半导体论文

半导体论文范文第1篇

关键词半导体材料量子线量子点材料光子晶体

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）器件研制的高潮。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。

（2）一维和零维半导体材料的发展设想。基于低维半导体微结构材料的固态纳米量子器件，目前虽然仍处在预研阶段，但极其重要，极有可能触发微电子、光电子技术新的革命。低维量子器件的制造依赖于低维结构材料生长和纳米加工技术的进步，而纳米结构材料的质量又很大程度上取决于生长和制备技术的水平。因而，集中人力、物力建设我国自己的纳米科学与技术研究发展中心就成为了成败的关键。具体目标是，“十五”末，在半导体量子线、量子点材料制备，量子器件研制和系统集成等若干个重要研究方向接近当时的国际先进水平；2010年在有实用化前景的量子点激光器，量子共振隧穿器件和单电子器件及其集成等研发方面，达到国际先进水平，并在国际该领域占有一席之地。可以预料，它的实施必将极大地增强我国的经济和国防实力。

半导体论文范文第2篇

关键词：半导体有机半导体电学性能

一、从有机半导体到无机半导体的探索

1.1有机半导体的概念及其研究历程

什么叫有机半导体呢?众所周知，半导体材料是导电能力介于导体和绝缘体之间的一类材料，这类材料具有独特的功能特性。以硅、锗、砷化嫁、氮化嫁等为代表的半导体材料已经广泛应用于电子元件、高密度信息存储、光电器件等领域。随着人们对物质世界认识的逐步深入，一批具有半导体特性的有机功能材料被开发出来了，并且正尝试应用于传统半导体材料的领域。

在1574年，人们就开始了半导体器件的研究。然而，一直到1947年朗讯(Lueent)科技公司所属贝尔实验室的一个研究小组发明了双极晶体管后，半导体器件物理的研究才有了根本性的突破，从此拉开了人类社会步入电子时代的序幕。在发明晶体管之后，随着硅平面工艺的进步和集成电路的发明，从小规模、中规模集成电路到大规模、超大规模集成电路不断发展，出现了今天这样的以微电子技术为基础的电子信息技术与产业，所以晶体管及其相关的半导体器件成了当今全球市场份额最大的电子工业基础。，半导体在当今社会拥着卓越的地位，而无机半导体又是是半导体家族的重中之重。

1.2有机半导体同无机半导体的区别及其优点

与无机半导体相比，有点半导体具有一定的自身独特性，表现在：

(l)、有机半导体的成膜技术更多、更新，如真空蒸镀，溶液甩膜，Langmtrir一Blodgett(LB)技术，分子自组装技术，从而使制作工艺简单、多样、成本低。利用有机薄膜大规模制备技术，可以制备大面积的器件。

(2)、器件的尺寸能做得更小(分子尺度)，集成度更高。分子尺度的减小和集成度的提高意味着操作功率的减小以及运算速度的提高。

(3)、以有机聚合物制成的场效应器件，其电性能可通过对有机分子结构进行适当的修饰(在分子链上接上或截去适当的原子和基团)而得到满意的结果。同时，通过化学或电化学掺杂，有机聚合物的电导率能够在绝缘体(电阻率一10一Qcm)到良导体这样一个很宽的范围内变动。因此，通过掺杂或修饰技术，可以获得理想的导电聚合物。

(4)、有机物易于获得，有机场效应器件的制作工艺也更为简单，它并不要求严格地控制气氛条件和苛刻的纯度要求，因而能有效地降低器件的成本。

(5)、全部由有机材料制备的所谓“全有机”的场效应器件呈现出非常好的柔韧性，而且质量轻。

(6)通过对有机分子结构进行适当的修饰，可以得到不同性能的材料，因此通过对有机半导体材料进行改性就能够使器件的电学性能达到理想的结果。

1.3有机半导体材料分类

有机半导体层是有机半导体器件中最重要的功能层，对于器件的性能起主导作用。所以，有机半导体器件对所用有机半导体材料有两点要求:

(l)、高迁移率；(2)、低本征电导率。

高的迁移率是为了保证器件的开关速度，低的本征电导率是为了尽可能地降低器件的漏电流，从而提高器件的开关比。用作有机半导体器件的有机半导体材料按不同的化学和物理性质主要分为三类:一是高分子聚合物，如烷基取代的聚噬吩;二是低聚物，如咪嗯齐聚物和噬吩齐聚物;三是有机小分子化合物，如并苯类，C6。，金属酞著化合物，蔡，花，电荷转移盐等。

二、制作有机半导体器件的常用技术

有机半导体性能的好坏多数决定于半导体制作过程因此实验制备技术就显得尤为重要。下面将对一些人们常用器件制备的实验技术做简要的介绍：

(1)、真空技术。它是目前制备有机半导体器件最普遍采用的方法之一，主要包括真空镀膜、溅射和有机分子束外延生长(OMBE)技术。

(2)、溶液处理成膜技术。它被认为是制备有机半导体器件最有发展潜力的技术，适用于可溶性的有机半导体材料。常用的溶液处理成膜技术主要包括电化学沉积技术、甩膜技术、铸膜技术、预聚物转化技术、分子自组装技术、印刷技术等。

三、有机半导体器件的场效应现象

为了便于说明有机半导体器件的场效应现象，本文结合有机极性材料制作有机半导体器件对薄膜态有机场效应进行分析。试验中，将有机极性材料经过真空热蒸镀提纯之后溶在DMF溶液中，浓度是20Omg/ml，使用超声波清洗机促进它们充分并且均匀的溶解，经过真空系统中沉积黄金薄膜作为器件的源极和漏极。在类似条件下，在玻璃衬底上制作了极性材料的薄膜形态晶粒，研究发现：

在有机极性材料形态，有块状、树枝状和针状。不同的薄膜态形态，在不同栅极电压VG的作用下有不同的Ids(流过器件的源极和漏极的电流)一Vds(加在器件的源极和漏极之间的电压)曲线。

1、块状形貌结构的薄膜态有机器件的Ids－Vds(性能曲线，变化范围是从－150V到15OV、栅极电压的变化范围是从－200V到200V。当栅极电压Vg以100V的间隔从－200V变化到200V时，Ids随着Vds的增加而增加，此时没有场效应现象。

2、针状形貌结构的薄膜态有机器件的Ids－Vds性能曲线，当Vds从－75V增加到75V，栅极电压VG的变化范围是一200V~20OV，递增幅度是5OV。此时器件具有三种性能规律:(1)在固定的栅极电压Vg下，当从Vds－75V增加到75V时，电流Ids也随之增加;(2)在固定的外加电压Vds下，当栅极电压Vg从－2O0V增加到2OOV时，电流Ids也随之增加;(3)如果没有对器件施加Vds电压，只要栅极电压Vds存在，就会产生Ids电流，产生电池效应。

通过上述的解说我们对有机半导体器件的电学性能已有一定的了解了。下面我们即将通过试验来揭开其神秘的面纱。

四、有机半导体的光电性能探讨——以纳米ZnO线(棒)的光电性能研究为例

近年来，纳米硅的研究引起了社会的广泛的关注，本文中我们将采用场发射系统，测试利用水热法制备的硅基阵列化氧化锌纳米丝的场发射性能。图11是直径为30和100nm两个氧化锌阵列的场发射性能图,其中图11a和b分别是上述两个样品的I_V图和F_N图。从图11a中可以看出氧化锌纳米丝的直径对场发射性能有很大的影响,直径为30nm的氧化锌阵列的开启场强为2V/μm门槛场强为5V/μm;而直径为100nm的氧化锌阵列的开启场强为3V/μm,门槛场强大于7V/μm。并且从图11b中可以知道,ln(J/E2)和1/E的关系近似成线性关系,可知阴极的电子发射与F_N模型吻合很好,表明其发射为场发射,其性能比文献报道的用热蒸发制备的阵列化氧化锌的场发射性能要好[25]。这主要是由于氧化锌的二次生长,导致所得氧化锌阵列由上下两层组成,具有较高的密度以及较小的直径,在电场的作用下,更多的电子更容易从尖端的氧化锌纳米丝发射,从而降低了它们的开启场强和门槛场强。

我们测试了硅基阵列化纳米ZnO的光致荧光谱,如图12所示。从图中可知,600~700℃和300~400℃下热蒸发合成的阵列化ZnO纳米丝的峰位分别在393nm(虚线)及396nm(实线)。PL谱上强烈的紫外光的峰证明:合成的ZnO纳米丝有较好的结晶性能和较少的氧空位缺陷。由于在高温区合成的纳米丝有较细的尖端,故有少量蓝移。

通过上述针对纳米ZnO线(棒)的试验，我们能对硅基一维纳米的电学性能进行了初步的探讨。相信这些工作将为今后的硅基一维纳米材料在光电方面的应用提供一个良好的基础。

参考文献

[1]DuanXF,HuangY,CuiY,etal.Indiumphos-phidenanowiresasbuildingblocksfornanoscaleelectronicandoptoelectronicdevices.Nature,2001.

[2]WangJF,GudiksenMS,DuanXF,etal.HighlypolarizedphotoluminescenceandphotodetectionfromsingleIndiumPhosphideNanowires.Science,2001.

半导体论文范文第3篇

【关键词】半导体材料与器件；双语教学；课程内容

0 引言

随着信息时代的发展，对光电子专业类人才的需求也越来越大。大学教育作为培养人才的重要基地，承担了越来越重要的角色；向社会输送高素质的人才，要求对光电子专业课程体系教学不断更新改革，赋予其新时代的内涵。目前，还没有一本合适的教材能满足这个要求。另外，在教学方法上也缺乏行之有效的方法。

1 课程内容的构建

半导体材料与器件这门课，应该涉及到半导体材料与半导体器件两个方面的内容，现有的教材在内容构建上往往偏重半导体材料，或是偏重半导体器件，很少能兼顾两者的材料与器件的平衡。图1为现有邓志杰等编的《半导体材料》的内容构建示意图，明显偏重于材料，对器件部分只做了简单的概述，如图1所示。类似的教材还有杨树人等编的《半导体材料》。由刘思科等编的《半导体物理学》这门课则大篇幅的介绍半导体物理相关的知识，而对半导体材料涉及较少。同样，由Dieter K. Schroder 编写的《Semiconductor Material and Device Characterization， Third Edition》则大部分内容介绍器件特性，而对材料方面的相关知识介绍很少。同样，佛罗里达大学的Franky So教授编著的《Organic Electronics Materials Processing Devices and Applications》则侧重于器件加工制备，Robert F. Pierret等编著的《Semiconductor Device Fundamentals》则侧重于器件特性原理。

基于此，本人提出了全新的内容构建策略，该策略同时兼顾了半导体材料与半导体器件两个方面的内容。该策略结构示意图如图2所示，其内容分半导体材料与半导体器件两个部分，其中半导体材料包含：元素半导体、化合物半导体、掺杂半导体和有机半导体，半导体器件部分包含三个部分的内容，分别是器件基础、二极管、三极管。

对比图1、图2不难看出，新编排的课程内容更简洁、更全面。其实，现有材料的课程内容编排上有很多的弊端，如知识点内容很相似，交叉重叠性大。如元素半导体，半导体电子材料、半导体光电子材料，在内容上有很大的交叠；非晶、有机和微结构半导体与掺杂半导体有很大的重叠，所以在新方案中将其并入掺杂半导体一章中来讲解，而前者并入到半导体一章中来讲解。可以看出，新方案更合理、简洁明了。

半导体材料与器件这么课程，其内容应该包含经典的无机半导体、新型有机半导体；器件内容应该包含经典的二极管、栅控二极管、三级管、结型场效应晶体管。其中，二极管的两个重要应用，即光伏电池、发光二极管、二极管存储器件，应该作为一个重要的章节进行介绍。

2 课程内容的组织

在课程内容的组织上，按照由易到难、循序渐进的原则，以及材料-性质-器件应用的原则，先编排材料体系，后编排器件体系。材料体系包含：有本征的p-型材料、n-型材料，非本征掺杂型的p-型材料、n-型材料，以及新型有机半导体材料，包含宽带隙主体材料、窄带隙材料。从材料最基本的物理特性，即电阻切入，围绕电阻的构成因素展开内容，过渡到绝缘体、半导体、导体的概念，以及影响因素，引入到载流子浓度、掺杂、迁移率等概念，即本征的元素半导体向化合型、掺杂型半导体的思路展开。在引入材料的功函数这一概念的基础上，引入接触电阻、界面注入势垒，沿着这一思路自然过渡到肖特基二极管，栅控二极管、三级管等基本的半导体器件等系列概念介绍。该课程内容体系的组织，遵循着从基础性质到上层器件建设的原则，系统性、逻辑性很强，可以说是环环相扣，要求学生在学习的过程中，任何一个章节的内容都不能落下来，以避免给后继的内容学习造成困难。同时，该课程也要求授课老师对课程体系的内容有深刻的理解和清楚的认识，做到思路清晰，讲解有条有理。

3 课程内容的编译

依照双语教学的原则，教材应该采用全英文编写。以往的双语教学经验表明，全英语的教材实施起来很困难，教学效果甚微，甚至比纯母语教学的效果更差。原因很简单，部分学生的外语底子薄，阅读纯英文课本很困难，尤其是专业英语教材，碰到长句、疑难复合句看不懂，专业名词更是不懂，甚至凭借网络翻译也找不到答案。确实，专业名词，尤其是半导体这门课的专业名词的翻译是比较少的。另外，有部分名词是用构词法得到的，词典里根本没有收录。这部分学生常常抱怨，中文都看不懂，还看什么英文啊！结果可想而知，什么都没学到，还不如采用中文版教材教学呢。

鉴于一门新课教材全部用英文编写的困难，可以部分章节采用中文编写，部分章节采用英文编写。对于构成半导体学科的三个基础理论，如肖特基理论、半导体能带理论、半导体导电机理、扩散理论，采用中英文对照的形式，以便于学生理解、掌握知识点。对于半导体特有的五大特性，如整流效应、光电导效应、负电阻温度效应、光生伏特效应和霍尔效应，应做详细介绍；对于重要现象的发现，如霍尔效应，可以在教材中添加“知识园地”，以增强学生学习兴趣、掌握知识点。方便学生自学。

对于半导体材料部分，如元素半导体、化合物半导体、掺杂半导体、有机半导体，可以采用中文的形式撰写。其中，元素半导体这一章内容比较难，涉及到原子在固态堆积中的排列，即晶体类型、晶格、晶胞结构等，用中文撰写更便于学生理解。同时，配合适当晶体结构模型，如经典的正四面体结构、面心立方结构、体心结构、六方体心结构、八面体结构模型，来剖析材料的微观结构特征。并且，这部分内容要求学生有一定的背景知识，如对物质结构这门课有初步的认识。接下来的两章，如化合物半导体、掺杂半导体，可以简化材料凝聚态结构的介绍。因为这两类半导体材料分子堆积结构与元素半导体类似，只是一个衍生结构。所以这两章的内容重点介绍化合方式以及掺杂形式。对于有机半导体，可以借鉴经典的元素半导体理论，所以结构部分可以简化，重在介绍有机半导体材料，包含其组成、特性与经典的制备方法。

对于半导体器件部分，其器件基础应该加以重点介绍，对于常见的半导体器件特性效应加以详细的描述，采用地道的英语教材，如Arizona State University大学的Dieter K. Schroder.编写的《Semiconductor Material and Device Characterization， Third Edition》里面的第一、二、三、四章部分内容。该教材系统阐述了半导体材料一些基本特性，如电阻率、载流子密度、掺杂、迁移率、公函、接触电阻及界面势垒。重点内容有Schottky barrier diodes，solar cell， bipolar junction transistors， light-emitting diodes， MOSFETs。

4 结论

本文针对半导体材料与器件这门课程的内容建设提出了全新的思路，重新编排了该课程内容，优化了课程内容的内涵，调整了半导体材料与半导体器件这两方面的内容比例，使内容的组织更平衡、更合理，并对课程内容的编译提出了新的思路，采用中英文对照使得知识点的阐述更清楚、母语教学更便捷，这将为电子类专业课程的双语教学提供新的参考。

【参考文献】

[1]龙国智.我国高校双语教学的现状评析[J].教育论丛，2011（2）：173-174.

半导体论文范文第4篇

关键词：MOOC教学；半导体物理导论；课程建设

中图分类号：G642 文献标识码：A 收稿日期：2016-04-22

一、背景介绍

近年来，随着互联网信息技术的飞速发展，MOOC平台上大量的教育资源逐渐得到世界各地学生的青睐。为了让全世界的学生都能获得公平的教育机会，MOOC平台采取免收费、低门槛的方式允许所有人进行无障碍的在线学习。

“半导体物理导论”是微电子与固体电子学、电子封装技术及其相关从业人员所必须了解及掌握的一门课程，是相关材料学、电子学、光学等学科的学科基础必修课，国内外相关专业的学科基础必修课。传统课堂教育主要以课堂授课、书本练习为主，师生互动模式较为单一。学生在学习过程中往往感到枯燥，学习兴趣不强烈，学习效果不如意，更多依赖于学生的自主性和教师强制性布置作业和考试等来督促学生进行学习和课后的巩固。MOOC平台的出现为“半导体物理导论”的高校教育带来了新的机遇和可能。

二、课程建设

1.“半导体物理导论” MOOC教学的通识性

传统的高等教育往往基于特定的学科体系对学生进行培养，而对与专业无关的课程则选择忽视，正是这种局限导致了学校培养出的学生只具备某种学科的思维，局限于某一领域，而对多元化的世界没有全面的体验。MOOC平台的出现打破了这种局限性，让学生有更多机会接触到不同学科思维，进而碰撞出更多思维的灵感和创造的火花，从而使不同学科体系的学生通过接触不同学科的熏陶，建立一种通识素养，在实现教学内容丰富化的同时，真正培养学生全面多元的复合素质。鉴于此，上海工程技术大学在开设“半导体物理导论”MOOC课程建设时，就旨在通过MOOC与传统课堂教育的双管齐下，让更多学科体系的学生有机会感受到半导体领域的学科视角。

2.“半导体物理导论”的翻转课堂

长期以来，传统教学都是教师在课堂上进行单向输入式传授。半导体物理导论作为一门专业必修课，理论性很强，对现代物理、量子力学以及微积分要求较高，连续90分钟的学习经常让学生感到理解困难、疲劳，以至于走神分心，不能集中精力。

而MOOC教学则将每个单元的教学划分成若干知识点，每个知识点可以录制一个甚至几个视频。学生在视频学习的过程中，可以通过反复观看来加强理解。而且短小精悍的视频学习也不会让学生因感到疲劳而出现走神分心的现象。

3. 全学分制管理

上海工程技术大学采用全学分制教育，通过鼓励学生使用MOOC资源的学习，允许学生将所学课程的完成率转化成在校的课程学习的成绩和学分，这大大提高了学生学习的自主性和积极性。

三、结语

“半导体物理导论”的MOOC教学方式打破了传统课堂教学的局限性，为更多本专业的学生以及相关工程技术人员提供了半导体相关知识的普及教育。而且，结合各章节内容设计不同的情境案例，适当地运用视频、图片、动画等多媒体辅助资料，不仅极大地丰富了讲义内容，还让学生通过对案例的分析、讨论，使学生形象、直观地感受专业知识，加深学生对教学内容的理解，而不是片面地、“填鸭式”地强迫学生通过死记硬背获得知识。

参考文献：

半导体论文范文第5篇

关键词：电子管 晶体管 半导体 集成电路

中图分类号：TN11 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）07（c）-0238-02

1 电子管的诞生

1883年美国发明家爱迪生在进行提高电灯灯丝寿命的实验时在灯丝附近安放了一根金属丝，然后他意外地发现通电加热的灯丝和这根金属丝之间竟然出现了微弱的电流。通过进一步的实验，爱迪生发现当金属丝对灯丝的电压为正时有电流通过，而当电压为负时则没有电流。这种现象就是“爱迪生效应”，它成为后来发明电子管的基础。1897年，英国物理学家约瑟夫·约翰·汤姆生（J.JThomson，1856—1940）通过对阴极射线的研究，证明了从炽热灯丝会发射出一种带负电的粒子流，这就是电子。由于电子的发现，人们终于明白“爱迪生效应”就是真空中的热电子发射现象。

1889年英国工程师弗莱明（J.A.Fleming，1849—1945）在当时迅速兴起的电子学的基础上，开始对爱迪生效应进行了深入研究，终于在1904年发明了第一种电子元件：一种可用作电磁波检波器的二极电子管。二极管发明之后，美国无线电工程师德·福雷斯特（L.de Forest，1873—1961）即对弗莱明的发明进行了深入研究。为了改进二极管的性能，福雷斯特于1906年进行了在二极管的负极加入一个电极的实验。实验结果发现，在正极负极之间加入一个金属丝支撑的栅极时，其检波效果最佳，不久还发现三极管对电流有放大作用。

二极电子管和三极电子管的发明奠定了电子元件的主要技术基础，是具有划时代意义的技术发明。由于电子元件技术的带动，另一电子基础技术—— 电子线路也得以迅速发展，两者一并为后来的广播、电视、雷达等电子应用技术的兴起提供了技术基础。虽然电子管作为20世纪前半期电子技术的基础，写下了光辉的一页，但它也暴露出一些弱点，主要是体积大、重量重、耗电多、寿命短、需预热等，这同电子设备的发展要求提供体积小、重量轻、功耗低、可靠性高、起动迅速的元器件，形成了尖锐的矛盾。这就迫使人们去寻求新的性能更优异的电子器件。

2 半导体物理学的兴起

半导体物理学是凝聚态物理学的主要分支之一，在第二次世界大战之后得到了迅猛发展。它的兴起与30年代中后期相关技术背景和相关科学基础的形成有直接的内在联系。

在技术背景方面，到30年代中后期的时候，以热机技术和电力技术为主要技术标志的第二次工业革命在德、美、英等国家已基本完成。以电子管为主要技术基础的电子技术经过从20世纪初到30年代中后期的发展，其技术已经基本成熟，其技术局限也日趋明显。

在科学基础方面，布洛赫提出的能带理论为半导体物理学的发展提供了重要的理论基础。所谓能带理论，是研究固体中电子运动规律的一种近似理论。固体由原子组成，原子又包括原子实和最外层电子，它们均处于不断的运动状态。为使问题简化，首先假定固体中的原子实固定不动，并按一定规律作周期性排列，然后进一步认为每个电子都是在固定的原子实周期势场及其他电子的平均势场中运动，这就把整个问题简化成单电子问题。到1931年英国物理学家威尔逊提出区分绝缘体、半导体和导体的微观理论判据之后，半导体物理学已经开始呈现向半导体技术初步转化的态势。

晶体管的出现

由于半导体物理学的兴起以及电子管本身材料与技术的局限性，美国贝尔实验室研究部电子管分部主任、固体物理学家凯利（M.Kelly）敏锐地察觉到电子技术可能正面临着一场大革命。1939年，凯利组建了以肖克利（W.Shockley）、巴丁（J.Bardeen）、布拉顿（W.H.Brattain）和伍德里奇（D.E.Woodridge）等人为主要成员的半导体学物理小组。这是一个年富力强，既有深厚的固体物理理论素养，又有丰富的实验技术经验的科研集体。他们的目标是：探索半导体的导电机制，研制能消除电子管缺陷并具有放大功能的新型电子器件。

1947年12月，研究小组发现金属与半导体表面形成的两个充分靠近点接触的结，存在着相互作用。巴丁和布拉顿根据这个效应重新制订了方案，12月23日终于研制出世界上第一支晶体三极管，它是用半导体锗制成的点接触型晶体管。1956年，肖克利、巴丁、布拉顿三人由于晶体管的发明和半导体物理学的杰出贡献，共同获得了诺贝尔物理学奖。

3 P-N结理论

肖克利及其小组成员在研制第一代晶体管的同时，在固体物理学已有的电子理论、量子理论和能带理论的基础上，对半导体物理的导电性进行了深入研究。1949到1950年间，他们提出了以半导体电子理论为基本内容的P-N结理论。P-N结理论主要有三个方面。

其一，半导体有N型半导体和P型半导体两种不同的类型。N型半导体参与导电的主要是带负电（negative）的电子。这些电子来自于半导体中的施主，如含有适量的五价元素砷、磷、锑的锗或硅，即是这种N型半导体。P型半导体参与导电的主要是带正电（positive）的空穴。这些空穴来自半导体中的受主，如含有适量的三价元素硼、铟、镓的锗或硅，即是这种P型半导体。

其二，N型半导体和P型半导体的交界层能形成P-N结。由于P-N结具有单向导电性，因此以P-N结为基础的二极管对电流具有整流作用。

其三，以P-N结为基础，可以形成PNP或NPN两种类型的组合P-N结。由于组合P-N结具有三极，因此以它为基础的三极管与电子三极管一样，对电流具有放大效应。

4 晶体管的大规模生产

在肖克利及其小组成员提出P-N结理论之后，肖克利根据对晶体管工作机理的分析，又提出了PNP和NPN结型晶体管的理论。1950年贝尔电话实验室的斯帕克斯（M.Sparks）等人研制出了这种结型晶体管（或称面触型晶体管）。它同点接触型晶体管相比，结构简单、牢固可靠、噪声小、宜于大批量生产。

晶体管的大规模生产除了自身技术硬件指标达标外，原材料的数量和质量的供应以及产品的生产工艺也是决定晶体管能否大量生产的重要因素。1952年，范（W.G.Pfann）发明了生产高纯度锗的区域提纯熔炼工艺；1954年蒂尔（G.KTeal）和比勒（E.Buehler）改进了拉制单晶硅的工艺；同年，富勒（C.S.Fuller）研究出了一种新的掺杂方法—— 扩散工艺。他们均来自贝尔实验室。1959年，仙童公司的霍尔尼（J.A.Hoerni）发明了平面工艺，并制出了第一个平面型晶体管。这些成果为晶体管的大规模生产和半导体工业的发展创造了条件，尤其是扩散工艺和平面工艺，不但将晶体管的工作频率推到了超短波波段，而且使晶体管的管芯结构图形达到前所未有的精密和微小程度，从而为晶体管的微小型化开辟了道路。

5 集成电路

晶体管可以大规模生产以后，其体积小、重量轻、能耗少、寿命长、可靠性高、不需预热、电源电压低等一系列优点使它全面取代了电子管。但是，晶体管取代电子管，还只是一个器件代替一个器件。对于大型电子设备，有时要用到上百万个晶体管，这就要几百万个结点，这些结点就成了出现故障的渊源；同时，生产部门和军事部门希望电子设备进一步微小型化，这都强烈地推动人们去开辟发展电子技术的新途径。

20世纪50年代，用硅取代锗作晶体管材料，以及制作晶体管的扩散工艺、平面工艺等，都相继研究成功，这就为集成电路的研制提供了技术基础，而掌握这些技术的美国德克萨斯仪器公司、仙童公司也就具备了更有利的条件。1959年初，美国德克萨斯公司的工程师基尔比（J.Kiby）利用扩散工艺，很快就在一块1.6×9.5平方毫米的半导体材料上，制成了包括1个台面晶体管、一个电容和3个电阻的移向振荡器，从而研制成功了第一块集成电路。与此同时，美国仙童公司的经理诺伊斯（R.N.Noyce）运用平面工艺制成了更专业化，更适合于工业生产的集成电路。1961年，集成电路即在美国实现了商品化生产。

同半导体分立电路相比，半导体集成电路具有容量大、体积小、组装快等优点。因此集成电路自问世以后，其发展速度可谓突飞猛进。自1961年以后的短短20余年内，集成电路的集成度便由最初的100个元器件以内发展到10万～100万个元器件之内。

6 电子技术发展的内在逻辑

从电子管到集成电路，短短60余年间，电子技术就从电力技术的附属产物蜕变成整个社会的主流技术。爱迪生发现了“爱迪生效应”，但他却不能对这个现象做出完满的解释，于是便吸引着其他的科学家来解决问题，逐渐形成科学共同体。一项新技术其诞生必然源于自然现象，其发展必然会形成科学共同体。汤姆生发现电子，解释了“爱迪生效应”为电子技术的起步打下了理论基础。弗莱明发明了真空二极管、德弗雷斯特发明了真空三极管，他们成功的将理论转化为技术产品，其中的转化必然有现实需求的牵引。当电子管的元件缺陷与电子技术高速发展形成尖锐矛盾时，半导体物理学理论开始蓬勃发展起来，而半导体物理学的蓬勃发展又离不开电子技术这个载体。半导体物理学理论的发展促使晶体管的诞生，而P-N结理论则是研制晶体管的理论衍生物，又反过来促进了半导体物理学的发展。而从晶体管发展到集成电路，则是纯技术工艺上的进步。

纵观整个电子技术从“爱迪生效应”发展到集成电路，其科学技术轨迹可以大致概括为：发现现象探究现象形成理论衍生技术升华理论技术飞跃技术完善技术成熟。

另一值得注意的现象在电子技术的发展进程中，大部分的研究人员都是默默无名却又充满干劲的年富力强的青壮派科学家。如，参与研发出第一支晶体三极管并发表了P-N结理论的肖克利、巴丁和布拉顿三人在1956年获得诺贝尔奖时也才不到50岁。我认为导致这种现象的主要原因有三点：其一，电子技术的科学吸引力强。电子技术对于当时的学术界来说是非常前沿的，也充满了科学的神秘性，这种特性对那些刚毕业的青年才俊来说既能满足自己的好奇心，又能做比较时髦的研究，那是再好不过了。其二，电子技术相较其它领域容易出成果。电子技术是一门新兴的技术领域，探索的空间较其它传统领域更为宽阔，也更容易出成果，作为默默无名的青年科学家，自然想更快的成就一番事业。其三，电子技术的社会需求量大。由于当时的电力技术已经非常成熟，人们用电已经得到普及，相应电子产品的需求量也是极大，如收音机、电视等家用电子产品。广阔的市场需求使得资本家们将大量的资金注入电子行业以谋求更高的回报。毫无疑问高额的薪水和奖金对于急需金钱的年轻人来说是颇具吸引力的。

参考文献

[1]＼高达声.汪广仁.近现代技术史简编[M].北京：中国科学技术出版社，1994.

半导体论文范文第6篇

关键词：氧化锌，稀磁半导体，铁磁性

 

0.引言

当代和未来信息技术都占据着重要的地位，因此随着社会的不断发展,对信息的处理、传输和存储将要求更大的规模和速度。半导体材料在信息处理和传输中有着重要的作用，半导体技术应用了电子的电荷属性；磁性材料在信息存储有着重要的应用，磁性技术利用了电子的自旋属性。但是半导体材料都不具有磁性,磁性材料及其化合物都不具有半导体的性质，因此人们想到了通过掺入磁性离子来获得磁性的方法，即在GaAs、GaN、ZnO等半导体中掺杂引入过渡金属（或稀土金属）等磁性离子，这种通过掺杂而产生的磁性与本征磁性有一定的区别，人们称其为稀磁性。在化合物半导体中，由磁性离子部分地代替非磁性离子所形成的一类新型半导体材料，称之为稀磁半导体。

1. 发展现状

1.1 掺杂具有室温铁磁性的Fe、Co、Ni等过渡磁性金属离子

在ZnO中掺杂引入磁性离子可以使样品产生磁性，因此人们在ZnO中掺入了具有室温铁磁性的Fe、Co、Ni等过渡磁性金属离子，结果发现样品的室温铁磁性对制备技术、生长条件等都有很大的依赖关系。侯登录等人[1]采用磁控溅射法在Si基底上制备Fe掺杂的样品，发现铁磁性是其本征性质。发表论文。Liu等人用化学气相沉积法制备了Co掺杂的样品，分析发现掺杂Co的ZnO样品铁磁性与Co的不纯相ZnCo2O 4无关。Akdogan等人用射频磁控溅射法制备了掺杂不同Co离子浓度的的样品，分析得出氧原子的自旋极化对样品长程铁磁序的形成有重要作用，且Co原子的掺杂引起了ZnO的本征铁磁性。Parra-Palomino等人研究发现样品的铁磁性与ZnO中的缺陷有关。

1.2 掺杂具有低温铁磁性的Mn、Cr等过渡磁性金属离子

在ZnO中掺杂引入磁性离子可以使样品产生磁性，因此人们在ZnO中掺入了具有低温铁磁性的Mn、Cr等过渡磁性金属离子，于宙等人[2]用化学方法制备了Mn掺杂的ZnO基稀磁半导体材料，分析发现该材料的铁磁性是由Mn离子对ZnO中Zn离子的替代作用引起的。Robert等用射频磁控溅射法制备了掺杂Cr的ZnO样品。分析发现H原子占据了O的位置并产生了一个深的施主缺陷从而增强了自由载流子数和铁磁的超交换作用，进而导致了样品的铁磁性。

1.3 掺入不具有室温铁磁性的Al、Cu等金属离子

研究发现在ZnO样品中掺入不具有室温铁磁性的Al、Cu等离子样品也可以显示出室温铁磁性。刘惠莲等[3]用柠檬酸盐法合成了一系列掺Cu样品，研究发现铁磁性是其本征性质。Ma等人用脉冲激光沉积法制备了掺杂Al的ZnO样品，发现样品铁磁性与Al原子和Zn之间的电荷传输有关。

1.4 多元素掺杂ZnO基稀磁半导体

邱东江等人[4]用电子束反应蒸发法生长了Mn和N共掺杂的薄膜，发现样品的室温铁磁性很可能源于束缚磁极化子的形成。Gu等人用射频磁控溅射法制备了掺杂Mn和N的ZnO样品。分析发现样品为室温铁磁性,这可能与N原子的掺入使空穴的浓度增加有关。Shim等人用标准固态反应法制备了掺杂Fe、Cu的ZnO样品，发现掺杂Fe、Cu的ZnO的铁磁性起源于第二相。且Fe原子进入ZnO并取代Zn原子是产生铁磁性的主要原因。宋海岸等人[5]在Si(100)衬底上制备了Ni掺杂和(Ni、Li)共掺ZnO薄膜样品。研究发现铁磁性的起源可以用电子调制的机制来解释,Ni-ZnO中的施主电子形成了束缚磁极化子,束缚磁极化子能级的交叠形成自旋-自旋杂质能带,通过这些施主电子耦合即Ni2+原子之间的远程交换相互作用导致了铁磁性。

由于掺杂ZnO是一个新兴的研究方向，因此人们对其研究结果不尽相同有的甚至相反，例如对于Fe掺杂的ZnO基稀磁半导体，Parra-Palomino等人发现掺杂Fe的样品的铁磁性可以用载流子交换机制来解释，侯登录等人[1]发现掺杂Fe的样品的铁磁性可以用局域磁偶极子作用机制来解释。又如对于掺杂样品的铁磁性是样品的本征性质还是非本征性质方面人们的观点也不尽相同，Shim等人发现铁磁性是掺杂Ni的ZnO样品的非本征性质。Akdogan等人发现Co原子的掺杂引起了样品的本征铁磁性。对于掺杂所引起的样品磁性方面，Liu等人研究发现掺杂Co的ZnO样品具有铁磁性，而Tortosa等人发现掺杂Co的ZnO样品是顺磁性的。研究发现样品的铁磁性与制备方法、生长的气体环境、气体压强、生长时间、退火温度、退火时间、掺杂剂量、掺杂元素的种类以及相对含量均有很大的关系。

2. 结论

目前, 对于ZnO基稀磁半导体材料的研究主要集中在两个方面:(1)优化生长参数,获得高质量的薄膜。发表论文。(2)选择不同掺杂元素与掺杂量,通过单掺杂或共掺杂,提高薄膜的居里温度,奠定其应用基础。

通过对单掺杂金属的ZnO样品及共掺杂的样品的结构分析、以及电学、磁学、导电性等性质的分析，发现对于相同的掺杂，样品铁磁性的强弱不同，有的结论甚至相反。这与样品的制备技术不同、以及不同的生长环境有关。通过各种制备方法及不同制备工艺得到的ZnO薄膜的性能存在较大的差异,而且可重复率比较低。铁磁性来源和机理分析还需要进一步的系统性研究。发表论文。对样品的铁磁性起源理论众多。目前关于稀磁半导体材料铁磁性根源的解释有多种，有载流子交换机制(可以解释具有室温铁磁性的Fe、Co、Ni、V、Cr、Cu、Al等元素掺杂的情况）。载流子导致的铁磁性与反铁磁性竞争机制（可以解释Mn、Cr、Co等元素掺杂的情况）。局域磁偶极子之间相互作用机制（可以解释V、Ni等元素掺杂的情况）。

在实验和理论的统一方面还存在有许多的矛盾之处,而且每种理论都只得到了部分实验证实.因此对ZnO基稀磁半导体的磁性机理的认识还需进一步的提高。可以在以下几个方面开展进一步的更深入的研究。一是改善样品的制备工艺，许多试验重复率很低说明样品的制备过程中有许多影响因素，有待于对其发现并掌握。二是改变掺杂的金属元素，传统的掺杂只对过渡金属进行了大量研究对于非过渡金属的相关研究很少。而且由单掺杂向共掺杂转变是一条很好的思路。

参考文献

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[5]宋海岸,叶小娟,钟伟等.(Ni、Li)掺杂ZnO薄膜的制备及其性能.纳米材料与界构.2008,45(12):698-702.

半导体论文范文第7篇

关键词:半导体激光器; 功率耦合效率; 数值孔径; 柱透镜

中图分类号:O435;TP274 文献标识码:A

文章编号:1004-373X(2010)10-0021-02

Power Coupling Efficiency of Diode Laser

GAO Quan-hua1, ZHANG Shi-yong1, SUN Feng-li2

(1. Shool of Science, Chang’an University, Xi’an710064, China;

2. College of Electronic and Information, Northwest Polytechnic University, Xi’an710077, China)

Abstract:The coupling efficiency at the receiving point was inversely proportional to the square of the divergence of the beam in the long-distance optical communication.The relationship between the collimation system and the power coupling efficiency should be learned to obtain smaller angle and higher coupling efficiency. Based on the far-field distribution of a laser diode, the power coupling efficiency of diode laser passing through a collimation system is analyzed by rays tracing formulas. The coupling efficiency of the diode laser through cylindrical lens is offered and the computer analog is given.

Keywords:diode laser; power coupling efficiency; numerical aperture; cylindrical lens

0 引 言

光通信具有传输容量大,保密性好,不受电磁干扰等优点,已日益受到人们的关注[1-6]。光通信的距离常在数千千米,甚至数万千米,接收点光功率密度的大小基本上是按光束发散角平方反比率关系迅速变化的,因此光束准直特性[7-10]以及能量耦合效率都至关重要。参考文献[11-12]已根据高斯模型对半导体激光器光束准直系统的功率耦合效率进行了研究。由于半导体激光器波导结构的特点,输出光波有很大的发散角,其远场光分布特性已不能满足傍轴光学分布理论。本文根据非傍轴远场光分布理论[13],对半导体激光器光束准直系统中功率耦合效率进行了研究,给出了半导体激光器光束耦合效率的计算方法,并用计算机模拟了耦合效率随k(光源到透镜中心之间的距离与透镜半径之比)及准直系统数值孔径NA的变化曲线。依据曲线比较了有无透射损耗的耦合效率。结果表明,耦合效率随k的增大而增加,之后趋于恒定,且随NA的增大而增加;透射损耗对耦合效率可产生10%左右的影响。

1 半导体激光器光束耦合效率分析

1.1 激光器光场分布模型

在垂直于结平面方向上,半导体激光器光束有很大的发散角,属于远轴光波。根据半导体激光器的远场光分布模型[13],在垂直于结平面的方向上,光强分布为:

I(x,0,z)=|A|21z2Γ21Γ21+x22(1)

式中:A=μ02iλpπq;Γ21=p2z2/(k2+p2);μ0为一常数;p,q是与波导结构有关的参数,可由实验确定;k=2πn/λ是介质中的传播常数。在该坐标系下(如图1所示),将x/z=tan θ带入式(1),可得:

I(θ,z)=|A|21z2p2(k2+p2)[p2/(k2+p2)+tan2θ]2(2)

表示在x-z平面,某一z值的线上与光轴角度为θ那┮坏愕墓獬∏慷取

图1 LD的结构及它的坐标系

本文定义光束发散角θ为在远场区垂直于光轴平面上,光强下降至最大值(xmax)一半处的全张角[14],有:

p2k2+p2=tan2(θ/2)2-1(3)

根据已知的光束发散角,由式(3)及式(2)可求出半导体激光器的远场光强分布。

1.2 柱透镜的耦合效率

影响光源能量进入柱透镜的共有下面父鲆蛩:

(1) 柱透镜本身的数值孔径对光能量的限制;

(2) 柱透镜收光角对光能量的限制;

(3) 透镜材料的吸收对光能量的影响。

因此,柱透镜的耦合效率为:

η=IcI=∫θ1-θ1I(θ,z0)T1(θ)T2(θ)dθ∫π2-π2I(θ,z0)dθ(4)

式中:T为透镜端面的透射率;Ti=Tis+Tip(i=1,2)。由于半导体激光器的光场一般为横电场,只有s分量,没有p分量,故:

Ti=Tis=2cos θ1sin θ2sin(θ1+θ2)]2(5)

式中:θ1和θ2分别对应于柱透镜第i面的入射角和出射角。

1.3 仿真计算

(1) 在不考虑透射损耗影响时,即T1(θ)=T2(θ)=1。通过计算机仿真,给出当半导体激光器垂直于结平面的发散角分别为θ=30°,θ=45°,θ=51°,透镜的数值孔径为NA=0.5时,半导体激光器耦合效率随k(光源到透镜中心的距离与透镜半径之比)的变化曲线,如图2(a)所示。从图中可以看出,随着发散角的增大,耦合效率减小。图2(b)给出了当k=1.3时,半导体激光器的耦合效率随透镜数值孔径NA的变化曲线。从图中可以看出,不论发散角怎样变化,耦合效率曲线的变化趋势基本一致,并且随着发散角的增大,耦合效率曲线下移。

(2) 考虑透射损耗时,通过计算机仿真给出半导体激光器垂直于结平面的发散角分别为θ=30°,θ=45°,θ=51°,透镜的数值孔径为NA=0.5时,半导体激光器的耦合效率随k(光源到透镜中心的距离与透镜半径之比)的变化曲线,如图3(a)所示。从图中可以看出,随着发散角的增大,耦合效率减小。图3(b)给出了k=1.3时,半导体激光器的耦合效率随透镜的数值孔径NA的变化曲线。从图中可以看出,不论发散角怎样变化,耦合效率曲线的变化趋势基本一致,并且随着发散角的增大,耦合效率曲线下移。

图2 仿真结果(一)

图3 仿真结果(二)

比较图2、图3可知,透射损耗对于耦合效率的影响可达10%左右。

2 结 语

需要说明的是,本文仅考虑了垂直于结平面方向的耦合效率,平行于结平面方向由于发散角小,故耦合效率很高,对透镜的耦合效率影响很小。

参考文献

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半导体论文范文第8篇

引言

光子晶体的概念是由S．John和E．Yablonovitch在1987年分别提出来的．所谓光子晶体就是其折射率呈周期性变化的人造带隙材料．光在光子晶体中传播时会与光子晶体的周期结构发生相互作用，从而产生带隙．利用光子晶体的带隙可以方便地控制光波的传播，因此光子晶体在现代科学技术上有着广泛的应用前景．这使得对光子晶体的研究成为目前光学的前沿领域内一个活跃的问题［1－6］．目前对一维光子晶体的研究中，在研究方法、带隙特性、缺陷模特性以及滤波理论等方面都取得了丰富成果［7－13］．文献［14］利用传输矩阵法研究了光以大于全反射角入射一维光子晶体时出现的全反射隧穿现象，得出了一维光子晶体的全反射隧穿现象随入射角和结构参量的变化特征．文献［15］利用传输矩阵法进一步研究了一维光子晶体的全反射隧穿效应的滤波特性，发现一维光子晶体的全反射隧穿效应比一维掺杂光子晶体具有更好的梳状滤波特性．但是，在文献［14－15］中有两个重要问题没有得到解决：1）对光子晶体全反射隧穿效应的产生原因没有给出定量的物理解释；2）没有得出光子晶体的全反射隧穿效应中各参量满足的解析表达式，从而不能对全反射隧穿效应中各参量间的内在联系进行定量分析．因此，使得对光子晶体的全反射隧穿效应这一新现象产生的物理机理以及变化规律的认识和理解不够深刻，有待进一步的研究．本文根据一维半无限周期光子晶体的结构特征建立其谐振腔模型，利用光在势阱中的共振隧穿理论解释全反射隧穿效应产生的物理机理，推导出一维半无限周期光子晶体全反射隧穿导带的波长满足的解析公式，分析全反射隧穿导带的波长与光子晶体结构参量之间的依赖关系，并将共振理论的结果与色散法的结果进行比较研究．

1模型与现象

一维半无限周期光子晶体是由氟化镁（折射率为n1＝1．38、厚度为d1）和碲化铅（折射率为n2＝4．1、厚度为d2）两种介质周期性地交替构成，其周期为无限多个，如图1．设入射空间的介质也为碲化铅，即n2＝n0．因n0＞n1，所以当光大于全反射角入射该一维半无限周期光子晶体时应该产生全反射现象，其全反射角θm＝arcsin（n1／n0）＝0．34rad．计算中取中心波长λ0＝600nm，设归一化波长Λ＝λ／λ0，λ为入射光在真空中的波长．研究中采用色散方法，光子晶体的一个周期的传输矩阵M为该一维半无限周期光子晶体的色散关系为cos（Kd）＝（M11＋M22）／2（4）当式（4）的绝对值cos（Kd）≤1时，K为实数，布洛赫波为非衰减波，对应光的导带．当cos（Kd）＞1时，K为复数，布洛赫波为衰减波，对应光的禁带．为了便于绘出导带的图像，引入色散函数FF＝1－cos（Kd）＝1－（M11＋M22）／2（5）利用式（5）绘出色散函数F的图像，在F的图像中F≥0对应光的导带，F＜0对应光的禁带，这种方法称色散法．利用式（1）～（5）可以研究光在大于全反射角入射一维半无限周期光子晶体时出现的全反射隧穿效应．取n1d1＝n2d2＝λ0／4，计算出TE波以入射角θ0＝0．35rad入射该光子晶体其色散函数F随归一化波长Λ响应曲线，如图2．由图2可知，当TE波大于全反射角入射一维半无限周期光子晶体时会出现全反射隧穿现象，即全反射隧穿效应．其全反射隧穿效应具有以下特征：全反射隧穿效应是由多级导带组成，波长最大的隧穿导带称为一级隧穿导带，随着波长的减小分别称为二级隧穿导带、……．图2中归一化波长Λ在0．45附近的是一级全反射隧穿导带，归一化波长Λ在0．22附近的是二级全反射隧穿导带，…．2共振理论本文从一维半无限周期光子晶体的结构特征和光的全反射特征入手进行分析：当光以大于全反射角入射该光子晶体时，由于n0＞n1，光会在从n0入射到n1的界面上发生全反射，但光并不是完全不能进入n1中，光能够以倏逝波的形式进入n1约一个波长的深度［17］．而该光子晶体中n1的厚度d1约为0．25个波长，因此光能够穿过n1进入n2中．当光进入n2层后，会在n2层的前后两个平行界面间往复地全反射，这时n2层就成为一个势垒很高的势阱，也就形成一个谐振腔，如图3．该一维半无限周期光子晶体就由无限多个这样的谐振腔连续排列组成．由谐振腔的理论可知，满足驻波条件的光才能在n2层发生共振而存在．2n2d2cosθ0＝jλ（j＝1，2，3…）（6）由量子力学的隧穿理论可知，满足式（6）波长的光会在n2层中由于共振而积蓄足够的能量，并且满足式（6）的光在谐振腔内相邻两次往复反射所产生的透射波会发生相长干涉．因此，这些波长的光就能够穿过高势垒产生一维半无限周期光子晶体的全反射隧穿效应．这就是一维半无限周期光子晶体的全反射隧穿效应产生的物理机理．由于波的共振理论是波在空间受限区域内传播的重要理论，它不仅能够从本质上解释波在空间受限区域内产生的一系列现象，如共振现象、隧穿现象、模式现象等，而且能够得出共振波长与各参量间的解析关系．因此，共振理论对于研究光子晶体和声子晶体这类空间受限系统是一种十分重要的理论方法，特别是在研究光子晶体和声子晶体中一些现象的形成机理方面共振理论能够给出清晰的物理图像，这是其他数值计算方法所不及的．为了与色散法的计算结果进行比较，由式（6）可得全反射隧穿导带的归一化波长满足的解析式为Λj＝2n2d2cosθ0／jλ0（j＝1，2，3…）（7）由式（7）可以看出隧穿导带的归一化波长Λj与自然数变量j有关，这个j正是用来确定全反射隧穿导带的级数的，j＝1对应一级隧穿导带，j＝2对应二级隧穿导带，……，因此称它为隧穿导带级数．由式（7）看出，归一化波长Λj随着级数j成反比变化．这正好对图2由色散法得出的全反射隧穿效应特征作出了圆满解释．固定n2d2＝λ0／4、θ0＝0．35rad，由式（7）计算出一级和二级隧穿导带的归一化波长分别为Λ1＝0．46和Λ2＝0．22，这个结果与图2中的数值完全吻合．由式（7）可看出全反射隧穿导带的归一化波长由j、n2d2、θ0三个参量决定．其中j对全反射隧穿导带结构特征的影响已经作了讨论．下面进一步对n2d2、θ0两个参量对全反射隧穿导带归一化波长的影响进行研究．由于一级和二级隧穿导带比较明显，本文主要针对一级和二级隧穿导带的特征进行分析，并将结果与色散法的计算结果进行比较．

2．1波长随腔光学厚度变化谐振腔的光学厚度就是式（7）中的n2d2，为了研究方便令n2d2＝Xλ0，X为无量纲的参变量，腔光学厚度的变化通过X的变化实现．则式（7）化为Λj＝2Xcosθ0／j（j＝1，2，3…）（8）由式（8）计算出光以θ0＝0．35rad入射时其一级和二级隧穿导带的归一化波长为Λ1＝2Xcos0．35，Λ2＝Xcos0．35（9）由式（9）绘出归一化波长随腔光学厚度的响应曲线，如图4（a）．由色散法计算出归一化波长随腔光学厚度的响应曲线，如图4（b）．图4（b）中的白色带为一级和二级隧穿导带．由式（9）、图4可知：1）一级、二级隧穿导带的归一化波长都随腔光学厚度成正比变化，这一个结论解析法与色散法完全吻合．2）由式（9）得出一级、二级隧穿导带的归一化波长随腔光学厚度成正比变化的斜率分别为dΛ1／dX1．88和dΛ2／dX＝0．94，由图4（b）中的图像求出的斜率分别为dΛ1／dX＝1．81和dΛ2／dX＝0．95，共振理论的结果与色散法的结果吻合得较好．

2．2波长随入射角变化固定n1d1＝n2d2＝λ0／4，由式（7）得出一级、二级隧穿导带的归一化波长随入射角的变化关系为Λ1＝cosθ0／2，Λ2＝cosθ0／4（10）由式（10）绘出Λ1、Λ2随入射角的响应曲线，如图5（a）．为了比较，利用色散法绘出Λ1、Λ2随入射角的响应曲线，如图5（b）．图5（b）中的白色带为一级和二级隧穿导带，一级隧穿导带明显，二级隧穿导带较弱．由式（10）、图5可知：1）一级、二级隧穿导带的归一化波长随入射角的余弦成正比变化，即归一化频率都随入射角的增加而减小．这一个结论解析法共振理论和色散法是吻合的．2）由式（10）计算出当θ0＝0．35rad时，一级、二级隧穿导带的归一化波长分别为Λ1＝0．47和Λ2＝0．24．而由图5（b）中的图像求出一级、二级隧穿导带的归一化波长分别为Λ1＝0．45和Λ2＝0．23．共振理论的结果与色散法的结果也吻合得较好．从共振理论和色散法的结果比较还可以看出，两种方法的结果并不是完全一致．它们主要的区别在于：共振理论只能给出全反射隧穿导带的中心频率的变化规律，而不能给出全反射隧穿导带的频率宽度的变化规律．色散法还可以给出全反射隧穿导带的频率宽度的变化特征．因此共振理论和色散法在研究全反射隧穿导带的变化规律时具有互补性．