時間：2022-11-16 01:50:36
序論：速發(fā)表網(wǎng)結(jié)合其深厚的文秘經(jīng)驗，特別為您篩選了11篇材料導(dǎo)論論文范文。如果您需要更多原創(chuàng)資料，歡迎隨時與我們的客服老師聯(lián)系，希望您能從中汲取靈感和知識！
1半導(dǎo)體材料的戰(zhàn)略地位
上世紀中葉，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70年代初石英光導(dǎo)纖維材料和GaAs激光器的發(fā)明，促進了光纖通信技術(shù)迅速發(fā)展并逐步形成了高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，使人類進入了信息時代。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)計思想，使半導(dǎo)體器件的設(shè)計與制造從“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)濟格局和軍事對抗的形式，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
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。目前直徑為8英寸（200mm）的Si單晶已實現(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)正處在由實驗室向工業(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年完成評估。18英寸重達414公斤的硅單晶和18英寸的硅園片已在實驗室研制成功，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)對現(xiàn)有器件特性影響所帶來的物理限制和光刻技術(shù)的限制問題，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)等來提高ULSI的集成度、運算速度和功能，但硅將最終難以滿足人類不斷的對更大信息量需求。為此，人們除尋求基于全新原理的量子計算和DNA生物計算等之外，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。
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；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特的優(yōu)勢。
目前，世界GaAs單晶的總年產(chǎn)量已超過200噸，其中以低位錯密度的垂直梯度凝固法（VGF）和水平（HB）方法生長的2－3英寸的導(dǎo)電GaAs襯底材料為主；近年來，為滿足高速移動通信的迫切需求，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，價格居高不下。
GaAs和InP單晶的發(fā)展趨勢是：
（1）。增大晶體直徑，目前4英寸的SI－GaAs已用于生產(chǎn)，預(yù)計本世紀初的頭幾年直徑為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。
（4）。GaAs和InP單晶的VGF生長技術(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)材料是基于先進生長技術(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)變補償材料體系已發(fā)展得相當(dāng)成熟，已成功地用來制造超高速，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)器件等也已達到或接近達到實用化水平。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)動電路所需的低維結(jié)構(gòu)材料是解決光纖通信瓶頸問題的關(guān)鍵，在實驗室西門子公司已完成了80×40Gbps傳輸40km的實驗。另外，用于制造準連續(xù)兆瓦級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)量子級聯(lián)耦合是解決此難題的有效途徑之一。我國早在1999年，就研制成功980nmInGaAs帶間量子級聯(lián)激光器，輸出功率達5W以上；2000年初，法國湯姆遜公司又報道了單個激光器準連續(xù)輸出功率超過10瓦好結(jié)果。最近，我國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)體激光器的能隙對激光器波長范圍的限制，1994年美國貝爾實驗室發(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聯(lián)激光器，突破了半導(dǎo)體能隙對波長的限制。自從1994年InGaAs／InAIAs／InP量子級聯(lián)激光器（QCLs）發(fā)明以來，Bell實驗室等的科學(xué)家，在過去的7年多的時間里，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)使波長為9.1μm的QCLs的工作溫度高達312K，連續(xù)輸出功率3mW.量子級聯(lián)激光器的工作波長已覆蓋近紅外到遠紅外波段（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室溫準連續(xù)應(yīng)變補償量子級聯(lián)激光器，使我國成為能研制這類高質(zhì)量激光器材料為數(shù)不多的幾個國家之一。
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英寸過渡；生產(chǎn)型的MBE和M0CVD設(shè)備已研制成功并投入使用，每臺年生產(chǎn)能力可高達3.75×104片4英寸或1.5×104片6英寸。英國卡迪夫的MOCVD中心，法國的PicogigaMBE基地，美國的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，必然促進襯底材料設(shè)備和材料評價技術(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。但由于硅是間接帶隙，如何提高硅基材料發(fā)光效率就成為一個亟待解決的問題。雖經(jīng)多年研究，但進展緩慢。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量子點和量子點超晶格材料，Si／SiC量子點材料，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，他們在12英寸的硅襯底上，用鈦酸鍶作協(xié)變層（柔性層），成功的生長了器件級的GaAs外延薄膜，取得了突破性的進展。
2.4一維量子線、零維量子點半導(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（通過能帶工程實施）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)體材料生長與制備主要集中在幾個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)重點實驗室的MBE小組等研制成功的In（Ga）As／GaAs高功率量子點激光器，工作波長lμm左右，單管室溫連續(xù)輸出功率高達3.6～4W.特別應(yīng)當(dāng)指出的是我國上述的MBE小組，2001年通過在高功率量子點激光器的有源區(qū)材料結(jié)構(gòu)中引入應(yīng)力緩解層，抑制了缺陷和位錯的產(chǎn)生，提高了量子點激光器的工作壽命，室溫下連續(xù)輸出功率為1W時工作壽命超過5000小時，這是大功率激光器的一個關(guān)鍵參數(shù)，至今未見國外報道。
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展，1994年日本NTT就研制成功溝道長度為30nm納米單電子晶體管，并在150K觀察到柵控源－漏電流振蕩；1997年美國又報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)實現(xiàn)了128Mb的單電子存貯器原型樣機的制造，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，基于量子點的自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)計算機，單光子源和應(yīng)用于量子計算的量子比特的構(gòu)建等方面的研究也正在進行中。
與半導(dǎo)體超晶格和量子點結(jié)構(gòu)的生長制備相比，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)重點實驗室的MBE小組，在繼利用MBE技術(shù)和SK生長模式，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InAs／InAlAs量子線超晶格的空間自對準（垂直或斜對準）的物理起因和生長控制進行了研究，取得了較大進展。
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，基于無催化劑、控制生長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，幾乎無缺陷和位錯；納米線呈矩形截面，典型的寬度為20－300nm，寬厚比為5－10，長度可達數(shù)毫米。這種半導(dǎo)體氧化物納米帶是一個理想的材料體系，可以用來研究載流子維度受限的輸運現(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)的生長制各方面也取得了重要進展。
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)材料生長和精細加工工藝相結(jié)合的方法，應(yīng)變自組裝量子線、量子點材料生長技術(shù)，圖形化襯底和不同取向晶面選擇生長技術(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物理或化學(xué)方法制備量子點和量子線的技術(shù)等。目前發(fā)展的主要趨勢是尋找原子級無損傷加工方法和納米結(jié)構(gòu)的應(yīng)變自組裝可控生長技術(shù)，以求獲得大小、形狀均勻、密度可控的無缺陷納米結(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，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、綠光發(fā)光二極管（LED）和紫、藍、綠光激光器（LD）以及紫外探測器等應(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基材料成為藍綠光發(fā)光材料的研究熱點。目前，GaN基藍綠光發(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140GHz，fT=67GHz，跨導(dǎo)為260ms／mm；HEMT器件也相繼問世，發(fā)展很快。此外，256×256GaN基紫外光電焦平面陣列探測器也已研制成功。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，這將有力的推動藍光激光器和GaN基電子器件的發(fā)展。另外，近年來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，這是因為它們在長波長光通信用高T0光源和太陽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基材料襯低的藍綠光LED業(yè)已上市，并參于與以藍寶石為襯低的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足的進步。目前存在的主要問題是材料中的缺陷密度高，且價格昂貴。
II－VI族蘭綠光材料研制在徘徊了近30年后，于1990年美國3M公司成功地解決了II－VI族的P型摻雜難點而得到迅速發(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1000小時，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)致的點缺陷密度和進一步降低失配位錯和解決歐姆接觸等問題，仍是該材料體系走向?qū)嵱没氨仨氁鉀Q的問題。
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)或晶體的對稱性等物理參數(shù)有較大差異的材料體系，如GaN／藍寶石（Sapphire），SiC／Si和GaN／Si等。大晶格失配引發(fā)界面處大量位錯和缺陷的產(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面影響，是目前材料制備中的一個迫切要解決的關(guān)鍵科學(xué)問題。這個問題的解泱，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)體材料仍處在實驗室研制階段，不少影響這類材料發(fā)展的關(guān)鍵問題，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與N型摻雜，II－VI族材料的退化機理等仍是制約這些材料實用化的關(guān)鍵問題，國內(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)制在與工作波長相比擬的尺度，來自結(jié)構(gòu)單元的散射波的多重干涉形成一個光子帶隙，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展，但三維光子晶體的研究，仍是一個具有挑戰(zhàn)性的課題。最近，Campbell等人提出了全息光柵光刻的方法來制造三維光子晶體，取得了進展。
4量子比特構(gòu)建與材料
隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，計算機芯片集成度不斷增高，器件尺寸越來越小（nm尺度）并最終將受到器件工作原理和工藝技術(shù)限制，而無法滿足人類對更大信息量的需求。為此，發(fā)展基于全新原理和結(jié)構(gòu)的功能強大的計算機是21世紀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。
所謂量子計算機是應(yīng)用量子力學(xué)原理進行計的裝置，理論上講它比傳統(tǒng)計算機有更快的運算速度，更大信息傳遞量和更高信息安全保障，有可能超越目前計算機理想極限。實現(xiàn)量子比特構(gòu)造和量子計算機的設(shè)想方案很多，其中最引人注目的是Kane最近提出的一個實現(xiàn)大規(guī)模量子計算的方案。其核心是利用硅納米電子器件中磷施主核自旋進行信息編碼，通過外加電場控制核自旋間相互作用實現(xiàn)其邏輯運算，自旋測量是由自旋極化電子電流來完成，計算機要工作在mK的低溫下。
這種量子計算機的最終實現(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)對磷核自旋的干擾，必需使用高純（無雜質(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絕緣層的無序漲落以及如何在硅里摻入規(guī)則的磷原子陣列等是實現(xiàn)量子計算的關(guān)鍵。量子態(tài)在傳輸，處理和存儲過程中可能因環(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)模計算中能否始終保持量子態(tài)間的相干是量子計算機走向?qū)嵱没八匦杩朔碾y題。
5發(fā)展我國半導(dǎo)體材料的幾點建議
鑒于我國目前的工業(yè)基礎(chǔ)，國力和半導(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
至少到本世紀中葉都不會改變，至今國內(nèi)各大集成電路制造廠家所需的硅片基本上是依賴進口。目前國內(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)。建議國家集中人力和財力，首先開展8英寸硅單晶實用化和6英寸硅外延片研究開發(fā)，在“十五”的后期，爭取做到8英寸集成電路生產(chǎn)線用硅單晶材料的國產(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)及時布點研制。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)試劑等也必需同時給以重視，只有這樣，才能逐步改觀我國微電子技術(shù)的落后局面，進入世界發(fā)達國家之林。超級秘書網(wǎng)
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等單晶材料同國外的差距主要表現(xiàn)在拉晶和晶片加工設(shè)備落后，沒有形成生產(chǎn)能力。相信在國家各部委的統(tǒng)一組織、領(lǐng)導(dǎo)下，并爭取企業(yè)介入，建立我國自己的研究、開發(fā)和生產(chǎn)聯(lián)合體，取各家之長，分工協(xié)作，到2010年趕上世界先進水平是可能的。要達到上述目的，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)實現(xiàn)4英寸GaAs生產(chǎn)線的國產(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國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MBE和MOCVD兩個基地的建設(shè)，引進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基藍綠光材料，InGaAs／InP和InGaAsP／InP等材料體系的實用化研究是當(dāng)務(wù)之急，爭取在“十五”末，能滿足國內(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。達到本世紀初的國際水平。
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，分別做好研究與開發(fā)工作。
1半導(dǎo)體材料的戰(zhàn)略地位
上世紀中葉，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70年代初石英光導(dǎo)纖維材料和GaAs激光器的發(fā)明，促進了光纖通信技術(shù)迅速發(fā)展并逐步形成了高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，使人類進入了信息時代。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)計思想，使半導(dǎo)體器件的設(shè)計與制造從“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)濟格局和軍事對抗的形式，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
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。目前直徑為8英寸（200mm）的Si單晶已實現(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)正處在由實驗室向工業(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年完成評估。18英寸重達414公斤的硅單晶和18英寸的硅園片已在實驗室研制成功，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)對現(xiàn)有器件特性影響所帶來的物理限制和光刻技術(shù)的限制問題，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)等來提高ULSI的集成度、運算速度和功能，但硅將最終難以滿足人類不斷的對更大信息量需求。為此，人們除尋求基于全新原理的量子計算和DNA生物計算等之外，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。
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；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特的優(yōu)勢。
目前，世界GaAs單晶的總年產(chǎn)量已超過200噸，其中以低位錯密度的垂直梯度凝固法（VGF）和水平（HB）方法生長的2－3英寸的導(dǎo)電GaAs襯底材料為主；近年來，為滿足高速移動通信的迫切需求，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，價格居高不下。
GaAs和InP單晶的發(fā)展趨勢是：（1）．增大晶體直徑，目前4英寸的SI－GaAs已用于生產(chǎn)，預(yù)計本世紀初的頭幾年直徑為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。（4）．GaAs和InP單晶的VGF生長技術(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)材料是基于先進生長技術(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)變補償材料體系已發(fā)展得相當(dāng)成熟，已成功地用來制造超高速，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500GHz,HEMT邏輯電路研制也發(fā)展很快。基于上述材料體系的光通信用1．3μm和1.5μm的量子阱激光器和探測器，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)器件等也已達到或接近達到實用化水平。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)動電路所需的低維結(jié)構(gòu)材料是解決光纖通信瓶頸問題的關(guān)鍵，在實驗室西門子公司已完成了80×40Gbps傳輸40km的實驗。另外，用于制造準連續(xù)兆瓦級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)極薄(～0．01μm）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)量子級聯(lián)耦合是解決此難題的有效途徑之一。我國早在1999年，就研制成功980nmInGaAs帶間量子級聯(lián)激光器，輸出功率達5W以上；2000年初，法國湯姆遜公司又報道了單個激光器準連續(xù)輸出功率超過10瓦好結(jié)果。最近，我國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)體激光器的能隙對激光器波長范圍的限制，1994年美國貝爾實驗室發(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聯(lián)激光器，突破了半導(dǎo)體能隙對波長的限制。自從1994年InGaAs／InAIAs／InP量子級聯(lián)激光器（QCLs）發(fā)明以來，Bell實驗室等的科學(xué)家，在過去的7年多的時間里，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)使波長為9．1μm的QCLs的工作溫度高達312K，連續(xù)輸出功率3mW。量子級聯(lián)激光器的工作波長已覆蓋近紅外到遠紅外波段（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室溫準連續(xù)應(yīng)變補償量子級聯(lián)激光器，使我國成為能研制這類高質(zhì)量激光器材料為數(shù)不多的幾個國家之一。
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英寸過渡；生產(chǎn)型的MBE和M0CVD設(shè)備已研制成功并投入使用，每臺年生產(chǎn)能力可高達3．75×104片4英寸或1．5×104片6英寸。英國卡迪夫的MOCVD中心，法國的PicogigaMBE基地，美國的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，必然促進襯底材料設(shè)備和材料評價技術(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。但由于硅是間接帶隙，如何提高硅基材料發(fā)光效率就成為一個亟待解決的問題。雖經(jīng)多年研究，但進展緩慢。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量子點和量子點超晶格材料，Si／SiC量子點材料，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，他們在12英寸的硅襯底上，用鈦酸鍶作協(xié)變層（柔性層），成功的生長了器件級的GaAs外延薄膜，取得了突破性的進展。
2.4一維量子線、零維量子點半導(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（通過能帶工程實施）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)體材料生長與制備主要集中在幾個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)重點實驗室的MBE小組等研制成功的In（Ga）As／GaAs高功率量子點激光器，工作波長lμm左右，單管室溫連續(xù)輸出功率高達3．6～4W。特別應(yīng)當(dāng)指出的是我國上述的MBE小組，2001年通過在高功率量子點激光器的有源區(qū)材料結(jié)構(gòu)中引入應(yīng)力緩解層，抑制了缺陷和位錯的產(chǎn)生，提高了量子點激光器的工作壽命，室溫下連續(xù)輸出功率為1W時工作壽命超過5000小時，這是大功率激光器的一個關(guān)鍵參數(shù)，至今未見國外報道。
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展，1994年日本NTT就研制成功溝道長度為30nm納米單電子晶體管，并在150K觀察到柵控源－漏電流振蕩；1997年美國又報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)實現(xiàn)了128Mb的單電子存貯器原型樣機的制造，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，基于量子點的自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)計算機，單光子源和應(yīng)用于量子計算的量子比特的構(gòu)建等方面的研究也正在進行中。
與半導(dǎo)體超晶格和量子點結(jié)構(gòu)的生長制備相比，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)重點實驗室的MBE小組，在繼利用MBE技術(shù)和SK生長模式，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InAs／InAlAs量子線超晶格的空間自對準（垂直或斜對準）的物理起因和生長控制進行了研究，取得了較大進展。
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，基于無催化劑、控制生長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，幾乎無缺陷和位錯；納米線呈矩形截面，典型的寬度為20－300nm，寬厚比為5－10，長度可達數(shù)毫米。這種半導(dǎo)體氧化物納米帶是一個理想的材料體系，可以用來研究載流子維度受限的輸運現(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)的生長制各方面也取得了重要進展。
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)材料生長和精細加工工藝相結(jié)合的方法，應(yīng)變自組裝量子線、量子點材料生長技術(shù)，圖形化襯底和不同取向晶面選擇生長技術(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物理或化學(xué)方法制備量子點和量子線的技術(shù)等。目前發(fā)展的主要趨勢是尋找原子級無損傷加工方法和納米結(jié)構(gòu)的應(yīng)變自組裝可控生長技術(shù)，以求獲得大小、形狀均勻、密度可控的無缺陷納米結(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，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、綠光發(fā)光二極管（LED)和紫、藍、綠光激光器（LD）以及紫外探測器等應(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基材料成為藍綠光發(fā)光材料的研究熱點。目前，GaN基藍綠光發(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140GHz，fT=67GHz，跨導(dǎo)為260ms／mm；HEMT器件也相繼問世，發(fā)展很快。此外，256×256GaN基紫外光電焦平面陣列探測器也已研制成功。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，這將有力的推動藍光激光器和GaN基電子器件的發(fā)展。另外，近年來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，這是因為它們在長波長光通信用高T0光源和太陽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基材料襯低的藍綠光LED業(yè)已上市，并參于與以藍寶石為襯低的GaN基發(fā)光器件的竟?fàn)?。其他SiC相關(guān)高溫器件的研制也取得了長足的進步。目前存在的主要問題是材料中的缺陷密度高，且價格昂貴。
II－VI族蘭綠光材料研制在徘徊了近30年后，于1990年美國3M公司成功地解決了II－VI族的P型摻雜難點而得到迅速發(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1000小時，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)致的點缺陷密度和進一步降低失配位錯和解決歐姆接觸等問題，仍是該材料體系走向?qū)嵱没氨仨氁鉀Q的問題。
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)或晶體的對稱性等物理參數(shù)有較大差異的材料體系，如GaN／藍寶石（Sapphire），SiC／Si和GaN／Si等。大晶格失配引發(fā)界面處大量位錯和缺陷的產(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面影響，是目前材料制備中的一個迫切要解決的關(guān)鍵科學(xué)問題。這個問題的解泱，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)體材料仍處在實驗室研制階段，不少影響這類材料發(fā)展的關(guān)鍵問題,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與N型摻雜，II－VI族材料的退化機理等仍是制約這些材料實用化的關(guān)鍵問題，國內(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)制在與工作波長相比擬的尺度，來自結(jié)構(gòu)單元的散射波的多重干涉形成一個光子帶隙，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，可形成適用于可見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展，但三維光子晶體的研究，仍是一個具有挑戰(zhàn)性的課題。最近，Campbell等人提出了全息光柵光刻的方法來制造三維光子晶體，取得了進展。
4量子比特構(gòu)建與材料
隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，計算機芯片集成度不斷增高，器件尺寸越來越?。╪m尺度）并最終將受到器件工作原理和工藝技術(shù)限制，而無法滿足人類對更大信息量的需求。為此，發(fā)展基于全新原理和結(jié)構(gòu)的功能強大的計算機是21世紀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。
所謂量子計算機是應(yīng)用量子力學(xué)原理進行計算的裝置，理論上講它比傳統(tǒng)計算機有更快的運算速度，更大信息傳遞量和更高信息安全保障，有可能超越目前計算機理想極限。實現(xiàn)量子比特構(gòu)造和量子計算機的設(shè)想方案很多，其中最引人注目的是Kane最近提出的一個實現(xiàn)大規(guī)模量子計算的方案。其核心是利用硅納米電子器件中磷施主核自旋進行信息編碼，通過外加電場控制核自旋間相互作用實現(xiàn)其邏輯運算，自旋測量是由自旋極化電子電流來完成，計算機要工作在mK的低溫下。
這種量子計算機的最終實現(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)對磷核自旋的干擾，必需使用高純（無雜質(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絕緣層的無序漲落以及如何在硅里摻入規(guī)則的磷原子陣列等是實現(xiàn)量子計算的關(guān)鍵。量子態(tài)在傳輸，處理和存儲過程中可能因環(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)模計算中能否始終保持量子態(tài)間的相干是量子計算機走向?qū)嵱没八匦杩朔碾y題。
5發(fā)展我國半導(dǎo)體材料的幾點建議
鑒于我國目前的工業(yè)基礎(chǔ)，國力和半導(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)地位至少到本世紀中葉都不會改變，至今國內(nèi)各大集成電路制造廠家所需的硅片基本上是依賴進口。目前國內(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)。建議國家集中人力和財力，首先開展8英寸硅單晶實用化和6英寸硅外延片研究開發(fā)，在“十五”的后期，爭取做到8英寸集成電路生產(chǎn)線用硅單晶材料的國產(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)及時布點研制。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)試劑等也必需同時給以重視，只有這樣，才能逐步改觀我國微電子技術(shù)的落后局面，進入世界發(fā)達國家之林。
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等單晶材料同國外的差距主要表現(xiàn)在拉晶和晶片加工設(shè)備落后，沒有形成生產(chǎn)能力。相信在國家各部委的統(tǒng)一組織、領(lǐng)導(dǎo)下，并爭取企業(yè)介入，建立我國自己的研究、開發(fā)和生產(chǎn)聯(lián)合體，取各家之長，分工協(xié)作，到2010年趕上世界先進水平是可能的。要達到上述目的，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)實現(xiàn)4英寸GaAs生產(chǎn)線的國產(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
從目前我國國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MBE和MOCVD兩個基地的建設(shè)，引進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基藍綠光材料，InGaAs／InP和InGaAsP／InP等材料體系的實用化研究是當(dāng)務(wù)之急，爭取在“十五”末，能滿足國內(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。達到本世紀初的國際水平。
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，分別做好研究與開發(fā)工作。
1半導(dǎo)體材料的戰(zhàn)略地位
上世紀中葉，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70年代初石英光導(dǎo)纖維材料和GaAs激光器的發(fā)明，促進了光纖通信技術(shù)迅速發(fā)展并逐步形成了高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，使人類進入了信息時代。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)計思想，使半導(dǎo)體器件的設(shè)計與制造從“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)濟格局和軍事對抗的形式，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
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。目前直徑為8英寸（200mm）的Si單晶已實現(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)正處在由實驗室向工業(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年完成評估。18英寸重達414公斤的硅單晶和18英寸的硅園片已在實驗室研制成功，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)對現(xiàn)有器件特性影響所帶來的物理限制和光刻技術(shù)的限制問題，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)等來提高ULSI的集成度、運算速度和功能，但硅將最終難以滿足人類不斷的對更大信息量需求。為此，人們除尋求基于全新原理的量子計算和DNA生物計算等之外，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。
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；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特的優(yōu)勢。
目前，世界GaAs單晶的總年產(chǎn)量已超過200噸，其中以低位錯密度的垂直梯度凝固法（VGF）和水平（HB）方法生長的2－3英寸的導(dǎo)電GaAs襯底材料為主；近年來，為滿足高速移動通信的迫切需求，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，價格居高不下。
GaAs和InP單晶的發(fā)展趨勢是：
（1）。增大晶體直徑，目前4英寸的SI－GaAs已用于生產(chǎn)，預(yù)計本世紀初的頭幾年直徑為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。
（4）。GaAs和InP單晶的VGF生長技術(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)材料是基于先進生長技術(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)變補償材料體系已發(fā)展得相當(dāng)成熟，已成功地用來制造超高速，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)器件等也已達到或接近達到實用化水平。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)動電路所需的低維結(jié)構(gòu)材料是解決光纖通信瓶頸問題的關(guān)鍵，在實驗室西門子公司已完成了80×40Gbps傳輸40km的實驗。另外，用于制造準連續(xù)兆瓦級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)量子級聯(lián)耦合是解決此難題的有效途徑之一。我國早在1999年，就研制成功980nmInGaAs帶間量子級聯(lián)激光器，輸出功率達5W以上；2000年初，法國湯姆遜公司又報道了單個激光器準連續(xù)輸出功率超過10瓦好結(jié)果。最近，我國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)體激光器的能隙對激光器波長范圍的限制，1994年美國貝爾實驗室發(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聯(lián)激光器，突破了半導(dǎo)體能隙對波長的限制。自從1994年InGaAs／InAIAs／InP量子級聯(lián)激光器（QCLs）發(fā)明以來，Bell實驗室等的科學(xué)家，在過去的7年多的時間里，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)使波長為9.1μm的QCLs的工作溫度高達312K，連續(xù)輸出功率3mW.量子級聯(lián)激光器的工作波長已覆蓋近紅外到遠紅外波段（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室溫準連續(xù)應(yīng)變補償量子級聯(lián)激光器，使我國成為能研制這類高質(zhì)量激光器材料為數(shù)不多的幾個國家之一。
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英寸過渡；生產(chǎn)型的MBE和M0CVD設(shè)備已研制成功并投入使用，每臺年生產(chǎn)能力可高達3.75×104片4英寸或1.5×104片6英寸。英國卡迪夫的MOCVD中心，法國的PicogigaMBE基地，美國的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，必然促進襯底材料設(shè)備和材料評價技術(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。但由于硅是間接帶隙，如何提高硅基材料發(fā)光效率就成為一個亟待解決的問題。雖經(jīng)多年研究，但進展緩慢。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量子點和量子點超晶格材料，Si／SiC量子點材料，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，他們在12英寸的硅襯底上，用鈦酸鍶作協(xié)變層（柔性層），成功的生長了器件級的GaAs外延薄膜，取得了突破性的進展。
2.4一維量子線、零維量子點半導(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（通過能帶工程實施）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)體材料生長與制備主要集中在幾個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)重點實驗室的MBE小組等研制成功的In（Ga）As／GaAs高功率量子點激光器，工作波長lμm左右，單管室溫連續(xù)輸出功率高達3.6～4W.特別應(yīng)當(dāng)指出的是我國上述的MBE小組，2001年通過在高功率量子點激光器的有源區(qū)材料結(jié)構(gòu)中引入應(yīng)力緩解層，抑制了缺陷和位錯的產(chǎn)生，提高了量子點激光器的工作壽命，室溫下連續(xù)輸出功率為1W時工作壽命超過5000小時，這是大功率激光器的一個關(guān)鍵參數(shù)，至今未見國外報道。
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展，1994年日本NTT就研制成功溝道長度為30nm納米單電子晶體管，并在150K觀察到柵控源－漏電流振蕩；1997年美國又報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)實現(xiàn)了128Mb的單電子存貯器原型樣機的制造，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，基于量子點的自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)計算機，單光子源和應(yīng)用于量子計算的量子比特的構(gòu)建等方面的研究也正在進行中。
與半導(dǎo)體超晶格和量子點結(jié)構(gòu)的生長制備相比，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)重點實驗室的MBE小組，在繼利用MBE技術(shù)和SK生長模式，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InAs／InAlAs量子線超晶格的空間自對準（垂直或斜對準）的物理起因和生長控制進行了研究，取得了較大進展。
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，基于無催化劑、控制生長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，幾乎無缺陷和位錯；納米線呈矩形截面，典型的寬度為20－300nm，寬厚比為5－10，長度可達數(shù)毫米。這種半導(dǎo)體氧化物納米帶是一個理想的材料體系，可以用來研究載流子維度受限的輸運現(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)的生長制各方面也取得了重要進展。
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)材料生長和精細加工工藝相結(jié)合的方法，應(yīng)變自組裝量子線、量子點材料生長技術(shù)，圖形化襯底和不同取向晶面選擇生長技術(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物理或化學(xué)方法制備量子點和量子線的技術(shù)等。目前發(fā)展的主要趨勢是尋找原子級無損傷加工方法和納米結(jié)構(gòu)的應(yīng)變自組裝可控生長技術(shù)，以求獲得大小、形狀均勻、密度可控的無缺陷納米結(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，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、綠光發(fā)光二極管（LED）和紫、藍、綠光激光器（LD）以及紫外探測器等應(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基材料成為藍綠光發(fā)光材料的研究熱點。目前，GaN基藍綠光發(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140GHz，fT=67GHz，跨導(dǎo)為260ms／mm；HEMT器件也相繼問世，發(fā)展很快。此外，256×256GaN基紫外光電焦平面陣列探測器也已研制成功。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，這將有力的推動藍光激光器和GaN基電子器件的發(fā)展。另外，近年來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，這是因為它們在長波長光通信用高T0光源和太陽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基材料襯低的藍綠光LED業(yè)已上市，并參于與以藍寶石為襯低的GaN基發(fā)光器件的竟?fàn)?。其他SiC相關(guān)高溫器件的研制也取得了長足的進步。目前存在的主要問題是材料中的缺陷密度高，且價格昂貴。
II－VI族蘭綠光材料研制在徘徊了近30年后，于1990年美國3M公司成功地解決了II－VI族的P型摻雜難點而得到迅速發(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1000小時，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)致的點缺陷密度和進一步降低失配位錯和解決歐姆接觸等問題，仍是該材料體系走向?qū)嵱没氨仨氁鉀Q的問題。
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)或晶體的對稱性等物理參數(shù)有較大差異的材料體系，如GaN／藍寶石（Sapphire），SiC／Si和GaN／Si等。大晶格失配引發(fā)界面處大量位錯和缺陷的產(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面影響，是目前材料制備中的一個迫切要解決的關(guān)鍵科學(xué)問題。這個問題的解泱，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)體材料仍處在實驗室研制階段，不少影響這類材料發(fā)展的關(guān)鍵問題，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與N型摻雜，II－VI族材料的退化機理等仍是制約這些材料實用化的關(guān)鍵問題，國內(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)制在與工作波長相比擬的尺度，來自結(jié)構(gòu)單元的散射波的多重干涉形成一個光子帶隙，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展，但三維光子晶體的研究，仍是一個具有挑戰(zhàn)性的課題。最近，Campbell等人提出了全息光柵光刻的方法來制造三維光子晶體，取得了進展。
4量子比特構(gòu)建與材料
隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，計算機芯片集成度不斷增高，器件尺寸越來越小（nm尺度）并最終將受到器件工作原理和工藝技術(shù)限制，而無法滿足人類對更大信息量的需求。為此，發(fā)展基于全新原理和結(jié)構(gòu)的功能強大的計算機是21世紀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。
所謂量子計算機是應(yīng)用量子力學(xué)原理進行計的裝置，理論上講它比傳統(tǒng)計算機有更快的運算速度，更大信息傳遞量和更高信息安全保障，有可能超越目前計算機理想極限。實現(xiàn)量子比特構(gòu)造和量子計算機的設(shè)想方案很多，其中最引人注目的是Kane最近提出的一個實現(xiàn)大規(guī)模量子計算的方案。其核心是利用硅納米電子器件中磷施主核自旋進行信息編碼，通過外加電場控制核自旋間相互作用實現(xiàn)其邏輯運算，自旋測量是由自旋極化電子電流來完成，計算機要工作在mK的低溫下。
這種量子計算機的最終實現(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)對磷核自旋的干擾，必需使用高純（無雜質(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絕緣層的無序漲落以及如何在硅里摻入規(guī)則的磷原子陣列等是實現(xiàn)量子計算的關(guān)鍵。量子態(tài)在傳輸，處理和存儲過程中可能因環(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)模計算中能否始終保持量子態(tài)間的相干是量子計算機走向?qū)嵱没八匦杩朔碾y題。
5發(fā)展我國半導(dǎo)體材料的幾點建議
鑒于我國目前的工業(yè)基礎(chǔ)，國力和半導(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
至少到本世紀中葉都不會改變，至今國內(nèi)各大集成電路制造廠家所需的硅片基本上是依賴進口。目前國內(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)。建議國家集中人力和財力，首先開展8英寸硅單晶實用化和6英寸硅外延片研究開發(fā)，在“十五”的后期，爭取做到8英寸集成電路生產(chǎn)線用硅單晶材料的國產(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)及時布點研制。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)試劑等也必需同時給以重視，只有這樣，才能逐步改觀我國微電子技術(shù)的落后局面，進入世界發(fā)達國家之林。
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等單晶材料同國外的差距主要表現(xiàn)在拉晶和晶片加工設(shè)備落后，沒有形成生產(chǎn)能力。相信在國家各部委的統(tǒng)一組織、領(lǐng)導(dǎo)下，并爭取企業(yè)介入，建立我國自己的研究、開發(fā)和生產(chǎn)聯(lián)合體，取各家之長，分工協(xié)作，到2010年趕上世界先進水平是可能的。要達到上述目的，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)實現(xiàn)4英寸GaAs生產(chǎn)線的國產(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國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MBE和MOCVD兩個基地的建設(shè)，引進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基藍綠光材料，InGaAs／InP和InGaAsP／InP等材料體系的實用化研究是當(dāng)務(wù)之急，爭取在“十五”末，能滿足國內(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。達到本世紀初的國際水平。
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，分別做好研究與開發(fā)工作。
近年來，現(xiàn)代化木材加工工業(yè)發(fā)展迅猛，木質(zhì)復(fù)合材料的加工因此得到了高速發(fā)展。隨著人們環(huán)保意識的增強，人造板工業(yè)，如纖維板、刨花板、膠合板、層積材和竹木業(yè)等木質(zhì)復(fù)合材料的出現(xiàn)得到了越來越多的發(fā)展空間。這些傳統(tǒng)的木工刀具材料已不能滿足工藝要求。目前我國是亞洲生產(chǎn)中密度纖維板（MDF）最大的國家。2001年強化木地板實際產(chǎn)量已增至6000萬m2，如此大量增長的需求對切削加工工具提出了新的要求。在切削人造板等木質(zhì)復(fù)合材料時使用的刀具材料主要是硬質(zhì)合金，硬質(zhì)合金的耐磨性、耐熱性和硬度很高。但由于木材本身具有很高的各向異性結(jié)構(gòu)，使得與刀具的摩擦系數(shù)很大，而且木質(zhì)復(fù)合材料本身既含有造成刀具機械擦傷的硬質(zhì)點，又因某些人造板表面還有難以加工的硬質(zhì)涂層，有引發(fā)刀具發(fā)生化學(xué)腐蝕的酸性介質(zhì)，這些都會加劇刀具磨損和腐蝕，不僅大大縮短了使用壽命，而且嚴重降低了產(chǎn)品的質(zhì)量，進而影響了產(chǎn)品的加工成本和生產(chǎn)效率?，F(xiàn)有的硬質(zhì)合金刀具在耐磨和耐腐蝕性方面已經(jīng)不能滿足要求，為了達到良好的經(jīng)濟效益和社會效益，市場迫切需要高性能的、高質(zhì)量的木工加工刀具。
一、木工刀具新材料
通常用于木工刀具的切削材料主要為碳素工具鋼、合金工具鋼、斯太立合金、高速鋼等，這些材料常用于低切削速度、低進料速度和加工精度要求不高的場合，如刨刀、鋸片、銑刀等，一般用于實木加工。隨著纖維板、刨花板、膠合板和層積材等木質(zhì)復(fù)合材料的出現(xiàn)，這些傳統(tǒng)的切削材料已不能滿足工藝要求。原用于金屬加工的硬質(zhì)合金材料，現(xiàn)廣泛地應(yīng)用于木材加工用刀具，并逐漸替代了高速鋼等材料，提了生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量。常用木工刀具的物理機械性能如下表1示：
從上表可知，聚晶金剛石和立方氮化硼具有極高的硬度和耐磨性，特別是聚晶金剛石，其顯微硬度可達10000HV，是刀具材料中最硬的材料。同時它的摩擦系數(shù)小，熱膨脹系數(shù)低，與非鐵金屬無親和力，切屑易流出，導(dǎo)熱率高，切削時不易產(chǎn)生積屑瘤，可以避免熱量對刀刃和工件的影響，因此刀刃不易鈍化，切削變形小，可以獲得較高質(zhì)量的表面。能有效地加工非鐵金屬材料和非金屬材料，如銅、鋁等有色金屬及其合金、陶瓷、各種纖維和顆粒加強的復(fù)合材料（尤其是實木和膠合板等復(fù)合材料）。超硬刀具材料包括金剛石刀具和立方氮化硼刀具，其中以人造金剛石復(fù)合片（PCD）刀具及立方氮化硼復(fù)合片（PCBN）刀具占主導(dǎo)地位。超硬刀具近40%用于木工刀具。PCD木工刀具主要可分為PCD鋸片和PCD成形銑刀兩大類，PCD鋸片是將PCD刀齒焊接在鋸片基體上再經(jīng)刃磨后形成，其結(jié)構(gòu)與硬質(zhì)合金鋸片類似，不同之處是PCD鋸片的前角較硬質(zhì)合金鋸片小，一般為50～100，楔角為650～750，鋸片規(guī)格一般為Φ100～450mm，鋸齒數(shù)可多達72齒。PCD成形銑刀的主要品種有用于加工實木地板、復(fù)合地板、強化木地板、竹木地板的修邊刀、榫槽刀及PCD家具成形刀等。PCD成形銑刀的切削速度可達3000m/min，走刀量可達每分鐘數(shù)米，刀具耐用度是硬質(zhì)合金刀具的幾十倍甚至幾百倍，由于具有高效率、高耐用度等特點，尤其適合于大批量加工。
二、木工刀具的新技術(shù)
隨著木工行業(yè)的技術(shù)進步和快速發(fā)展，木材加工企業(yè)的很多設(shè)備都需要根據(jù)工藝要求，進行特殊設(shè)計和制造。這些專用設(shè)備具有特別的用途、很高的切削速度和很大的生產(chǎn)能力，因此，對刀具的設(shè)計、刀體材料、切削材料、重量和精度都有很高的要求。目前雙端銑刀具的線速度已達110m/s、進給速度高達180m/min，最高可達300m/min;最快的木工四面刨床的進給速度為600m/min;CNC加工中心的主同高速已達5萬r/min，進料速度達到200m/min。高速切削能有效地提高生產(chǎn)效率，提高設(shè)備的運轉(zhuǎn)效率，同時可以減小刀具的切削力，提高工件的加工表面質(zhì)量，延長刀具的壽命。超微顆粒、特殊牌號的硬質(zhì)合金和金剛石的廣泛應(yīng)用，為高速切削刀具提供更廣闊的發(fā)展空間。
制造精度隨著機械加工業(yè)的發(fā)展，制造木工刀具的機械精度越來越高。先進的檢測儀器和檢測手段，提高了木工刀具的制造精度，刀具的公差已達微米級精度。木工刀具精度等級的提高，不僅提高了工件的加工質(zhì)量，也為高速高效切削提供可靠的保證。安裝精度除刀具的制造精度外，刀具在機床上的精確安裝也非常重要，它不僅影響刀具本身，也影響著機床的使用和壽命。改善刀具的夾持方式是提高刀具安裝精度的有效方法。通常刀具都是帶有中心孔的盤類刀具，與主軸的配合一般為基孔制，小間隙配合，在低速運轉(zhuǎn)時，不會產(chǎn)生顯著影響。但對于四面刨和雙端銑類機床，在使用盤類刀具時，應(yīng)采用液壓夾緊軸套，完全消除了液壓軸套和刀軸之間以及軸套和刀具之間的配合間隙，保證了刀具回轉(zhuǎn)中心和刀軸旋轉(zhuǎn)軸線一致，提高了刀具回轉(zhuǎn)精度、定中心精度和動平衡精度。對于CNC設(shè)備，則采用錐度定位夾緊，如ISO、SK系列錐度夾頭、HSK中空錐（下轉(zhuǎn)第221頁）（上接第216頁）度夾頭等，這種夾持方式提高了刀具的定位精度。輕金屬刀體，可以降低刀具的重量，提升動平衡等級。金剛石刀具的制造精度已達微米級精度，采用先進的夾緊技術(shù)，不僅提高了刀具的裝夾和定位精度，而且提高了刀具的運轉(zhuǎn)精度，保證了產(chǎn)品的加工質(zhì)量，同時也延長了刀具的使用壽命。
三、木工刀具的新工藝
二、“Web主導(dǎo)下材料工程類
學(xué)生自主案例教學(xué)法”的實施方案在實施前，對實施的過程和步驟進行了認真分析，對實施方案的總體框架和實施具體步驟進行了設(shè)計，實施方案如下：第一階段：規(guī)劃。制定教學(xué)目標，確定實驗班級。教材調(diào)整，確定講授重點。以教師為主，包括課堂講授的安排，講授重點的確定，以及為學(xué)生編寫模擬操作指導(dǎo)大綱等。第二階段：執(zhí)行。發(fā)動學(xué)生，明確任務(wù)。網(wǎng)絡(luò)操作，案例設(shè)計。在線指導(dǎo)，提高案例質(zhì)量。以學(xué)生為主，教師指導(dǎo)。使學(xué)生意識到自己的“工程師”角色，在虛擬仿真環(huán)境中動手操作，完成生產(chǎn)任務(wù)。教師可通過前端軟件實時觀察學(xué)生的操作行為，回答他們提出的問題并分析模擬結(jié)果。學(xué)生和老師之間、學(xué)生和學(xué)生之間在信息窗口通過文本進行交流。不同地點的學(xué)生可以組合起來，在同一個模擬模型中分別進行操作。第三階段：分析和討論。根據(jù)模擬操作記錄，全班交流研討，教師點評。師生結(jié)合，互動交流。教師從學(xué)生的操作結(jié)果中選取典型案例，讓學(xué)生制作講演課件，給全班同學(xué)分析自己的成功與失敗經(jīng)驗，教師在交流中給予適時的點評，并進行成績評定。第四階段：總結(jié)。遴選優(yōu)秀操作記錄，編寫示范案例。對學(xué)生的優(yōu)秀設(shè)計案例進行整理歸納，為教師進行課62教學(xué)新思維堂多媒體教學(xué)時使用，也可作為學(xué)生課外預(yù)習(xí)、復(fù)習(xí)、自學(xué)的電子版的立體化教材。
三、個案舉例
鋼鐵大學(xué)網(wǎng)站提供了鋼鐵應(yīng)用、鋼鐵設(shè)計及冶煉等仿真模塊，包括了現(xiàn)代鋼鐵生產(chǎn)的主要工序，可以為材料工程，尤其是金屬材料工程專業(yè)大多數(shù)專業(yè)課程教學(xué)所采用。如在金屬學(xué)材料學(xué)課程教學(xué)中，布置了一個生產(chǎn)任務(wù)：現(xiàn)收到一客戶訂單，要為一座海洋平臺生產(chǎn)一種易焊接的高強度厚鋼板，鋼種的成份和工藝路線由生產(chǎn)方來確定。訂單要求生產(chǎn)9000t的高強度厚板，鋼板對機械性能的要求為：屈服強度，LYS＞375Mpa；抗拉強度，530Mpa＜UTS＜620Mpa；54J夏比沖擊轉(zhuǎn)變溫度，ITT＜-40℃；屈強比LYS/UTS＜0.82。使用網(wǎng)站中關(guān)于海洋平臺用中厚板鋼的設(shè)計模塊進行仿真?！緦W(xué)生自主案例】鋼種成分的設(shè)計在工藝路線為50mm鋼板中度控軋、25mm鋼板輕度控軋、90mm鋼板中度控軋的情況下，經(jīng)過調(diào)試發(fā)現(xiàn)Cr、Mo、Ni、V可以不參與設(shè)計考慮范圍，C、Si、Mn在一定的含量內(nèi)變化，主要調(diào)節(jié)Cu、Al、N、Nb元素的含量改變鋼材的力學(xué)性能，得到了滿足客戶性能要求的3種不同鋼種。從而使基體強度提高，以及固溶體與運動位錯間的相互作用，阻礙了位錯的運動，從而使鋼種強度提高；2號鋼種N、Nb、Al含量較高，主要強化機理是：N與Te形成間隙固溶體，起到固溶強化；在鋼中加入的Nb，Nb元素能形成碳的化合物、氮的化合物或碳氮化合物，在軋制或軋后冷卻中沉淀析出，起到第二相沉淀作用；同時，N與Al、Nb形成氮化合物或碳氮化合物，能釘扎晶界，阻礙晶粒長大，起到細晶強化。3號鋼種的設(shè)計是在2號基礎(chǔ)上調(diào)試Al元素的含量，3號鋼種Al含量較低。
內(nèi)蒙古科技大學(xué)坐落在“草原鋼城”包頭，1956年建校，1960年更名為包頭鋼鐵學(xué)院，隸屬原冶金工業(yè)部，1998年劃歸管理，2003 年更名為內(nèi)蒙古科技大學(xué)。它定位于一所教學(xué)研究型普通高等學(xué)校，以冶金工程、材料工程、礦業(yè)工程等優(yōu)勢學(xué)科為依托，形成以工科為主，建設(shè)在冶金、材料、礦業(yè)、機電、建筑、能源等領(lǐng)域具有優(yōu)勢的學(xué)科專業(yè)體系，培養(yǎng)“上手快、留得住、后勁足”，具有實踐能力、創(chuàng)新意識和創(chuàng)業(yè)精神的高級應(yīng)用型專門人才[1]。
我校材料成型與控制工程系始創(chuàng)于建校伊始的1956年，由軋鋼這個具有相當(dāng)長歷史的老專業(yè)發(fā)展和演變而來，專業(yè)改造后在名義上這一老專業(yè)方向不存在了，但新專業(yè)傳承了軋鋼這一老專業(yè)的特點與內(nèi)涵。本專業(yè)是我校傳統(tǒng)的優(yōu)勢學(xué)科，1996年獲得材料加工工程碩士學(xué)位授予權(quán)，2004年獲得材料工程領(lǐng)域工程碩士授予權(quán)，目前是材料科學(xué)與工程博士學(xué)位支撐點建設(shè)學(xué)科。1998年教育部進行高等院校本科專業(yè)目錄調(diào)整時，設(shè)立了材料成形與控制工程這樣一個新的本科專業(yè)，從該專業(yè)在我校的演變歷史可以看出其專業(yè)范圍重點還是傳統(tǒng)的軋鋼專業(yè)，以側(cè)重于為鋼鐵工業(yè)培養(yǎng)專業(yè)技術(shù)人才為主要目的，畢業(yè)生的去向也主要集中在鋼鐵企業(yè)[2]。
一、當(dāng)前畢業(yè)設(shè)計(論文)中存在的主要問題
（一）設(shè)計(論文)的命題
命題是畢業(yè)設(shè)計(論文)的起航點，立題不當(dāng)，可能會使整個畢業(yè)設(shè)計的創(chuàng)新性和目的性黯然失色[3]。實際畢業(yè)設(shè)計(論文)中選題不當(dāng)常有發(fā)生，其原因各異。
有些命題過于陳舊，這尤其體現(xiàn)在畢業(yè)設(shè)計的命題上。按照我校本專業(yè)的傳統(tǒng)，畢業(yè)設(shè)計主要是針對鋼鐵企業(yè)軋鋼廠的生產(chǎn)車間進行設(shè)計。隨著我國的鋼鐵工業(yè)近10年來迅猛發(fā)展，發(fā)生了天翻地覆的變化，新的裝備和控制手段被大量的應(yīng)用到現(xiàn)代化的鋼鐵生產(chǎn)線上，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)發(fā)生的更本的變化，很多傳統(tǒng)的觀點和思維被打破[4]。在這種背景下，部分命題仍然按照10年以前的標準來制定，就顯得有些更不上時代，不僅如此，還會造成學(xué)生可能存在抄襲現(xiàn)象，影響了對學(xué)生的鍛煉效果。
青年教師不能很好的把握畢業(yè)設(shè)計(論文)題目難度，這一點在筆者身上顯得尤為突出。筆者在博士畢業(yè)后，第一次指導(dǎo)學(xué)生做畢業(yè)設(shè)計(論文)，在給部分學(xué)生制定畢業(yè)論文題目時，沒有考慮到學(xué)生本身的知識結(jié)構(gòu)的局限，題目超出了學(xué)生所能承受的范圍，在完成畢業(yè)論文的過程中遇到了很多問題，影響了畢業(yè)論文的順利進行。
（二）學(xué)生投入不足
1、就業(yè)對學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(論文)投入的影響。就業(yè)對學(xué)生畢業(yè)設(shè)計投入的影響是本專業(yè)近期才出現(xiàn)的問題，是一個新問題。鑒于我校本專業(yè)畢業(yè)生擁有較強的專業(yè)性，在2008年以前我國鋼鐵工業(yè)迅速發(fā)展期間，本專業(yè)大四學(xué)生一般在秋季學(xué)期就找到了相應(yīng)的工作。然而近3年來，隨著鋼鐵工業(yè)整體的不景氣，我校本專業(yè)學(xué)生的就業(yè)形勢也受到不少影響，很多學(xué)生在大四的春季學(xué)期即進行畢業(yè)設(shè)計的學(xué)期還沒有能夠確定工作，尤其是女生。由于存在就業(yè)的壓力，迫使學(xué)生將更多的精力放在聯(lián)系工作之上，真正投入到畢業(yè)設(shè)計中的精力和時間有限，畢業(yè)設(shè)計時心不在焉，出現(xiàn)懈怠情緒。筆者所帶的學(xué)生中就存在這種現(xiàn)象，在整個期間，主要的精力放在聯(lián)系工作上，對整個畢業(yè)設(shè)計進程影響嚴重。
2、考研對畢業(yè)設(shè)計投入的影響。近些年來，隨著就業(yè)壓力的增加，為了緩解這種壓力不少學(xué)生選擇考研，一般初試成績約在3月份出來，那些過了初試需要準備復(fù)試的學(xué)生，在此期間難以全心去做畢業(yè)設(shè)計，這種狀態(tài)一般會持續(xù)到5月中旬，在研究生入取基本結(jié)束后，這部分學(xué)生才可能完全集中精力去準備畢業(yè)設(shè)計。
此外還有一部分學(xué)生是那種本身學(xué)習(xí)成績較差，在最后一學(xué)期不僅有就業(yè)壓力而且更重要的是還要疲于應(yīng)付各種掛科的清考。這一類的學(xué)生本身基礎(chǔ)比較差，在理論學(xué)習(xí)階段就養(yǎng)成了對學(xué)習(xí)不認真、得過且過的習(xí)慣，在就業(yè)和清考雙重壓力之下，只能有很少的精力投入到畢業(yè)設(shè)計中。這類學(xué)生在筆者所帶的學(xué)生中也存在，也是另筆者最頭疼的學(xué)生。
3、學(xué)生投入不足，也有部分原因是學(xué)生對畢業(yè)設(shè)計(論文)的重要性認識不夠。部分同學(xué)對研究題目認識不足，準備不充分，設(shè)計過程往往流于形式，其表現(xiàn)往往是應(yīng)付了事。這是一種普遍的心態(tài)，具有普遍性。
二、相關(guān)問題的改進
（一）完善命題
命題是指導(dǎo)教師的最重大的任務(wù)，為了保證質(zhì)量，在命題是筆者認為需要在以下幾個方面把關(guān)：首先從專業(yè)培養(yǎng)目標出發(fā)，設(shè)計的內(nèi)容應(yīng)與本行業(yè)最新的發(fā)展趨勢密切相關(guān)，這需要指導(dǎo)教師密切關(guān)注當(dāng)下國內(nèi)外鋼鐵工業(yè)的發(fā)展趨勢；其次設(shè)計(論文)題目難度應(yīng)適中，尤其是青年教師需要盡量避免這種現(xiàn)象的出現(xiàn)，針對青年教師容易出現(xiàn)這樣的問題，個人認為系主任要對青年教師制定的題目進行審核，對研究和設(shè)計的內(nèi)容進行把關(guān)，以確保學(xué)生能夠運用所學(xué)知識和現(xiàn)有條件在規(guī)定的時間內(nèi)完成畢業(yè)設(shè)計；最后，還需保證題目的多樣性，不僅要保證學(xué)生1人1題，更重要的是要避免題目重復(fù)出現(xiàn)。
（二）因材施教
學(xué)生經(jīng)過大學(xué)四年的學(xué)習(xí)，個體存在很大的差異，且新時期的學(xué)生每個人所追求的目標亦不相同，自身想法很多，因此在面對畢業(yè)設(shè)計時，學(xué)生心中所想也不盡相同，當(dāng)然最終的基本目的還是一致的即能夠完成畢業(yè)設(shè)計，順利畢業(yè)。
鑒于不同學(xué)生各自擁有不同客觀條件和自身追求，因此作為指導(dǎo)教師在面對學(xué)生是不能采用一刀切的方式進行指導(dǎo)，而是需要客觀的面對學(xué)生所固有的個體差異，因材施教，以確保每個學(xué)生都能完成畢業(yè)設(shè)計，順利畢業(yè)。
為此作為指導(dǎo)教師，首先應(yīng)該主動了解學(xué)生的基本情況。在初見學(xué)生的時候，明確學(xué)生的就業(yè)情況，是否簽約，簽約的意向以及將來擬從事工作的類型；了解學(xué)基礎(chǔ)課的學(xué)習(xí)成績，是否存在補考和最后的清考；學(xué)生的考研狀況，報考的學(xué)校和專業(yè)。
其次在明確學(xué)生的相關(guān)背景之后，充分考慮到學(xué)生的個體化差異，為不同學(xué)生量身定做其畢業(yè)設(shè)計或論文的內(nèi)容。具體的指導(dǎo)思想是重點培養(yǎng)對本學(xué)科有興趣的學(xué)生且精力足夠，將來要從事鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)或者研究領(lǐng)域的學(xué)生，按照評優(yōu)的標準去要求這些學(xué)生，激發(fā)這類學(xué)生的潛力，這類學(xué)生以做畢業(yè)論文為主，提前培養(yǎng)他們運用所學(xué)知識解決問題的能力，讓他們能夠?qū)W以致用；對于需要找工作，且將來樂于從事鋼鐵工業(yè)的學(xué)生要重點幫扶，這類學(xué)生以做畢業(yè)設(shè)計為主，我校本專業(yè)的畢業(yè)設(shè)計以軋鋼車間設(shè)計為主，整體套路成熟，但是缺乏創(chuàng)新性。讓這類學(xué)生做畢業(yè)設(shè)計可以讓學(xué)生了解軋鋼生產(chǎn)基本流程，設(shè)備狀況，了解車間設(shè)計的目的和意義，對將來熟悉工作環(huán)境打下一個良好的基礎(chǔ)。對于能力有限（主要是那些基礎(chǔ)課程成績很差，還需要參加補考和清考的學(xué)生），則需要重點照顧，適當(dāng)降低對他們的要求，讓需要補考的學(xué)生有足夠的時間去準備補考，同時指導(dǎo)教師要花更多的時間去跟蹤指導(dǎo)他們的設(shè)計，以避免學(xué)生過于放松設(shè)計；對于那些完全無意于從事本專業(yè)的學(xué)生，則不能再專業(yè)方面對他們施加過大的壓力，因為學(xué)生已經(jīng)對本專業(yè)的學(xué)習(xí)沒有興趣也就沒有做好畢業(yè)設(shè)計的動力，對于這樣子的學(xué)生，個人認為應(yīng)該盡量的幫助他們完成最基本的畢業(yè)設(shè)計內(nèi)容，確保順利畢業(yè)。
（三）嚴格紀律
當(dāng)然，對待不同的背景的學(xué)生采用不同的指導(dǎo)思想，并不是說放松對學(xué)生的要求。嚴格紀律仍然是不可或缺的，是畢業(yè)設(shè)計能夠順利完成是一個重要保障。
指導(dǎo)教師在充分考慮學(xué)生個體差異情況下制定研究和設(shè)計內(nèi)容后，在畢業(yè)設(shè)計的開始就要明確畢業(yè)設(shè)計的紀律，以嚴格的出勤、過程監(jiān)控、結(jié)果檢查、畢業(yè)答辯規(guī)章制度以及考核辦法，使學(xué)生認識和重視畢業(yè)設(shè)計，端正畢業(yè)設(shè)計態(tài)度，認真完成畢業(yè)設(shè)計。
此外，認真做好畢業(yè)設(shè)計的教育、動員和宣傳工作，使學(xué)生充分重視畢業(yè)設(shè)計在教學(xué)中的重要地位，亦是不可缺少的過程。
三、總結(jié)
綜上所述，本科畢業(yè)設(shè)計工作是高等學(xué)校人才培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)，在面對新的環(huán)境下出現(xiàn)的系列問題，指導(dǎo)教師一方面需要加強在命題科學(xué)性，前瞻性以及合理性方面的探索，另一方面要充分考慮學(xué)生自身的背景以及興趣愛好，在指導(dǎo)學(xué)生時因材施教，充分發(fā)揮每個學(xué)生的積極性，并輔之以嚴格的紀律，使學(xué)生順利完成畢業(yè)設(shè)計，提高能力，為將來的工作和進一步深造打下堅實的基礎(chǔ)。
參考文獻：
[1]李保衛(wèi).內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科教學(xué)水平評估自評報告[j].包頭:內(nèi)蒙古科技大學(xué),2008.
要做到
“五個注重”：
一要注重循序漸進。
小學(xué)階段的教育，
在人的一生中起著重要的啟蒙作用。
小學(xué)生的思想既存在單純、可塑性強的特點，又存在注意力難以集中、
心理承受能力較差的弱點。所以，對小學(xué)生進行思想政治教育要注重內(nèi)外部因素相結(jié)合，
把情感態(tài)度和價值觀的要求滲透于日常教學(xué)之中，
逐步提高學(xué)生的品德修養(yǎng)，
培養(yǎng)他們的良好個性和健全人格。
二要注重班風(fēng)建設(shè)。班級是小學(xué)生的主要活動場所，營造一個健康向上的班集體，有利于培養(yǎng)學(xué)生積極進取的思想意識。
要注重因人施教，營造溫馨班級，
充分發(fā)揮學(xué)生各自長處，
為班集體建設(shè)作出應(yīng)有的貢獻。要引導(dǎo)學(xué)生自覺投身于思想政治的學(xué)習(xí)當(dāng)中，促動孩子們在積累個人學(xué)識的同時，積極投身集體活動和社會實踐，培樹自覺主動為大家、為班集體、為社會服務(wù)意識。
三要注重言傳身教?！皫熣撸瑐鞯朗跇I(yè)解惑也?！苯處熢诮虒W(xué)過程中堅持傳播正能量，
做學(xué)生的榜樣，
這是師者的天職，更是教師的畢生追求。教師要增強責(zé)任意識，
以良好的師德影響學(xué)生，要把管理與育人、教書與育人有機結(jié)合，溝通師生之間的感情，使學(xué)生在愉快的情緒體驗中接受教育，以收到“親其師、信其道”的效果。
四要注重正面教育。
教育好下一代任重而道遠，
需要體現(xiàn)于日常潤物細無聲的教學(xué)工作之中。
教師要堅持以正面教育為主，
使小學(xué)生堅定愛黨愛國的信念，
樹立強烈的民族自豪感和自信心，
從小培養(yǎng)孩子們開放、創(chuàng)新、競爭意識。
工作中要“偏愛”后進生、嚴愛優(yōu)等生、博愛中等生，
引導(dǎo)學(xué)生一起成長進步。
五要注重實踐活動。
學(xué)生優(yōu)良品德的培養(yǎng)，離不開廣泛的實踐活動。通過適時組織學(xué)生開展各種課堂內(nèi)外系列實踐教育活動，
為學(xué)生提供充足的“互動機緣”，讓學(xué)生汲取更多的“優(yōu)良養(yǎng)分”。
諸如開展文明服務(wù)、敬老愛幼、助人為樂等活動，可以最大限度地提升學(xué)生的興趣愛好，
激發(fā)學(xué)生的求知欲望，淬煉學(xué)生的品格情操，從而促其不斷自我成長，培養(yǎng)出新一代
“四有”新人。
總之，
二、專業(yè)導(dǎo)論課的教學(xué)模式設(shè)計與實施
基于專業(yè)導(dǎo)論課的教學(xué)內(nèi)容安排和大一學(xué)生的學(xué)情，在專業(yè)導(dǎo)論課的教學(xué)設(shè)計中采用了多種形式，包括：課堂講述、主題調(diào)研報告、學(xué)研小組、專業(yè)論壇、專家講座、開放專業(yè)實驗等。首先，在大一新生的專業(yè)導(dǎo)論課上，學(xué)生會非常期待一場系統(tǒng)的、寬博的、具體的專業(yè)相關(guān)內(nèi)容介紹，他們急切地想要了解自己所在的專業(yè)、要學(xué)什么、要做什么及將來的發(fā)展前景。因此，系統(tǒng)地講述專業(yè)相關(guān)內(nèi)容是專業(yè)導(dǎo)論極其重要的第一堂課。在講述中引用實例，加入調(diào)查性的提問引起討論，以活躍課堂氣氛并激發(fā)學(xué)生思考某些問題。另外，專家講座是一個有益的補充。有專長、有成就的本學(xué)科領(lǐng)域內(nèi)的專家一定程度上代表著專業(yè)的被認可度，會帶來一種榜樣的力量。更多的專業(yè)相關(guān)知識和問題，在講述了基本的基礎(chǔ)知識的基礎(chǔ)上，則引導(dǎo)學(xué)生自己通過多種途徑去調(diào)研，培養(yǎng)學(xué)生閱讀、寫作及溝通的能力。就這一環(huán)節(jié)，始終圍繞一個“導(dǎo)”字，設(shè)計了專業(yè)論壇、專業(yè)主題調(diào)研、小組報告、學(xué)研小組等形式，引導(dǎo)學(xué)生開展自主性的專業(yè)相關(guān)主題調(diào)研、引導(dǎo)學(xué)生進行小組合作并培養(yǎng)團隊精神、引導(dǎo)學(xué)生面對問題時學(xué)會多種途徑去解疑釋惑，促使學(xué)生“自己動手，豐衣足食”，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、思考問題和解決問題的能力以及團隊合作的能力。實踐表明，這些在大一時就積極參與實驗的學(xué)生在后來參加大學(xué)生科技創(chuàng)新訓(xùn)練項目和創(chuàng)新實踐比賽中都表現(xiàn)出了優(yōu)勢。按照課程教學(xué)要求，專業(yè)導(dǎo)論課中必須開設(shè)大學(xué)成長規(guī)劃和職業(yè)生涯規(guī)劃的內(nèi)容。在這一部分中，鼓勵學(xué)生設(shè)計并展示自己的大學(xué)成長規(guī)劃和職業(yè)生涯規(guī)劃并展開討論，引導(dǎo)學(xué)生審視自己的人生理想、職業(yè)理想，“不積跬步，無以至千里”，進行大學(xué)成長規(guī)劃和職業(yè)生涯規(guī)劃并實施之，逐步成長。這一點，從學(xué)生的反饋來看，還需要在之后的每一學(xué)期進行督導(dǎo)。
《高等教育法》指出高等教育任務(wù)之一是“培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實踐能力的高級專門人才”，“本科教育應(yīng)當(dāng)使學(xué)生具有從事本專業(yè)實際工作和研究工作的初步能力”，而本科畢業(yè)論文正是考查學(xué)生這種初步能力的重要指標。《論文寫作》是為中文類高年級本科生開設(shè)的專業(yè)限選課，一般在大學(xué)三年級開設(shè)，此時的學(xué)生在過去兩年的專業(yè)學(xué)習(xí)中打下了一定的專業(yè)課基礎(chǔ)，也有了理論的儲備，初步具備從事論文寫作的條件。該課程使用的教材是北京大學(xué)出版社出版，溫儒編的《中文學(xué)科論文寫作訓(xùn)練》。該教材是為中文學(xué)科本科學(xué)術(shù)論文寫作訓(xùn)練而編寫的，編者強調(diào)應(yīng)在教學(xué)過程中實現(xiàn)兩個結(jié)合，即將寫作訓(xùn)練與專題課結(jié)合，將寫作訓(xùn)練與本科畢業(yè)論文結(jié)合，這也決定了本教材的導(dǎo)向，即較少涉及理論而多提供學(xué)術(shù)性寫作的范文，多往研究方法、規(guī)范和一般科研寫作的路上引導(dǎo)。本教材在導(dǎo)言之后分為八個專題，即漢語言文學(xué)專業(yè)所涉及的八個學(xué)科領(lǐng)域，包括：古代文學(xué)、現(xiàn)當(dāng)代文學(xué)、文藝學(xué)、古代漢語、現(xiàn)代漢語、語言學(xué)、比較文學(xué)與外國文學(xué)，為中文類本科生的學(xué)年論文及畢業(yè)論文寫作起到了良好的示范和引導(dǎo)作用。
一、教學(xué)框架：總論與專題的合理設(shè)置
該教材編者原來設(shè)想該課程不是由一位教師單獨講授，而是分給各個教研室，由中文各學(xué)科老師共同完成，但在我院實際教學(xué)中均由一位教師單獨講授。針對這種情況，筆者在教學(xué)過程中設(shè)計了總論與專題結(jié)合的教學(xué)框架，加強了總論部分的內(nèi)容，包括以下方面：本課程簡介、畢業(yè)論文的基本要求、如何選題、如何擬定寫作計劃、材料搜集與觀點設(shè)定、論文構(gòu)思與常見問題、修改與定稿、學(xué)術(shù)規(guī)范。詳盡的總論之后才開始分專題例文選讀。
為了激發(fā)學(xué)生的興趣，將學(xué)生的注意力引到該課程的學(xué)習(xí)與探索中來，在第一堂課時就必須介紹該課程的內(nèi)容、要求與意義，使學(xué)生明白該課程將給予他們什么樣的幫助，盡快確立自己的學(xué)習(xí)目標。首先告知學(xué)生本課程的教學(xué)目的與要求，本課程的主要目的是為學(xué)生畢業(yè)論文寫作打好基礎(chǔ)，不僅考查學(xué)生的基礎(chǔ)寫作能力，同時也訓(xùn)練學(xué)生的學(xué)術(shù)實踐能力。希望通過教學(xué)使學(xué)生了解什么是學(xué)術(shù)論文(優(yōu)秀的論文一般具備以下幾個條件：文獻的要求，對話性，遞進感和規(guī)范性)；學(xué)會選題：如判斷其是否有學(xué)術(shù)意義。圈定合適的研究范圍；保持客觀、公正的研究立場，不人為拔高自己的研究對象。對學(xué)生綜合能力的要求則包括學(xué)科知識的掌握、思想上的發(fā)現(xiàn)、邏輯思維和理論分析能力、文字表達等等，其中最基本的要求是文字表達，錯別字、病句、空話連篇、矯揉造作、嘩眾取寵的文風(fēng)都是不提倡的。對學(xué)生提出一些具體的建議與要求：如開列核心期刊目錄，使學(xué)生有途徑閱讀質(zhì)量較高的學(xué)術(shù)文章；要求學(xué)生有意識地尋找規(guī)范的文本閱讀，閱讀并伴隨思考：這篇文章寫得好不好?好在哪里，對我有何啟發(fā)?在研究方法、觀點梳理、語言表達、資料搜集方面有何可學(xué)之處?要求學(xué)生從本課程開始具備選題意識，多閱讀一些作家作品以及相關(guān)的經(jīng)典研究成果，并隨時記錄閱讀心得，以便尋找到合適的論題；要求學(xué)生學(xué)會查找相關(guān)紙質(zhì)和電子圖書資源，如紙質(zhì)圖書的第一手材料、超星數(shù)字圖書館、CNKI中國知網(wǎng)、維普中文科技期刊全文數(shù)據(jù)庫、萬方數(shù)據(jù)資源系統(tǒng)等；晟后讓學(xué)生思考論文寫作的意義。相當(dāng)多同學(xué)僅僅將論文寫作作為畢業(yè)的手段，事實上通過論文寫作，學(xué)生將學(xué)會一種學(xué)習(xí)的方法，獲得一種思維的能力，死記硬背的知識未必伴隨終身，而智慧和能力則讓人終身受益。
總論部分的重點包括畢業(yè)論文的基本要求、如何選題、如何擬定寫作計劃、材料搜集與觀點設(shè)定、論文構(gòu)思與常見問題、修改與定稿、學(xué)術(shù)規(guī)范等。在這部分內(nèi)容的教學(xué)中，筆者模擬學(xué)生寫作畢業(yè)論文的實際運作流程，就各個環(huán)節(jié)應(yīng)當(dāng)注意的問題加以強調(diào)，尤其側(cè)重于思路的啟發(fā)和規(guī)范的引導(dǎo)，使學(xué)生學(xué)會論文操作的具體模式。
而在分專題例文選讀部分，由于本教材每個專題前均有該學(xué)科專家所寫的導(dǎo)論，每篇范文前均有專家簡明扼要的點評，筆者在教學(xué)中十分注意將導(dǎo)論、點評與具體例文結(jié)合。使學(xué)生對范文有了多向度的觀照視角，對不同學(xué)科的特點、研究方法、文章得失及文風(fēng)有了深切的體會。從而在自己寫作畢業(yè)論文時能找到有針對性的參照物，做到事半功倍。
二、教學(xué)環(huán)節(jié)：規(guī)范、實例與細讀
學(xué)生以往的閱讀體驗多偏于感性，對學(xué)術(shù)論文的體制多有隔膜，故而筆者認為，在論文寫作教學(xué)中首要確立的是規(guī)范。對學(xué)生畢業(yè)論文的具體要求主要強調(diào)四個方面：首先是創(chuàng)造性，畢業(yè)論文本就是對學(xué)生創(chuàng)造性、思考力和文字表達能力的一次綜合訓(xùn)練，盡量要求學(xué)生在選題、立論、材料運用方面有自己的獨創(chuàng)；其次是要有一定的學(xué)術(shù)價值，這分為幾種情況：或者是填補空白，或是在前人基礎(chǔ)上有所推進，或是指出前人論述的謬誤并加以新的闡發(fā)；第三則要求理論性，要求運用抽象思維進行提煉總結(jié)，避免僅僅是堆垛材料，或是停留在感性賞析的層面；最后是學(xué)術(shù)規(guī)范問題，從道德層面來說，明確要求不可抄襲。從文本層面來看，要求語言規(guī)范典雅，條理清晰，論證嚴謹，行文符合文體規(guī)范。筆者在教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生基于死記硬背型的學(xué)習(xí)方法，對論文寫作中的一些基礎(chǔ)概念存在教條化的理解，實際操作時則錯誤百出。針對這種情況，筆者重點強化學(xué)生經(jīng)常出現(xiàn)問題的摘要、關(guān)鍵詞、注釋等部分的教學(xué)，要求學(xué)會實際操作而非僅僅熟知概念。在教導(dǎo)學(xué)生擬定寫作計劃的過程中，讓學(xué)生思考以下幾個方面：1、選題價值與意義；2、前人相關(guān)的研究狀況；3、論文準備解決的基本問題；4、研究的主要角度與理論方法；5、材料搜集的主要方面；6、難點與可能的突破點。這事實上也是規(guī)范的開題報告所必須解決的內(nèi)容。在材料搜集與觀點設(shè)定方面要求學(xué)生查找以下資料：1、前人已有的研究成果；2、與所選論題有關(guān)的各種材料，特別是可以支持論點的原始材料：3、有助于建立研究范式和方法的理論資料。此時教師可通過列出書目訓(xùn)練學(xué)生篩選第一手資料及質(zhì)量較高文本的能力。在檢索文獻資料的方法方面要求學(xué)生掌握追溯法、常用法和循環(huán)法。此外還需重點強調(diào)閱讀筆記的制作。要求學(xué)生注明書名、版本、摘抄頁碼，學(xué)會重點摘抄與自己論點相關(guān)的文字內(nèi)容，如有個人見解可以加注。以上均為規(guī)范的確立。
筆者發(fā)現(xiàn)，部分學(xué)生對論文寫作課態(tài)度不夠積極，先人為主地認為該課程過于理性，枯燥無味，純粹為完成學(xué)業(yè)的目來上課。為扭轉(zhuǎn)這種局面，筆者在教學(xué)中始終強調(diào)學(xué)生的自主性并側(cè)重實例教學(xué)，盡量使偏于理性 的論文寫作課生動起來。如在選題過程教學(xué)中。不提倡學(xué)生找教師要題目(這樣就剝奪了學(xué)生自主思考、摸索的機會，而且由于學(xué)養(yǎng)問題，教師能熟練操作的選題未必適合學(xué)生)，而是要求學(xué)生自主思考，查找資料，找到選題后才和教師進行討論，以便進一步篩選和深化。筆者在教學(xué)過程中曾讓學(xué)生模擬選題并列出開題報告，這調(diào)動了學(xué)生自主選題的積極性，絕大多數(shù)學(xué)生認真思考自己的畢業(yè)選題，并就可行性及持續(xù)發(fā)展性和筆者進行熱烈的討論。學(xué)生選題往往存在過大或過小的現(xiàn)象。過大者，大而無當(dāng)，動輒是跨文化研究，過小者，過于停留細節(jié)，作為賞析文章合格，作畢業(yè)論文則不合適，還有些選題構(gòu)想很好，但需要相當(dāng)多的學(xué)術(shù)儲備，作為普通本科生可能還不具備這種能力，這時就要量力而行，忍痛割愛，這些情況都需要教師要加以引導(dǎo)。筆者講授該課程已有幾輪，平時注意搜集往屆學(xué)生的選題構(gòu)思、開題報告及論文全文以備教學(xué)之用。為讓學(xué)生更感性理解選題進程，筆者多采用往屆學(xué)生的選題案例進行教學(xué)。就以往學(xué)生的選題偏差、糾正、深入，逐步引導(dǎo)學(xué)生理解如何集中并深化選題，找到合適的論述范圍與角度。在選題類型方面注重通過前人研究實例及往屆學(xué)生實例使學(xué)生理解什么是有學(xué)術(shù)意義同時又是自己有能力解決的選題。在學(xué)生經(jīng)常出現(xiàn)問題的開題報告格式及表述、摘要、正文行文等方面，筆者大多采用往屆學(xué)生存在問題的實例，通過課堂互動環(huán)節(jié)，讓本屆學(xué)生指出問題并修改。這極大地引發(fā)了他們的興趣，調(diào)動了他們的積極性，并在這種課堂實踐練習(xí)中學(xué)會正確的表述方式。事實證明這些實例更接近學(xué)生水平，有親切感而無隔膜，起到良好的教學(xué)效果。
1 教學(xué)內(nèi)容的選材
在教學(xué)內(nèi)容的選材方面，我們綜合考慮了以下幾個因素：
首先，學(xué)生必須能夠有所學(xué)，開設(shè)一門課程才是有意義的。光電材料是功能材料的一種，為了便于學(xué)生循序漸進地吸收理解光電材料的專業(yè)知識點，教學(xué)內(nèi)容分成三個方面：光功能材料、電功能材料、光電材料及器件。首先，講解光功能材料和電功能材料方面的知識點，在具有這些知識的基礎(chǔ)上，再講解光電材料及器件方面的知識，學(xué)生們就比較容易理解。
其次，我們結(jié)合現(xiàn)在的就業(yè)情況及研究熱點。我們設(shè)置的教學(xué)內(nèi)容，既考慮了學(xué)生們以后的就業(yè)，也考慮到想進一步深造讀研究生的學(xué)生們的研究工作。光功能材料方面的教學(xué)內(nèi)容包含了激光材料、發(fā)光材料、紅外材料及光纖材料。電功能材料方面的教學(xué)內(nèi)容包含了導(dǎo)電材料、半導(dǎo)體材料、介電材料、鐵電材料及超導(dǎo)材料，其實半導(dǎo)體材料也是一種導(dǎo)電材料，之所以把半導(dǎo)體材料單獨作為一個章節(jié)，是因為半導(dǎo)體材料是太陽能電池和LED照明燈的核心材料，這也是為后面的光電材料及器件的講解做鋪墊。光電材料及器件方面的教學(xué)內(nèi)容包含了光電子發(fā)射材料、光電導(dǎo)材料、透明導(dǎo)電薄膜材料、光伏材料與太陽能電池及光電顯示材料。
2 教學(xué)方法的探索
光電材料的內(nèi)容更新很快，現(xiàn)在的學(xué)生不僅應(yīng)該掌握傳統(tǒng)基礎(chǔ)的材料知識，更應(yīng)該掌握最新的知識點，更應(yīng)該了解光電材料的最新研究進展，而使用多媒體教學(xué)能夠及時地更新課件的內(nèi)容，使得教學(xué)內(nèi)容能夠跟上最新的研究成果[2]，也能讓學(xué)生及時了解學(xué)習(xí)最新的材料知識。
多媒體教學(xué)還有助于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣[3]，因為它在視覺上能夠讓學(xué)生很直觀的學(xué)習(xí)知識，比如：太陽能電池的工作原理，我們可以在Powerpoint（PPT）上給出太陽能電池工作原理圖，然后再對照圖給學(xué)生詳細講解其原理，學(xué)生將更深刻的理解其原理。再比如，在講解光纖的傳輸原理時，可以通過多媒體技術(shù)使用動畫，讓學(xué)生很直觀地了解光纖的原理。
但是多媒體教學(xué)應(yīng)該和傳統(tǒng)的板書結(jié)合起來，因為有些知識僅僅通過多媒體展示，學(xué)生可能比較難理解，還需要老師再次將其中的重點和難點板書出來詳細講解，同時也可以加深同學(xué)的印象。
同時，我們在整個的教學(xué)過程中，采用的是啟發(fā)式及提問式的教學(xué)方法。通過對學(xué)生進行提問，啟發(fā)學(xué)生自主思考，加深學(xué)生對知識點的理解。
3 課程考核方式的選擇
課程考核的成績包含兩個方面，一個是平時成績的考核，一個是期末成績的考核。
平時成績的考核，我們通過上課提問、課后習(xí)題、出勤率等方面進行考核。上課提問可以考查學(xué)生對上節(jié)課內(nèi)容的掌握程度，還可以考查學(xué)生是否認真聽講、是否認真思考問題。課后習(xí)題包括兩個方面，一個是對課上內(nèi)容的考查，幫助學(xué)生鞏固課上知識，另一個是對課外知識的拓展，督促學(xué)生課后查閱文獻，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力。
期末成績的考核，我們采用撰寫科技論文的形式進行考核?！豆怆姴牧蠈?dǎo)論》開設(shè)在大四上學(xué)期，總共24個課時。因為光電材料的內(nèi)容更新比較快，而教學(xué)課時比較有限，通過撰寫科技論文的形式，既可以督促學(xué)生去更全面的了解光電材料最新的研究進展，又可以鍛煉學(xué)生查閱文獻的能力，培養(yǎng)學(xué)生總結(jié)文獻的能力，有利于大四學(xué)生在下學(xué)期更快進入本科畢業(yè)論文的工作。
4 需要改進的地方
作為本專業(yè)開設(shè)的新課，在教學(xué)的探索與實踐過程中，肯定存在一些不足，有很多地方需要我們?nèi)シ词『透倪M。我們自己對此進行了總結(jié)，具體包括以下三個方面：
（1）在多媒體教學(xué)過程中，我們不僅只是使用了PPT這個軟件，還應(yīng)該引入視頻，比如，在講解使用直拉法制備單晶硅時，就可以引入一段視頻，讓學(xué)生更直觀地了解使用直拉法是如何制備單晶硅的。
（2）在教學(xué)的過程中，我們還應(yīng)該出示實物，讓學(xué)生能夠直接接觸，加深印象?？梢猿鍪緦嵨锇ü饫w、發(fā)光二極管LED，單晶硅片和多晶硅片（這時，還可以教學(xué)生從宏觀上如何分辨單晶硅片和非晶硅片）、ITO玻璃、閃鋅礦及纖鋅礦結(jié)構(gòu)模型等，不但增強生學(xué)習(xí)光電材料的興趣，而且讓他們對光電材料實體有直接的感性認識[4]。
1、教學(xué)內(nèi)容傳統(tǒng)課本基本上以微觀語言學(xué)為主，按結(jié)構(gòu)語言學(xué)思路編排內(nèi)容，從語音學(xué)、音系學(xué)、形式學(xué)、句法、語義學(xué)，一直到語用學(xué)和語篇分析。教學(xué)內(nèi)容的改革是大多數(shù)學(xué)者的主張，如白郁（2007）認為應(yīng)以語言哲學(xué)意義、語言與大腦及認知關(guān)系、語言學(xué)發(fā)展簡史、宏觀把握語言學(xué)真正意義等四方面為重。還有學(xué)者認為增加課外閱讀材料以改進教學(xué)內(nèi)容，如王揚（2004）和吳格奇（2005）主張選用有助于學(xué)生理解基本理論、概念的材料、輔之以拓寬視野的補充材料。還有以宏觀還是微觀語言學(xué)內(nèi)容作為教學(xué)重點的爭論：“微觀”派認為語言內(nèi)部分支是語言學(xué)的基礎(chǔ)內(nèi)容，課時分配比重要大；“宏觀”派認為基礎(chǔ)部分簡單，學(xué)生可自學(xué)，重點應(yīng)是宏觀介紹；“中間”派是既注重基礎(chǔ)又考慮涉獵面。但筆者認為，各高校層次不一，地理位置不同，統(tǒng)一規(guī)定教學(xué)內(nèi)容不足取。近5年教學(xué)實踐告知以微觀語言學(xué)為主，即語言學(xué)內(nèi)部分支的理論、研究、及應(yīng)用。如在處理詞形學(xué)時，適當(dāng)介紹詞的研究現(xiàn)狀，對象我校這種以師范專業(yè)為主的二本院校的英專學(xué)生而言，無論是提高職業(yè)技能還是英語水平都相當(dāng)重要。我校地處西部少數(shù)民族地區(qū)，適當(dāng)添加西部少數(shù)民族語言的相關(guān)研究，如方言特點、語言遷移現(xiàn)象、少數(shù)民族文化研究。也應(yīng)在緒論部分增加語言學(xué)史和語言哲學(xué)等內(nèi)容，讓學(xué)生了解語言學(xué)理論和研究的發(fā)展趨勢及語言與哲學(xué)的密切關(guān)系。此外適當(dāng)介紹結(jié)構(gòu)、認知和功能語言學(xué)這三大學(xué)派的相關(guān)內(nèi)容也有必要?？傊?，就像百貨商場的陳列員，教師將所有商品分門別類、有條有理地展示，學(xué)生自然會依據(jù)具體情況取舍。教師侍機提供論文命題，使學(xué)生的探索與發(fā)現(xiàn)隨著課堂內(nèi)容的進行而深化。著名學(xué)者趙鑫珊（2004）在其新作《我是北大留級生》就曾列出了20個作為語言哲學(xué)研究對象的話題，且認為是“震撼靈魂”，不可能不為之心動的命題。
2、教學(xué)方法該課程多采用以教師為中心的填鴨式教學(xué)。有關(guān)研究一致認為必須改進該教學(xué)模式。運用多種教學(xué)方法激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，最大限度地讓學(xué)生參與教學(xué)全過程，變被動為主動，從而建構(gòu)語言及語言學(xué)知識。如潘之欣（2002）用大量生動典型例子，結(jié)合歸納法和演繹法講解理論要點和難點；王揚（2004）主張采用傳授型和討論型相結(jié)合的方法；鞠玉梅（2007）主張研究型教學(xué)模式，“設(shè)境”以激發(fā)學(xué)生興趣和強烈求知欲?？傊?，避免教學(xué)方法的單一，努力激發(fā)學(xué)習(xí)動力。啟發(fā)式和發(fā)現(xiàn)式方法講解基礎(chǔ)知識和理論要難點；研究型或探究型方法，布置任務(wù)（個人任務(wù)和小組任務(wù)）；大課堂講解研究方法和研究手段與步驟；小課堂任務(wù)分配型方法，使教學(xué)達到“魚”、“漁”兼授效果。如語言學(xué)緒論之后，成立 “Study & Research Group”，提供6個topics：1）Language Changes；2） Social Dialects；3）Communication Competence；4）First Language Acquisition；5）Error Analysis；6） Pragmatic Failure.2周時間準備15分鐘ppt陳述，5分鐘小組同學(xué)共同回答相關(guān)問題，并建立QQ群，隨時聯(lián)系。教師僅為任務(wù)的布置者、監(jiān)督者、幫助者和評定者，并鼓勵學(xué)生撰寫論文，或推薦給學(xué)術(shù)期刊，或為畢業(yè)論文的一部分。如一組學(xué)生在講“語用失誤”時，列舉了電影、小說、校園、網(wǎng)絡(luò)等許多有趣的例子，如分析不夠透徹，教師可適時適當(dāng)加以補充、提示和參加討論，既融洽了氣氛和師生關(guān)系，又學(xué)到了知識掌握了方法。讓學(xué)生隨時記錄和關(guān)注身邊的語言現(xiàn)象和語言事情，并聯(lián)系到語言學(xué)理論，如，“山寨”、“客”、“剩女”、“宅男”等新詞新語收集，以討論詞的構(gòu)詞理據(jù)。雖在探索中有難度，可介紹期刊網(wǎng)、萬方數(shù)據(jù)庫等資源；也可大膽與相關(guān)領(lǐng)域的教授或?qū)＜译娻]尋找答案。為形成質(zhì)量較高的論文打下了基礎(chǔ)。這些都說明：語言學(xué)課程的終極目的不是講授具體的理論知識，而是讓學(xué)生能意識到語言現(xiàn)象的存在，能對之產(chǎn)生興趣，并發(fā)表自己一定的見解，使自己作為一名普通人，也能融入到語言研究的大環(huán)境中去。
參考文獻：
[1]白郁.英語本科語言學(xué)教學(xué)的重新定位[J].國際關(guān)系學(xué)院學(xué)報.2007.
[2]潘之欣.關(guān)于高校英語專業(yè)“語言學(xué)導(dǎo)論”類課程設(shè)置的調(diào)查 [J].外語界.2002.
[3]鞠玉梅.以多媒體網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為基礎(chǔ)的語言學(xué)導(dǎo)論課程研究性教學(xué)模式的構(gòu)建[J].外語電化教學(xué).2007.
[4]王宗炎.語言學(xué).它的歷史.現(xiàn)狀和研究領(lǐng)域 [J].外語教學(xué)與研究.1988.
