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微电子技术已经发展的越来越广泛,已经应用到生活中的各个领域。随着半导体、集成电路技术的发展的越来越快,继续研究半导体基础理论是非常重要的。目前,大多数高校工科学生现在都重视做实验而忽视了理论的发展,而对于微电子学专业的学生来说,是重视电路的设计而忽视了半导体的发展,所以,学生学习半导体物理的积极性并不高,这与教学课程设计有很大的关系,教学中理论联系实际缺乏,教学方法单一等都是造成学生积极性不高的原因。而半导体物理是微电子学专业一门重要的专业基础课,主要内容包括能带的概念、本证光谱和能带结构、杂质电子态、载流子运输、半导体表面和界面、非晶态半导体、非平衡载流子和运动规律等基本概念和理论,这些知识为学生后面进行相关学科的学习奠定了基础。在半导体物理的专业实验课上开展诸如半导体电阻率、非平衡少数载流子寿命、电容电压特性和霍尔迁移率测量等简单的测试性实验。在实验过程中,实验的操作和实验数据的处理过于简单化,而且,实验时长安排不妥,学生往往用不到一半的时间就可以完成全部内容,所以,实际上,学生在实验过程中收获的并不是很多。综上所述,在半导体物理的教学过程中还存在一些不足需要改进,内容如下:(一)基础知识掌握不牢固。半导体物理涉及的内容包括固体物理、量子力学等多门学科。这样学生所学知识点变得更多,头绪不清,不知道什么是重点,对基本概念的理解更是不清不楚,且不能将所学的知识融会贯通。(二)教材上的内容不能随发展而变。也就是说教材的教学内容更新已经跟不上半导体相关科学知识的飞速发展。因为半导体学科领域极速发展,不断涌现新理论和新成果。(三)教学枯燥无味。只靠教师口述教学内容会让学生感觉内容枯燥、缺乏学习兴趣。教学内容抽象化学生被强加灌输知识,导致学习者在学习方面缺乏主动性和创造性。(四)学生自主学习主管能动性差。现在的教学模式显得被动、单一,这样的教学模式只会导致学生学习兴趣不高,自主学习和主动探索的能力差。(五)学生动手能力差。实验课的设置较少,学生动手的机会也就少了,导致学生缺乏创新精神。半导体物理的学习强调理论与实验相结合,但目前开展的实验内容单一、实验环节固化,感觉不到学生对实验的融入,不仅无法引起学生学习理论课的兴趣,也无法达到训练学生创新性的目的。我们探索并实践了将研究性学习思想引入到半导体物理的教学活动中[1],重视主体性和创造性价值的培养。以此方式来解决目前半导体物理教学中存在的这些问题,具体的改革如下:
一教师教学观念的转变是实施研究性学习的前提
半导体物理的特点是概念多,理论多,物理模型抽象,不易理解,在课本上上学习,学生会感到内容枯燥,缺少直观性和形象性,学习起来比较困难。因此,教师想尽其所能改变传统的教育方式,在教学中进行专题讲座、分组讨论、充分利用PPT,flash等多媒体软件,安排学生针对具体研究问题进行研究实践等教学形式,转变教学观念,改变学习方式和状态,把学生置于学习的主体地位,创设使学生主动参与的教学情景,激发学生学习的主动性[2]。
二加强课程建设,根据专业特点及科技发展的需要
合理的安排教学内容,讲课内容做到丰富、全面,知识点讲解透彻,同时了解行业发展动态半导体物理学教材采用刘恩科主编的《半导体物理学》第七版,结合我校微电子学专业的具体情况,我们对该书的课内精讲教学内容进行了整合。首先把握好整体知识结构,在此基础上突出教学重点。(一)首先做好先修知识的衔接半导体前五章为理论基础的部分,主要讲述了半导体中的电子状态,杂质和能级缺陷,载流子的统计分布,半导体的导电性与非平衡载流子,在此基础上阐述了电子的有效质量,费米能级,迁移率,非平衡载流子寿命等基本概念。第一章和第四章的知识点包括晶体结构、晶面、晶向、晶格振动、能带理论等,讲授新课之前将涉及到的知识点让学生课下进行自主学习。如果有不理解的内容可通过课下答疑的方式进行辅导。(二)重要的知识要精细解读教师在课堂授课的时候要明确本次课程学习的主线,在主线中穿插重要的概念和主要知识点,复杂公式详细的推导过程被弱化,力求想法清楚、定义明确、难点清晰。比如在教师教授第三章的课程时,学习载流子浓度,应该让学生清楚的明白要先计算的是状态密度,然后再计算费米分布函数或者玻尔兹曼函数,最后计算出平衡时的空穴和电子的浓度。(三)最新的知识扩充因为非常迅速发展的现代半导体技术,以及不断拓展的技术研究方向,半导体领域的相关知识更新也很快,因此,与时俱进是教师应该做到的,时刻关注研究热点与科技前沿,更要将教学内容合理安排。对于本书中的第七章、第九章和第十章书本上的知识点不过多讲解,只做基础的介绍即可,主要讲解基本理论和基本概念,比较难的内容只做一般性的了解。教师要合理取舍教学内容,与其他课程的重叠内容要压缩,更要将教材中的陈旧知识删除。(四)实验内容和方式的转变为调动学生实验的积极性,增加难度,我们将工艺实验中得到的产品用到测试实验中,既能够验证工艺实验的成果,也能够分析更多的实验参数,达到将理论课和实验课内容更好结合的目的,还能锻炼学生对实验数据分析和处理的能力。在实验方面也进行了研究性学习的探索,努力引导学生进行研究性实验。
三引入研究性学习思想,培养学生文献调研能力
网络是知识的海洋,让学生利用网络来学习半导体物理相关资料提高自主学习性以及运用所学的知识进行自主创新的能力是非常重要的。把学生被动式学习的模式转化为以学生为主导的教学方式,让学生融入所设问题的情景中,引出科研中遇到的问题,并对某些问题进行讨论。在文献调研的过程中,让学生充分、及时地了解半导体产业发展的相关动态,学会“详读”和“粗读”文献,多多积累文献中涉及到半导体物理的知识,加强对课堂所学内容的理解,激发学生的创新思维。读过文献后要做出相应的总结汇报,可以以PPT的形式给出,方便其他人对文献的理解,学生也可以尝试到作为一名老师的感觉。这样师生互换角色,在教师的引导下使学生成为富有主动性的探究与学习者。四将科研融入到教学中把科研和教学结合起来,让学生明白自己学习的知识可以具体应用到生产生活的哪些方面。我们可以做的有:(1)针对课堂教学中讲到的半导体中的物理现象或者概念应用到某一个器件的制造中,激励学生通过课程设计过程的方式参与到学院老师的项目中,通过具体的研究工作,将研究结果撰写成研究论文。(2)将已取得的科研成果作为新的教学内容,充实到教学中去,使课堂上所讲的知识和我们实际的工业生产、生活联系起来,远离以往单一、抽象、枯燥的教学,使学生带着问题来学习新知识,鼓励学生参与真实科研项目的研究。以这两种方式提高学生了解问题、剖析问题的能力,让学生积极参与其中,把抽象的东西实物化,教学效果非常明显。综上所述,我们将以更新教学内容、改变教学观念、注重实验、实践教学、培养学生的创新精神为目的进行半导体物理的课程改革来解决教学过程中存在的一些问题。
作者:王月 李雪 张经慧 单位:渤海大学
参考文献
[1]喻思红,范湘红,赵小红.研究性学习教学模式在课堂教学中的实践及评价[J].中华护理杂志,2005,40(5):380-382.
关键词
半导体材料;多晶硅;单晶硅;砷化镓;氮化镓
1前言
半导体材料是指电阻率在107Ωcm10-3Ωcm,界于金属和绝缘体之间的材料。半导体材料是制作晶体管、集成电路、电力电子器件、光电子器件的重要基础材料[1],支撑着通信、计算机、信息家电与网络技术等电子信息产业的发展。电子信息产业规模最大的是美国和日本,其2002年的销售收入分别为3189亿美元和2320亿美元[2]。近几年来,我国电子信息产品以举世瞩目的速度发展,2002年销售收入以1.4亿人民币居全球第3位,比上年增长20,产业规模是1997年的2.5倍,居国内各工业部门首位[3]。半导体材料及应用已成为衡量一个国家经济发展、科技进步和国防实力的重要标志。
半导体材料的种类繁多,按化学组成分为元素半导体、化合物半导体和固溶体半导体;按组成元素分为一元、二元、三元、多元等;按晶态可分为多晶、单晶和非晶;按应用方式可分为体材料和薄膜材料。大部分半导体材料单晶制片后直接用于制造半导体材料,这些称为“体材料”;相对应的“薄膜材料”是在半导体材料或其它材料的衬底上生长的,具有显著减少“体材料”难以解决的固熔体偏析问题、提高纯度和晶体完整性、生长异质结,能用于制造三维电路等优点。许多新型半导体器件是在薄膜上制成的,制备薄膜的技术也在不断发展。薄膜材料有同质外延薄膜、异质外延薄膜、超晶格薄膜、非晶薄膜等。
在半导体产业的发展中,一般将硅、锗称为第一代半导体材料;将砷化镓、磷化铟、磷化镓、砷化铟、砷化铝及其合金等称为第二代半导体材料;而将宽禁带eg2.3ev的氮化镓、碳化硅、硒化锌和金刚石等称为第三代半导体材料[4]。上述材料是目前主要应用的半导体材料,三代半导体材料代表品种分别为硅、砷化镓和氮化镓。本文沿用此分类进行介绍。
2主要半导体材料性质及应用
材料的物理性质是产品应用的基础,表1列出了主要半导体材料的物理性质及应用情况[5]。表中禁带宽度决定发射光的波长,禁带宽度越大发射光波长越短蓝光发射;禁带宽度越小发射光波长越长。其它参数数值越高,半导体性能越好。电子迁移速率决定半导体低压条件下的高频工作性能,饱和速率决定半导体高压条件下的高频工作性能。
硅材料具有储量丰富、价格低廉、热性能与机械性能优良、易于生长大尺寸高纯度晶体等优点,处在成熟的发展阶段。目前,硅材料仍是电子信息产业最主要的基础材料,95以上的半导体器件和99以上的集成电路ic是用硅材料制作的。在21世纪,可以预见它的主导和核心地位仍不会动摇。但是硅材料的物理性质限制了其在光电子和高频高功率器件上的应用。
砷化镓材料的电子迁移率是硅的6倍多,其器件具有硅器件所不具有的高频、高速和光电性能,并可在同一芯片同时处理光电信号,被公认是新一代的通信用材料。随着高速信息产业的蓬勃发展,砷化镓成为继硅之后发展最快、应用最广、产量最大的半导体材料。同时,其在军事电子系统中的应用日益广泛,并占据不可取代的重要地位。
gan材料的禁带宽度为硅材料的3倍多,其器件在大功率、高温、高频、高速和光电子应用方面具有远比硅器件和砷化镓器件更为优良的特性,可制成蓝绿光、紫外光的发光器件和探测器件。近年来取得了很大进展,并开始进入市场。与制造技术非常成熟和制造成本相对较低的硅半导体材料相比,第三代半导体材料目前面临的最主要挑战是发展适合gan薄膜生长的低成本衬底材料和大尺寸的gan体单晶生长工艺。
主要半导体材料的用途如表2所示。可以预见以硅材料为主体、gaas半导体材料及新一代宽禁带半导体材料共同发展将成为集成电路及半导体器件产业发展的主流。
3半导体材料的产业现状
3.1半导体硅材料
3.1.1多晶硅
多晶硅是制备单晶硅和太阳能电池的原料,主要生产方法为改良西门子法。目前全世界每年消耗约18000t25000t半导体级多晶硅。2001年全球多晶硅产能为23900t,生产高度集中于美、日、德3国。美国先进硅公司和哈姆洛克公司产能均达6000t/a,德国瓦克化学公司和日本德山曹达公司产能超过3000t/a,日本三菱高纯硅公司、美国memc公司和三菱多晶硅公司产能超过1000t/a,绝大多数世界市场由上述7家公司占有。2000年全球多晶硅需求为22000t,达到峰值,随后全球半导体市场滑坡;2001年多晶硅实际产量为17900t,为产能的75左右。全球多晶硅市场供大于求,随着半导体市场的恢复和太阳能用多晶硅的增长,多晶硅供需将逐步平衡。
我国多晶硅严重短缺。我国多晶硅工业起步于50年代,60年代实现工业化生产。由于技术水平低、生产规模太小、环境污染严重、生产成本高,目前只剩下峨嵋半导体材料厂和洛阳单晶硅厂2个厂家生产多晶硅。2001年生产量为80t[7],仅占世界产量的0.4,与当今信息产业的高速发展和多晶硅的市场需求急剧增加极不协调。我国这种多晶硅供不应求的局面还将持续下去。据专家预测,2005年国内多晶硅年需求量约为756t,2010年为1302t。
峨嵋半导体材料厂和洛阳单晶硅厂1999年多晶硅生产能力分别为60t/a和20t/a。峨嵋半导体材料厂1998年建成的100t/a规模的多晶硅工业性生产示范线,提高了各项经济技术指标,使我国拥有了多晶硅生产的自主知识产权。该厂正在积极进行1000t/a多晶硅项目建设的前期工作。洛阳单晶硅厂拟将多晶硅产量扩建至300t/a,目前处在可行性研究阶段。
3.1.2单晶硅
生产单晶硅的工艺主要采用直拉法cz、磁场直拉法mcz、区熔法fz以及双坩锅拉晶法。硅晶片属于资金密集型和技术密集型行业,在国际市场上产业相对成熟,市场进入平稳发展期,生产集中在少数几家大公司,小型公司已经很难插手其中。
目前国际市场单晶硅产量排名前5位的公司分别是日本信越化学公司、德瓦克化学公司、日本住友金属公司、美国memc公司和日本三菱材料公司。这5家公司2000年硅晶片的销售总额为51.47亿元,占全球销售额的70.9,其中的3家日本公司占据了市场份额的46.1,表明日本在全球硅晶片行业中占据了主导地位[8]。
集成电路高集成度、微型化和低成本的要求对半导体单晶材料的电阻率均匀性、金属杂质含量、微缺陷、晶片平整度、表面洁净度等提出了更加苛刻的要求详见文献[8],晶片大尺寸和高质量成为必然趋势。目前全球主流硅晶片已由直径8英寸逐渐过渡到12英寸晶片,研制水平达到16英寸。
我国单晶硅技术及产业与国外差距很大,主要产品为6英寸以下,8英寸少量生产,12英寸开始研制。随着半导体分立元件和硅光电池用低档和廉价硅材料需求的增加,我国单晶硅产量逐年增加。据统计,2001年我国半导体硅材料的销售额达9.06亿元,年均增长26.4。单晶硅产量为584t,抛光片产量5183万平方英寸,主要规格为3英寸6英寸,6英寸正片已供应集成电路企业,8英寸主要用作陪片。单晶硅出口比重大,出口额为4648万美元,占总销售额的42.6,较2000年增长了5.3[7]。目前,国外8英寸ic生产线正向我国战略性移动,我国新建和在建的f8英寸ic生产线有近10条之多,对大直径高质量的硅晶片需求十分强劲,而国内供给明显不足,基本依赖进口,我国硅晶片的技术差距和结构不合理可见一斑。在现有形势和优势面前发展我国的硅单晶和ic技术面临着巨大的机遇和挑战。
我国硅晶片生产企业主要有北京有研硅股、浙大海纳公司、洛阳单晶硅厂、上海晶华电子、浙江硅峰电子公司和河北宁晋单晶硅基地等。有研硅股在大直径硅单晶的研制方面一直居国内领先地位,先后研制出我国第一根6英寸、8英寸和12英寸硅单晶,单晶硅在国内市场占有率为40。2000年建成国内第一条可满足0.25μm线宽集成电路要求的8英寸硅单晶抛光片生产线;在北京市林河工业开发区建设了区熔硅单晶生产基地,一期工程计划投资1.8亿元,年产25t区熔硅和40t重掺砷硅单晶,计划2003年6月底完工;同时承担了投资达1.25亿元的863项目重中之重课题“12英寸硅单晶抛光片的研制”。浙大海纳主要从事单晶硅、半导体器件的开发、制造及自动化控制系统和仪器仪表开发,近几年实现了高成长性的高速发展。
3.2砷化镓材料
用于大量生产砷化镓晶体的方法是传统的lec法液封直拉法和hb法水平舟生产法。国外开发了兼具以上2种方法优点的vgf法垂直梯度凝固法、vb法垂直布里支曼法和vcz法蒸气压控制直拉法,成功制备出4英寸6英寸大直径gaas单晶。各种方法比较详见表3。
移动电话用电子器件和光电器件市场快速增长的要求,使全球砷化镓晶片市场以30的年增长率迅速形成数十亿美元的大市场,预计未来20年砷化镓市场都具有高增长性。日本是最大的生产国和输出国,占世界市场的7080;美国在1999年成功地建成了3条6英寸砷化镓生产线,在砷化镓生产技术上领先一步。日本住友电工是世界最大的砷化镓生产和销售商,年产gaas单晶30t。美国axt公司是世界最大的vgf
gaas材料生产商[8]。世界gaas单晶主要生产商情况见表4。国际上砷化镓市场需求以4英寸单晶材料为主,而6英寸单晶材料产量和市场需求快速增加,已占据35以上的市场份额。研制和小批量生产水平达到8英寸。
我国gaas材料单晶以2英寸3英寸为主,
4英寸处在产业化前期,研制水平达6英寸。目前4英寸以上晶片及集成电路gaas晶片主要依赖进口。砷化镓生产主要原材料为砷和镓。虽然我国是砷和镓的资源大国,但仅能生产品位较低的砷、镓材料6n以下纯度,主要用于生产光电子器件。集成电路用砷化镓材料的砷和镓原料要求达7n,基本靠进口解决。
国内gaas材料主要生产单位为中科镓英、有研硅股、信息产业部46所、55所等。主要竞争对手来自国外。中科镓英2001年起计划投入近2亿资金进行砷化镓材料的产业化,初期计划规模为4英寸6英寸砷化镓单晶晶片5万片8万片,4英寸6英寸分子束外延砷化镓基材料2万片3万片,目前该项目仍在建设期。目前国内砷化镓材料主要由有研硅股供应,2002年销售gaas晶片8万片。我国在努力缩小gaas技术水平和生产规模的同时,应重视具有独立知识产权的技术和产品开发,发展我国的砷化镓产业。
3.3氮化镓材料
gan半导体材料的商业应用研究始于1970年,其在高频和高温条件下能够激发蓝光的特性一开始就吸引了半导体开发人员的极大兴趣。但gan的生长技术和器件制造工艺直到近几年才取得了商业应用的实质进步和突破。由于gan半导体器件在光电子器件和光子器件领域广阔的应用前景,其广泛应用预示着光电信息乃至光子信息时代的来临。
2000年9月美国kyma公司利用aln作衬底,开发出2英寸和4英寸gan新工艺;2001年1月美国nitronex公司在4英寸硅衬底上制造gan基晶体管获得成功;2001年8月台湾powdec公司宣布将规模生产4英寸gan外延晶片。gan基器件和产品开发方兴未艾。目前进入蓝光激光器开发的公司包括飞利浦、索尼、日立、施乐和惠普等。包括飞利浦、通用等光照及汽车行业的跨国公司正积极开发白光照明和汽车用gan基led发光二极管产品。涉足gan基电子器件开发最为活跃的企业包括cree、rfmicrodevice以及nitronex等公司。
目前,日本、美国等国家纷纷进行应用于照明gan基白光led的产业开发,计划于2015年-2020年取代白炽灯和日光灯,引起新的照明革命。据美国市场调研公司strstegiesunlimited分析数据,2001年世界gan器件市场接近7亿美元,还处于发展初期。该公司预测即使最保守发展,2009年世界gan器件市场将达到48亿美元的销售额。
因gan材料尚处于产业初期,我国与世界先进水平差距相对较小。深圳方大集团在国家“超级863计划”项目支持下,2001年与中科院半导体等单位合作,首期投资8千万元进行gan基蓝光led产业化工作,率先在我国实现氮化镓基材料产业化并成功投放市场。方大公司已批量生产出高性能gan芯片,用于封装成蓝、绿、紫、白光led,成为我国第一家具有规模化研究、开发和生产氮化镓基半导体系列产品、并拥有自主知识产权的企业。中科院半导体所自主开发的gan激光器2英寸外延片生产设备,打破了国外关键设备部件的封锁。我国应对大尺寸gan生长技术、器件及设备继续研究,争取在gan等第三代半导体产业中占据一定市场份额和地位。
4结语
不可否认,微电子时代将逐步过渡到光电子时代,最终发展到光子时代。预计到2010年或2014年,硅材料的技术和产业发展将走向极限,第二代和第三代半导体技术和产业将成为研究和发展的重点。我国政府决策部门、半导体科研单位和企业在现有的技术、市场和发展趋势面前应把握历史机遇,迎接挑战。
参考文献
[1]师昌绪.材料大辞典[m].北京化学工业出版社,19941314
[2]http//bjjc.org.cn/10zxsc/249.htm.我国电子信息产业总规模居世界第三.北方微电子产业基地门户网
[3]蓬勃发展的中国电子信息产业.信息产业部电子信息产品管理司司长张琪在“icchina2003”上的主题报告
[4]梁春广.gan-第三代半导体的曙光.新材料产业,2000,53136
[5]李国强.第三代半导体材料.新材料产业,2002,61417
[6]万群,钟俊辉.电子信息材料[m].北京冶金工业出版社,199012
1半导体材料的战略地位
上世纪中叶,单晶硅和半导体晶体管的发明及其硅集成电路的研制成功,导致了电子工业革命;上世纪70年代初石英光导纤维材料和GaAs激光器的发明,促进了光纤通信技术迅速发展并逐步形成了高新技术产业,使人类进入了信息时代。超晶格概念的提出及其半导体超晶格、量子阱材料的研制成功,彻底改变了光电器件的设计思想,使半导体器件的设计与制造从“杂质工程”发展到“能带工程”。纳米科学技术的发展和应用,将使人类能从原子、分子或纳米尺度水平上控制、操纵和制造功能强大的新型器件与电路,必将深刻地影响着世界的政治、经济格局和军事对抗的形式,彻底改变人们的生活方式。
2几种主要半导体材料的发展现状与趋势
2.1硅材料
从提高硅集成电路成品率,降低成本看,增大直拉硅(CZ-Si)单晶的直径和减小微缺陷的密度仍是今后CZ-Si发展的总趋势。目前直径为8英寸(200mm)的Si单晶已实现大规模工业生产,基于直径为12英寸(300mm)硅片的集成电路(IC‘s)技术正处在由实验室向工业生产转变中。目前300mm,0.18μm工艺的硅ULSI生产线已经投入生产,300mm,0.13μm工艺生产线也将在2003年完成评估。18英寸重达414公斤的硅单晶和18英寸的硅园片已在实验室研制成功,直径27英寸硅单晶研制也正在积极筹划中。
从进一步提高硅IC‘S的速度和集成度看,研制适合于硅深亚微米乃至纳米工艺所需的大直径硅外延片会成为硅材料发展的主流。另外,SOI材料,包括智能剥离(Smartcut)和SIMOX材料等也发展很快。目前,直径8英寸的硅外延片和SOI材料已研制成功,更大尺寸的片材也在开发中。
理论分析指出30nm左右将是硅MOS集成电路线宽的“极限”尺寸。这不仅是指量子尺寸效应对现有器件特性影响所带来的物理限制和光刻技术的限制问题,更重要的是将受硅、SiO2自身性质的限制。尽管人们正在积极寻找高K介电绝缘材料(如用Si3N4等来替代SiO2),低K介电互连材料,用Cu代替Al引线以及采用系统集成芯片技术等来提高ULSI的集成度、运算速度和功能,但硅将最终难以满足人类不断的对更大信息量需求。为此,人们除寻求基于全新原理的量子计算和DNA生物计算等之外,还把目光放在以GaAs、InP为基的化合物半导体材料,特别是二维超晶格、量子阱,一维量子线与零维量子点材料和可与硅平面工艺兼容GeSi合金材料等,这也是目前半导体材料研发的重点。
2.2GaAs和InP单晶材料
GaAs和InP与硅不同,它们都是直接带隙材料,具有电子饱和漂移速度高,耐高温,抗辐照等特点;在超高速、超高频、低功耗、低噪音器件和电路,特别在光电子器件和光电集成方面占有独特的优势。
目前,世界GaAs单晶的总年产量已超过200吨,其中以低位错密度的垂直梯度凝固法(VGF)和水平(HB)方法生长的2-3英寸的导电GaAs衬底材料为主;近年来,为满足高速移动通信的迫切需求,大直径(4,6和8英寸)的SI-GaAs发展很快。美国莫托罗拉公司正在筹建6英寸的SI-GaAs集成电路生产线。InP具有比GaAs更优越的高频性能,发展的速度更快,但研制直径3英寸以上大直径的InP单晶的关键技术尚未完全突破,价格居高不下。
GaAs和InP单晶的发展趋势是:
(1)。增大晶体直径,目前4英寸的SI-GaAs已用于生产,预计本世纪初的头几年直径为6英寸的SI-GaAs也将投入工业应用。
(2)。提高材料的电学和光学微区均匀性。
(3)。降低单晶的缺陷密度,特别是位错。
(4)。GaAs和InP单晶的VGF生长技术发展很快,很有可能成为主流技术。
2.3半导体超晶格、量子阱材料
半导体超薄层微结构材料是基于先进生长技术(MBE,MOCVD)的新一代人工构造材料。它以全新的概念改变着光电子和微电子器件的设计思想,出现了“电学和光学特性可剪裁”为特征的新范畴,是新一代固态量子器件的基础材料。
(1)Ⅲ-V族超晶格、量子阱材料。
GaAIAs/GaAs,GaInAs/GaAs,AIGaInP/GaAs;GalnAs/InP,AlInAs/InP,InGaAsP/InP等GaAs、InP基晶格匹配和应变补偿材料体系已发展得相当成熟,已成功地用来制造超高速,超高频微电子器件和单片集成电路。高电子迁移率晶体管(HEMT),赝配高电子迁移率晶体管(P-HEMT)器件最好水平已达fmax=600GHz,输出功率58mW,功率增益6.4db;双异质结双极晶体管(HBT)的最高频率fmax也已高达500GHz,HEMT逻辑电路研制也发展很快。基于上述材料体系的光通信用1.3μm和1.5μm的量子阱激光器和探测器,红、黄、橙光发光二极管和红光激光器以及大功率半导体量子阱激光器已商品化;表面光发射器件和光双稳器件等也已达到或接近达到实用化水平。目前,研制高质量的1.5μm分布反馈(DFB)激光器和电吸收(EA)调制器单片集成InP基多量子阱材料和超高速驱动电路所需的低维结构材料是解决光纤通信瓶颈问题的关键,在实验室西门子公司已完成了80×40Gbps传输40km的实验。另外,用于制造准连续兆瓦级大功率激光阵列的高质量量子阱材料也受到人们的重视。
虽然常规量子阱结构端面发射激光器是目前光电子领域占统治地位的有源器件,但由于其有源区极薄(~0.01μm)端面光电灾变损伤,大电流电热烧毁和光束质量差一直是此类激光器的性能改善和功率提高的难题。采用多有源区量子级联耦合是解决此难题的有效途径之一。我国早在1999年,就研制成功980nmInGaAs带间量子级联激光器,输出功率达5W以上;2000年初,法国汤姆逊公司又报道了单个激光器准连续输出功率超过10瓦好结果。最近,我国的科研工作者又提出并开展了多有源区纵向光耦合垂直腔面发射激光器研究,这是一种具有高增益、极低阈值、高功率和高光束质量的新型激光器,在未来光通信、光互联与光电信息处理方面有着良好的应用前景。
为克服PN结半导体激光器的能隙对激光器波长范围的限制,1994年美国贝尔实验室发明了基于量子阱内子带跃迁和阱间共振隧穿的量子级联激光器,突破了半导体能隙对波长的限制。自从1994年InGaAs/InAIAs/InP量子级联激光器(QCLs)发明以来,Bell实验室等的科学家,在过去的7年多的时间里,QCLs在向大功率、高温和单膜工作等研究方面取得了显着的进展。2001年瑞士Neuchatel大学的科学家采用双声子共振和三量子阱有源区结构使波长为9.1μm的QCLs的工作温度高达312K,连续输出功率3mW.量子级联激光器的工作波长已覆盖近红外到远红外波段(3-87μm),并在光通信、超高分辨光谱、超高灵敏气体传感器、高速调制器和无线光学连接等方面显示出重要的应用前景。中科院上海微系统和信息技术研究所于1999年研制成功120K5μm和250K8μm的量子级联激光器;中科院半导体研究所于2000年又研制成功3.7μm室温准连续应变补偿量子级联激光器,使我国成为能研制这类高质量激光器材料为数不多的几个国家之一。
目前,Ⅲ-V族超晶格、量子阱材料作为超薄层微结构材料发展的主流方向,正从直径3英寸向4英寸过渡;生产型的MBE和M0CVD设备已研制成功并投入使用,每台年生产能力可高达3.75×104片4英寸或1.5×104片6英寸。英国卡迪夫的MOCVD中心,法国的PicogigaMBE基地,美国的QED公司,Motorola公司,日本的富士通,NTT,索尼等都有这种外延材料出售。生产型MBE和MOCVD设备的成熟与应用,必然促进衬底材料设备和材料评价技术的发展。
(2)硅基应变异质结构材料。
硅基光、电器件集成一直是人们所追求的目标。但由于硅是间接带隙,如何提高硅基材料发光效率就成为一个亟待解决的问题。虽经多年研究,但进展缓慢。人们目前正致力于探索硅基纳米材料(纳米Si/SiO2),硅基SiGeC体系的Si1-yCy/Si1-xGex低维结构,Ge/Si量子点和量子点超晶格材料,Si/SiC量子点材料,GaN/BP/Si以及GaN/Si材料。最近,在GaN/Si上成功地研制出LED发光器件和有关纳米硅的受激放大现象的报道,使人们看到了一线希望。
另一方面,GeSi/Si应变层超晶格材料,因其在新一代移动通信上的重要应用前景,而成为目前硅基材料研究的主流。Si/GeSiMODFET和MOSFET的最高截止频率已达200GHz,HBT最高振荡频率为160GHz,噪音在10GHz下为0.9db,其性能可与GaAs器件相媲美。
尽管GaAs/Si和InP/Si是实现光电子集成理想的材料体系,但由于晶格失配和热膨胀系数等不同造成的高密度失配位错而导致器件性能退化和失效,防碍着它的使用化。最近,Motolora等公司宣称,他们在12英寸的硅衬底上,用钛酸锶作协变层(柔性层),成功的生长了器件级的GaAs外延薄膜,取得了突破性的进展。
2.4一维量子线、零维量子点半导体微结构材料
基于量子尺寸效应、量子干涉效应,量子隧穿效应和库仑阻效应以及非线性光学效应等的低维半导体材料是一种人工构造(通过能带工程实施)的新型半导体材料,是新一代微电子、光电子器件和电路的基础。它的发展与应用,极有可能触发新的技术革命。
目前低维半导体材料生长与制备主要集中在几个比较成熟的材料体系上,如GaAlAs/GaAs,In(Ga)As/GaAs,InGaAs/InAlAs/GaAs,InGaAs/InP,In(Ga)As/InAlAs/InP,InGaAsP/InAlAs/InP以及GeSi/Si等,并在纳米微电子和光电子研制方面取得了重大进展。俄罗斯约飞技术物理所MBE小组,柏林的俄德联合研制小组和中科院半导体所半导体材料科学重点实验室的MBE小组等研制成功的In(Ga)As/GaAs高功率量子点激光器,工作波长lμm左右,单管室温连续输出功率高达3.6~4W.特别应当指出的是我国上述的MBE小组,2001年通过在高功率量子点激光器的有源区材料结构中引入应力缓解层,抑制了缺陷和位错的产生,提高了量子点激光器的工作寿命,室温下连续输出功率为1W时工作寿命超过5000小时,这是大功率激光器的一个关键参数,至今未见国外报道。
在单电子晶体管和单电子存贮器及其电路的研制方面也获得了重大进展,1994年日本NTT就研制成功沟道长度为30nm纳米单电子晶体管,并在150K观察到栅控源-漏电流振荡;1997年美国又报道了可在室温工作的单电子开关器件,1998年Yauo等人采用0.25微米工艺技术实现了128Mb的单电子存贮器原型样机的制造,这是在单电子器件在高密度存贮电路的应用方面迈出的关键一步。目前,基于量子点的自适应网络计算机,单光子源和应用于量子计算的量子比特的构建等方面的研究也正在进行中。
与半导体超晶格和量子点结构的生长制备相比,高度有序的半导体量子线的制备技术难度较大。中科院半导体所半导体材料科学重点实验室的MBE小组,在继利用MBE技术和SK生长模式,成功地制备了高空间有序的InAs/InAI(Ga)As/InP的量子线和量子线超晶格结构的基础上,对InAs/InAlAs量子线超晶格的空间自对准(垂直或斜对准)的物理起因和生长控制进行了研究,取得了较大进展。
王中林教授领导的乔治亚理工大学的材料科学与工程系和化学与生物化学系的研究小组,基于无催化剂、控制生长条件的氧化物粉末的热蒸发技术,成功地合成了诸如ZnO、SnO2、In2O3和Ga2O3等一系列半导体氧化物纳米带,它们与具有圆柱对称截面的中空纳米管或纳米线不同,这些原生的纳米带呈现出高纯、结构均匀和单晶体,几乎无缺陷和位错;纳米线呈矩形截面,典型的宽度为20-300nm,宽厚比为5-10,长度可达数毫米。这种半导体氧化物纳米带是一个理想的材料体系,可以用来研究载流子维度受限的输运现象和基于它的功能器件制造。香港城市大学李述汤教授和瑞典隆德大学固体物理系纳米中心的LarsSamuelson教授领导的小组,分别在SiO2/Si和InAs/InP半导体量子线超晶格结构的生长制各方面也取得了重要进展。
低维半导体结构制备的方法很多,主要有:微结构材料生长和精细加工工艺相结合的方法,应变自组装量子线、量子点材料生长技术,图形化衬底和不同取向晶面选择生长技术,单原子操纵和加工技术,纳米结构的辐照制备技术,及其在沸石的笼子中、纳米碳管和溶液中等通过物理或化学方法制备量子点和量子线的技术等。目前发展的主要趋势是寻找原子级无损伤加工方法和纳米结构的应变自组装可控生长技术,以求获得大小、形状均匀、密度可控的无缺陷纳米结构。
2.5宽带隙半导体材料
宽带隙半导体材主要指的是金刚石,III族氮化物,碳化硅,立方氮化硼以及氧化物(ZnO等)及固溶体等,特别是SiC、GaN和金刚石薄膜等材料,因具有高热导率、高电子饱和漂移速度和大临界击穿电压等特点,成为研制高频大功率、耐高温、抗辐照半导体微电子器件和电路的理想材料;在通信、汽车、航空、航天、石油开采以及国防等方面有着广泛的应用前景。另外,III族氮化物也是很好的光电子材料,在蓝、绿光发光二极管(LED)和紫、蓝、绿光激光器(LD)以及紫外探测器等应用方面也显示了广泛的应用前景。随着1993年GaN材料的P型掺杂突破,GaN基材料成为蓝绿光发光材料的研究热点。目前,GaN基蓝绿光发光二极管己商品化,GaN基LD也有商品出售,最大输出功率为0.5W.在微电子器件研制方面,GaN基FET的最高工作频率(fmax)已达140GHz,fT=67GHz,跨导为260ms/mm;HEMT器件也相继问世,发展很快。此外,256×256GaN基紫外光电焦平面阵列探测器也已研制成功。特别值得提出的是,日本Sumitomo电子工业有限公司2000年宣称,他们采用热力学方法已研制成功2英寸GaN单晶材料,这将有力的推动蓝光激光器和GaN基电子器件的发展。另外,近年来具有反常带隙弯曲的窄禁带InAsN,InGaAsN,GaNP和GaNAsP材料的研制也受到了重视,这是因为它们在长波长光通信用高T0光源和太阳能电池等方面显示了重要应用前景。
以Cree公司为代表的体SiC单晶的研制已取得突破性进展,2英寸的4H和6HSiC单晶与外延片,以及3英寸的4HSiC单晶己有商品出售;以SiC为GaN基材料衬低的蓝绿光LED业已上市,并参于与以蓝宝石为衬低的GaN基发光器件的竟争。其他SiC相关高温器件的研制也取得了长足的进步。目前存在的主要问题是材料中的缺陷密度高,且价格昂贵。
II-VI族兰绿光材料研制在徘徊了近30年后,于1990年美国3M公司成功地解决了II-VI族的P型掺杂难点而得到迅速发展。1991年3M公司利用MBE技术率先宣布了电注入(Zn,Cd)Se/ZnSe兰光激光器在77K(495nm)脉冲输出功率100mW的消息,开始了II-VI族兰绿光半导体激光(材料)器件研制的。经过多年的努力,目前ZnSe基II-VI族兰绿光激光器的寿命虽已超过1000小时,但离使用差距尚大,加之GaN基材料的迅速发展和应用,使II-VI族兰绿光材料研制步伐有所变缓。提高有源区材料的完整性,特别是要降低由非化学配比导致的点缺陷密度和进一步降低失配位错和解决欧姆接触等问题,仍是该材料体系走向实用化前必须要解决的问题。
宽带隙半导体异质结构材料往往也是典型的大失配异质结构材料,所谓大失配异质结构材料是指晶格常数、热膨胀系数或晶体的对称性等物理参数有较大差异的材料体系,如GaN/蓝宝石(Sapphire),SiC/Si和GaN/Si等。大晶格失配引发界面处大量位错和缺陷的产生,极大地影响着微结构材料的光电性能及其器件应用。如何避免和消除这一负面影响,是目前材料制备中的一个迫切要解决的关键科学问题。这个问题的解泱,必将大大地拓宽材料的可选择余地,开辟新的应用领域。
目前,除SiC单晶衬低材料,GaN基蓝光LED材料和器件已有商品出售外,大多数高温半导体材料仍处在实验室研制阶段,不少影响这类材料发展的关键问题,如GaN衬底,ZnO单晶簿膜制备,P型掺杂和欧姆电极接触,单晶金刚石薄膜生长与N型掺杂,II-VI族材料的退化机理等仍是制约这些材料实用化的关键问题,国内外虽已做了大量的研究,至今尚未取得重大突破。
3光子晶体
光子晶体是一种人工微结构材料,介电常数周期的被调制在与工作波长相比拟的尺度,来自结构单元的散射波的多重干涉形成一个光子带隙,与半导体材料的电子能隙相似,并可用类似于固态晶体中的能带论来描述三维周期介电结构中光波的传播,相应光子晶体光带隙(禁带)能量的光波模式在其中的传播是被禁止的。如果光子晶体的周期性被破坏,那么在禁带中也会引入所谓的“施主”和“受主”模,光子态密度随光子晶体维度降低而量子化。如三维受限的“受主”掺杂的光子晶体有希望制成非常高Q值的单模微腔,从而为研制高质量微腔激光器开辟新的途径。光子晶体的制备方法主要有:聚焦离子束(FIB)结合脉冲激光蒸发方法,即先用脉冲激光蒸发制备如Ag/MnO多层膜,再用FIB注入隔离形成一维或二维平面阵列光子晶体;基于功能粒子(磁性纳米颗粒Fe2O3,发光纳米颗粒CdS和介电纳米颗粒TiO2)和共轭高分子的自组装方法,可形成适用于可光范围的三维纳米颗粒光子晶体;二维多空硅也可制作成一个理想的3-5μm和1.5μm光子带隙材料等。目前,二维光子晶体制造已取得很大进展,但三维光子晶体的研究,仍是一个具有挑战性的课题。最近,Campbell等人提出了全息光栅光刻的方法来制造三维光子晶体,取得了进展。
4量子比特构建与材料
随着微电子技术的发展,计算机芯片集成度不断增高,器件尺寸越来越小(nm尺度)并最终将受到器件工作原理和工艺技术限制,而无法满足人类对更大信息量的需求。为此,发展基于全新原理和结构的功能强大的计算机是21世纪人类面临的巨大挑战之一。1994年Shor基于量子态叠加性提出的量子并行算法并证明可轻而易举地破译目前广泛使用的公开密钥Rivest,Shamir和Adlman(RSA)体系,引起了人们的广泛重视。
所谓量子计算机是应用量子力学原理进行计的装置,理论上讲它比传统计算机有更快的运算速度,更大信息传递量和更高信息安全保障,有可能超越目前计算机理想极限。实现量子比特构造和量子计算机的设想方案很多,其中最引人注目的是Kane最近提出的一个实现大规模量子计算的方案。其核心是利用硅纳米电子器件中磷施主核自旋进行信息编码,通过外加电场控制核自旋间相互作用实现其逻辑运算,自旋测量是由自旋极化电子电流来完成,计算机要工作在mK的低温下。
这种量子计算机的最终实现依赖于与硅平面工艺兼容的硅纳米电子技术的发展。除此之外,为了避免杂质对磷核自旋的干扰,必需使用高纯(无杂质)和不存在核自旋不等于零的硅同位素(29Si)的硅单晶;减小SiO2绝缘层的无序涨落以及如何在硅里掺入规则的磷原子阵列等是实现量子计算的关键。量子态在传输,处理和存储过程中可能因环境的耦合(干扰),而从量子叠加态演化成经典的混合态,即所谓失去相干,特别是在大规模计算中能否始终保持量子态间的相干是量子计算机走向实用化前所必需克服的难题。
5发展我国半导体材料的几点建议
鉴于我国目前的工业基础,国力和半导体材料的发展水平,提出以下发展建议供参考。
5.1硅单晶和外延材料硅材料作为微电子技术的主导地位
至少到本世纪中叶都不会改变,至今国内各大集成电路制造厂家所需的硅片基本上是依赖进口。目前国内虽已可拉制8英寸的硅单晶和小批量生产6英寸的硅外延片,然而都未形成稳定的批量生产能力,更谈不上规模生产。建议国家集中人力和财力,首先开展8英寸硅单晶实用化和6英寸硅外延片研究开发,在“十五”的后期,争取做到8英寸集成电路生产线用硅单晶材料的国产化,并有6~8英寸硅片的批量供片能力。到2010年左右,我国应有8~12英寸硅单晶、片材和8英寸硅外延片的规模生产能力;更大直径的硅单晶、片材和外延片也应及时布点研制。另外,硅多晶材料生产基地及其相配套的高纯石英、气体和化学试剂等也必需同时给以重视,只有这样,才能逐步改观我国微电子技术的落后局面,进入世界发达国家之林。
5.2GaAs及其有关化合物半导体单晶材料发展建议
GaAs、InP等单晶材料同国外的差距主要表现在拉晶和晶片加工设备落后,没有形成生产能力。相信在国家各部委的统一组织、领导下,并争取企业介入,建立我国自己的研究、开发和生产联合体,取各家之长,分工协作,到2010年赶上世界先进水平是可能的。要达到上述目的,到“十五”末应形成以4英寸单晶为主2-3吨/年的SI-GaAs和3-5吨/年掺杂GaAs、InP单晶和开盒就用晶片的生产能力,以满足我国不断发展的微电子和光电子工业的需术。到2010年,应当实现4英寸GaAs生产线的国产化,并具有满足6英寸线的供片能力。
5.3发展超晶格、量子阱和一维、零维半导体微结构材料的建议
(1)超晶格、量子阱材料从目前我国国力和我们已有的基础出发,应以三基色(超高亮度红、绿和蓝光)材料和光通信材料为主攻方向,并兼顾新一代微电子器件和电路的需求,加强MBE和MOCVD两个基地的建设,引进必要的适合批量生产的工业型MBE和MOCVD设备并着重致力于GaAlAs/GaAs,InGaAlP/InGaP,GaN基蓝绿光材料,InGaAs/InP和InGaAsP/InP等材料体系的实用化研究是当务之急,争取在“十五”末,能满足国内2、3和4英寸GaAs生产线所需要的异质结材料。到2010年,每年能具备至少100万平方英寸MBE和MOCVD微电子和光电子微结构材料的生产能力。达到本世纪初的国际水平。
宽带隙高温半导体材料如SiC,GaN基微电子材料和单晶金刚石薄膜以及ZnO等材料也应择优布点,分别做好研究与开发工作。
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.
软件行业是我国的重要行业,但自从其发展开始就一直存在着盗版问题,而由于被盗版的软件大多为国外软件制造商的产品,所以经常引发关于知识产权保护是否过渡的争论,支持盗版者以社会福利为其理由,而反对者坚持知识产权保护有利于技术进步。
1基本事实
关于软件盗版存在着公认的事实,这些事实是我们分析的起点。首先,软件盗版在技术上无法克服,即无论正版软件制造商采用何种反盗版技术都无法防范自己的软件被盗版;其次,盗版软件与正版软件在实用性上并不存在较大的差距,这点非常重要。因为这意味着正版软件和盗版软件的产品差别不大;再次,实施盗版所需的投入远远低于正版软件,因为盗版厂商无需支付研发支出;最后,软件生产的边际成本非常低,接近于零,所以可以认为正版和盗版软件的边际成本相等且不变。
2不存在盗版厂商时的正版软件定价策略
如果我们实施极为严格的知识产权保护,则市场上不存在盗版软件,此时正版厂商是市场上唯一的生产者,整个市场结构就是标准的完全垄断市场。相关的函数如下:反需求函数:p1=a-bq1需求函数则为:q1=a/b-p1/b成本函数为:c1=f+cq1利润函数为::μ1=(a-p1)(p1-c)/b-fp1为正版软件的价格,q1为正版软件的需求量,f表示固定成本,这里相对于盗版厂商来说主要为研发支出,c表示不变的边际成本和平均变动成本。
所以对利润函数求p1的一阶导数可得其最优定价:p1=c+(a-c)/2
3基于一个正版厂商和一个盗版厂商市场结构的经济学分析
3.1软件市场反需求函数和需求函数
由于正版软件和盗版软件的差别不大,所以对于普通个人用户来讲,它们的替代性相当大。我们用以下这组反需求函数来表示这种关系:
p1=a-b(q1+θq2)p2=a-b(θq1+q2)
式中,a和b为正,0≤θ≤1,θ取负值时模型成为一个互补商品的需求模型。若θ=0则一种商品的价格仅与本商品的产量有关,而与另一种商品无关,两种商品无替代性。θ越接近于1,两个变量之间的替代性越强;当θ=1则两种商品为完全替代,即对于消费者来讲产品1和产品2完全一样。很明显,在盗版问题上0<θ<1,即两种商品既不完全替代也不完全无关,且θ较为接近1。
通过转换反需求函数的方程式,可以得到模型所隐含的需求函数方程式:q1=[(1-θ)a-p1+θp2]/(1-θ2)bq2=(1-θ)a-p2+θp1]/(1-θ2)b
3.2软件企业的成本函数和利润函数
正版软件的成本函数可以表示为:
c1=f+cq1,f表示固定成本,这里相对于盗版厂商来说主要为研发支出。c表示不变的边际成本和平均变动成本。
结合鲍利的线性需求模型,可得正版企业的利润函数为:
μ1=(p1-c)[(1-θ)(a-c)-(p1-c)+θ(p2-c)]/(1-θ2)b-f相应的,不包括大量研发支出的盗版厂商的成本函数为:c2=cq2
其利润函数为:
μ2=(p2-c)[(1-θ)(a-c)-(p2-c)+θ(p1-c)]/(1-θ2)b
使μ1最大化的对于p1的一阶条件给出了正版厂商相对于盗版厂商的价格最优反映函数:2(p1-c)-θ(p2-c)=(1-θ)(a-c)同理盗版厂商的价格最优反映函数为:2(p2-c)-θ(p1-c)=(1-θ)(a-c)由此可以确定均衡价格为:p1=p2=c+(1-θ)(a-c)/(2-θ)
4基于一个正版厂商和多个盗版厂商市场结构的经济学分析
4.1伯特兰模型与盗版厂商之间的竞争
当多个盗版厂商出现时(这也是更为符合实际的假设),盗版厂商之间存在较为激烈的竞争,即盗版厂商的博弈对象不再是正版厂商而是其它的盗版厂商。而盗版软件之间则没有任何差别,它们之间的竞争完全是价格竞争。经典伯特兰模型认为,当产品同质时,最终价格会降至边际成本。
经典伯特兰模型是建立在两个生产同质产品的厂商基础之上的,这两个厂商只能使用价格作为决策变量。同时假设两个厂商拥有相同的平均成本和边际成本,且平均成本等于边际成本。图1中当厂商2的价格低于边际成本(平均成本)时,厂商1选择边际成本作为其价格;当厂商2的价格高于边际成本(平均成本)低于垄断价格Pm(平均成本)时,厂商1选择略低于P2的价格作为其价格,并占有整个市场;当P2>Pm时,厂商1的价格定在Pm处。
图2中包括了厂商2和厂商1的最优反应曲线,他们的交点就是均衡点p1=p2=mc。此时两个厂商都达到了平均成本处,谁都没有动力离开均衡点。
显然伯特兰模型的结论对于多个厂商也是成立,所以盗版厂商的价格会降至边际成本,这也能获得事实的支持:国内每个省会城市的盗版软件几乎都有自己的统一价格。
4.2基于多个盗版厂商市场环境的正版厂商的反应函数
当盗版软件的价格降至边际成本MC=c时,从正版软件厂商的最优价格反应函数:
2(p1-c)-θ(p2-c)=(1-θ)(a-c)
易于推出正版软件的最优定价为:
p1=c+(1-θ)(a-c)/2
5静态效率与动态效率
比较一个正版厂商面对一个盗版厂商所采用的最优定价和它面对多个厂商时的最优定价:
p1=p2=c+(1-θ)(a-c)/(2-θ)p1=c+(1-θ)(a-c)/2
我们发现存在多个盗版厂商时正版软件的最优定价应更低,如果再与完全垄断市场中企业的最优定价p1=c+(a-c)/2相比,我们发现随着盗版厂商的加入,的确正版厂商的最优定价会不断下降,越来越接近静态社会福利的标准p=mc。所以认为盗版有利于增加社会福利的看法是有道理的。但是这只是静态效率,静态效率包括配置效率和生产效率。
而社会福利则除了静态效率还包括动态效率,动态效率则与知识扩散有关,知识扩散是创新和知识产权保护的函数,所以动态效率是创新和保护的函数。如果我们不重视保护知识产权,则没有人愿意投资进行创新。如果我们过于保护,比方说,将软件的版权无限期延长,那知识将无法扩散,技术无法进步,经济就很难增长。有学者用下下列图3表示社会福利与知识产权之间的关系:
在图3中社会福利(严格的讲是动态社会福利,即动态效率)和知识产权的保护水平不是线性相关的,在P*(此处P为保护水平,而非价格)处达到最大,大于或小于P*都会造成动态效率的损失。
6主要结论
所以认为为了社会福利的进步,就应该允许大肆盗版的看法是没有坚实的经济学基础的。因为静态效率最大化要求不对知识产权进行任何保护,这样人人都可以盗版,软件价格一定会降低到边际成本处。但动态效率则要求对知识产权进行一定程度的保护(P*不可能为零),所以两者无法同时达到最大化。
尽管没有定量上的最优值,我们还是可以有一些有价值的结论。我们可以在软件的保护方面进行一些策略调整,比方说缩短软件保护的著作权年限,以提高静态效率和知识传播速度,同时在保护期内严厉打击盗版,保护企业的创新精神,保护产业的长期竞争力。
参考文献
一、团体动力的理论基础
团体是指两个或两个以上的人,互相影响、互相依赖,且具有共同的目标,为了完成特定的目标而相互结合成的组织。团体具有互动与相对动态的性质,是具有社会互动性质的组织,团体遵循共同的规范,具有目标性。
团体动力是指某社会团体之所以形成的原因,以及维系团体功能的一种力量或一种方式。团体动力学是社会科学的分支,是一门探讨团体结构及团体与成员间相互动力关系的学问。其理论有场地论、因素分析论、社会团体工作理论、心理分析理论等。场地论代表人物勒温认为,应该把团体看作是一个生命的空间,它是由一些力量或变量组成,它们是影响团体内成员的重要变项。根据此理论,在教育教学实践中,班主任若能将班级作为心理场地并作数量化呈现,才能分析、控制班级与运用班级动力。因素分析论的代表人物卡特尔认为,团体动力主要受到某些重要因素的影响,领导者在决定团体的发展时,需要了解团体内的关键因素。根据卡特尔的理论,若能对团体内的各项属性一一加以评估,掌握有关的独立变项,可以有效运作团体。社会团体工作论是将团体工作者的叙事性记录及团体成员的个案史等资料加以分析,以了解团体对成员人格发展的影响;重视团体经验与个体成长的交互作用,注重行动研究,即领导者如何有效利用学习迁移,促发成员转移团体咨询情景的积极经验,以协助成员产生建设,增进社会适应。心理分析理论强调团体历程中有关的情感因素,包括领导者和成员、成员与成员、成员与他人,强调透过对成员过去经验的了解及个案记录的分析解释,促发动力性的团体经验,协助成员产生积极的行为改变与人格发展。
班级是一个团体,班主任是团体的领导者。如何消除团体的冲突,促进团体凝聚力的提升,进而形成团体的动力,并运用团体动力的辅导策略,这些是班主任科学管理班级应涉及到的内容。了解团体动力理论,借鉴动力理论,有助于班主任形成自己有效管理班级的教育理念。
二、认识中小学班级中的团体动力形态
21世纪社会急剧的变迁与转型,使得传统的结构功能论受到现代文化的挑战。班级是学校教育中最基层的单位,而过去以教师为中心的教室管理模式较忽视与压抑班级团体动力的影响性。班级中存在着许许多多的小团体,这些小团体具有其潜在的影响力。作为班主任,应善用这些团体动力来使得班级管理更具有成效。
(一)非主流文化团体取向的小团体
所谓的非主流文化指相对于主流文化之外的其他文化,它是边缘的、附属的与次要的文化。中小学学生的他律性较强,容易受到同辈团体的影响而在班级中形成学生非主流文化团体,容易受到媒体与流行文化等因素的影响,而形成一种属于次级文化的小团体。例如在中小学中流行的女孩们的影视歌星崇拜现象,中小学男生当前所流行的网络游戏,如魔兽争霸等,都是典型的学校非主流文化。班主任若能留心观察学生无意间形成的非主流文化团体,运用引导的方法把这些团体的动力凝聚起来向着具有教育性的方向发展,对于班级管理是有所帮助的。
(二)以个性、兴趣结合和教师评价取向的小团体
一般来说,中小学生在教室中的小团体比较倾向于个性与兴趣的结合。但也可能会因为受到功课与教师的标准化评价而形成所谓的好学生小团体与调皮学生的小团体。通常所谓的好学生小团体对班级管理会产生积极的帮助,而调皮学生的小团体可能造成班级管理的问题所在。因此,班主任要平等对待学生,必须消除个人的喜好,对于还正在成长中的学生不要给予社会的标准评价,因为每位学生的潜力是无限的,教师必须循循善诱,引导这些班级中的小团体朝着健康的方向发展。
(三)以座位分配取向的小团体
中小学生常会因为在教室中的座位分配而影响到学习的效果,而由于座位的分配所产生的班级气氛值得教育心理学工作者进一步探讨。一般来说,中小学生若与不喜欢的同学坐在一起,会影响其学习动机;而若与喜欢的同学坐在一起,则会非常兴奋而显得士气高昂。因此,在班级座位安排方面,班主任必须作适时的调整与更新。在座位的分配方面,必须考虑每位学生不同的学习表现,将学习表现好的学生与学习表现差的学生交错分配在一起,如此才不容易造成学生的被标准化。此外,高效能的学生座位安排将有助于师生之间形成密切的互动。班主任对于班级中的分组也需要思考,应打破性别意识与学业成就的界线,善用小组间积极的合作与竞争模式,培养学生的主动精神与民主素养,如此将产生最佳的团体动力。
(四)以性别取向的小团体
小学高年级的学生和中学生进入了青春期,而这个阶段女生的发育比起同年龄的男生要早,因此这个阶段的性别界限特别明显。在这个青涩的成长阶段,中小学生的智力、学习开始初步定型,自尊心与好胜心、喜欢与厌恶、好奇与排斥等特别明显。一般来说,小学高年级和中学的女生在班级中常会组成许多小团体,这些小团体会基于兴趣与个性而组成在一起,且团体之间的界线会比中低年级的学生们来得更明显。而小学高年级的男生和中学男生在心智与生理发展方面显著慢于同龄的女生,会有被同龄女生领导的现象,因此小学高年级和中学的男生的小团体界线比较模糊。中小学教师在这个阶段的班级管理要特别留心于性别因素所产生的影响,应避免性别间的小团体冲突,并善用此阶段学生的语言模式与学生沟通,尽量以“活动式”与“主题式”的策略激发学生的团体动力,并善于借助相互合作与竞争之间产生的最大的效能。这将有助于教师的班级管理。
三、班主任运用团体动力的班级辅导策略
在中小学中,过去偏向于以班主任为中心的班级管理,其目的在于帮助教师控制学生的常规与秩序。而在新时代的班级管理中,必须融入民主的精神与多元的风貌,运用团体动力的心理辅导策略。在实践中,教师要善于利用师生间的人际影响,进行师生间的积极沟通,尊重学生,倾听学生的声音,并适度地给学生建设性的反馈,最终形成科学的管理理念。(一)角色意识培养策略
在班级这个生命空间中,每个学生的动力聚合成班级的凝聚力。要形成班级的凝聚力,教师要抓好班级成员的角色意识培养,通过班级的正式角色和非正式角色的合理安排,使每个学生都能形成积极的角色意识和角色行为,使每个学生能够感到自己在班上是受重视的,是有地位的,是负有责任的,只有这样,才能不断增强学生的责任感、义务感、安全感、归属感和集体主义荣誉感,从而自觉接受各种集体规范,不断提高自己的心理健康水平和社会适应能力。如在班级实行值日班长制度,使学生的责任感和主人翁意识得到培养。再如,通过各种集体活动为学生提供丰富多彩的锻炼机会,让每个学生负责一些事务,锻炼他们的能力。这不但可以促进学生的良好个性品质的发展,促进其动力的产生,也能不断提升他们的心理健康水平。
(二)营造健康民主的心理环境的策略
心理环境包括班风、校风、舆论、同学关系、师生关系等。建立良好人际关系,培育健康的舆论、风气,能够使学生经常受到积极的感染和熏陶,逐渐形成积极上进、开朗乐观、关心集体、团结互助的良好的性格特征,不断提高对人际环境的适应能力。目前教师必须改变过去权威者的角色,站在指导学生学习与成长的立场,适时引导学生,培养学生独立自主的能力,使学生能在民主的气氛中,展现自己的特色与风格,并学习其他人的优点。教师应在民主健康的气氛中引导班级向积极正向发展,建立积极、正确和健康的舆论导向,尊重学生所提出的观点,并让学生经由民主的程序共同建立班级的规则与秩序,达到学生之间的相互约束与互相学习,从而获得全班的凝聚力与向心力,这有助于教师成功地管理班级。
(三)班级学习分组策略
学生非主流文化所组成的小团体以及班级内的各式各样的小团体所产生的团体动力,与教师的班级管理有着密切的关系。中小学教师在管理班级时,需要关注时代的发展,融入民主的精神,改变以往以教师为中心的班级管理策略,转向教师与学生共同管理的模式,培养学生的责任感。教师可进行引导而不急于帮学生作决定,如此将有助于培养学生独立自主的能力。在班级教学分组方面,必须着眼于班级成员的全面提升,把各类不同学习成绩的学生分散并综合,这将使得每一个小组的成员都可以进行相互指导。这种学习成绩混合的分组为学习成绩高的学生提供了成长的机会,同时也为学习成绩较差的学生提供了补救的机会。善用此类分组方法将会激发学生产生学习上的最佳团体动力。此外,教师也可以根据不同性质的内容或不同的活动形态进行分组,如此将增加班级成员间的互动,增强班级成员的向心力。
(四)团体游戏辅导策略
狭义的团体游戏辅导是指游戏、唱跳,唱跳包含了歌唱与上下肢体移动的音乐律动。从儿童发展理论中可以得知,游戏在儿童发展中的作用是非常重要的,团体游戏能增进学生的感情交流,增进学生对组织的向心力,对于激发学生新的创意与新的思维模式大有帮助。团体游戏辅导有助于学生的人际关系与发展,也是培养学生团体生活技能,培养学生健全人格的一种有效的教学方法。团体游戏对于培养创新性的儿童,对于激发班级的团体动力,具有很大的帮助。班主任在班级管理中,适度运用团体游戏辅导的理念与技巧,并迁移至学生的学习上,可以引发学生的学习兴趣,提高学生的学习成效。
班主任是教师中的优秀代表。他们除了应具备普通教师的基本素质之外,还应具备良好的心理素质、热爱学生的职业素养和科学的管理能力。“当教育者赢得了学生的信任时,学生对接受教育的反感就会被克服而让位于一种奇特情况,他们把教育者看作一个可以亲近的人”。学生在与班主任朝夕相处时,容易产生依赖和归属心理,班主任将成为学生最为亲近和信赖的人。
参考文献:
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[3]贾晓波.陈世平.学校心理辅导实用教程.天津:天津教育出版社,2002.
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2.平行板电容器充电后,切断与电源的连接。在这种情况下,如果增大d,则U、Q、E各如何变化?
作为思考题,先要求学生自己做。笔者在检查过程中发现,大多数学生都是采用奏合的办法来做题,出错的地方较多。在讨论这一问题时,笔者认为应该根据三个基本公式运用推导法讨论平行板电容器的有关问题。
一、三个基础公式
1.平行板电容器的电容决定式C= 。式中的介电常数ε、正对面积S和两板间距离d对于电容C是起决定作用的因素。ε、S和d一定时,电容C是不变的;如果三个量中有一个量发生变化时,电容C也随着发生变化,而它的带电量Q和两极间的电压U的变化对于电容C不发生影响。
2.电容器电容的定义式C= 。从定义式可以看出,对于任何一个固定电容器,它的带电量与其两极间的电压成正比。但是,如果在保持电量不变的条件下改变电容C(即改变ε、S或d),那么电压跟电容成反比;如果在保持电压不变的条件下改变电容C,那么带电量跟电容成正比。
3.匀强电场中电场强度与电势差的关系E= 。
如果我们将前面两个公式结合起来就有E= = = 。从该式可以看出:(1)如果从电压方面来研究电场强度,必须考虑两板间距离。当电压不变时,两板间距离的变化会引起电场强度的变化,但是在这时介电常数、正对面积和带电量的变化对于电场强度不发生影响。或者说,当电压不变时,带电量随着面积发生变化,带电量和正对面积变化的倍数相同,因此它们的变化对于电场强度不发生影响。(2)如果从带电量方面来研究电场强度时,必须同时考虑介电常数和正对面积。当带电量不变时,电介质的介电常数变化或正对面积的变化都会引起电场强度的变化,但是这时两板间距离的变化对于电场强度不发生影响。或者说,当带电量不变时,电压随着两板间距离发生变化,电压和板距变化的倍数相同,因此板距的变化对于电场强度不发生影响。
所以,对平行板电容器的研究讨论,要特别注意电容、电量和电压三个量中什么量保持不变这个前提条件。其中电容的变化与否容易从它的决定因素ε、S和d看出,而电量和电压的变化与否则往往由电路中开关的通断来判断:当电容器与电源连接时,电压是保持不变的;当电容器充电后与电源断开时,其带电量是保持不变的。在分析具体问题时,只有根据实际问题作出具体的分析,紧紧抓住保持不变的量,才能运用公式C= 、C= 和E= = = 进行综合的推理分析,得出正确答案,否则,往往会出现错误。
二、运用推导法对于平行板电容器问题的讨论
由以上的分析,对于平行板电容器的问题,我们可以分为两种类型进行讨论。
1.保持两板间的电压不变,即电容器保持与电源连接,其两极间的电压始终等于电源电压。在这一情况下C、Q、E的变化分为以下四种。
(1)只改变两板间的距离d时,
(2)只改变两板正对面积S时,
(3)只改变两板间的电介质ε时,
(4)在两平行板间插入与原板等大的导体(导体的厚度小于d)时,
2.保持平行板电容器所带电量不变,即在对电容器充电后与电源断开,并不对外放电。在这一情况下C、Q、E的变化也分为以下四种。
(1)只改变两板间的距离d时,
(2)只改变两板正对面积S时,
(3)只改变两板间的电介质ε时,
(4)在两平行板间插入与原板等大的导体(导体的厚度小于d)时,
武大伟强调,中方衷心期待各国代表团发挥政治智慧,拿出政治决心和勇气,在增进相互信任的过程中开辟互利共赢的未来,为实现半岛无核化,实现有关国家关系正常化,构建和谐东北亚新格局做出新贡献。
在开幕式后举行的全体会议上,中方代表团团长武大伟、朝鲜代表团团长金桂冠、美国代表团团长希尔、韩国代表团团长千英宇、日本代表团团长佐佐江贤一郎和俄罗斯代表团团长拉佐夫分别作主旨发言,就如何落实“9・19”共同声明阐述了各自立场,并提出了相关主张和设想。
武大伟指出,“9・19”共同声明凝聚了各方的共识,是六方关于半岛无核化总体目标的政治宣言,是各方必须遵循的纲领性文件。共同声明的通过标志着我们完成了“承诺对承诺”。今后的课题是按照“行动对行动”原则,具体落实共同声明。中国代表团愿与各国代表团一道,以积极、灵活和务实的态度参加会谈和磋商,为使本次会议能够取得积极成果作出建设性努力。
韩、俄、美、朝、日五国代表团团长对六方会谈的重启表示欢迎,感谢中方为复谈做出的不懈努力。各方重申继续履行在“9・19”共同声明中作出的承诺,坚持通过对话协商以和平方式实现半岛无核化,实现有关国家关系正常化,实现东北亚地区长治久安。各方还表示,六方会谈重启来之不易,各方应抓住机遇,本着面向未来、灵活务实的精神,按照“行动对行动”和协调一致原则,制定落实共同声明的具体措施和步骤,争取使会谈取得积极成果。
开幕式之前,六方代表团举行了团长会议。
当天,六方会谈中方代表团发言人姜瑜在吹风会上表示,各方在第五轮北京六方会谈第二阶段会议首日进行了“认真、坦率、务实”的会谈。
姜瑜表示,中方支持朝美进行接触和对话,希望双方利用此阶段会谈机会,就各自关切问题深入交换意见,找到妥善解决问题的办法。
姜瑜表示,朝美在9・19共同声明中承诺相互尊重、和平共处,根据各自双边政策,采取步骤实现关系正常化。中方希望朝美双方本着相互尊重、平等协商的精神,加强沟通,弥合分歧,通过对话和平解决问题,不断推动半岛形势向积极方向发展。
12月19日,第五轮六方会谈第二阶段会议举行团长会,各方就落实共同声明的具体措施发表了看法,并提出了具体建议。
中方代表团团长武大伟表示,落实共同声明是一个系统工程,分阶段实施,逐步推进,是比较现实合理的选择。作为第一步,应该制定有助于落实共同声明的具体措施,确定各方现阶段能够采取的具体行动。
各方代表团重申了坚持“9・19”共同声明的立场,并表示将作出进一步努力,制定落实共同声明的规划。
当晚,外交部副部长戴秉国在钓鱼台国宾馆设宴款待参加第五轮六方会谈第二阶段会议的各国代表团团长。
戴秉国对各国代表团团长来京出席此次六方会谈表示欢迎。他指出,举行六方会谈的目的就是通过对话和磋商,扩大共识,增进信任,缩小分歧,消除隔阂。在过去的两天里,各方通过全体会议、团长会、双边磋商等多种形式,围绕落实共同声明的措施坦率、深入地交换意见,阐明了各自立场,增加了彼此了解,谈判在不断深化。
戴秉国表示,相信各方会拿出巨大诚意,作出最大努力,在实现半岛无核化和有关国家关系正常化方面迈出坚实步伐,早日实现各方的共同目标。
当天下午,外交部发言人秦刚在例行记者会上表示,六方会谈是一个逐步推进的进程,有关各方在不断加强接触、增进了解、寻求共识、积累共同点、缩小分歧的过程中逐步迈向前进。
秦刚说,中方本着客观、平衡、兼顾各方利益和关切的精神,同有关各方保持接触,听取有关各方建议和意见,进行协调和斡旋。他强调,中方和其他各方在六方会谈中有一个“非常重要的、压倒一切的”共识,即回到通过对话和谈判解决朝鲜半岛核问题的轨道上来,共同落实“9・19”共同声明,朝着朝鲜半岛无核化的目标前进。他表示相信,本着这样的共识,中国和美国以及其他有关方能够通过协商和接触,不断找到彼此之间的共同点。
12月20日,第五轮六方会谈第二阶段会议进入第三天,双边磋商和接触异常密集,谈判依旧艰难。
由美国助理财政部长帮办丹尼尔・格拉泽和朝鲜贸易银行总裁吴光哲率领的美朝相关代表团于当天在朝鲜驻华使馆就金融问题进行了第二次磋商。19日,美朝代表团就金融问题进行了首次磋商。
格拉泽表示,他和朝鲜代表团当天进行了5个小时的磋商,双方“态度认真”,磋商是“有帮助的”。双方正商讨2007年1月在纽约继续就此问题进行讨论。
当天,中国国际问题研究所研究员晋林波分析指出,美国的态度此次有两大调整:一是愿意向朝鲜提供书面安全保障;二是愿意谈金融问题。过去美国并不愿意这样做。美国带来了具体的解决核问题的方案,其中有些内容充分考虑到朝鲜的接受能力。
中国社会科学院亚太所专家朴键一分析指出,中国创造性地提出工作组机制和“多边中的双边”的问题解决机制,使谈判不分场合、不拘形式、多边双边同时进行,将谈判任务化整为零,体现出一种更为主动的外交新思维。
当天下午,外交部长李肇星在钓鱼台国宾馆会见各国代表团团长。
李肇星说,六方会谈进程陷入僵局一年多以后得以重新启动,实属不易。在六方会谈框架下通过谈判和平解决朝核问题,实现半岛无核化,实现半岛和东北亚地区的长治久安,符合各方的利益,符合世界人民的愿望。
李肇星指出,第四轮六方会谈发表的共同声明是六方会谈进程取得的重要进展,照顾到各方关切,值得珍惜。为实现互利共赢,各方当务之急是制定落实共同声明的规划,采取实际行动履行各自在共同声明中作出的承诺。
李肇星表示,经过各方代表团的艰苦努力,此次会谈已取得许多新的共识:各方都重申履行“9・19”共同声明;重申愿通过对话和平解决半岛核问题;重申坚持朝鲜半岛无核化的共同目标。希望有关各方发挥政治智慧和创造性,逐步积累信任,扩大共识,中方将一如既往地发挥建设性作用,与各方保持密切沟通与合作,推动会谈取得积极进展。
各国代表团团长表示,六方会谈重启意义重大。各方应进一步做出共同努力,克服困难,推动会谈取得实质性成果。各方赞赏中方作为六方会谈主席国为复谈并推动会谈取得成果所发挥的重要作用。
12月21日 ,第五轮北京六方会谈第二阶段会议进入第四天,各方进行了密集的双边磋商。
当天,中方分别和朝、美、韩、日、俄五方举行了双边磋商。俄日、美日、朝美也分别进行了双边磋商。
本阶段会谈采取了全体会、团长会和双边磋商等形式。截至当天下午1点半,在钓鱼台国宾馆内已举行了25场双边磋商,其中13场和中方有关。
六方会谈美国代表团团长希尔当天表示,会议将进入以文件形式反映进展情况的阶段。
外交部发言人秦刚在当天的例行记者会上也表示,会议已到了一个各方认真、坦率、务实地讨论实质性问题的阶段,希望有关各方继续齐心协力、耐心地推进会谈进程。
12月22日,六方会谈中方代表团团长、外交部副部长武大伟在北京宣读了第五轮六方会谈第二阶段会议《主席声明》。全文如下:
第五轮六方会谈第二阶段会议于12月18日至22日在北京举行。
各方回顾了六方会谈形势的发展和变化,重申通过对话和平实现朝鲜半岛无核化是各方的共同目标和意志,重申将认真履行在2005年9月19日共同声明中作出的承诺,同意根据“行动对行动”原则,尽快采取协调一致步骤,分阶段落实共同声明。
各方就落实共同声明的措施和起步阶段各方将采取的行动进行了有益的探讨,提出了一些初步设想。各方还通过密集的双边磋商,就解决彼此关切坦率、深入地交换了意见。
各方同意休会,向首都报告,尽早复会。
当天,国务委员唐家璇在钓鱼台国宾馆会见了各国代表团团长。
唐家璇说,经过一年多的折冲,六方会谈进程得以重启,并就落实共同声明措施和起步阶段各方将要采取的行动进行了坦诚和深入的讨论。各方的主张更加明确,立场更加靠近,共识不断积累。各方重新确认了共同声明精神,重申将认真履行各自在共同声明中作出的承诺,表达了继续致力于实现半岛无核化目标和通过对话和平解决问题的意志,具有十分重要和积极的意义。
唐家璇指出,全面落实共同声明是各方的责任和义务,也符合各方的利益。解决有关问题,实现东北亚的长治久安,不可能一蹴而就,需要有个循序渐进的过程,需要各方作出政治决断,需要对前途保持信心。
Abstract: China's construction of the bridge on the road around the town and at all levels road, it is bear heavy traffic loads and heavy traffic, its quality is a major concern of governments, regulatory authorities and the people. Quality management in the bridge was discussed.Key words: bridge; bridge; quality
中图分类号:U448.14 文献标识码:A文章编号:2095-2104(2012)
由于道路和桥梁是国民经济的大动脉,道路和桥梁的运行关联性极强,牵一发而动全身,确保其日夜不间断安全、正点地运行,密切关系到国家的政治、经济、军事、救灾和人民生产生活等诸多大事,如果在一座小桥上中断行车一天,将使数以百计的客货列车停运,影响可波及数省,责任极其重大,所以道路和桥梁的设计、施工更加要强调稳重。
道路和桥梁的施工单位在确保安全、不中断行车、利用行车间隙或短暂的封锁时间进行道路和桥梁设施的修理、更换,从组织、计划、准备和技术措施方面的考虑,都要十分细致、周密和严谨,要考虑如何尽可能不影响或少影响正常运行,以顾全国家、社会的大局利益,保证道路和桥梁运输系统的总体效益。
一、目前我国道桥工程现状
(一)随着城乡一体化建设和交通运输事业的飞速发展,车辆载重量、车速和交通量已大为提高,在过去三、四十年所建造的低标准的、长期失养的农用、公路及城市的道路和桥梁能否继续服役并安全运营,已成为公路和城市建设决策部门的一件大事。但是,有病害、甚至病害严重的危桥,如果有正确的检查分析与诊断,以新技术、新材料给予加强、加固一般是能够继续安全运营的,并且能使其原有载重等级得到提高。此项检查、分析、加固的费用,一般只是新建费用的10%-20%.而且在加固过程中,除少量重车短期绕行之外,勿须全部中断交通,其经济效益和社会效益极其了然。
(二)道路和桥梁的运营管理本来就较难,又长期失控,车辆超限、超速、尤其是严重超载,给道路和桥梁造成极大的损害。道路和桥梁一方面是遭到强力损害,另一方面却未得到应有的关注、检查、养护和救治,其寿命能长吗?使得有的桥梁才建好十几二十年,就因病害严重、承载力已大大降低而成为危桥。再加以缺少经验丰富、理论基础扎实的技术人员参与分析决策,加固乏术,不能保证安全,以致耗费巨资,将桥梁拆除重建。
(三)对于事关行车安全的道路和桥梁设施的管理、检查、养护维修、大修加固、技术检定等方面,我国的道路和桥梁交通系统就施行了一整套严格的制度。特别是道路和桥梁设施的管理,长期以来实行了道路和桥梁档案管理、经常检查、定期检查、特别检查和计划预防性维修制度,配合路桥检定、路桥试验、洪水冲刷观测、路桥大修和防洪工程,维护了路桥的正常完好状态,从而大大地延长了路桥的使用寿命,使得经历了几十年的酷暑严冬、暴雨烈日、洪水淘刷、战乱损坏和提载提速考验,除少数做了加固、换梁或改建之外,绝大多数的苍老旧桥至今仍保持着安全运营状态,为国家承担着日益繁重的运输任务,创造了极大的经济效益和社会效益。
二、公路桥梁的施工管理加强公路桥梁的管理并进行维修和加固,使其处于正常的工作状态,充分发挥桥梁的作用,是公路管理部门的一项主要任务。对于桥梁的超限运输管理工作具有工期短、要求高、工程量较小、前期工作量大等特点,公路超限运输一般是为国家或省的重点建设工程服务。 (一)对于经常过大件的路段,应对改路段上的大小桥梁进行重点检查和管理,收集原始档案材料,掌握其动态,针对其技术和承受能力编制相应的加固处理方案,需要报批的及时按程序报批。(二)在施工中针对其技术严格按照业主已批准的加固方案进行施工,注意抓重点、制约工程。(三)重视加固工程的原始资料的收集和整理工作,为今后的加固工程积累经验。(四)充分调动基层单位的积极性,正确处理责、权、利的关系。公路桥梁的维修加固同样属于桥梁工程,不能重建轻养,桥梁的加固比新建还难,因为桥梁的维修加固,没有现成的规范,更没有可供使用的标准图,桥梁的病害又错综复杂,病害原因难以确定。因此应充分重视公路桥梁的管理工作,加大资金投入,使其保持良好的工作状态,确保公路运输的安全。
三、要抓好道路和桥梁工程项目经理的管理技能,顺利实现项目的目标。
项目经理是企业法人代表在项目上的全权委托人。在企业内部,项目经理是项目实施全过程全部工作的总负责人,对外可以作为企业法人的代表在授权范围内负责、处理各项事务,因此项目经理是项目实施最高责任者和组织者。由此可见,项目经理是与项目分不开的,离开了项目,也就不存在“经理”,因此,要探讨道路和桥梁工程企业项目经理应具备的条件,就不能不说项目管理,有怎么样的项目管理,就必须有怎么样的项目经理去管理,项目管理的方式、方法变了,项目经理应具备的条件也应与之相适应,否则就无法实现预期的管理目标。道路和桥梁工程的施工过程,项目经理对项目的管理主要限于对施工项目的管理,也就是说对一个道路和桥梁工程施工过程及成果进行计划、组织、指挥、协调和控制。施工项目管理是项目管理的一个分支,项目管理的发展与改革促进了施工项目管理的发展,以及施工项目规模的越来越庞大与复杂也对项目经理提出了更高的要求。传统的项目经理通常只是一个技术方面的专家和任务执行者。而现代项目经理不仅要有运用各种管理工具来进行计划和控制的专业技术能力,还要有经营管理等其他多方面能力,比如对项目部成员的激励以及与业主、监理、设计以及当地政府等各方的策略保持一致的能力。项目经理必须通过人的因素来熟练运用技术因素,以达到其项目目标。也就是说,道路和桥梁工程的项目经理,必须使项目部成为一个配合默契、具有积极性和责任感的高效率群体。因此,在现代项目管理的大环境与普遍采用项目法施工的情况下,笔者认为,相关道路和桥梁企业的项目经理若要实现预定项目管理的各种目标,项目经理要严格遵守道路桥梁工程施工与管理专业实施性专业规则管理技能和技术技能。从而确保道路桥梁工程施工与管理的顺利实施。
四、路桥项目管理中的方案
电子中的概念是反映电子现象和过程的本质属性的思维方式,是电子技术事实的抽象。它不仅是电子技术基础理论知识的一个重要组成部分,而且也是构成电子技术规律和公式的理论基础。学生学习电子技术的过程,其实是在不断地建立电子技术概念的过程。因此概念教学是学生学好电子技术的基础,更是学好电子技术的关键。在实际教学中如何才能让学生有效地掌握、理解并运用好高中电子技术概念呢,从实际教学的经验中体会到,采用灵活多变的教学方式,激发学生的学习兴趣,变抽象为形象,可以提高概念教学的效果。
1、联系、联想记忆法
电子技术中有很多抽象的概念,例如:电场、电力线,磁场、磁力线,电场、磁场看不到但却实存在(可以利用实验证明),而电力线和磁力线不存在为了分析问题方便而画出来的(可以看到)。利用电力线或磁力线的方向表示电场或磁场的方向概念现象,利用电力线或磁力线的疏密来表示电场或磁场的强弱。
半导体中载流子的运动也是如此:一般我们看不到,为了分析方便往往把空穴和自由电子画出来。空穴带正电荷,自由电子带负电荷,主要靠空穴导电的半导体称为空穴型半导体或P型半导体;主要靠自由电子导电的半导体称为电子型半导体或称为N型半导体。空穴通常用圆圈O表示,P去掉尾巴就是O;电子带负电N就可以想成三个负号。通过总结空穴、电子,P型半导体、N型半导体就比较容易记了。
2、教学实验演示法
电子技术是一门以实验为基础的学科,在实施概念教学时,演示实验法往往是一种行之有效的教学方法,一个生动的演示实验,可创设一种良好的电子技术环境,提供给学生鲜明具体的感性认识,再通过引导学生对现象特征的概括形成自己的概念。
如“整流”概念的教学,用直流电源和单向半波整流电路演示,让学生体会到外加电源的正极接二极管的正极,电源的负极接二极管的负极,二极管受正电压,二极管导通,电路中通过大的电流IF;反之外加电源的正极接二极管的负极,电源负极接二极管的正极,电路中几乎无电流通过。从而揭示了二极管的单向导电性。
3、电教图象剖析法
有些高中电子技术概念,无法实验演示也无法从生活中体验。如PN结的形成,空穴和电子的扩散运动、漂移运动等论文开题报告范例。可以用图象、电教手段(如FLASH动画)展示给学生观看。电子技术图象通过培养学生的直觉,从而培养学生的高层次的形象思维能力,建立起电子技术概念的情景;电教手段能以生动、形象、鲜明的动画效果,模拟再现一些电子技术过程,学生通过观看、思考,就会自觉地在头脑中形成建立电子技术概念的情景。这种方法符合“从生动的直观,到抽象的思维”的基本认识规律,是现代教学中提高概念教学效果的一种重要手段。
4、兴趣引导法
兴趣是最好的老师,实际生活,生产实践及现代高科技中一些有趣的电子技术现象会吸引学生的注意力,激发学生的学习兴趣,活跃学生的思维,提高学生的理解能力,有利于知识的掌握。
如对放大概念的认识概念现象,以门铃的工作过程为例。可以先不加放大三极管时接好电源和音乐片,门铃发声,声音很小只能在耳边才能听到;接着接好电源、音乐片,门铃发声,声音比较大,整个班都可以听到。使学生亲身感受到门铃发出声响的明显变化的现象。说明和分析什么是放大的概念,通过学生对“放大”现象切身的体会来理解掌握这一概念。利用振荡电路组成的闪光灯电路即提高了学生的学习兴趣,有利于学生对电路的分析对知识的掌握。
5、循序渐进法
循序渐进,通过复习旧知识引入新知识,是实际教学中常用的一种教学方法。通过复习已掌握的电子技术概念,并对此概念加以扩展,延伸,或使其内涵、外延发生变化从而得到新的概念。
如:二极管的“单向导电”和二极管“整流”。二极管具有单向导电性,利用其特性组成相应的整流电路,接在交流电路中就可实现“整流”。利用三极管的放大作用,给三极管加上合适的偏置,搭接相应的电路就可实现“放大”。