jī)理及動(dòng)力學(xué)的研究[J].化工環(huán)保，2001，21(3):131-136.
[17] 何春，安太成，熊亞，等. 三維電極電化學(xué)反應(yīng)器對(duì)有機(jī)廢水的降解研究[J].電化學(xué)，2002，8(3):327-332.
[18] 熊蓉春，賈成功，魏剛. 二維和三維電極法催化降解染料廢水[J].北京化工大學(xué)學(xué)報(bào)，2002，29(5):34-37.
[19] 崔艷萍，楊昌柱. 復(fù)極性三維電極處理含酚廢水的研究[J].能源環(huán)境保護(hù)，2004，18(1):23-26.
[21] 陳衛(wèi)國(guó)，朱錫海.電催化產(chǎn)生H2O2和· OH機(jī)理及在有機(jī)物降解中的應(yīng)用[J].水處理技術(shù)，1997，23(6):354-357.
[22] Dohrmann J K ，Chuan M ，Schaaf N S . Photocalorimetry at semiconductor electrodes:theory，technique and applications[J].Solar Energy Materials and Solar Cells，1996，43(3):273-296.
[23] 申哲民，王文華，賈金平，等. 電催化氧化中的三種催化材料處理酸性紅B染料的比較研究[J].環(huán)境污染治理技術(shù)與設(shè)備，2001，2(1):55-58.
[24] 陳衛(wèi)國(guó)，朱錫海. 電催化產(chǎn)生H2O2和·OH及去除廢水中有機(jī)污染物的應(yīng)用[J].中國(guó)環(huán)境科學(xué)，1998，18(2):148-150.
[25] Candal. Titanium-supported titania phtoelect-trodes made by sol-gel processes[J].J.Environ. Engin.，1990，10:906-912.
[26] 董海，鄭志堅(jiān)，鄭成法，等. SnO2電極電催化降解廢水中酚[J].復(fù)旦學(xué)報(bào)，1998，37(3):287-290.
[27] 郝曉剛，李一兵，樊彩梅，等. TiO2光電催化水處理技術(shù)研究進(jìn)展[J].化學(xué)通報(bào)，2003，5:306-311.
關(guān)鍵詞： 電子科學(xué)與技術(shù) 培養(yǎng)目標(biāo) 課程體系建設(shè)
1.引言
常州工學(xué)院立足于常州，服務(wù)于長(zhǎng)三角地區(qū)，該地區(qū)是國(guó)內(nèi)電子行業(yè)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)達(dá)地區(qū)之一，對(duì)電子類人才的需求量非常大。隨著該地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級(jí)，社會(huì)對(duì)人才的需求逐步呈現(xiàn)出多樣化和高層次化的要求。面對(duì)新形勢(shì)的發(fā)展需要，培養(yǎng)適應(yīng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和行業(yè)技術(shù)升級(jí)要求的應(yīng)用型本科人才成為當(dāng)務(wù)之急。電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的人才培養(yǎng)需要符合口徑寬、適應(yīng)性強(qiáng)、基礎(chǔ)扎實(shí)、發(fā)展?jié)摿Υ蟮纫?，因此課程體系的建設(shè)十分重要。
2.人才培養(yǎng)目標(biāo)
培養(yǎng)方案和培養(yǎng)目標(biāo)的制定要充分考慮相關(guān)高校、社會(huì)的需求，以及學(xué)校與專業(yè)的具體情況等各方面因素，并以行業(yè)技術(shù)進(jìn)步、企事業(yè)單位需求和畢業(yè)生的反饋為參考依據(jù)。
通過(guò)對(duì)電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的調(diào)研，以社會(huì)需求為導(dǎo)向，確定理論基礎(chǔ)實(shí)、口徑寬、實(shí)踐能力強(qiáng)、知識(shí)結(jié)構(gòu)合理的全面培養(yǎng)模式和培養(yǎng)目標(biāo)，以綜合素質(zhì)培養(yǎng)和工程技術(shù)應(yīng)用能力培養(yǎng)為主線，統(tǒng)籌編排課程體系，充分考慮和遵循學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，以學(xué)生為主體，制定一套切實(shí)可行的、適合應(yīng)用型本科人才的電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)培養(yǎng)方案和人才培養(yǎng)目標(biāo)，以適應(yīng)市場(chǎng)對(duì)電子工程技術(shù)人才的需求，提高學(xué)生的實(shí)踐和創(chuàng)新能力，從而增強(qiáng)學(xué)生的就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。
電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的人才培養(yǎng)目標(biāo)為：適應(yīng)信息產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展需要，培養(yǎng)具有良好思想道德素質(zhì)和科學(xué)文化素質(zhì)的應(yīng)用型本科人才，使學(xué)生具有扎實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)和專業(yè)知識(shí)，具備設(shè)計(jì)、制造與生產(chǎn)實(shí)踐能力，具有不斷學(xué)習(xí)進(jìn)步與更新知識(shí)的能力，能夠及時(shí)跟蹤并掌握新理論和新技術(shù)，在電子電路與系統(tǒng)、電子材料與元器件、半導(dǎo)體工藝等領(lǐng)域從事分析、設(shè)計(jì)、制造與測(cè)試等工作。為了實(shí)現(xiàn)以上人才培養(yǎng)目標(biāo)，在培養(yǎng)計(jì)劃的制訂尤其是課程體系建設(shè)方面提出了更高要求。
3.課程體系建設(shè)
為了實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)計(jì)劃和人才培養(yǎng)目標(biāo)，電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的課程體系建設(shè)主要包括以下內(nèi)容。
（1）課程體系模塊化、層次化的應(yīng)用能力培養(yǎng)體系。
課程體系以應(yīng)用能力培養(yǎng)為核心，分為學(xué)校級(jí)、學(xué)院級(jí)和系部級(jí)三個(gè)層次。學(xué)校級(jí)通識(shí)課程模塊層次教授電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的基礎(chǔ)知識(shí)，主要包括基本數(shù)學(xué)能力、英語(yǔ)能力、物理能力、計(jì)算機(jī)能力及思想道德法律等基本知識(shí)。構(gòu)建以電氣學(xué)院專業(yè)基礎(chǔ)課程模塊層次為電類一級(jí)學(xué)科為基礎(chǔ)的知識(shí)結(jié)構(gòu)培養(yǎng)體系，學(xué)院基礎(chǔ)的培養(yǎng)為知識(shí)面的拓寬打下良好基礎(chǔ)。系部級(jí)的電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)課程培養(yǎng)為畢業(yè)生的就業(yè)和繼續(xù)深造提供專業(yè)技術(shù)知識(shí)。分級(jí)課程建設(shè)體系造就了畢業(yè)生基礎(chǔ)知識(shí)扎實(shí)、理論知識(shí)雄厚、專業(yè)技術(shù)知識(shí)豐富、動(dòng)手能力強(qiáng)等特點(diǎn)。
（2）理論與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合的專業(yè)課程建設(shè)。
專業(yè)課程體系分為理論基礎(chǔ)課程和實(shí)際應(yīng)用課程兩個(gè)層面，除了必備的工程數(shù)學(xué)與物理知識(shí)外，在專業(yè)知識(shí)方面，逐步建立電子材料、制造工藝、電子器件、基本單元電路、宏單元、子系統(tǒng)及系統(tǒng)的課程體系，打通自頂向下和自底向上的知識(shí)培養(yǎng)通路。以半導(dǎo)體物理和器件物理核心的課程體系構(gòu)成了微電子學(xué)與固體電子學(xué)的理論基礎(chǔ)，為制造工藝和電路設(shè)計(jì)提供知識(shí)的基本結(jié)構(gòu)。以信號(hào)與系統(tǒng)、電路設(shè)計(jì)與測(cè)試的核心課程體系作為電路的理論基礎(chǔ)，為電路方面能力的培養(yǎng)形成電子系統(tǒng)的知識(shí)基本結(jié)構(gòu)。知識(shí)結(jié)構(gòu)的分層次化、理論與實(shí)際相結(jié)合的培養(yǎng)體系覆蓋了整個(gè)電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的知識(shí)能力點(diǎn)，全方位培養(yǎng)畢業(yè)生的理論基礎(chǔ)與工程實(shí)踐能力，重點(diǎn)培養(yǎng)從系統(tǒng)角度審視具體電子技術(shù)的能力。
（3）以微電子技術(shù)為主干的專業(yè)課程體系。
電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的知識(shí)以微電子技術(shù)為核心，可以劃分為兩大體系：第一是半導(dǎo)體材料、器件和制造工藝；第二是集成電路設(shè)計(jì)與測(cè)試。在半導(dǎo)體材料、器件和制造工藝上，除了傳統(tǒng)與新型集成電路方面的應(yīng)用，還與相關(guān)新型電光源、光伏材料與器件、光電材料與器件在知識(shí)結(jié)構(gòu)上具有互通性。均以半導(dǎo)體材料為核心，引申到其他半導(dǎo)體材料與器件，在理論與實(shí)際應(yīng)用和制造工藝上具有相似性。集成電路設(shè)計(jì)與測(cè)試涵蓋了微電子和光電子技術(shù)的電路與測(cè)試方面的內(nèi)容，在電路方面，新型電光源的器件、核心芯片、驅(qū)動(dòng)電路等，光伏器件與電路、光電子電路與信號(hào)檢測(cè)，與標(biāo)準(zhǔn)集成電路設(shè)計(jì)與應(yīng)用具有共同性。在測(cè)試方面，涵蓋了電學(xué)測(cè)試與可靠性測(cè)試，完整地建立了功能測(cè)試與性能測(cè)試的基本概念。電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的另一個(gè)特色是在設(shè)計(jì)與應(yīng)用電子系統(tǒng)時(shí)，具備其他專業(yè)所不具備的電路工藝與器件的底層知識(shí)，從而在電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析中具備更強(qiáng)的理解能力。
（4）全方位的課程實(shí)踐能力培養(yǎng)體系。
電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的課程體系以理論與實(shí)踐相結(jié)合為設(shè)置理念，在課內(nèi)實(shí)驗(yàn)、課內(nèi)實(shí)踐、獨(dú)立授課實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)、科研實(shí)踐、實(shí)習(xí)及畢業(yè)設(shè)計(jì)等方面全方位構(gòu)建實(shí)驗(yàn)實(shí)踐體系，重點(diǎn)培養(yǎng)畢業(yè)生的動(dòng)手能力和實(shí)踐能力。除了電氣學(xué)院的實(shí)驗(yàn)中心和實(shí)驗(yàn)室外，電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)有兩個(gè)專業(yè)實(shí)驗(yàn)室：集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室和集成電路測(cè)試實(shí)驗(yàn)室。為教學(xué)、科研提供全方位的服務(wù)。集成電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室主要提供學(xué)生在系統(tǒng)設(shè)計(jì)、電路設(shè)計(jì)、器件與工藝實(shí)驗(yàn)等方面的專用軟件。集成電路測(cè)試實(shí)驗(yàn)室主要提供電路測(cè)試、半導(dǎo)體材料、半導(dǎo)體器件、半導(dǎo)體工藝等各方面的實(shí)驗(yàn)。在電子技術(shù)的材料、器件、電路設(shè)計(jì)、制造、測(cè)試等流程方面提供全方位服務(wù)。在實(shí)驗(yàn)室開放上，實(shí)驗(yàn)室開放給所有教師與學(xué)生使用，鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室參與教師的科研與參與畢業(yè)設(shè)計(jì)。
（5）教學(xué)與科研結(jié)合，校企結(jié)合的工程技術(shù)能力培養(yǎng)體系。
電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的教師承擔(dān)了多項(xiàng)縱向與橫向項(xiàng)目，系部鼓勵(lì)教師與學(xué)生一起參與科研項(xiàng)目，為學(xué)生實(shí)驗(yàn)實(shí)踐能力的培養(yǎng)提供良好的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐平臺(tái)和科研平臺(tái)，從而從項(xiàng)目角度提供給學(xué)生實(shí)訓(xùn)機(jī)會(huì)。在校企產(chǎn)學(xué)研聯(lián)盟方面，電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)緊密聯(lián)系常州和周邊地區(qū)的企業(yè)，如銀河電子、天合光能、常州普美、常州歐智等多家企業(yè)，形成校企聯(lián)盟。參考卓越計(jì)劃的實(shí)施，電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)經(jīng)常邀請(qǐng)外校和企業(yè)專家對(duì)學(xué)生開展前沿性科學(xué)講座與培訓(xùn)，為畢業(yè)生的能力培養(yǎng)和就業(yè)提供指導(dǎo)。
4.實(shí)踐的效果
通過(guò)培養(yǎng)方案與人才培養(yǎng)目標(biāo)的制定，重點(diǎn)進(jìn)行電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的課程體系建設(shè)，并通過(guò)多年教學(xué)與科研實(shí)踐，進(jìn)行以下方面的實(shí)踐，取得了良好效果。
（1）完善電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的課程體系，建立材料、器件、工藝、電路、測(cè)試和系統(tǒng)的能力點(diǎn)分布。
（2）從社會(huì)需求角度和人才知識(shí)結(jié)構(gòu)出發(fā)，逐步對(duì)課程體系進(jìn)行調(diào)整，增強(qiáng)課程體系之間的內(nèi)在聯(lián)系，減少或刪除部分實(shí)用性不強(qiáng)的課程，增設(shè)社會(huì)急需的專業(yè)課程。
（3）強(qiáng)調(diào)應(yīng)用能力培養(yǎng)，強(qiáng)化理論知識(shí)教學(xué)，增加實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐應(yīng)用能力，培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)知識(shí)的能力。
（4）探索開設(shè)提高學(xué)生動(dòng)手能力和操作能力的集中性實(shí)踐環(huán)節(jié)和創(chuàng)新環(huán)節(jié)，探討校企結(jié)合培養(yǎng)人才的新模式。
根據(jù)對(duì)本校歷屆電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)本科畢業(yè)生的跟蹤調(diào)查，九成以上的畢業(yè)生去向?yàn)殚L(zhǎng)三角地區(qū)，平均每年有20%的畢業(yè)生進(jìn)入國(guó)內(nèi)知名高校讀研繼續(xù)深造，其余進(jìn)入各企事業(yè)單位。通過(guò)對(duì)接收畢業(yè)生的各高校、企事業(yè)單位，以及畢業(yè)生進(jìn)行的調(diào)查和反饋，本校電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的課程體系建設(shè)能夠培養(yǎng)學(xué)生扎實(shí)的理論知識(shí)和熟練的實(shí)踐能力，有利于學(xué)生做好職業(yè)生涯規(guī)劃，能夠促進(jìn)畢業(yè)生快速進(jìn)入新領(lǐng)域和崗位，用人單位滿意度高。
5.結(jié)語(yǔ)
通過(guò)幾年對(duì)電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)課程體系的建設(shè)與實(shí)踐，基礎(chǔ)課、專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課的設(shè)置逐步得到了發(fā)展和優(yōu)化，梳理清楚了本專業(yè)各方面能力的培養(yǎng)，知識(shí)點(diǎn)和能力點(diǎn)的分布更系統(tǒng)化和體系化，并通過(guò)實(shí)踐進(jìn)行了驗(yàn)證和完善，為畢業(yè)生的就業(yè)和進(jìn)一步深造打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
參考文獻(xiàn)：
[1]王偉，楊恒新，蔡祥寶，等.電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)“學(xué)、研”結(jié)合型人才培養(yǎng)方案的研究與實(shí)踐.中國(guó)科技信息，2013（9）：218-220.
[2]楊東曉，章獻(xiàn)民，韓雁，等.電子工程類卓越人才培養(yǎng)的實(shí)踐.中國(guó)電子教育學(xué)會(huì)分會(huì)2010年論文集，P20-28.
[3]沈?yàn)槊?，孫翎，楊凱，樓俊.“電子科學(xué)與技術(shù)”多樣性人才培養(yǎng).電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2009.9：66-72.
[4]張培昆.電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)課程設(shè)置的探索.信息與電腦，2013，03：200-201.
[5]阮凱斌，劉銀春，張洪.電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)課程體系建設(shè)的研究與實(shí)施.時(shí)代教育，2012（11）：28-29.
[6]殷景華，曹江，宋明歆，等.電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)課程體系優(yōu)化的研究.信息技術(shù)，2007（6）：17-19.
[7]邸志剛，賈春榮.電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)培養(yǎng)體系改革及構(gòu)建.中國(guó)電力教育，2013（7）：59-60.
關(guān)鍵詞：
制冷半導(dǎo)體；泡沫金屬；交叉風(fēng)道；制冷系統(tǒng)
中圖分類號(hào)：
TB
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
文章編號(hào)：16723198（2013）21019702
0引言
隨著電子集成技術(shù)的快速發(fā)展，電子器件也朝著小型化、輕量化、智能化方向邁進(jìn)。然而，集成電子器件的小型化在增加功率密度的同時(shí)其散熱量也越來(lái)越大，傳統(tǒng)的冷卻技術(shù)已很難滿足其冷卻要求，所以研究高熱流密度的電子元件散熱尤為重要。本文提出一種風(fēng)冷散熱方法，即在半導(dǎo)體制冷技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合泡沫金屬散熱器，設(shè)計(jì)制冷系統(tǒng)并通過(guò)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛯?duì)其制冷效果進(jìn)行測(cè)試。
1理論基礎(chǔ)與實(shí)驗(yàn)裝置
半導(dǎo)體制冷片是一個(gè)熱傳遞工具。當(dāng)一塊N型半導(dǎo)體材料和一塊P型半導(dǎo)體材料聯(lián)結(jié)成的熱電偶對(duì)中有電流通過(guò)時(shí)，兩端之間就會(huì)產(chǎn)生熱量轉(zhuǎn)移，從而產(chǎn)生溫差形成冷熱端。但是半導(dǎo)體自身存在電阻，當(dāng)電流經(jīng)過(guò)時(shí)會(huì)產(chǎn)生熱量，影響熱傳遞。兩個(gè)極板之間的熱量也會(huì)通過(guò)空氣和半導(dǎo)體材料自身進(jìn)行逆向熱傳遞。當(dāng)冷熱端達(dá)到一定溫差，兩種熱傳遞的量相等時(shí)，正逆向熱傳遞相互抵消，此時(shí)冷熱端的溫度就不會(huì)繼續(xù)發(fā)生變化。因此為了達(dá)到更低的溫度，可采取散熱等方式降低熱端溫度。
泡沫金屬是孔隙度達(dá)到90%以上，具有一定強(qiáng)度和剛度的多孔金屬材料。這類金屬材料透氣性高，孔隙表面積大，材料容重小。當(dāng)氣流穿過(guò)時(shí)擁有較大接觸面積，利于換熱。
制冷由半導(dǎo)體制冷片實(shí)現(xiàn)，考慮到半導(dǎo)體制冷片冷面與散熱對(duì)象不能直接接觸，且冷面的冷量向空氣的自然對(duì)流傳熱效果不顯著，故將其貼于泡沫金屬表面，增加換熱面積，達(dá)到強(qiáng)化冷量交換效果。制冷半導(dǎo)體和泡沫金屬之間由硅脂粘結(jié)，減小接觸熱阻。部分氣流帶走冷量，形成冷風(fēng)并對(duì)目標(biāo)散熱，熱面也同樣由氣流帶走熱量排入環(huán)境。
實(shí)驗(yàn)用交叉連接雙風(fēng)道，其中一個(gè)用于導(dǎo)出冷風(fēng)，一個(gè)用于導(dǎo)出熱風(fēng)。在冷熱風(fēng)道入口各對(duì)接風(fēng)機(jī)以提供氣流，并在加工風(fēng)道時(shí)留下必要的測(cè)量空、安裝孔等。
制冷半導(dǎo)體通電時(shí)產(chǎn)生溫差，經(jīng)過(guò)冷面的空氣流被冷卻成為冷風(fēng)，經(jīng)過(guò)熱面的空氣流對(duì)其降溫并由熱風(fēng)道排出。熱面溫度越低，冷面溫度則越低，冷卻效果越好。冷風(fēng)道出口處布有4個(gè)對(duì)稱溫度測(cè)點(diǎn)（實(shí)驗(yàn)中記為T5，T6，T7，T8，單位℃），4個(gè)風(fēng)溫計(jì)對(duì)稱布置測(cè)出口風(fēng)溫，而進(jìn)口風(fēng)溫由環(huán)境溫度確定。安置風(fēng)速儀進(jìn)行出口處風(fēng)速測(cè)量。另外與半導(dǎo)體冷面接觸的泡沫金屬表面布置中心對(duì)稱的4個(gè)測(cè)點(diǎn)，將4個(gè)熱電偶點(diǎn)焊在銅板上，用于測(cè)量泡沫金屬底面所焊銅板溫度，通過(guò)吉士利數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行采集，采集100次，并分別取平均（實(shí)驗(yàn)中記為T1，T2，T3，T4，單位℃），用于計(jì)算制冷的相對(duì)換熱系數(shù)。
此模型的冷風(fēng)道溫度場(chǎng)數(shù)值模擬結(jié)果：環(huán)境溫度為298K（25℃），其中在400mm*100mm*40mm的模擬冷風(fēng)道內(nèi)，半導(dǎo)體制冷片工作在12V，6A的額定條件下，泡沫金屬材料為銅，尺寸為100mm*100mm*40mm，且為5個(gè)ppi。從結(jié)果中可以肯定制冷的理論效果。
2實(shí)驗(yàn)過(guò)程
2.1實(shí)驗(yàn)器材
有機(jī)玻璃交叉風(fēng)道1個(gè)，全銅芯80W調(diào)速離心風(fēng)機(jī)2個(gè)，制冷半導(dǎo)體（額定工作條件12V，6A）50mm*50mm個(gè)，電子風(fēng)速儀2個(gè)，電子風(fēng)溫計(jì)4支，玻璃溫度計(jì)1支，銅質(zhì)泡沫金屬若干，PC機(jī)，銅康銅熱電偶，冰瓶，吉士利2700數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集卡，線性穩(wěn)壓電源等。
2.3實(shí)驗(yàn)步驟
按設(shè)計(jì)搭建試驗(yàn)臺(tái)，讀取室溫Ts（℃），為26.5℃。
風(fēng)機(jī)由220V電源帶動(dòng)，制冷半導(dǎo)體由線性穩(wěn)壓電源供電，風(fēng)速儀分別位于冷、熱風(fēng)道出風(fēng)口處，測(cè)得風(fēng)速V1（m/s），V2（m/s）。
保持熱風(fēng)道風(fēng)機(jī)風(fēng)速V2不變，調(diào)節(jié)制冷半導(dǎo)體的工作電壓U或電流I，調(diào)節(jié)冷風(fēng)道風(fēng)機(jī)風(fēng)速V1，依次讀取T1～T8；再改變V2，調(diào)節(jié)制冷半導(dǎo)體的工作電壓或電流，調(diào)節(jié)冷風(fēng)道風(fēng)機(jī)風(fēng)速V1，依次讀取T1～T8；如上重復(fù)，其中V2分別為0.5m/s，1.0m/s，2.0m/s，3.0m/s，4.0m/s，V1分別為0.5m/s，1.0m/s，1.5m/s，2.0m/s，2.5m/s，3.0m/s，3.5m/s，4.0m/s，（U，I）分別為（1.4V，1.0A），（3.1V，2.0A），（46V，3.0A），（6.3V，4.0A），（8.2V，5.0A）..
冷風(fēng)道出口平均溫度Tb=（T5+T6+T7+T8）/4，半導(dǎo)體冷面接觸的泡沫金屬底面銅板平均溫度Ta=（T1+T2+T3+T4）/4；由公式h*ΔTa*S=Q=Cp*（m/t）*ΔTb，計(jì)算制冷功率Q及相對(duì)換熱系數(shù)h，其中等式左邊為冷面換熱功率，右邊為由空氣冷卻算出的制冷功率。S–泡沫金屬底面面積，ΔTa=Ts-Ta，h為以S為換熱面積的實(shí)際換熱系數(shù)，Cp為空氣室溫下比熱，取1.004KJ/
從圖2～圖4中得出，隨著冷風(fēng)道風(fēng)速越低，出口風(fēng)溫越低，冷卻效果越好。制冷片功率的越高，冷風(fēng)道出口風(fēng)溫越低，但當(dāng)功率達(dá)到實(shí)驗(yàn)最大時(shí)冷風(fēng)道出口風(fēng)溫又會(huì)升高，因?yàn)闊崦娴纳釛l件有限，溫度升高，冷面的溫度也相應(yīng)回升。
由于實(shí)驗(yàn)受儀器、環(huán)境等影響，曲線雖有一定波動(dòng)，但總體結(jié)論為隨熱風(fēng)道風(fēng)速V2的上升，冷風(fēng)道出口風(fēng)溫Tb下降，冷卻效果好。
經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算，可得到以S為換熱面積的冷面實(shí)際換熱系數(shù)h，制冷功率Q，制冷半導(dǎo)體功率W。對(duì)數(shù)據(jù)分析得知，當(dāng)僅改變冷風(fēng)道出口風(fēng)速流量，即q增大，則出口風(fēng)溫上升，制冷功率Q上升；當(dāng)僅改變冷半導(dǎo)體功率，即W增大，則出口風(fēng)溫下降，制冷功率Q上升；當(dāng)僅改變熱風(fēng)道風(fēng)速，即V2增大，則出口風(fēng)溫下降，制冷功率Q上升。以S為換熱面積的冷面實(shí)際換熱系數(shù)h，h隨V1增大而增大，隨V2增大而增大；但當(dāng)制冷半導(dǎo)體功率W增大，h逐漸減小。
實(shí)驗(yàn)中制冷功率Q最高值是在V2=3m/s，U=6.3V，I=4A，V1=4m/s狀態(tài)下測(cè)得，證明制冷功率需綜合考慮散熱條件是否滿足所對(duì)應(yīng)功率、氣流質(zhì)量流量大小、散熱風(fēng)速等各種因素。
4結(jié)論
本文設(shè)計(jì)了運(yùn)用泡沫金屬半導(dǎo)體制冷系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)原型，根據(jù)實(shí)驗(yàn)效果，統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)，得出如下結(jié)論：
（1）相同情況下，冷風(fēng)風(fēng)速越低，出口風(fēng)溫越低；制冷半導(dǎo)體電功率越高，出口風(fēng)溫越低；熱風(fēng)道風(fēng)速上升，冷風(fēng)道出口風(fēng)溫下降。
（2）相同情況下，冷風(fēng)道出口風(fēng)速增大，出口風(fēng)溫上升，制冷功率Q上升；冷半導(dǎo)體功率W增大，出口風(fēng)溫下降，制冷功率上升；熱風(fēng)道風(fēng)速增大，出口風(fēng)溫下降，制冷功率上升。
（3）以S為換熱面積的冷面實(shí)際換熱系數(shù)h隨V1增大而增大，隨V2增大而增大；制冷半導(dǎo)體功率增大，h逐漸減小。
（4）對(duì)于較低制冷功率，可選擇較低的冷風(fēng)風(fēng)速，較高的熱風(fēng)風(fēng)速和電功率；對(duì)于較高制冷功率，則選擇較高的冷風(fēng)風(fēng)速及熱風(fēng)速，較高電功率。
參考文獻(xiàn)
[1]楊建敏.冷散熱半導(dǎo)體制冷系統(tǒng)性能分析及實(shí)驗(yàn)研究[D].南昌：南昌大學(xué)，2009.
[2]唐應(yīng)茂.泡沫金屬矩形通道中對(duì)流換熱的實(shí)驗(yàn)和模擬[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2010，30（14）.
[3]劉曉丹，馮妍卉，楊雪飛，張欣欣.泡沫金屬矩形通道中對(duì)流換熱的實(shí)驗(yàn)和模擬[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2010，（14）.
關(guān)鍵詞：信息材料；案例教學(xué)
一、引言
信息材料是信息技術(shù)的基石，在現(xiàn)代材料科學(xué)中占有非常重要的地位，其研究和應(yīng)用在進(jìn)入21世紀(jì)后得到了蓬勃的發(fā)展。信息材料的涵蓋非常廣泛，包括信息的獲取、處理、存儲(chǔ)、顯示整個(gè)信息鏈過(guò)程中涉及的各種材料。隨著信息技術(shù)、材料技術(shù)的進(jìn)步，信息材料處于越來(lái)越重要的地位，國(guó)內(nèi)外一流大學(xué)，如美國(guó)麻省理工大學(xué)、哈佛大學(xué)，國(guó)內(nèi)清華大學(xué)、上海交通大學(xué)、北京郵電大學(xué)等紛紛將信息材料類型課程納入教學(xué)內(nèi)容。信息材料的課程教學(xué)在研究生教育課程體系中，包含多門課程，如《功能材料》、《信息材料學(xué)》、《電子材料》、《半導(dǎo)體材料》等，形成了內(nèi)容聯(lián)系緊密的系列課程，占據(jù)了材料科學(xué)與工程教學(xué)課程體系中非常重要的部分。
信息材料緊貼信息技術(shù)，其學(xué)習(xí)過(guò)程中材料的成分、結(jié)構(gòu)、工藝、性能教學(xué)主線必然要和相關(guān)的信息技術(shù)和電子器件密切結(jié)合。傳統(tǒng)的信息材料相關(guān)課程課堂教學(xué)模式，以材料的基礎(chǔ)理論的講授為主，教學(xué)主線多圍繞材料“成分-結(jié)構(gòu)-工藝-性能”傳統(tǒng)主線，與信息技術(shù)器件應(yīng)用和最新科研成果的結(jié)合不夠緊密，教學(xué)環(huán)節(jié)中的“應(yīng)用性”、“研究性”、“探討性”、“創(chuàng)新性”不夠突出。
二、信息材料案例教學(xué)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
國(guó)外信息材料課程主要是適應(yīng)近三十年來(lái)信息技術(shù)的突飛猛進(jìn)，結(jié)合各自的科研特色所開設(shè)，其教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)模式多貼近各自科研實(shí)際和科研項(xiàng)目。如美國(guó)麻省理工學(xué)院（MIT）開設(shè)有《Electrical， Optical， and Magnetic Properties of Materials》和《Special Problems in Electronic， Photonic and Magnetic Materials》課程，哈佛大學(xué)開設(shè)有《An Introduction to Electronic Materials for Engineers》、奧克蘭大學(xué)開設(shè)有《Electronic Materials and Their Applications》課程等。
國(guó)外案例教學(xué)的歷史悠久。在古希臘、羅馬時(shí)代，就萌發(fā)了原始形態(tài)的案例，產(chǎn)生了案例教學(xué)的雛形。著名的古希臘哲學(xué)家、教育家蘇格拉底開創(chuàng)的“問(wèn)答式"教學(xué)法，就帶有創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境引導(dǎo)學(xué)生思考如何解決問(wèn)題的特點(diǎn)，這是案例教學(xué)的萌芽。19世紀(jì)后期，哈佛法學(xué)院在法學(xué)教育之中，使用的案例教學(xué)以法院判例為教學(xué)內(nèi)容，在課堂上學(xué)生充分地參與討論，考試是以假設(shè)的判例作為考試題目。這被認(rèn)為是現(xiàn)代案例教學(xué)的開始。哈佛商學(xué)院于1921年正式推行案例教學(xué)。自此之后，案例教學(xué)在世界范圍內(nèi)受到了學(xué)術(shù)界和教育界的重視和支持，開始了近代對(duì)案例教學(xué)的研究。
在國(guó)外，信息材料課程在開設(shè)之初便引入了案例教學(xué)模式。美國(guó)麻省理工大學(xué)（MIT）在開設(shè)《Electrical， Optical， and Magnetic Properties of Materials》課程時(shí)，便在授課中采用了以電、光、磁特定電子器件的應(yīng)用提出問(wèn)題，從材料的結(jié)構(gòu)分析問(wèn)題，最終以材料的性能解答問(wèn)題的教學(xué)模式。這便是案例教學(xué)組織教學(xué)內(nèi)容的典型代表。奧克蘭大學(xué)和哈佛大學(xué)都在教學(xué)課時(shí)中設(shè)置大量研討課程，就具體案例進(jìn)行針對(duì)性研討，從中鍛煉學(xué)生的自主思維和創(chuàng)新思維能力。由于案例教學(xué)的效果明顯，而且國(guó)外大學(xué)在科研中成果突出，可借鑒的案例眾多，促使國(guó)外各大學(xué)紛紛建設(shè)信息材料教學(xué)案例體系，用于輔助課程教學(xué)，成果顯著。
國(guó)內(nèi)的信息材料課程多在上世紀(jì)末才開始開設(shè)。如清華大學(xué)開設(shè)《電子材料導(dǎo)論》研究生課程，北京郵電大學(xué)開設(shè)《電子材料》研究生課程，上海交通大學(xué)開設(shè)《功能材料學(xué)》研究生課程等。國(guó)內(nèi)各高校案例教學(xué)的推廣較晚。國(guó)內(nèi)最早的案例教學(xué)是在工商管理MBA教育中開展的。由于案例教學(xué)獨(dú)特的教學(xué)效果，使得案例教學(xué)的功效日益為我國(guó)教育界所認(rèn)同，近年來(lái)逐步納入許多高校的教改計(jì)劃，在許多學(xué)科教學(xué)中漸漸頻繁運(yùn)用，并取得一定成效。案例教學(xué)法成為教育理論界與實(shí)踐界共同的“新寵”。但是，由于我國(guó)信息材料課程開設(shè)時(shí)間較短，且各學(xué)校信息材料課程多為門數(shù)較少，相互關(guān)聯(lián)較弱，在案例教學(xué)引入時(shí)，往往只有較少的1-2個(gè)案例，作為課程的輔助部分，其案例教學(xué)的涵蓋面太少，不成體系，效果并不明顯。
三、信息材料案例教學(xué)體系設(shè)計(jì)思路
我國(guó)信息材料課程體系、課程案例教學(xué)、可采用的案例，較之國(guó)外大學(xué)還有較大的差距。主要問(wèn)題在于信息材料課程不成體系、相互間聯(lián)系不夠密切、案例數(shù)目過(guò)少、沒(méi)有系統(tǒng)的案例庫(kù)。因此，在進(jìn)行信息材料案例教學(xué)體系設(shè)計(jì)時(shí)，明確教學(xué)案例需要同時(shí)為涉及信息材料及其相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)的多門課程提供支撐，如《材料物理》、《信息材料學(xué)》、《電子材料與器件》、《功能材料》等，建成可同時(shí)為多門課程提供案例教學(xué)素材的案例庫(kù)。
在案例設(shè)計(jì)時(shí)，突出面向應(yīng)用面向?qū)嵺`特色。信息材料的突出特色有以下兩點(diǎn)：一是和信息技術(shù)以及電子器件的發(fā)展息息相關(guān)。二是和授課高校的科研實(shí)際密切相關(guān)。因此在信息材料的課程教學(xué)內(nèi)容中必須突出面向應(yīng)用，案例教學(xué)所采用的素材案例必須是最新并已經(jīng)應(yīng)用，在工業(yè)和生活中可見的技術(shù)及器件，此外應(yīng)當(dāng)結(jié)合本?？蒲袑?shí)際，借助本校已有的科研條件，設(shè)計(jì)實(shí)踐案例教學(xué)環(huán)節(jié)，讓學(xué)生動(dòng)手制備和表征信息材料，這樣才能真正激發(fā)學(xué)生的興趣，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和實(shí)際工程能力。
四、信息材料案例教學(xué)體系設(shè)計(jì)
（一）案例教學(xué)主線
圍繞信息技術(shù)“信息獲取-處理-存儲(chǔ)-傳遞-顯示信息鏈”主線，以每個(gè)信息鏈環(huán)節(jié)中涉及的典型器件為案例，再圍繞材料的成分設(shè)計(jì)、制備工藝、應(yīng)用特點(diǎn)、發(fā)展前景構(gòu)建典型案例，形成案例體系，為信息材料系列課程案例教學(xué)服務(wù)。
信息材料教學(xué)內(nèi)容圍繞信息技術(shù)中所涉及的各種器件及其所用材料展開，因此按照信“信息鏈”主線組織案例教學(xué)體系是較好的教學(xué)模式。具體案例建設(shè)實(shí)例如圍繞信息獲取材料，建設(shè)紅外輻射探測(cè)材料與器件、量子肼探測(cè)材料與器件、熱探測(cè)材料與器件教學(xué)案例；圍繞信息處理材料，建設(shè)半導(dǎo)體二極管集成電路材料、光子/聲子晶體材料教學(xué)案例；圍繞信息存儲(chǔ)，建設(shè)鐵氧體磁粉硬盤存儲(chǔ)材料、硒碲化合物光盤存儲(chǔ)材料教學(xué)案例；圍繞信息傳遞材料，建設(shè)鋁絞線電纜通信材料、石英光纖通信材料教學(xué)案例；圍繞信息顯示材料，建設(shè)電場(chǎng)發(fā)射顯示材料、等離子激發(fā)顯示材料、有機(jī)電子發(fā)光顯示材料、液晶受光顯示材料教學(xué)案例。每個(gè)案例按照材料的“成分-結(jié)構(gòu)-工藝-性能-器件-應(yīng)用”展開研討式或者實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和實(shí)施實(shí)踐教學(xué)。
（二）案例教學(xué)體系結(jié)構(gòu)
信息材料系列課程，如《材料物理》、《信息材料學(xué)》、《電子材料與器件》、《功能材料》、《半導(dǎo)體材料》等，既有共叉教學(xué)內(nèi)容，又根據(jù)授課目的各有側(cè)重和區(qū)分，這是信息材料系列課程的固有特點(diǎn)。在案例教學(xué)體系中，既要爭(zhēng)取同一案例素材可以為多門課程所用，又要針對(duì)各門課程，進(jìn)行同一案例素材的特色建設(shè)。如半導(dǎo)體材料作為信息材料基石，典型半導(dǎo)體材料器件，如單晶硅p-n結(jié)，在《信息材料學(xué)》、《電子材料與器件》、《半導(dǎo)體材料》三門課程中都可以作為案例分析教學(xué)，但可根據(jù)課程特色，在同一個(gè)案例中分析教學(xué)側(cè)重不同，按照側(cè)重點(diǎn)為材料導(dǎo)電基本原理、材料成分結(jié)構(gòu)分析、材料性能特點(diǎn)和材料器件應(yīng)用特點(diǎn)細(xì)化建設(shè)案例，將之建設(shè)成為可以選擇不同側(cè)重點(diǎn)為不同課程服務(wù)。應(yīng)當(dāng)具體分析，明確可為多門課程服務(wù)的共性案例和為專門課程服務(wù)的特色案例之間的關(guān)系，兩者在案例教學(xué)體系中所占比重應(yīng)根據(jù)根據(jù)服務(wù)課程的體系結(jié)構(gòu)設(shè)定。
（三）實(shí)踐案例設(shè)置及比重
教學(xué)案例組成要素可分為三個(gè)：基礎(chǔ)知識(shí)講解、案例解析或研討、案例實(shí)踐。三者相互聯(lián)系，只有三個(gè)要素各自在教學(xué)案例中所占權(quán)重合理，案例教學(xué)才能夠收到較好的效果?，F(xiàn)有的信息材料系列課程案例教學(xué)方法多以課堂授課、課堂研討為主，不能很好的適應(yīng)面向應(yīng)用，注重工程實(shí)際的特點(diǎn)。因此，在案例教學(xué)體系設(shè)計(jì)中需要針對(duì)性重點(diǎn)開展實(shí)踐案例建設(shè)。結(jié)合授課院校的現(xiàn)有科研條件、學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐基地硬件條件和外部支撐條件（校企合作教學(xué)科研平臺(tái)、各類重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等），選取材料制備和應(yīng)用難度較小的典型材料案例，如電介質(zhì)材料及電容的制備、磁性材料的的制備及性能表征等，作為實(shí)踐教學(xué)案例進(jìn)行建設(shè)，分析實(shí)踐環(huán)節(jié)中實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)實(shí)施、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析、實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用的聯(lián)系評(píng)價(jià)四個(gè)環(huán)節(jié)在實(shí)踐案例中的權(quán)重及相互關(guān)系，讓學(xué)生自主研討、設(shè)計(jì)材料成分、制備材料和簡(jiǎn)單器件、考核材料和器件性能、分析總結(jié)心得體會(huì)。通過(guò)實(shí)踐案例教學(xué)更好的培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手、創(chuàng)新思維和面向應(yīng)用的能力。實(shí)踐案例在教學(xué)案例體系中所占比例應(yīng)不低于30%。
五、信息材料案例教學(xué)體系建設(shè)辦法
信息材料案例教學(xué)體系建設(shè)宜采用學(xué)習(xí)借鑒-結(jié)合科研-特色建設(shè)-研討和實(shí)踐結(jié)合的具體做法。第一，借鑒國(guó)外一流大學(xué)信息材料系列課程的案例，如麻省理工學(xué)院、奧克蘭大學(xué)等學(xué)校信息材料教學(xué)案例，學(xué)習(xí)其組織形式、案例分析手段、教學(xué)目的和效果評(píng)價(jià)手段；第二，在進(jìn)行案例建設(shè)前明確結(jié)合科研項(xiàng)目及科研方向指導(dǎo)思想，依托現(xiàn)有科研基礎(chǔ)和科研條件建設(shè)課堂教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)案例；第三，建設(shè)過(guò)程中，結(jié)合高校自身信息材料系列課程的教學(xué)需求、人才培養(yǎng)需求和學(xué)科特色，突出教學(xué)案例體系特色建設(shè)；第四，在案例建設(shè)中，合理分配課堂研討案例教學(xué)和動(dòng)手實(shí)踐案例教學(xué)的比例，重點(diǎn)建設(shè)實(shí)踐案例教學(xué)，使案例體系更加符合面向應(yīng)用需求。
六、結(jié)束語(yǔ)
案例教學(xué)已經(jīng)成為我國(guó)高等院校信息材料系列課程教學(xué)的重要組成部分，但目前突出的問(wèn)題是不成體系，效果不好。本文針對(duì)信息材料系列課程，論述了可同時(shí)服務(wù)多門課程的教學(xué)案例體系的設(shè)計(jì)基本思路、案例體系主線設(shè)計(jì)、體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、實(shí)踐環(huán)節(jié)設(shè)置和建設(shè)辦法。該教學(xué)案例體系可為多門信息材料課程教學(xué)服務(wù)，有助于強(qiáng)化課程與實(shí)際應(yīng)用的聯(lián)系，提高學(xué)生的科研能力、創(chuàng)新能力和解決實(shí)際問(wèn)題的工程能力。
[參考文獻(xiàn)]
[1]丁育林. 案例教學(xué)與創(chuàng)新人才培養(yǎng)[D]. 東南大學(xué)碩士學(xué)位論文， 2005。
[2]許丹. 案例教學(xué)中的學(xué)生行為分析[J]. 江西財(cái)經(jīng)大學(xué)學(xué)報(bào)，2008， （6）： 113-117。