陶瓷材料半导化的方法有哪些
种半导化途径是施主掺杂半导化:可通过掺杂不等价离子取代部分主晶相离子,使晶格产生缺陷,形成施主或受主能级,以得到n型或p型的半导体陶瓷。
热交换的基本途径为:传导、对流和辐射。为了有效散热,人们常通过减少热流途径的热阻和加强对流系数来实现,往往忽略了热辐射。LED灯具一般采用自然对流散热,散热器将LED产生的热量快速传递到散热器表面,由于对流系数较低。
扩展资料:
具有高热辐射效率的辐射带,大致是从强共振波长延伸到短波整个二声子组合和频区域,包括部分多声子组合区域,这是多数高辐射陶瓷材料辐射 带的共同特点,可以说,强辐射带主要源于该波段的二声子组合辐射。
一般辐射陶瓷的辐射带集中在大于5m的二声子、三声子区。因此,对于红外辐 射陶瓷而言,1~5m波段的辐射主要来自于自由载流子的带内跃迁或电子从杂质能级到导带的直接跃迁,大于5m波段的辐射主要归于二声子组合辐射。
参考资料来源:百度百科-陶瓷材料
陶瓷PTC发热片更好
原因:
陶瓷PTC不导电,不会触电 ;热效率高 ;使用寿命长。
陶瓷PTC优点:
热阻小、换热效率高,是一种自动恒温、省电的电加热器。突出特点在于安全性能上,任何应用情况下均不会产生如电热管类加热器的表面"发红"现象,从而引起烫伤,火灾等安全隐患。
应用:
空调机、热风幕机、去湿机、干燥机、干衣机、暖风机、浴霸、汽车等需要提供暖风的设备上。
半导体制冷片(TE)也叫热电制冷片,是一种热泵,它的优点是没有滑动部件,应用在一些空间受到限制,可靠性要求高,无制冷剂污染的场合。
半导体制冷片的工作运转是用直流电流,它既可制冷又可加热,通过改变直流电流的极性来决定在同一制冷片上实现制冷或加热,这个效果的产生就是通过热电的原理,以下的图就是一个单片的制冷片,它由两片陶瓷片组成,其中间有N型和P型的半导体材料(碲化铋),这个半导体元件在电路上是用串联形式连结组成。
半导体制冷片的工作原理
当一块N型半导体材料和一块P型半导体材料联结成电偶对时,在这个电路中接通直流电流后,就能产生能量的转移,电流由N型元件流向P型元件的接头吸收热量,成为冷端由P型元件流向N型元件的接头释放热量,成为热端。吸热和放热的大小是通过电流的大小以及半导体材料N、P的元件对数来决定,以下三点是热电制冷的温差电效应。
1、 塞贝克效应(SEEBECK EFFECT)
一八二二年德国人塞贝克发现当两种不同的导体相连接时,如两个连接点保持不同的温差,则在导体中产生一个温差电动势: ES=S△T
式中:ES为温差电动势
S()为温差电动势率(塞贝克系数)
△T为接点之间的温差
2、 珀尔帖效应(PELTIER EFFECT)
一八三四年法国人珀尔帖发现了与塞贝克效应的效应,即当电流流经两个不同导体形成的接点时,接点处会产生放热和吸热现象,放热或吸热大小由电流的大小来决定。
Qл=лI л=aTc
式中:Qπ 为放热或吸热功率
π为比例系数,称为珀尔帖系数
I为工作电流
a为温差电动势率
Tc为冷接点温度
3、 汤姆逊效应 (THOMSON EFFECT)
当电流流经存在温度梯度的导体时,除了由导体电阻产生的焦耳热之外,导体还要放出或吸收热量,在温差为△T的导体两点之间,其放热量或吸热量为:
Qτ=τI△T
Qτ为放热或吸热功率
τ为汤姆逊系数
I为工作电流
△T为温度梯度
以上的理论直到本世纪五十年代,苏联科学院半导体研究所约飞院士对半导体进行了大量研究,于一九五四年发表了研究成果,表明碲化铋化合物固溶体有良好的制冷效果,这是最早的也是最重要的热电半导体材料,至今还是温差制冷中半导体材料的一种主要成份。
约飞的理论得到实践应用后,有众多的学者进行研究到六十年代半导体制冷材料的优值系数,才达到相当水平,得到大规模的应用,也就是我们现在的半导体制冷片件。
中国在半导体制冷技术开始于50年代末60年代初,当时在国际上也是比较早的研究单位之一,60年代中期,半导体材料的性能达到了国际水平,60年代末至80年代初是我国半导体制冷片技术发展的一个台阶。在此期间,一方面半导体制冷材料的优值系数提高,另一方面拓宽其应用领域。中国科学院半导体研究所投入了大量的人力和物力,获得了半导体制冷片,因而才有了现在的半导体制冷片的生产及其两次产品的开发和应用。
制冷片的技术应用
半导体制冷片作为特种冷源,在技术应用上具有以下的优点和特点:
1、不需要任何制冷剂,可连续工作,没有污染源没有旋转部件,不会产生回转效应,没有滑动部件是一种固体片件,工作时没有震动、噪音、寿命长,安装容易。
2、半导体制冷片具有两种功能,既能制冷,又能加热,制冷效率一般不高,但制热效率很高,永远大于1。因此使用一个片件就可以代替分立的加热系统和制冷系统。
3、半导体制冷片是电流换能型片件,通过输入电流的控制,可实现高精度的温度控制,再加上温度检测和控制手段,很容易实现遥控、程控、计算机控制,便于组成自动控制系统。
4、 半导体制冷片热惯性非常小,制冷制热时间很快,在热端散热良好冷端空载的情况下,通电不到一分钟,制冷片就能达到最大温差。
5、 半导体制冷片的反向使用就是温差发电,半导体制冷片一般适用于中低温区发电。
6、半导体制冷片的单个制冷元件对的功率很小,但组合成电堆,用同类型的电堆串、并联的方法组合成制冷系统的话,功率就可以做的很大,因此制冷功率可以做到几毫瓦到上万瓦的范围。
7、 半导体制冷片的温差范围,从正温到负温度都可以实现。
通过以上分析,半导体温差电片件应用范围有:制冷、加热、发电,制冷和加热应用比较普遍,有以下几个方面:
1、 军事方面:导弹、雷达、潜艇等方面的红外线探测、导行系统。
2、 医疗方面;冷力、冷合、白内障摘除片、血液分析仪等。
3、 实验室装置方面:冷阱、冷箱、冷槽、电子低温测试装置、各种恒温、高低温实验仪片。
4、 专用装置方面:石油产品低温测试仪、生化产品低温测试仪、细菌培养箱、恒温显影槽、电脑等。
5、 日常生活方面:空调、冷热两用箱、饮水机、电子信箱等。此外,还有其它方面的应用,这里就不一一提了。
半导体制冷片的散热方式
半导体制冷片件的散热是一门专业技术,也是半导体制冷片件能否长期运行的基础。良好的散热才能获得最低冷端温度的先决条件。以下就是半导体制冷片的几种散热方式:
1、 自然散热。
采用导热较好的材料,紫铜铝材料做成各种散热片,在静止的空气中自由的散发热量,使用方便,缺点是体积太大。
2、 充液散热。
用较好的散热材料做成水箱,用通液体或通水的方法降温。缺点是用水不方便,浪废太大,优点是体积小,散热效果最好。
3、 强迫风冷散热。
工作气氛为流动空气,散热片所用的材料和自然散热片相同,使用方便,体积比自然冷却的小,缺点是增加一个风机出现噪音。
4、 真空潜热散热。
最常用的就是“热管”散热片,它是利用蒸发潜热快速传递热容量。
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jensoil
道法自然
来自专栏半导体产业和投融资
本文来自中国粉体网
近几年,光刻机的确是个热词,不论业内业外,都对其非常关注,“有井水处即有光刻机”说的毫不夸张。据说有位半导体领域的专家去理发时,理发小哥也会滔滔不绝的和他交流光刻机。
而在材料领域,碳化硅的“火”有过之而无不及,其本身作为一种优良的陶瓷材料,性能与应用不断地被的开发,尤其是随着集成电路的快速发展,碳化硅作为第三代半导体材料更是一跃成为最受瞩目的材料之一。
光刻机和碳化硅之间又有什么神秘关系呢?
这还要从刚才讲到的集成电路说起。集成电路产业(即IC产业)是关乎国家经济、政治和国防安全的战略产业,在IC产业中,集成电路制造装备具有极其重要的战略地位。集成电路关键装备的发展除先进设计、精密控制技术外,关键零部件制备技术制约也是严重影响集成电路先进制造装备国产化进程的一大问题。
12英寸硅片用碳化硅真空吸盘
关键零部件具有举足轻重的作用,要求结构件材料具有高纯度、高致密度、高强度、高弹性模量、高导热系数及低热膨胀系数等特点,且结构件要具有极高的尺寸精度和结构复杂性。例如在高端光刻机中,为实现高制程精度,需要广泛采用具有良好的功能复合性、结构稳定性、热稳定性、尺寸精度的陶瓷零部件,如E-chuck、Vacumm-chuck、Block、磁钢骨架水冷板、反射镜、导轨等。
碳化硅陶瓷正是光刻机用精密陶瓷部件的首选材料!
碳化硅陶瓷具有高的弹性模量和比刚度,不易变形,并且具有较高的导热系数和低的热膨胀系数,热稳定性高,因此碳化硅陶瓷是一种优良的结构材料,目前已经广泛应用于航空、航天、石油化工、机械制造、核工业、微电子工业等领域。
但是,由于碳化硅是Si-C键很强的共价键化合物,具有极高的硬度和显著的脆性,精密加工难度大;此外,碳化硅熔点高,难以实现致密、近净尺寸烧结。因此,大尺寸、复杂异形中空结构的精密碳化硅结构件的制备难度较高,限制了碳化硅陶瓷在诸如集成电路这类的高端装备制造领域中的广泛应用。目前只有日本、美国等少数几个发达国家的少数企业(如日本的Kyocera、美国的CoorsTek等)成功地将碳化硅陶瓷材料应用于集成电路制造关键装备中,如光刻机用碳化硅工件台、导轨、反射镜、陶瓷吸盘、手臂等。
碳化硅工件台
光刻机中工件台主要负责完成曝光运动,要求实现高速、大行程、六自由度的纳米级超精密运动,如对于100nm分辨率、套刻精度为33nm和线宽为10nm的光刻机,其工件台定位精度要求达到10nm,掩模硅片同时步进和扫描速度分别达到150nm/s和120nm/s,掩模扫描速度接近500nm/s,并且要求工件台具有非常高的运动精度和平稳性。故需满足以下要求:
工件台及微动台(局部剖面)示意图
(1)高度轻量化:为降低运动惯量,减轻电机负载,提高运动效率、定位精度和稳定性,结构件普遍采用轻量化结构设计,其轻量化率为60%~80%,最高可达到90%;
(2)高形位精度:为实现高精度运动和定位,要求结构件具有极高的形位精度,平面度、平行度、垂直度要求小于1μm,形位精度要求小于5μm;
(3)高尺寸稳定性:为实现高精度运动和定位,要求结构件具有极高的尺寸稳定性,不易产生应变,且导热系数高、热膨胀系数低,不易产生大的尺寸变形;
(4)清洁无污染:要求结构件具有极低的摩擦系数,运动过程中动能损失小,且无磨削颗粒的污染。
碳化硅陶瓷方镜
光刻机等集成电路关键装备中的关键部件具有形状复杂、外形尺寸复杂以及中空轻量化结构等特点,制备此类碳化硅陶瓷零部件难度较大。目前国际主流集成电路装备制造商,如荷兰ASML,日本NIKON、CANON等公司大量采用微晶玻璃、堇青石等材料制备光刻机核心部件——方镜,而采用碳化硅陶瓷制备其他简单形状的高性能结构部件。中国建筑材料科学研究总院的专家们却采用专有制备技术,实现了大尺寸、复杂形状、高度轻量化、全封闭光刻机用碳化硅陶瓷方镜及其他结构功能光学零部件的制备。
碳化硅光罩薄膜
日前在韩国的一场半导体交流活动中,ASML韩国营销经理MyoungKuyLee透露,公司将开始供应透光率超90%的薄膜,以提升EUV光刻机的效率。ASML2016年首次开发出光罩薄膜,当时的透光率是78%。随后在2018年,薄膜透光率提升到80%,去年提升到85%。
薄膜用于保护光罩免受污染,单价26万美元左右(约合人民币1678万元)。
另外,韩国企业FST、S&STech也都在紧张开发EUV光刻机所需的薄膜,FST此前预期上半年开始供应90%透光率的碳化硅薄膜。
碳化硅陶瓷精密结构部件制备工艺
中国建材总院在近净尺寸成型工艺——凝胶注模成型的基础上,开发出用于制备新型大尺寸、复杂形状、高精度碳化硅陶瓷部件的工艺技术。
碳化硅陶瓷部件制备工艺流程图
该制备流程中的关键工艺包括凝胶注模成型工艺、陶瓷素坯加工工艺和陶瓷素坯连接工艺。其中,凝胶注成型工艺是制备碳化硅陶瓷部件的基础,该工艺是一种精细的胶态成型工艺(Colloidalprocessing),可实现大尺寸、复杂结构坯体的高强度、高均匀性、近净尺寸成型,自上世纪90年代以来在特种陶瓷材料制备领域获得了广泛的研究。陶瓷素坯加工工艺可以实现复杂形状陶瓷部件的快速、低成本、精密制造,有效提高陶瓷部件的尺寸精度及表面光洁度。陶瓷素坯连接工艺则可以实现中空陶瓷部件的制备,主要采用陶瓷粘结剂将陶瓷单体部件进行连接获得整体中空部件。
产业竞争格局
目前国外在集成电路核心装备用精密陶瓷结构件的研发和应用方面走在前列的公司有日本京瓷、美国CoorsTek、德国BERLINERGLAS等,其中,京瓷和CoorsTek公司占据了集成电路核心装备用高端精密陶瓷结构件市场份额的70%。
京瓷及CoorsTek制造的高端陶瓷零部件具有材料体系齐全、性能优异、结构复杂、加工精度高等特点,所制造的精密陶瓷结构件几乎涵盖了现有结构陶瓷材料体系,如氧化铝、碳化硅、氮化硅、氮化铝等;结构件的应用领域也几乎覆盖了全部集成电路核心装备,形成了一系列型号齐全、品种多样的精密陶瓷结构件产品,如美国CoorsTek公司能够提供光刻机专用组件、等离子刻蚀设备专用组件、PVD/CVD专用组件、离子注入设备专用组件、晶片吸附固定传输专用组件等一系列产品;京瓷能够提供光刻机、晶圆制造设备、刻蚀机、沉积设备(CVD、溅射)、LCD等装备用精密陶瓷结构件。我国在集成电路核心装备用精密陶瓷结构件的研发和应用方面起步较晚,在大尺寸、高精度、中空、闭孔、轻量化结构的结构陶瓷零部件的制备领域有诸多关键技术问题有待突破。
结束语
碳化硅陶瓷具有优良的常温力学性能(如高强度、高硬度、高弹性模量等)、优异的高温稳定性(如高导热系数、低热膨胀系数等)以及良好的比刚度和光学加工性能,特别适合用于制备光刻机等集成电路装备用精密陶瓷结构件,如用于光刻机中的精密运动工件台、骨架、吸盘、水冷板以及精密测量反射镜、光栅等陶瓷结构件等。
半导体一般指矽晶体,它的导电性介于导体和绝缘体之间。
半导体是指导电能力介于金属和绝缘体之间的固体材料。按内部电子结构区分,半导体与绝缘体相似,它们所含的价电子数恰好能填满价带,并由禁带和上面的导带隔开。半导体与绝缘体的区别是禁带较窄,在2~3电子伏以下。
典型的半导体是以共价键结合为主的,比如晶体矽和锗。半导体靠导带中的电子或价带中的空穴导电。它的导电性一般通过掺入杂质原子取代原来的原子来控制。掺入的原子如果比原来的原子多一个价电子,则产生电子导电;如果掺入的杂质原子比原来的原子少一个价电子,则产生空穴导电。
半导体的应用十分广泛,主要是制成有特殊功能的元器件,如电晶体、积体电路、整流器、镭射器以及各种光电探测器件、微波器件等。
1楼2楼耸人听闻,哪有那么严重。在半导体材料投入使用以前二战都已经结束了,大量采用电子管的电器装置已经投入民用。众所周知的事实是前苏联半导体材料发展极度落后,无论米格-25歼击机还是联盟号宇宙飞船都还使用着电子管装置,直到九十年代以后俄罗斯才逐步跟上来。
对日常生活的影响,简单地说——
一切使用微控制器也就是所谓“电脑板”的电器都重归机械控制;
不会出现微型计算机,只有巨型机/大型机/小型机,即便有了个人电脑也要衣柜那么大个,耗电量惊人,绝对奢侈品,笔记本就更不用说了;
没有微机当然更没有游戏机了,玩魂斗罗超级玛丽警察抓小偷永远是幻想;
收音机最小也要新华词典那么大,注意:是辞典不是字典;
电视机仍然是阴极射线管的,因为根本生产不出液晶板,不过幸好还能看到彩电;
微波炉可能要洗碗柜那么大吧?因为电子管是很占体积的;
洗衣机是半自动型的,使用机械定时器——微波炉也是。
冰箱一定是外形大大,立升小小,噪音隆隆,前苏联就有那种玩意的实物;
照相机继续用胶卷的,什么数码DC/DV统统不存在;
摄像机会相当笨重,只能用录影带;
您好!这里是邮电局,打电话请用拨盘拨号,如需拨往外地请让我为您转接……呃,这位同志,程控交换机是什么东西?——某人工接线员;
不存在什么VCD、DVD,录影机/放像机也不太会普及——太大、太贵;
没有了微型计算机你会感觉到练得一笔好字的必要性;
飞机导弹卫星飞船空间站照样满天飞,战舰航母潜艇坦克照样满世界溜达;
网际网路可能会有,但那将是各国官方、军方和科研机构御用的玩意,跟咱老百姓没啥关系;
……能想起来的差不多都写上了。
试想过你的生活缺少了数字是什么概念吗?那将是一个混乱的世界,无论是你的手机号码、你的身份证号码、还是你家的门牌号,这些全部都是用数字表达的!电子游戏、电子邮件、数码音乐、数码照片、多媒体光碟、网路会议、远端教学、网上购物、电子银行和电子货币……几乎一切的东西都可以用0和1来表示。电脑和网际网路的出现让人们有了更大的想象和施展的空间,我们的生活就在这简单的“0”“1”之间变得丰富起来、灵活起来、愉悦起来,音像制品、手机、摄像机、数码相机、MP3、袖珍播放机、DVD播放机、PDA、多媒体、多功能游戏机、ISDN等新潮电子产品逐渐被人们所认识和接受,数字化被我们随身携带着,从而拥有了更加多变的视听新感受,音乐和感觉在数字化生活中静静流淌……
数字生活已成为资讯化时代的特征,它改变着人类生活的方方面面,在此背后,隐藏着新材料的巨大功勋,新材料是数字生活的“幕后英雄”。
计算机是数字生活中的重要装置,计算机的核心部件是中央处理器(CPU)和储存器(RAM),它们是以大规模积体电路为基础建造起来的,而这些积体电路都是由半导体材料做成的,Si片是第一代半导体材料,积体电路中采用的Si片必须要有大的直径、高的晶体完整性、高的几何精度和高的洁净度。为了使积体电路具有高效率、低能耗、高速度的效能,相继发展了GaAs、InP等第二代半导体单晶材料。SiC、GaN、ZnSe、金刚石等第三代宽禁带半导体材料、SiGe/Si、SOI(Silicon On Insulator)等新型矽基材料、超晶格量子阱材料可制作高温(300~500°C)、高频、高功率、抗辐射以及蓝绿光、紫外光的发光器件和探测器件,从而大幅度地提高原有矽积体电路的效能,是未来半导体材料的重要发展方向。
人机交换,常常需要将各种形式的资讯,如文字、资料、图形、影象和活动影象显示出来。静止资讯的显示手段最常用的如印表机、影印机、传真机和扫描器等,一般称为资讯的输出和输入装置。为提高解析度以及输入和输出的速度,需要发展高灵敏度和稳定的感光材料,例如镭射印表机和影印机上的感光鼓材料,目前使用的是无机的硒合金和有机的酞菁染料。显示活动影象资讯的主要部件是阴极射线管(CRT),广泛地应用在计算机终端显示器和平面电视上,CRT目前采用的电致发光材料,大都使用稀土掺杂(Tb3+、Sn3+、Eu3+等)和过渡元素掺杂(Mn2+)的硫化物(ZnS、CdS等)和氧化物(Y2O3、YAlO3)等无机材料。
为了减小CRT庞大的体积,资讯显示的趋势是高解析度、大显示容量、平板化、薄型化和大型化,为此主要采用了液晶显示技术(LCD)、场致发射显示技术(FED)、等离子体显示技术(PDP)和发光二极体显示技术(LED)等平板显示技术,广泛应用在高清晰度电视(HDTV)、电视电话、计算机(台式或可移动式)显示器、汽车用及个人数字化终端显示等应用目标上,CRT不再是一支独秀,而是形成与各种平板显示器百花争艳的局面。
在液晶显示技术中采用的液晶材料早已在手表、计算器、膝上型电脑、摄像机中得到应用,液晶材料较早使用的是苯基环己烷类、环己基环己烷类、吡啶类等向列相和手征相材料,后来发展了铁电型(FE)液晶,响应时间在微秒级,但铁电液晶的稳定性差,只能用分支法(side-chain)来改进。目前趋向开发反铁电液晶,因为它们的稳定性较高。
液晶显示材料在大萤幕显示中有一定的困难,目前作为大萤幕显示的主要候选物件为等离子体显示器(PDP)和发光二极体(LED)。PDP所用的荧光粉为掺稀土的钡铝氧化物。用类金刚石材料作冷阴极和稀土离子掺杂的氧化物作发光材料,推动场发射显示(FED)的发展。制作高亮度发光二极体的半导体材料主要为发红、橙、**的GaAs基和GaP基外延材料、发蓝光的GaN基和ZnSe基外延材料等。
由于因特网和多媒体技术的迅速发展,人类要处理、传输和储存超高资讯容量达太(兆兆)数字位(Tb,1012bits),超高速资讯流每秒达太位(Tb/s),可以说人类已经进入了太位资讯时代。现代的资讯储存方式多种多样,以计算机系统储存为例,储存方式分为随机记忆体储、线上外储存、离线外储存和离线储存。随机记忆体储器要求整合度高、资料存取速度快,因此一直以大规模整合的微电子技术为基础的半导体动态随机储存器(DRAM)为主,256兆位的随机动态储存器的电晶体超过2亿个。外储存大都采用磁记录方式,磁储存介质的主要形式为磁带、磁泡、软磁碟和硬磁碟。磁储存密度的提高主要依赖于磁介质材料的改进,相继采用了磁性氧化物(如g-Fe2O3、CrO2、金属磁粉等)、铁氧体系、超细磁性氧化物粉末、化学电镀钴镍合金或真空溅射蒸镀Co基合金连续磁性薄膜介质等材料,磁储存的资讯储存量从而有了很大的提高。固体(闪)储存器(flash memory)是不挥发可擦写的储存器,是基于半导体二极体的积体电路,比较紧凑和坚固,可以在记忆体与外存间插入使用。记录磁头铁芯材料一般用饱和磁感大的软磁材料,如80Ni-20Fe、Co-Zr-Nb、Fe-Ta-C、45Ni-55Fe、Fe-Ni-N、Fe-Si、Fe-Si-Ni、67Co-10Ni-23Fe等。近年来发展起来的巨磁阻(GMR)材料,在一定的磁场下电阻急剧减小,一般减小幅度比通常磁性金属与合金的磁电阻数值约高10余倍。GMR一般由自由层/导电层/钉扎层/反强磁性层构成,其中自由层可为Ni-Fe、Ni-Fe/Co、Co-Fe等强磁体材料,在其两端安置有Co-Cr-Pt等永磁体薄膜,导电层为数nm的铜薄膜,钉扎层为数nm的软磁Co合金,磁化固定层用5~40nm的Ni-O、Ni-Mn、Mn-In、Fe-Cr-Pt、Cr-Mn-Pt、Fe-Mn等反强磁体,并加Ru/Co层的积层自由结构。采用GMR效应的读出磁头,将磁碟记录密度一下子提高了近二十倍,因此巨磁阻效应的研究对发展磁储存有着非常重要的意义。
最常见的:半导体收音机、掌上计算器、电脑内的主机板显示卡等硬体都要用道半导体、电视机里的部件也要用半导体晶片、手机内部的部件、汽车内也要用到的一些部件。目前大部分将用电器都要用到数字晶片,而不是模拟的(DSP),这些晶片说白了就是用半导体做成的。
半导体镭射器的应用 半导体二极体镭射器在镭射通讯、光储存、光陀螺、镭射列印、测距以及雷达等方面以及获得了广泛的应用
还可以作为固体镭射器的泵浦源,安防领域照明光源,现在应用的领域非常广了
半导体的三个广泛应用:
一、在无线电收音机(Radio)及电视机(Television)中,作为“讯号放大器/整流器”用。
二、近来发展太阳能(Solar Power),也用在光电池(Solar Cell)中。
三、半导体可以用来测量温度,测温范围可以达到生产、生活、医疗卫生、科研教学等应用的70%的领域,有较高的准确度和稳定性,解析度可达01℃,甚至达到001℃也不是不可能,线性度02%,测温范围-100~+300℃,是价效比极高的一种测温元件。
参考百度百科,仅供参考!
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数字生活已成为资讯化时代的特征,它改变着人类生活的方方面面,在此背后,隐藏着新材料的巨大功勋,新材料是数字生活的“幕后英雄”。
计算机是数字生活中的重要装置,计算机的核心部件是中央处理器(CPU)和储存器(RAM),它们是以大规模积体电路为基础建造起来的,而这些积体电路都是由半导体材料做成的,Si片是第一代半导体材料,积体电路中采用的Si片必须要有大的直径、高的晶体完整性、高的几何精度和高的洁净度。为了使积体电路具有高效率、低能耗、高速度的效能,相继发展了GaAs、InP等第二代半导体单晶材料。SiC、GaN、ZnSe、金刚石等第三代宽禁带半导体材料、SiGe/Si、SOI(Silicon On Insulator)等新型矽基材料、超晶格量子阱材料可制作高温(300~500°C)、高频、高功率、抗辐射以及蓝绿光、紫外光的发光器件和探测器件,从而大幅度地提高原有矽积体电路的效能,是未来半导体材料的重要发展方向。
人机交换,常常需要将各种形式的资讯,如文字、资料、图形、影象和活动影象显示出来。静止资讯的显示手段最常用的如印表机、影印机、传真机和扫描器等,一般称为资讯的输出和输入装置。为提高解析度以及输入和输出的速度,需要发展高灵敏度和稳定的感光材料,例如镭射印表机和影印机上的感光鼓材料,目前使用的是无机的硒合金和有机的酞菁染料。显示活动影象资讯的主要部件是阴极射线管(CRT),广泛地应用在计算机终端显示器和平面电视上,CRT目前采用的电致发光材料,大都使用稀土掺杂(Tb3+、Sn3+、Eu3+等)和过渡元素掺杂(Mn2+)的硫化物(ZnS、CdS等)和氧化物(Y2O3、YAlO3)等无机材料。
为了减小CRT庞大的体积,资讯显示的趋势是高解析度、大显示容量、平板化、薄型化和大型化,为此主要采用了液晶显示技术(LCD)、场致发射显示技术(FED)、等离子体显示技术(PDP)和发光二极体显示技术(LED)等平板显示技术,广泛应用在高清晰度电视(HDTV)、电视电话、计算机(台式或可移动式)显示器、汽车用及个人数字化终端显示等应用目标上,CRT不再是一支独秀,而是形成与各种平板显示器百花争艳的局面。
在液晶显示技术中采用的液晶材料早已在手表、计算器、膝上型电脑、摄像机中得到应用,液晶材料较早使用的是苯基环己烷类、环己基环己烷类、吡啶类等向列相和手征相材料,后来发展了铁电型(FE)液晶,响应时间在微秒级,但铁电液晶的稳定性差,只能用分支法(side-chain)来改进。目前趋向开发反铁电液晶,因为它们的稳定性较高。
液晶显示材料在大萤幕显示中有一定的困难,目前作为大萤幕显示的主要候选物件为等离子体显示器(PDP)和发光二极体(LED)。PDP所用的荧光粉为掺稀土的钡铝氧化物。用类金刚石材料作冷阴极和稀土离子掺杂的氧化物作发光材料,推动场发射显示(FED)的发展。制作高亮度发光二极体的半导体材料主要为发红、橙、**的GaAs基和GaP基外延材料、发蓝光的GaN基和ZnSe基外延材料等。
由于因特网和多媒体技术的迅速发展,人类要处理、传输和储存超高资讯容量达太(兆兆)数字位(Tb,1012bits),超高速资讯流每秒达太位(Tb/s),可以说人类已经进入了太位资讯时代。现代的资讯储存方式多种多样,以计算机系统储存为例,储存方式分为随机记忆体储、线上外储存、离线外储存和离线储存。随机记忆体储器要求整合度高、资料存取速度快,因此一直以大规模整合的微电子技术为基础的半导体动态随机储存器(DRAM)为主,256兆位的随机动态储存器的电晶体超过2亿个。外储存大都采用磁记录方式,磁储存介质的主要形式为磁带、磁泡、软磁碟和硬磁碟。磁储存密度的提高主要依赖于磁介质材料的改进,相继采用了磁性氧化物(如g-Fe2O3、CrO2、金属磁粉等)、铁氧体系、超细磁性氧化物粉末、化学电镀钴镍合金或真空溅射蒸镀Co基合金连续磁性薄膜介质等材料,磁储存的资讯储存量从而有了很大的提高。固体(闪)储存器(flash memory)是不挥发可擦写的储存器,是基于半导体二极体的积体电路,比较紧凑和坚固,可以在记忆体与外存间插入使用。记录磁头铁芯材料一般用饱和磁感大的软磁材料,如80Ni-20Fe、Co-Zr-Nb、Fe-Ta-C、45Ni-55Fe、Fe-Ni-N、Fe-Si、Fe-Si-Ni、67Co-10Ni-23Fe等。近年来发展起来的巨磁阻(GMR)材料,在一定的磁场下电阻急剧减小,一般减小幅度比通常磁性金属与合金的磁电阻数值约高10余倍。GMR一般由自由层/导电层/钉扎层/反强磁性层构成,其中自由层可为Ni-Fe、Ni-Fe/Co、Co-Fe等强磁体材料,在其两端安置有Co-Cr-Pt等永磁体薄膜,导电层为数nm的铜薄膜,钉扎层为数nm的软磁Co合金,磁化固定层用5~40nm的Ni-O、Ni-Mn、Mn-In、Fe-Cr-Pt、Cr-Mn-Pt、Fe-Mn等反强磁体,并加Ru/Co层的积层自由结构。采用GMR效应的读出磁头,将磁碟记录密度一下子提高了近二十倍,因此巨磁阻效应的研究对发展磁储存有着非常重要的意义。
声视领域内镭射唱片和镭射唱机的兴起,得益于光储存技术的巨大发展,光碟存贮是通过调制镭射束以光点的形式把资讯编码记录在光学圆盘镀膜介质中。与磁储存技术相比,光碟储存技术具有储存容量大、储存寿命长;非接触式读/写和擦,光头不会磨损或划伤盘面,因此光碟系统可靠,可以自由更换;经多次读写载噪比(CNR)不降低。光碟储存技术经过CD(Compact Disk)、DVD(Digital Versatile Disk)发展到将来的高密度DVD(HD-DVD)、超高密度DVD(SHD-DVD)过程中,储存介质材料是关键,一次写入的光碟材料以烧蚀型(Tc合金薄膜,Se-Tc非晶薄膜等)和相变型(Te-Ge-Sb非晶薄膜、AgInTeSb系薄膜、掺杂的ZnO薄膜、推拉型偶氮染料、亚酞菁染料)为主,可擦重写光碟材料以磁光型(GdCo、TeFe非晶薄膜、BiMnSiAl薄膜、稀土掺杂的石榴石系YIG、Co-Pt多层薄膜)为主。光碟储存的密度取决于镭射管的波长,DVD盘使用的InGaAlP红色镭射管(波长650nm)时,直径12cm的盘每面储存为47千兆位元组(GB),而使用ZnSe(波长515nm)可达12GB,将来采用GaN镭射管(波长410nm),储存密度可达18GB。要读写光盘里的资讯,必须采用高功率半导体镭射器,所用的镭射二极体采用化合物半导体GaAs、GaN等材料。
镭射器除了在光碟储存应用之外,在光通讯中的作用也是众所周知的。由于有了低阈值、低功耗、长寿命及快响应的半导体镭射器,使光纤通讯成为现实。光通讯就是由电讯号通过半导体镭射器变为光讯号,而后通过光导纤维作长距离传输,最后再由光讯号变为电讯号为人接收。光纤所传输的光讯号是由镭射器发出的,常用的为半导体镭射器,所用材料为GaAs、GaAlAs、GaInAsP、InGaAlP、GaSb等。在接受端所用的光探测器也为半导体材料。缺少光导纤维,光通讯也只能是“纸上谈兵”。低损耗的光学纤维是光纤通讯的关键材料,目前所用的光学纤维感测材料主要有低损耗石英玻璃、氟化物玻璃和Ga2S3为基础的硫化物玻璃和塑料光纤等,1公斤石英为主的光纤可代替成吨的铜铝电缆。光纤通讯的出现是资讯传输的一场革命,资讯容量大、重量轻、占用空间小、抗电磁干扰、串话少、保密性强,是光纤通讯的优点。光纤通讯的高速发展为现代资讯高速公路的建设和开通起到了至关重要的作用。
除了有线传播外,资讯的传播还采用无线的方式。在无线传播中最引人注目的发展是行动电话。行动电话的使用者愈多,所使用的频率愈高,现在正向千兆周的频率过渡,电话机的微波发射与接收亦是靠半导体电晶体来实现,其中部分Si电晶体正在被GaAs电晶体所取代。在手机中广泛采用的高频声表面波SAW(Surface Acoustic Wave)及体声波BAW(Bulk Surface Acoustic Wave)器件中的压电材料为a-SiO2、LiNbO3、LiTaO3、Li2B4O7、KNbO3、La3Ga5SiO14等压电晶体及ZnO/Al2O3和SiO2/ZnO/DLC/Si等高声速薄膜材料,采用的微波介质陶瓷材料则集中在BaO-TiO2体系、BaO-Ln2O3-TiO2(Ln=La,Pr,Nd,Sm,Eu,Gd)体系、复合钙钛矿A(B1/3B¢2/3)O3体系(A=Ba,Sr;B=Mg,Zn,Co,Ni,Mn;B¢=Nb,Ta)和铅基复合钙钛矿体系等材料上。
随着智慧化仪器仪表对高精度热敏器件需求的日益扩大,以及手持电话、掌上电脑PDA、膝上型电脑和其它行动式资讯及通讯装置的迅速普及,进一步带动了温度感测器和热敏电阻的大量需求,负温度系数(NTC)热敏电阻是由Co、Mn、Ni、Cu、Fe、Al等金属氧化物混合烧结而成,其阻值随温度的升高呈指数型下降,阻值-温度系数一般在百分之几,这一卓越的灵敏度使其能够探测极小的温度变化。正温度系数(PTC)热敏电阻一般都是由BaTiO3材料新增少量的稀土元素经高温烧结的敏感陶瓷制成的,这种材料在温度上升到居里温度点时,其阻值会以指数形式陡然增加,通常阻值-温度变化率在20~40%之间。前者大量使用在镍镉、镍氢及锂电池的快速充电、液晶显示器(LCD)影象对比度调节、蜂窝式电话和移动通讯系统中大量采用使用的温度补偿型晶体振荡器等中,来进行温度补偿,以保证器件效能稳定;此外还在计算机中的微电机、照相机镜头聚焦电机、印表机的列印头、软盘的伺服控制器和袖珍播放机的驱动器等中,发现它的身影。后者可以用于过流保护、发热器、彩电和监视器的消磁、袖珍压缩机电机的启动延迟、防止膝上型电脑常效应管(FET)的热击穿等。
为了保证资讯执行的通畅,还有许多材料在默默地作著贡献,例如,用于制作绿色电池的材料有:镍氢电池的正、负极材料用MH合金和Ni(OH)2材料、锂离子电池的正、负极用LiCoO2、LiMn2O4和MCMB碳材料等电极材料;行动电话、PC机以及诸如数码相机、MD播放机/录音机、DVD装置和游戏机等数字音/视讯装置等中钽电容器所用材料;现代永磁材料Fe14Nd2B在制造永磁电极、磁性轴承、耳机及微波装置等方面有十分重要的用途;印刷电路板(PCB)及超薄高、低介电损耗的新型覆铜板(CCL)用材料;环氧模塑料、氧化铝和氮化铝陶瓷是半导体和积体电路晶片的封装材料;积体电路用关键结构与工艺辅助材料(高纯试剂、特种气体、塑封料、引线框架材料等),不一而足,这些在浩瀚的材料世界里星光灿烂的新材料,正在数字生活里发挥着不可或缺的作用。
随着科技的发展,大规模积体电路将迎来深亚微米(01mm)矽微电子技术时代,小于01mm的线条就属于奈米范畴,它的线宽就已与电子的德布罗意数相近,电子在器件内部的输运散射也将呈现量子化特性,因而器件的设计将面临一系列来自器件工作原理和工艺技术的棘手问题,导致常说的矽微电子技术的“极限”。由于光子的速度比电子速度快得多,光的频率比无线电的频率高得多,为提高传输速度和载波密度,资讯的载体由电子到光子是必然趋势。目前已经发展了许多种镭射晶体和光电子材料,如Nd:YAG、Nd:YLF、Ho:YAG、Er:YAG、Ho:Cr:Tm:YAG、Er:YAG、Ho:Cr:Tm:YLF、Ti:Al2O3、YVO4、Nd:YVO4、Ti:Al2O3、KDP、KTP、BBO、BGO、LBO、LiNbO3、K(Ta,Nb)O3、Fe:KnBO3、BaTiO3、LAP等,所有这些材料将为以光通讯、光储存、光电显示为主的光电子技术产业作出贡献。随着资讯材料由电子材料、微电子材料、光电子材料向光子材料发展,将会出现单电子储存器、奈米晶片、量子计算机、全光数字计算机、超导电脑、化学电脑、生物电脑和神经电脑等奈米电脑,将会极大地影响着人类的数字生活。
本世纪以来,以数字化通讯(Digital Communication)、数字化交换(Digital Switching)、数字化处理(Digital Processing)技术为主的数字化生活(Digital Life)正在向我们招手,一步步地向我们走来——清晨,MP3音箱播放出悦耳的晨曲,催我们按时起床;上班途中,开启随身携带的膝上型电脑,进行新一天的工作安排;上班以后,通过网际网路召开网路会议、开展远端教学和实时办公;在下班之前,我们远端启动家里的空调和溼度调节器,保证家中室温适宜;下班途中,开启手机,悠然自在观看精彩的影视节目;进家门前,我们接收网上订购的货物;回到家中,和有线电视台进行互动,观看和下载喜欢的影视节目和歌曲,制作多媒体,也可进入社群网际网路,上网浏览新闻了解天气……这一切看上去是不是很奇妙?似乎遥不可及。其实它正在和将要发生在我们身边,随着新一代家用电脑和网际网路的出现,如此美好数字生活将成为现实。当享受数字生活的同时,饮水思源,请不要忘记为此作出巨大贡献的功臣——绚丽多彩的新材料世界!