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科学网 标签 半导体 相关日志

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[转载]整流接触产生的原因?欧姆接触产生的原因?
sixiangzhe14 2020-9-9 22:39
整流接触:是特定金bai属与轻掺杂半导体(大du多为N型硅)接zhi触,又叫肖特基接触;具有与daoPN相似的性能,但属于单极性器件。 欧姆接触:是特定金属与重掺杂半导体或功函数低的半导体接触,它具有双向导通性,接触电阻可忽略。 https://zhidao.baidu.com/question/1732708204973580467.html
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《电子与封装》征稿2020!
EPjournal 2020-3-6 12:06
《电子与封装》诚挚向您征稿。《电子与封装》是由中国电子科技集团公司主管,中国电子科技集团公司第五十八研究所主办的,兼顾“电子”和“封装”两大领域的专业技术性月刊。 三大选择《电子与封装》的理由 No.1 处理周期短 投稿后 3 个工作日内给出初审结果,平均录用周期 1 个月,录用后 3 个工作日内可在期刊官网优先出版 ! No.2 发表空间大 栏目涉及集成电路全产业链 ! No.3 影响力度强 作为两分会会刊,发行范围覆盖全国! 另外,稿件一经出版可为作者在“万方数据知识服务平台”开设账户并充值 200 元,该额度可用于在“万方数据知识服务平台”上查阅或下载文献。 来稿请点击 官网 右上角 “ 作者投稿 ” ,点击下载 投稿模板 编辑部联系方式: 地址:江苏省无锡市建筑西路 777 号 B5 栋《电子与封装》编辑部,邮编 214072 。 电话: 0510-85860386 。 E-mail: ep.cetc58@163.com 扫描右方二维码,关注“电子与封装”微信公众号查阅稿件状态和阅读期刊论文 《电子与封装》编辑部 2020.3.6
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《电子与封装》诚邀您加入审稿人队伍
EPjournal 2020-1-18 17:05
《电子与封装》 是由中国电子科技集团公司主管、中国电子科技集团公司第五十八研究所主办的技术类期刊,是中国半导体行业协会封装分会会刊、中国电子学会电子制造与封装技术分会会刊,2001年创刊,是国内唯一一本精于电子封装领域、兼顾半导体器件和IC的设计与制造、产品与应用以及前沿技术、市场信息等的专业学术期刊。现在诚邀您担任本刊的审稿人,基本要求如下: 1、研究方向符合本刊发文方向; 2、活跃在科研一线的专家学者(副教授或相同级别以上职称); 3、每年审理4篇稿件,审稿周期在2周内; 4、本着对作者负责、对知识负责的态度,客观、公平、公正、细致地评审稿件。 同行评议采取“单盲”方式,对作者屏蔽审稿专家信息。有意向者请发送个人简历至邮箱 ep_cetc58@163.com 。 感谢您对我们期刊的关注,您的信息审核通过后,编辑部会和您联系,今后会将符合您研究方向的相关稿件送予您审理,并向您支付审稿费。 欢迎您给本刊推荐优秀稿件,审稿专家推荐的稿件我们会优先处理,并根据稿件质量酌情减免版面费。 《电子与封装》编辑部 2020年1月18日
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材料的带隙是怎样影响FET器件的开关比的?
lw526 2019-12-31 17:16
前情提要: 最近,与实验组合作做一些工作。昨天,我们讨论的时候谈到了我们的样品是半导体性的还是金属性的问题。计算的得到的本征特性是半导体性的,有带隙。实验样品生长的时候有点不纯,也就是存在掺杂。我就想掺杂了肯定金属性呢。然后实验组说测量了样品的开关比得到了半导体特性。我就被问住了(蒙圈脸,思考脸),我想了很多,是因为吸附,边缘未成键的原因?然后一想人家测试了多层样品也是同样的结果。这就排除了我的疑问。我就在怀疑难道的我们结构没解析正确么?但是其他结果都正确的呀,而且HRTEM 结果和计算结构完美符合。然后,实验组补刀硅是半导体性的,但是应用中的硅器件都是有掺杂的呀?为啥掺杂的硅也是有很大开关比的。我表示不知道呢,这是怎么回事,居然和学过的能带论,化学键理论都不符合。 金属还是半导体? 能带论:我们的材料的本征的半导体特性,也就是价带刚好填满,导带刚好空着。掺杂以后电子少了,当然就成了金属性了。 化学键理论:一般实际存在的半导体或绝缘体,一定要满足某些原子得到电子,另一些原子失去电子,当得到电子数和失去电子说相同的时候,才有可能形成带隙,成为半导体或绝缘体。例如,NaCl、NaCl中Na原子失去一个电子形成Na + ,而Cl原子得到一个电子形成Cl - ,所以成就了NaCl固体的绝缘特性。而我们讨论的这个材料是本征的半导体特性,掺杂以后的样品,不能满足这种平衡,所以就是金属特性。 然后看到小木虫的帖子( http://muchong.com/html/201003/1893675_2.html ) 复习了半导体物理,终于明白了: 问题出在开关比测量中。 开关比测量需要把样品做成器件,然后通过调节偏压测量样品在导通(金属态)和关断(半导体态)两种情况下的电流大小,电流大小的比值就是开关比。 偏压可以理解为给费米面上的电子一个能量,让它从价带跳到导带。这个偏压是由器件的 源漏极两端的电势差提供的。当偏压大于半导体带隙时,就可以使得样品导电。当偏压小于半导体带隙时,就可以使得样品不导电就是关断。通过拟合不同温度下的开关比就可以得到带隙(我也不知道原理,实验组说的,等我弄懂了再添加)。 你一定会问,这和你的半导体性还是金属性有啥关系呢。 是这样的,通过刚才开关比测量的原理,我们测量的开关比除了可以反映样品的半导体特性。其实也可以反应费米面附近的带隙大小。对于前者,没有偏压就是关闭,有大于带隙的偏压,就是导通。而对于后者,没有偏压是导通,有偏压是关闭。 所以,半导体的低浓度掺杂也会测量出开关比。这和费米面附近的带隙大小有关。 本人水平有限,对实验也理解有限,如有啥错误,还请指教。
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张海霞︱大师的背影:请让心安静
热度 3 张海霞 2019-9-2 10:18
【题记】今天(2019.09.02)是黄昆先生诞辰100周年,身在北大微电子,我虽然没有听过先生的课,却是看了不少关于黄先生的纪念文章和事迹,特别是关于回国的那句“我们回来会有所不同”以及之后几十年孜孜不倦地耕耘在三尺讲台为中国的半导体事业培养一代又一代精英,黄先生那拳拳报国心和无怨无悔的奉献精神给我们留下了一个高山仰止的伟岸背影!应科技导报编辑卫夏雯之邀在《科技导报》上发表2013年写的博文《大师的背影:请让心安静》,深切缅怀这位伟大科学家的高尚品德和道德情操,感受老一辈科学家的家国情怀和报国之情,传承他严谨求实、实事求是的治学态度。 张海霞︱大师的背影:请让心安静 张海霞 北京大学微纳电子学研究院,北京 100871 早上和一个朋友出去办事,到北大清华之间的蓝旗营那一站下来,我们转到小路上准备过天桥,看到一对很儒雅的老夫妻在路边上等车,忽然想起最后一次见到黄昆先生也是在这里! 那是一个秋日的黄昏,我从北大走路回家,路过蓝旗营附近这一片热闹的小饭馆,这是一条很熟悉的路了,自从我到北大以后就几乎天天从这里过,只不过有时开车,有时骑车,有时步行,匆匆而过,还不知道想着什么心事,也无暇顾忌路上的行人,那一天一样是目不斜视地走着,可是前面的两个瘦高瘦高的身影挡住了我,是两个老人,男的带着帽子,女的是一头花白的卷发,灰色的衣着,互相搀扶着,并排不急不慢地散着步,从背影看得出是一对生活恬淡的老夫妻,应该是饭后出来遛弯儿。那女的很高,头发卷卷的,我从他们身边绕过的时候忍不住看了一眼,这可不打紧,让我几乎喊了出来:啊!这不是黄昆先生和他的英国太太李爱扶吗?因为那时候黄先生已经得了国家科技最高奖,照片到处可见,我们所里也到处是黄先生的宣传,不可能认错,真的,真是黄先生夫妇! 他们恬静地走着,也听不到说什么,黄先生走的很慢很怡然,李先生坦坦然然地并肩前行,看不出表情,也没有看路人,只是静静地走着。我长大了嘴巴,却很快就让自己平静下来,我知道这个时候是不适合去打招呼和问候的,他们也不希望有人打扰这难得的闲暇时光,于是我匆匆走了过去,看得出来李先生是看到了我的惊讶,知道我认出了他们,她不动声色地淡淡地冲我笑了下,继续前行。 就这样,在一个安静的秋日黄昏在一条大街上我从大师的身旁擦肩而过,也是从那个时刻起,我深刻地认识到,其实无论你在外取得了怎样显赫的成就,无论你做为大师被多少人膜拜着,岁月终将无情地漂去那些浮华的泡沫,那时候显露出来的才是我们真实的人生意义:只有相爱的人陪着你一起走过这安静而美好的日子,才是莫大的幸福!如今黄先生和李先生都已经仙逝,但是那个黄昏中他们那高高瘦瘦的挺拔背影却永远留在了我的心中。今天,机缘巧合再走这蓝旗营的小道,让我有机会再回忆起黄先生和李先生的背影,让我有机会再次提醒自己:在这纷繁复杂和喧嚣的环境中,请让心安静!
个人分类: 科研心得|8209 次阅读|3 个评论
有关 Mervin Joe Kelly 先生的网页
zlyang 2019-7-13 19:29
有关 Mervin Joe Kelly 先生的网页 Kelly, Mervin J. : Photographic Archive - University of Chicago http://photoarchive.lib.uchicago.edu/db.xqy?one=apf1-03156.xml (1)童诗白,2001-05,世纪回眸:纪念晶体管的发明和由此引出的启发 《电气电子教学学报》,2001年6月,第23卷第3期:3-6,20 http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-HHGY2001S1000.htm 有鉴于此,当时贝尔的实验室主任 Kelly 根据19世纪以来关于半导体在光照下能产生电流以及它和金属接触能起到整流和检波作用的现象, 认为半导体有希望能取代电子管。 为此,要加强对固体物理基础理论的研究。从1936年起开始招聘有关的尖端人才,组成研究小组。 (2)搜狐,2019-01-28,你也许没想到,现代科技的半壁江山都由这个实验室打造 http://www.sohu.com/a/292034869_465246 他的基本信条是:一个“创新科技研究所”——正如他拥有的贝尔实验室那样,需要足够多的天赋异禀的人不断地交换思想。但是真正要创新,这些还不够。Kelly 先生坚信面对面交流的重要性。通过电话交换思想?不行!他故意把贝尔实验室的思想者和实践者集中在同一屋檐下。在晶体管开发项目中,有目的地将物理学家,冶金学家,电器工程师混合在一个项目组里,项目组中的每个人都各自是理论、实验或者制造领域的专家。像一个老练的交响乐指挥一样,Kelly 先生在科学定律之间,研究院和开发者之间,个人和团队之间游刃有余,时而寻找和谐,时而要求张力。 Kelly 先生相信自由的重要性,尤其是在科研方面。他手下的许多研究人员拥有如此之高的自主权,以至于项目进度拖后了长达数年,Kelly 都没有意识到。举个例子, 最早是他挑选了一队研究员成立了半导体项目组。当最后半导体被发明出来的时候,其实项目已经延期两年了。 随后,他设立了另一个研究小组,主要负责半导体的批量生产。他把这个任务委托给了其中的一个工程师,指示他做出计划,随后他就告诉这个工程师,自己即将去欧洲出差了,项目由这个工程师全权负责。 (3)Mervin Joe Kelly - National Academy of Sciences http://www.nasonline.org/member-directory/deceased-members/20000623.html Mervin J. Kelly, February 14, 1894 - March 18, 1971 Election Year: 1945, Membership Type: Member http://www.nasonline.org/member-directory/deceased-members/20000623.html He wanted, found, appreciated, and encouraged the sort of men who invented the transistor. William Shockley has said, Kelly's stimulus to look for new devices useful in the telephone business, plus exposure to new theories about rectification mechanisms in copper oxide, led me to invent a structure that would have worked as a transistor. (4)Mervin Joe Kelly - American Institute of Physics https://history.aip.org/phn/11602035.html (5)Presidents of Bell Labs https://www.bell-labs.com/about/history-bell-labs/presidents/ Mervin Kelly, President 1951–1959 He pioneered the methods of industrial research, of “inventing ways to invent things.” His tool kit included cross-disciplinary teams of experts, close proximity between researchers and developers and even ways to design buildings to encourage collaborations. (6)Mervin J. Kelly - Engineering and Technology History Wiki https://ethw.org/Mervin_J._Kelly 相关链接: 2019-07-12, 有关费曼 Richard P. Feynman 先生的网页 http://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1189219.html 2019-06-29, 有关 Fred C. Lee 李泽元老师的网页 http://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1187364.html 2019-07-07, 有关 Geoffrey W. A. Dummer 先生的网页 http://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1188470.html 2019-03-04, Демирчян、Нейман、Коровкин、Чечурин 里谁是院士? http://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1165610.html 2019-02-25, 俄罗斯学者将俺的电路理论“互容”概念写入了教材? http://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1164136.html 4 STRANGE NEW WAYS TO COMPUTE, 作者: Moore, Samuel K.,IEEE SPECTRUM,卷: 55,期: 1,页: 10-11, 出版年: JAN 2018 https://ieeexplore.ieee.org/document/8241695 https://spectrum.ieee.org/nanoclast/computing/hardware/4-strange-new-ways-to-make-a-computer 2019-07-01, 量子集成电路、量子芯片 Quantum Chip 今后30年内的实用前景? http://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1187623.html 2019-07-10, 电路概念《互容》汇报后记 http://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1188921.html 2019-07-11, 有没有必要通过媒体《专访》推动“半电路、半电磁场”集成电路芯片的预研? http://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1189103.html 感谢您的指教! 感谢您指正以上任何错误! 感谢您提供更多的相关资料!
个人分类: 集成电路(资料)|4029 次阅读|2 个评论
芯片简史选登:西风东渐 - 伟大的中国工业革命中的芯片产业
热度 1 LaoQian09 2019-5-23 03:39
【 缘起 】 这是我即将出版的《芯片简史》中的一个章节。这些天来,中美之间的贸易战涉及到了芯片行业。作为一位芯片行业从业二十多年的研究人员,我在去年年底写下的这个章节是对我国芯片行业的一个历史回顾。今天,先在科学网我的博客中贴出来。让读者对我国的芯片业有一个大致了解。谢谢! 28. 西风东渐:伟大的中国工业革命中的芯片产业 提起 21世纪初世界上的重大事件,非中国的崛起莫属。今天,中国在世界上的重要性已毋庸置疑。这一切都源于40年前的改革开放。改革开放不但为中国带来了全球视野和市场经济,还造就了中国的工业化和现代化。这是一场伟大的中国工业革命,它不但改善了中国人民的民生,提高了中国的世界地位,最重要的是它给予了中国人民和政府强大的自信,让这个古老的、受尽苦难的民族再次获的了主导世界事务的能力和信心。 作为这一场伟大的中国工业革命的最重要成果,就是中国几乎包揽了全球的制造业。从衣食住行到基因工程,从高铁运输到量子计算机,从基础建设到卫星登月,在人类所有的技术领域中,中国和中国制造都占据着最重要的地位。今天,我们进入了工业革命 4.0的时代,在这一场全新的产业革命中,最重要的行业就是本书所讲述的芯片业。在这一章中,让我们来看看在这场伟大的中国工业革命中,中国的电子工业和芯片业是怎样从零开始发展至今的。 1920年 – 1949年:中国电子工业的起步时期 电子技术是一门非常年轻的学科,它诞生于 20世纪初。当时,中国的电子技术和世界电子技术的发展几乎是同步的。 1923年1月23日晚,由美国商人奥斯邦与英文《大陆报》联和创办的中国境内第一座民办广播电台,中国无线电公司就在上海开始播音了。它每晚播音1小时,内容有国内外和本地新闻,以娱乐节目为主,也有一些宗教性节目。 中国第一家广播电台在播音 1924年8月,北洋政府交通部公布了组装广播无线电接收机的暂行规定,市民可以自行组装收音机。 1933年10月,上海亚美无线电股份有限公司生产了1001号矿石收音机,受到了市民的欢迎。1935年10月,该公司又生产出了第一台1651型超外差式五灯收音机。该机除真空管和碳质电阻外,其他元件均为自行设计制造。 1936年,随着广播电台的发展,收音机在上海市逐步普及,总数达10万台以上。 1945年抗战胜利后,上海的无线电制造业得到了恢复,出现了一批新的无线电厂商。1947年年底,上海电器公司有590家,其中无线电公司为235家。 1949年前,中国的电子工业主的重点是无线电和通讯业。 1949年 - 1966年:文革前的新中国电子和芯片产业 1953年,新中国研制出了第一台全国产化的收音机——“红星牌”真空管收音机,投放市场后,大受欢迎。 朝鲜战争爆发后,中国成了世界政治、军事冲突的最前沿。为解决军队的电子通信问题,在苏联和东德的技术支持下,北京筹建了北京电子管厂( 774厂,即今天的京东方)。该厂年产电子管1220万只,是为亚洲最大的电子管厂。 不久,北京电机总厂、华北无线电器材联合厂、北京有线电厂、华北光电技术研究所等工厂和研究所先后成立,是为我国电子工业的基础。 1956年,美国科学家肖克利因为在1947年发明了锗晶体三极管获得诺贝尔物理学奖。和真空管相比,晶体管体积小、寿命长、放大率大的多,全球电子业为之震动。 1956年,国家结合当时全球科技发展趋势,制定了为期十二年的《1956-1967科技发展远景规划》,规划中把计算机、无线电、半导体和自动化作为国家生产和国防急需发展的领域。我国半导体事业从无到有,进入了它的初期发展阶段。 1957年,北京电子管厂拉出了锗单晶。同年,研制出锗晶体管。 1958年,中科院的王守武、王守觉兄弟研制出了我国第一批锗合金高频晶体管,并成功应用在109厂(现中科院微电子所)的109乙计算机上。 1959年,美国德州仪器的基尔比研制出了第一个集成电路即芯片,三个月后,仙童公司的诺伊斯用蒸发沉积金属法替代了金属导线,芯片的量产成为可能。 1960年,美国人发明了平面光刻技术,仙童公司随即开发出全球第一块芯片。 1959年,在我国半导体先驱林兰英的带领下,拉出了硅单晶。同年,李志坚在清华拉出高纯度多晶硅。 1960年,中科院半导体所和河北半导体研究所成立。我国半导体工业体系初步建成。同年,黄昆、王守武、王守觉、林兰英开始研究平面光刻技术,并于1963年研发出5种硅平面器件,被应用于109丙型计算机上。 1965年,王守觉在一块1平方厘米大小的硅片内,蚀刻了7个晶体管、1个二极管、7个电阻和6个电容的电路,我国第一块芯片诞生了。 王守武 黄昆 林兰英 谢希德 1966年–1976年:文革中的电子和芯片产业 1966年,尽管文革对工农业有着极大的冲击,但我国的芯片工业建设并未止步。 1968年,北京成立了国营东光电工厂,上海成立了无线电十九厂,1970年投产。它们生产TTL电路、CMOS钟表电路、A/D转换电路等芯片。他们是中国芯片产业中的南北两强。 1968年,国防科委在四川永川了成立固体电路研究所,是当时中国唯一的模拟芯片研究所。同年,上海无线电十四厂制成了PMOS电路。 1970年代,永川半导体研究所、上无十四厂相继研制成功NMOS和CMOS芯片。 1972年,美国总统尼克松访华后,中国开始从欧美引进技术,全国有四十多家芯片厂家建成投产。 1972年,我国自主研制的PMOS大规模芯片在永川所诞生,仅比美国人晚了4年。 1975年,王阳元在北京大学设计出第一批1K DRAM,比英特尔只晚了5年。 改革开放之前,我国的芯片业得益于一批解放初期回到新中国的半导体人才,如黄昆、谢希德、王守武、高鼎三、吴锡九、林兰英等前辈大师。在他们的带领下,蹒跚起步的中国半导体芯片行业做了两大贡献:一是保障了“两弹一星”等军事项目的电子和计算配套;二是建立了一套横跨院所和高校的半导体芯片人才培养体系。 1976年–1986年:改革开放初期的 电子和芯片产业 1977年7月,邓小平邀请30位科技界代表在人民大会堂召开座谈会,半导体学界的灵魂人物王守武发言道:“全国共有600多家芯片厂,其一年生产的芯片总量,为日本一家大型工厂月产量的十分之一。”这就是改革开放前的中国芯片业的状况。 1978年,王守武和徐秋霞等人在中科院半导体所研制成功4K DRAM,次年量产成功。比美国人晚了6年。 1979年,中国成功反向英特尔的8080八位微处理器,比德国和日本早一年。 1980年,王守武兼任109厂厂长,将厂房升级改造为1000到10000级的高标准洁净室,并在组装成了我国第一条中、大规模集成电路生产线。 1970年代的亚洲,只有日本在美国的帮助下,其芯片技术全面超越了中国。而韩国和台湾尽管通过颁布产业发展计划、引进技术、派遣留学人员学习培训等方式,积极发展芯片技术,但整体技术仍落后于我国。 改革开放之前,我们举全国之力,主攻半导体芯片技术。在一批舍身忘我的芯片人的努力下,从无到有,建立了完整的芯片工业体系。只是在十年文革中放慢了速度。 1980年代,国门打开,人们发现,在芯片行业上,我国已经非常落伍了。 1980年代初,国家缩减了对芯片业的投入,希望各厂家自己找出路。为了在短期内获得效益,大量工厂购买了国外的技术和生产线。自主研发的思路被购买引进所替代。但是,我们引进的只能是别人的淘汰的技术。 1986年 - 2000年:国家计划下的电子和芯片产业 1986年,电子工业部在厦门举办了芯片战略研讨会,提出了“531战略”。即“普及5微米、研发3微米,攻关1微米”,落实了芯片的南北两个基地、一个点的布局。南方集中在江浙沪,北方集中在北京,西北一个点是西安。 然而,由于巴黎统筹委员会(简称“巴统”)的技术限制,我们只能引进落后的二手淘汰设备。各地、各厂各自为战,缺乏统一规划,前沿技术研究被抛在脑后。于是整个芯片产业越引进,越落后。 1984年至1990年,中国各地方政府、国有企业和大学,总共从国外引进类似的淘汰晶圆生产线达33条,按照每座300-600万美元估算,总计花费1.5亿美元左右。这33条晶圆生产线,大多是3英寸、4英寸的晶圆线。而1987年,日本研发的DRAM就已经采用了8英寸线。 1980年代,日本通过技术积累和大规模的人、财、物力投入,在内存技术上超越了美国,并带动了整个芯片业的发展。1990年,全球前十大芯片公司中,6家是日本公司。而韩国也由政府牵头、财阀投入的政策帮助下,在芯片业上追赶日本。 此时的中国芯片业,已全面落后于日本,并被韩国超越。 1981年中科院半导体所研的16K 内存,仅比韩国晚了2年。1985年,该所制造出了中国第一块64K内存比韩国晚了一年。到了1986年,日本已开始研发0.5微米的制程技术了,而韩国则研发出了1M的内存,仅晚日本1年。而我国要到1993年,才由无锡华晶制造出第一块256K内存。 1990年代初,日本经济泡沫破裂,韩国则加大了对芯片业的投资。1992年,三星超过NEC,成为世界最大的内存制造商,同年,开发出了世界第一个64兆的内存。在技术与产能上全面超越了日本。 由于日韩的芯片业的飞速发展,国家决定用重点项目对芯片技术进行集中投资。 1990年8月,国家计委和机电部在京召开了有关领导和专家座谈会,决定实施908工程。国家为908工程投资20多亿元,要建一条月产1.2万片、6英寸、0.8-1.2微米的芯片生产线。 由于审批时间过长,从开始立项到投产历时 7年之久。芯片的制程按摩尔定律每两年就缩减了一半。到1997年无锡华晶建成投产时,其技术水平已落后于国际主流技术达四至五代。产能仅800片/月,投产当年即亏损2.4亿元。 严重亏损的华晶找到了曾创办茂矽电子的台湾人陈正宇来对其进行改造。为了改造华晶,陈正宇请来了老友张汝京博士。张汝京当时刚从德州仪器退休,他用了半年时间就完成任务,改造后的华晶于 1999年5月盈亏平衡,项目得以验收。 没有达到预期效果的 908工程,使中国芯片业浪费了5年时间。当华晶还无法量产0.8微米的芯片时,国外主流制程已达0.18微米,我们的差距越来越大。 1995年10月,电子部和国家外专局在北京召开了国内外专家座谈会,希望加速我国芯片产业的发展。11月,电子部向国务院做了专题汇报,确定实施909工程,对建设芯片生产线项目正式批复立项。909工程项目注册资金为40亿人民币,1996年国务院决定由中央财政再增加拨款1亿美元。 1996年,909工程的主体有100亿人民币资金的上海华虹微电子有限公司与日本NEC公司合作,成立了上海华虹NEC。 1996年7月,33个西方国家签署了《瓦森纳协定》,对中国等国家实施军用、军民两用商品和技术的控制清单,其中有电子器件、计算机、传感器、新材料等9大类高新技术被实施禁运。与芯片业相关的高端设备、技术和元器件无法引进,产业建设更加困难。 1996年,电子部部长胡启立兼任华虹集团董事长,直接主持909工程,带领华虹NEC克服了华晶七年的漫长建厂悲剧,于1997年7月31日开工,1999年2月完工,投产时全球芯片市场大热,2000年销售额达30.15亿元,利润达5.16亿元。 2001年,随着互联网泡沫的破碎,整个科技行业受到重挫,芯片行业也进入低迷期。芯片巨头日本东芝宣布停止生产通用的内存,并全面收缩芯片业务。这一年,华虹NEC亏损了13.84亿元。 1950到1970年代,我国的芯片产业以军事需求为动力,由国家计划推动发展。该传统一直延伸到了908、909工程。这是计划经济的国家工程,和国外芯片企业很难竞争。 1978年到2000年我国的芯片业,早期缺乏统一规划,引进的是国外淘汰的生产线,在产业升级的过程中,全部被淘汰。后期由国家组织了三大工程,全数败北,仅有909工程留下了一座上海华虹。这一阶段中国内与海外芯片技术的差距,并未减小。 这些工程未能成功的原因有两个:一是芯片技术更新速度太快,制程升级一年半就是一代,这需要有连续的资金投入,否则就会被很快淘汰;二是中国的芯片人才实在是太少,无法完全搞懂引进技术,遑论自主研发。 另外,西方国家先后用“巴统”和“瓦森纳协议”来限制向中国出口最先进的高科技设备,我们能得到的技术要比最先进的晚两到三代,这种限制大大阻碍了我们的芯片业发展。 2000年–2011年:加入WTO后的中国芯片产业 一直到加入 WTO前后,中国芯片业才进入了海归创业和民企崛起的新时代。改革开放初期的第一批电子、计算机、通信类大学生,于1980年代出国潮中率先留洋。他们毕业后很多人留在美国芯片业工作,见识和能力得到了大大的锻炼和提高。2000年后,这批有着技术和管理经验的专才,开始陆续回到中国创业。 加入 WTO前后,国际化视野和市场化的企业运作方式也被引入了中国。2000年6月,国务院发布了《鼓励软件产业和集成电路产业发展的若干政策》(18号文),并推出了一系列促进芯片产业发展的优惠政策和措施。准备在政策引导下,积极发展产业配套,改善产业发展环境。 在这一政策引导下,国内掀起了一波芯片投资热潮。在这一热潮中,出现了一大批优秀的中国芯片公司:它们是成立于 2000年的中芯国际;成立于2001年的展讯通信;成立于2003年的中兴微;成立于2004年的华为海思等。 信息产业部也实施了“中国芯”工程,大力扶持国内具有自主知识产权芯片研发。在国家 863、973计划的支持下,国产微处理器被作为重点攻关项目。 2000年,张汝京在上海为中芯国际奠基。今天,中芯国际和华为海思已成为中国芯片制造和设计的两大巨头。长电科技公司则占了中国芯片封装的鳌头。 2001年,方舟科技的“方舟一号”流片成功,这是我国自主研发的第一款32位RISC指令集的微处理器。 2002年,中科院计算所的“龙芯一号”问世,它是采用了MIPS指令集的32位微处理器。 2002年,北大众志推出了基于自主设计的兼容X86的32位“众志863” 微处理器。 2001年,由美国海归的邓中翰在1999年创立的中星微电子有限公司宣布,国内首枚具有自主知识产权的多媒体芯片“星光一号”研发成功。此后,中星微的多媒体芯片被广泛应用于微机和智能手机的摄像头中,并为索尼、三星、惠普、飞利浦等企业供货。 2003年,中星微的多媒体芯片的全球市场份额达60%。 2005年3月,中星微的数字多媒体芯片荣获国家科技进步一等奖。 2005年11月,中星微在纳斯达克上市,是第一家在纳斯达克上市的具有自主知识产权的中国芯片设计企业。 就在国内半导体行业蒸蒸日上、欣欣向荣的时候,发生了令人痛心的汉芯事件。 2003年2月上海交大微电子学院院长陈进宣布国产高性能DSP“汉芯一号”研发成功,信息产业部、上海市政府及国内顶级专家纷纷表示“汉芯一号”及其相关设计和应用开发平台,已达到了国际先进水平,是中国芯片发展史上一个重要的里程碑。 三年后,水木清华 BBS上有人公开指责陈进的“汉芯一号”造假。随着调查的深入,人们发现,“汉芯一号”不过是雇人把摩托罗拉芯片上的标识抹掉后加上“汉芯”字样而成。陈进用汉芯骗取了无数的资金和荣誉,“汉芯一号”成了一起出名的科研造假事件。汉芯事件,对刚刚起步的国内芯片行业的科研和市场冲击巨大。此后的很长一段时间内,人们对国产芯片一直都不信任。 而邓中翰的中星微在移动端带来的行业变革面前也因转向太慢,而被台湾的联发科后来居上。中星微从此一蹶不振, 2015年12月,从纳斯达克退市。 2011年至今:中国芯片产业飞速发展的时代 但是,国内的缺芯现象则愈演愈烈。 2013年,我国芯片进口达2313亿美元,超过石油,为第一大进口商品。国家也更加意识到芯片产业的战略意义。同年,我国半导体芯片的奠基人王守武先生去世。 在 2011年国务院发布《进一步鼓励软件产业和集成电路产业发展的若干政策》的三年后,2014年6月,国务院印发了《国家集成电路产业发展推进纲要》,将芯片业的发展上升为国家战略;9月,国家芯片产业投资基金设立,一期募资1387亿元,用于芯片产业链企业的股权投资。 各大基金也一改以往以项目为主的投资形式,通过控股来扶植产业链上的龙头企业。投资涵盖了芯片制造、设计和封测等方面。从此,国内芯片业进入了发展的快车道。 长电科技的logo 中芯国际的logo 华为海思的logo 2014年,长电科技以7.8亿美元收购了新加坡星科金朋,成为全球第三大封测公司。南车株洲的8英寸IGBT生产线正式投产,在昆明地铁完成运行调试。紫光集团在国开行和华芯资本1500亿资金的支持下,对国内外企业进行了大规模并购。2013年,17.8亿美元私有化展讯科技;2014年,以9亿美元率先在海外完成对锐迪科的私有化;2015年5月,耗资25亿美元从惠普手里收购了新华三51%的股权;2016年12月,长江存储在湖北武汉注册成立,并在南京和成都同步建设芯片国际城,大力开发与存储器相关的产业。 2017年世界半导体市场分布和中国芯片市场的产品分布 今天,中国的改革开放已经过了四十年,这是中国飞速发展的四十年,也是一场伟大的中国工业革命。回顾过往, 17、18世纪的英国以其几百万产业工人造就了第一次工业革命;上世纪初至1970年代的美国以其几千万产业工人造就了第二次和第三次工业革命;从1980年代起,中国开始了一场有几亿人参与的伟大的中国工业革命,他们创造了超出了所有常规的奇迹。无论在基础制造业还是在目前最先进的5G通讯行业里,在现代工业的每个角落里,中国和中国制造都是主角。 中国芯片产业链现状 全球的制造业从第一次工业革命以英国为主的西欧,最先转移到了位于北美的美国,美国为第二次和第三次工业革命做出了傲人的成就。今天,我们可以清晰地看到,即将到来的第四次工业革命的产业重心必将落在亚洲和中国。目前,中国几乎在所有的传统产业中都站到了世界前茅。就连第三次工业革命的主要产品个人电脑、手机、和各类智能产品的最后成品组装也都在中国。这不但是因为中国有廉价的劳动大军,也是因为中国有全球最有知识、最成熟、最勤劳、最有雄心的劳动大军。 今天,中国的芯片业已有了芯片设计的龙头企业华为海思,其 ARM和5G芯片已是行业中最先使用台积电7纳米制程的性能最佳芯片了;芯片制造的龙头企业中芯国际的制程已达10纳米,离台积电7纳米制程只有一代只差;芯片封装测试的长电科技在业内稳坐全球第三把交椅。中国的芯片业离世界最先进的地位仅一步之遥。 芯片行业可能是中国所需攻克的最后一个技术堡垒。在今后的日子里,中国终将在所有产业里占据最重要的地位。这是一个不可逆转的趋势,也是中国在工业革命 4.0中应有的地位,这将是我们这一代中国人即将亲眼见证的伟大的中国工业革命的必然结果。
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硅谷简史选登:作者序,硅谷简历
热度 1 LaoQian09 2019-5-19 10:28
作者序 今天的科学技术是人类进步的最显著象征。科学的传统渊源流长,但近代以来给予世界巨大影响的是实用技术的进步,以往的技术进步有赖于实际经验。源于 18世纪工业革命的技术进步则来自近代科学在实用领域里的成功应用。这些技术进步中最不可思议的是基于量子物理学的半导体集成电路技术。也就是我们今天常说的集成电路IC(Integrated Circuit)和信息技术IT(Information Technology)产业。今天,这两个高科技产业的象征是位于美国北加州旧金山湾区的硅谷。 今天的高科技对人们日常生活的影响无处不在。但作为普通大众的我们对高科技的源头大多一无所知。我们对于手机、电脑、互联网的产生、原理、和界限也同样知之甚少。好奇的人们会问,今天的高科技为什么会是这个样子?电脑、手机、及互联网来自何处?今天的太空技术、新能源、和清洁能源交通工具发展到了怎样的程度?量子通讯、量子计算、 3D打印会怎样改变人类的未来?人工智能究竟会把人类带到哪里?要了解这些问题的答案,就必须了解这一切的源头—硅谷。 本书以 人物和公司创办形式扼要地讲述了硅谷的诞生与成长过程。 硅谷是世界上第一个高科技园区。它的起源可以追溯到 19世纪末斯坦福大学的诞生。20世纪初的无线电技术是成就硅谷的第一步,斯坦福的特曼教授、斯坦福电机系的无线电实验室、和惠普公司的成立标志着硅谷的诞生。(见本书第一篇)。 二战后,硅谷发展的动力,来自于晶体三极管的发明和第一家三极管生产企业在旧金山湾区落户这件事。尽管,肖克利的事业很快就结束了,但正是肖克利把硅带进了硅谷,是肖克利用硅点燃了硅谷的高科技之火,使之燃着了硅谷,燃遍了世界。(见本书第一篇)。 1950年代末,以诺伊斯为首的来自肖克利公司的叛逆八人帮创立了半导体工业的摇篮—仙童半导体公司。仙童半导体缔造了半导体工业,它为半导体工业制定了生产流程、管理规范、和质量标准。这一时期的德州仪器公司和仙童半导体同时发明了近代以来最重要的应用技术—半导体集成电路技术(IC)。正是IC技术把我们带入了第三次和第四次工业革命。(见本书第二篇)。 叛逆八人帮和仙童半导体,很快就成了一个硅谷传奇、一个高科技传奇、一个美国传奇。这种叛逆和创新精神奠定了硅谷的产业文化,影响了几代硅谷人,直至今日。(见本书第二篇)。 1970年代,随着IC技术的普及,个人电脑(personal computer,PC)很快以英特尔、苹果、和微软公司的创立为标志,进入了平头百姓家中。这一时期,为高科技公司提供金融服务的风险投资业也形成了自己的行规(见本书第三篇)。 上世纪末,源于冷战的互联网技术是高科技的象征。硅谷成了世界瞩目的互联网公司发源地。以网景、雅虎、谷歌、和脸书为代表的互联网公司是工业革命 4.0的领头羊。互联网和软件产业主导了硅谷,硅谷成了无硅(silicon less)的硅谷(见本书第四篇)。 进入 21世纪后,以集成电路和软件为主导的智能产品开始了对传统服务和制造业的改造。该时期,硅谷的标志性人物是伊隆 ・ 马斯克,他创办的贝宝( PayPal)、特斯拉、SpaceX、太阳城公司是这些产业的标志。它们为硅谷产业链添加了在线金融服务、太空技术、新能源、和清洁能源交通工具,这样的新鲜血液。3D打印和量子计算在硅谷也是热门话题(见本书第五篇)。 人类终将进入人工智能时代。这将是以人工智能取代常规脑力劳动的时代,人类最终会到达一个令人无法想象的未来。我们无法预言那是个怎样的世界,人们会有怎样的生活,我们甚至不知道今天的技术会发展到哪种地步。但我们一定会以审慎乐观的态度来看待这一不可预知的未来(见本书结语篇)。 本书的出版,主要归功于华章出版社的策划编辑欧俊先生,和华夏文摘网站的网友杜欣欣女士和她先生老吴。美国 500 强德州仪器公司全球销售及技术支持高级副总裁谢兵和美国电话电报公司副总裁陆惠晨先生对本书提出了极为宝贵的意见。美洲中国工程师学会达拉斯分会前会长,现任全国总会财务长陈信芬博士也给予了大力支持。最后是我的家人,没有他们的理解和支持,就不会有这本书的出版。 钱纲,于 2018年春。 硅谷简历 “我们是新经济的基石,繁荣的摇篮、所有其他国家效仿的标杆,资本主义最纯粹的表现。” — 约翰·道尔 (John Doerr),硅谷风险投资掌门人 今天,世界高科技的中心是赫赫有名的硅谷 (Silicon Valley)。硅谷位于美国西海岸的北加州,旧金山(San Fransisco)以南圣何西(San Jose)以北,其间有十多个小城市。硅谷最大的城市是圣何西,它是硅谷中心。硅谷属温带海洋性气候,夏天不热,但很干燥;冬天不冷,但潮湿多雨,七十年前此地以蔬菜、水果闻名美国。北加州有着美丽的海岸线、茂密的森林和众多的国家公园。在成为世界高科技中心之前,此地遍布果园、罐头加工厂、和牧场。这里曾经牛羊成群,果树遍野。小山上到处是灌木林,漫山遍野的杏花和樱花,一派田园风光。这里曾是美国最大的杏子产地。高科技公司兴起后,田园风光消失了。从旧金山沿加州101号高速公路往南至圣何西,路两旁的田园农舍被无数高科技公司所代替。1971年1月11日,《微电子新闻》(Electronics News)周刊记者唐·C·霍夫勒(Don C Hoefler)首称此地为“硅谷”,很快硅谷之名传遍全球,沿用至今。硅谷吸引了全球的高科技人才,是美国人口最多元化、素质最高的地区。 把硅谷当作 2016年的一个国家来看,其经济实力排名世界第44位,是中国台湾GDP的一半,硅谷的GDP高于爱尔兰。冷战期间,它是苏联核武器攻击的首选城市。今天,硅谷是世界公认的高科技发源地,信息技术革命的产业核心,和信息技术发展的神经中枢。全球电子业、信息业的新产品几乎全由此发端,硅谷是全球高科技中心。硅谷到处是经济奇迹和一夜致富的人。硅谷的金钱、名人、成功与奢侈文化远胜好莱坞和纽约的华尔街。硅谷风险投资掌门人——约翰·道尔这样描述硅谷:“我们是新经济的基石,繁荣的摇篮、所有其他国家效仿的标杆,资本主义最纯粹的表现。”硅谷不仅是高科技中心,也是时代的灵魂。 提起硅谷,一位美国科学家曾这样说过:“硅谷之于美国,正如美国之于世界。” 没有斯坦福大学就不会有硅谷。 1891年创建的斯坦福大学是硅谷的心脏和大脑。斯坦福大学(University of Stanford)的一位校长如是说:“斯坦福大学之于硅谷,正如硅谷之于美国。”这所由美国西部铁路大王及政治家利兰·斯坦福(Leland Stanford)创建的大学和其他私立大学不同,它的校训是:“让自由之风吹拂”。创校初期,学校有25个院系,让学生选择,除了英语必修外,其它课程皆为选修。学校坚持实用教育,鼓励教师和学生创业。斯坦福在开学典礼上说:“生活归根到底是实际的,你们到此是为自己谋求一个有用的职业。这包含着创新、进取的愿望,良好的设计和最终使之实现的努力。”斯坦福的这一实用教育思想,孕育了硅谷神话。 斯坦福大学的弗里德雷克·特曼 (Frederich Terman)教授被誉为硅谷之父。经历过1929年经济危机的特曼教授要把斯坦福建成一所以创新为主的大学,并把大学实验室内的新科技转让给公司,使大学成为当地新科技、新经济的源头。 特曼教授一手扶植起来的惠普公司是硅谷的创业之源,它开创了早期硅谷由自家车库起家的传统。二战后,特曼教授为斯坦福带来了大量的国防科研基金,以此为基础把斯坦福打造成了硅谷的创新之源、智慧之源。 1940-1950年代,晶体管的发明为计算机革命奠定了基础。是特曼把晶体管发明人——威廉·肖克利(William Shockley)吸引到了北加州,成立了第一家生产晶体管的创业公司。从此,硅这一地球上最丰富的四价化学元素在北加州落户了。 1960年代,从肖克利公司出走的八位晶体管专家“叛逆八人帮”成立了北加州最具传奇性的公司——仙童半导体公司(Fairchild Semiconductor Inc)。此后,北加州不再以农业知名美国了,它走上了成为世界高科技中心的道路。仙童公司的成立为半导体公司定下了行业标准、市场规范及高科技公司的创业模式。从仙童公司出走的创业者“仙童们”还为北加州奠定了风险投资的行规。1960年代后期,北加州的高科技公司雨后春笋般地出现。到了1970年代,一个响亮的名字“硅谷”横空出世,硅谷成为世界高科技的中心。 1970年代,以罗伯特·诺伊斯(Robert Noyce)为代表的英特尔公司,以乔布斯(Steve Jobs)为代表的苹果公司,以约翰·道尔为代表的风险投资公司KPCB,以拉里·艾利森(Larry Ellison)为代表的甲骨文公司(Oracle Inc)纷纷成立。这些引领计算机和互联网革命的核心企业开始在硅谷立足。 1980年代硅谷和美国半导体行业在世界范围内遭到前所未有的挑战,几乎到了崩溃的边缘,挑战来自日本。1985年,日本钢铁业超过了美国,日本第一劝业银行成了世界第一。日本的电视机将美国产品逐出了市场。美日贸易赤字达407亿美元。1980年代,68%美国人认为日本是美国的最大威胁。为此,硅谷和美国各地的半导体公司联合成立了半导体行业协会(SIA),致力于行业合作和创新及相应的管理。 1984年到1986年,美国半导体行业的收入损失了20亿美元并失去了2.7万个工作,硅谷中13%的与电子相关的工作消失了。不仅是美国半导体行业处于困境,其他行业日子也不好过。1987年中期,在SIA的努力下,一些美国半导体公司开始赢利了。1990年代初,随着个人电脑的迅速增长,美国公司将更多注意力集中在设计密集型产品上。同时,韩国等国家开始进入半导体存储器业务,加剧了市场竞争。日本存储器生产商的强劲势头迫使美国公司离开利润和制造能力薄弱的存储器市场,转向利润更加丰厚,需求不断增加的设计密集型产品市场。 1990年代,思科(Cisco)、网景(Netscape)、雅虎(Yahoo)、亚马逊(Amazon)等一批最初的互联网公司出现了。硅谷把世界带进了互联网时代。 进入了 21世纪后,硅谷更是世界瞩目的高科技发源地。以谷歌(Goole)为代表的互联网公司把硅谷带进了新时代。 谷歌的诞生是因为互联网形成的全新商业模式。而谷歌并没有把自己定位在单纯的互联网公司上面。但它的搜索引擎成了全球最赚钱的业务之后,谷歌开始进入了互联网和计算机的底层业务了。其中最吸引人眼球的是谷歌的人工智能( AI)项目。 从 1956年起,AI经历了60多年。因为硬件的能力不足,AI在其诞生后的前40年内,一直处于沉寂状态。进入新世纪后,AI有了长足的进步。先是在2014年,有电脑通过了图灵测试。2016年1月,谷歌开发的AI软件阿尔法狗(AlphaGo),战胜了围棋欧洲冠军樊麾。2016年3月,阿尔法狗以4:1的战绩战胜了围棋世界冠军李世石。从此,人类在所有棋类竞赛中全部败给了电脑,AI进入了一个全新时代。人类已经能够通过控制物质中的电子和空穴的状态,来制造出超越人类自身智能的机械了。尽管在伦理上这是一个人类从未遇到过的难题,但是从技术层面上来看,的确是一个惊人的突破。 继谷歌之后,脸书 (Facebook)、推特(Twitter)、特斯拉(Tesla)等一大批代表工业革命4.0的公司涌现了出来。这些公司在硅谷制造了成千上万个一夜致富的神话。这些财富新贵们不但为自己带来了令人难以想象的金钱,也为硅谷和这个世界创造了巨大的财富,同时给我们的生活方式带来了天翻地覆的变化,也把北加州这一有名的蔬菜和水果产地,打造成了世界高科技的中心。 今天的高科技是科学、工程、金融、和工业组织联合创造的新技术,硅谷的公司和产业是其代表。硅谷的成功归功于硅谷的创业文化。在硅谷,创业冒险是一种风气。在硅谷,新想法、新产品、新工艺、新市场,从无到有,弃旧从新。硅谷人不满足四平八稳,勇于探索冒险。这使硅谷有了自己的创业文化和创业精神。硅谷还有一个重要理念——接受失败。硅谷创业的失败率很高 (60%-70%),能存活10年以上的公司只有10%。失败是硅谷经济运行的一部分,它淘汰了创业公司产品开发初期的不切实际想法,也锤炼了那些从失败中站起来的创业者。 硅谷成功的第二个原因是斯坦福大学和它的办学方针,斯坦福是硅谷的智慧之源。 硅谷成功的第三个原因是高新科技,硅谷正当其时,二十世纪初产生于欧洲的近代物理学,在 1950年代开始有了大量的应用,其中的晶体管和集成电路是计算机技术的基础,计算机革命就是集成电路大规模应用的产物。 硅谷成功的第四个原因归功于它完善的金融资本服务,硅谷有着丰富发达的风险资本和完善的金融服务体系。它们是创业公司的扶持者,它们不仅在高科技企业创业时提供资金,还为创业公司提供信息咨询、管理咨询、战略决策等多方面的服务。 最后,在硅谷的成功中,政府也起到了重要作用。在硅谷,政府为企业的发展建立了极为宽松的创业环境,政府为大学提供大量研究基金。政府允许企业进行权益融资,但对以股票市场进行融资则规定严格。在土地使用、税收等领域,政府给予高科技公司很多优惠政策,鼓励吸引企业家来硅谷创业。这一切成就了硅谷,成就了第三次产业革命,成就了今天的互联网时代。
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我的新书《硅谷简史》上市了
LaoQian09 2019-5-14 09:26
这是我第一本科技史方面的书籍。少年时期的我爱好数理化学,因受家庭影响对文史哲也有涉猎。一九八零年代,进入大学物理系学习,获理论物理学士及硕士学位。一九九零年代,赴美留学,获电子工程博士学位。现任职于美国德州仪器公司,从事半导体工艺及体器件的研发工作。一九九零年代末,开始涉猎互联网论坛。二零零三年涉猎博客写作。以历史、科技、杂文、随笔、诗歌为主。主要作品有美国历史及人物纪事《美国往事》,硅谷历史《硅谷简史》,以及一些杂文、随笔、和诗歌。 《硅谷简史》讲述了硅谷历史和第三次工业革命的历史路径。全书以惠普、肖克利实验室、仙童半导体、英特尔、苹果、谷歌、脸书、特斯拉等硅谷企业和它们的创办人为中心,讲述了硅谷和第三次工业革命的诞生与成长过程。本书侧重于高科技的产业化、风险资本的参与和斯坦福大学的作用,在读者眼前展现了一条从晶体三极管、集成电路、芯片、个人计算机等硬件技术发轫,最终抵达互联网、 3D 打印、量子计算和人工智能的必然之路。 书名: 《硅谷简史》 作者:钱纲 出版社: 机械工业出版社 电子书: 百度阅读 , 知乎书店 , 豆瓣阅读 , 亚马逊 , 掌阅 , 京东 提起硅谷,很多人心中会充满好奇和景仰。作者以工程技术人员特有的文笔,简洁、清晰、生动地描绘了一个个看似平凡,实则是才华、激情、梦想及资本碰撞后,世界为之改变的故事。 - 美国 500 强 德州仪器公司(TI) 全球销售及技术支持高级副总裁 谢兵 这是一部雅俗共赏的硅谷简史,也是现代世界最新科技的缩影。此书布局宏大,内容详实,横跨软件和硬件领域。作者不仅具备科技创新的深度专业知识、深厚的历史功底,还能让科学家和创新大师们在历史中活生生地展现出来,本书实为不可多得的杰作! - 美国电话电报公司( ATT )副总裁陆惠晨 图书目录 前言 硅谷简介 /1 第一篇 奠基硅谷 第 1 章 硅谷的智慧之源:斯坦福大学 /8 第 2 章 硅谷创业之源:二战后的斯坦福大学 /14 第 3 章 硅谷之父:弗雷德里克·特曼教授 /20 第 4 章 现代电子工业之源头:特曼与“冷战”共同造就的早期硅谷 /26 第 5 章 硅谷的创业传统:惠普公司 /32 第 6 章 早期硅谷企业的管理传统:惠普之道 /45 第 7 章 晶体三极管之父:威廉·肖克利 /50 第 8 章 硅的到来:第一家硅谷晶体三极管创业公司 /59 第二篇 创业摇篮 第 9 章 硅谷传奇:“叛逆八人帮”和仙童半导体公司的诞生 /70 第 10 章 半导体工业的摇篮:仙童半导体公司 /76 第 11 章 半导体工业之父:罗伯特·诺伊斯 /84 第 12 章 第三次工业革命的种子:英特尔公司的诞生和成熟 /93 第 13 章 硅谷企业的幕后推手:风险投资家阿瑟·洛克 /110 第 14 章 来自得州仪器公司的推动:杰克·基尔比的贡献 /118 第三篇 信息技术的诞生与成长 第 15 章 晶体三极管之前的计算机 /130 第 16 章 英特尔公司创始人摩尔、摩尔定律和创造未来的半导体工业 /140 第 17 章 专制的经理人格鲁夫和英特尔公司的成长 /152 第 18 章 微处理器之父:霍夫 /164 第 19 章 改变世界的微处理器 /173 第 20 章 风险投资家克莱纳、凯鹏华盈公司、硅谷创业和风险投资的成熟 /181 第 21 章 个人计算机之父恩格尔巴特和个人计算机的黎明 /195 第 22 章 来自贝尔实验室的推动:操作系统 UNIX 和编程语言 C 的诞生与成长 /209 第 23 章 个人计算机的人性化:个人计算机操作系统的诞生 /224 第 24 章 苹果传奇:史蒂夫·乔布斯、苹果公司及个人计算机的诞生 /238 第 25 章 乔布斯的影响:个人数字辅助设备( PDA )、云服务及苹果产品理念 /256 第 26 章 苹果核:史蒂夫·沃兹尼亚克的贡献 /271 第 27 章 硅谷海盗:比尔·盖茨和微软公司 /286 第四篇 互联网从这里爆发 第 28 章 “冷战”的副产品:互联网 /300 第 29 章 野蛮生长的互联网 /313 第 30 章 数据库软件公司甲骨文和它的创始人拉里·埃里森 /321 第 31 章 互联网时代的甲骨文公司 /336 第 32 章 互联网的助产士:世纪之交的风险投资和风险投资家杜尔 /346 第 33 章 互联网硬件之王:思科系统公司 /362 第 34 章 最初的互联网触角:网景和雅虎公司 /371 第 35 章 电商始祖:亚马逊和 eBay 公司 /380 第 36 章 无所不在的互联网:谷歌、脸书、推特 /384 第五篇 未来将如何改变 第 37 章 创造未来的硅谷人:埃隆·马斯克 /396 第 38 章 迈向未来的硅谷公司:太空探索科技公司、特斯拉和太阳城 /406 第 39 章 未来计算机:量子计算机 /420 第 40 章 个性化的制造业: 3D 打印技术 /426 第六篇 智能时代 第 41 章 人工智能简史 /430 第 42 章 人工智能的未来:一条通向超级智慧的道路 /437 第七篇 无法想象的未来 第 43 章 科技是否存在着界限和尽头 /450 参考文献 /453
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究人员测量了低成本半导体近乎完美的性能
zhpd55 2019-3-17 09:29
研究人员测量了低成本半导体近乎完美的性能 诸平 据 斯坦福大学 (Stanford University) 2019年3月15日提供的信息,该大学的研究人员开发出一种测量技术,测量了低成本半导体近乎完美的性能。 在太阳能电池板、相机传感器和医学成像工具中发现的先进电子产品中,被称为量子点的微小、易于生产的粒子,很可能很快就会取代更昂贵的单晶半导体。尽管量子点已经开始以量子点电视的形式进入消费市场,但长期以来,量子点电视的质量一直存在不确定性,阻碍了其发展。现在,斯坦福大学的研究人员开发的一种新的测量技术可能最终会消除这些疑虑。 斯坦福大学化学研究生戴维·哈尼菲(David Hanifi)说:“传统半导体是单晶,在真空中特殊条件下生长。我们可以在实验室里的烧瓶中大量制造量子点,我们已经证明它们和最好的单晶一样好。” 研究人员专注于量子点如何有效地重新发射它们所吸收的光,这是衡量半导体质量的一个指标。虽然之前对量子点效率的研究暗示了量子点的高性能,但这是第一个自信地证明量子点可以与单晶竞争的测量方法。这项研究是美国斯坦福大学 (Stanford University) 、劳伦斯·伯克利国家实验室(Lawrence Berkeley National Laboratory)、加州大学伯克利分校(University of California, Berkeley), 日本有关公司(High Performance Materials Company, JXTG Nippon Oil Energy Corporation)、比利时哈瑟尔特大学(Hasselt University)、荷兰埃因霍温理工大学(Eindhoven University of Technology)以及美国的卡佛利能源纳米科学研究所(Kavli Energy NanoScience Institute)合作完成的,相关研究结果,2019年3月15日已经在《科学》(Science)杂志网站发表——David A. Hanifi, Noah D. Bronstein, Brent A. Koscher, Zach Nett, Joseph K. Swabeck, Kaori Takano, Adam M. Schwartzberg, Lorenzo Maserati, Koen Vandewal, Yoeri van de Burgt, Alberto Salleo, A. Paul Alivisatos. Redefining near-unity luminescence in quantum dots with photothermal threshold quantum yield. Science , 15 Mar 2019: Vol. 363, Issue 6432, pp. 1199-1202. DOI: 10.1126/science.aat3803 加州大学伯克利分校的纳米科学和纳米技术的三星特聘教授,量子点的先驱研究者 Paul Alivisatos,也是论文的通讯作者,他强调了此测量技术如何能够引领新技术和新材料的发展,而这些新技术和新材料要求我们在很大程度上了解半导体的效率。 “这些材料的效率如此之高,以至于现有的测量无法量化它们到底有多好。这是一个巨大的飞跃。“也许有一天,它可以应用于需要发光效率远高于99%的材料的应用,而这些材料中的大多数还没有被发明出来。”更多信息敬请注意浏览原文或者相关报道 Between 99 and 100 Being able to forego the need for pricey fabrication equipment isn't the only advantage of quantum dots. Even prior to this work, there were signs that quantum dots could approach or surpass the performance of some of the best crystals. They are also highly customizable. Changing their size changes the wavelength of light they emit, a useful feature for color-based applications such as tagging biological samples, TVs or computer monitors. Despite these positive qualities, the small size of quantum dots means that it may take billions of them to do the work of one large, perfect single crystal. Making so many of these quantum dots means more chances for something to grow incorrectly, more chances for a defect that can hamper performance. Techniques that measure the quality of other semiconductors previously suggested quantum dots emit over 99 percent of the light they absorb but that was not enough to answer questions about their potential for defects. To do this, the researchers needed a measurement technique better suited to precisely evaluating these particles. We want to measure emission efficiencies in the realm of 99.9 to 99.999 percent because, if semiconductors are able to reemit as light every photon they absorb, you can do really fun science and make devices that haven't existed before, said Hanifi. The researchers' technique involved checking for excess heat produced by energized quantum dots, rather than only assessing light emission because excess heat is a signature of inefficient emission. This technique, commonly used for other materials, had never been applied to measure quantum dots in this way and it was 100 times more precise than what others have used in the past. They found that groups of quantum dots reliably emitted about 99.6 percent of the light they absorbed (with a potential error of 0.2 percent in either direction), which is comparable to the best single-crystal emissions. It was surprising that a film with many potential defects is as good as the most perfect semiconductor you can make, said Salleo, who is co-author of the paper. Contrary to concerns, the results suggest that the quantum dots are strikingly defect-tolerant. The measurement technique is also the first to firmly resolve how different quantum dot structures compare to each other—quantum dots with precisely eight atomic layers of a special coating material emitted light the fastest, an indicator of superior quality. The shape of those dots should guide the design for new light-emitting materials, said Alivisatos. Entirely new technologies This research is part of a collection of projects within a Department of Energy-funded Energy Frontier Research Center, called Photonics at Thermodynamic Limits. Led by Jennifer Dionne, associate professor of materials science and engineering at Stanford, the center's goal is to create optical materials—materials that affect the flow of light—with the highest possible efficiencies. A next step in this project is developing even more precise measurements. If the researchers can determine that these materials reach efficiencies at or above 99.999 percent, that opens up the possibility for technologies we've never seen before. These could include new glowing dyes to enhance our ability to look at biology at the atomic scale, luminescent cooling and luminescent solar concentrators, which allow a relatively small set of solar cells to take in energy from a large area of solar radiation. All this being said, the measurements they've already established are a milestone of their own, likely to encourage a more immediate boost in quantum dot research and applications. People working on these quantum dot materials have thought for more than a decade that dots could be as efficient as single crystal materials , said Hanifi, and now we finally have proof. Superefficient light emission A challenge to improving synthesis methods for superefficient light-emitting semiconductor nanoparticles is that current analytical methods cannot measure efficiencies above 99%. Hanifi et al. used photothermal deflection spectroscopy to measure very small nonradiative decay components in quantum dot photoluminescence. The method allowed them to tune the synthesis of CdSe/CdS quantum dots so that the external luminescent efficiencies exceeded 99.5%. This is important for applications that require an absolute minimum amount of photon energy to be lost as heat, such as photovoltaic luminescent concentrators. Science , this issue p. 1199 Abstract A variety of optical applications rely on the absorption and reemission of light. The quantum yield of this process often plays an essential role. When the quantum yield deviates from unity by significantly less than 1%, applications such as luminescent concentrators and optical refrigerators become possible. To evaluate such high performance, we develop a measurement technique for luminescence efficiency with sufficient accuracy below one part per thousand. Photothermal threshold quantum yield is based on the quantization of light to minimize overall measurement uncertainty. This technique is used to guide a procedure capable of making ensembles of near-unity emitting cadmium selenide/cadmium sulfide (CdSe/CdS) core-shell quantum dots. We obtain a photothermal threshold quantum yield luminescence efficiency of 99.6 ± 0.2%, indicating nearly complete suppression of nonradiative decay channels.
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细胞膜的开关——半导体
jiazhang55 2017-4-14 23:38
我们都知道,离子是无法进入细胞内的,但离子是重要的细胞膜开关,它为细胞膜提供了电压。 当一个运输蛋白质需要将一个物质运出细胞,首先细胞膜内外是电平衡的,而运输蛋白中的氮与细胞膜的磷形成了一开关,当外部的离子与运输蛋白结合较多时,膜内外形成了电势,此时运输蛋白的运输的离子, 可以顺电势而运动进而排除或吸收。 而在细胞内部,通过类似开关(不止于氮磷结构)的形成, 细胞可以很好的控制细胞内的物质运输的位置。 我们继续,那么我们就可以通过离子分布情况判断哪些RNA和蛋白质都在什么地方,我们如何让我们需要祛除坏蛋白的物质运动到指定位置,甚至我们如何让其进入细胞和细胞核的方式都可以知道。以便于对症下药。 我们可以将每个细胞看成一个逻辑器件,这个器件并不是由01逻辑,而是由多进制逻辑的,但它依然需要开关,就像量子计算机,是开关就要耗能,而这部分能量就是我们细胞消耗的能量。
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在中科院做主任的“摇滚博导”,跨界玩音乐竟成窦唯的吉他手
热度 10 beckzl 2017-4-6 21:03
现在的娱乐圈为了吸金搞噱头,似乎不玩一把跨界都算不上个明星。 几年前的一曲《爱的供养》,唤醒了多少植物人,可谓娱乐圈跨界医疗领域的典范。 同样经典的还有小米掌门人雷军,一首意气风发的《Are You OK?》唱响大江南北。 如今的娱乐圈还刮起了一阵跨界做段子手、跨界做表情包的风潮,也不乏成功的例子。 雷总单曲纪念版鼠标垫 但是论跨界,这些明星全都不如他跨得震惊,跨得逍遥。 他曾是北大物理系的高材生,毕业后从事半导体材料物理研究。 在国际知名刊物上发表了一百多篇SCI论文,国家授权发明专利都有十余项。 除此之外,他还是 中科院半导体所的重点实验室主任 , 博士生导师 , 973项目首席科学家 。 作为一名科研工作者,他绝对是公认的人生赢家。 明明可以靠科研工作的铁饭碗过一辈子,却偏偏要玩音乐。 2011年,他用沧桑的嗓音演唱了李白的《将进酒》,视频播放超千万。 被网友誉为 “摇滚博导” ,甚至登上了来年的网络春晚。 这下不仅引来了吃瓜群众,还吸引来了很多乐坛的高人。 一不留神,“摇滚博导”竟成了窦唯新专辑中的吉他手! 最右为窦唯 面对各种赞许的称呼,他却一直称自己是一个 “爱好音乐的科研工作者” 。 … 他生于湖南,父母赐名陈涌海,期望他的才华能如大海般翻涌。 陈涌海也的确没有辜负父母的殷切期望,20岁从湖南老家考入京城,于北大求学。 80年代是中国校园歌曲萌芽的时期,同时摇滚乐也正冲击中华大地。 陈涌海虽然没有什么音乐功底,但是父亲在电影院的工作让他接触到了很多影视歌曲。 初到北大校园的陈涌海受到这股风气的影响,把持不住自己。 把两个月吃馒头省下来的伙食费拿去买了一把60块钱的翠鸟牌吉他。 他和大多数喜爱音乐的学生一样,没有基础也没有钱去上培训班,全靠自己的一腔热情。 一本 《民谣吉他,21天从入门到入土》 大概就是陈涌海所有音乐基础知识的来源。 在宿舍练琴的陈涌海 刚开始,陈涌海只要一有空就会找上三五好友,一起到未名湖边弹琴、吟诗。 不像现在,一首民谣和一部爱情动作片没什么两样,那时他们的主旋律更多的是国家和社会。 不过没多久,陈涌海的吉他还真的就入土了。 因为北大物理系的课程安排可不像什么二流三流院校那样宽松,繁重的课业让他不得不放下音乐的爱好。 未名湖边,弹吉他的陈涌海 接下来的两年,陈涌海像一个正经的学霸那样,看最厚的书,考最高的分。 他也渐渐明白了,自己是一个读书的料,未来会走科研的道路。 大四的时候,在同学都面临着工作和毕业的双重压力时,陈涌海倒并没有这方面的担心。 他反而因为课业的宽松,还有那股子离别的伤感,重新拿起了吉他。 舞台上演唱的陈涌海(右) 别看陈涌海是一个学霸,当年玩起音乐来也是叱咤风云的知名校园歌手。 还曾经与现在知名的乐手 卢庚戌 (水木年华成员)同台演出。 当年北大的演唱会海报 渐渐的,陈涌海开始尝试着写歌,第一首歌是什么他都已经不记得了。 只依稀想起大概是模仿崔健风格的一首摇滚歌曲,显得和当时流行的校园歌曲格格不入。 崔健 “我是典型的无话可说者,我只盛开米粒大的花儿,只有片刻的芬芳。” “风雨来时,我会落下我所有的花瓣,免得说它们是塑料的。” 这段独白出自陈涌海的《废墟》,是他在圆明园遗址的废墟上边喝酒边写下的。 “无话可说者”的确是他真实的写照,平日里的他常常理性得严肃。 这种严肃甚至被他带上了舞台。 陈涌海生在南方长在南方,唱起歌来难免带着一口湖南味的塑料普通话,尤其是独白部分。 有一次他上台表演,有观众抱怨,说听不懂他在唱什么。 结果陈涌海怒了,怒斥观众“听不懂的出去”,这简直就是他后来做老师时的模样。 陈涌海 陈涌海北大毕业后考入了北京科技大学读研究生,音乐的爱好又再次搁在一旁。 他专注自己的学术研究,主攻半导体材料的相关研究。 每天8点上班,晚上6点回家吃完饭,又回到实验室工作到12点。 枯燥没有活力的生活也的确让陈涌海获得了不小的成就。 在办公室的陈涌海,头发短了人发福了 他在中科院的半导体所获得博士学位,成为了博士生导师,出任重点实验室主任。 SCI论文发了上百篇,主持了多个国家重点课题和和项目,973项目中还成为了首席科学家。 在最受世人敬仰的科学领域做出这一番的成绩,用现在的话说,陈涌海绝对是人生赢家。 但随着年纪的增长,衣服穿得越来越正式,发型也越来越短,他还是想念学生时与音乐为伍的时光。 主持会议的陈涌海 某次陈涌海出差去日本,他在新宿站看见两个街头艺人在深情地弹唱。 他看在眼里,内心满是回忆,驻足欣赏了许久。 音乐终归是陈涌海不能忘怀的爱好,那一次之后,他便再次抱起吉他。 “做不了刀子,也要做刀把子。哪怕做生锈的、钝刀的刀把子,也要跟刀子在一起。” 陈涌海重新留起长发 已步入大叔之年,陈涌海早已没有当年的情愫和精力去作词作曲。 不过这也不代表他停下了创作的脚步,他闲来无事经常给古诗词谱曲重新演绎文人的豪迈。 陈涌海在庐山上吹箫 让他一夜成名的那曲《将进酒》便是这样诞生的。 陈涌海与钱绍武先生谈古论今,一时兴起便坐在桌边唱起了这首歌。 当时当景恰好被友人录制下来,传上网络,轻易就获得了千万级的播放量。 陈涌海与钱绍武 陈涌海很是欣喜,倒不是为自己成名,更多的是因为自己的歌曲得到了多数网友的认可。 《将进酒》大火后,各路神仙闻着味就都找上门来了。 有歌唱综艺节目找到陈涌海,说: “你有一个梦想,我可以帮你实现它。” 陈涌海听到后呵呵道:“瞎扯淡,我的梦想不用你们实现。” 他明白,这无非是出于节目的噱头,对于这种节目他从来都是不屑参与的。 当然这些找上门来的神仙也有他十分欣赏的,比方说摇滚界的老仙窦唯。 窦唯与他一样,专注、沉着,两位摇滚中年大叔情投意合,不仅即兴演奏,更爱促膝长谈。 陈涌海与窦唯谈笑风生 四年前,窦唯在云南大理录下《山水清音图》,邀请陈涌海担任其中一曲的吉他手。 录音完成后窦唯还多次在言语中透露出对这张专辑的喜爱与满意。 网络上,陈涌海在人们眼里是跨界神人;现实中,他还是个“无话可说”的科研工作者。 他把自己对音乐的坚持归结于那个浪漫的时代,理想主义情怀在他心中烙下了深深的印记。 其实陈涌海算不上是什么伟大人物,当年校园里成绩好又多才多艺的同窗也不在少数。 他有一个同学诗词歌赋样样精通,号称“万能文艺青年”,结果最后放弃了学业去了山村支教。 陈涌海今天的所作所为只因为他还记得,他还愿意坚持。 不放弃事业的同时追求仅有的三两爱好,仅此而已。 “十年一觉民谣梦,当年乐手多不再,惟陈兄涌海,虽步入怪叔叔之年,琴上行走如故。” ——好友胡续冬。
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关于降低硫化氢超导条件的一些想法
jiazhang55 2017-3-28 19:11
我们没有条件做实验,但我看过一些超导方面的论文。也对 超导的理论有一些了解。库珀对,其实就是电子的最低能太的一种现象,这也是量子计算机里面的一些应用。 我将库珀对称为高纠缠度现象,当然在量子距离波函数的图样中,也有体现。 其实,制造这种现象的方法,除了温度,也许就只有压强了。量子纠缠度的宏观表现也只有这两种吧。 既然我们知道超导与最低能太有关,我们从原子尺度分析,最低能太一个最大的影响者就是原子核了,哪里 聚集了太多的能量,以至于电子主要受其影响。而原子核的能量越小,电子受其影响越少,那么电子就越容易表现最低能太。所以会有加压的缘故,使得电子更加自由,所以更容易超导。原子核能量最小的就是H了,所以H越多越好。但有人会问周期表后面的元素不是有更多更好的自由电子么?其实电子的自由度与库珀对的纠缠度,并不是线性的,而是类似于半导体的导电曲线。因为越往后,原子核的能量变得很大,反而提高了超导条件。而且天然的两电子链接方式的元素也不多,无法形成更好库珀对(最低能太)。 说了这么多硫化氢的优点了,该说说缺点了,第一,H离子太少,这一点提高加压的数值,就是库珀对太少。第二,S离子的量太少,进一步提高了加压的数值,第三,硫离子的氧化能力太弱。这一点导致了超导温度的升高。 当然,第三点当中,似乎可以将S换为CL,这完全不可取。因为原子核增加的干扰力,远远大于我们增加氧化力所提供的好处。 那么,根据以上三点,我提出的解决办法是,混入大量氢气与与微量量氯化氢,在较高压下,可以提高这超导温度。
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记录一下2017年最初的科研成果
热度 1 ft0609 2017-1-18 13:52
经过两年半的学习,我已经从什么多不懂的学生, 到达到概括性的明白了半导体激光器的原理以及一部分细节。 我的博士是跨专业,从材料科学跨到了电子电器工程。所以刚开始感觉吃力。其实,材料科学真的很水,没有很深的物理、数学基础,很大一部分都是经验。我个人觉得,学习材料,如果不做深入研究(不读PhD),本科毕业就够了,然后找一个销售的工作,或者从头学其一些别的知识(这是个讽刺,别当真)。可是当你开始都博士以后,就会发现,物理和数学是决定你对事物理解的一道坎,需要费很大力气去跨越。当然,接下来的勤奋的阅读更新文章决定了你的开创性思维。 2017年的一个月,经过了半年的实验,终于得到了我想要得到的初步结果。 闲了再写吧。
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一种改进模拟红外非线性光学晶体色散曲线的方法
XRC0808087 2017-1-6 22:59
注: 摘自我的毕业论文《黄铜矿结构非线性晶体光学性质的理论研究》(中国科学院大学, 2015)第五章 ,图表和公式顺序对应毕业论文顺序。具体细节也可以参考 J. Appl. Phys. 117, 135702 (2015) 。 如果任何疑问或建议,欢迎交流指教(xiaoruichun@foxmail.com)。设计思路示意图如下: A modified method to simulate the dispersion properties of infrared nonlinear optical crystals 设计思路图 ==============以下是文章摘抄=========== 折 射率的色散性质是非线性晶体一个非常重要的光学性质。 目前基于密度泛函理论的第一性原理计算,已成为研究非线性晶体主要 的理论方法。但是,对于非线性晶体光学性质的理论研究方面,却存 在一些不足。 具体表现在,声子对色散性质有着十分重要的影响,但在以往色散性质的研究中只考虑电子跃迁的影响,而忽略了声子的影响,这种方法给出了相对可靠的双折射率结果,但是在红外截止边附近,计算结果和实验的差异较大。当前,折射率的色散性质普遍用第一性原理光学性质计算的方法来研究。如下图5.1所示,用此方法得到的AgGaS 2 和ZnGeP 2 的色散曲线和双折射率曲线。可以看到,这种方法能够给出相对可靠的双折射率结果,而且在能带附近计算的色散曲线的趋势也能和实验值较好吻合。但是,到了红外截止边附近,计算结果和实验值有较大的差异:所有的计算曲线几乎变平直,然而实验的色散曲线都往下弯曲。 图5.1 用光学性质计算方法得到的(a)(b)AgGaS 2 和(c)(d)ZnGeP 2 的色散曲线和双折射率曲线,实验值来自于文献 和 。 从2.1节固体中的光吸收过程,我们知道在透明范围内,半导体的光学性质起源于两个基本的物理过程:电子跃迁和声子效应(对于理想晶体,自由载流子吸收和杂质与缺陷吸收可以忽略)。这些效应可以用振子模型(oscillator model(OM))准确地描述。振子模型是属于经典力学和电磁学的范畴的简单模型,描述折射率色散特性广泛使用的Sellmeier方程就可以用这种模型描述。根据这种模型,是声子效应使色散曲线在靠近红外截止边附近往下弯曲。但是,光学性质计算只把电子跃迁因素考虑进去,而忽略了声子效应的影响,这导致了以上和实验不符的计算结果。 振子模型不仅能给出计算结果和实验不符的原因,同时也提供了如何改进的方法。有非耦合振子公式(2-13)可以看出,每一种效应在介电函数表达式中为一个振子项。因此只要在计算的色散方程中加入一个声子振子项,就可以弥补计算的不足。W. R. Lambrecht和Jiang X.S. 在CdSiP 2 和CdSiAs 2 的色散性质研究中,应用了以上的方法,其中他们声子项的系数使用的是实验值和经验值,得到了和实验吻合很好的CdSiP 2 色散曲线。图5.2为本工作使用他们的方法和提供的参数模拟的AgGaS 2 和ZnGeP 2 的色散曲线。 图5.2 用Lambrecht等人的方法改进AgGaS 2 和ZnGeP 2 的计算的色散曲线 5.1 模型与方法 晶体的光学性质由电磁场中各种类型的振子共同作用决定(2.2节),介电函数可以表达为各种振子之和(公式(2-13))的形式: 在晶体的透明范围内,电磁场的频率ω远离振子的本征频率ω j 时,阻尼项对介电函数的影响可以忽略(这里与4.3节需要考虑阻尼不同),因此介电函数的虚部近似为0。由折射率公式(2-28),可以知道 在透明范围内是一个很好的近似,因此 这就是广泛使用的 Sellmeier 方程。把折射率换成波长 λ 的函数( ),Sellmeier 方程的表达式为 这里 基于振子模型,Sellmeier 方程能够很好的描述色散性质,其他的色散方程可以由它推导和简化 (Sellmeier 方程一般形式与其它色散方程的关系见 5.5 节讨论)。我们知道,红外非线性晶体的透明波段由能隙和双声子吸收决定,一般情况下,包含两项振子的 Sellmeier 方程 就足以描述大部分红外非线性晶体的色散性质 。其中,第一项A表示高于电子能隙的电子跃迁对折射率的贡献,第二、三项对分别表示能带附近的电子跃迁和声子效应对色散性质的贡献。由振子模型的可以知道: 1 .由于在透光范围内 ,因此声子效应使折射率减小,而且随着波长的增加,声子的影响越来越明显。 2.如果上述表达式中只有电子跃迁项没有声子项,在远离电子跃迁的本征频率时,介电函数几乎变成了一个常数。因此光学性质计算由于没有考虑到声子的影响,计算的色散曲线在长波波段平的。 3.一般情况下声子的本征频率远远小于电子跃迁的本征频率,因此在能带附近,声子对折射率的影响非常小。因此在没有考虑声子影响的情况下,计算的近红外波段的色散曲线依然能和实验较好吻合。 光学性质计算的介电函数的虚部通常由随机相位近似下( random phase approximation (RPA) )没有考虑局域场(local field effects)下的能带间的跃迁得到,而介电函数的实部由虚部通过Kramers-Kronig 关系转换而来。由于只考虑了电子跃迁的影响,因此在透明波段内,计算的介电函数方程可以用单振子来描述,即 根据振子模型,只要在计算的介电函数公式(5-6)后加入声子振子项就可以弥补光学性质计算的不足。巧合的是,红外介电计算 研究的是声子对介电函数的影响,然而电子跃迁的因素没有考虑进去。类似也可以用一个单声子振子来描述 因此声子振子的系数可以由红外介电计算得到。 把公式(5-7)中的声子振子项加入到上式(5-6)中,就可以得到比较符合实际情况的色散性质。本方法的设计思路和计算模拟过程如图5.3所示。 图5.3 设计思路和计算模拟过程 高频介电常数(ion-clamped) ε ∞ ,分别对应光学性质计算公式(5-6)中的A+B 1 和红外介电计算公式(5-7)中的系数 ,在计算中经常被高估。而且两种计算的介电函数也都系统地高于实验的介电函数。对于光学性质计算,可能是因为计算中缺少局域场效应造成的;对于红外介电计算,可能是因为在交换关联能中缺少极化依赖关系 造成的。据我们目前最大努力所知,高估的问题并不容易在密度泛函理论框架下解决。但是从晶格振动的红外光谱和光学性质计算的结果来看,两种计算的介电函数有实验上的趋势。因此我们假设,计算只高估系数A和 ,但振子的系数是合理的正确的。与用剪刀修正(scissor correction)LDA、GGA低估带隙问题的方法类似,我们可以调整A和 来解决高估问题。当声子振子的系数加入到公式(5-6)后,系数A调整到和实验的色散曲线能够吻合。最后,调整的系数A应该满足以下关系: 5.2 计算过程 (1)光学性质计算 (2)红外介电计算 5.3 数据拟合 由于计算的介电函数为分立的数值,需要通过数学拟合的方法才能得到方程(5-6)和方程(5-7)的形式。本文使用Origin软件进行拟合,拟合方法和过程可以参考相关Orign书籍。由于公式(5-6)和(5-7)的形式是一样的,因此可以使用同一种函数进行拟合。 5.4 计算模拟结果 最终模拟的AgGaS 2 、ZnGeP 2 和CdSiP 2 的Sellmeier系数(即A、B 1 、C 1 、B 2 和C 2 )列于表5.1中,图5.5为对应的模拟色散曲线。同时,我们对拟合的曲线和实验的相对误差也经行分析。 模拟色散曲线和实验之间的相对误差列于图5.6中。可以看到模拟的色散曲线和实验曲线吻合较好,尤其是在2 μm以后,模拟和实验的偏差小于0.5%。这说明了我们以上的假设是合理的。 图 5.5 (a) AgGaS 2 (b) ZnGeP 2 (c)CdSiP 2 和(d)GaAs的计算模拟结果,AgGaS 2 和ZnGeP 2 的实验折射率来自于文献 和 ,CdSiP 2 和GaAs的实验色散方程来自于文献 和 。 加入声子效应后模拟的色散曲线往下弯曲,而且和实验的色散曲线有相同的弯曲程度。但在能带吸收边附近,色散曲线的变化非常小,这是因为在能带吸收边附近,电子跃迁对折射率的影响占主导作用,声子对折射率的影响很小。另外色散曲线在能带吸收边附近急剧下降,根据振子模型公式(5-5)可知,能带吸收边附近色散的急剧下降是光频靠近电子的共振频率导致的,而电子的共振频率对应能带带隙,因此这是带隙附近的电子跃迁导致的。 图 5.6 (a)AgGaS 2 (b)ZnGeP 2 (c)CdSiP 2 和(d)GaAs的模拟曲线与实验之间的相对误差。
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[转载]中国半导体弯道超车的最后机会,MEMS市场!
gongkong 2016-9-18 16:09
MEMS较之传统机械工艺比较优势明显 MEMS工艺不仅具有集成电路系统的许多优点,同时集约了多种学科发展的尖端成果,与传统的机械工艺相比,它具有微型化、集成化、多样化、批量化等特点,成本上也有明显优势,且生产出的产品功能多样,可高度集成。 机遇与挑战并存,MEMS铸就下一个千亿市场 MEMS是集成电路相对景气的子领域,预计到2021年全球MEMS产业规模将达到200亿美元,2015-2021复合增长率为8.9%,增速远高于集成电路行业平均水平,同时受移动设备市场逐步饱和的冲击,增速有所放缓。国内增速快于国外,消费电子、医疗和工业控制等细分领域引领市场。 感知时代,MEMS借力物联网蓄势腾飞 传感器作为感知层的重要组成部分,在物联网时代不可替代,MEMS作为支撑技术,也将发挥重要作用。预计2020年全球物联网市场市值将增至1.7万亿美元,约有500亿台设备接入物联网,物联网是继汽车电子、智能手机、可穿戴设备后MEMS的下一个核心驱动力。 市场存在调整需求,MEMS领域并购风潮渐起 MEMS供给扩张快于需求,销售均价存在调整压力。近期行业出现诸多并购案例,TDK并购Tronics,华灿光电并购美新,北京君正并购OV,耐威科技并购赛莱克斯等,行业整合有利于市场出清,龙头企业将最终受益。 专业分工大势所趋,产业链中下游Foundry和封测厂商受益明显 MEMS将“重演”集成电路领域产业链裂变过程,专业分工是大势所趋。MEMS行业是个相对较小且分散的行业,适合Fabless的轻资产模式,MEMS代工厂商地位将日益突出,且较之于集成电路一线的Foundry,专注MEMS行业的Foundry诸如赛莱克斯、ITM、Tronics并无明显劣势,更有助于贴近客户。除此之外,MEMS封测环节技术较之集成电路复杂,更是占据了成本70%,拥有批量自动化封装及测试能力的厂商将获取产业链最大份额“蛋糕”。 更多相关信息请浏览:www.gongkong.com
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关于举办“半导体缺陷:起源、表征和对器件工艺的影响高级培训班
coofish 2016-5-23 16:12
为贯彻落实《国家集成电路产业发展推进纲要》,推进工业和信息化部“软件和集成电路人才培养计划”的实施,培养一批掌握核心关键技术,处于世界前沿水平的中青年专家和技术骨干,推动我国集成电路领域共性、关键性核心技术的整体突破,工业和信息化部人才交流中心和比利时微电子研究中心IMEC定于2016年6月13-14日在上海共同举办“半导体缺陷:起源、表征和对器件工艺的影响高级培训班”,邀请IEEEFellow、比利时鲁汶大学教授CorClaeys授课。 本课程将介绍硅、锗及其合金中的缺陷,以及衬底缺陷对器件工艺的重要影响。课程将涉及半导体缺陷的各方面,包括原子结构、起源、电子和光学性质、最适合的表征和模拟技术,及其对器件工艺和成品率的影响。本课程贴近实际应用,将从涉及半导体晶体生长和加工中的缺陷的现实问题入手,并说明如何采用最适合的分析和计算技术来识别/解决这个问题。 现将有关事宜通知如下: 一、主办单位 工业和信息化部人才交流中心 比利时微电子研究中心(IMEC) 二、协办单位 复旦大学(微电子学院) 上海市集成电路行业协会 麦姆斯咨询 三、参加对象 本课程面向相关企业、研究机构、高等院校以及政府机构的高级管理人员、技术经理、工程师、研究员和教师等。课程采用全英文授课,不配备翻译,要求学员具备英语听课学习水平。中心将配备专家助理,协助学员解决英语沟通问题,进行课程辅导。 四、培训安排 培训时间:2016年6月13-14日(2天) 培训地点:上海(具体地点详见报到通知) 日程安排: 6月12日下午15:00-17:00报到 6 月13日上午8:30举行开班仪式 6 月14日下午17:00举行结业仪式 其余为上课时间:上午9:00-12:00 下午14:00-17:30 培训班结束后,将颁发工业和信息化部人才交流中心和比利时微电子研究中心(IMEC)共同证书,参加培训者可推荐参加国家“软件和集成电路人才培养计划”评选。 五、报名方式 请各单位收到通知后,积极选派人员参加。报名截止日期为2016年6月11日,报名请咨询: 麦姆斯咨询: 联系人:吴越 电 话:15190305084 E-mail :wuyue@memsconsulting.com 课程目录 Module 1(3h): Defects in semiconductors: definitions and basics - Structuralproperties: point defects, solubility and diffusion, dislocations, stackingfaults, precipitates - Defectnucleation: growth and multiplication, yield stress - Temperaturedependent mechanical properties of Si and Ge - Impactpoint defects on physical material properties: critical radius, diffusion 模块1(3小时):半导体缺陷:定义和基础知识 - 结构特性:点缺陷;溶解和扩散;位错;层错;沉淀物 - 缺陷核;生长和增殖、屈服应力 - 硅和锗的温度相关的机械性能 - 用以支持缺陷研究的从头计算法 Module 2(3h): Grown-in defects in silicon and germanium substrates - Czochralskiand Floating Zone single crystal growth of Si and Ge - Grown-inpoint defects and point defect clusters - Thermaldonors, swirls - Defectengineering: growing “perfect” crystals - Impact ofdoping: O, N, C, group IV co-doping 模块2(3小时):在硅和锗衬底的原生缺陷 - 硅和锗的直拉法生长和浮区单晶生长 - 原生点缺陷和点缺陷集群 - 热供体,漩涡 - 缺陷工程:增长的“完美”晶体 - 掺杂的影响; O, N, C; IV 共掺杂 Module 3(3h): Processing-induced defects and defect engineering - Oxygen precipitation:internal and external gettering, defect engineering - Isolationoxide; bird’s beak; STI; stress; junction delineation - Stressengineering - Hetero-epitaxyon a Si-platform - Ion implantationin Si: interstitial clusters, implantation damage, annealing, vacancy clusters,dopant activation, pre-amorhization, germanium versus silicon - Metalliccontamination: precipitation, behaviorof metals, cleaning, gettering, electrical impact 模块3(3小时):加工引起的缺陷和缺陷工程 - 氧气沉淀:内部和外部的吸气;缺陷工程 - 氧化物隔离; 鸟嘴式;STI;压力;连接点描述 - 应力工程 - 硅平台上的异质外延 - 硅的离子注入:间质性集群,离子注入损伤,热处理,空位团,杂质激活,预非晶化转变,锗与硅对比 - 金属污染:沉淀,金属行为特性,清洗,吸气,电气方面的影响。 Module 4(3h): Analytical techniques for semiconductor defect studies - Defectetching - Opticaltechniques: infrared and visible lightscattering, FTIR, PL - Detectionof metal in Si: decoration techniques, haze test - Defectsand electrical device properties - Lifetimemeasurements: Zerbst technique, surface photovoltage (SPV), photoconductivedecay (PCD), Elymat 模块4(3小时):用于半导体缺陷研究的分析技术 - 缺陷蚀刻 - 光学技术: 红外线和可见光散射,FTIR, PL - 硅的金属检测:修饰技术、浊度测试 - 缺陷和电器元件属性 - 寿命测量: Zerbst 技术,表面光伏,光电导衰减法,Elymat 专家简介 Cor Claeys 比利时鲁汶大学教授 IEEE Fellow Cor Claeys 从比利时鲁汶大学获得博士学位。之后自1990年起,他便在鲁汶大学担任教授。目前他还主管IMEC负责战略关系的成长与新兴市场部门。他的主要科研兴趣在于硅技术、器件物理、低频噪音现象、辐射效应和缺陷工程及材料特性。他联合编写了一本书籍,关于“低温电子”和“锗为基础的技术:从材料到器件”,并写有专著关于“先进半导体材料与器件中的辐射效应”和“锗的扩展缺陷的基本原理和技术问题”。他撰写及合著有14本书的章节,做过1000余次大会演讲,发表了1200余篇同行评议的文稿和技术论文。他还是60余项会议论文集的主编或者联合主编。Claeys教授是IEEE电化学学会的Fellow。他是IEEE电子器件“荷兰• 比利时 • 卢森堡联盟”分会的创始人, IEEE 比荷卢联盟的主席。他还是电子器件协会(EDS)的行政管理委员会委员,EDS分会和地区副主席,以及EDS 2008-2009主席。2012-2013年,他还是IEEE理事会分管主管。自2000年以来,他被选入IEEE EDS杰出讲座。他是IEEE千禧年奖章的获得者。2013年,他获得了IEEE EDS杰出服务奖。他曾短期访问贝尔法斯特女王大学和意大利卡拉布里亚大学,担任客座教授。 他任职于数期大会的程序委员会,并多次担任主席,大会包括ESSDERC-ESSCIRC、WOLTE、EUROSOI、GADEST、E-MRS、CSTIC、ICSICT、ICNF、ALTECH、ECS ULSI Process Integration、ICCDCS、Extended defects in Semiconductors、SBMicro、DRIP、RADECS 在IEEE电化学学会的组织内部,他还担任电子与光子分会的主席(2001-2003)。2004年,他获得了电子与光子学门奖。1999年,他当选为联合国国际信息科学院的教授和院士。 在中国的经验: •出版翻译书籍《先进半导体材料及器件的辐射效应》和《半导体锗材料与器件》。 •2014年和2015年的中国半导体技术国际会议(CSTI)大会主席。自2008年起,担任固态和集成电路技术国际会议(ICSICT)技术委员会成员。 •大连理工大学的客座教授。 •多次参与不同的中国高校举办的研讨会以及在中国组织的会议和论坛,受邀出席杰出讲座,发表主题演讲及受邀报告。 •半导体中国信息科学(2013-2017)编委会的顾问委员会委员。
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《OLED照明技术、产业和市场发展趋势-2016版》
coofish 2016-3-24 16:28
OLED for Lighting - Technology, Industry and Market Trends 尽管预计到2021年OLED照明市场将达到15亿美元,但OLED照明的未来仍有不确定性。 OLED照明市场健康发展的关键因素 OLED市场营收主要受显示应用驱动,如智能手机显示屏,但基于OLED设计、外形尺寸和效能等技术特点,业内厂商数年来也一直在努力发展OLED照明应用。在照明应用领域,OLED技术正在和LED技术竞争,而LED技术已经通过10年努力,在照明市场获得了领先优势,掀起了半导体照明技术(Solid State Lighting, SSL)革命。但是,OLED技术高昂的成本不利于市场开拓,目前较低的照明效率也减缓了市场应用,OLED照明厂商宣称的产品优势也没有获得消费者认可。因此,OLED技术需要寻找利基市场或“引导”市场来扩大产品规模、打开市场窗口,使得OLED技术能向消费者展示其技术优势和能力。 汽车照明算是OLED照明技术应用的第一个“引导”市场。事实上,随着近期的LED集成技术成熟,汽车照明已经从一个基本功能逐渐发展为具有潜在高价值的车型特色。OLED技术有潜力从与LED技术的竞争中脱颖而出,给产品带来新的附加值。宝马M4 GTS发布于2016年,在其尾灯中应用了OLED照明技术,是第一款应用OLED照明技术的量产车。现在的问题是汽车代工厂商和一级生产商们对此技术会有多大的兴趣。 为了进入如商业照明、办公照明等传统照明市场,OLED技术需要整合足够多的差异化利基市场或“引导”市场以实现规模效应,从而降低成本。在这些领域,OLED技术厂商对一些照明应用进行了深入研究,如医用照明和嵌入式照明等。 我们估算OLED照明面板市场在2015年达到了近3000万美元,预计到2021年将增长至约15亿美元。尽管有许多困难,但通用照明市场发展将推动OLED照明市场增长,条件是: - 足够多的利基市场,使OLED照明面板/系统能达到最小量产规模,进一步降低价格。 - OLED照明厂商需要向消费者证明OLED技术的优势。 本报告介绍了2013~2021年期间所有的OLED照明应用及相关市场指标,提供关于市场驱动及挑战的详细分析,以及各应用的OLED集成、产量及市场规模。 2013~2021年OLED照明面板营业收入 OLED照明供应链正在重塑,OLED企业如何应对? OLED照明厂商不仅面临着许多技术挑战,还面临着OLED照明产品市场需求低迷,许多厂商已经开始调整他们的OLED照明产品计划。他们根据各自的技术、市场和价值链定位,制定了不同的市场策略。一些厂商已经决定退出OLED照明市场。比如飞利浦照明已经出售了其OLED相关资产,还有松下也已经宣布退出OLED照明市场。然而,近期大多数产业结构调整和重新定位都和并购有关,如:美国OLED Works公司收购了飞利浦照明旗下的OLED相关资产,乐金显示(LG Display)收购兼并了LG化学(LG Chem)OLED照明事业部。其它一些公司也正在进行或预期在未来几年进行并购重组。 一些公司已经决定将公司一部分OLED产品计划聚焦于汽车照明,如欧司朗,或者聚焦于一些利基照明应用,这些应用能使OLED相比LED或其它光源具有更高的附加值而受益,如Alkilu、Polyphotonix、Takahata。 初创企业和小企业也遭遇着因投资枯竭而低迷的市场环境。因此,那些开发创新材料和工艺的公司正在寻求财大气粗的产业合作伙伴,通过合作研发来实现产品商业化。从另一个角度来说,这一趋势对于那些正在面临技术挑战的产业巨头来说,也是一种机遇。事实上,这些产业巨头非常有兴趣和这些带着“紧缺技术”的公司合作,以此加快它们的产品开发。在这种情况下,一起攻克技术壁垒、开创OLED照明市场机遇的合作关系比以往任何时候都更重要。 最后,同样需要了解的是近几年有一些新的公司进入了OLED照明产业。大多数新进入OLED领域的公司把战略目标指向了OLED显示应用。其它一些可能掌握OLED照明技术,但目前还没有进入该产业的公司,正在等待该领域市场需求爆发时机。本报告分析了OLED照明产业,提供详细的产业链、主要厂商、合作关系和近期并购分析。 OLED照明产业近期并购和退出情况 驱动OLED照明产品批量生产进入批量生产/市场,仍需要创新的技术解决方案 OLED照明厂商目前正面临“先有鸡还是先有蛋”的问题:通过批量生产才得以降低成本/价格,但进入大众市场的壁垒却正是OLED照明面板高昂的生产成本。 正在探讨的解决方案主要包括: - 提高与OLED显示技术的协同效应,获得优化的供应链,共同进行产品研发,有效利用OLED显示生产设备。 - 集中研发那些能迅速降低成本、提高性能的创新技术。 目前主要的商业化OLED照明面板仍使用Sheet-to-Sheet(S2S)工艺,将小分子有机化合物通过蒸发技术沉积在硬质玻璃基底上。能够降低生产成本并(或)带来更好的OLED照明设计自由度的突破性技术,目前已经接近商业化阶段;柯尼卡美能达(Konica Minolta)公司在2014/2015年间建成了Roll-to-Roll(R2R)工艺生产工厂,乐金显示(LG Display)于2015年开始商业化其柔性OLED照明面板,住友化学(Sumitomo Chemical)近期开始少量供货其聚合物印刷型OLED照明面板。 柔性器件及目前OLED照明器件关系图 关于柔性OLED,一种潜在的杀手级OLED照明产品,乐金显示(LG Display)已经在2015年开始商业化。然而,高性价比的防潮技术解决方案,如基底/封装等级,仍然是先进OLED开发的关键挑战。事实上,柔性OLED可以在不同的基底上加工,每种基底各有利弊: - 金属薄片能提供良好的阻隔性能,但是不透明。 - 超薄玻璃透明且阻隔性能优良,但是相对易碎。 - 塑料基底透明且柔性好,但是需要良好的阻隔方案。 因此,为了避免OLED器件封装的可靠性和寿命问题,阻隔方案往往需要特别定制。2016年,市场仍然没有主流的解决方案,许多公司都各自开发自己的阻隔方案。这些公司都投入了大量的人力物力去持续改进阻隔方案,认为良好的阻隔技术方案能帮助它们打开OLED照明潜在市场,并认为柔性技术是一种潜在的杀手级特性。阻隔方案同样可以应用于大量其它器件,如柔性电子产品或有机太阳能电池。 同样重要并需要突出的是使用Roll-to-Roll工艺时应用柔性基底的额外优势,可溶加工材料和溶基技术,如狭缝涂布或喷墨技术,这些技术有可能可以降低OLED生产成本。 本报告提供深度OLED技术、生产和产品路线图分析,提供不同OLED结构、每一层要求、材料使用、生产技术和相关设备以及生产成本详细分析。 报告目录: Objectives of the report Executive summary Introduction to OLED for lighting OLED lighting applications and markets OLED vs. LED General lighting Automotive lighting Niche lighting applications Total OLED lighting market opportunity OLED lighting industry OLED structures and materials Insights on flexible OLEDs Substrate Anode and cathode Hole Injection Layer and Hole Transport Layer Emissive organic materials Blocking Layer, Electron Transport Layer and Electron Injection Layer Encapsulation Light extraction OLED manufacturing techniques and equipment Overview of techniques and equipment Solution-based deposition techniques OLED manufacturing cost Introduction 2013-2021 OLED lighting panel manufacturing cost Industrial roadmaps Analysis How to decrease OLED lighting panel manufacturing cost? Key milestones OLED roadmap and RD activities State-of-the-art of OLED lighting Challenges associated to OLED lighting Roadmap The different approaches to achieve low OLED cost The different ways to improved OLED efficacy Main financing institutions / organizations for OLED lighting RD Activities General conclusion 若需要《OLED照明技术、产业和市场发展趋势-2016版》样刊,请发E-mail:wuyue#memsconsulting.com(#换成@)。 购买该报告请联系: 麦姆斯咨询 吴越 电子邮箱:wuyue#memsconsulting.com(#换成@)
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技术颠覆何以可能—以半导体为例
热度 3 zhangjiuqing 2016-3-16 20:41
技术颠覆何以可能— 以半导体为例 张九庆 英文“ Disruptive technology ”,温和的译法是“破坏性技术”,激进的译法是“颠覆性技术”。 1 从商业概念到政策概念 我宁愿相信,欧美学者可能更喜欢“破坏性技术”这一译法。 破坏性技术原本是作为一个指导大企业技术变革并赢得商业价值的学术术语。克莱顿 · 克里斯坦森在“创新者的窘境”中写道,大多数新技术都会推动产品性能的改善,这些技术被称为“延续性技术”。延续性技术很少导致领先企业失败,而破坏性技术因为短期内会导致产品性能降低,使得领先企业失败。从商业价值来看,破坏性技术产品的性能低于主流市场的成熟产品,它拥有的是被边缘用户看好的其他特性。基于破坏性技术生产出价格更低、性能更简单、体积更小的产品,把原本只有在高端市场才能买到产品发展成为为低端市场需要的产品,原来的领先企业未能及时调整战略而失败。 在中国,颠覆性技术这一译法似乎更能得到青睐,并且已经超出了指导大企业技术变革赢得商业价值的这一范畴。培育、发现颠覆性技术正在成为政府科技政策的目标。在这种意义上,颠覆性技术与过去一段时间里的关键技术、未来技术、高新技术、新兴产业技术、战略前沿技术应该是同义词。 人们对颠覆性技术的理解也不尽相同。我在 2016 年第 1 期《中国科技论坛》的卷首语“颠覆性技术与‘阿喀琉斯之踵’”中认为,颠覆性技术是与其他强大技术比赛后获胜的产物,如同两个人打架,颠覆者必须拥有致命绝技,才能把他的对手打倒。燃油汽车在人口密集性城市的痛点是技术难以克服的尾气排放,而电动汽车能解决这个痛点,因此在商业上会成为燃油汽车的颠覆者。但在大型城市之外,电动汽车要颠覆燃油车,需要更长的时日。 我更要强调的是,与其过分强调颠覆性技术本身的特征,不如探讨颠覆性技术产生和发挥作用的基础和环境。通过研读半导体技术的历史,可以发现,颠覆性技术的出现和发展,与特定时期的半导体基础科学发现、技术研发参与的各个主体、技术创新生态体系、新技术产品市场以及政府行为都密切相关。 以基础科学与技术创新的关联为例,诺贝尔奖代表了社会对半导体领域科技贡献的最高认同: 1956 年,肖克利、巴丁、布拉顿:晶体管发明; 1973 年,江崎於奈、贾沃森:半导体 / 超导隧道效应; 1977 年,莫特、安德森:非晶态半导体理论; 1985 年,克利青:整数量子效应; 1998 年,劳克林、斯托默、崔琦:分数量子霍尔效应; 2000 年,阿尔费罗夫、克勒默、基尔比:异质结半导体与集成电路; 2009 年,高锟、博伊尔、史密斯:光纤与半导体成像( CCD )技术; 2014 年,赤崎勇、天野浩、中村修二:蓝光二极管。 2 晶体管技术如何颠覆 我们可以把半导体产业发展按颠覆性技术分为几个阶段。晶体管相对于电子管是一种颠覆,集成电路对于晶体管是一种颠覆,微处理器对于集成电路是一种颠覆,未来的新型超微型半导体对微处理器也会是一种颠覆。 电子管的缺陷是体积大,能耗高,放大倍数小,尤其在二次世界大战中雷达使用的电子管,因为笨重、易碎、效果不稳定,使得军事部门寻求替代品的积极性特高。但是早期的晶体管性能也不稳定,生产成果更高,晶体管要颠覆电子管也不是容易的事。 早期的电子管计算机 有的时候,人们会把某一段历史简化成某个瞬间—灵感袭来,把某个瞬间的关键人物放大定格,所有荣誉归于那个瞬间、关键人物—英雄问世。这些可以称之为“创新创业的神话”。晶体管技术的发明就是一个例子。晶体管的发明往往聚焦于贝尔实验室的三位科学家肖克利、巴丁和布拉顿在 1947 年 12 月制造出锗点接触晶体管的那一天。很多人会简单地认为,就在这一天,晶体管完成了对电子管的颠覆。 晶体管三剑客:肖克利(前坐),布拉顿(后右),巴丁(后左)。值得指出的是,第一个点接触型晶体管专利上没有肖克利的名字(见我的博文“ 向肖克利同志学习 ”。) 事实上,在这前后的一段时间里,晶体管技术逐渐成长为颠覆性技术的,与当时的基础科学特别是量子力学、电子管技术建立起来的技术储备、晶体管技术自身的进化、军事需要的市场、创新生态环境以及政府的技术扩散政策等综合作用的结果。 晶体管的发明得益于半导体科学理论的发展,半导体科学理论又得益于电子的发现、量子力学的发展以及在此基础上逐渐建立起来的固体物理理论。例如, 1834 年,法拉第发现了某些材料的电阻能随着温度的上升反而下降; 1879 年,霍尔发现了某些材料垂直于磁场放置会出现横向电压的霍尔效应; 1931 年,威尔逊利用能带理论给半导体下了一个明确的定义,来区分导体、半导体和绝缘体; 1932 年,塔姆提出了半导体表面势垒的概念; 1933 年和 1939 年,肖特基发表文章阐述了金属—半导体接触理论。肖克利是 MIT 的固体物理学博士, 1936 年加盟贝尔实验室;巴丁是普林斯顿大学的固体物理学博士, 1945 年加盟贝尔实验室;布拉顿是明尼苏达大学的博士, 1929 年加盟贝尔实验室,他们都掌握着整流二极管的系统理论等固体物理学和半导体物理的前沿知识。 从技术的储备来看, 1883 年爱迪生发明了真空管, 1904 年弗莱明发明了二极管, 1906 年弗雷斯特发明三极管并在贝尔实验室完善,运用半导体整流功能的猫须探测器在二次世界大战中得到了新生,锗晶体、硅晶体等纯晶体制备技术逐渐完备。对晶体管而言,需要极其纯净和结构完美的单晶样品,来确保它具有三种性能:基本材料的掺杂浓度低、注入的少数载流子的漂移迁移率要高,寿命要长。贝尔实验室在 1940 年代采用垂直冷却法提纯,在 1950 年代发展了两种新的晶体提纯技术—逐区精炼法和拉晶法。 从创新生态来看,美国的研究从大学衍生到了企业,一大批科学家进入企业研究机构。企业研究机构从 1890 年开始大幅度增加, 1890 年只有 4 个, 1900 年大约 50 个,到 1930 年,企业研究所数量已超过 1000 个。 1925 年, 贝尔实验室的雇员人数已经达到了 3600 人,比当时最大的通用电气公司实验的人数还多约 2000 人, 1925 年年度预算为 1200 万美元。其中,从事基础研究的人员和费用都约占总人员和总费用费的百分之十。 1945 年夏天,贝尔实验室研究部负责人凯利实施了固体物理学研究; 1946 年 1 月,三人核心研究小组建立,肖克利很早就提出过场效应的设想,巴丁提出了表面态理论,布拉顿则是实验大师。 从技术本身的进化来看,锗点接触性晶体只是为晶体管技术发明打开了一扇窗,贝尔实验室、通用电气、得州仪器和仙童公司的晶体管技术逐渐完善,使得晶体管逐渐商业化、产业化。 晶体管类型 发明年月 主要发明人 所属机构 锗点接触型 Point-contact 1947 年 12 月 巴丁,布拉顿 贝尔实验室 * 锗生长结型 Germanium grown junction 1948 年 6 月 肖克利 贝尔实验室 锗金属 Germanium alloy 1952 年 洛等人 通用电气公司 ** 硅生长结型 Silicon grown junction 1954 年 5 月 蒂尔 得州仪器 台面晶体管 Mesa 1957 年 阿西内等人 *** 平面工艺 Planar 1959 年 赫尔尼 仙童公司 金属氧化物 MOS 1960 年 柯恩、阿塔拉 贝尔实验室 * 批量化生产的晶体管 ** 真正开始取得商业化成功的晶体管。 *** 导致了集成电路的出现。 从用户和市场需求来看,在电子管和晶体管的使用中,联邦政府通过国防采购对创新的资源配置施加了决定性的影响。第一次世界大战,使得电子管在战场上得到大规模应用;第二次世界大战,暴露了电子管的最大缺陷:体积太大,容易破损。美国电报电话公司需要数量需求庞大的机械类继电器、中继器,电网维护的复杂性以及较低的可靠性呼唤新的电子技术。大型计算机的出现,对小型元器件的需求更加旺盛。 1955 年,用于国防的半导体产量平均占总产量的 38% , 1960 年军品用量高达总产量的 48% 。随着民用品市场的打开,军品用量的比例开始下降。 1968 年,军品用量的比例仍然达到 25% 。 从政府的技术扩散政策来看,为了应付美国司法部的反托拉斯压力,行业主导企业实行了自由交叉特许权,这进一步扩大了新创业企业的机会。 1949 年,贝尔实验室研制出晶体管,美国政府对 ATT 提起了反托拉斯的诉讼。为了转移对其市场垄断地位的批评, ATT 放手发放其关键半导体专利的使用许可,并且还向其他企业传授了它所积累的有关产品知识。 1956 年诉讼结束, ATT 签署一份许可状,同意国内任何一家对其现有专利感兴趣的企业可以获得这些专利的使用许可。它可以要求交叉特许权来换取使用其专利的权利,但被禁止收取特许权使用费。第二大半导体专利拥有者美国无线公司 RCA 同样受到了反托拉斯法的制裁。日本成为 ATT 技术和 RCA 技术转让海外市场的最大受益者。 从风险资本的作用来看,美国的风险资本是从 1946 年专门向新的风险企业提供资助的美国研究和发展基金( ARD )开始的。 1951 年,斯坦福大学的特曼开始推动科研人员创业,建立了高校工业园区,特曼也被称为“硅谷之父”。 1956 年,肖克利离开贝尔实验室,来到硅谷成立自己的公司肖克利晶体管实验室,招揽 20 多岁的年轻人加盟,其中最著名的诺伊斯和摩尔。 1957 年, 8 位年轻人离开肖克利,在风险投资家洛克的帮助下,得到费尔柴尔德的投资,成立仙童半导体公司。 1958 年美国颁布实施了《小企业投资法案》,允许美国小企业管理局发执照给私营小企业投资公司,资助和管理小企业创业。 3 半导体领域的颠覆性技术 在半导体技术的历史上,集成电路颠覆晶体管技术、后来的微处理技术颠覆集成电路技术,都可以找到类似的综合系统和环境。无论从专利数量还是从市场份额来看,半导体技术和产业的成长都要经过很长一段时间。 年代 1960s 1970s-1990s 21 世纪 技术 集成电路技术,摩尔定律下的技术竞争 微处理器技术 新型超微半导体技术 企业 电子企业、新创企业,日本模仿性企业 国际性生产企业,无厂公司,晶圆代工 跨国公司,代工,独角兽企业 创新 产品与流程创新、组织创新与金融创新 产品创新、流程创新、组织创新 产品创新、流程创新、组织创新,大众创新,共享经济, 用户 大型计算机主机、小型计算机,大众消费市场 个人电脑,消费类电子,无线通讯,自动化产品 移动终端、物联设备、智能化交通(无人机、汽车)、光伏设备 政策 技术扩散、风险投资 国际贸易,拜杜法案,国家联盟,新兴国家产业政策 国家制造业复兴计划,工业 4.0 专利数增长情况 来源: 2015 World Intellectual Property Report : Breakthrough Innovation and Economic Growth 销售额变化( 10 亿美元) 4 结束语 在这里,我总结一下自己对颠覆性技术的基本认识:颠覆性技 术是根据企业发展和商业价值进行的事后诸葛亮的判断结果,是通过这种技术产品的特有性能与延续性技术进行比较后辨识出来的;颠覆性技术一方要在关键性能上能给它的对手以致命一击,颠覆性技术战胜延续性技术需要很长一段时间;很少有政府会做出特别发展颠覆性技术的技术政策和产业政策,如果说有的话这样的技术政策和产业政策也是发展高新技术及其产业的普遍性政策。 更为重要的是,政府或者企业与其特别关注颠覆性技术,不如去创造新技术成长的综合系统,包括大力投资基础科学、提高产品制造的工艺水平、完善新技术产品的政府采购制度和技术扩散制度、营造技术创新生态系统,等等。 备注:本文是笔者在“赛创论坛:颠覆性技术的变革驱动”研讨会上发言的文字稿。
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合成高质量黑磷单晶的新方法
热度 1 sciencepress 2016-3-9 15:22
黑磷是重新进入人们视野的一种元素半导体。黑磷具有三种相结构,其中正交相黑磷是具有层状结构,可以通过机械剥离方法制备类似石墨烯的极薄的黑磷。这种极薄的黑磷称为磷烯。因其载流子迁移率高、带隙可调控的特性,磷烯在石墨烯之后作为一种新的二维材料引起了人们浓厚的研究兴趣,在电子学以及光电子学领域展现了巨大的应用潜力,也为研究凝聚态物理等领域的一些热点问题提供了理想的材料模型。 目前,获得大尺寸磷烯的途径主要依赖于从正交相黑磷体块单晶中通过剥离技术得到。已有的正交相黑磷体块单晶生长技术要么对实验装置要求苛刻,要么依赖于高毒性的原料,不利于大尺寸、高质量正交相黒磷体块单晶的合成,阻碍了磷烯这种新的二维材料的研究和实际应用。 最近,清华大学化学系 严清峰 课题组发展了一种两步加热化学气相传输法,实现了高转化率的、毫米级正交相黒磷体块单晶的制备。首次运用X射线摇摆曲线研究了所合成的正交相黑磷单晶, 得到的摇摆曲线的半高峰宽为21.65弧秒,揭示了其优异的单晶质量。随后,该课题组与清华大学微电子研究所 任天令 课题组合作,采用全干法转移技术制备了基于机械剥离的~6 nm厚的磷烯的底电极结构场效应晶体管(FET),器件表现出目前最高纪录的空穴迁移率 (1744 cm 2 V −1 s −1 )和高的开关比(~10 4 )。该结果进一步证实两步加热化学气相传输法合成的正交相黑磷单晶具有优异的晶体质量。 该研究成果最近发表于国内新创办的英文期刊 Science China Materials (《中国科学:材料科学》2016年第2期,原文链接: http://mater.scichina.com/EN/abstract/abstract510243.shtml http://link.springer.com/article/10.1007/s40843-016-0122-1 该研究工作得到了国家自然科学基金、国家重点基础研究项目、清华大学自主科研计划以及低维量子物理国家重点实验室开放基金的支持。
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千秋岁引·晶体管
热度 10 kongmoon 2016-3-7 12:10
硅锗莹莹,如银似玉, 导体绝缘两不拒。 阴成概因爱磷铋,阳生只为钟硼铝。 夹心饼,阴阳焙,三极娶。 奔放电流中遇抵,通断大权谁赋予? 加电基极阀门举。 控闸微电翩跹舞,洪流效步同频拟。 电波臣,进制虏,身相许。   1947年12月16日,威廉·邵克雷(William Shockley)、约翰·巴顿(John Bardeen)和沃特·布拉顿(Walter Brattain)成功地在贝尔实验室制造出第一个晶体管(半导体三极管),并于1956 年被授予诺贝尔奖。单词晶体管transistor是“跨导”(translator)和“可变电阻器”(sistor)的合成词。   晶体指的是高纯度的半导体材料如硅和锗,所谓的半导体指的是它们的导电性介于导体和绝缘体之间,但添加某些元素杂质后,导电性出现了新的变化。例如由单晶硅通过特殊工艺掺入少量的3价元素如硼和铝,就会在半导体内部形成带正电的空穴,叫做P型半导体(P指positive,带正电的);假如5价元素如锑、磷或铋等就变成了带负电的N型半导体(N指negative,带负电的)。晶体管就是将P型和N型半导体象三明治一样结合在一起,可以是P型在两端夹着N型,叫PNP,也可以是NPN。   以PNP为例,中间N极也叫基极(B),就像一个可控的阀门。在两端的P极分表叫发射极(E)和集电极(C)。假如在发射级加一个较大的电流,集电极并不能接收到,因为此时基极处于关闭状态,如果在基极加一个微弱的电流,其就会处于导电状态,导电率随着输入的微电流的变化而变化,所以在集电极收到的电流也会随着微电流的变化而变化,变化的频率是一样的,但由于其电流本来就要比基极的输入电流的振幅强得多,所以看起来基极的微弱电流就像被“放大”了一样。 首款晶体管收音机内置有四个晶体管,将微弱的无线电信号放大成人耳能听见的音频信号。 晶体管还可以做成一个个微型的“通断开关”,代表0、1用于电脑的二进制运算,电脑芯片其实就是一大推晶体管集成在一块芯片上,英特尔研制出的第一款计算机芯片内置了2,300个晶体管,而2015年英特尔发布了第五代酷睿处理器系列,采用最先进的14nm 3D技术,集成了19亿个晶体管!
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向肖克利同志学习
热度 2 zhangjiuqing 2015-8-5 14:59
向肖克利 同志 学习 如果你是一个 科研 团队的领导者,当你手下的研究人员做出了重大科研 发明 ,而你并没有在场直接参与 或者 指导 完成这个科研成就的具体实验 ,面对如此巨大的荣誉诱惑,你会怎么办呢? 在晶体管的发明中,首先是贝尔实验室半导体研究小组的两位科学家约翰 · 巴丁和沃尔特 · 布拉顿完成了第一个晶体管的实验。巴丁提供了 固体界面 理论上的思路,布拉顿则制作完成了整个实验观测。他们观测到,当电流信号施加给锗晶体的接触点时,输出功率与输入信号相比变大了。点接触晶体管的发明时间是 1947 年圣诞节的前夕。 作为贝尔实验室半导体研究 小组 的负责人,作为巴丁和布拉顿的直接上司,面对自己下属的点接触晶体管这样一个重大发明,威廉 · 肖克利 在最初的兴奋之后,感到一丝沮丧。为什么呢?点接触晶体管诞生的时候, 肖克利 并没有在现场 。虽然过去一直参与半导体研究的讨论,而这一次他 没有亲自参与到实验的设计和观测中 ,自己很后悔与这个实验失之交臂 。 肖克利平时 十分强势, 按照贝尔实验室的传统,再强势的负责人 不能强制要求巴丁和布拉顿两人把荣誉分给一些给自己。如果这个重要发明的专利书上没有自己的名字,我这个领导人岂不是脸上无光? 肖克利在懊恼之余,思考着自己的对策并付诸行动。 肖克利行动 的第一步是开始寻找自己分享荣誉的证据 ,这有那么一点投机取巧的嫌疑 。 1948 年初,贝尔实验室开始申请美国专利。肖克利 分析了点接触晶体管的理论基础, 认为点接触晶体管的发明是源于 自己很早就提出 的 晶体管场效应理论,他建议将这个理论写入专利申请书之中,可是专利审查员否定了他的建议。 结果是, 1948 年的 专利授权书上没有肖克利的名字, 巴丁和布拉顿发表 1948 年发表 在《物理评论》上的论文 上 也没有 肖克利 的名字。 投机取巧的第一步没有奏效,肖克利迈出了坚实的 第二步 。肖克利 作为 一个优秀 科学家的本色体现出来了,那就是 自己亲自上场 参与科学上的竞争。他放弃了圣诞节的休息时间,独自一人悄悄地研究起点接触晶体管的缺陷,推导晶体管的工作原理,提出了另外一种更加容易量化生产的晶体管 - 结型晶体管,并 让手下的其他研究人员帮助他 进行观测实验 。 巴丁和布拉顿 更是 被排除在 实验之 外 ,因为肖克利觉得首先是巴丁和布拉顿把自己排除在了他们的那个实验之外 。 新的 实验结果证明, 肖克利 的推导是正确的,结型二级晶体管正式诞生 , 1950 年巴克利得到了署名他一个人的发明专利 。 如果说 点接触晶体管 为 电子产业从真空管时代转向晶体管时代 掀 开了一条 小小的 门缝,结型晶体管则打开了晶体管 走向 商业 化的 大门,也为未来的集成电路的发明打开了一条 小小的 门缝。 肖克利 用自己的 努力 在晶体管发明中争得一席之地,现在的科学史才会这样介绍, 肖克利 同志是世界著名的科学家,信息时代的先驱人物,因为晶体管 的 发明与巴丁、布拉顿 一起 分享了 1956 年的诺贝尔物理学奖。 科研负责人面对下属的重大成就时,得用新成果去赢回荣誉。所有的科研负责人都应该向肖克利同志学习。
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安检用的X光机对数码相机感光元件有没有影响?
热度 4 wangjunliblog 2015-5-29 22:17
在网上查找了相关资料,都没有说出个所以然来,所以想在这里来寻求答案。安检用的X光机对数码相机感光元件到底有没有影响? 现在的数码相机的感光元件一般都是CCD(电荷耦合元件)或CMOS(互补金属氧化物半导体),它们都是半导体材料,安检用的X光机虽然辐射剂量不是很高,但毕竟是X射线,理论上讲,X射线在穿过感光元件时可以在PN结内轰击出空洞形成杂质,当照射的时间足够长或辐射的剂量达到一定强度时,应该可以一次改变感光元件的物理特性,所以我认为会对感光元件产生影响。不知道大家怎么看?
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摩尔定律已经接近物理局限了吗?
热度 17 lionbin 2015-4-27 10:49
刚刚过去的4月19日,是家喻户晓的摩尔定律诞生50周年纪念日。电子和信息技术正深入和触摸着我们生活的方方面面。从1958年开始的集成电路发明持续引导着电子革命,在很大程度上科技产业似乎都忠实遵守着这个个称为摩尔定律的东西。1965年,戈登•摩尔(Gordon Moore)从一个化学家转型成电子工程师,注意到从第一块集成电路产生以来,每年芯片上集成的晶体管数量大约以两倍的数量增加。他还大胆预测,这些组件的缩小速度将持续至少十年时间,并于1965年4月19日正式提出。不过,当时并没有人把这个规律当作定律来看,只是认为是对芯片发展规律的总结。甚至他自己都认为:摩尔定律不是定律,只是一个机遇而已。不过,后来的发展却不断验证了这一说法,使其终于享有了“定律”的荣誉,并修正为为集成电路的集成度每18个月翻一番或者说三年翻两番。 摩尔定律提出3年后,英特尔公司诞生了,摩尔也成了这个公司的创始人之一。1971年,英特尔推出第一片微处理器Intel 4004至今,微处理器使用的晶体管数量的增长情况基本上符合摩尔定律。人们还发现,这不光适用于对存储器芯片的描述,也可精确说明处理机能力和磁盘驱动器存储容量的发展。甚至生物学家们在2013年还将摩尔定律应用到了地球生命复杂性的研究上,他们将摩尔定律中的晶体管换成了核苷酸进行数学计算,结果显示生命最早出现在100亿年前,比地球45亿年的预测年龄老得多,也就是说,在太阳系形成之时,可能已经存在着类似细菌的生物体,或者一些存在于银河系古老区域的简单核苷酸,通过彗星、小行星或其他太空碎片来到地球,这一假说被称为有生源说(泛种论),一直是生命科学中的一个重要流派,从摩尔定律中居然也找到了根据。 数十年来,半导体行业的摩尔定律,主要得益于制造工艺上的天才和壮举,但是,基础科学在这方面的重要作用也值得重视,尤其是在今天人们想设法保持这种进步速度的时候更是如此。1940年代,晶体管诞生于美国新泽西州贝尔实验室,就是因为半导体能带理论的发展所促成的。1959年,美国仙童公司首先推出了平面型晶体管,1961年又推出了平面型集成电路,在研磨得很平的硅片上采用一种“光刻”技术来形成半导体电路的元器件,只要“光刻”的精度不断提高,元器件密度也会相应提高,从而具有极大的发展潜力,因此平面工艺被认为是“整个半导体的工业键”,也是摩尔定律问世的技术基础。科学家们在之后持续突破,为这个技术发展的一个重要部分助力,1970年俄罗斯物理学家Nikolay Basov等开发了准分子激光,可用来腐蚀硅片上的微小电路。 1990年代,人们就感觉发展瓶颈要来了,呼吁进一步创新。在此之前,随着晶体管变得越来越小,其速度和能源效率持续增加。但当组件达到约100微米时,小型化出现相反的效果和糟糕的表现。摩尔共同创立的英特尔公司与IBM再次重视通过基础科学寻找提高晶体管性能的材料。后来在凝聚态物理学家们的帮助下,他们知道了当晶格拉伸时硅导电能力可大幅度提高。2000年代,由于应变硅技术的引入,摩尔定律又真的持续了好多年。到目前为止,半导体行业的发展从未停顿下来,晶体管继续缩小,电脑芯片也结合了越来越多的性能和功能。现在最先进的微处理器晶体管只是10-14纳米宽,预计2023年可以到4纳米至6纳米的工艺制程。余热已成为一个限制因素,这导致摩尔定律中有关“计算机时钟速度的指数增长”已经不灵了。耗电芯片也限制了其在移动设备上的应用。随着3D芯片等技术的耗尽,美物理学家称该定律将在10年内崩溃,也就是说,摩尔定律正在接近物理极限,需要真正的物理创新来突破。 氧化铪在只有几个原子厚的时候也具有绝缘作用,引入这种先进材料可保持芯片凉爽。这些努力可能会带来一代或两个以上更小晶体管的产生,也许只有5纳米的大小。但之后想进一步提高性能需要全新的物理学支持。再往前如何走?也许是使用量子隧道效应的晶体管,其中电流传输的是量子自旋而不是电荷。世界各地的实验室都在寻找可大大降低能耗的方法和材料。其中一个方式是利用原子集体“拓扑”属性的固有稳定性,这是古代在传递信息中所采用的结绳编码实践的现代解读。一些研究人员正在尝试最基本的“神经形态”电路架构,这是来自大脑神经网络可塑性的灵感。 一个在物理实验室能完好运转的法则未定能转化为批量生产的途径,而且今天大多数的努力和尝试可能最终将一无所获,这是不可避免的。然而,社会应该有信心,也许在某个地方不知何故,基础科学将提供一种维持这种人类进步的模式。摩尔应该感到自豪是,因为我们到目前为止还没有发现他这个定律出现异常。 参考资料: Nature 520, 408 (23 April 2015) doi:10.1038/520408a CPU领域的摩尔定律详解(http://www.pcdog.com/edu/pc-accidence/2005/09/p019297.html) 摩尔定律( http://baike.sogou.com/v574939.htm ) 该文的主要内容经整理后发表于《科技导报》2015年33卷第10期125页摩尔定律已经接近物理极限了吗 摩尔定律已经接近物理极限了吗.pdf
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半导体导电原理
热度 4 yych66 2015-3-31 19:48
半导体导电原理 物理的重建(十) 晏成和 在前面导电原理文章中说到:所有物质,只要是能够导电,都是因为有了电子空位在物质内形成通路,电压波在电子空位通路间传导,电子才能在其间按电压波的指令换位运动形成电流。 文章说到所有物质,当然包括半导体、液体、超导体。 本文讨论 半导体的导电原理同出一辙——也是因为有电子通路-流通。 在论述金属物质的导电,谈到了流通,建立了电子空位之说。有人会问:硅、锗、金刚石等物质的原子外层仅4个价电子,还有4个空位,那它们为什么不导电?石墨也是由碳原子构成,它为什么又导电呢? 问得好!这里需要说明的是:电子空位是电子在价和运动时出现的效应,电子空位是具有时效性的,不能以静止的眼光来看待空位,亦不能以静止的眼光来看待物质的导电。导电是物质的整体动态性能,不应以单个或几个原子的状态来认识整体,   在硅、锗晶体中每个原子与相邻的4个原子共用外层电子组成4个结构元,四周的价和电子以均匀的速率规则绕核心而运动,从整体上看,其核外电子层是均匀饱满的,难以形成电子空位,所以它不导电(电阻很大)。   石墨是由碳原子构成,其外层有4个价电子,但是其晶体是片状石墨晶格结构,每个原子与周边的3 个原子组成平面丫字形结构元,进而结合成平面六边形结构,而另一价电子则在两平面间作价和运转。其原子的层间间距是平面间距的2.7倍,层间价和电子在途时间较长,层间电子在途时,就形成了电子空位,电压波在其间传导,电子在回路中换位移动形成电流,于是石墨就成了良好的导体。层间导电、垂直于层间电阻很大,构成了石墨导电体的方向性。 半导体一般是由4 价的硅(或者是锗,以下同)为主体材料,它们的晶体结构也和金刚石一样,每个原子结合成4 个结构元在空间等距、有序环绕,构成金刚石结构,很纯的单晶硅基本不导电。 在纯硅晶体中加了少量的5价元素后,就形成了N型半导体。 在纯硅晶体中加入少量的3价元素后,就形成了P型半导体。   N型半导体 在纯硅晶体中加了少量的5价元素后,就形成了N型半导体。 掺杂加入的5价元素,例如磷原子,镶嵌在硅晶体中,磷原子顶替了原晶体中硅原子的一个位置。磷的5个价电子参与硅中的4个结构元的价和运转,尚有1个价电子没有价和轨道,这多出的一个电子并不能是在外老实呆着,而是稍有机会就混杂进入别的价和运转的轨道中,参与价和运转,扰乱了原硅晶体均匀的速率,使得整个晶体中的价电子的运转出现了拥挤和等待的紊乱现象。 有许多瞬时价和电子因途中紊乱而没有到位,于是晶体中出现了临时性的电子空位(临时性空位在晶体中占有一定概率),电压波可以乘机传导,电子可以在电压波的引导下乘虚而入,形成电子的定向流动——电流。这样,掺杂了5价元素使得硅晶体的导电能力增加,形成了N型半导体。 半导体在传导电流时,外来电子充塞了临时性的电子空位,使得整个晶体中的价电子的等待和拥挤的紊乱现象加剧,使得晶体升温,而温度上升,更是加剧价电子运动的混乱、等待,所以温升能有效地增加N型半导体的导电能力,即N型半导体有较强的热敏性能。 P型半导体 在硅晶体中加入少量的3价元素后,就形成了P型半导体。 3价元素例如硼,在价和结构中顶替了一个硅原子,因硼外层只有3个价电子,使得与硼相连的4个结构元中有一个是单电子的价和运转,形成了电子空位。与这个单电子结构元相连的6个结构元相继有电子进入补充,形成了更多的电子空位,电压波乘机在电子空位间传导,引导电换位移动形成电流。这样,掺杂3价元素使得硅晶体的导电能力较大地增加,形成了P型半导体。 与单电子结构元相连的6个结构元的外端又连着18个结构元相继有电子进入补充,这样电子空位呈2×3 n 扩展,也就有更多的结构元有可能呈现电子空位。于是,该晶体的导电能力也呈几何级数增加,所以P型半导体的导电能力较好。 在掺杂比例相等的情况下,P型半导体的导电能力比N型半导体要大上千倍,其实质原因就在于此。P型半导体的电子空位是掺杂物直接带来的,不像N型半导体是由掺杂多出电子造成拥挤、混乱所形成的,所以P型的热敏性能没有N型半导体那么明显。 不管是N型还是P型半导体,其导电能力都是由电子空位提供的。电子空位则是由晶体中杂质分布而引起价和电子紊乱运行所致,所出现的电子空位是瞬时的、随机的。这也导致了半导体的“测不准”及热敏、光敏特性乃至发热、发光等诸多物理性质。 二极管 把N 型和P 型半导体材料紧密结合起来外端连上导线,就形成了半导体二极管(如图)。二极管关键的部位在两种材料的结合处,称之为P N 结。晶体管的P N结的实质是疏通或堵塞电子空位。 多出电子 P N结 缺少电子 N 区 P 区 由于N 型半导体是5 价的磷镶嵌在在以4 价为主体的硅结构元的连接中,有多出的电子。而在P 型半导体中是3 价的硼在以硅为主体的结构元连接中,顶替了一个硅原子的位置,在整体上则缺少电子。 把这两种晶体紧密结合,N 型半导体中多出的电子就向P 型半导体中扩散。这样,在结合部附近,N 型半导体中多出的电子正好填补了P 型半导体中的电子的缺失,形成了P N结。因为物质的每个电子都有原来的归属,这样的扩散不可能太远,也不稳定。所以P N结很薄,电子数虽然补齐,但是掺杂原子不同,所以也不很稳定。存在着较少的临时电子空位,电压波还是能在其间传导。 由此构成的二极管中,三部分的导电能力各有不同:在P N结的电阻最大,P区电阻最小,N区电阻在二者之间。 如果在二极管加上反向直流电压(使电子由P流向N的电压),在电压的驱使下电子由P 极进入,经过电子空位,到了PN 结处。因为P区的电阻最小,电子流速较快,大量的电子到达P N 结处,电阻变大、运动受阻,电子就在P N 结前聚积,把P区更多的电子空位填满,使得P N结变宽,电阻更大,大到连电压波也不能导通。于是,从P 极进入的电子填塞了电子空位,没有了电子空位,所以此路不通。 在二极管上加上正向直流电压,(电子由N流向P的电压),在电压的驱使下,因为P区的电阻最小,P N结中的电子迅速地流向P区,打破了P N 的平衡,使得P N结中缺少电子,形成一个新的P区。(实际上这时P N 结已不存在,已经形成了新的P型半导体)在电压的驱使下,电子进入N 区。外电子的到来,更加剧了N 区价和电子运动的紊乱,使N区的导电能力增加,多出的电子顺利地通过了P N 结涌向P 区,因为这时P N结已不存在,P区的电阻最小,电子在P区流动最快,不会形成淤积、堵塞,所以形成了通畅的电流。 综上所述,电子由P 区向N 行不通,而由N 向P 则势如破竹,这样,就形成了二极管的单向导电性能,所以二极管可以用来整流、检波(截断反向电流)还可以利用二极管反向电阻大,在电路中起隔离作用。 把二个P N 结结合起来就构成晶体管,全称是半导体晶体三极管。三极管是重要的电子元器件,将另题讨论。本文主要探讨半导体导电原理。 有教科书说:在纯硅晶体中掺杂了5价元素之后,多出的电子没有归属,就形成了自由电子,于是导电能力增加。这是值得商榷的。 一、掺杂了5价元素的N型半导体只是导致了价电子运行的紊乱,使导电能力略有增加,远没有像金属那样有良好的导电能力。 其二,N型半导体的导电能力是随温度的增加而增加,这一点正好与金属相反。 其三,就算是N型半导体的导电是因为形成了自由电子,可是与缺少电子的P型半导体相比,其导电能力要差很多。这个有自由电子的,导电能力怎么这么惨,而那个缺少电子、没有自由电子的 P型 ,其导电能力是 N型的 1000倍 。 怎样解释? 其四 ,如果多出的电子是完全自由的自由电子,那在晶体管中N区的自由电子就会向P区无限制的填充,直到把P区填满。然而事实是N区的电子向P区的扩散非常有限,PN结只有十来个原子的厚度。因为材料中每个电子都是从属于一、二个核心,都有本来的归属,PN结中形成的扩散不仅有限,而且也不固定,存在着电子的轮换,正因为PN结是动态的,所以PN结内还是有少量的电子空位,其的导电能力要好于纯的硅晶体。存在上述四项理由,掺杂产生自由电子之说是不能成立的。 有文献还说:在纯硅晶体中加了3价元素后,缺少的电子形成了空穴,空穴像电子一样也是一种“载流子 ” 。 大自然怎么会不厌其烦制作这名目繁多载流子 是值得商榷:电流是在电压波作用下电子的定向运动。在电压波作用下空穴是如何定向运动,电压是如何指令空穴运动? 空穴只是构成电压波传导通路、提供电子通行的电子空位。把这种能使电子运行的通路说成是载流子,给人的感觉就好像是把公路说成是汽车。 2015-3-31
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2015Angew:新型二维半导体砷烯、锑烯
热度 60 nanohappy 2015-1-16 14:54
2015砷烯锑烯二维半导体.pdf 砷烯、锑烯展现独特半导体特性 近日,南 京理工大学纳米光电材料研究所曾海波团队(研究所网页: http://ion.njust-smse.com/ ), 与美国 Universityof Puerto Rico 陈中方教授、南京师范大学李亚飞教授合作,在全新二维半导体设计方面取得重要突破, 相关成果以 “Atomically Thin Arseneneand Antimonene: Semimetal–Semiconductor and Indirect–Direct Band-GapTransitions” 为题在线发表在《德国应用化学》( Angew.Chem. In. Ed., 2015, DOI: 10.1002/anie.201411246 )上,并被选为 “ 热点文章 ( HotPaper ) ” 、期刊封面 。该期刊由德国 Wiley 公司出版,是化学与材料等学科顶尖期刊,影响因子为 11.3 。第一作者为张胜利博士,曾海波教授为通讯作者。 文章链接为: http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201411246/abstract 近年来,原子级厚度二维晶体材料,如石墨烯、硅烯和锗烯等,展现出卓越的性能,被广泛应用于信息、能源器件。然而,这些碳族二维晶体也暴露了严重的弱点 —— 零带隙,严重影响了它们在电子、光电子器件中的应用。此外,硫化物二维晶体带隙小于 2.0 eV ,而氮化硼白石墨烯带隙则高达 6.0 eV 。显然, 二维半导体的带隙、响应光谱波段存在严重缺失 ,影响了相应器件的发展。 曾海波课题组设计了具有 高稳定性、宽带隙的新型二维单元素半导体 —— 单层砷烯 (Arsenene) 和锑烯 (Antimonene) 。首先,这两类二维材料的稳定性非常引人注目。一方面,所选取的母体晶体结构是它们最稳定的构型,其层间作用力仅与六方氮化硼接近。另一方面,砷烯和锑烯中每个原子遵循八电子配位, 自我调整形成了高稳定的波浪状二维结构 ,相应的声子谱完全没有虚频。因此,实验上很可能通过机械剥离、液相剥离、气相生长等制备这两类材料。其次,这两类二维材料展现了具有重要应用前景的电子结构转变。砷和锑的层状块材是典型的半金属。而第一性原理计算结果显示,当减薄到一个原子厚度后,它们 转变成了间接带隙半导体,带隙值分别为 2.49 和 2.28eV ,正好对应于蓝光光谱范围 。此外,加载微小的双轴应变,就可实现从间接到 直接带隙 的转变,以及带隙大小的调控。这些电子结构特征表明,砷烯和锑烯在 蓝光探测器、 LED 、激光器 方面具有应用潜力,甚至可用于 柔性透明力 - 电、力 - 光传感器 。 自 2004 年发现石墨烯后,研究人员主要集中在 IV 碳族二维体系,忽视了 V 氮族。该工作设计的砷烯锑烯,及近两年发展迅猛的磷烯,有可能共同掀起氮族二维半导体实验和理论研究的热潮。该工作在线 三天内 即获得了国际同行的强烈关注。一方面,从 arXiv 预印本文库获悉,该工作已经被爱尔兰都柏林圣三一学院 JonathanN. Coleman 教授正面 引用 。 另一方面,该工作已经被 NanoWerk 、 ChemistryViews 、 MaterialViews 、 Nature 等国际学术媒体进行了 亮点报道 ,链接如下。 Nature 2015, 517, 246: http://www.nature.com/nature/journal/v517/n7534/pdf/517246c.pdf NanoWerk : http://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=38681.php ChemistryViews: http://www.chemistryviews.org/details/ezine/7241602/As_and_Sb_Monolayers_as_2D_Semiconductors.html MaterialsViews: http://www.materialsviewschina.com/2015/01/15239/ 以上研究得到了科技部国家重大科学研究计划、基金委优秀青年基金、江苏省纳米材料与装备协同创新中心的资助。 后记: 1,本文在出版过程中得到了ANGEW主编、责任编辑、审稿人,的快速处理,2周即完成。无论他们能否看到,均至以真诚的感谢! 尤其感谢审稿人的高度评价! 其他国际同行的稿子,相信很快就会出来。 2,如果砷烯锑烯能成为一个新领域, 理论上还有许多重要的工作有待开发 ,比如 如何不需要外力、外场就能实现直接带隙? 期待有同仁加入共同努力。 3,砷烯锑烯要能成为一个新领域,更为关键的是实验实现,因此后面二维晶体的制备将成为里程碑式工作。我们组和另一个德国组在尝试,但是我们组一直二维晶体制备技术就不高,德国人做事太慢,因此这一工作不大可能出自这两个组, 呼唤二维晶体制备高手加入! 希望这仅仅是个开始!
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两篇光催化review论文介绍
xinliscau 2015-1-6 21:12
综述一: 太阳能分解水异相半导体的工程化设计 http://dx.doi.org/10.1039/C4TA04461D 由于能源危机及严重的环境污染,可再生太阳能源的利用及清洁性氢能的生产备受瞩目。因此,近年来,太阳能光催化及光电化学分解水制氢的相关研究逐步升温。本文从异相半导体的功能化改性策略角度入手,系统地从能带工程,维纳工程,仿生工程,助催化剂工程及其表面/界面工程等角度入手,详细地阐述了这些策略的原理,设计准则及其最新进展,为相关领域研究和新型光催化体系的开发提供参考。 综述2:光催化还原CO2合成太阳能燃料的半导体光催化剂的设计与构建 http://dx.doi.org/10.1007/s40843-014-0003-1 近年来, 严重的化石燃料短缺以及环境污染问题使得人工光合作用引起了科研工作者的广泛关注, 光催化转换CO 2 成为有价值的太阳能燃料被认为是解决能源危机以及环境问题的最好的方法之一. 有效地控制半导体表面的催化反应以及光生载流子是制备高活性以及高选择性半导体CO 2 还原光催化剂的关键因素, 至今, 研究人员已经提出了许多策略来增强光催化转换CO 2 的活性以及选择性. 本文在分析提高光催化效率和选择性限制因素的基础上, 尝试从几个不同方面总结了近些年来提高光催化CO 2 还原效率的方法以及它们的设计原理, 包括增强半导体可见光响应、 促进光生电子空穴分离、 提高CO 2 的吸附和活化、 加速CO 2 还原的动力学以及抑制不良反应等方面. 因此, 本文不仅系统地总结了近年来高活性高选择性光催化CO 2 还原光催化剂的设计进展, 而且可为高效光解水产氢和污染物降解光催化剂的设计提供参考
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2014Angew、Scientific Reports:荧光碳点白光LED
热度 21 nanohappy 2014-9-14 14:34
2014Angew、Scientific Reports:荧光碳点白光LED 众所周知,通常情况下碳是黑色的。但是,研究人员最近发现,当碳材料的尺寸小到一定程度时,在外界光源的激励下能发出鲜艳夺目的彩色荧光。与传统发光材料相比,比如无机半导体量子点、稀土掺杂荧光粉、及有机荧光染料,这种碳荧光材料具有低毒、廉价、稳定、良好的生物相容性和水溶性等一系列突出的优点。因此,在短短几年内受到了国际上的广泛关注,已经成为了一种在生物成像、 LED 照明等等方面极具潜力的新兴荧光材料。然而,其发光机理仍然存在很多争议,这严重阻碍了这种荧光材料的发展。另一方面,固态荧光猝灭效应成为了它 LED 应用的一个最大问题。 最近,南京理工大学纳米光电材料研究所曾海波团队提出了表面态工程的思路,通过表面胺基的变化来实现表面态调控,最终获得了 激发依赖和非依赖的两类具有典型光学性质的样品 ,最高量子效率达到了 44.7% 。他们采用简单的水热方法以及生活中常见的柠檬酸和尿素为前驱体,实现了碳量子点表面态工程的可控操作。其中,尿素同时起到了提供碳源和胺基两个作用。由于胺基在高温下不稳定,因此,当温度较高时,胺基的含量就会因分解而降低,对材料的钝化程度也就降低,当温度较低时则正好相反。这样,他们分别在 200 度以上和 200 度以下获得了激发依赖和非依赖的两类典型样品,该结果与理论分析和设计符合得很好。后续光学性质,微结构的表征以及理论计算均证实了方案的准确性和表面态工程的可控性、可靠性,并通过形成复合材料获得了多色发光。此外,该材料作为荧光探针被首次应用在了水中有毒金属铍离子的检测上,结果表明该材料对铍离子具有高度的选择性和灵敏度,其最低探测浓度达到了 ppb 量级(微克每升),与传统的有机材料相比,成本大大降低。该工作以题为“ Engineering surface states of carbon dots to achieve controllableluminescence for solid-luminescent composites and sensitive Be 2+ detection ”发表于 Scientific Reports , 2014 , 4, 4976-4983 。文章链接: http://www.nature.com/srep/2014/140515/srep04976/full/srep04976.html?message-global=remove 。 图 1 ,上图 , 本工作中设计的两类激发依赖性与表面态;下图 , 表面态工程导致的多色发光。 图 2 ,上图 , 不同形态碳点及其固态发光;下图 , 以碳点为荧光粉 LED 白光输出光谱。 荧光碳材料拥有丰富的表面基团,使得它们即是电子供体,又是电子受体,从而在临近的颗粒之间形成静电相互作用及电子转移。因此,这些丰富的表面基团一方面让荧光碳材料拥有可调的荧光性质,另一方面却有可能是固态猝灭效应的根源。此外,如果能使颗粒之间相互支撑,从而减弱团聚的作用以减小π - π堆积导致的猝灭效应并获得固态发光,将极大地拓展该类材料的应用领域,尤其是目前国家大力提倡的白光 LED 应用。若其效率能接近传统的稀土类荧光材料,其应用前景将由于价格优势而极为广阔。 曾海波团队针对此问题提出了一种策略:通过较为精确的反应控制,利用线性聚合物的横向聚合及其稳定性,获得了相对单一的表面态和一种相互支撑的碳纳米环新结构。由于相对单一的表面态,使得上面提到的相互作用大大降低;而这种相互支撑的碳纳米环结构,也有效地降低了团聚作用。由于以上两点,他们成功实现了荧光碳材料的固态发光。材料的特殊结构,也为后续的发光机理的研究提供了良好的理论模型。光学性质的表征也与他们之前提出的发光机理吻合。随后,他们将该材料作为荧光粉制作了白光 LED ,光谱测试表明,制作的白光 LED 色坐标指数为( 0.27,0.28 ),已较为接近理想的白光( 0.33,0.33 )。虽然量子效率较商用荧光粉偏低,但经过进一步的提高,有望实现高量子产率的白光 LED ,后续研究工作正在进行中。 这些结果将使人们对荧光碳量子点的发光机理获得全面而深入的理解,并有望在环境,低成本白光照明等领域中得到广泛应用。该工作以题为“ Inter-crossed Carbon Nanorings with Pure Surface States as Low-costand Environment-friendly Phosphors for White-LEDs ”发表于 Angewandte Chemie International Edition , 2014, DOI: 10.1002/ange.201406836R1 。文章链接: http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201406836/abstract 该项研究得到了国家重大科学研究计划( 2014CB931700-02 )、国家基金委优秀青年基金( 61222403 )等项目的资助。
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重返鲤鱼洲(9)---闯尖端
xuxfyuwp 2014-4-15 15:16
在农场还有过一段关于攀登科技高峰的经历。1970年4月20日中国首颗人造卫星东方红一号成功发射上天后,农场领导组织大家学习讨论,大家一方面感到欢欣鼓舞,同时也提出要向成功发射人造卫星的科技人员学习。 我们在学校也展开讨论,很希望能为国家的科学发展贡献一份力量。记得当时表决心时喊出了这样的口号: 卫星飞上天 小将创尖端 思想革命化 无高不可攀 讨论中不知是谁提出我们国家的半导体材料还很落后,主要是单晶硅不能自己生产,应该攻破这一难关。估计是某位老师提出的,因为我们那时还真不知道啥叫单晶硅。建议一提出,大家都很赞同,凭着一股革命热情,就准备动手干了。记得还认真讨论了方案,准备购置单晶硅炉。 但将这一计划向农场领导层汇报后,被一位军宣队姓田的参谋长否定了。这位参谋长还是比较实际的,他说你们要攀登科技高峰,必须先积累经验,从简单的事做起,要先学会盖草房,再去盖高楼。 在田参谋长的建议下,我们最终放弃了不切实际的想法,买了两台简易的编织机,开始学习编草袋子,为农场建设办点实事。这些草袋机虽谈不上有多高的科技含量,但在那个时代,也算是向机械化迈进了,代表了先进的生产力发展方向。只是与单晶硅的科技含量相比,差距确实大了些。 (原文写于2009-05-21 23:55:47 新浪博客)
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《求是人对话》——周树云与朱邦芬
yeqinma 2014-3-10 10:30
《求是人对话》是《苹果树下》的一个新创意,由一位曾获求是奖的科学家作为采访者,与另一位科学家进行深度访谈。对话双方也许是师友,也许是同行,也许只是单纯的粉丝与偶像。 第一篇《求是人对话》的采访者是清华大学物理系的周树云副教授,2013年求是杰出青年学者奖获奖人。在访谈中,她提出一连串的问题,引发她大学时的导师和如今的同事朱邦芬教授畅谈了他的学习和研究经历:包括他的三进清华(本科-研究生-教授);在“知识越多越反动”的年代坎坷的学习生活;做学问如何做到最好;与他亦师亦友的黄昆先生的学风与幽默;以及他作为学术环境的改革者,对在中国创建世界一流院系的战略与智慧,和作为教育家,对青年学者的殷殷寄 语。 对话人物 : 周树云——清华大学物理系本科,加州大学伯克利分校物理系博士。现任清华大学物理系副教授。 朱邦芬——清华大学工程物理系本科、研究生。曾任中科院半导体研究所研究员、清华大学高等研究中心教授、物理系系主任。中国科学院数理学部院士,1995年求是杰出青年学者奖物理组获奖人。 周树云教授在2013年的求是奖颁奖典礼上代表杰青致辞 一进清华——深受“国家需要”鼓舞的六十年代大学生 周: 朱老师您好,其实我颇有一些问题想向您请教,不过一直也没遇到好的机会。我觉得今天正好借求是访谈,问一些我感兴趣的问题。 朱: 行。我们可以随便聊,聊到哪儿是哪儿。 周: 我看您的学习经历,您是60年代中期考入清华大学工程物理系本科。您当时选择工程物理系,有什么特别的原因吗? 朱:那时候对大学的学科专业并不了解很多。1964年10月份我们国家第一颗原子弹爆炸,我65年考大学时觉得原子弹对我们的国家安全很重要,所以报考了工程物理系。但实际上从我的家庭出身和社会关系来考虑,我是不适合考工程物理系的。因为我有个叔叔在台湾。他原来在“中国石油公司”做工程师,1948年去台湾高雄建炼油厂,后来就回不来了。所以我是有海外关系的,而工物系是有密级要求的。我进大学之前不知道,到了工物系之后才知道有密级这回事,也就是涉及保密的事,你是什么密级(绝密级、机密级、一般级等),就能接触什么密级的材料。我去报到的时候,碰到一件很奇怪的事:我发现别人的宿舍事先都已经分配好了,我却在门上找不到我的名字,不知道住哪个房间。一直到文革中期,别人才告诉我,说我的密级不符合工物系绝大多数专业的密级要求。 周: 您是属于一般级? 朱: 一般级。但是我的高考成绩特别好,所以工物系觉得把我放走有点儿舍不得,稍微有点儿犹豫,最后还是把问题解决了。所以我完全是稀里糊涂地进了清华大学工程物理系。 周: 60年代的大学生们对学工程物理是不是特别有热情? 朱: 对。我们那一届工物系是清华大学考分最高的,而且高干子弟也是最多的。我想, 第一颗原子弹爆炸对我们的影响很大 。 周: 所以,您本科所学主要还是工程和核物理这方面? 朱: 是的。主要还是核科学技术,与原子弹有关的。但是我们一开始是不分专业的,三年级才分,所以大家一开始学的都是一样的。 朱邦芬教授(中)在2013年求是沙龙上发言 周: 您本科毕业之后去了哪里工作? 朱: 1970年3月我去了江西。当时毕业分配是由工宣队、军宣队负责的。我们班留校的比较多,大约有十几个。留校的一般都挑出身比较好的同学。那个时候有句话叫“掺沙子”,就是指原来的教师队伍里很多人家庭出身不太好,属于资产阶级知识分子,所以就在我们那届挑些出身好、表现好的留下来。像我这样家庭出身不算好的就理所当然地被分配走了。我们那年分配还有个原则:如果你谈恋爱了,就尽可能照顾你们两个人,一起分到很远的地方,边远的地方。那个时候我们年级谈恋爱的很少,因为女生很少;我们班是“和尚班”,没有一个女生。像我这样没有女朋友的,就分到象江西、湖南、安徽这些相对不算边远的省份,我被分配到江西。 那时候江西省的领导机关还叫“革命委员会”,省革委会主任是程世清,后来算属于林彪集团的。他是比较“左”的。江西当时有个共产主义劳动大学很出名,江西的大学生学共大,早早就下去劳动了。因而程世清说,江西的大学生都经过了农业劳动锻炼,你们从外面分配来的都没有经过,先锻炼去。于是我又被分配到了位于高安的江西省军区五七农场。那原来是个劳改农场,基本上是劳改犯在那儿种田,还有点果树。后来说要分来大学生,就把劳改犯都赶走了。除了我们这些需要接受“再教育”的,农场里还有些军队里的“走资派”,如(解放军开国上将)陈再道、(上将)李志民,还有不少文革时被认为是有问题的人。他们的劳动相对轻松一些,就是管理果树。我们(大学生)一年要种两季稻子,一季麦子。我们的编制是部队编制,管理我们的都是正规军人,完全按照部队那一套,早上起来跑步,半夜紧急集合,要站岗;一个连分九个班,还有炊事班,吃的菜都是自己种的。他们还对我们进行“再教育”,什么书都不许看,连毛泽东选集都不让看。管理我们的军人很“左”,说:你们把老三篇、毛主席语录学好就够了,不要看其他的那么多东西(笑)。当时有的同学弄来了英文版的毛选,想顺便再学点外语,这也是不行的,连中文版都不让看。因为部队里管我们的人文化程度比较低, 他们叫我们“老臭”,“臭知识分子”简称为“老qiu(四声)” ,江西话。 周: 那时候和您一起去的大学生,在那之前都没有从事过这种农活或者体力劳动吧? 朱: 也有。也有从农村出来的,他们比较会干。我们原来在大学里每年也都要去农村干活,不过北方农村劳动和南方的还不一样,没有犁田、插秧、耘禾、割稻等等各种各样的农活。在南方,下田都要在田埂上走,非常窄,一下雨很滑,挑很重的担子在这上面走,要保持平衡不容易,很容易掉下去(笑)。当时在农场一年到头没有闲的时候。反正就是折腾你,不让你闲着,没事儿就让你去锄田埂上的草,去耘田!不仅我们没有闲的时候,连田里的稻子也没有安安静静的生长时间。因而花了大量的劳动,大量的化肥,两季稻的亩产加起来也还不到千斤。 周: 这样的生活持续了多久? 朱: 两年。两年之后,71年底,我不知道是否跟林彪事件有关,那年年底就把我们再分配出去了。当时程世清好像也快倒台了。我被分配到江西德兴铜矿,现在属于江西铜业公司,当时号称是亚洲最大的露天铜矿。我被分到选矿厂做电工,大概做了两年。 周: 大概您大学所学的知识在这里还能派上一点用场(笑)。 朱: 对。修马达,架电线杆,高压开关操作,各种电工活我都干过。两年以后我被调去做技术员,电气技术员。后来我自己再弄点自动控制、仪器仪表,边干边学。一直到1978年,说可以考研究生了,我就报名考了。 周: 您从本科毕业到报考研究生,大概过了...... 朱: 8年。 周: 这8年时间,基本上脱离了物理研究。 朱: 对,基本是脱离的。考研究生前临时再把书拿出来翻翻看看,准备考试(笑)。当然这八年也自学了点东西,一个是学了外语,原来我中学学的是俄语,大学只学了一年英语。 周: 所以您在矿场、当技术员的时候...... 朱: 自学了点英语。另外像当时的电子学、电工学都自学了不少,还包括自动控制。 周: 这是一段非常特别的经历(笑)。 朱: 对(笑)。 周: 我想与您同龄的不少人都有类似的经历——一个断层。 朱: 对,不少。我们清华70年毕业的有两届,一届是64年入校,一届是65年入校。这两届毕业生后来选上院士的比例比其他各届都要高很多。几年前曾经有人问过这样一个问题: 为什么这两届学生(知识)学的最少,当选院士的反而会比较多 ?最新数据我不知道,前几年清华的统计是,70届总共出了10个院士。前面69届、68届、67届、66届,都比这个数字少很多。这是为什么?我分析主要有两点原因。第一点呢,因为这些人当时工作分配大多很差,很想改变环境,所以文革后第一次招研究生的时候,很多人都报名了。而很多高几届的人呢,单位要稍微好一点,年纪也大一点,不爱动了,报考研究生的人就少很多。其实当时中国的研究生教育是一个空白,包括我们的老师,在学术上与外面也脱节了十年,所以这第一批研究生恰逢比较好的机会,后来很多人还有机会出国留学,进一步学习。这些人虽然原来底子较差,但有机会学到新东西,而且当时国家也缺人才。这是一个原因。 第二个原因呢,我自觉得,也符合我现在所鼓吹的人才培养观:一个人的成才主要不是靠学校里学的这点知识。你离开学校的时候就学了那么点儿东西, 毕业后的长进主要还是要靠自己去学,去研究 。因此自主学习、自主研究的能力非常重要。有的人自学能力比较强,后来能不断地进步;有的人是好学生,老师布置的他做的很好,老师没有教的他就不会。这样他以后的进步就比较慢。我们这批人在学校里学的知识比较少,当时都渴望学习。后来毕业出去了,很多东西都不懂,别的本事没有,自学能力有的人可能还比较强,自己后来杂七杂八地也学不少。原来所学知识比较少反而迫使这批人更多地去自学,这实际上对这批人是一种锻炼。这是我当时对这个问题的两点解释。 二进清华——固体物理研究生班 周: 一个很特殊的时代。不过,我觉得您说的自主学习的能力确实在任何时代都很重要。后来您是通过固体物理研究班回到清华大学学习,您能否谈谈您在固体物理研究班的学习经历? 朱: 好。固体物理班上有几位我们班当初留校的同学,比如(后来的清华大学校长)顾秉林。开始考研究生,我首先想到的就是回清华。我当时写信给我的同学,他们告诉我固体物理班招生,所以我就报了固体物理。 周: 70、80年代的时候,固体物理还是相对比较新的学科。 朱: 对。清华原来没有固体物理,工物系原来有材料物理、理论物理这些相关专业。杨振宁先生72年第二次访问中国时跟周总理讲,基础研究很重要。当时他访问西安交通大学,看到许多教授在劳动,在用手分拣电阻,就说:中国应该重视基础研究,应该有一批人去从事基础研究,让这些有成就的科学家做这些简单的工作,是不好的。之后周总理就和后来北大的负责人周培源说了这个事,意思让北大、清华这两个学校来抓一抓基础科学。北大听了之后还在讨论研究,而清华行动比较快,很快就组织了四个研究班,固体物理班是其中一个,专门招收一些刚留校的毕业生。73年的时候,我出差到北京,看到我们这批老同学,他们学的都挺带劲的,住在大学生宿舍里,晚上10点钟都还在自修,脚泡在盆里,边洗脚边还看着书。我当然很羡慕,后来一有机会就赶紧报考了。临时抱佛脚,考的还可以(笑)。 周: 当时是清华大学物理系? 朱: 那个时候没有物理系,还是工物系。 周: 那是在物理系恢复前的四年。后来物理系复系之后,是不是很多人就回到物理系这边了? 朱: 对。当时工物系分到物理系的有理论物理、固体物理、加速器教研组,还有核物理教研组。其他几个专业还留在工物系。 周: 固体物理研究班当时虽然规模不大,只有不到二十人,但是这些人中间出了很多杰出的人物,对82年后清华物理系的恢复和建设起到了重要的作用。除了您之前提到的两个原因——自学能力以及大环境的影响之外,您觉得在办学方面,这个研究班有什么独到之处吗? 朱: 独到之处其实还是这两点。因为清华办固体物理班,主要负责人是熊家炯老师,他是学核物理出身的,实际上对固体物理不太懂。另外还有张宏涛老师,他原来是学材料的,教研组里几位年轻的老师,对固体物理懂得也不多,所以很多学生都自己找题目去研究,自己去学习。老师一方面和我们一起学习,另一方面为我们的学习创造了尽可能好的条件。当时清华固体物理请了(美国著名凝聚态物理学家)P. W. Anderson来讲了两个月的课。我跟一个同学负责整理安德森的讲课录音,当然很费劲。录音一遍遍的听,一方面要听内容,一方面要听英文。这样的学习环境,好处是没太多历史包袱,而且 一开始学的就是比较前沿的知识 ,例如安德森讲的是他那本当时尚未出版的专著“Basic Notations of Condensed Matter Physics”中的部分内容,而我们当时的固体物理教材是Ashcroft和Mermin的经典教材《固体物理》。所以,一开始接触的都是最新的知识。我想这是一点。第二点呢, 整个学风很好 。文革之后,整个国家欣欣向上,风气都非常好。很多人都觉得被耽误了十年,要挽回来,所以非常用功,非常努力,而且整个社会风气、学风都比较好。 半导体所二十年——黄朱模型;“做到第一”和“做到最好” 黄-朱模型”的两位作者在讨论问题(左为黄昆先生) 周: 您硕士毕业之后,就到了半导体所工作? 朱: 对。我在那里工作了差不多20年。1981年到2000年。 周: 那也是您学术上非常高产的时期。八、九十年代正是半导体物理和超晶格蓬勃发展的时代,您能向我们介绍一下当时您最著名的工作—— 半导体超晶格光学声子模式“黄朱模型”的背景 吗? 朱: 我到半导体所,是跟黄昆先生一个组。1977年黄昆到半导体所做所长,他觉得半导体所的物理研究应该加强,就成立了一个物理研究室。物理研究室里面有个理论组。黄昆作为所长,本人的研究也在理论组里。当时理论组有十个人左右。在进所前黄先生对我先进行了一番面试,之后就把我安排在理论组里。70年代末、80年代初的无序系统理论领域是很活跃的前沿领域,领头的四个科学家被戏称为“四人帮”,以安德森为首,很有名。刚进所时我在进行非晶态半导体的理论研究,而黄先生那段时间的主要兴趣在无辐射跃迁,多声子跃迁问题。所以后来我开始跟黄先生做多声子跃迁的研究,再后来也一起研究了一点量子霍尔效应,在这之后我们的兴趣就慢慢转到半导体超晶格和量子阱了,因为当时觉得这个领域很重要。 1985年我到瑞典访问了半年,研究半导体GaAs/AlAs超晶格中的声子和拉曼散射。回来以后,我向黄先生汇报在瑞典的研究工作,包括超晶格光学声子,拉曼散射等。我当时研究的声子实际上是一种特殊的声子,它的传播方向跟超晶格的界面是垂直的。在这种特殊情况下,声子的纵模跟横模是完全解耦的。所以,黄先生问我一个问题:如果声子是朝着斜的方向传播(即声子传播的方向与界面不垂直)该怎么办?他的第二个问题是:你研究的超晶格是由2种极性半导体构成的,而极性半导体中的光学声子存在纵模和横模的分裂,这主要是由于库伦作用的影响,这里你是怎样考虑超晶格中光学声子的库伦相互作用的?当时黄先生提的这两个问题我都回答不出来。后来我读文献,正好看到了Cardona【Manuel Cardona,西班牙固体物理学专家】研究组所做的一个实验,他们认为描述超晶格光学声子原来一直沿用的介电模型是不对的,跟他们的实验结果不符。于是Cardona认为必须修改边界条件。原本是静电边界条件,就是说,静电势在界面处等于零,应改成力学边界条件,也即光学位移在界面处等于零。Cardona85年在PRL【按:Physical Review Letters(物理评论快报)】上就超晶格光学声子问题发表了两篇文章,我看了以后觉得他们的边界条件修改并没有太多的道理。但到底什么是对的呢?我于是跟黄昆先生开始着手研究这个问题。当时国际上许多人对这问题感到很困惑。比如说,超晶格中的光学声子存在限制的类体模和在界面极大的界面模,Cardona的这两篇文章发表在同一期PRL上,一篇是讲介电模型推导出来的类体模与实验不符,应修改边界条件;紧接着的另外一篇却说,界面模跟实验符合得很好,而界面模恰恰是从同一个介电模型推导出来的。这很让人困惑:为什么介电模型用在类体模这儿不行,用在界面模又可以?到底超晶格中的光学声子应该是怎样的模式?我跟黄先生从86年开始研究这个问题,直到88年发文章,做了有一年多点。这一年多我跟黄先生讨论的非常多,我记得88年春节我上他家拜年,我们俩还讨论了很久。所以那段时间,实际上我跟黄先生整天就翻来覆去地讨论这些问题。 周: 这也是当时半导体研究的一个非常受关注的问题。 朱: 当时很多人都觉得这个问题很有意思,但怎么解决并不知道。所以,我们做的应该讲还是当时国际上比较关注的工作,一共发了三篇文章,建立了被国际学术界后来称作“黄朱模型”的超晶格光学声子模型。其要点有:(1)类体模的光学位移和静电势在界面均应是节点,据此给出了类体模的解析表达式。(2)界面模与类体模之间存在内在联系,界面模具有强烈的各向异性,当声子波矢与超晶格生长方向平行时,界面模演变为半波长等于阱宽的驻波;并且,声子色散引起界面模与频率相近的类体模之间的混合。 当时存在三种超晶格光学声子模型:最早的介电模型,Cardona提出的波导模型,以及我们提出的(黄朱)模型。后来(加州大学伯克利分校的)Peter Yu等人的实验证明,我们的模型最符合他们的实验结果,后来大家都认识到,原来介电模型产生的问题在于,当它所处理的类体模是简并的时候,便无法确定类体模的模式,这时不能简单套用静电边界条件,主要的毛病就在这个地方。对于界面模来讲,因为它不是简并的,所以完全正确。 周: 当时大家对这个研究方向都很关注,显然竞争也蛮激烈的。其实我们现在做科研很多时候也讲究一个时效性。做一流的学者,you either be the first one, or be the best one(要么做第一人,要么做最出色的),您如何看待这两者之间的平衡? 朱: 实际上做研究,很多credit(功劳,赞誉)都归功于最早的、第一个人。一般挖“金矿”,第一个人最容易挖到好东西,然后最多的credit归他。后面的人,因为是别人挖过一遍后你再去挖,很费劲,难度要大很多,挖到的可能也不一定是最重要的成果,最好的往往已经被别人挖掉了。所以, 科学研究最重要的,首先是能提出一个好问题,在别人不重视,还没发觉这里面有比较重要的工作之前 ,你能看到,然后去做...... 周: 有这个洞察力! 朱: 对。洞察力很关键。我觉得我们中国的研究总的来讲在这方面比较欠缺,就是不善于提出好的问题。一旦已经有一个好问题(被提出来),再去解决,这个方面我们的训练、我们的能力还可以。这当然与我们传统的教育模式有关系,我们习惯做习题,认为书本总是对的,给你一个题之后你可以解决得很好。很多人出国做研究、访问,可以把别人给他的研究课题完成得很好,能发很好的文章,但是回来之后,比如说自己带学生的时候,就不善于提出好问题。我觉得总的来讲我们这一块比较欠缺。 周: 对,创新,善于提出好问题的能力。 朱: 对,创新。这是我们跟国际一流的、顶尖的科学家的主要差距,就是提出问题的能力。但现在我觉得这个差距在慢慢缩小。至少目前来看,我们国家的研究发展得很快,看到哪个问题很重要,在别人做出比较好的结果之后,我们马上就可以(接上去)做,而且做得很好,做得好的组也很多。比如铁基超导、拓扑绝缘体这样的方向,中国人能很快跟上去,并且成为世界上做的最好的几个研究组之一。但实际上,譬如铁基超导,最早并不是中国人提出来的;拓扑绝缘体,最早也不是在大陆这边提出来的。 我们赶热潮的能力很强,但是自己开创一个潮流,开创一个领域,这方面我觉得还比较欠缺 。 我在2003年刚当上清华物理系系主任的时候,曾在《新清华》【按:清华大学校刊】上写过一篇文章,《什么样的物理系算世界一流》。我当时提出了四个台阶——第一个台阶:就是做了一些有价值的工作,能够发SCI论文,这是一个起步阶段,一个起码的条件。第二个台阶:可以在一个领域,就一个问题做出一些有影响力的工作,在一些高影响因子的杂志上发表比较深入的、水平比较高的文章。第三个台阶就是,在一个领域里,能持续做出系统的高水准成果,例如人家都知道清华大学物理系有某个组是国际上某个领域最好的几个小组之一。如果这个领域要召开国际会议,邀请报告,必然会邀请你。而第四个阶段是要成为这个领域的开创者,要引领潮流。我觉得一个系里面如果有几个能够引领国际研究分支领域的组,那么这个系就毫无疑问是世界一流的。所以我当时借用了清华原来一个教授的话【按:为原清华大学物理教师赵静安】,文革中“斗私批修”的时候,他说自己原来有一个个人成名成家的计划,叫做“ 30成名,40成家,50威震天下 ”。后来我就说:我们物理系的第二步是成名,有一批教授在国际上有点名气;而第三个阶段就是要成家,大多数同行都知道,比如某某领域清华物理系做得很好,这算是成家;第四个阶段就是威震天下,清华大学的某人、某个组开创了某个领域,在这个领域引导世界。 现在我觉得物理系已经有一批研究组、一批人走上了第三个台阶,如拓扑绝缘体研究,碳纳米管的研究和应用,但是要说开创某个领域,这方面还差一点。评价一个系一个学校,我觉得当时提出这四个台阶“四步走”,还是比较可操作的。不完全看SCI,SCI当然要看,并且是重要的,但是到了一定阶段后,不能光看你发了什么文章,发表在哪儿,还要看它在整个领域的影响力。 黄昆先生为人和治学——一个开创风气的、纯粹的科学家 1958年黄昆教授(右)和夫人李爱扶、长子在长城留影 周: 您在物理所的时候跟黄昆先生有过很长时间的合作是吗? 朱: 是半导体所,不是物理所。但半导体所是从物理所分出来的,它最早是物理所里的一个半导体研究室,60年的时候分出来了。因为当时重视半导体,所以就分出来成立了一个所。关于中国的基础研究,黄昆先生有个理论: 领导人越重视哪个领域,那个领域的基础研究所受到的冲击就越大 。 周: 为什么?(笑) 朱: 这是他在文革以后总结的经验教训,根据历史总结的。他说为什么呢?50年代的国家政策是“以钢为纲”,于是中科院在沈阳专门成立了沈阳金属所,金属物理这部分研究就分给这个研究所负责。但是,沈阳金属所的主要任务不是研究金属物理,而是研究钢材的品种和质量。而且,它所从事的质量研究并不是一步步从基础物理着手,而是靠攻关和会战。到了60年代,国家觉得电子工业很重要,半导体很重要,于是又成立了半导体研究所,半导体物理也被分到了半导体所,但在半导体所中,物理研究并不受重视,重视的是半导体元器件和材料的“攻关”。半导体所的研究人员后来用“炒菜”来形容当时的这种科研“攻关”。中国人炒菜不太讲究严格按照菜谱操作:什么时间加进去几两这种菜,几两那种菜,什么时间加几分作料,火候多大,等等,反正差不离就行,就凭感觉炒呗。 炒个10锅20锅,如果正好有一锅炒得特别好,那么我就成功了,就可以去报奖了,这就是我们的成果 (笑)。像半导体所,那时长单晶,做管子,成品率其实很低。如果有一次碰巧运气特别好——因为你去试,试的次数多了,总有运气好的时候——成品率特别高,或者正好这批管子的各项指标特别好,你就可以去报奖、报喜了:“我已经攻关成功了!”但是这个结果能不能被重复呢?这是个问题:有的能重复有的不能重复。而且,就算是能被重复的结果,也是完全沿着别人的路做出来的,并不是从基础上发现了一个新的机理,提出新的器件。那个时候的科研基本上走的是这么一条路。80年代我在半导体所的时候,上面领导总是关心你们的4K的RAM(随机存取存储器)做出来了吗?16K的RAM做出来了吗?16K的做出来了,下一步是做多少?完全只看半导体所的集成电路什么时候做出来(笑)。所以领导越重视,他越是盯着你的具体成品成果。当然领导这样做也是出于好心,关心科学技术成果的应用;而如果你要做基础研究,从基础物理开始,最后到成品,这条路太长,见效太慢。所以越是受重视的这些领域,它的基础研究就越容易受冲击。 周: 所以对于国家比较重视的这些领域,可能相对更容易急于求成,缺乏一个好好做的耐心。 朱: 对。所以我觉得黄先生这句话是一针见血。 周: 黄先生对中国的物理界的影响是非常大的,我想请您评价一下他对中国物理学界的贡献。 朱: 首先我觉得 他应该是开创风气的一个人 。其实黄先生51年回国以后,很长一段时间基本上都在教书。在北大教普通物理,后来也教固体物理,半导体物理,教了十几年书,一直到文革开始。文革之后他才到了半导体所,又开始有机会做科研。 像他们很多老一辈的人,特别是像黄昆,并不是太计较个人的名利和得失,很多问题都是从整个国家的角度去考虑。而我们现在很多科学家考虑问题往往只考虑自己的领域,或者考虑自己的小单位。这两种考虑问题的眼界和境界是不一样的。黄先生对各种奖、各种荣誉也都不在意。2001年他获得国家最高科学技术奖,实际上这个奖的申报主要是半导体所和科学院比较有积极性,他自己并没什么积极性,报奖材料很大一部分都是半导体所让我整理的,而我当时已经在清华了。获奖之后,杨振宁先生给黄先生发了个电邮祝贺,杨先生说:“祝贺中国今天授予你的巨大的荣誉。我知道你的朋友和学生大概都为此而高兴,而你会不那么样的高兴。但是庆祝典礼毕竟是重要的,是有意义的。”后来黄昆回信道,“你已经正确地估计到我对这次获奖的感觉,你的评论促使我这些日子一直在思考。我想,无论是对我还是对我周围的人,我应该对我们所能做的一切更高兴一些,我开始注意到这一点。我不知这是否就是你脑中所想的,不管怎样,想到这一点将有助于我。”他觉得杨先生很了解他的一些想法。 周: 黄先生很淡泊名利。 朱: 对。一个比较纯粹的科学家,就喜欢做点学问。有时候他跟我讨论,比如对有些教科书的内容,概念的讨论。他对概念抠得很厉害。人家送给他的教科书很多,有的写得很差,他就说这样的书可以用来考研究生,给他半个小时,看看他能从里面挑出多少个错误概念(笑)。他真是做学问的人。 黄先生一辈子文章不多,他51年回国之前在国外发表了十几篇文章,当时已经算很高产了。他的十几篇文章基本上是一篇文章解决一个问题。他后来总结他的治学,有“三个善于”: 第一是善于提出好的问题;第二是善于找到一个好的方法来解决这个问题;第三是善于找到最重要的结果并推广它 。这是他一辈子治学的经验。他觉得自己早期不太善于推广和找到最重要的结果,而更像是:写了篇文章把这个问题解决了,就去做其他的事情了。比如著名的弗里德尔振荡(Friedel oscillations),实际上这个事情最早是黄昆做的,问题是他提出来的,方法也是他的,但他最后没有得到最重要的成果。因为他只做到最近邻(杂质原子和它最近邻的基质原子),其实算得再远一点就会发现电荷振荡了,所以后来弗里德尔【Jacques Friedel,法国物理学家,与黄昆同一博士导师】接下去做,就发现了这个以他命名的现象。黄先生认为这件事情对他来讲是个教训。 周: 所以成为第一固然重要,然后还要继续往前挖深。 朱: 还要会摘桃子,你不能只摘到一个桃子就满足了。至少你要摘到一个最好的桃子!否则你挖坑、浇水、种树,辛辛苦苦几年以后,摘了一个桃子就满足了,你还得想想—— 你有没有摘到最重要和最好的“桃子” ? 周: 所以,“做到第一”和“做到最好”之间还要适当地寻找一个平衡。 朱: 对。所以,黄先生说他早期十几篇论文基本上是一枪解决一个问题。而文革以后,他重新开始做研究,虽然创新性不如原来,但他觉得从挖掘成果的深度来讲要比之前强。 黄先生这一辈子大概总共发了四十几篇代表性的研究文章。他原来在英国的时候也就十篇多点,文革以后,他的很大一批文章可能是我跟他合作的。他自己的体会是,如果是做理论的,一个人一年发表2、3篇文章他觉得就算很努力,做得不错了。当然这跟现在(的标准)完全不一样。 周: 对,这也是时代的不同。 朱: 而且当时写文章是很费劲的,都是打字机打的,打错了又要贴又要弄,画图都是手画。 周: 您跟黄先生的接触中,您觉得学术也好,为人处世也好,您最佩服他的是什么?他对您的学术影响最大的是哪些方面? 朱: 我刚才也说了,实际上我最佩服黄先生,或者说他对我影响最深的是:他是个比较纯粹的科学家。科学家分不同类型,有的科学家更善于组织,或者我们称他为科学活动家,用现在时髦话讲就是“帅才”。黄先生不是帅才,他比较适合做具体的事情。而且他认为,他的很多想法都是在做的过程中产生的,边做边产生想法。他说,如果自己不亲手做,就觉得脑筋动不起来。他是这么一个性格的人。 这一点黄先生对我有影响。另外一点,黄先生其实受莫特【Sir Nevill Mott,英国物理学家,1977年与P. W. Anderson共享诺贝尔物理学奖】的影响很深。从黄昆的学术谱系来讲,他的硕士是跟吴大猷,博士是跟莫特,博士后是跟玻恩一起写书。【Max Born,1954年诺贝尔物理学奖获得者,与黄昆合著固体物理领域的经典著作之一的《晶格动力学理论》】这三个人中,莫特对他的影响最深,而实际上莫特没有跟他合写过一篇文章,但是他的治学风格对黄昆的影响非常大。 第一,莫特在一段时间之内只对一个问题感兴趣。你跟他讨论他有兴趣的问题,他可以跟你讨论得很深入。如果去跟他讨论他当时没兴趣的问题,他几句话就把人打发掉了。黄昆找莫特做博士导师,一开始是以为莫特的知识面很广很渊博,因为他以前在西南联大图书馆读过莫特写的三本书,是三个不同的领域,当时觉得莫特很渊博,所以他拿到了庚子赔款奖学金就去英国找莫特。等他真的做了莫特的学生,才发现远不是那么回事——因为莫特 一段时间只钻研一个问题 。他说,莫特的渊博实际上是通过在不同的时期钻研不同的问题,这么建立起来的。所以莫特的这种风格影响了黄昆,他也是一段时间基本上只对一个问题有兴趣。 周: 专注于一个问题。 朱: 专注,并且亲手去做。他并不喜欢泛泛地看很多文献,对某个领域做review(综述),那不是他的风格。他是自己做最具体的问题,解决了以后,对这个领域有所了解。然后通过不同时期做不同的问题,来了解不同的领域。 莫特对他另外一点影响比较深的是:莫特的数学相当好,但是不喜欢用复杂的数学来做物理,他比较喜欢用简单的物理模型来做近似,提出个模型来做,所以他的数学用的都很简单。后来黄昆也是如此。他以前开玩笑说莫特的数学用来用去都是sine, cosine,arctan……最多加个hyperbolic sine, hyperbolic cosine。 也就是说,他用的很多都是比较初等的数学,但他用物理模型做近似的水平很高。而黄昆,我觉得他做研究最大的本事是微扰论:面对一个复杂问题,他可以把里面的很多东西扔掉,有的时候我都觉得扔掉这么多是不是合理?把什么都扔掉最后只剩一个因素,是不是离实际问题离得太远了?但黄昆的本事就在于能抓住最主要的因素,抓住以后建立起尽可能简单的模型,然后再加微扰,一点点地把其他次要因素加进去。这是黄昆的看家本领。我开玩笑说, 宋朝的赵普是半部《论语》打天下,黄先生是一个微扰论做物理 。这两点就是黄昆的风格,对我影响很深。当然我跟黄先生是没法儿比了。另一方面,任何特点也各有其利弊。 三进清华——系主任的战略眼光 周: 2000年之后,您选择回到清华大学物理系工作。当时是什么动机促使您回来? 朱: 我实际上是三进清华,这说的是第三次,对吧?(笑)当时我去清华之前跟黄先生讲了,他内心其实是不太赞成。后来黄先生觉得我换个地方,对将来的发展可能会有好处。当时杨振宁先生在清华成立了高等研究中心,他们需要人,于是我就进了高等研究中心做教授。除了杨先生和聂华桐先生,我实际上是高等研究中心的第一个教授。我自己其实有个想法,就是——虽然科学院的工作环境比较单纯,主要的任务是做研究,但是一个人,譬如说像我,2000年的时候已经过了50岁了;我觉得 50岁以后到学校里可能比较合适。因为可以去教点书,可以跟很多青年学生接触 ,这是大学比科学院优越的地方。另一方面,90年代我在科学院的时候,科学院的同志老在担心在市场经济下科学院如何定位的问题。这个问题实际上到现在都还没有完全解决。所以科学院总有一种要为生存而斗争的压力,当然那也是种动力。而高校不管怎么样,就是在文革那么乱的时候,毛主席说大学还是要办的。所以从环境来讲,高校做基础研究比在科学院可能相对更好一点,因为科学院总是急于要用成果来体现它存在的必要性。从这样的考虑出发,当时我觉得过了50岁换到高校这样的环境工作是个不坏的选择。 周: 您是2003年到物理系担任系主任。系主任会有很多的管理、行政等方面的工作,跟您之前专注于个人的学术研究还是很不一样的。是什么原因促使您选择从专注于学术研究到尝试影响更多人,影响科研大环境、大氛围的这么一个转变? 朱: 实际上是因为一个偶然事件。2002年,清华大学的王大中校长请了杨振宁、沈元壤、沈平、沈志勋四位著名物理学家来清华对物理系进行国际评估,这是清华第一次对一个系做国际评估。当时他们向王校长提交了一个评估报告,之后物理系就成立了一个落实国际评估专家意见的小组,相当于一个改革小组,探讨这些意见是否都合理?研究怎样落实这些专家的意见?我们如何改?当时高等研究中心虽然是个实体,但行政上属于物理系,所以我也被叫到这个组里去了。我们开了很多会。2003年,物理系领导班子正好要换届,系里有些人觉得之前我在改革小组开会时提出的意见和建议可能还比较好,所以就提名让我来做系主任。我当时很犹豫。做呢,对自己个人的研究很大程度上会有影响,而且我以前连个课题组长都没做过,完全没有行政管理的经验;但不做的话,我又觉得大家对我很信任,而清华物理系也确实需要作一些大的改动。我实际上是有思想斗争的。后来我考虑,如果学校真的让我做,我将在物理系做一些改革,学校也要支持我改革;如果学校不支持,那么我做这个系主任毫无意义。我当时提了些要求,主要的一个是: 物理系的整个体制要做改革,让教授、教师更多地参与系里的管理,包括很多决议要由教授会来做,民主管理,教授治系。第二点,我要求学校支持物理系做tenure track (教授终身职)的试点。 主要就是这两点。 周: 这个是从2003开始,也就是十年前? 朱: 对。当时我提了一些建议,意思是学校同意的话我就做系主任,不同意我就不做。校领导还让我去做了一次汇报,具体讲一讲我的一些想法。但是实际上后来学校还没有具体落实对物理系改革支持到什么程度,具体会有哪些措施,没完全谈好就宣布了我的任命(笑)。我做系主任和顾秉林做校长是同一个月,都是2003年4月,顾秉林是我同班同学,他支持我做(系主任),意思是我的这些要求他会支持,当时学校的领导,如陈希、庄丽君等,也都很支持,后来我就这样上任了。 周: 您上任之后对教师队伍进行了一系列的改革,对吗?包括您说的教授治系、tenure track之类的。 朱: 对。那份国际专家评估报告有几点结论:第一要建立faculty(教授)和staff(职工)两个不同的系列,第二应该重视教学、人才培养。这两点我都非常同意,这两方面我们主要按照评估专家的意见去做。 我想到的另外两点呢,一个是 教授治系 ,报告里并没有这项内容。我当时就这个问题跟沈元壤先生讨论过,我说如果我做系主任的话, 要使我们系里的教授更多地参与到系里的管理工作 ,因为我觉得很多老师对系里的事不太关心,而是比较关心自己的事情。我想没有大家参与的积极性,一个系是办不好的。要让教授觉得他的投票,他的意见在系里是有作用的,能参与做出很多的决定。沈元壤当时不是太赞成我的意见。他认为一个好的“独裁者”能够开创一个好的“王国”,一个坏的“独裁者”将破坏一个“王国”,而民主制度介于两者之间。民主的效率总体上是比较低的,好处是效果不至于太坏,但要做得很好也不容易。因为改革会触动很多人的利益,会有很多人不赞成,要投票通过就很困难。不过我觉得当时系里老师对管理不太积极,从调动积极性这个角度讲,教授治系有它的优越性。为了这一点我们做了很多工作,制定了很多制度,包括引进人才、提职,系里所有重大问题决定都需要在教授大会上三分之二多数表决通过,更重要的事情需要系里全体教师大会表决,等等,都制定了制度。例如:教学工作量,我们系原来的规定是每人每年教64个学时的课,而我认为为了加强人才培养工作,这可能少了点,后来我们就提出要加一点码:每人每年96个学时的课。当时在全体教师大会讨论,2/3以上多数通过,投票前我完全没底,通过之后当然很高兴。事后很多人表示疑惑:这项决议对大多数人其实是增加了负担,为什么还能够通过呢?我就说,我对我们教师的觉悟有充分的信心(笑),其实大家都认同教学的重要。当时系里的很多决议都是通过投票,而且当场就开票,给教师们增加了很多参与感。我们也成立了许多委员会,很多事情由专门委员会决定。 另外的tenure track 制度呢,国际评估里也没有提,他们可能觉得当时清华做这个还为时过早,但是后来我们做到了,他们当然也很赞成。国际评估报告有一段话,说的是当时(2002年)正值清华教师换届,有一批年纪大的教授正好陆续要退休,会招新的人来补充。评估报告的意见是: 这个时候清华招进来什么水平的人实际上决定了清华二三十年之后的学术水准 。这段话我非常非常认同。但是如何保证教师质量?我感觉tenure track的一个好处是,助理教授需要经历五六年的tenure track考核期,实际上这是对一个人独立工作能力的检验。如果通不过考核就必须离开。这个阶段的压力的确会比较大,而这正是助理教授年轻出成果的最佳阶段。在最佳时候,给的压力大一点,他能够更充分地发挥他的潜能。所以从出成果和保证师资水准这个角度看,我觉得tenure track有它的优点。另一方面,有的人担心,等教授拿到tenure后,年龄会大一点,创造性可能会下降,加上压力减轻,是否对工作不利?但是,这个时候有保障的岗位也许会有利于这些有比较多经验的tenured教授更侧重教学,更安心地带学生。所以我感觉,总的说来,通过tenure track进来的师资,经过了分流,完全可以保证师资队伍的质量。我觉得美国大学研究的活力应该说是全世界最好的。tenure track制度有它的优点,当然也有缺点。欧洲、日本的制度自然也有不同的优点,没有一个制度是十全十美的。 我做系主任,除了对整个体制做了些改革外,日常主要工作有两方面, 一是加强教学,加强对学生的教学和培养工作,二是引进了一些极为优秀的新faculty,并努力使他们happy (笑)。尽管改革过程和日常工作中也难免有一些磕磕碰碰,总的来讲系里老师都很支持,学校也支持。做了7年多系主任,我觉得自己还是做了些事情,并不是为做系主任而做系主任,主要是做事。 寄语年轻人——“年青的时候还是要做点大事情“ 周: 在十年前做这样的事情,还是很需要勇气的,我觉得非常不容易。您刚刚讲到学生工作,我觉得您到清华做系主任之后跟学生之间有很多交流,包括清华的学堂班,【按:清华学堂人才培养计划,朱邦芬为清华学堂物理班首席教授】您也投入了很多精力。您觉得现在的大学生有什么特点和优点?跟世界上一流大学的学生比,他们有待提高的有哪些方面? 朱: 我是很羡慕现在的学生的。我觉得他们的条件跟我们那时候简直没法比。现在各种条件都十分优越,学生懂得的东西比我们那时候多得多了;很多学生都很用功,很聪明。我觉得确实是很优秀,一大批学生都很优秀。包括很多刚进来的新生,对物理都已经相当了解,具备了相当多的知识。当然他们本事最大的是做题能力特别强(笑),做题速度飞快,而且什么题目都见过。做得又快又准确。我觉得清华的学生这一点是千锤百炼练出来的。虽然他们的条件很好很优越,我觉得现在学生还是有缺点。一个最大的缺点就是:他们从小就在一种过度竞争的环境底下,从小就做各种各样的题,所以相对来讲 功利主义比我们那代人要强很多 。很多事情他如果觉得对他没用,就不太起劲,主要精力都花在他认为有用的事情上。 周: 过于注重结果。 朱: 学生时代按说应该是最远离功利主义的年代。既不用养家糊口,也不用考虑孩子、职位等这些东西,应该是无忧无虑、最能“天马行空”、最喜欢“胡思乱想”的时候。现在学生最大的毛病就是功利主义比我们那时候强得多,当然他们的压力也比我们那时候大得多。好处是在这样的压力环境下可能会锻炼出来一批优秀人才,很多学生都让我很佩服:社会工作、各种各样的业余爱好,很多人很全面,很全能。但是,他们仿佛缺少那种发呆呀,随便去想点什么事情啊...... 周: 纯粹思考的时间...... 朱: 对。拿本小说看看,拿本闲书看看,他们没有这种时间。我觉得 青少年时候如果思想太单一,感兴趣的领域过于狭窄,长远来看并不是好事 。作为一个年轻人,应该对很多东西感兴趣,能够不计功利地对一些事情发生兴趣,开展些研究。我觉得这是现在一些同学的弱点——总的缺点就是功利主义太强。当然,我们的社会大环境,我们上一代要对此负主要责任。 周: 对。我觉得我们现在的本科生都非常出色,他们中间后来出国留学的,如果在国外遇到了合适的土壤,PhD论文可以做的非常非常好。国内的研究生的话,我觉得现在开始出现了一些做得非常出类拔萃的学生,但就总体水平来讲应该跟国际一流大学的研究生还是有挺大差距的。从培养人才的土壤方面,尤其是研究生这方面,您觉得从学校或者从老师的角度来说,有什么是我们可以努力为他们创造的条件呢? 朱: 我觉得 培养研究生最重要的还是学术环境,是学风 。总的来讲,导师对学生的影响很多时候是无形的。导师如果不是太功利主义,那学生也不会太功利主义。老师如果比较斤斤计较呢,学生也会斤斤计较。譬如我们系的一个很大问题就是,每个礼拜的colloquium(学术报告会)出席的研究生比较少,他们一般只会去听自己有兴趣的,或者是正在做的方向。比如,这期colloquium请的报告人是讲天文的,很多凝聚态物理的人就不去听了;或者请的是讲凝聚态的,那学粒子物理的研究生也就不去听了。这样还是太急功近利了。第二点,在研究生阶段我认为还是应该多思考,多学点东西,对自己将来一辈子要做点什么事情,研究什么领域,有点思考。最好能找到一些你觉得有意思,而尚未被解决的问题。我觉得很重要的一点是: 这个阶段中你可以而且应该有意识地、系统地建构你的整个知识结构,找出在你感兴趣的领域里最重要的问题和可能的趋势,哪些问题是你觉得还没有解决,还值得你去研究的,哪些你觉得人家已经做得差不多了——做这个学术整理和规划的工作,我觉得很重要 。博士后阶段的压力比博士期间要大得多,必须做文章,出成果;而博士期间,往往还有比较多的时间深入地思考,考虑些短期不会出结果的问题。而这也是我觉得我们比较缺乏的,就是——一种讨论的氛围,研究探讨的氛围,以及同学之间的互相交流。这当然跟我们导师本身的学风和学术水准有关系。 这也跟我们的学术环境有关系;学术环境不够出类拔萃。我认为 所谓的一流学校和非一流的最重要的差别就是:学生的motivation(动力,内在要求) 。有的学生有探究未知的渴望,谈起他感兴趣的学术问题,两眼发光,确实有这种劲头;有的学生没有劲头,只不过是完成任务。这两种精神状态完全不一样,而好的跟差的学生的主要差别就在这里。当然,我们有些学生比较想出成果,motivation会显得更强;有些同学的性格比较与世无争,我觉得这也挺好。在名利方面可以与世无争,但是你对人生目标,这辈子要做些什么事,必须有想法,必须有比较强烈的愿望。这方面是我们所缺乏的。我做系主任的时候每年都开学生大会,提出这一年系里的学生工作主要准备解决一个什么问题。曾经有一年,我特别提出:我们的学生在学生时期应该及早开始形成人生规划,这辈子要想想要达成什么目标,而当下,为了实现这个目标应该如何做准备;准备做得越早,你就越主动。 周: 我想氛围的改变可能还需要挺长的一段时间,需要一些积累。 朱: 我觉得,我们的师资如果能在10年到20年之内得到一个根本的改善,也就是说我们的tenure track助理教授可以和美国一些最好的大学的tenure track助理教授的水平相当,再加上我们整个的学术氛围有一个比较好的改变,我们的学生、研究生水平会有一个比较大的进步。 周: 从学术条件、环境来说,您觉得现在中国物理的科研环境跟十年前、三十年前相比有什么异同? 朱: 我觉得完全不能比。30年前的硬件条件跟现在根本没法比,没法想象。不要说30年前,就是10年前跟现在都没法比。这方面我们的进步非常明显。现在,国家对科学研究的投入很多,只要继续投入,不急于求成,再过10年、20年,中国一定会出一批领先于世界的成果,这是毫无疑问的。中国人也不笨。但现在有些媒体、有些领导也还是有点太着急,总觉得怎么还不出诺贝尔奖(笑)。事实上,你就算是做了一个诺贝尔奖级的工作,要获诺贝尔奖大多也还得再过二三十年。更何况现在还做不到这个地步。 周: 对。我觉得我们相对没有耐心等科学家慢慢出成果。 朱: 中国人的毛病是既急于求成,又容易遗忘,缺少鲁迅所提倡的“韧”的精神。 周: 所以十年磨一剑的事情很难实现。 朱: 做不下来,从上到下都比较浮躁。现在中国的硬件条件已经非常好了,软件方面,比如各种信息流通,也发生了根本性的改善。互联网、各种通讯手段非常快。30年前我们根本不知道国外同行同期在想什么做什么;现在国外一流单位的同行们对什么问题有兴趣,他们正在做什么,我们一清二楚。原来中国基本上是自己做自己的,跟人家学也是学人家几年以前的东西,现在就完全不一样了。当然闭门造车也不是说完全没好处,也许闭门反而能造出个比较有原创性的车,当然这种可能性很小(笑)。反过来说,现在大家知道的太多了,都跑去赶热门,这是坏处。但资讯发达,能及时知道人家在做什么,总归是好的。现在的主要问题还是学风,太过浮躁,这方面实际上要比从前坏了很多。 中国人大概是最没有耐心的一个民族 (笑)。另外一个问题就是,现在有一批聪明的孩子都被金融、经济,被那样的方向吸引走了,但这个大趋势也很难改变。中国人口很多,我想总有一批聪明人愿意选择物理。 周: 最后,我想请您谈谈,您对现在的青年教师有什么期望和建议? 朱: 我觉得年纪轻的时候还是要做点大事情。不可否认,现在青年教师的压力很大,一些青年教师也常常抱怨生存环境太恶劣。确实,住房、孩子教育、科研、项目经费、自身提职和年度考核,这些压力都很大,环境对青年教师很不友善。作为学校和系的领导,应该考虑到这些问题,积极为青年老师减压。物理系当年制定的教师年度考核标准,是以3年作为一个周期来衡量,虽然做到“优秀”不容易,但“合格”的标准还是相当低的。现在回顾起来,我认为这些是合适的,是为了给我们的教师,特别是青年教师能做长远的研究、做大事,创造比较宽松的环境。这是一方面。另一方面, 我们的青年老师,在基本生活有保障的前提下,应当在精神上有所追求 。我刚分配到半导体所时,可以说完全没有栖身之处。我每天晚上睡在办公室,用一块木床板架在两个办公桌上,我太太临时住在一间住3人的单身宿舍中的一个床位上。孩子当时5岁多,林兰英先生【中科院院士,我国著名半导体材料专家】看我们可怜,允许我孩子晚上睡在她中午午休的一个单身宿舍床位上。这种情形一直持续了半年多。比起那时来,现在无论如何要好多了。作为一个中国一流大学物理系的教师,如果没有精神上的追求,不如改行去做其他物质待遇更高的工作了。 我们的年轻老师要牢记国家和民族兴旺的重任,要树立为科学做出较大的贡献的雄心,顶得住压力,耐得住寂寞。你可以三年不鸣,但要争取一鸣惊人。你三年五年不出大的成果,无所谓,但要争取在年纪轻的时候至少做出一两件将来能留得下来的成果。你们的目标并不应该是发表了多少文章,在哪个杂志发,而应该是: 我要做出一个或者一系列的成果,这个成果是同行公认的,教科书能够留得下来的。应该有这样的志气 。自己对自己要定个目标,高一点的目标,将来就算达不到,至少能“取乎其上,得乎其中”。 编辑/策划:马业勤 录音整理:于颖 http://www.qiushi.org/index.php?m=contentc=indexa=showcatid=29id=211
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从一位诺奖得主的经历看人才(131223)
热度 53 ymin 2013-12-23 08:50
从一位诺奖得主的经历看人才( 131223 ) 闵应骅 中国人有很强的诺贝尔情结,从上到下,都希望中国大陆人能得诺贝尔科学奖。正好本月的 IEEE Spectrum 用一个长篇介绍了威廉 . 肖克利 (William B.Shockley) (见下面左图)。本文想用他的经历,就本人的理解看看人才的素质、追求、成长环境对我们的启示。 本人在 识人、用人是领导者最重要的才能( 130826 ) 一文里提到过威廉 . 肖克利。他, 1948 年, 38 岁发明结晶体管, 1950 、 60 年代的第一个晶体管收音机和洲际弹道导弹和轰炸机都用了这种晶体管,开创了半导体电子学。同一年, 1948 ,他申请一个专利,叫“辐射能控制系统”,一个用视觉传感器的反馈控制系统。这个和晶体管没关系,和他在二次大战中的任务,战略轰炸,也没关系。很快拿到这专利,但被要求保密 10 年。把这个系统装载在一个自执导炸弹的鼻子上,靠照相机里被控的闪光,得到的实时图像决定投到什么地方。肖克利还注意到了它的和平应用,譬如建筑物的识别、售货机上钱的识别、生产厂家的成品检测。这是他第一次想像一个机器,由反馈控制和一个视觉传感器自主导向,代替工厂工人。 1948 年, 哈佛大学教授 Georges Doriot (一个风险投资家,投出了 DEC )与肖克利讨论在维纳的热销书“控制论”影响下 MIT 该怎么抓紧搞自动化,鼓励他想想如何把他的专利用于制造。肖克利集中考虑如何让自动化用于制造,于 1951 年发明了所谓“光电子眼”。他相信一类新机器可能生产不同的产品,而不光是固定的一种标准化了的产品。在正式形成这一专利之前,肖克利要求修改与贝尔实验室的知识产权合同。该实验室所有人都签过一个协议,所有专利发明都属于贝尔公司所有,现在肖克利要求他的光电子眼的专利只能属于他自己。经过几个月商议,贝尔实验室和他于 1951 年 12 月 5 日达成协议,但只有效一年,而且限于自动化领域。由于 Doriot 的美国研发公司的支持,他给贝尔实验室总裁 Mervin Kelly 写信,要求公司建立以肖克利为首的重大项目“自动可训练机器人”。他说这项目比过去任何项目都重要,是今后最大产业的基础。他充满了自信,发出了最强音。他说的不是一个先进的机器,而是一个“自动工厂”,像科幻小说中的机器人,有“手”、“感觉器”、“记忆”和“头脑”。首先就是机器人眼,他有好几个想法,可以直接接触装置、识别部件、凭感觉定向。他觉得自动化革命即将到来,国家的生产力将在 10 年内翻一番。 1952 年 11 月他提交了机器人眼的专利申请。 10 天以后,贝尔实验室回答他,拒绝他的可训练机器人项目。于是,他离开贝尔实验室,在加州理工学院做起了访问教授,希望建立自己的晶体管公司,但全都失败。于是,他回到五角大楼,做武器系统评价课题组的头。 1954 年美国专利局批准了肖克利关于机器人眼的专利。 1955 年新年,他收到 Arnold O. Beckman 的贺卡,得知 Beckman ,一个化学家,高技术企业家,也对自动化感兴趣。 Beckman 生于 1900 年,比肖克利大 10 岁, 1928 年得加州理工大学物理化学博士。在此期间,他加入新建立的贝尔实验室,学习电子学和统计质量控制。毕业后,进入加州理工学院化学系当教员。 1930 年中期,他发明了酸度计,从此进入电子化学仪器行业。他的公司在仪表方面非常成功, 1952 年开始打出标语:“机器解放人。”肖克利与他先后同学,又都取得很大成功,两人签署合同,在 Beckman 仪器公司下面建立肖克利半导体实验室。肖克利把专利送给 Beckman 看,他压了两个月才给他的助手 Bishop ,请专家评审。专家的反顾意见说,此系统完全是学术兴趣,现在还不需要认真考虑。正在此时,肖克利拒绝了 Howard Hughes 关于在汉斯飞机公司内组建半导体电子组织的建议,而转入了 UC Berkeley 物理系,也得到耶鲁的 Offer 。所有这些职位都很吸引人,但肖克利 45 岁的时候, 1955 年 6 月,他决定离开贝尔实验室,并从五角大楼的高位退休,又离了婚。他要开始新的生活,创建自己的公司,成为自己想法的第一受益人。这时, Beckman 也对硅晶体管的抗震和可靠性特别有兴趣,于是,他们在 1955 年 9 月,签署协议,建立肖克利半导体实验室,它在两年内仍属于 Beckman 仪器公司,而肖克利完全可以自由探索任何东西。第一个任务就是扩散型晶体管的自动制造。肖克利坚持要 Beckman 投入个人精力,而且 Backman 公司应该负责商务、管理、市场和工资发放。两年以后, Beckman 就想,是不是把这个实验室单独成为一家公司,两人各占一半股权。 Beckman 的公司总部在南加州,可肖克利要把实验室办在帕洛阿尔托( Palo Alto ),他在那里长大,他妈妈还在那里。斯坦福大学生气勃勃,北边的旧金山又是金融、军事、商业和文化中心,而且气候极好。肖克利草拟了新实验室的新闻稿,他要组建半导体发明的精良团队。这实际上开启了他对硅谷的期望。 1956 年底,肖克利组建了一个创新团队,包括 Gordon Moore, Robert Noyce, Jean Hoerni,Eugene Kleiner, and Jay Last 。同时,他由于创建晶体管电子学而获得了诺贝尔物理学奖(见下右图)。在这些成功中,他的实验室却麻烦大了。肖克利的竞争倾向和反复无常的管理方式随时都表现出来。他放弃他自己发明的基于四层二极管的扩散型硅晶体管。年青的 Moore 和 Noyce 非常不满意,他们希望 Beckman 帮忙,让肖克利只当顾问,另选经理。最后, Beckman 认为肖克利的方向是对的,继续支持他领导该实验室。 1957 年末, Moore , Noyce 和其他 6 位离开,建立了新公司,那就是 Fairchild (仙童),硅谷第一个硅电子公司。肖克利所谓的这“ 8 叛徒”集中关注扩散型硅晶体管。他们一年之内就成功了,后来又搞出重要的新晶体管和基于平面工艺的集成电路,在硅衬底上化学地印刷出电路。平面硅晶体管和微芯片代替了真空管,出现了半导体电子学。在 1960-1980 年代,仙童培育出了许多半导体设备和材料公司,而仙童的后继有几百个。 1968 年, Moore (摩尔)和 Noyce (诺伊斯)创建了 INTEL (英特尔)公司,先做存储器,然后做微处理器,现在成为全世界最大的半导体公司。摩尔定律至今传颂。毫无疑问,肖克利的半导体富有成效,但他的实验室失败了。它没有生产出硅晶体管,也没有能推广四层二极管,在 1960 年代就关门了,肖克利退到斯坦福当教授去了。 Beckman 后悔没有能留住仙童和因特尔的创业者们。 1989 年,肖克利去世,没有做出他的可训练机器人。 1960 年代开始,晶体管大小的机器臂,后来在臂上还加了肖克利的“眼睛”。当然并不是他想像的那样,但是他希望的那样。 从肖克利的经历,本人有以下感想: 1. 人的特质是不一样的。知识分子中,有人善于做科研;有人善于做管理。肖克利善于做科研,他思维活跃,一会儿就想出一个 idea ,专利出得又多又容易。但他不善于做管理。别人对他的武断和朝令夕改,一会儿一个主意不满意。所以他的公司和实验室失败了。联想起来,联想集团如果没有柳传志,也不会有今天。这种特质也许是天生的,主要是遗传、基因起作用。科研和管理都做得好的,不能说没有,少之又少。让善于科研的人去做管理,是可惜;让善于管理的人去做科研,是勉为其难,很难出成果。 2. 个人奋斗与朋友相助,缺一不可。科研成果,甚至诺贝尔奖的成果主要靠个人奋斗。肖克利跳了这么多地方,一直奋斗不止。科学圈里的朋友相助,不可或缺。朋友的鼓励、朋友的批评,甚至是谴责,都很珍贵。不是说要找一帮人来捧你,而是要他们不断地端正你的思想,奋力前行。 3. 一篇 8 页长的介绍肖克利的文章没有提到过政府。肖克利不是靠政府提携出来的,政府要做的是给科学工作者提供自由发展的人才成长环境,让他们有足够的工资,不用担心没房、没车等琐事,集中精力搞科研,不要今天希望张三得诺奖,明天又希望李四得诺奖。把希望寄托在几个人身上,他们可能得不了诺奖,反而让大批人丧失了冲击的动力。
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纳米材料单分散新理论(1)-线性和波动曲线
热度 1 sulihong 2013-12-12 10:40
纳米材料自从1965年诺奖得主费曼提出概念后, 紧接着其后最重要的一个理论是日本科学家久保Kubo提出的关于金属纳米微粒的理论,另外1991年美国杜邦公司的研究者包括其华裔科学家,也提出了半导体纳米团簇材料的理论结果,还有MIT、欧美的研究者也提出了一些修正久保理论的结果,这些研究由于时代所限,实际很多无太多实验数据的支持或者数据准确度不足.久保的理论虽然可以解释一些纳米材料的实验现象和问题,但是对于更多的纳米材料新现象和问题却不能给出合理解释.多年来,这些作为纳米材料的经典原创理论,被大量文献所引用. 根据我们多年对于纳米材料的实验研究, 我们对于纳米材料的单分散有了更深一步的认识. 由此针对纳米材料单分散提出了一种新的理论, 涵盖了金属纳米颗粒和半导体氧化物等化合物纳米颗粒,得到了一些与久保纳米理论不同的结果和推论. 久保理论中,纳米材料随着粒径变小,表面电子能级间隔增大,是线性增加的;而我们的研究表明, 单分散纳米材料随着粒径变小,表面能级间隔增大,是波动非线性增加的,而不是久保理论指出的线性增加,同时新理论与久保理论同样很好解释了这一现象的离散性,但将离散性与量子力学和纳米尺度的本质联系却是从全新机制予以解释的,而且与我们纳米粉体单分散试验结果符合更好.新能级间隔波动性增加理论,不但解释了久保理论已经解释的纳米材料实验现象, 还可以解释更多不同种类的纳米材料的实验现象.特别是纳米材料表观熔点降低和颜色变化等. 而且有意思的是,我们新的理论更符合量子力学波动性特征,只是与经典量子力学研究尺度相比,尺度放大了。我们指出完美石墨烯常温下稳定尺度有限,诺奖公告预测宏观应用存在不准确问题的研究结论,也来源于这一理论的一个推论。 因为久保理论是一个已经几十年的经典理论,实际在很多年前试验中,我们已经发现总结了新的纳米材料规律,来源于我们自己的实验,考虑到久保理论在国际纳米材料界的影响力, 为了谨慎起见,为此我们又做了多年试验研究和理论推演,我们有了实验结果后(少部分发表,大部分实验结果未发表),我们关于纳米材料单分散的实验结果是支持我们新理论的纳米材料随着粒径变小而波动曲线变化的观点,因此才在去年正式陆续将理论结果部分发表为系列论文, 其中在美国材料协会MRS2012falling meeting 上交流了部分这方面的理论研究结果, 目前其中一篇会议论文发表在 MRS Proceedings / Volume 1505 /2013, DOI: http://dx.doi.org/10.1557/opl.2013.485 。 在我们国内大力提倡原创性基础和应用研究的今天,有的学生也因此认为国内科研都是模仿或者低水平重复,而对从事科研工作失去信心。我写此文的目的是表明,我们只要沉下心来去研究,我们不但在试验研究,在原创性基础理论研究中也是可以取得进展的,即使经典理论也可以对其有一点点的发展。
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[转载]半导体超微电极 电化学芯片系统新灵感
hanlingeorge 2013-10-24 10:10
在电化学的研究和应用中,由于传质扩散方式的不同,特征尺寸在微米甚至纳米级的超微电极相比于常规尺寸电极具有更快的扩散传质速率、更高的信噪比和更短的响应时间。自上世纪70年代起,超微电极电化学作为一门新兴前沿学科得到了快速的发展。超微电极被广泛应用于微量痕量检测、电极反应过程动力学研究、生物模拟与分析等领域,借助电化学方法对微观世界的探索研究也越来越受到人们的关注。基于超微电极发展高集成度,高灵敏性,高选择性的电化学传感器,甚至制备能够完成较为复杂功能的电化学芯片系统(On-Chip System),具有非常重要的理论和应用意义。 另一方面,以半导体材料电极进行电化学研究是一个高度学科交叉的领域,它既涉及物理学中的能带理论、电荷传输机制,又包括电极学、光化学、表面化学、催化等化学概念。与常规金属电极相比,半导体电极特殊的能带结构和灵活可控的电荷密度使其在光电化学领域得到广泛应用;而在不加光的条件下对其电化学行为的研究有助于获得诸如半导体能带结构、载流子浓度、平带电压等很多有用信息。如何将超微电极高传质速率的优势与半导体的电学特性相结合,是一个全新的研究课题;而制备形貌尺寸可控的半导体超微电极,尤其是纳米尺度的电极,是其中的难点。 最近,中国科学院化学研究所的胡文平研究组与国家纳米科学中心的技术人员合作, 发展了一种原位制备片上半导体超微电极及其阵列的方法 。研究人员利用聚焦离子束刻蚀技术(Focused ion beam lithography,FIB),实现了在Si/SiO 2 基片上一步获得形貌尺寸精确可控的嵌入式 n -Si超微电极阵列。这种新型的电极模型由于半导体材料特殊的电学性质(n型半导体更易给出电子,发生还原反应)以及超微电极高传质速率(三维扩散模式)的特点,表现出特殊的电化学行为,包括不对称的还原和氧化反应过程,电流密度的电极尺寸效应,稳定而高信噪比的电分析信号等等。此外,研究人员还细致研究了阵列中个体电极的尺寸及间距对电化学行为的影响,强调了保持个体电极扩散场独立的必要性。上述实验结果不仅有助于扩展超微电极电化学理论体系,而且可以结合目前电化学芯片技术(如微流控技术),对发展新型高信噪比和选择性的片上电化学分析系统提供指导意义。
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[转载]表面异相结可显著提高半导体光催化分解水活性
hanlingeorge 2013-10-18 15:28
光催化完全分解水是利用催化剂吸收光产生的电子和空穴将水分解为化学计量比为2:1的氢气与氧气。光生电子和空穴的高效分离与迁移是提高此反应效率的关键因素之一,许多光催化剂虽然具备了分解水的基本热力学条件,但是由于光生电子和空穴的分离效率很低,光催化分解水反应的活性很低。 在前期工作中,中国科学院大连化学物理研究所李灿院士领导的研究团队曾在国际上率先提出了异相结的概念,并经过大量的工作表明形成表面异相结是提高半导体光催化剂中光生电子与空穴分离效率的一个有效策略。2008年,通过对TiO 2 的研究发现了当TiO 2 的锐钛矿与金红石形成异相结的时候,可以大幅提高光催化产氢的活性( Angew. Chem. Int. Ed., 120: 1766-1769 2008 )。通过调变P25(TiO 2 商品名)异相结组成,还可以进一步提高光催化剂的产氢活性( J. Catal., 278, 329-335, 2011 )。 在前期工作基础上,李灿院士研究团队目前在光催化完全分解水研究方面又取得最新进展,发现在以Ga 2 O 3 为基础的半导体催化剂中,当其表面形成alpha相与beta相的相结时,可使得光催化分解水的活性大幅提高。时间分辨光谱和电化学研究揭示这种表面异相结可以有效地促进光生电子与空穴的分离。相关结果以研究通讯的形式近期发表在《德国应用化学》杂志上( Angew. Chem. Int. Ed., DOI: 10.1002/anie.201207554 ),并被评为当期“Hot Paper”。 由于多晶相现象是半导体材料中一种较常见的现象,因此通过构建异相结提高光生电子与空穴的分离效率可以成为一种普适的策略,为发展基于半导体的高效光催化剂提供了新的思路。
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中国科学院半导体研究所应用光电系统研究组诚聘博士后
talentblog 2013-10-18 15:28
中国科学院半导体研究所应用光电系统研究组诚聘博士后1名,开展以下研究工作: 无线光通信方向 (973、863、自然科学基金等课题支撑) 研究内容: 1.高速无线光通信数字调制解调、检测算法、信道编码等; 2.系统实现; 3.相关拓展方向研究。 方向描述: 将半导体照明和通信系统有机结合将开辟一个全新的应用领域。半导体照明通信将通信与照明结合在一起,以更低的能耗和更低的成本,提供照明及具有安全性、可靠性的宽带数据接入,符合“节能减排”的要求。半导体照明通信有望在飞机、医院内等射频敏感区域、信息安全应用领域得到大规模应用,并逐步拓展到汽车工业、交通信息管理、办公室照明和互连网接入、数字家庭等多个方面。其市场前景非常广阔。 研究组从2008年开始本方向的研究,国内外首次开发出第一套基于LED可接入互联网的无线光学通信系统。2010年,研究组研制的样机在世博会航空馆和沪上.生态家馆展示并得等到多家媒体报道。研究组目前致力于无线光学通信速率的提高。 合作导师: 刘育梁研究员。 职位要求: 1.通信等相关专业应届博士毕业生或已取得博士学位者; 2.具有数字调制解调、编码等数字通信工作经验; 3.具有多载波调制技术研究经验者优先; 4.具有FPGA等数字通信算法实现经验者优先; 5.发表过高水平学术论文,具有较高科研素质。 待遇: 工资待遇按照中科院及半导体所相关规定执行,绩效津贴按照工作表现发放,优秀者可优先考虑留所工作。博士后按规定提供周转住房。其他待遇可以面议。 相关链接: 半导体所申请博士后办法: http://www.semi.cas.cn/yjsjy/bshldz/200807/t20080703_2286622.html 实验室简介: http://lab.semi.ac.cn/gdxt/index.html 相关工作的前期报道: http://news.sciencenet.cn/sbhtmlnews/2010/5/232356.html 有意者请将个人简历(包括个人情况、教育和工作经历、代表性论著等)及能体现个人能力的相关资料email至 jyduan@sina.com
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[转载]中国首批碳化硅半导体外延晶片投产 F22广泛使用
sdzjh870 2013-9-24 09:21
中国首批碳化硅半导体外延晶片投产 F22广泛使用 2012年04月19日 09:21 来源: 中国质量报 碳化硅又称金钢砂或耐火砂。碳化硅是用石英砂、石油焦(或煤焦)、木屑(生产绿色碳化硅时需要加食盐)等原料在电阻炉内经高温冶炼而成。碳化硅单晶系第三代高温宽带隙半导体材料。(资料图) 日前,国内首批产业化3英寸和4英寸碳化硅半导体外延晶片在位于 厦门 火炬高新区的瀚天泰成电子科技(厦门)有限公司投产,并已接到第一笔商业订单,填补了国内该领域空白。 瀚天泰成负责人表示,将通过碳化硅产业化项目,确立厦门在国内碳化硅半导体领域的领先地位。他们计划在厦门推动建设一个产学研结合的中国碳化硅研究院,打造一个第三代半导体产业平台,设立一只第三代半导体产业投资基金,进一步吸引和发展碳化硅产业的上、下游企业,将厦门建设成为第三代半导体碳化硅研发、生产和销售基地,使之成为海西经济的科技高地和中国的“碳化硅谷”。据介绍,2013年瀚天泰成还计划试生产6英寸规格的碳化硅外延晶片;到2016年,将实现年产碳化硅外延晶片2万片,产值有望达到4.2亿元。 碳化硅是当前国际上最先进的第三代新型半导体材料,国内目前主要处于研发阶段。与传统硅器件相比,碳化硅电力芯片减少能耗75%,大幅降低各项设备系统的整体成本并提高系统可靠性。碳化硅可广泛应用于国民经济的各个领域,如光伏发电、风力发电、高效电动机、混合和纯电动 汽车 、高速列车、智能电网等。此外,美国在F-22战斗机等多种先进武器中也广泛使用碳化硅半导体。 碳化硅晶片的主要应用领域有LED固体照明和高频率器件,在高温、高压、高频、大功率、光电、抗辐射、微波性等电子应用领域和航天、军工、核能等极端环境应用有着不可替代的优势。(资料图) 美国在碳化硅晶片技术上遥遥领先,广泛应用于F-22等先进武器。(资料图 碳化硅晶片有大功率、抗辐射的优势,在机载设备的零件方面有得天独厚的优势。(资料图) 美军F-35战斗机配备的EOTS光电探测瞄准装置(资料图)
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《硅火燎原》-20-几个简单自旋器件
热度 4 tianrong1945 2013-9-5 08:44
20.几种简单自旋器件 利用电子的自旋特征来制造速度快、耗能少、体积小、记忆长的电子器件,这是自旋电子学的目标。实际上,在前面的章节中介绍过的用 GMR或TMR原理的硬盘读出磁头,以及上一节的STT-MRAM,都是这类利用了电子自旋特征的磁电子器件。这些磁电子器件中的关键部分是磁隧道结(MTJ)。 下面再简介几种自旋半导体器件。 1)自旋过滤器 利用第 18节中所介绍的半金属的特性,理论上很容易就想到,可以用它来做成电子自旋的过滤器。就像农民用来筛选种子的筛子一样,自旋过滤器只让某种自旋方向的电子通过。 图 20.1:利用半金属的自旋滤波器 图 20.1显示一种利用半金属的自旋滤波器。它由一片半金属的薄膜层夹在两片普通金属薄膜层之间而构成。我们可以从这三片不同材料的不同能带结构来解释它的工作原理。 从图 20.1b中三层材料的能带图可以看出:在费米能级附近,两端的非磁性金属对上自旋电子和下自旋电子没有区别。因此,当非极化的电子流穿过左边的金属层后,有相同数目的上自旋电子和下自旋电子进入到中间的半金属薄膜中。但是,从半金属的电子能带结构的观点看,这种材料对(上)自旋电子来说是金属,对(下)自旋的电子来说却是绝缘体。因此,中间层只能允许上自旋电子通过,下自旋电子则被反射回去。所以,在右边的非磁性金属的电流中,只有上自旋的电子,最后,我们便得到了百分之百极化的上自旋电流。 2)自旋场效应管 图 20.2:自旋场效应管与传统场效应管之比较 图 20.2对自旋场效应管与传统场效应管作了一个简单的比较。图a是传统FET用作开关的简单原理示意图。这种晶体管利用栅极势垒的‘有’或‘无’,来控制从源极到漏极的电流(电子),实现对电流的‘关’和‘开’的作用。当栅极部分存在一个势垒时,电子很难通过,FET处于关闭的状态;而当栅极部分势垒消失的时候,电流容易通过,电路开启。这两种状态(关、开)分别对应于图a中的上图和下图。因此,传统FET的开关速度和耗能多少由栅极建立(和消灭)势垒的速度及所需功耗所决定 【 1】 。 栅极的控制势垒如果太低太窄,就会加大漏电流而使得开关状态不易区分。要形成可靠的、一定高度和宽度的势垒,则需要较大的能量。并且,势垒的建立和消失都需要时间,反复地建立和消失更会影响晶体管开关的速度。图 20.2b中使用的自旋FET则利用不同的原理。自旋FET的栅极势垒曲线是固定的,只是因电子自旋方向的不同而一分为二:对上自旋电子,势垒总是存在(图中的虚线);对下自旋电子,势垒总是为0(实线)。换言之,这种FET阻止上自旋电子,只能让下自旋电子通过。因为它的势垒固定,不需要花费能量和时间来加以改变。栅极的控制作用则通过翻转入射电流中电子的自旋方向来实现。比较起建立电场势垒来说,这种翻转只需要很少的能量并且速度快得多。 3)Datta-Das自旋场效应管 第一个自旋 FET的构想是1990年由Datta和A.Das提出来的 【 2】 。其基本结构及原理见图20.3。两边的铁磁电极(S和D)取相同的、固定的极化方向,中间是由半导体掺杂异质结形成的二维电子气通道(红色)。图20.3b说明Datta-Das FET的工作原理:电子从源极注入,其自旋极化方向与两边磁性金属的极化方向一致。然后,控制栅极的电场大小可以使沟道中的极化电子自旋取向发生进动和翻转。 图 20.3:Datta-Das自旋场效应管(a)结构(b)原理 图 20.3b中上面一条所显示的是FET处于‘开通’状态时的情形。这时栅极电压被调节到不影响电子的运动。电子因为极化方向与两边铁磁体磁化方向一致而形成较大的电流,晶体管为‘开启’状态。 图 20.3b中下面一条所显示的是FET处于‘关闭’状态时的情形。这时候,电子自旋的极化方向受栅极电场的影响而产生进动。调节栅极的电场,可刚好使得电子到达漏极时自旋方向翻转而与漏极磁化方向相反。如此一来,电子被漏极阻挡而不能通过,FET成‘关闭’态。 Datta-Das自旋场效应管提出20多年后,2010年底,美国得克萨斯AM大学物理学家杰罗·斯纳夫(Jairo Sinova)领导的一个国际科研小组在《科学》杂志上发表文章 【 3,4】 ,宣布他们研制出了首个能在高温下工作的自旋场效应晶体管。他们将自旋态和异常霍尔效应结合在一起而制成该器件。演示线路中包含了一个与门逻辑设备。 4)自旋激光器 现在正流行三维电视,为了提高 3D图像的分辨率,需要从一个光源发射出两个正交偏振的 激 光。自旋激光器便可以方便地提供这个功能。 图 20.4:自旋激光 图 20.4是一种垂直腔面发射自旋激光器 【 5,6】 (VCSEL)的几何结构及工作特点示意图。 图 a显示了自旋激光器的结构。激光谐振腔由上下一对平行的,高反射率的分布式布拉格反射镜(DBR,图中的黑白条纹区域)形成。激发电子从左右两端注入。两端的两个磁性触点分别用来实现注入电子为‘上自旋’或‘下自旋’。右侧的电压V用以控制上下自旋电子的比例,从而控制整个注入电流的极化率P j 。 这种利用自旋的激光器比较传统激光器而言,有如下三个不同之处: 第一个特点是显然的:其注入的电子流是自旋极化的: P j 不等于0。激发电子的自旋极性,以角动量的形式转移到出射的激光束。因而,一般来说,发出的激光是两个方向极化的圆偏振光的组合,这是自旋激光器的第二个特点。第三个不同之处是关于激光的阀值。传统激光因为未考虑自旋,只有一个阀值,如图20.4b所示,普通激光的光强随电流变化曲线上有一个转折点(阀值,图中为1)。这个转折点将激光器的工作区域分成两部分:当电流小于阀值时为关闭状态,激光强度为0;当电流大于阀值时则有激光发射。 对自旋激光器来说,则有两个独立的电流阀值,分别对应于上自旋流和下自旋流。两个阀值便将工作区间分成了三个部分,界定了三种运行模式:关闭、完全极化、混合极化。例如,图 20.4c所显示的是,当极化率P j 等于0.5时,自旋激光器发射的光强vs电流的曲线。从图中可看出三个不同的区域。有趣的是,在第二个区域,我们得到全偏振光,虽然这种情况时,注入电子并不是百分之百极化的(P j =0.5)。这样,也可以将自旋激光器看作是一种‘极化放大器’。在上述例子中,便是将‘部分极化’放大成了‘完全极化’:0.5-1.0。 除了 3D电视之外,自旋激光器还可用于光通信中,对这种激光器发出的激光,除了传统的调制方法之外,还可以很方便地进行偏振调制(PM)。 参考资料: 【 1 】“ Performance of a spin-based insulated gate field effect transistor”, K.C. Hall and M. E. Flatt′e, Appl. Phys. Lett. 88, 162503 (2006). 【 2 】 Datta, S and B. Das (1990). Electronic analog of the electroopticmodulator. Applied Physics Letters 56: 665 – 667. 【 3 】 Wunderlich, J. et al. “ Spin Hall EffectTransistor ”, Science 24 December 2010:Vol. 330 no. 6012 pp. 1801-1804 【 4 】“ Performance of a spin-based insulated gate field effect transistor”, K.C. Hall and M. E. Flatt′e, Appl. Phys. Lett. 88, 162503 (2006). 【 5 】“ Spintronics stretches its arms to lasers”Jeongsu Lee and Igor Žutić , 2 October 2012, SPIE Newsroom. DOI:10.1117/2.1201209.004437 http://spie.org/x90592.xml 【 6 】 G. Boéris, J. Lee, K. Vyborny, I. Žutić, Tailoring chirp in spin-lasers,Appl. Phys. Lett. 100, p. 121111, 2012. doi:10.1063/1.3693168 图20.docx 上一篇:自旋转移力矩 系列科普目录 下一篇: 朗道的故事
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关于半导体制造中化学镀镍中的应力消除?
热度 3 shg841100 2013-7-26 23:40
想请教一下各位前辈有没有好的方法,由于应力大导致后续光刻碎片率很高
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[转载]金刚石——最好的半导体材料(英文)
jackiemwd 2013-7-15 12:15
AKHAN Tech and Argonne Nat'l Lab (CNM) Win Prestigious RD 100 Award for Miraj Diamond™ Platform AKHAN Technologies, Inc. today announced that its Miraj Diamond™ Platform, developed in collaboration with the Center for Nanoscale Materials (CNM) at Argonne National Laboratory, has been recognized by RD Magazine as one of the 100 most technologically significant products introduced during the past year, garnering an RD 100 award-- widely recognized as the "Oscars of Innovation." CHICAGO, July 8, 2013 /PRNewswire/ -- AKHAN Technologies, Inc., the global leader in diamond semiconductor technology, today announced that its Miraj Diamond™ Platform, developed in collaboration with the Center for Nanoscale Materials (CNM) at Argonne National Laboratory, has been recognized by RD Magazine as one of the 100 most technologically significant products introduced during the past year. The RD 100 award, widely recognized as the "Oscars of Innovation," highlights the work of team leader Anirudha Sumant, staff scientist at CNM, and inventor Adam Khan, Founder and CEO of AKHAN Technologies, Inc. The magazine will publicize the full list of winners in its October 2013 issue. According to its site, since 1963 the RD 100 Awards have identified revolutionary technologies newly introduced to the market. Many of these have become household names, helping shape everyday life for many Americans. These include the flashcube (1965), the automated teller machine (1973), the halogen lamp (1974), the fax machine (1975), the liquid crystal display (1980), the Kodak Photo CD (1991), the Nicoderm anti-smoking patch (1992), Taxol anticancer drug (1993), lab on a chip (1996), and HDTV (1998). More recent breakthroughs that have earned RD 100 Awards include next-generation magnetic resonance imaging machines, laser-based metal-forming tools, and the building blocks for fusion experiments. The Miraj Diamond™ Platform (CMOS compatible N-type nanocrystalline diamond thin film technology), represents the combination of two recently enabled diamond technologies-- low-temperature nanocrystalline diamond deposition technology developed by CNM ( presently exclusively licensed by AKHAN ) and the efficient n-type doping process developed by AKHAN. The combination of the technologies allows for a first time commercially feasible approach translating to next generation device performance with lower associated per-unit costs. The technology aims to further enable applications for Radio Frequency (RF) and Monolithic Microwave Integrated Circuits (MMIC) devices widely used in the telecommunication, defense, and commercial avionics markets. To view the full release please visit http://www.akhantech.com or click here Contact: 847-382-9568 Photo(s): http://www.prlog.org/12170090
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《硅火燎原》-11-半导体的能带
热度 5 tianrong1945 2013-7-8 08:21
11.半导体的能带 真空中自由电子的费米面是球面,如果考虑固体中的离子晶格对共有电子的作用,这个球面便发生畸变。和以前讨论过的能带情形类似,费米面的畸变主要发生在布里渊区的边界处。因为晶体势场的影响使费米面的形状变得复杂,也就是使电子的输运性质变得复杂,所以,研究费米面的形状能对固体的导电机制提供许多有用资料,见图 11.1(a)。 费米能级是电子填充能级水平高低的标志。费米能级在能带图中的位置随材料的不同而不同,见图 11.1(b)。 图 11.1 在公式( 10.1)所描述的费米狄拉克统计分布规律中,如果令电子的能量E等于费米能级E F ,便将得到这时候分布的概率等于二分之一。当电子能量大于费米能级时,能级被占据的几率将小于1/2;而当电子能量小于费米能级时,能级被占据的几率将大于1/2。此外,从图11.1b还可以看出,对半导体及绝缘体而言,费米能级并不是一个电子可以具有的真实能级,因为它位于能带图的禁带中。 材料的导电性与其原子结构有关。根据原子结构的理论,如果最外层有 8个电子,便能形成稳定结构。当最外层电子数不是8时,原子总是希望通过得失电子或者与其它原子共用电子来达到稳定结构。比如说,金属铜的原子的最外层只有1个电子,离稳定结构还差7个电子,差距太大了,所以原子希望失去它。因此,这个电子受铜原子的约束力比较小,孤零零地像个无家可归的流浪汉,很容易变成自由电子到处跑。正因为存在这些自由电子,铜具有良好的导电性。 对半导体来说,就不是那么容易形成自由电子了。因为常用的半导体材料比如硅和锗,都是 4价的元素,即每个原子的最外层有4个电子。不多也不少,刚好是稳定数目的一半,得到或失去足够的电子数都不那么容易。在这种情况下,当很多原子结合成晶体时,它们采取了一个好办法形成稳定结构。 图 11.2 如图 11.2a所示,硅和锗的原子外层的4个电子,就像是伸出了4只手,分别和它周围最邻近的四个原子牵起手来。如此一来,每个原子的最外层都像是有了8个原子,成为稳定结构。原子们都很高兴,不亦乐乎。不过,科学家们不满意,因为在这种结构下,半导体中没有多少自由电子,导电性并不强。 在第五节中,我们曾经提到过半导体的掺杂性。没有掺杂的纯净半导体叫做本征半导体。如果在本征半导体中加入少量的杂质,便能大大地改变材料的导电性能。比如,图 11.2b所示的,是掺进的杂质原子最外层有5个电子的情况。掺杂后,杂质原子取代了原材料中的某个原子,也和其它原子牵起手来。但是,除了4个牵手的电子之外,它还有一个多余的电子。这个电子没人牵手,也成了孤零零的流浪汉-自由电子。这些自由电子逛荡在半导体中,加强了半导体的导电性。这种因电子多余出来而能导电的半导体被称为n型半导体。 如果掺进的杂质的原子最外层有 3个电子的话,情况又如何呢?看一下图11.2c就明白了。这时候牵手的电子不够,少了一个,那也就等于是在晶格结构中多了一个‘空穴’。这种情形其实和上面所述的n型半导体情形很相似,导电性也加强了,只不过这时形成电荷输运的‘粒子’不是带负电的电子,而是带正电的‘空穴’。这种由于空穴多余出来而能导电的半导体被称为p型半导体。 综上所述,半导体导电不同于金属导电。半导体中,导电的机制不仅可以是由于电子的移动,也可以是由于空穴的移动。电子和空穴都是能运载电流的‘载流子’,在 n型半导体中,电子是多数载流子,空穴是少数载流子。p型半导体中则反过来。 掺杂对半导体的能带图(图 11.3a)会有什么样的影响呢?因为加进了与原材料不同的原子,所以产生了一些新的能级。对n型半导体来说,多出的是共有化的电子,增强了电子导电的能力,因此,这些新能级紧邻原来导带的底部,见图11.3b。 图 11.3 图 11.3c所示的是p型半导体掺杂后的能带变化。这种情况也会产生新的能级,但是,因为这时的多数载流子是空穴而不是电子,所以许多效应都正好与n型半导体相反。比如,因为掺杂而增加的新能级,将紧邻原来价带的顶部,而不是导带的底部了。 前面几节中所说的能带图,描述的是电子具有的能量。如果载流子是空穴的话,是否能画出它们的能带图呢?答案是肯定的,并且不难想象。空穴的能带图只不过是把电子能带图倒过来画(或者倒过来理解)就行了。的确是这样的,你们看,没有电子的导带,就是充满了空穴的满带;而充满了电子的价带,对空穴来说,不就是没有‘空穴’的空带(导带)吗。 掺杂后,对半导体材料还有一个非常重要的影响,就是使费米能级在能隙(禁带)中的位置发生了变化。如图 11.3所示,本征半导体的费米能级,基本上是位于禁带的正中央,离价带顶部和导带底部的距离几乎相等。因为费米能级的高低,是电子导电性的标志,也就好像是大多数电子‘住在哪个高度’的一个平均值。n型半导体的自由电子多了,更多的电子‘入住’到导带底部,所以,n型半导体的费米能级便往导带方向移动。p型半导体则反之,费米能级向下朝价带顶部移动。掺杂的浓度越高,费米能级便越靠近导带底(n型)或价带顶(p型)。 费米能级的重要意义还在于,它不仅仅能在某种单一材料中判断各个能级上电子的分布,而且当多种材料接触在一起,从非平衡向平衡过渡时,它是标志最后达到平衡态的一个重要参数。 两种材料接触而连成一个系统,它们原来的费米能级可能有所不同,这将会引起载流子的迁移,最后达到平衡时,整个系统将具有一个统一的费米能级值。 我们曾经将能带图比喻成在一个蜿蜒连绵的山区中,沿着山坡谷底高高低低建造的许多房子。电子喜欢住得低一点,所以,在某一个高度之下,房子全住满了,某个高度之上全空着,这个高度被称为‘费米能级’。现在,如果两片‘费米能级’不同的山区被打通了,电子可以互相搬来搬去的话,原来住在‘费米能级’更高的区域的电子,便会发现另外一边有更低的房子,就会立即搬家到另外一边,这种迁徙会一直进行,直到两边住满电子的房间高度差不多了,产生出一个共同的、相等的新‘费米能级’时为止。 tu-11.pdf 上一篇: 费米能级 系列科普目录 下一篇: 接触产生奇迹
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从事了半导体工作一年零一个月
热度 3 shg841100 2013-6-13 22:13
总觉得应该在功率半导体器件方面有所建树吧!!加油吧少年!!!!希望从事这个领域的同行能多在此交流吧!!!目前从事三极管的产品设计!!!!
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[转载]2D原子晶体辉钼(MoS2)-新型半导体材料
hanlingeorge 2013-6-9 17:21
瑞士洛桑联邦理工学院( EPFL )纳米电子学与结构( LANES )实验室称,用一种名为辉钼( MoS 2 )的单分子层材料制造半导体,或用来制造更小、能效更高的电子芯片,在下一代纳米电子设备领域,将比传统的硅材料或富勒烯更有优势。研究论文发表在 1 月 30 日的《自然—纳米技术》杂志上。 辉钼在自然界中含量丰富,通常用于合金钢或润滑油添加剂中的成分,在电子学领域尚未得到广泛研究。“它是一种二维材料,非常薄,很容易用在纳米技术上,在制造微型晶体管、发光二极管( LEDs )、太阳能电池等方面有很大潜力。”洛桑联邦理工学院教授安德列斯·凯斯说,他们将这种材料同硅以及当前主要用于电子和计算机芯片的富勒烯进行了对比。 同硅相比,辉钼的优势之一是体积更小,辉钼单分子层是二维的,而硅是一种三维材料。“在一张 0.65 纳米厚的辉钼薄膜上,电子运动和在两纳米厚的硅薄膜上一样容易。”凯斯解释说,“但目前不可能把硅薄膜做得像辉钼薄膜那么薄。” 辉钼的另一大优势是比硅的能耗更低。在固态物理学中,能带理论描述了在特定材料中电子的能量。在半导体中,自由电子存在于这些能带之间,称为“带隙”。如果带隙不太小也不太大,某些电子就能跳过带隙,能更有效控制材料的电子行为,开关电路更容易。 辉钼单分子层内部天然就有较大的带隙,虽然它的电子流动性较差,但在制造晶体管时,用一种氧化铪介质栅门就可使室温下单层辉钼的运动性大大提高,达到富勒烯纳米带的水平。富勒烯没有带隙,要想在上面人为造出带隙非常复杂,还会降低其电子流动性,或者需要高电压。由于辉钼直接就有带隙,可以用单层辉钼制造间带通道场效应晶体管,且在稳定状态下耗能比传统硅晶体管小 10 万倍。在光电子学和能量捕获应用领域,单层辉钼还能与富勒烯共同使用,形成优势互补。(来源:科技日报 常丽君)
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半导体的单晶硅
liwei999 2013-5-22 15:40
半导体的单晶硅。 作者: mirror (*) 日期: 05/21/2013 19:00:27 一般认为半导体级别 的单晶硅纯度很高,有些教科书上说6N,也有说11N的。这些说法都是所谓的“传说”。纯不假,但是也不至于到那么“纯”。所谓“纯”,不过是对某些事情、某些存在“ 视而不见 ”罢了。单晶硅的11N,是指影响电子材料性能的那些“杂质”。而人为 掺杂 的那些元素,都不在“杂质”的计算当中。 CZ法或直拉法 是半导体芯片用单晶的主要生产方法。另一种是所谓的 FZ法或区熔法 。这位叫杨威的博客里有很多有关硅的文章,大约是与光伏产业有关的人士吧。 CZ法的种晶(籽晶)在上边,区熔法的种晶(籽晶)在下边。两者的从晶体的外表上可以看出来,CZ的外表更漂亮一些。照片是个区熔法做出的晶体和种晶。与半导体打交道N多年,见到“全须全尾”晶体的时候并不多。这里的“尾”发音yi,京城里不是发音wei。晶体的直径大约有40mm,一碰能发出清脆的金属音叉的声音。 ---------- 就“是”论事儿,就“事儿”论是,就“事儿”论“事儿”。
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《硅火燎原》-5-点石成金
热度 2 tianrong1945 2013-5-17 08:19
5.点石成金 - 半导体的掺杂性 特斯拉梦想的那种取之不竭的能源,也可以靠太阳能电池来实现。太阳能电池大多数用的材料是‘硅’,因此,我们再返回到半导体特性的发现过程。 不同于半导体的姗姗来迟,人类使用金属的历史,可一直追溯到几千年前的青铜时代。虽然金属的最早用途,是作为工具和武器,但早在 17世纪,欧洲科学家已经开始对金属的导电性能有所研究和认识,他们把电流能流过的物体称为导体,不允许电流通过的物体叫做绝缘体。 当然,在现代人眼中,导体和绝缘体的差别更清楚、更量化了。科学家们用一个数字:电阻率,来区分它们。电阻率表明了物体阻挡电流的程度。数字越小,说明越不阻挡,即电流越容易通过。比如,一般将电阻率小于十万分之一( 10^(-5)Ω·m)的材料称为导体,如金属材料等。而将电阻率大于一亿(10^8Ω·m)的材料称为绝缘体,如陶瓷、橡胶、塑料等。 看了上面所说的导体和绝缘体的电阻率的大小范围,疑问自然就来了:导体的电阻率小于十万分之一,绝缘体电阻率大于一亿,中间还有这么一大段,是怎么回事呢?显而易见,物理学家们将那一段范围的电阻率,留给了他们所钟爱的半导体。 用电阻率来区分导体、半导体、绝缘体,使得它们的界限清楚,但同时却又使得它们的界限模糊。这是因为,某种物质的电阻率并非一成不变的,它们会随着温度、光照、种种外界条件的变化而变化。刚才将导体、半导体、绝缘体等物质进行粗略分类的电阻率,指的是常温下的数字。如果条件变化了,各种材料的电阻率会变化。也就是说,一定条件下,原来我们称之为半导体和绝缘体的东西,也有可能表现出导电的性能;原来导电的,也有可能变成不导电。 半导体之所以很晚才被人类所认识,原因之一是因为半导体的另外一个性质:掺杂性。 什么意思呢?就是说,只要半导体材料中加进了微量的杂质,就会使材料的性能有很大改变。而天然的沙子和石头中,虽然包含了大量的硅,但却是非常不纯净的材料,只不过是一块坚硬的石头。硅小姐并不单纯,入污泥而尽染!已经完全没有了原来的秉性。后来,科学家们发展了先进的提纯技术,材料的半导体特性,诸如前面所叙述的:热敏性、光敏性、整流性等等,才得以表现出来。 有趣的是,太纯净的硅,有时在应用上也不是最理想的。 “水至清则无鱼, 人至察则无徒 ”。 如果在纯净的硅晶体中,人为地掺和一些杂质,会得到某些特别的性质,这就是我们下面要提到的 PN结。 尽管很早就有了矿石收音机,但在上世纪 40年代之前,无线电设备大多数使用真空管。因为当时的半导体(矿石)用起来,是如此的不稳定和神秘莫测,那根‘猫胡子’,需要在矿石上移来移去,仔细探索磨蹭老半天,才好不容易使收音机响起来。远不如真空管元件,使用起来既简单又可靠。特别是在1907年,美国发明家德福雷斯特(De Forest Lee),在真空二极管的灯丝和板极之间巧妙地加了一个栅板,从而发明了第一只真空三极管之后,这个三脚猫的功夫了得!它的放大作用和开关功能,是当时的半导体完全做不到的。 罗素( Russell Ohl)是美国新泽西州贝尔实验室的一位研究人员。他一直研究硅晶体,注意到硅材料对纯度的敏感性。特别是有一次,1940年2月23日那天,当他用猫胡子探测器的一个旧晶体做实验的时候,发现一个奇怪的现象。 那块旧硅片黑乎乎的,看不太清楚,总也调不出电流来。于是, 罗素 用手电筒照到硅片上,研究是怎么一回事?他注意到在硅片中间有条细小的裂缝,便用电筒的强光照过去。咦!奇怪的事情发生了:线路中接着的电流表使劲地跳动了一下。他连续地用光照射裂缝,电流表便连续指示出一个比 罗素所期望 的值大得多的数字! 罗素又将线路中电源的极性反过来接,那样一来,电路就不通、电流表不动作了。 也就是说,这片硅晶体在光照下表现了整流性,而且,诱发的电流比纯净的硅晶体诱发的电流要大得多。实际上罗素发现,在 光照时,裂缝的两边形成了一个 0.5V左右的电压差, 这是什么原因呢? 图 5.1:a)罗素和Jack Scaff;b)PN结的形成;c)晶体管的发现者 当时,晶体管发明者之一的沃尔特 •布拉顿解释了这个 罗素认为 古怪的现象。 沃尔特·布拉顿于 1902年出生在中国南方美丽的城市厦门,因为他的父亲那时正在中国任教。布拉顿获得物理博士学位后,便在贝尔试验室研究真空管。他被 梅文·凯利叫来看罗素的实验结果时,也感到很吃惊,不过,脑中立刻就 想到了解释。 原因一定是在于硅片上的那道裂纹!裂纹使得晶体两侧的纯度不同,杂质也有所不同。因而造成了一侧有更多的自由电子,而另一侧则有更多的空穴。见图 5.1b。由于电子空穴的异性相吸作用,它们的移动使得在中央裂纹处形成一个薄薄的电压差,这样,电子便只能在一个方向跨越电压差而流动。 后来,专家们把有过多电子载流子的半导体叫做 N型半导体 ,有过多空穴载流子的半导体叫做 P型半导体。当这两种形态的半导体接触在一起时,就形成了一个PN结。 在罗素的实验中,由于光照,电子从 N型半导体中被踢出来,在一个方向(从n到p)形成电子流,这其实就是硅材料的光电效应,罗素所用的硅晶体,就是现代太阳能电池的始祖。 也就是从罗素发现 PN结的那一天开始,贝尔实验室改变了对硅晶体的想法,谁知道呢,没准儿这小玩意儿还真能替代又大又重的真空管啊。 第二次世界大战更是突出了对半导体新材料研究的紧迫性, 1945年夏天,贝尔实验室正式制定了一个庞大的研究计划,决定以固体物理为主要研究方向。这个计划直接导致了晶体管的发现。1948年,贝尔实验室的三个年轻人:威廉•肖克莱、约翰•巴丁、和沃特•布拉顿,成功地制成了世界上第一个半导体三极管。这个被称为“三条腿的魔术师”的东西,使他们获得了1956年度的诺贝尔物理学奖,也使人类迈向了一个崭新的固体电子技术时代。 再后来,肖克莱到加州创建硅谷,招聘人才,将神秘的硅火在硅谷点燃。 上世纪 50年代开始,特别是当初号称‘八大金刚’的肖克莱的追随者们,创建了仙童半导体公司,发明了第一个实用的集成电路之后,半导体技术的发展如日中天。 集成电路的最早构想,是 1952年由英国雷达研究所的电子工程师杜默(GeoffreyW. A. Dummer)提出来的。1958年,德州仪器公司的基尔比用一个硅片,成功地制造出了一个振荡电路,他用半导体作电阻,一个PN结作电容。因为这个简单线路的5个元件集在一个晶片上,所以成为了世界上的第一个集成电路。后来,仙童半导体公司的诺伊斯(RobertNoyce),利用蚀刻等方式,解决了集成电路中导线连接的方法,使集成电路真正走向实用。 从发现、提纯、掺杂,到 PN结,到晶体管,到集成电路,到目前包含几十亿个元件的超大规模集成电路,半导体材料走过了一段漫长的历史,这是一个真正点石成金的过程。如今,睡美人眼中闪烁的硅晶之火,已在全世界掀起燎原之势,蔓延成熊熊烈焰,为人类开辟了一个计算机、通信、电子时代的新纪元。 上一篇: 特斯拉(2) 系列科普目录 下一篇: 原子模型
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2013年10月美国旧金山-半导体化合物国际会议
wuxiang 2013-5-2 19:38
应国立台湾大学朋友要求,在此宣传一下将于2013年10月在美国旧金山举行的第223届电化学国际会议—半导体化合物分会,希望大家踊跃参加: 224 th ECS Meeting San Francisco , California | October 27 – November 1, 2013 The Hilton San Francisco Hotel 333 O’Farrell Street, San Francisco, CA 94102 State-of-the-Art Program on Compound Semiconductors 55 http://www.electrochem.org/images/pdf/sf_call_papers.pdf - Abstracts are due May 17, 2013 or earlier! Abstract Submission is now OPEN! Compound and wide bandgap semiconductors are a significant enabler of numerous optoelectronic, high-speed, power, and sensor electronic materials, devices, and systems. The SOTAPOCS 55 symposium will address the most recent developments in inorganic compound and wide bandgap semiconductor technology, including traditional III-V materials, III-nitrides, II-VI materials, silicon carbide, diamond, and other emerging materials. Papers on both practical and fundamental issues, and new nanoscale investigations and application of compound semiconductor nanomaterials are solicited. The following areas are of particular interest: (1.) Advances in bulk, epitaxial and nanoscale growth technologies; (2.) Advances in device processing; (3.) Novel electronic, optoelectronic, and sensor devices; (4.) Schottky and ohmic contact technology; (5.) Dielectric properties and passivation; (6.) Wafer bonding and packaging; (7.) In situ and ex situ process monitoring; (8.) Material characterization and wafer level testing and mapping; (9.) Process induced defects; and (10.) Reliability and device degradation mechanisms; (11.) Growth and characterization of compound semiconductor nanoscale material and devices. (12.) Compound semiconductor nanodevices. A hard-cover issue of ECS Transactions is planned to be available “AT” the meeting. All authors accepted for presentation must submit their full text manuscript for the issue no later than June 21, 2013. All manuscripts will be submitted online, and must be in either MS Word or PDF format. Abstracts should be submitted electronically using the link above, and questions and inquiries should be sent to the symposium organizers: C. O’Dwyer , Department of Chemistry, and Tyndall National Institute, University College Cork, Cork, Ireland, Tel: +353-21-490-2732, email: c.odwyer@ucc.ie , E. Douglas , Sandia National Laboratories, Tel: 505-844-1674, email: Erica.Douglas@sandia.gov , J. H. He, Institute of Photonics and Optoelectronics Department of Electrical Engineering, National Taiwan University, Tel: +886-2-33669646, email: jhhe@cc.ee.ntu.edu.tw ; S. Jang, Department of Chemical Engineering, Dankook University, Korea, Tel: +82-31-8005-3623, email: jangmountain@dankook.ac.kr Confirmed Invited Speakers : Ying-Hao Chu , National Chiao Tung University , Taiwan Yi Cui , Stanford University , USA Lutz Geelhaar , Paul-Drude-Institute for Solid State Electronics (PDI) , Germany Ali Javey , University of California at Berkeley , USA Chennupati Jagadish , The Australian National University , Australia Hao-Chung Kuo , National Chiao Tung University , Taiwan Lincoln Lauhon , Northwestern University , USA Paul C. McIntyre , Stanford University , USA Taishi Takenobu , Waseda University , Japan Peidong Yang , University of California at Berkeley , USA Meeting Registration All participants, including authors and invited speakers of the 224 th ECS Meeting, are required to pay the registration fees. Registration information will be posted on the ECS website as it becomes available. Registration Fees | view here Hotel Reservations and Travel Information Make your hotel reservation now at The Hilton San Francisco Hotel - the meeting headquarters hotel with special discounted rates starting from $179. The cut-off date to make reservations is September 27, 2013 OR UNTIL THE BLOCK SELLS OUT, whichever comes first. Additional Hotels (proximity to Hilton San Francisco) Villa Florence Hotel : special discounted rates starting from $229. The cut-off date to make reservations is September 27, 2013 OR UNTIL THE BLOCK SELLS OUT, whichever comes first. Abri Hotel : special discounted rates starting from $229. The cut-off date to make reservations is September 27, 2013 OR UNTIL THE BLOCK SELLS OUT, whichever comes first. Transportation and Parking If you require a U. S. VISA, please begin the application process at least three months in advance of the meeting. Please visit the following site for further information: U.S. Visa Information for Foreign Travelers Request ECS Letter of Invitation Student Travel Grants Currency Converter
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《硅火燎原》-2-电光闪烁的物理世家
热度 5 tianrong1945 2013-4-30 08:25
2。电光闪烁的物理世家 法拉第发现了:硫化银的导电性随温度上升而增加。一百多年后的今天,我们把它归纳到半导体的特性之一:热敏性。除了热敏性之外,半导体的特性还有:光敏性、整流性、以及掺杂性。这一节叙述‘光敏性’。 继法拉第之后,法国物理学家 A.E.贝克勒尔 Alexandre-EdmondBecquerel(1820–1891)发现了光生伏特效应。 http://www.medarus.org/Medecins/MedecinsTextes/becquerel.html 贝克勒尔一家四代五个物理学家,见上图。 A.E.贝克勒尔是中间一位,其余的是: AntoineCésar Becquerel (1788-1878), father of A.E.贝克勒尔。 LouisAlfred Becquerel (1814-1862), brother of A.E.贝克勒尔。 HenriBecquerel (1852-1908), son of A.E.贝克勒尔。 JeanBecquerel (1878-1953), grandson of A.E.贝克勒尔。 上图中的几个人,除了第二位贝克勒尔去世早,不广为人知,其余的都成就不凡。 A.E.贝克勒尔的父亲曾在拿破仑麾下服役,滑铁卢战役之后专攻科学,曾促进了电化学的创立,也是率先研究电发光现象的物理教授,A.E.贝克勒尔的儿子亨利·贝可勒尔,因发现天然放射性现象,与居里夫妇分享1903年的诺贝尔物理学奖。他的孙子后来也是法国颇负声名的物理学家。 我们现在知道,电和光都是能量的某种存在方式,这两种能量会互相转换。电转换成光的现象在大自然经常被观察到,比如:带电的大气放电时产生的闪电;科学家在研究放电现象时,也经常观察到的火花和闪光等。但是,从光到电的现象就不是那么普遍了。当时, A.E.贝克勒尔的父亲就是从化学的角度来研究电发光现象。老子研究从‘电’到‘光’,儿子则进一步地想,光是不是也能产生‘电’呢?果然不出所料,1839年,19岁的A.E.贝克勒尔在他父亲的实验室里,第一次观察到了这种现象。 A.E.贝克勒尔将氯化银放在酸性溶液中,用两片浸入电解质溶液的金属(铂)作为电极,见下图。贝克勒尔发现,如果有阳光照射时,两个电极间会产生额外的电压。这不就是‘光’转换成了‘电’吗?贝克勒尔将此现象称为光生伏特效应,这是历史上最早被发现的半导体的第二个特征。 贝克勒尔发现的是液体中的光生伏特效应,也被称为贝克勒尔效应。到 1883年,亚当斯等在金属和硒片上发现固态光伏效应,并制成了第一个“硒光电池” 【 1】 。 1873年,英国的史密斯发现硒晶体材料在光照下导电性增加,这是半导体又一个与光照有关的特性:光电导效应。 从现代物理学的观点,刚才所说的半导体的两个特性,和 1887年德国物理学家赫茲发现的光电效应,物理本质上是相关的,我们可把它们都归类于半导体的光敏性。也可以把它们统称为‘光电效应’。 光电效应 【 2】 最早是被德国物理学家赫茲发现的。赫茲用两个锌质小球做实验,当他用光线照射一个小球时,则发现有电火花跳过两个小球之间,如果用蓝光或紫外线照射,电火花最明显。这个现象后来( 1905年 )被爱因斯坦从量子力学的观点加以解释,使爱因斯坦得到 1921年的诺贝尔物理奖。 和贝克勒尔家庭类似,赫兹一家也有好几个物理学家。发现光电效应的海因里希·鲁道夫·赫兹( Heinrich Rudolf Hertz,1857-1894)和发现电磁波的赫兹是同一个人。鲁道夫·赫兹虽然只活了36岁,但他的两个发现都举足轻重:电磁波的发现证明了麦克斯韦电磁理论的正确性,而光电效应的发现对量子理论的创立及发展功不可没。 鲁道夫·赫兹的侄子古斯塔夫·路德维希·赫兹( Gustav Ludwig Hertz,1887年-1975年),也是物理学家,量子力学的先驱,1925年诺贝尔物理学奖获得者。路德维希·赫兹的儿子卡尔·赫尔穆特·赫兹(Carl Hellmuth Hertz , 1920-1990 )则发明了医疗用超声波技术和喷墨打印技术。 赫茲发现的是金属的光电效应,半导体也能产生光电效应,统而言之,光电效应指的是因光照而引起物体电学特性的改变。半导体的光电效应分为光电子发射、光电导效应和光生伏特效应。前一种发生在物体表面,又称外光电效应。后两种发生在物体内部,称为内光电效应。 半导体的光电效应 上图说明了几种光电效应的异同点。半导体材料无光照时,导带上有很少的自由电子。在光照射情况下,低能量的电子吸收了光子能量,从键合状态过度到自由状态。如果光子的能量足够大,使得电子能够逸出物质表面而发射出去,这便是被赫兹所观测到的光电发射效应,或称外光电效应。 如果低能级的电子吸收了光子能量后,并未被发射,而只是被激发跃迁到导带中,大大地增加了自由电子的数目,从而增强了物质的导电性。这种现象被称为:光电导效应。更进一步考虑,如果被光照射的物质材料是不均匀的,或由两种不同的物质层构成的情况。这时,由于两种物质在光照下产生的导电性能变化不一样,使得自由电子偏向于聚集到一种物质而离开另一种物质,由此而形成一个电位差,这便是 1839年首次被贝克勒尔观察到的光生伏特效应。 【 1】W.G. Adams andR.E. Day observed the photovoltaic effect in solidified selenium, and publisheda paper on the selenium cell. 'The action of light on selenium,' inProceedings of the Royal Society, A25, 113. 1877 【 2】Hertz, H.R.Ueber sehr schnelle electrische Schwingungen, Annalen der Physik,vol. 267, no. 7, p. 421-448, May 1887. http://matidavid.com/pioneer_files/Hertz.htm 上一篇:法拉第 系列科普目录 下一篇: 猫胡子侦测器
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《硅火燎原》半导体的人和事-1-法拉第
热度 12 tianrong1945 2013-4-25 09:08
1. 法拉第 地质学家们说,硅是我们地壳成分中仅次于‘氧’的最多的元素,坚硬的岩石、漫天遍地的黄沙、覆盖地球数百米深的土壤层,其中都含有大量的硅。 我们现在知道了,硅是一种半导体。千百年来,‘硅’小姐,以及她的其它的半导体姐妹们,像一个个沉睡的美人,比如,童话故事《睡美人》中的奥罗拉公主那样,静静地躺在黄土和岩石中,等待 菲利甫王子来唤醒她。 是英国物理学家迈克尔·法拉第( Michael Faraday,1791-1867),第一个揭开了半导体材料的美丽面纱。法拉第不同于那个年代大多数玩科学的贵族学者,他生于一个贫苦的铁匠家庭,只读过2年小学,后来却成为了一个著名的科学家。法拉第奋发图强的精神,为我们树立了一个自学成才的杰出典范。 据说在爱因斯坦书房的墙壁上,挂了三幅科学家的肖像:牛顿、麦克斯韦、法拉第。 法拉第被生活所迫, 13岁就当报童,后来在一个订书匠的铺子里打工,因此也使他有机会读了很多的书。后来,法拉第于茫茫书海中探索出他的科学之路,将人生的小舟驶向那一片他毕生钟爱的水域-电和化学。 法拉第的老师,是汉弗里•戴维( H.Davy,1778—1829)。但这两个人的关系,却包含了许多一言难尽的故事。法拉第于戴维,既是学生和助手,又是雇员和仆人;戴维于法拉第,既是发现千里马的百乐,后来却又因嫉妒,当了几回陷害压制千里马不让跑远的小人! 戴维也是一位伟大的科学家,是在元素周期表中发现了最多种元素的人。当年,是戴维将法拉第从一个 20岁的书籍装订工变成了他的皇家学会实验室的助手,尽管这个工作位置的薪金并不高于订书工,但却为法拉第的科学研究开辟了一条阳关大道。紧接着,戴维带着这个助手加仆人遍游欧洲。一路上,戴维那个自认血统高贵的夫人对法拉第颐指气使,大伤法拉第的自尊心,使他有那种被中国人叫做‘忍受胯下之辱’的感觉。 再后来,法拉第作出了许多重大发现,特别是有一个戴维失败了的实验,却被法拉第成功地完成了!那是通电导线在磁场中旋转的实验,实际上也就是说,法拉第造出了世界上第一台电动机的雏形!法拉第的成功令戴维忐忑不安,大科学家的虚荣心受到严重挫伤。戴维不能接受洗瓶子的小实验员超过自己的事实,嫉妒之蛇缠住了他的心灵,使他作出了对法拉第的诬陷,指责法拉第剽窃另一个物理学家沃拉斯顿的成果。之后,即使法拉第在科学界的声望已经大大超过了戴维,但在戴维的打压下,只是‘墙内开花墙外香’的状况。法拉第在皇家学院,仍然是一个拿着低薪的小小实验员!大多数科学家,包括沃拉斯顿在内,都为法拉第鸣不平,联名推荐法拉第成为皇家学会会员。在皇家学院会员选举为法拉第投票的时候,戴维再一次地表现小人之举,投了唯一的一张反对票。 法拉第有高尚的人格,他一直把戴维当作恩师,即使到了耄耋之年,还经常指着戴维的肖像说:“这是一个伟大的人啊!” 戴维于 1829年,50岁时就英年早逝。也许他后来也良心发现?因为在他逝世前几年,疾病缠身之时,他提名推荐法拉第担任他自己担任过的职务:皇家学院实验室主任。另外,据说在戴维临终时,别人问及什么是他一生中最重要的发现时,他没有列举那些周期表里被他发现的元素,而是自豪地说:“我最伟大的发现是发现了法拉第!” 而法拉第平生最伟大的发现又是什么呢?应该是他 1831年发现的电磁感应现象,因为这是发电机的基础,从此开辟了电气时代的新纪元。 现代的人无法想象,如果没有电,世界将会是什么样子?也不知道在另一个星球上,如果存在另一种高等生物构建的文明社会的话,它们是不是也是使用‘电’这个玩意儿? 不管是上帝赋予的必然,还是某种偶然,从认识‘摩擦生电’,到电真正登上人类的生产和生活舞台,一连串的科学家的努力功不可没。其中,法拉第的贡献可以说最为显著。 戴维去世,千里马摆脱了绳索的羁绊,自由自在地驰骋于天地之间。法拉第从1831年开始,从事纯粹的科学研究:从各个角度探讨电、磁、物质之间的关系,他日以继夜地工作,做了无数的实验,写下大量的报告,汇集在《电学实验研究》那部巨著中。因为他杰出的贡献,法拉第被后人誉为最伟大的实验科学家。 科学研究不仅需要时间和精力的投入,还需要勇气,有些科学家甚至付出生命的代价。富兰克林冒着危险,在下雨天放风筝,将雷电从风筝线上引下来,以证明打雷闪电是大气中的‘电’产生的。无独有偶,法拉第则制造过一次人工雷电。法拉第研究静电屏蔽,他做了一个后人称之为‘法拉第笼子’的东西。也就是一个大立方形状的金属架子,上面铺了一层铜网。铜网加上高压电后,劈劈拍拍、火花四起,令人心惊肉跳,法拉第却微笑着站在里面,他以此来证明金属中的电荷聚集在表面上,向大家演示静电屏蔽的作用。 因为法拉第未受过正规教育,数学只知加减乘除,因而使他在发展电磁理论方面受到限制,将此殊荣留给了麦克斯韦。不过,也可能正因为数学不好,法拉第对物理概念理解得特别透彻、精辟、极富创造力,他用场的概念,挑战牛顿的绝对真空和超距作用,提出‘实物粒子,就是力场的中心奇点’的观念,并认为各种力:电、磁、光、引力等等,都应该可以在场的相互作用、相互转化中统一起来。 法拉第的年代,早已有了导电的金属与绝缘体的划分,却还不知道‘半导体’为何物,法拉第是在研究金属导电性的时候,偶然观察到硫化银导电的一个异常现象。 在 1833年《电学实验研究》On ConductingPower Generally的有一章中,法拉第写道:“我最近遇到一个非同寻常的现象,这种现象与温度对金属组织的影响是截然相反的。对硫化银来说,电导率随温度上升而上升,关灯后,电导率随温度下降而下降。” 上文法拉第的记录中用的是‘电导率’,换成电阻来叙述的话,就是说:硫化银的电阻随着温度的上升而降低。而人们知道,大多数金属的电阻是随着温度的升高而升高的,因为温度升高,会使得金属晶格的振动加剧而阻碍自由电子的移动,从而导致电阻的增大。但硫化银的表现却相反。如此看来,硫化银应该代表了某些另一类物质:它们具有一定的导电性(热敏性),但又不同于金属,这就是我们现在所熟知的半导体。 在法拉第对电磁理论作出的诸多贡献中,这个被他首次发现的物质特性,只是一个很不起眼的小东西。法拉第对此现象感到奇怪,却并未特别在意。半导体睡美人的面纱,被法拉第轻轻地抖动了一下,微不足道的火星尚未闪烁就熄灭了。 参考资料: Hirshfeld, Alan W. (2006).The Electric Life of Michael Faraday. Walker and Company. ISBN 978-0-8027-1470-1. http://www.amazon.com/The-Electric-Life-Michael-Faraday/dp/0802714706 系列科普目录 下一篇:电光闪烁的物理世家
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[转载]863项目-高效半导体照明关键材料技术研发
ledlau 2013-4-18 23:28
863-高效半导体照明关键材料技术研发-小木虫.pdf
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回忆录(18),唐山十年:制做半导体收音机
热度 3 kd652 2013-3-30 12:23
高一时熟悉环境,外语由初中的俄语改成了英语,一改初中时不重视外语的观念,开始把英语当成一门重点的课程来听,讲课的是从外贸公司转行来的胡老师,讲课很认真,给学生的英语打下了很好的基础. 高二时,一切纳入正轨之后,我开始参考有关书籍制做半导体收音机: 先做的是最简单的单管收音机: 再做再生式单管收音机: 最后做两管式半导体收音机,声音大多了,可以带动扬声器. 真得感谢当时教我们物理的邢老师,他帮我抄来电路,并做重点的指导.
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[转载]什么叫半导体?
chnfirst 2013-2-20 22:41
http://wenda.tianya.cn/question/4bdbbe3709f641f6 什么叫半导体? 导电性能介于导体与绝缘体之间的材料,叫做半导体. 例如:锗、硅、砷化镓等. 半导体在科学技术,工农业生产和生活中有着广泛的应用.(例如: 电视、半导体收音机、电子计算机等)这是什么原因呢?下面介绍它 所具有的特殊的电学性能. (2)半导体的一些电学特性 ①压敏性:有的半导体在受到压力后电阻发生较大的变化. 用途:制成压敏元件,接入电路,测出电流变化,以确定压力的变化. ②热敏性:有的半导体在受热后电阻随温度升高而迅速减小. 用途:制成热敏电阻,用来测量很小范围内的温度变化. 添加评论 评论读取中... 请登录后再发表评论! 取消 不惊不休 | 2008-11-16 09:36:32 有 0 人 认为这个回答不错 | 有 0 人认为这个回答没有帮助 半导体材料(semiconductor material)   导电能力介于导体与绝缘体之间的物质称为半导体。半导体材料是一类具有半导体性能、可用来制作半导体器件和集成电的电子材料,其电导率在10(U-3)~10(U-9)欧姆/厘米范围内。半导体材料的电学性质对光、热、电、磁等外界因素的变化十分敏感,在半导体材料中掺入少量杂质可以控制这类材料的电导率。正是利用半导体材料的这些性质,才制造出功能多样的半导体器件。 半导体材料是半导体工业的基础,它的发展对半导体技术的发展有极大的影响。半导体材料按化学成分和内部结构,大致可分为以下几类。1.元素半导体有锗、硅、硒、硼、碲、锑等。50年代,锗在半导体中占主导地位,但 锗半导体器件的耐高温和抗辐射性能较差,到60年代后期逐渐被硅材料取代。用硅制造的半导体器件,耐高温和抗辐射性能较好,特别适宜制作大功率器件。因此,硅已成为应用最多的一种增导体材料,目前的集成电路大多数是用硅材料制造的。2.化合物半导体由两种或两种以上的元素化合而成的半导体材料。它的种类很多,重要的有砷化镓、磷化锢、锑化锢、碳化硅、硫化镉及镓砷硅等。其中砷化镓是制造微波器件和集成电的重要材料。碳化硅由于其抗辐射能力强、耐高温和化学稳定性好,在航天技术领域有着广泛的应用。3.无定形半导体材料 用作半导体的玻璃是一种非晶体无定形半导体材料,分为氧化物玻璃和非氧化物玻璃两种。这类材料具有良好的开关和记忆特性和很强的抗辐射能力,主要用来制造阈值开关、记忆开关和固体显示器件。4.有机增导体材料已知的有机半导体材料有几十种,包括萘、蒽、聚丙烯腈、酞菁和一些芳香族化合物等,目前尚未得到应用 。    特性和参数 半导体材料的导电性对某些微量杂质极敏感。纯度很高的半导体材料称为本征半导体,常温下其电阻率很高,是电的不良导体。在高纯半导体材料中掺入适当杂质后,由于杂质原子提供导电载流子,使材料的电阻率大为降低。这种掺杂半导体常称为杂质半导体。杂质半导体靠导带电子导电的称N型半导体,靠价带空穴导电的称P型半导体。不同类型半导体间接触(构成PN结)或半导体与金属接触时,因电子(或空穴)浓度差而产生扩散,在接触处形成位垒,因而这类接触具有单向导电性。利用PN结的单向导电性,可以制成具有不同功能的半导体器件,如二极管、三极管、晶闸管等。此外,半导体材料的导电性对外界条件(如热、光、电、磁等因素)的变化非常敏感,据此可以制造各种敏感元件,用于信息转换。   半导体材料的特性参数有禁带宽度、电阻率、载流子迁移率、非平衡载流子寿命和位错密度。禁带宽度由半导体的电子态、原子组态决定,反映组成这种材料的原子中价电子从束缚状态激发到自由状态所需的能量。电阻率、载流子迁移率反映材料的导电能力。非平衡载流子寿命反映半导体材料在外界作用(如光或电场)下内部载流子由非平衡状态向平衡状态过渡的弛豫特性。位错是晶体中最常见的一类缺陷。位错密度用来衡量半导体单晶材料晶格完整性的程度,对于非晶态半导体材料,则没有这一参数。半导体材料的特性参数不仅能反映半导体材料与其他非半导体材料之间的差别 ,更重要的是能反映各种半导体材料之间甚至同一种材料在不同情况下,其特性的量值差别。    种类 常用的半导体材料分为元素半导体和化合物半导体。元素半导体是由单一元素制成的半导体材料。主要有硅、锗、硒等,以硅、锗应用最广。化合物半导体分为二元系、三元系、多元系和有机化合物半导体。二元系化合物半导体有Ⅲ-Ⅴ族(如砷化镓、磷化镓、磷化铟等)、Ⅱ-Ⅵ族(如硫化镉、硒化镉、碲化锌、硫化锌等)、 Ⅳ-Ⅵ族(如硫化铅、硒化铅等) 、Ⅳ-Ⅳ族(如碳化硅)化合物。三元系和多元系化合物半导体主要为三元和多元固溶体,如镓铝砷固溶体、镓锗砷磷固溶体等。有机化合物半导体有萘、蒽、聚丙烯腈等,还处于研究阶段。此外,还有非晶态和液态半导体材料,这类半导体与晶态半导体的最大区别是不具有严格周期性排列的晶体结构。    制备 不同的半导体器件对半导体材料有不同的形态要求,包括单晶的切片、磨片、抛光片、薄膜等。半导体材料的不同形态要求对应不同的加工工艺。常用的半导体材料制备工艺有提纯、单晶的制备和薄膜外延生长。   所有的半导体材料都需要对原料进行提纯,要求的纯度在6个“9”以上 ,最高达11个“9”以上。提纯的方法分两大类,一类是不改变材料的化学组成进行提纯,称为物理提纯;另一类是把元素先变成化合物进行提纯,再将提纯后的化合物还原成元素,称为化学提纯。物理提纯的方法有真空蒸发、区域精制、拉晶提纯等,使用最多的是区域精制。化学提纯的主要方法有电解、络合、萃取、精馏等,使用最多的是精馏。由于每一种方法都有一定的局限性,因此常使用几种提纯方法相结合的工艺流程以获得合格的材料。   绝大多数半导体器件是在单晶片或以单晶片为衬底的外延片上作出的。成批量的半导体单晶都是用熔体生长法制成的。直拉法应用最广,80%的硅单晶、大部分锗单晶和锑化铟单晶是用此法生产的,其中硅单晶的最大直径已达300 毫米。在熔体中通入磁场的直拉法称为磁控拉晶法,用此法已生产出高均匀性硅单晶。在坩埚熔体表面加入液体覆盖剂称液封直拉法,用此法拉制砷化镓、磷化镓、磷化铟等分解压较大的单晶。悬浮区熔法的熔体不与容器接触,用此法生长高纯硅单晶。水平区熔法用以生产锗单晶。水平定向结晶法主要用于制备砷化镓单晶,而垂直定向结晶法用于制备碲化镉、砷化镓。用各种方法生产的体单晶再经过晶体定向、滚磨、作参考面、切片、磨片、倒角、抛光、腐蚀、清洗、检测、封装等全部或部分工序以提供相应的晶片。   在单晶衬底上生长单晶薄膜称为外延。外延的方法有气相、液相、固相、分子束外延等。工业生产使用的主要是化学气相外延,其次是液相外延。金属有机化合物气相外延和分子束外延则用于制备量子阱及超晶格等微结构。非晶、微晶、多晶薄膜多在玻璃、陶瓷、金属等衬底上用不同类型的化学气相沉积、磁控溅射等方法制成。 http://zhidao.baidu.com/question/2690163.html (semiconductormaterial)导电能力介于导体与绝缘体之间的物质称为半导体。半导体材料是一类具有半导体性能、可用来制作半导体器件和集成电的电子材料,其电导率在10(U-3)~10(U-9)欧姆/厘米范围内。半导体材料的电学性质对光、热、电、磁等外界因素的变化十分敏感,在半导体材料中掺入少量杂质可以控制这类材料的电导率。正是利用半导体材料的这些性质,才制造出功能多样的半导体器件。半导体材料是半导体工业的基础,它的发展对半导体技术的发展有极大的影响。半导体材料按化学成分和内部结构,大致可分为以下几类。1.元素半导体有锗、硅、硒、硼、碲、锑等。50年代,锗在半导体中占主导地位,但锗半导体器件的耐高温和抗辐射性能较差,到60年代后期逐渐被硅材料取代。用硅制造的半导体器件,耐高温和抗辐射性能较好,特别适宜制作大功率器件。因此,硅已成为应用最多的一种增导体材料,目前的集成电路大多数是用硅材料制造的。2.化合物半导体由两种或两种以上的元素化合而成的半导体材料。它的种类很多,重要的有砷化镓、磷化锢、锑化锢、碳化硅、硫化镉及镓砷硅等。其中砷化镓是制造微波器件和集成电的重要材料。碳化硅由于其抗辐射能力强、耐高温和化学稳定性好,在航天技术领域有着广泛的应用。3.无定形半导体材料用作半导体的玻璃是一种非晶体无定形半导体材料,分为氧化物玻璃和非氧化物玻璃两种。这类材料具有良好的开关和记忆特性和很强的抗辐射能力,主要用来制造阈值开关、记忆开关和固体显示器件。4.有机增导体材料已知的有机半导体材料有几十种,包括萘、蒽、聚丙烯腈、酞菁和一些芳香族化合物等,目前尚未得到应用。 === 以非晶态半导体材料为主体制成的固态电子器件。非晶态半导体虽然在整体上分子排列无序,但是仍具有单晶体的微观结构,因此具有许多特殊的性质。1975年,英国W.G.斯皮尔在辉光放电分解硅烷法制备的非晶硅薄膜中掺杂成功,使非晶硅薄膜的电阻率变化10个数量级,促进非晶态半导体器件的开发和应用。同单晶材料相比,非晶态半导体材料制备工艺简单,对衬底结构无特殊要求,易于大面积生长,掺杂后电阻率变化大,可以制成多种器件。非晶硅太阳能电池吸收系数大,转换效率高,面积大,已应用到计算器、电子表等商品中。非晶硅薄膜场效应管阵列可用作大面积液晶平面显示屏的寻址开关。利用某些硫系非晶态半导体材料的结构转变来记录和存储光电信息的器件已应用于计算机或控制系统中。利用非晶态薄膜的电荷存储和光电导特性可制成用于静态图像光电转换的静电复印机感光体和用于动态图像光电转换的电视摄像管的靶面。 具有半导体性质的非晶态材料。非晶态半导体是半导体的一个重要部分。50年代B.T.科洛米耶茨等人开始了对硫系玻璃的研究,当时很少有人注意,直到1968年S.R.奥弗申斯基关於用硫系薄膜制作开关器件的专利发表以后,才引起人们对非晶态半导体的兴趣。1975年W.E.斯皮尔等人在硅烷辉光放电分解制备的非晶硅中实现了掺杂效应,使控制电导和制造PN结成为可能,从而为非晶硅材料的应用开辟了广阔的前景。在理论方面,P.W.安德森和莫脱,N.F.建立了非晶态半导体的电子理论,并因而荣获1977年的诺贝尔物理学奖。目前无论在理论方面,还是在应用方面,非晶态半导体的研究正在很快地发展著。 分类 目前主要的非晶态半导体有两大类。 硫系玻璃。含硫族元素的非晶态半导体。例如As-Se、As-S,通常的制备方法是熔体冷却或汽相沉积。 四面体键非晶态半导体。如非晶Si、Ge、GaAs等,此类材料的非晶态不能用熔体冷却的办法来获得,只能用薄膜淀积的办法(如蒸发、溅射、辉光放电或化学汽相淀积等),只要衬底温度足够低,淀积的薄膜就是非晶态结构。四面体键非晶态半导体材料的性质,与制备的工艺方法和工艺条件密切相关。图1 不同方法制备非晶硅的光吸收系数 给出了不同制备工艺的非晶硅光吸收系数谱,其中a、b制备工艺是硅烷辉光放电分解,衬底温度分别为500K和300K,c制备工艺是溅射,d制备工艺为蒸发。非晶硅的导电性质和光电导性质也与制备工艺密切相关。其实,硅烷辉光放电法制备的非晶硅中,含有大量H,有时又称为非晶的硅氢合金;不同工艺条件,氢含量不同,直接影响到材料的性质。与此相反,硫系玻璃的性质与制备方法关系不大。图2 汽相淀积溅射薄膜和熔体急冷成块体AsSeTe的光吸收系数谱 给出了一个典型的实例,用熔体冷却和溅射的办法制备的AsSeTe样品,它们的光吸收系数谱具有相同的曲线。 非晶态半导体的电子结构 非晶态与晶态半导体具有类似的基本能带结构,也有导带、价带和禁带(见固体的能带)。材料的基本能带结构主要取决於原子附近的状况,可以用化学键模型作定性的解释。以四面体键的非晶Ge、Si为例,Ge、Si中四个价电子经sp杂化,近邻原子的价电子之间形成共价键,其成键态对应於价带;反键态对应於导带。无论是Ge、Si的晶态还是非晶态,基本结合方式是相同的,只是在非晶态中键角和键长有一定程度的畸变,因而它们的基本能带结构是相类似的。然而,非晶态半导体中的电子态与晶态比较也有著本质的区别。晶态半导体的结构是周期有序的,或者说具有平移对称性,电子波函数是布洛赫函数,波矢是与平移对称性相联系的量子数,非晶态半导体不存在有周期性, 不再是好的量子数。晶态半导体中电子的运动是比较自由的,电子运动的平均自由程远大於原子间距;非晶态半导体中结构缺陷的畸变使得电子的平均自由程大大减小,当平均自由程接近原子间距的数量级时,在晶态半导体中建立起来的电子漂移运动的概念就变得没有意义了。非晶态半导体能带边态密度的变化不像晶态那样陡,而是拖有不同程度的带尾(如图3 非晶态半导体的态密度与能量的关系 所示)。非晶态半导体能带中的电子态分为两类:一类称为扩展态,另一类为局域态。处在扩展态的每个电子,为整个固体所共有,可以在固体整个尺度内找到;它在外场中运动类似於晶体中的电子;处在局域态的每个电子基本局限在某一区域,它的状态波函数只能在围绕某一点的一个不大尺度内显著不为零,它们需要靠声子的协助,进行跳跃式导电。在一个能带中,带中心部分为扩展态,带尾部分为局域态,它们之间有一分界处,如图4 非晶态半导体的扩展态、局域态和迁移率边 中的和,这个分界处称为迁移率边。1960年莫脱首先提出了迁移率边的概念。如果把迁移率看成是电子态能量的函数,莫脱认为在分界处和存在有迁移率的突变。局域态中的电子是跳跃式导电的,依靠与点阵振动交换能量,从一个局域态跳到另一个局域态,因而当温度趋向0K时,局域态电子迁移率趋於零。扩展态中电子导电类似於晶体中的电子,当趋於0K时,迁移率趋向有限值。莫脱进一步认为迁移率边对应於电子平均自由程接近於原子间距的情况,并定义这种情况下的电导率为最小金属化电导率。然而,目前围绕著迁移率边和最小金属化电导率仍有争论。 缺陷 非晶态半导体与晶态相比较,其中存在大量的缺陷。这些缺陷在禁带之中引入一系列局域能级,它们对非晶态半导体的电学和光学性质有著重要的影响。四面体键非晶态半导体和硫系玻璃,这两类非晶态半导体的缺陷有著显著的差别。 非晶硅中的缺陷主要是空位、微空洞。硅原子外层有四个价电子,正常情况应与近邻的四个硅原子形成四个共价键。存在有空位和微空洞使得有些硅原子周围四个近邻原子不足,而产生一些悬挂键,在中性悬挂键上有一个未成键的电子。悬挂键还有两种可能的带电状态:释放未成键的电子成为正电中心,这是施主态;接受第二个电子成为负电中心,这是受主态。它们对应的能级在禁带之中,分别称为施主和受主能级。因为受主态表示悬挂键上有两个电子占据的情况,两个电子间的库仑排斥作用,使得受主能级位置高於施主能级,称为正相关能。因此在一般情况下,悬挂键保持只有一个电子占据的中性状态,在实验中观察到悬挂键上未配对电子的自旋共振。1975年斯皮尔等人利用硅烷辉光放电的方法,首先实现非晶硅的掺杂效应,就是因为用这种办法制备的非晶硅中含有大量的氢,氢与悬挂键结合大大减少了缺陷态的数目。这些缺陷同时是有效的复合中心。为了提高非平衡载流子的寿命,也必须降低缺陷态密度。因此,控制非晶硅中的缺陷,成为目前材料制备中的关键问题之一。 硫系玻璃中缺陷的形式不是简单的悬挂键,而是“换价对”。最初,人们发现硫系玻璃与非晶硅不同,观察不到缺陷态上电子的自旋共振,针对这表面上的反常现象,莫脱等人根据安德森的负相关能的设想,提出了MDS模型。当缺陷态上占据两个电子时,会引起点阵的畸变,若由於畸变降低的能量超过电子间库仑排斥作用能,则表现出有负的相关能,这就意味著受主能级位於施主能级之下。用 D、D、D 分别代表缺陷上不占有、占有一个、占有两个电子的状态,负相关能意味著: 2D —→ D+D 是放热的。因而缺陷主要以D、D形式存在,不存在未配对电子,所以没有电子的自旋共振。不少人对D、D、D缺陷的结构作了分析。以非晶态硒为例,硒有六个价电子,可以形成两个共价键,通常呈链状结构,另外有两个未成键的 p电子称为孤对电子。在链的端点处相当於有一个中性悬挂键,这个悬挂键很可能发生畸变,与邻近的孤对电子成键并放出一个电子(形成D),放出的电子与另一悬挂键结合成一对孤对电子(形成D),如图 5 硫系玻璃的换价对 所示。因此又称这种D、D为换价对。由於库仑吸引作用,使得D、D通常是成对地紧密靠在一起,形成紧密换价对。硫系玻璃中成键方式只要有很小变化就可以形成一组紧密换价对,如图6 换价对的自增强效应 所示,它只需很小的能量,有自增强效应,因而这种缺陷的浓度通常是很高的。利用换价对模型可以解释硫属非晶态半导体的光致发光光谱、光致电子自旋共振等一系列实验现象。 应用 非晶态半导体在技术领域中的应用存在著很大的潜力,非晶硫早已广泛应用在复印技术中,由S.R.奥夫辛斯基首创的 As-Te-Ge-Si系玻璃半导体制作的电可改写主读存储器已有商品生产,利用光脉冲使碲微晶薄膜玻璃化这种性质制作的光存储器正在研制之中。对於非晶硅的应用目前研究最多的是太阳能电池。非晶硅比晶体硅制备工艺简单,易於做成大面积,非晶硅对於太阳光的吸收效率高,器件只需大约1微米厚的薄膜材料,因此,可望做成一种廉价的太阳能电池,现已受到能源专家的重视。最近已有人试验把非晶硅场效应晶体管用於液晶显示和集成电路。
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[转载]中国教授又破半导体量子芯片世界纪录
热度 1 wanglaow 2013-2-6 06:51
http://scitech.people.com.cn/n/2013/0205/c1057-20432424.html  中新社合肥2月4日电 (记者 吴兰)记者4日从中国科技大学获悉,中科院量子信息重点实验室郭国平教授半导体量子芯片研究组及其合作者又破世界纪录,通过实验成功实现世界上最快速 量子逻辑门 操作,取得半导体量子芯片研究的重要突破。   众所周知,世界上第一台计算机埃尼亚克占地170平方米,功率达174千瓦,可是其运算速度还不如普通计算器。随着半导体产业的飞速发展,电子产品的尺寸越来越小,晶体管集成度越来越高,单个晶体管的尺度也越来越小,由 尺寸效应 等导致的量子效应也越来越明显。   据介绍,由摩尔定律推算,大概到2020年,每个晶体管将小到只有一个电子。此时单个电子的运动将满足微观世界中量子力学的物理规律。信息的这种量子化趋势将极大地影响未来信息处理中的编码方式、运算规律和读取方式等各个环节,甚至彻底改变目前半导体信息产业的格局。   郭国平教授介绍,研究组从可大规模集成化的半导体单电子晶体管的设计制备出发,在砷化镓铝异质结中制备出一种集成了双路量子探测通道的栅型双 量子点 复合结构,并且通过调节加载在栅电极上电秒冲的高度和宽度,成功实现了世界上最快速的皮秒量级单比特超快普适电控量子逻辑门,比国际上公开报道的电控半导体逻辑门的运算速度提高近两个数量级,相关研究成果发表在最新一期权威学术期刊《自然通讯》上。   更快和更大规模的集成始终是芯片技术的核心梦想。郭国平教授说,更快的量子逻辑门操作,才有可能将 量子计算 从小规模的实验室演示推向真正的实用化。 (中国科技网) (来源: 中新社 ) 。。。。。。。。。。。。。。。。。。 现今的科技类新闻,经常出错误,误导不明真相的群众,例如俺这种,^_^。。。。 虽然这个芯片被冠以“量子芯片”,但是仔细看来,实现的是“量子点”结构,而不是大家以为的在原理上跟经典计算有本质差别的“量子计算”。 我的疑问是,虽然 “郭国平教授说,更快的量子逻辑门操作,才有可能将 量子计算 从小规模的实验室演示推向真正的实用化。” 但是,迄今为止的各种量子计算 ,例如最著名的分解因数的 肖算法,必须依赖于更快的“量子芯片”吗? 记得更多的是依靠量子纠缠来进行计算的呀。
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读书笔记
litho30as27a 2013-1-28 13:27
1.2013-01-28 《有机半导体异质结:晶态有机半导体材料与器件》 / 闫东航,王海波,杜宝勋等 --- 科学出版社, 2012
个人分类: 薄膜材料|2 次阅读|6 个评论
关于玻璃包覆铜导体,应用到半导体中思考
热度 2 BruceLau 2013-1-22 09:05
近日,一直在关注玻璃包覆铜导体微细线(glass-coated copper microwire),应用到半导体中做键合丝的问题。有做相关高手请指教。 疑惑如下: 1、机械性能与金线相比如何?譬如拉断力、伸长率? 2、如何控制20um的微细线,玻璃包覆控制在1-4um? 现在可知的是,以色列RED Microwire公司在做,产品也只是研制阶段。
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招收重点博士后1名!诚聘副教授或讲师一名(半导体器件模拟)
热度 1 datouguoguo 2013-1-20 19:52
课题组招收博士后1名. 最好有薄膜晶体管或者石墨烯器件研制和测量的基础,或者半导体薄膜晶体管。根据工作基础,可以申请重点博士后(税前12万,工作优秀可以面议),优秀者可以留校。 一起合作开展器件研究工作,帮助申请国家自然基金和博士后基金。 另外,诚聘副教授或者讲师一名加入团队,半导体器件模拟以及器件输运计算,待遇依据学校政策,团队给予一定资助。 联系方式: liaolei@whu.edu.cn
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[转载]半导体所PECVD等离子体增强化学气相淀积设备
chnfirst 2013-1-15 13:03
http://oa.semi.ac.cn/upload_files/cn/jcjsyjzx/contents/503/8025.html   首 页 技术特色 集成技术中心特色工艺 PECVD等离子体增强化学气相淀积设备 集成技术中心特色工艺介绍 设备联系人:李艳 电话: 010-82305045 Email : liyan@semi.ac.cn 常春 电话: 010-82304478 Email : changchun@semi.ac.cn 设备一 工艺名称 PECVD 等离子体增强化学气相淀积设备 工艺目的 采用 PECVD 淀积氧化硅、氮化硅和氮氧化硅薄膜。在低温下( 30 0℃ )即可淀积高质量的薄膜,淀积速率高,应用范围广泛。 工艺过程 传入样品 —— 淀积 —— 传出样品 工艺结果 ( 图片说明 ) 8 寸片均匀性小于 ±2% BPSG 波导上包层 折射率 连续可调 的 SiON 薄膜的淀积 工艺特色 ( 创新点 ) 1. 30 0 ℃ 低温即可淀积高质量薄膜, 均匀性和重复性好 。 2 . 氧化硅膜 厚度任意可控:从几十纳米到几十微米都可淀 积,膜厚控制精确。 3. 可 以 淀积掺 Ge 的 SiO2 , BPSG 等 ; 折射率可以精确控制 ± 0.000 3 以内。 4. 可以淀积极低应力 的氮化 硅 膜 。 5. 可以 实现氮氧化硅( SiON )薄膜 的折射率 从氧化硅的折射率平滑改变到氮化硅的折射率( 1.5~1.9 )。 设备二 工艺名称 AOE 氧化硅 ICP 刻蚀设备 工艺目的 ICP 刻蚀氧化硅、氮化硅和氮氧化硅 膜。 和湿法刻蚀及传统的等离子刻蚀相比,具有很多优点:刻蚀速率高,各相异性高,选择比高,大面积均匀性好,可进行高质量的 精细线条刻蚀,并获得较好的刻蚀面形貌。 工艺过程 传入样品 —— 淀积 —— 传出样品 工艺结果 ( 图片说明 ) 波导刻蚀 (台阶 5um ) 特定倾斜 角度刻蚀 光子晶体刻蚀 工艺特色 ( 创新点 ) 1. 刻蚀速率高 ( 2500A /min ) ,选择比高(光刻胶: 4:1 ) 。可实现超过 20um 的氧化硅刻蚀。 2. 陡直度好:即使 掩膜陡直度较差,也能刻出较好的陡直度。 3. 特定倾斜角度刻蚀:有利于台阶处金属电极的制备。 4 . 低损伤、高选择比的 纳米尺度刻蚀。
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methology idea: OCD tool for semi inductry promotion
xwang0822 2012-11-24 00:14
2012-05-28写的东西,现贴出来: 这几天有一点有关公司业务和市场的想法。 (一) To be a developer of Opitcal Critical Dimension tool 简单说,即是否可将我们的 OCD 工具和涉及相关工艺制程的工具(如开发光刻设备和刻蚀设备的厂商)联合起来(或将他们定位为我们的客户),联合开发工具,省却 fab 在制程开发和 ramp-up 过程中对制备和检测工具的磨合,从而提升效率。 随着工艺制程的特征尺寸不断微缩至 45nm 及以下,尤其是 intel 提出的应用在 22nm 及以下处理器的 Finfet 结构及其他公司提出的基于 pillar 的 Trigate 结构和 Memoryst 概念,工艺的复杂性也极大提升 OCD 测量的复杂性。当轨道线上的 pad 模块 step-by-step 测量( ADI 、 AEI 等)已较难匹配实际测量环境时,以生产过程中的芯片为实时测量对象应该是发展的趋势吧(对此我不能确定)。总而言之, OCD 工具开发将应对更大挑战性,因此,服务于 match 的 sensitivity 研究也显得愈加重要。同时,在商业模式上可能也存在新机遇。 如同 cadence 等 EDA 工具软件中集成了系统行为级、逻辑级、电路 / 晶体管级、布局布线等的设计和仿真,在应对日益复杂的电路设计中,将不同级别设计的界面和接口进行综合考虑和整合,使工具本身作为黑盒子,虽增加了 cadence 软件开发的复杂性,却可为 design house 人员的工作提升设计效率和提供方便。也比如 mentor graphic 公司这些电路 / 器件参数 extraction 工具,以及 TCAD 模拟和 DFM 、 DFT 等工具,在产业分工细化的趋势下,这些工具无论为设计为制造为测试,核心思想皆可看成是为不同分工的界面和接口提供方便,终能提升出货效率。 那么,基于上述思想,我们是否可将 litho 、 etch 、 CMP 、 DPC 制版等与 OCD 测量相关的制造工具开发商,视作客户出售我们实现良好匹配的工艺检测模型,或与之联合起来在算法上做顶级的联合开发,形成黑盒子,使得制造机台参数和目标 OCD 结果直接固定,省却 foundry 在相应工艺节点的制程开发中,对制造设备和检测工具的磨合,也有利于各个 fab 有关严格制程控制方法学的实现,有助于提升工艺精度和加速先进制程开发速度。如能这样,则可以开创公司新的制造模式,尤其咱们公司处于 02 专项的平台上,或许可借此平台和上海微电子装备 / 北方微电子 / 盛美等国内参与 02 专项的设备企业合作。 甚至,我们在 sensitivity 的研发中,除了在 CD 参数和匹配 GOF 上的关联外,以后会不会可以直接与电路设计工具以及 fab 合作,寻找 CD 参数和器件电学参数的关联,极大提升器件设计和工艺整合的效率。 (二) semi industrial layout 移动终端产品的市场份额快速扩张已成不争事实。近日,为抓住新一轮由移动互联设备引发的半导体产业革命,各大半导体厂商纷纷扩大投入,在设备和研发支出上积极布局。 Intel 已开始研发 14-7nm 制程并考虑布局 450nm18inch 晶圆同时扩充大连 fab68 产能, Globelfoundry 在纽约和德累斯顿建厂及扩充产能, Sumsung 选址西安扩建 22nm 生产线 fab 生产 flash 产品,台积电 TSMC 也扩大资本支出在设备及 22-14nm 工艺研发上,联电 UMC 在新竹工业园实现第五第六期 fab 厂房的破土仪式积极扩张 28nm 产能,包括中芯国际 SMIC 亦与北京政府敲定在经济开发区开展第二期合作事宜,扩建 2 座 12 寸 fab ,以期扩大 45-28nm 产能同时追赶 22nm 技术,不知国有的华虹阵营将有何动作,恐怕不会大肆扩张逻辑制程,继续保持其所谓“差异化”竞争模式。虽然, Erpida 破产并购事宜还没落下帷幕,同时瑞萨电子和 Intersil 等 fabless 厂商也传出大规模裁员的消息,但在 moore 定律走到头之前,技术节点的推进和产业市场的发展速度总体不降反增。半导体制造业的新一轮布局初见端倪,美国政府有心促进优质制造业的回流,日系被韩系压制, SONY Sharp Panasonic 三洋电机等往日大鳄都陷入亏损泥潭,似乎仅 toshiba 维持赢利,余下则倾向于在亚洲尤其我国大陆和台湾地区,以及新加坡和马来西亚。看来真如 isuppli 等机构预言的那样,在未来的一两年内赢来一轮产业的小高潮看来问题不大了,设备和工具厂商当瞄准行情和机遇,顺势而为,没准儿我们公司也借着 02 专项的东风和这波行情 IPO 了,我也跟着鸡犬升天了,呵呵,想多了。。。。。
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一个小物理问题求教
热度 1 wliming 2012-11-9 11:48
一片金属和一片本征半导体中间夹一层很薄的绝缘层(三明治结构)。在金属和半导体上加上电压(假设金属为负电压-V,半导体接地)。金属中的电子的能量假设具有自由电子色散关系,即 $ p^2/2m $.由于电压的作用金属中的电子会通过隧道效应向半导体透射形成电流。现在问,入射电子的动量(或者波矢)跟电压的关系如何。 我设置了阅读权限为注册用户。好像能看到我这博文的人不多啊。
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[转载]电场对半导体Fermi能级的影响
plgongcat 2012-11-4 17:36
电场对半导体Fermi能级的影响 2010-07-08 11:09:12 |分类: 微电子物理 |标签: 电场 内建电场 能级 fermi 半导体 | 字号 订阅 (Fermi能级与准Fermi能级的区别怎样?在什么情况下Fermi能级会发生变化?在什么情况下Fermi能级不发生变化?) 半导体中的电场可以是内建电场,也可以是外加电场。这些电场将要使其中载流子的势能分布发生变化,并从而影响到半导体的 Fermi能级 。 (1)外加电场的影响: 见图(a),当n型半导体上加有外电场时,多数载流子——电子即从负电极端流向正电极端,并 在外电路产生电流;这种作用在能带图上就表示为能带的倾斜。因为导带底可以认为是电子的电势能,在负电极端的势能高,在正电极端的势能低,从而外电场即使 得能带图发生倾斜;能带倾斜的程度即决定于外加电场的大小(电场的大小就等于势能的梯度)。 注意:有外电场作用时,半导体的Fermi能级也将随着导带底的变化而发生相应的倾斜,因为这时外电场已经打破了半导体的热平衡状态,即半导体是处于 非平衡状态 ,则整个半导体中不可能存在统一的Fermi能级(严格说来,这时Fermi能级的概念已经失去了意义);只可以分别有电子的、和空穴的“ 准Fermi能级 ”(图(a)中示出的是电子的准Fermi能级),这些准Fermi能级的位置(与导带底的距离)即反映了载流子浓度的高低状况。这时电子的准Fermi能级与导带底的距离始终不变,即表明半导体中电子浓度的仍然保持为均匀的——外电场并不改变载流子浓度的分布。 若在半导体的两端加有电压V,则电子的、或者空穴的准Fermi能级在两端的差别即为qV。可见,电压越高,半导体中的电场越强,则能带和Fermi能级的倾斜也就越大。 (2)内建电场的影响: 内建电场是半导体处于热平衡状态时,在内部因为载流子浓度分布不均匀所自动产生出来的一种电场。这种载流子浓度分布的不均匀性可以是掺杂不均匀所引起的,也可以是辐照不均匀等所引起的。 例如,若在n型半导体中的施主原子浓度不均匀(左端高、右端低),如图(b)所示,那么在半 导体内部就会自动产生出一个阻挡多数载流子扩散的内建电场,以维持整个半导体内部的平衡。内建电场以及相应的内建电压,都是半导体处于热平衡状态时内部出 现的一种现象,它们并不能呈现于外表(若用一根导线把半导体的两端连接起来,并不产生电流)。可见,半导体中存在电场时,并不一定就是非平衡半导体,即热 平衡半导体中也可以出现电场和空间电荷。 内建电场有驱赶载流子的作用。因此,在图(b)所示的情况中,左端电子浓度大、右端电子浓度小,在中间区域基本上就没有了载流子——载流子被耗尽了,这时的内建电场区域就称为 耗尽层 ,这是一种近似的看法,即称为 耗尽层近似 。 这时虽然能带倾斜,但由于Fermi能级不变,所以Fermi能级与导带底的距离,在左、右两边的不同——左边小、右边大,这也说明了电子浓度在左边高、右边低;正是由于这种电子浓度的不均匀,才造成了内建电场。 pn结在热平衡时,其中空间电荷区中的Fermi能级和内建电场也就是这里所说的情况。 转载:http://blog.163.com/xmx028@126/blog/static/13164607120106811912914/
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[转载]黄昆
chnfirst 2012-10-17 14:43
http://zh.wikipedia.org/wiki/%E9%BB%84%E6%98%86 黄昆 (1919年9月2日-2005年7月6日),中国著名 物理学家 、中国 固体物理学 和 半导体物理学 的奠基人之一、 中国科学院院士 、 第三世界科学院 院士, 北京大学 教授。2001年度 中华人民共和国国家最高科学技术奖 获得者。 生平 黄昆出生于 北京 ,祖籍为 浙江 嘉兴 。1941年毕业于 燕京大学 物理系,获理学学士学位。1944年,获 西南联合大学 北大研究院理学硕士学位。1945年赴 英国 学习。1947年,获 布里斯托尔大学 博士学位。此后至1951年,先后在 爱丁堡大学 和 利物浦大学 进行访问学者与博士后研究。1954年,黄昆与 诺贝尔物理学奖 获得者 马克斯·玻恩 合著的《晶格动力学》出版。    1951年,黄昆回到北京,任 北京大学物理系 教授直至1977年。之后任 中国科学院 半导体研究所所长至1983年。 科学成就 1947年提出固体中 杂质缺陷 导致 X射线 漫散射 的理论,被称为“ 黄散射 ”; 1950年与 里斯 共同提出了多声子的 辐射 和 无辐射跃迁 的 量子 理论;同期 佩卡尔 发表了相平行的理论,被国际上称为“ 黄-佩卡尔理论 ”或“ 黄-里斯理论 ”; 1951年提出了 晶体 中 声子 与 电磁波 的 耦合振荡模式 ,当时提出的方程,被称为“ 黄方程 ”。 主要著作 《 晶格动力学理论 》玻恩,黄昆著 葛惟锟,贾惟义译 北京大学出版社 1989 ISBN 7-301-00836-8 《半导体物理进展与教学》黄昆著 《半导体物理学》黄昆, 谢希德 著 科学出版社 1958 《固体物理学》黄昆著,韩汝琦改编 高等教育出版社 1988 ISBN 7-04-001025-9 《半导体和它的应用》 黄昆著 北京科学普及出版社 1956 http://baike.baidu.com/view/30785.htm 1. 中科院院士、中国半导体技术奠基人 编辑本义项 黄昆 求助编辑 百科名片 黄昆(1919-2005) 世界著名物理学家、中国固体和 半导体物理学 奠基人之一、杰出 教育家 。浙江 嘉兴 人。自幼勤奋学习,热爱 自然科学 。 西南联大 毕业后从事物理理论研究,大胆预言与晶格中杂质有关的X光漫散射,后称为黄散射。受邀与 玻恩 著《 晶格动力学 》,至今仍是该领域权威著作。提出“黄方程”和由此引伸的极化元的重要概念,对 理论物理 发展作出重要贡献。1956年北大任教主持中国 半导体物理 专业的创建工作,著《 固体物理学 》为中国 信息产业 培养第一批人才。1977年任科学院半导体所所长为中国半导体科学技术的复苏发挥重要作用。2001年获 国家最高科学技术奖 。 中文名: 黄昆 国籍: 中国 出生地: 北京 出生日期: 1919年9月 逝世日期: 2005年7月6日 职业: 中国物理学家、教育家等 主要成就: 中国固体物理学先驱 中国半导体技术奠基人 人物简介    黄昆 固体物理、半导体物理学家。浙江 嘉兴 人。1941年毕业于燕京大学。1944年获得 北京大学 理科研究所硕士学位。1948年获英国布里斯托 黄昆 尔大学博士学位。1955年选聘为 中国科学院院士 (学部委员)。1980年当选为瑞典皇家科学院外籍 院士 。1985年当选为 第三世界科学院院士 。 中国 科学院半导体研究所研究员、名誉所长。是国际著名的中国物理学家、 教育家 、中国固体物理学先驱、中国半导体技术奠基人。   主要从事固体物理理论、 半导体物理学 等方面的研究并取得多项国际水平的 成果 ,是中国半导体物理学研究的开创者之一。 50 年代与合作者首先提出多声子的辐射和无辐射跃迁的量子理论即“黄-佩卡尔理论”;首先提出晶体中声子与电磁波的耦合振动模式及有关的基本方程(被誉为黄方程)。40年代首次提出固体中杂质缺陷导致 X光漫散射的理论(被誉为黄散射)。证明了无辐射跃迁绝热近似和静态耦合理论的等价性,澄清了这方面的一些根本性问题。获2001年度国家最高科学技术奖。 人物介绍    黄昆   国际著名的中国 物理学家 、教育家、中国固体物理学先驱、中国 半导体 技术奠基人。   黄昆1919年9月出生于 北京 ,1941年毕业于 燕京大学 ,1944年毕业于 西南联合大学 的 北京大学 理科研究所,获硕士学位,1947年在 英国布里斯托大学 获得博士学位。   黄昆获得博士学位后曾在 英国 爱丁堡大学 物理系、 利物浦大学 理论物理系从事研究工作。   1951年,黄昆回到北京大学任物理系教授,1977年后任 中国科学院 半导体研究所所长直到退休。   黄昆早年在爱丁堡大学与著名物理学家、诺贝尔奖得主 玻恩 教授一起从事研究工作,合著了在固体物理学界享有声誉的《 晶格动力学 》一书。1956年,黄昆在北京大学物理系任教授期间,参与创建了中国第一个半导体物理专业,为中国信息产业培养了第一批人材。在北京大学任教期间,黄昆还主持本科生教学体系的创建工作,并著有《 固体物理学 》教材,享有盛誉。   1977年后,在 邓小平 的过问下,黄昆出任 中国科学院半导体研究所 所长。2001年,黄昆与其北大校友 王选 一同获得了该年度 国家最高科学技术奖 。   2005年7月6日,16时18分,黄昆在北京逝世,享年86岁。   黄昆的主要荣誉包括1955年中国科学院第一批学部委员(今 中国科学院院士 )、2001年国家最高科学技术奖、瑞典皇家科学院外籍院士、 第三世界科学院 院士、全国“五一”劳动奖章获得者和1995年度 何梁何利基金 科学与技术成就奖获得者。黄昆还是 中国人民政治协商会议全国委员会 第五、六、七、八届常务委员。黄昆是中国共产党党员、 九三学社 社员。 黄昆的一生   黄昆的一生和诺贝尔奖 大师 紧密相连,从英国布里斯托大学到爱丁堡大学,再到利物浦大学,从诺贝尔奖获得者 莫特 教授到玻恩教授,黄昆的第一个“黄金时代”到来了。物理学大师玻恩是量子力学的 创始人 ,也是晶体原子 运动系统 理论的开创者,早在 第二次世界大战 期间,玻恩就打算从量子学 青年黄昆 最一般原理出发,写一部关于晶格动力学的专著,但战后因忙于他事且年事已高,此事一度搁置。1947年5月中旬,黄昆来到了 爱丁堡大学 玻恩教授处短期工作,工作中玻恩发现黄昆熟悉这门学科,且有深邃见解,便将完成用量子力学阐述晶格动力学理论的《晶格动力学》专著的重任交给了黄昆,同时交给他的还有玻恩的一些残缺不全的旧手稿……   黄昆从1948年开始,在4年时间内不仅以严谨的论述和非常清晰的物理图像对这个固体物理学中的最基本领域进行了系统的总结,而且还以一系列创造性的工作发展和完善了这个领域。“有一段时间,我同玻恩教授还发生了争论……”谁也没想到,黄昆当初写进的内容在1960年 激光 发现以后,一一被实验证实。由此,奠定了他在固体物理学领域的权威地位。玻恩这位诺贝尔奖获得者也伸出了大拇指,他在给 爱因斯坦 的信中说:“书稿内容现在已经完全超越了我的理论……” 感动中国   颁奖辞:他一生都在科学的世界里探求真谛,一生都在默默地传递着知识的薪火,面对名利的起落,他处之淡然。他不仅以自己严谨和勤奋的科学态度在科学的领域里为人类的进步做出卓越的贡献,更以淡泊名利和率真的人生态度诠释了一个科学家的人格本质。 保送燕京   黄昆于1919年9月2日诞生在北京,祖藉为浙江 嘉兴 。父亲当时是中国银行高级职员。母亲贺延祉,籍贯 湖南 ,毕业于 北京女子师范大学 ,也在银行工作。黄昆是家中最小的孩子,他的大姐名黄宣,大哥 黄燕 ,二哥黄宛(我国著名心脏内科专家),姐弟四人年龄依次相差一岁,手足情深而又互相影响。他们的名字都取自于北京的地名,黄昆的“昆”来自于“ 昆明湖 ”,黄宛的“宛”来自于“ 宛平城 ”,黄燕的“燕”来自于“ 燕山 ”,黄宣的“宣”来自于“ 宣武 ”。家庭较高的文化素养和毫无拘束的气氛,特别母亲为人严肃认真,对黄昆少年时期成长影响很大。   一般而言,许多著名科学家在少年,甚至童年就显示出其天赋。然而,黄昆却自认为他属于智力发育滞后的类型。在谈及现在中小学生的负担太重问题时,黄昆以切身经历为例,认为,小学学习不必要求太高,但中学打的基础却会影响一个人的一辈子。   黄昆先后在北京蒙养园、北京师大附小、上海光华小学(在 静安寺 附近一条弄堂里,黄昆在那里呆了一年多)上学。他回忆自己小学阶段,除去很早就识字,在小学时期常读小说和学会加减乘除之外,似乎没有学更多的知识。他还记得,他小学期间最出色的一次表现,是在三年级北京史地课考试得第5名。他带回给母亲的奖品,是一份 北京城 的油印讲义。为此,他始终为能熟练说出北京城所有内外城门名而感到自豪。 中学打基础   关于中学打基础影响一辈子,黄昆有正反两方面的经历。   黄昆在上海光华小学五年级没读完,随家搬迁回到了北京。黄昆的伯父黄子通当时在 燕京大学 哲学系任教授,黄昆暂住在伯父家中,并插班就读于燕京大学附中初中。他在这里只学习了半年,就转学到通县 潞河中学 。但是,这短短的半年,对黄昆以后的发展却有长远的影响。黄昆的伯父偶然看见黄昆课后很空闲,就询问他原因。黄昆回答说,老师交待的 数学 作业都已完成。他伯父说,那怎么行,数学课本上的题全都要作。自此,黄昆就这样做了。从此他的数学课一直学得很好,并发生了浓厚兴趣。转入到潞河中学后,这习惯不仅仍延续下来,并带动了其它学科的学习。黄昆后来回顾,这一偶然情况有深远影响。由于他下课就忙于自己作题,很少去看书上的例题,反而使他没有训练出“照猫画虎”的习惯。 治学要点   黄昆治学一个重要特点,“从第一原理出发”,其习惯也许就是在中学开始培养的。   潞河中学前身可以追溯到1867年由 美国 一个牧师创办的 通州 男塾。1889年,它演 黄昆文集 变成包括小学、中学、大学和神学院的 潞河书院 。以后又先后更名为协和书院,华北协和大学。1918年,华北协和大学与汇文大学合并组成燕京大学,而协和大学附设中学部仍保留在通州原址,叫潞河中学。潞河中学虽然是教会学校,但1927年以后,由华人任校长,取消“圣经”必修课。潞河中学的校训为“人格教育”。黄昆是学习上的优等生,除语文课外,他的高中三年学习总成绩始终保持在全年级之首。黄昆兄弟三人都就读于潞河中学。他的大哥因为休学两年,与他同班,数学成绩只有30来分,在黄昆带动下,黄燕的数学成绩也很快就超过了及格线。潞河中学每个礼拜都有全校大会,黄氏三兄弟穿自己家做的布鞋,被校长在全校大会上表扬。   黄昆自己认为,他中学时代反面教训是,中学语文课没有学好。就像大多数中学男生一样,对于老师出的作文题,黄昆觉得,不是一句话就解答了,就是无话好说。后来黄昆回顾自己生涯,认为其后果影响了自己一辈子。例如,1936年黄昆从潞河中学毕业,拟学工科。他报考过 清华大学 和北洋工学院,但都未被录取,原因就是语文成绩太差的缘故。黄昆在生平自述中写道:   “我于1944年参加了当时‘ 庚子赔款 ’留美和留英两项考试。留美考试未录取,后来通过别人查分数才知道我的语文考试只得了24分。在留英考试中,我的作文只写了三行就再写不下去了,只好就此交卷。后来得知,我居然被录取。这曾使我大吃一惊。以后有机会看到所有考生的评分,这才知道这位中文考官显然眼界很高,而打分又很讲分寸,很多考生的中文成绩都是40分,再没有比这更低的分数,我当时是其中之一。以后虽然没有再考语文,但是语文这个关远没有过去。顺便可以提到,我的语文基础没有打好,多少年来,在各个时期,各种场合都给我带来不小的牵累(从早年的考试到以后的写作,以至讲话发言)。近年来,不少场合要你讲点话或是让你题词,我只能极力推辞,而 主持人 则很难谅解。这总使我想起中学语文老师出了题我觉得无话可说的窘况。”   1937年,黄昆通过潞河中学向燕京大学的保送考试,进入燕京大学,并根据自己的优势和兴趣,选定物理为学习专业。 群英荟萃    抗日战争 爆发后,中国的三所著名大学: 清华 、北大、南开迁至 云南 昆明,1938年春组成 国立西南联合大学 。在中国人民抗战最艰难困苦的年代,培养出 杨振宁 、 李政道 、黄昆、 张守廉 、李荫远、黄授书、 邓稼先 、 朱光亚 等一大批杰出人材。开出 中国教育史 上最绚丽的一朵奇葩。    西南联大 物理系规模虽然不算大,但是人材济济,中国物理学界许多学术造诣很深的知名教授都在这里执教。当时“清华有 叶企荪 、吴有训、 周培源 、赵忠尧、王竹溪、 霍秉权 ;北大有 饶毓泰 、朱物华、 吴大猷 、郑华炽、 马仕俊 ;南开有 张文裕 ,还有许贞阳。西南联大的数学师资也为当时国内一时之选。   清华有 杨武之 、郑洞荪、 陈省身 、华罗庚、许宝马录;北大有 江泽涵 ;南开有 姜立夫 。在西南联大,物理系每年级只有一班,约三四十人。生活条件十分艰苦,都住在学校泥墙草顶的宿舍里。   1941年秋,黄昆在获得燕京大学学士学位后,经 葛庭燧 先生介绍,来到西南联大任 助教 。从北京到昆明,黄昆路经青岛、 上海 、香港、 桂林 、贵州,路上整整花了2个多月。系主任饶毓泰先生在第一次接见黄昆时对他说,这里人很多,根本不需要助教。你在这儿就是钻研学问作研究。事实也确是如此。   黄昆的教学任务只是每周带一次 普通物理实验 。吴大猷让他半做 研究生 ,半做助教,这样他可以得到一些收入。   由于张守廉的缘故,黄昆很快地结识了和张同班的杨振宁。他们三人学习思考风格迥异,但都是绝顶聪明的人。他们一起上吴大猷和其他先生的课,通过课后讨论,他们彼此加深了人品学问的了解。 师从莫特   1944年黄昆、杨振宁、张守廉西南联大研究生毕业。黄昆被“庚子赔款”留英公费生录取。“庚子赔款”留英公费生是在1930年设立的,比庚款留美公费生晚得多。第八届“庚子赔款”留英公费生,物理学共有两个名额, 洪朝生 考取了另一名额。洪朝生同时也考取清华第六届留美公费生无线电专业,他决定去美国留学,庚款留英的另一名额由 梅镇岳 递补。按庚款留英公费生规定,去英国什么学校,选哪位科学家做导师,都可以先由本人提出志愿,再取得接收方的同意。当时,有一位英国教授给联大捐赠了一大批在英国出版的科学书籍。黄昆对这批书很感兴趣,大多翻阅了一下。引起他特别注意的是一位名叫莫特的英国科学家。 莫特 写了三本书:《原子的碰撞理论》、《金属与合金的电子理论》、《离子晶体中的电子过程》。这三本专著覆盖了三个很不相同的领域,每一本专著的出版,都标志着一个 学科方向 的诞生。这使黄昆感到这位科学家的学识非常渊博。   另外,黄昆也被后两本书的丰富新颖内容所吸引,觉得莫特所研究的领域非常丰富多彩。基于这两方面原因,黄昆决定到布列斯托(B r is to l)大学做莫特教授的博士生,并被莫特接受。可以说,黄昆选做莫特教授的研究生,实际上也把自己将来的研究方向选定为固体物理学。黄昆能在学科发展早期进入这一大有作为的科学领域,应该说,这是一种难得的机遇。但是,机遇或大或小,一个人一生中都会碰到。没有准备,机遇将擦肩而过;有了充分准备,机遇就会被抓住。正是在燕京大学自学量子力学打下了扎实的基础,在西南联大有名师指点,优秀同学激励和良好学风这样的环境里,加上自己刻苦钻研,黄昆在固体物理发展的黄金年代,抓住机遇,做出重大贡献。   1945年8月,黄昆终于在布列斯托大学做了莫特的研究生,他也是第二次世界大战结束后莫特招收的第一个博士生。因无序系统的电子结构而荣获1977年 诺贝尔物理奖 的莫特,当时还是一位很年轻的教授,但已是国际上著名的固体物理学家。 凤凰涅磐   1977年,黄昆被调到科学院半导体研究所任所长。黄昆认为既然 黄昆(右) 身在研究所,自己就必须在科研第一线工作。在研究所不做研究,情理难容。但是,研究中断了近30年,这30年国内外科技发展日新月异,自己年龄已近60,研究怎样才能做得起来呢?黄昆想,科学家老了会掉队大概有两个原因,一是知识老化,特别是 基础理论 和方法跟不上发展;二是由于地位,容易脱离第一线的具体工作以致自己原来的老本也会逐步忘记。他分析自己的情况,认为,要把几十年基础理论的发展认真地补上,恐怕是做不到的。   但是,承认这个局限性,并不等于不能做研究。他拿定主意,要坚持自己动手做第一线的具体工作,要去做自己能做的事。   黄昆在国际物理界沉寂近30年后,又重新活跃起来。他开始了他研究生涯中第二个活跃时期:1980-1990年。正如国际著名固体物理学家, 德国 马克斯普朗克协会固体物理研究所前所长卡多纳(M.Cardona)描述黄昆,“他好比现代的凤凰涅磐,从灰烬中飞起又成为世界领头的固体物理学家”。 治学之道   黄昆研究教学60载,形成了自己鲜明的治学风格。黄昆先后师从吴大猷、莫特、 波恩 三位大师,其中莫特对他的影响最大。他有选择地吸取了三位大师的治学之道,在60载的研究教学中,形成了自己独特而鲜明的治学风格。 黄昆名言   黄昆把自己的一生科学研究经历归结为:一是要学习知识,二是要创造知识。对做科学研究工作的人来讲,归根结底在于创造知识。而学习知识与创造知识,黄昆从自己的切身经历和观察别人的经验教训,归纳出两句名言:   (1)“学习知识不是越多越好,越深越好,而是要服从于应用,要与自己驾驭知识的能力相匹配。”   (2)“对于创造知识,就是要在科研工作中有所作为,真正做出点有价值的研究成果。为此,要做到三个‘善于’,即要善于发现和提出问题,尤其是要提出在科学上有意义的问题;要善于提出模型或方法去解决问题,因为只提出问题而不去解决问题,所提问题就失去实际意义;还要善于作出最重要、最有意义的结论。”这两句名言确实是黄昆的经验之谈,我们应当作座右铭而牢记。 老骥伏枥   黄昆在科学上的 成就 受到了国际学术界的高度评价,也得到祖国和人民的承认。1955年,年仅36岁的黄昆就当选为 中国科学院学部委员 ,是当时所有委员中最年轻的一名。改革开放以来,黄昆当选为瑞典皇家科学院外藉院士(1980年)、第三世界科学院院士(1985年)、国际纯粹物理和应用物理协会(IUPAP)半导体委员会委员(1985-1988年)。黄昆除了担任中国物理学会 理事长 、科学院数理学部常委,还被选为 中华人民共和国 第三届全国 人民代表大会代表 (1964年),当选为 中国人民政治协商会议 第五届全国委员会常务委员会委员(1978年),以后分别连任第六届、第七届、第八届政协常委。他也曾获得中央国家机关 优秀共产党员 称号,全国“五一”劳动奖章,2001年,获中华人民共和国最高科学技术奖。 贡献   黄昆,青年时代做出了卓越的贡献,中年时期献身于祖国教育事业,60岁后又重攀上世界科学高峰,如今桃李满天下,闻名海内外。可以说,除了诺贝尔奖,作为一个中国物理学家,黄昆几乎得到了所能得到的一切荣誉。但是, 老骥伏枥,志在千里 ,烈士暮年,壮心未已。黄昆已年逾八旬时,身患帕金森病,仍每天上午去中国科学院半导体研究所上班,他仍在为祖国的科学技术发展而呕心沥血。 逝世   黄昆于2005年病逝,享年86岁。 主要著作   《晶格动力学理论》玻恩,黄昆著 葛惟锟, 贾惟义 译 北京大学出版社 1989 ISBN 7-301-00836-8《半导体物理进展与教学》黄昆著   《半导体物理学》黄昆, 谢希德 著 科学出版社 1958   《固体物理学》黄昆著, 韩汝琦 改编 高等教育出版社 1988 ISBN 7-04-001025-9   《半导体和它的应用》 黄昆著 北京科学普及出版社 1956
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半导体里程碑 A timeline of Semiconductors in Computers
热度 2 WanghuataoHIT 2012-9-22 18:30
Pre-1940 A timeline of Semiconductors in Computers 的中文翻译, 原文网址: http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline.html 仅供学习之用,无任何商业用途。材料完善中 Only for learning, no commercial use, copyright owned by the Computer History Museum. 1833 : 半导体现象的首次发现 FirstSemiconductorEffectisRecorded 1874 : 半导体点接触整流效应的发现 SemiconductorPoint-ContactRectifierEffectisDiscovered 1901 : 半导体整流器取得探测器专利 SemiconductorRectifiersPatentedasCat'sWhiskerDetectors 1926 : 场效应半导体器件概念申请专利 FieldEffectSemiconductorDeviceConceptsPatented 1931 : 电子半导体理论的发表 TheTheoryOfElectronicSemi-ConductorsisPublished 1940s 1940 : pn结的发现 Discoveryofthe p-n Junction 1941 : 二战中的半导体二极管整流器 SemiconductordioderectifiersserveinWWII 1947 : 点接触晶体管的发明 InventionofthePoint-ContactTransistor 1948 : 结晶体管的概念 ConceptionoftheJunctionTransistor 1948 : 欧洲晶体管的发明 TheEuropeanTransistorInvention 1950s 1951 : 第一生长结晶体管的制备 FirstGrown-JunctionTransistorsFabricated 1951 : 区域精炼的发展 DevelopmentofZoneRefining 1952 : 贝尔实验室授权晶体管技术 BellLabsLicensesTransistorTechnology 1952 : 消费类晶体管产品的出现 TransistorizedConsumerProductsAppear 1953 : 晶体管计算机的出现 TransistorizedComputersEmerge 1954 : 硅晶体管提供优越的工作特性 SiliconTransistorsOfferSuperiorOperatingCharacteristics 1954 : 晶体管开发的扩散过程 DiffusionProcessDevelopedforTransistors 1955 : 氧化物掩蔽膜的发展 DevelopmentofOxideMasking 1955 : 光刻技术在硅器件中的应用 PhotolithographyTechniquesAreUsedtoMakeSiliconDevices 1956 : 硅片在硅谷首次出现 SiliconComestoSiliconValley 1958 : 隧道二极管高速半导体开关 TunnelDiodePromisesaHigh-SpeedSemiconductorSwitch 1958 : 硅台面晶体管进入商业生产 SiliconMesaTransistorsEnterCommercialProduction 1958 : 所有半导体固态电路得以证明 AllsemiconductorSolidCircuitisdemonstrated 1959 : “平面”制造工艺的发明 InventionofthePlanarManufacturingProcess 1959 : 实用单片集成电路概念申请专利 PracticalMonolithicIntegratedCircuitConceptPatented 1960s 1960 : 第一个平面集成电路的制作 FirstPlanarIntegratedCircuitisFabricated 1960 : 金属氧化物半导体(MOS)晶体管的论证 MetalOxideSemiconductor(MOS)TransistorDemonstrated 1960 : 外延沉积过程中提高晶体管的性能 EpitaxialDepositionProcessEnhancesTransistorPerformance 1961 : 硅晶体管超过锗晶体管的速度 SiliconTransistorExceedsGermaniumSpeed 1961 : 专用半导体测试装置问世 DedicatedSemiconductorTestEquipmentEntersCommercialMarket 1962 : 航天航空系统首先在计算机中应用集成电路 AerospacesystemsarefirsttheapplicationsforICsincomputers 1963 : 互补金属氧化物半导体电路的研发 ComplementaryMOSCircuitConfigurationisInvented 1963 : 标准逻辑集成电路家族介绍 StandardLogicICFamiliesintroduced 1964 : 混合型微型电路达到生产总量的高峰 HybridMicrocircuitsReachPeakProductionVolumes 1964 : 第一个商业MOS集成电路的介绍 FirstCommercialMOSICIntroduced 1964 : 第一个被广泛使用的模拟集成电路出现 TheFirstWidely-UsedAnalogIntegratedCircuitisIntroduced 1965 : “摩尔定律”预测集成电路的发展走向 Moore'sLawPredictstheFutureofIntegratedCircuits 1965 : 主机开始采用集成电路 MainframeComputersEmployICs 1965 : 封装成为系统设计首要问题 PackageistheFirsttoAccommodateSystemDesignConsiderations 1965 : 半导体只读存储器芯片的出现 SemiconductorRead-Only-MemoryChipsAppear 1966 : 半导体高速读写存储器 SemiconductorRAMsServeHigh-speedStorageNeeds 1966 : 集成电路计算机辅助设计工具的开发 ComputerAidedDesignToolsDevelopedforICs 1967 : 核心设备供应商改变工业动向 TurnkeyEquipmentSuppliersChangeIndustryDynamics 1967 : 专用集成电路采用电脑辅助设计 ApplicationSpecificIntegratedCircuitsemployComputer-AidedDesign 1968 : 专用电流源IC集成了数据转换功能 DedicatedCurrentSourceICIntegratesaDataConversionFunction 1968 : 集成电路的硅栅技术开发 SiliconGateTechnologyDevelopedforICs 1969 : 肖特基势垒二极管双打的速度内存与逻辑 Schottky-BarrierDiodeDoublestheSpeedofTTLMemoryLogic 1970s 1970 : MOS动态存储器和磁芯存储器相争 MOSDynamicRAMCompeteswithMagneticCoreMemoryonPrice 1971 : 可编程只读存储器 ReusableProgrammableROMIntroducesIterativeDesignFlexibility 1971 : 将微处理器的功能集成到CPU芯片上 MicroprocessorIntegratesCPUFunctionontoaSingleChip 1974 : 通用单片机家族公布于世 General-PurposeMicrocontrollerFamilyisAnnounced 1974 : 电子手表是第一个系统芯片集成电路 DigitalWatchisFirstSystem-On-ChipIntegratedCircuit 1974 : 量化集成电路工艺设计规则的缩放 ScalingofICProcessDesignRulesQuantified 1978 : 用户可编程逻辑设备的出现 PALUser-ProgrammableLogicDevicesIntroduced 1979 : 单芯片数字信号处理器出现 SingleChipDigitalSignalProcessorIntroduced
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[转载]国务院副总理李克强考察中国科学院半导体研究所
whyhoo 2012-6-20 09:00
李克强在考察中科院半导体研究所时强调 依靠体制改革与科技创新 积极培育市场 发展新兴产业 新华社北京6月19日电 中共中央政治局常委、国务院副总理李克强18日到中国科学院半导体所考察。他强调,要围绕经济社会发展和民生改善的需要,着眼促进经济长期平稳较快发展,以体制改革推进结构调整,更好地发挥科技创新驱动作用,积极培育市场,发展新兴产业,保持经济稳定增长,加快转变发展方式。   李克强首先来到半导体照明研发中心和半导体集成技术研究中心,考察新一代光电器件研制平台。科研人员介绍,目前国际上半导体技术与产业发展迅猛,我们正在密切跟踪世界趋势,加快研究和应用步伐。李克强说,在应对国际金融危机中,世界主要国家在努力促进经济复苏和增长的同时,都普遍加大了结构调整的力度,其中一个重要着力点就是面向未来市场,发展新一代信息技术、节能环保、新材料等新兴产业,世界科技与产业正在孕育新的革命性突破。我国要在世界大变革大调整中不落后,进而抢占长远发展制高点,必须大处着眼,细处着手,把稳增长、扩内需、调结构、转方式更好地结合起来,发挥市场“倒逼机制”的作用,既加快改造传统产业,巩固提升原有基础,又加快发展战略性新兴产业,形成新的增长点和综合竞争优势,在这个过程中,要注意防止盲目重复建设,淘汰落后生产能力,从而使经济结构更具抗风险能力、经济增长更有质量效益。   研究所一层大厅里,生动的图板、新颖的产品,展示了半导体照明技术在我国电子、通讯、医疗、农业等领域的应用和节能情况。有关人员介绍,我国是半导体照明产业发展最快的国家之一,有些领域已处于国际领先水平,今年将在全国推广半导体照明产品1000多万只,2015年这一产业的国内规模有望达到5000亿元,可以年节电1000亿度。李克强听了十分高兴。   李克强说,工业化、城镇化是我国发展的巨大潜力所在,能源资源与环境则是发展的最大瓶颈制约,而节能增效是破解这一难题的关键之举。我国绿色发展的市场潜力巨大,仅节能环保领域全国每年就有上万亿元的需求,这是我们的独特优势,能够为相关新兴产业发展提供广阔空间。科技创新要服务发展,着眼应用,注重培育市场,既着力满足现实需求,又深入挖掘潜在需求,以新技术新产品不断开发新需求,通过市场的繁荣壮大引领产业持续发展。这不仅可以增强经济增长的动力,而且能够带动产业结构优化,有利于改善民生,实现一举多赢。   五层的国家重点实验室,汇聚了国家最高科学技术奖获得者师昌绪等众多院士、专家和中青年科研工作者。李克强走进他们中间,与大家亲切交流,了解正在进行的科研项目、在世界相同领域所处的位置,以及未来发展前景等。在与科研人员座谈时,李克强关切询问科研中还需要什么支持,了解科研成果转化应用和青年人才培养等方面的情况。大家反映,实验室是由国内外研究机构、大学共同发起成立的,并吸收了一批中小企业参加,形成了联合投入、合作研发、共享成果的创新联盟,有效调动了各方面的积极性。李克强对此表示赞许。他说,你们通过这种新的科研模式,不仅突破了不少共性和关键技术,也发挥了产业成长“孵化器”的作用,有利于加快高新技术产业化步伐。   李克强指出,科技创新离不开体制创新,结构调整需要结构性改革来推动。要坚持企业的创新主体地位,促进科研机构与企业紧密结合、科技研发与产业化紧密结合,健全科技成果向现实生产力转化的有效机制,形成科研成果有市场、产品创新有来源、企业发展有后劲的良性互动。中小企业是创新主力军,市场风险大、竞争意识强,但存在研发投入不足影响创新能力的问题,通过多种方式建立合作联盟,引导社会资金有效参与,更好地集聚创新要素,这样可以增强他们的创新合力。同时,要完善培养和吸引各类优秀人才的政策措施,进一步激发创新创造创业活力。他鼓励科研人员大胆创新,勇攀高峰,争创世界一流。   国务院有关部门负责人参加了上述活动。 原文见 http://www.gov.cn/ldhd/2012-06/19/content_2165283.htm
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"继续学习." 共勉之!
热度 1 jitaowang 2012-6-3 09:00
"继续学习." 共勉之!
2012年6月2日参加了复旦大学物理系成立60周年的 78 级半导体专业班 毕业 30 周年的聚会活动, 并送给参加聚会的26人每人一张卡片(见以下附图). 在会上作了简短的发言, 大意如下: 1. "继续学习." 共勉之! 2. 在我75岁时在美国短时停留时, 从美国大学图书馆看到Clausius的英文版论文集中,发现了几乎被所有热力学教科书长期隐匿的: 1865 年 Clausius 复杂系统热力学第二定律表述 第二基础原理 , 在我所给出的形式中 , 断定所有在自然界中的转变可以按一定的方向 , 就是我已经假定是正的方向 , 不需要补偿地由它们自己进行 ; 但是对相反的方向 , 就是负的方向 , 它们就只可能在同时发生的正转变的补偿下进行 . 3. 于是就发现我们以前摸索得到的热力学完整基本分类同样就是附图中的 基于上述 Clausius 表述的热力学完整基本分类
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[转载]2012有机半导体国际研讨会邀请函和会议进程等
Irasater 2012-6-1 20:29
2012有机半导体国际研讨会.doc 2012 有机半导体国际研讨会邀请函 2012 年 6 月 3 日 至 6 月 4 日 湖南 长沙 尊敬的老师: 您好! 由国家自然科学基金委支持,中南大学主办的 2012 有机半导体国际研讨会( Organic Semiconductor Workshop 2012 )将于 6 月 3 日 至 4 日在湖南长沙举行 ,议题涵盖 有机发光二极管 ( OLED ) 、有机薄膜晶体管 ( OTFT ) 、有机太阳能电池 ( OPV ) ,有机半导体自旋电子学,有机半导体界面等。 有机半导体材料 (OSC) 近年来已发展为一类具有广阔应用前景的新型功能材料,积极开展对有机半导体材料及其器件的深入研究,对占领该领域的学科前沿和发展国民经济均具有重大的意义。此次国际研讨会邀请了众多国内外有机半导体领域的知名专家学者,旨在交流有机半导体最新进展和今后研究的发展方向,开展国内外同行间的合作,形成高水平的研究成果,提高研究生的培养水平,促进形成高水平的研究团队。 因此,我们诚挚地邀请您和您的同事及研究组成员拔冗光临研讨会并介绍工作成果。如能惠临,敬请使用附件 4 的会议回执,于 5 月 18 日以前发至 osc2012@csu.edu.cn 此致 敬礼! 2012 有机半导体国际研讨会组委会 2012 年 5 月 7 日 附件 1 2012 有机半导体国际研讨会日程和会务 一、会议日程: 1. 2012 年 6 月 2 日 ,嘉宾报到,现场注册。 2. 2012 年 6 月 3 日 ,开幕式、大会邀请报告。 3. 2012 年 6 月 4 日 ,大会邀请报告、各分会场小组专题报告。 4. 2012 年 6 月 5 至 6 日,张家界旅游 二、会务相关事项: 1. 报到地点:枫林宾馆(长沙市岳麓区枫林一路 43 号 ) 2. 会议注册:参加研讨会的注册费为人民币 800 元(研究人员)、 600 元(学生),住宿费、旅游费自理; 3. 大会语言:英语; 4. 墙报要求: 120CM *90CM ,请各位代表按要求自行打印并带至会场,按指定位置张贴; 5. 联系人:高永立(组委会主任 ) 邓宏贵(秘书长 13975159948 ) 张小姣(秘书 13973192264 ) Email: osc2012@csu.edu.cn 附件 2 :已应邀出席研讨会的主要嘉宾 已应邀出席研讨会的主要嘉宾 l 美国: Prof. Ching W. Tang, 美国工程院院士,罗切斯特大学教授,有机半导体发光二极管开创人, 2011 年 Wolf 奖得主; Prof. Franky So, 佛罗里达大学; Prof. Bin Hu, 田纳西大学 ; l 德国: Prof. Martin Aeschlimann, 德国凯泽斯劳滕大学教授,自旋分辨 - 时间分辨双光子能谱专家,德国物理学会表面分会主席; l 加拿大 : Prof. Zheng-Hong Lu, 多伦多大学,加拿大国家教授; l 日本: Prof. Nobuo Ueno; 千叶大学; l 新加坡: Prof. Wei Chen; 新加坡国立大学; l 香港: Prof. C.S. Lee, 香港城市大学,讲座教授 ; l 中国:曹镛院士, 华南理工大学;张泽院士,浙江大学;万立骏院士,中科院化学所;黄维院士,南京邮电大学;刘星元研究员,中科院长春光机所;邱勇教授、帅志刚教授,清华大学;闫东航研究员、马东阁研究员,中科院长春应化所; 廖良生教授,苏州大学;李永舫研究员,中科院化学所; 解士杰教授,山东大学 ; 吴镝教授,南京大学;中科院上海技术物理研究所,戴宁 附件 3 :会议日程总表 2012 有机半导体国际研讨会会议日程 时间 内容 参加人员 地点 6 月 2 日 全天 会议代表报到注册 全体代表 枫林宾馆 6 月 3 日 上午 大会开幕式 合影留念 大会邀请报告 全体代表 枫林宾馆 下午 大会邀请报告 全体代表 枫林宾馆 晚上 欢迎晚宴 全体代表 枫林宾馆 6 月 4 日 上午 大会邀请报告 全体代表 枫林宾馆 下午 小组专题报告 全体代表 中南大学 晚上 墙报及讨论 全体代表 中南大学 6 月 5-6 日 两天 会后考察 代表自愿参加 张家界 附件 4 :参会回执 2012 有机半导体国际研讨会参会回执 大会语言:英语 个人信息 姓 名 职务 / 职称 工作单位 联系电话 Email 报告及墙报情况 是否提供 题目 摘要(请包含题目、主要作者、单位及摘要主体内容。) 是否参加张家界旅游 备注: 1. 报告摘要及墙报内容请包含题目、主要作者、单位及摘要主体内容。 2. 参会住宿地点:枫林宾馆,请您填写住宿天数: 天 3. 回执请发至: osc2012@csu.edu.cn ; 4. 回执请您在 5 月 18 日前返回确认。 附近 5 :部分邀请报告情况 部分邀请报告情况 Invited Speakers Name Organization Country/Region Title Yong Cao South China University of Technology China WATER/ALCOHOL SOLUBLE CONJUGATED POLYMERS FOR INTERFACE MODIFICATION IN POLYMER BULK HETEROJUNCTION SOLAR CELLS Lijun Wan Institute of Chemistry, Chinese Academy of Sciences China Structural detail and property measurement of several typical organic molecule-based nanoarchitecture Ze Zhang Zhejiang University China No Zhigang Shuai Tsinghua University China Electron-phonon couplings in organic semiconductors So Franky University of Florida USA Carrier recombination in polymer solar cells Nobuo UENO Graduate SchoolofAdvancedIntegrationScience,ChibaUniversity Japan Unraveling mysteries in organic semiconductors: Charge mobility and energy level alignment Donghang Yan Changchun Institute of Applied Chemistry China Heterojunction effects and some applications in crystalline organic semiconductors Zhenghong Lu University of Toronto Germany Efficient Droop in OLED Liangsheng Liao Soochow University China Challenges of OLED Technology for Lighting Applications in China Ning Dai Shanghai Institute of Technical Physics, CAS China No Dongge Ma Sate Key Laboratory of Polymer Physics and Chemistry, Changchun Institute of Applied Chemistry, Chinese Academy of Sciences China High efficiency hybrid white OLEDs Shijie Xie School of Physics , Shandong University China Theoretical investigation on organic magnetoresistance based on hyperfine interaction Yongfang Li Institute of Chemistry, Chinese Academy of Sciences China Photovoltaic materials for high efficiency polymer solar cells Wei Chen National University of Singapore Singapore Epitaxial Graphene on SiC: Growth Mechanism and Surface Transfer Doping Xingyuan Liu State Key Laboratory of Luminescence and Applications , Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics, Chinese Academy of Sciences China Electrically pumped organic semiconductor microcavity laser Lingling Wang Hunan University China Magnetic Edge-States in Chiral Graphene Nanoribbon with Reconstructed Edges
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[转载]2012有机半导体国际研讨会会议(OSC2012)
Irasater 2012-6-1 19:57
由国家自然科学基金委支持,中南大学主办的 2012 有机半导体国际研讨会( Organic Semiconductor Workshop 2012 )将于 6 月 3 日 至 4 日在湖南长沙举行 ,议题涵盖 有机发光二极管 ( OLED ) 、有机薄膜晶体管 ( OTFT ) 、有机太阳能电池 ( OPV ) ,有机半导体自旋电子学,有机半导体界面等。 此次国际研讨会邀请了众多国内外有机半导体领域的知名专家学者,旨在交流有机半导体最新进展和今后研究的发展方向,开展国内外同行间的合作,形成高水平的研究成果,提高研究生的培养水平,促进形成高水平的研究团队。 研讨会将在枫林宾馆四楼北报告厅召开,每天报告时间为上午8:00-12:00,下午13:30-5:00。双超所(超微结构与超快过程研究所)所有学生承担一定的服务工作。
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研究方向 欢迎同行交流
ltsstu 2012-5-4 21:07
1 、 光功能玻璃,电池材料及光电行业 2 、 新型稀土发光材料(白光 LED 荧光粉) 3 、 贵金属对稀土离子发光的影响 4 、纳米发光材料 5 、上转换发光材料
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[转载]全球首款石墨稀处理器问世(Graphene)
热度 1 ZhipingZeng01 2012-4-8 13:50
全球首款石墨稀处理器问世 位在波兰 Bytom 的 Digital Core Design 是全球知名的设计实验室,该机构日前宣布,已经开发出全球首款采用石墨稀(Graphene)制造的处理器── BYT-ON 。 2004年,人们首度发现石墨稀是一种碳同位素异构体(allotrope of carbon)。石墨稀是由单层碳原子紧密堆积成蜂巢状的平面二维晶格结构,它与许多传统材料截然不同。石墨稀本质上是一种半金属或零间隙的半导体。其E-k关系在接近二维六角形布里元区(Brillouin zone)的六个角附近是低能带线性的,这导致了电子和电洞的有效质量为零。由于这些在低能带的线性扩散效应,接近这六个点的电子与电洞会表现出如同狄拉克方程式(Dirac equation)针对自旋1/2粒子所描述的相对论粒子(relativistic particles)行为。 最终结果便是获得能以相对论速度传输电子讯号的石墨稀导体,以石墨稀为基础的电晶体能够达到比传统矽元件快上许多数量级的开关速度,而且功耗更低。石墨稀一直是科学研究人员梦寐以求的材料,事实上,2010年,曼彻斯特大学(University of Manchester)的Andre Geim和Konstantin Novoselov便是以「For groundbreaking experiments regarding the two-dimensional material graphene」获得诺贝尔物理奖。 Digital Core Design在其 BYT-ON 处理器中使用石墨稀,是电子学领域的一大创举。他们并未采用矽架构来建立传统积体电路的方法,而是使用多环芳香族碳氢化合物(polycyclic aromatic hydrocarbons)。“我们我们才刚刚在2011年底展开测试,结果远远超出我们的预期,”Digital Core Design发言人Tomasz Cwienk说。“我们在一款最新的平板电脑中,用新的石墨稀 BYT-ON 处理器取代了既有处理器。我们已经知道 BYT-ON 的功耗可以降到最低,但我们很惊讶地发现,这部平板电脑从2012年一月份开机并以各种方式来执行以来,一直到2012年三月底,整整三个月,我们都不必再为电池充电。” 能够获得这种革命性的成果,或许是由于Digital Core Design所设计的专有架构(该公司已经累积了12年之久的开发经验),这将让石墨稀在电子产业开启全新的应用可能性。这种被应用在 BYT-ON 处理器中的架构称之为 CISKoRISK 2nd Generation ──它能以99.13%接近光速的速度来执行所有的操作程序,而且功耗要比等效的传统矽元件减少99.85%。 编者按:业界现在也传闻全球前十大的FPGA供应商也开始秘密和Digital Core Design商讨,打算将基于石墨稀电晶体架构的BYT-ON作为其在下一代FPGA的基础。在FPGA中采用这项技术的其中一大优势,是采用石墨稀电晶体建构的记忆体单元(包含可配置单元在内),其速度可较SRAM快上几个数量级,密度也会比DRAM和非挥发快闪记忆体高出几个数量级,但功耗却趋近零。此外,石墨稀电晶体也能免除幅射干扰,这让该技术更加适合航太应用,包括太空探测在内。 编译: Joy Teng (参考原文: BYT-ON – World’s first graphene-based processor (graphene-based FPGAs to follow),by Clive Maxfield)
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微电子制造科学与工程_第二章 半导体衬底
WanghuataoHIT 2012-3-24 22:15
第二章 半导体衬底 微电子制造科学与工程 1. 课件 PDF 版 2017年3月8日更新 2 半导体衬底20170308-07.pdf 2. 重要文档 硅片提纯,Siemens Process, Silicon_Purification.pdf 2013年2月22日更新 晶片规格(wacker) wacker_wafer_spec.rar 2013年2月22日更新 工艺过程, GG 综述用 Silicon Crystal Structure and Growth _英文.pdf 2014年3月18日更新 3. 视频 2013年2月22日更新 视频一, 多晶硅的制备 ,英文解说(WACKER) 视频二, 硅片加工工程(高清), 硅片加工过程全模拟 (SVTII), 单晶硅CZ英文解说 视频三, 超薄硅片热处理 视频四, 区熔法单晶提纯 部分资源来源于网络,仅做教学之用
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半导体里程_博物馆_1951_ 第一生长结晶体管的制备
WanghuataoHIT 2012-3-10 09:11
半导体里程_博物馆_1951_ 第一生长结晶体管的制备
在 威廉 · 肖克利的PN结理论被验证 之后(1948年),制造 一个可以工作的结型晶体管仍然面临严峻的挑战。主要问题是缺乏足够纯净,均匀的半导体材料。贝尔实验室的化学家戈登 · 蒂尔认为,将需要大的单晶,锗和硅, 但听从的人很少,包括 肖克利 。 在管理层很少的支持下, 蒂尔建立自己所需的晶体生长设备, 在 机械工程师约翰小和欧内斯特 · 比埃勒技术员的帮助下。 他在 1917 年由波兰化学家 Jan Czochralski 开发的技术的基础上, 用 一个小的 “ 种子 ” 锗晶体在坩埚熔锗 中 慢慢地缩回来,形成一个狭长的单晶。 肖克利这一成就后来被称为 “ 在初期半导体领域最重要的科学 成果 。 采用这种技术,贝尔实验室的化学家 MorganSparks 通过在 熔融锗晶体生长过程中 加入 微小颗粒杂质,制作 pn 结。 在 1950 年 4 月,他和蒂尔开始向熔体中加入两个连续的小球,第一个是 p 型杂质和第二个是 n 型杂质,形成了内层很薄的 NPN 结构。 一年后,这种 “ 生长出的结型晶体管 ” 超越性能最好的点接触晶体管。 在 1951 年 7 月 4 日, 贝尔实验室在一次 会议 上宣布了这一发现,并强调了肖克利的贡献。 Gordon K. Teal(左)和Morgan Sparks在贝尔实验室,1951年 Morgan Sparks在1949年的第一个结晶体管 2006-2007 Alcatel-Lucent. All rights reserved 1951年,首批微瓦级面结型晶体管中的一只 2006-2007 Alcatel-Lucent. All rights reserve 贝尔M1752型商用结晶体管,约在1951年 Courtesy of: Jack Ward - Transistor Museum 译者:哈尔滨工业大学(威海)电子封装 090840111-计孝智 校对:哈尔滨工业大学(威海)电子封装 090840114-刘继伟 版权 copyright by www.nobeprize.org 原文: http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1951-First.html After William Shockley’s theories about p-n junctions had been validated by tests ( 1948 Milestone ), fabricating a working junction transistor still presented formidable challenges. The main problem was lack of sufficiently pure, uniform semiconductor materials. Bell Labs chemist Gordon Teal argued that large, single crystals of germanium and silicon would be required, but few - including Shockley - were listening. With little support from management, Teal built the needed crystal-growing equipment himself, with help from mechanical engineer John Little and technician Ernest Buehler. Based on techniques developed in 1917 by the Polish chemist Jan Czochralski, he suspended a small "seed" crystal of germanium in a crucible of molten germanium and slowly withdrew it, forming a long, narrow, single crystal. Shockley later called this achievement "the most important scientific development in the semiconductor field in the early days." Employing this technique, Bell Labs chemist Morgan Sparks fabricated p-n junctions by dropping tiny pellets of impurities into the molten germanium during the crystal-growing process. In April 1950, he and Teal began adding two successive pellets into the melt, the first with a p- type impurity and the second n- type, forming n-p-n structures with a thin inner, or base, layer. A year later, such “grown-junction transistors” surpassed the best point-contact transistors in performance. Bell Labs announced this advance on July 4, 1951 in a press conference featuring Shockley.
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半导体里程_博物馆_放大
WanghuataoHIT 2012-3-9 18:39
半导体里程_博物馆_放大
在放大的情况下,晶体管用于放大信号,如声音信号的放大。左边是一个用来放大声音信号的电路的例子。进入麦克风的声音被转换成电信号,这个信号在晶体管中被放大。然后这个被放大的声音信号通过电路,直到它到达扬声器。扬声器将这个声音的电信号重新转换成声音。从音箱中发出的声音与进入麦克风的声音是完全相同的,只是更加响亮了。这就是所谓的放大 - 声音被放大了。 译者:哈尔滨工业大学(威海)电子封装 090840228-谢战胜 校对:哈尔滨工业大学(威海)电子封装 090330112-张慧颖 http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/ Amplification .html Amplification In the case of amplification the transistor is used to amplify a signal. One example of such a signal can be a sound. To the left is an example of a circuit that is used to amplify sound signals. The sound entering the microphone is converted to an electrical signal that is amplified in the transistor. This amplified sound signal then travels through the circuit until it reaches the loudspeaker. This speaker converts the electrical sound signal back into a sound. The sound leaving the speaker is the same as the sound that entered the microphone, only much louder. This is called amplification – the sound is being amplified. 版权 copyright by www.nobeprize.org 放大
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半导体里程_博物馆_1966-半导体读写存储器
热度 1 WanghuataoHIT 2012-3-8 18:53
半导体里程_博物馆_1966-半导体读写存储器
半导体里程 _ 博物馆 _1966- 半导体读写存储器 1966 年 , 半导体读写存储器适用于满足高速存储的需要。因为拥有高性能的存储区和高速缓存的应用,双极性的 RAM 开始进入计算机市场 随机读写存储器储存信息变化频繁因此必须快速存取。到 20 世纪 70 年代中期,由于具有最低的单位存储位成本,磁性铁氧体磁芯阵列占据了随机存储技术的主导地位。 1963 年, Robert Norman 在仙童半导体公司研发取得了半导体静态 RAM 的设计专利。在 1965 年, Scientific Data Systems, Santa Monica, CA and Signetics 几家公司合作开发出了一种全解码的 8 位双极型器件,并且在同年晚些时候元器件工程师 Ben Agusta and Paul Castrucci 开发出了 SP95 ——一种用于 IBM 系统的 16 位的 RAM 。 1966 年, Tom Longo 领导的团队为霍尼韦尔公司 4200 型小型计算机设计的 16 位晶体管逻辑电路高速暂存存储器 TMC3162 成为第一个被广泛使用的半导体 RAM 。仙童公司、西尔瓦尼亚公司、美国德州仪器公司也开始制造这种产品。随后产生的 64 位器件有以下几种: IBM 的缓存芯片、仙童公司的 9035 和 93403 ,因特尔的 3101 ,和德州仪器的 SN7489. 1969 年, IBM 纽约州东费西基尔研究中心为 1971 的装运系统生产出了 128 位的器件—— 370 Model 145 ,这是该公司的第一个商业计算机采用的半导体主存储器。 1970 年 4 月,仙童公司使用 H.T. Chua 设计的 256 位晶体管逻辑电路芯片 4100 ( aka93400 )完成了为宝来公司 Illiac IV 设计的半导体主存储系统。使用 Douglas Peltzer’s Isoplanar 的脱氧过程,能够在提高速度的同时减少硅片的消耗。 1971 年, Bill Herndon 据此设计出了一种快速的 256 位晶体管逻辑电路存储器 93410 。以 Isoplanar 过程为基础,克雷一号超级计算机使用了 65000 个仙童公司生产的 1024 位 ECL RAM 。双极性技术能让计算机速度更快,但是它需要使用 MOS 程序来推广低成本的解决方案以便于主存储器得到广泛的多用途的应用。 译者 : 哈尔滨工业大学 ( 威海 )090840212 高丙欢 校对 : 哈尔滨工业大学 ( 威海 )090840213 邱东阳 http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1978- Semiconductor .html 版权 copyright by www.computerhistory.org Metal mask plot for a 16-bit bipolar TTL RAM. Screen image from a 1967 TV documentary 具有16位双极性晶体管逻辑电路读写存储器的金属掩膜图片 拍摄于一部1967年的电视纪录片 128-bit bipolar RAM designed for the IBM System/360 Model 145 main memory is compared to a magnetic core array 为IBM系统设计的128位双极性RAM,主存储器是磁芯阵列 256-bit TTL RAM used in the Illiac IV Processor Element Memory 256位晶体管逻辑电路RAMIlliac IV处理机器件存储器中使用的256位晶体管逻辑电路RAM The Cray 1 supercomputer used 65,000 Fairchild 10415 high-speed 1024-bit ECL chips for main memory 主存储器中含有65000个仙童公司生产的高速1024位ECL芯片 英文原文 1966 - Semiconductor RAMs Serve High-speed Storage Needs Bipolar RAMs enter the computer market for high-performance scratchpad and cache memory applications. Credit: Fairchild Camera Instrument Corporation Random Access Read-Write Memories (RAMs) store information that changes frequently and must be accessed quickly. Offering the lowest cost per storage bit, magnetic ferrite core arrays comprised the dominant RAM technology through the mid-1970s. Robert Norman patented a semiconductor static RAM design at Fairchild in 1963 that was later used by IBM as the Harper cell. In 1965 a cooperative development between Scientific Data Systems , Santa Monica, CA and Signetics produced a fully-decoded 8-bit bipolar device and later that year Components Division engineers Ben Agusta and Paul Castrucci developed the SP95, a 16-bit RAM for the IBM System /360 Model 95 . A team led by Tom Longo at Transitron built the TMC3162 16-bit TTL scratchpad memory for the Honeywell Model 4200 minicomputer in 1966 that became the first widely second sourced semiconductor RAM. Fairchild (9033), Sylvania (SM-80), and TI (SN7481) also manufactured the design. 64-bit devices followed from IBM (cache memory chip), Fairchild (9035 and 93403), Intel (3101), and TI (SN7489) In 1969 the IBM East Fishkill, NY facility produced a 128-bit device for the 1971 shipment of System/370 Model 145, the company's first commercial computer to employ semiconductor main memory. Using the 4100 (aka 93400) 256-bit TTL chip designed by H.T. Chua, Fairchild delivered semiconductor main memory systems for the Burroughs Illiac IV computer in April 1970. Using Douglas Peltzer’s Isoplanar oxide-isolated process that improved speed while consuming less silicon area, Fairchild's Bill Herndon designed a fast 256-bit TTL memory (93410) in 1971. The Cray 1 supercomputer introduced in 1976 used 65,000 Fairchild 1024-bit ECL RAM chips (10415) based on the Isoplanar process Bipolar technology enabled faster computers but it took the MOS process to deliver low-cost solutions for widespread use in main memory and general-purpose applications. ( 1970 Milestone )
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半导体里程_博物馆_1966-集成电路计算机辅助设计工具的开发
WanghuataoHIT 2012-3-8 15:46
半导体里程_博物馆_1966-集成电路计算机辅助设计工具的开发
IBM的工程师们开发了用以减少研发错误和设计时间的计算机辅助电子设计自动化工具。 当集成电路开始包含几百个门电路和数以千计的晶体管时,他们所支持的计算机已经可以完成加快设计速度和减少设计错误的任务了。这个方法被称作 CAD (计算机辅助设计)或者 EDA (电子设计自动化)。 IBM 在 20 世纪 50 年代末率先开发了在 700 系列电脑文档下运行的 EDA 程序。到了 1966 年, James Koford 和他的同事们在 IBM 纽约州东费西基尔公司用图形显示器采集 STL 混合电路模块( 1964 里程碑事件)的图案,检查他们的错误并自动将信息转换为掩膜模式。在 Koford 加入 Fairchild RD 后他又与 Hugh Mays 、 Ed Jones 及其他同事一起将这项程序应用于单片集成电路。他们的努力创造了逻辑模拟软件( FAIRSIM )、测试程序生成器软件以及门列阵和标准单元布局布线软件( 1967 年里程碑事件),这些为一代又一代的 EDA 工具打下了坚实的基础。 EDA 有两个重要项目源于非主流产业。 20 世纪 60 年代, Larry Nagel 和 Donald Pederson 以及后来的贡献者 Richard Newton 在美国加州大学伯克利分校开发了 SPICE (模拟集成电路重点项目)电路仿真程序。 1979 年,加州理工学院的 Lynn Conway of Xerox 和 Carver Mead 在他们论著的《超大规模集成电路系统导论》中描述的一个新方法揭开了系统设计和芯片设计过程秘密。 20 世纪 80 年代,益华电脑和美国新思科技公司受到在柏克莱加州大学( SIS )、洛杉矶加利福尼亚大学( RSAP )和科罗拉多大学( BOLD )所做调查的激发,开始对综合逻辑系统进行商业化的包装。这些和先进的布局布线技术、逻辑模拟技术以及其他厂商已有的设计核查规则共同使集成电路的设计生产能力能够紧跟设备复杂度不断增加的步伐。 IBM 360/67 仙童公司 1967 年的以大型计算机为运算动力的 CAD 设计系统 图 1 编辑者:费尔柴尔德摄像机仪器公司 掩模草图数字化手绘系统工具 图 2 提供者:因特尔公司 20 世纪 80 年代基于集成电路 CAD 设计系统的工作站 图 3 米德和加威的成就获得了 1981 年的美国电子奖 图 4 译者:哈尔滨工业大学(威海)电子封装 090840213- 邱东阳 校对:哈尔滨工业大学(威海)电子封装 090840229-朱泯西 版权 copyright by www.computerhistory.org 1966 - Computer Aided Design Tools Developed for ICs IBM engineers pioneer computer-aided electronic design automation tools for reducing errors and speeding design time. IBM 360/67 mainframe-powered CAD system at Fairchild in 1967 Credit: Fairchild Camera Instrument Corporation Mask layout drawing hand digitizing system tool Courtesy of: Intel Corporation Workstation-based integrated circuit CAD system 1980s 1981 Electronics Award for Achievement to Conway and Mead As ICs began to incorporate hundreds of gates and thousands of transistors, the computers they enabled were harnessed to speed the design task and eliminate errors. This process is called CAD (Computer Aided Design) or EDA (Electronic Design Automation). IBM pioneered EDA in the late 1950s with documentation of the 700 series computers. By 1966 James Koford and his colleagues at IBM Fishkill were capturing SLT hybrid circuit module ( 1964 Milestone ) designs on graphical displays, checking them for errors and automatically converting the information into mask patterns. After Koford joined Fairchild RD he worked with Hugh Mays, Ed Jones, and others to apply this process to monolithic ICs. Their efforts created logic simulators (FAIRSIM), test program generators, and place and route software for gate arrays and standard cells ( 1967 Milestone ) that laid the ground work for generations of EDA tools. Two important EDA projects originated outside the mainstream of the industry. Larry Nagel and Donald Pederson, with later contributions by Richard Newton, at U.C. Berkeley developed the SPICE (Simulation Program with IC Emphasis) circuit simulation program in the 1960s. A new methodology described in the 1979 Introduction to VLSI Systems by Lynn Conway of Xerox, PARC and Carver Mead of California Institute of Technology demystified the process of chip design for system designers. Commercial logic synthesis packages from Cadence and Synopsys in the 1980s were stimulated by research at U.C. Berkeley (SIS), U.C.L.A. (RASP), and University of Colorado, Boulder (BOLD). These, together with advancements in place and route, logic simulation, and design rule verification from other vendors, allowed IC design productivity to keep pace with increasing device complexity.
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半导体-博物馆-1967-核心设备供应商改变工业动向
WanghuataoHIT 2012-3-8 13:56
半导体-博物馆-1967-核心设备供应商改变工业动向
第三方供应商发展到具备了半导体结构的专业知识,并且作为技术改进的及关键部分生产设备的供应商出现。 在半导体工业发展的第一个十年,行业推行了 5 种基本结构的晶体管:点接触式晶体管、生长结式晶体管、合金结式晶体管、表面势垒式晶体管和扩散底层式晶体管。 制造商架构起他们自己的生产设施设备投入到每一代产品的制造中。杰克 ·基尔比( 1958 年里程碑式人物)注意到说:“可能我们用到的设备的最贵的那一部分要花费至少 1 万美金 。 由于产品通过平面法( 1959 年的里程碑)向大型化发展,因此出现了产业的和独立的设备制造商,从而将工艺技术也标准化了。制造商专门研究了前端(晶圆加工)和后端(封装、组配和测试)( 1961 年的里程碑)的生产运行。 前端的生产设备,随着晶圆尺寸从 1958 年的 0.5 英寸增大到今天的 12 英寸( 300mm ),其价格也呈数量级增长。早期的前端的生产设备配套供应商包括赛默公司(扩散熔炉)和它旗下的日本电子有限公司、 DW 工业(沉积系统),以及 GCA Mann 和铂金埃尔默公司(光刻设备)( 1955 年的里程碑)。伊智公司, 1961 年费雅嘉分拆出的一个子公司,生产建造了用于晶圆测试的探测设备。 瓦里安公司建造了蒸发器、真空泵和离子注入系统。成立于 1967 年,为制造外延薄膜( 1960 年的里程碑)提供化学气相沉积系统的应用材料公司,通过鼓励半导体供应商将其对制造工艺开发发展工作转交给他们的设备供应商,从而给行业动向带来了改变。 技术工艺的第三方资源,使半导体公司得以关注产品的体系结构及应用,而不再关注于生产和制造工艺的专业知识。这就造成了晶圆代工工厂的兴起,在 19 世纪 80 年代,这些工厂支持了作为新类型的无晶半导体公司的发展。 译者:哈尔滨工业大学(威海)电子封装 090840214葛峰 校对:哈尔滨工业大学(威海)电子封装 090840215申聪敏 原文: http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1967-Equipment.html 版权 copyright by www.computerhistory.org 1967 - Turnkey Equipment Suppliers Change Industry Dynamics Third-party vendors develop specialized knowledge of semiconductor fabrication and emerge as vendors of process technology and turnkey manufacturing facilities. During its first decade the semiconductor industry went through five basic transistor structures: point contact, grown junction, alloyed junction, surface barrier, and diffused-base. Manufacturers built their own equipment to support each generation. Jack Kilby ( 1958 Milestone ) noted that "probably the most expensive piece of equipment that we used cost less than $10,000." As production moved to high volumes with the planar process ( 1959 Milestone ), techniques were standardized across the industry and independent equipment producers emerged. Vendors specialized in "Front End" (wafer processing) or “Back End” (package, assembly, and test) ( 1961 Milestone ) operations. Front-end equipment prices increased by orders of magnitude as wafer diameters grew from 0.5 inches in 1958 to today’s 12 inches (300mm). Early front-end tool suppliers include Thermco (diffusion furnaces) and its Japanese licensee Tokyo Electron Ltd, DW Industries (deposition systems), and GCA/Mann and Perkin Elmer (photolithography) ( 1955 Milestone ).Electroglas, a 1961 Fairchild spinout, built probe equipment for wafer testing. In 1965 Kulicke Soffa introduced commercial contact aligners. Varian Associates built evaporators, vacuum pumps, and ion-implantation systems. Founded in 1967 to supply chemical vapor deposition systems for epitaxial films ( 1960 Milestone ), Applied Materials initiated a change in industry dynamics by encouraging semiconductor vendors to shift responsibility for development of manufacturing technology to their equipment suppliers.Third-party sources of technology allowed the semiconductor companies to focus on product architecture and applications rather than process and manufacturing expertise. This led to the rise of "wafer-foundry" vendors who supported a new breed of "fabless" semiconductor companies in the 1980. Michael McNeilly Walter Benzing pioneered epitaxial deposition equipment at Applied Materials, Inc. (应用材料公司倡导外延沉积设备的先驱——迈克尔 ·麦克尼尔,沃尔特·本辛 ) Credit : Semiconductor Equipment and Materials International (SEMI) Applied Materials Model AMV 800 chemical vapor deposition epitaxial reactor (1969) (应用材料公司化学气相沉积外延反应设备 AMV 800 模型) Credit : Applied Materials Technology, Inc Electroglas Model 131B Motorized/Manual Prober allowed testing of die on the wafer before packaging (伊智公司的用于测试封装前晶圆上芯片的自动 / 手动探测器 131B 模型) Credit : Electroglas, Inc Perkin Elmer Micralign projection mask aligner team 1973 ( 1973 年铂金埃尔默公司的 Micralign 投射掩膜对准器团队) Credit : Semiconductor Equipment and Materials International (SEMI)
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半导体里程_博物馆_ 1967-专用集成电路采用电脑辅助设计
WanghuataoHIT 2012-3-8 13:02
半导体里程_博物馆_ 1967-专用集成电路采用电脑辅助设计
用自动化设计工具减少开发工程的时间和设计,并提供复杂的定制集成电路 随着英特网共享连接变得复杂化,他们的设计和生产周期延伸到好几年,而一些最终产品寿命周期缩短到一个季度。 1967 年,为了加快美国空军大批量复合定制电路的生产速度, IBM 和德州仪器开发了 “ 自行分配 布线 ” 的方法,采用唯一的一台计算机生成( 1966 年里程碑)每个晶圆金属掩模的技术。 为量产定制设计开发的两种方法是门阵列和标准单元 。他们统称为特定应用集成电路( ASIC )。门阵列是无连接的晶体管的晶片片生产技术。最终定制互连技术确定为最后的生产方案,虽然它比手工制作芯片的硅使用效率低,但是雏形可以从几个月的生产周期缩短为几天。早期门阵列供应商,如费伦蒂 / 协调会是手工的定制连接。 1967 年,飞兆半导体公司在推出微矩阵系列——双极 DTL 和 TTL 电阵列,此阵列可用 CAD 工具来执行两者的相互操作。 1974 年, 罗伯特·利普为国际集成电路设计了第一款 CMOS 阵列,但是可行的 CAD 支持在若干年后也没人设计出来。 标准单元的英特尔网络共享连接采用了一系列应用了装配目录功能设计的制造板罩,并存储在电脑存储信息库中。 他们提供了一个硅高效的手工设计和门阵列的快速掉头之间的折中的方法。 飞兆半导体和摩托罗拉提供的一个早期的 MOS 标准单元权限低于商品牌号 Miscromosaic 和 Polycell 。 超大规模集成电路技术(成立于 1979 年)和 LSI Logic ( 1981 )成功地利用 20 世纪 70 年代被遗弃的 CAD 为基础的 ASIC 概念。当时被摒弃就是因为花费大量的计算时间。 Fairchild 4500 - a 1967 DTL 32-gate Micromatrix custom array designed using CAD tools to interconnect two layers of metal 飞兆半导体 4500 - 1967 年 DTL32 门的 Micromatrix 自定义数组使用 CAD 工具设计,两层金属互连 Credit: Fairchild Camera Instrument Corporation Micromosaic - a 1968 standard cell design for GE Avionics. One of the industry's first designs for revenue micromosaic - 1968 年为 GE 航空电子标准电池的设计。一个行业的第一个设计收入 Credit: Fairchild Camera Instrument Corporation IBM LSI MOD1, an experimental discretionary-wired wafer design by IBM fabricated by Texas Instuments IBM LSI MOD1 , 由 IBM 酌情 - 连接的实验晶片设计由德州自控制作 Credit: International Business Machines Corporation A Ferranti ULA (Uncommitted Logic Array) integrated 14 TTL IC packages for the Sinclair ZX81 PC in 1981 一个费伦蒂 ULA (自由逻辑阵列)集成了 14 组 TTL IC 封装 在 1981 年辛克莱 ZX81 PC Credit: Sinclair Research 1967 - Application Specific Integrated Circuits employ Computer-Aided Design Automated design tools reduce the development engineering time to design and deliver complex custom integrated circuits. As ICs increased in complexity their design and manufacturing turn-around times stretched out to years even as some end product life cycles shrank to a single season. To speed the availability of prototype quantities of complex custom circuits for the Air Force in 1967 IBM and Texas Instruments developed “discretionary-wiring” approaches that employed a unique computer-generated ( 1966 Milestone ) metal mask for every wafer.Two approaches developed for volume production of custom designs are gate arrays and standard cells - collectively known as Application-Specific ICs (ASIC). Gate arrays are produced as wafers of unconnected transistors. As the customizing interconnections are applied at the final manufacturing step, although less efficient in silicon usage than handcrafted chips, prototypes can be produced in days rather than months. Early gate array suppliers such as Ferranti/Interdesign designed the custom connections manually. In 1967 Fairchild introduced the Micromatrix family of bipolar DTL and TTL arrays that used CAD tools to perform this operation interactively. Robert Lipp designed the first CMOS array for International Microcircuits in 1974 but viable CAD support was not forthcoming for several years. Standard cell ICs employ a full set of fabrication masks using designs assembled from catalog functions stored in a computer library.They offer a compromise between silicon-efficient handcrafted designs and the fast turn-around of gate arrays.Fairchild and Motorola offered early MOS standard cell capabilities under the trade names Micromosaic and Polycell. VLSI Technology (founded 1979) and LSI Logic (1981) successfully exploited these CAD-based ASIC concepts abandoned by the original vendors in early 1970s largely due to the then high cost of computing time. 译者:哈尔滨工业大学(威海)电子封装 090840215 申聪敏 校对:哈尔滨工业大学(威海)电子封装 090840214 葛峰 原文: http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1967-ASICs.html 版权: copyright by www.computerhistory.org
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半导体里程_博物馆_36集成电路
WanghuataoHIT 2012-3-7 09:42
半导体里程_博物馆_36集成电路
Jack Kilby 图一 杰克 基尔比 Robert Noyce 图二 罗伯特 诺伊斯 一个集成电路由一个单片半导体材料制成,除了晶体管,还包含其他电子元器件。集成电路的发明者是杰克 基尔比和罗伯特 诺伊斯,而罗伯特 诺伊斯去世于1990年。杰克 基尔比于2000年获得了诺贝尔物理学奖。 译者:哈尔滨工业大学(威海)电子封装 070810427-苏琬茹 校对: 原文: http://www.nobelprize.org/educational/physics/transistor/function/ic.html 版权 copyright by www.nobeprize.org ———————————————————————————————— An integrated circuit is made of a single piece of semiconductor material and contains, apart from transistors, other electronical components. The inventors of the integrated circuit were Jack Kilby and Robert Noyce who died in 1990. Jack Kilby was awarded the Nobel Prize in Physics 2000.
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半导体里程_博物馆_1958-硅台面晶体管进入商业生产
WanghuataoHIT 2012-3-6 21:14
1958- 硅台面晶体管进入商业生产 飞兆半导体 生产双扩散硅台面晶体管满足苛刻的航空航天应用 1958 年初,仙童半导体公司以 150 美元从美国联邦系统分部采购 100 晶体管的第一笔订单。 没有既定的生产能满足其 严格规范的 70 车载电脑带有 高压硅晶体管驱动磁芯存储器 。随着 2 个发展项目的推行。戈登穆尔领导的一个小组和吉恩 · 赫尔尼在 pnp 装置中开发了一个 NPN 晶体管和吉恩 · 赫尔尼。 在短短的五个月,创始人(谢尔登罗伯茨)建立的晶形操作( 1956 关),发展光刻掩模技术,使用 16 毫米 movie-camera 镜头(罗伯特诺伊斯),建立了铝所需的特点,为使电气接触(穆尔),并建有自己的生产和试验设备(尤利乌斯空白,胜利格里尼奇,尤金克莱纳)在帕洛阿尔托设施。建筑在暴露于贝尔实验室技术( 1954 关)在肖克利,他们开发了第一个商用双扩散(发射器和基地)硅晶体管,所以命名为其提出的高原样结构。成功后交付的穆尔队的 NPN 晶体管的装置,在 1958 八月介绍了 2n697 型大获好评的惠施康贸易展。 自动控制学为选定的设备使应用在拦截导弹的导航控制系统成为这领域最强的防御。在 1958 年底,一个潜在的可靠性问题使新公司的生存岌岌可危。在金属封装中剥落的微小颗粒对短跨暴露交界处的台地结构产生威胁。 hoerni 的解决方案,著名的平面工艺( 1959 关),彻底改变了工业覆盖暴露有二氧化硅的交界处。 lobby, circa 1960 “ 仙童八 ” 创始人的姿势在公司的大厅,大约 1960 Courtesy of: Wayne Miller, Magnum Photos A B-70 supersonic bomber takes off Credit: U. S. Air Force 70 超音速轰炸机起飞 Fairchild Semiconductor wafer diffusion area, Palo Alto, circa 1958 Credit: Fairchild Camera and Instrument Corporation 飞兆半导体晶 片扩散面积,帕洛阿尔托,大 Detail of a Minuteman I guidance computer Credit: CHM Collection. Gift of Aron Insinga 详细的民兵我制导计算机 译者:哈尔滨工业大学(威海)电子封装 090840122-王孝宝 校对: 王天卓090840121 http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1978-PAL.html (原文) 版权 copyright by www.computerhistory.org ———————————————————————————————————— 滨工业大学(威海) 1958 - Silicon Mesa Transistors Enter Commercial Production Fairchild Semiconductor produces double-diffused silicon mesa transistors to meet demanding aerospace applications. In early 1958 Fairchild Semiconductor procured its first order, for 100 transistors at $150 apiece from IBM’s Federal Systems Division. No established manufacturer could meet its exacting specifications for a high-voltage silicon transistor to drive magnetic core memory in the B-70 on-board computer. Two development projects were pursued in parallel. A team led by Gordon Moore developed an n-p-n transistor and by Jean Hoerni, which worked on a p-n-p device. In just five months, the founders ( 1956 Milestone ) set up a crystal-growing operation (Sheldon Roberts), developed photolithographic masking techniques using 16 mm movie-camera lenses (Jay Last, Robert Noyce), established the aluminum characteristics needed for making electrical contacts (Moore), and built their own manufacturing and test equipment (Julius Blank, Victor Grinich, Eugene Kleiner) at their Palo Alto facility. Building on their exposure to Bell Labs techniques ( 1954 Milestone ) at Shockley, they developed the first commercial double-diffused (emitter and base) silicon mesa transistor, so named for its raised plateau-like structure. After successful delivery of the Moore team's n-p-n transistor, the device was introduced as type 2N697 to great acclaim at the Wescon trade show in August 1958. Autonetics selected the device for a guidance-and-control system on the Minuteman ballistic missile, the largest defense program of the era. In late 1958 a potential reliability problem put the new firm’s survival at stake. Tiny particles flaking off the inside of the metal package threatened to short across exposed junctions on the mesa structure. Hoerni's solution, the famous planar process ( 1959 Milestone ), revolutionized the industry by covering the exposed junction with silicon dioxide.
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半导体里程_博物馆_1956年 硅片在硅谷首次出现
热度 2 WanghuataoHIT 2012-3-6 20:26
半导体里程_博物馆_1956年 硅片在硅谷首次出现
1956- 硅片在硅谷首次出现 肖克利半导体实验室 建造了 加州北部的第一个原型开发半导体设备 来为 硅谷训练年轻的工程师和科学家 。 1955 年 9 月 , 威廉萧克利和阿诺贝克曼同意 建立肖克利半导体实验室作为贝克曼的部门来“积极 、大力开展 关于半导体材料的 活动 ”。肖克利在加利福尼亚州山景城 圣安东尼奥南部道路 租用了 391 号楼,同时,开始招聘“世界上 最有创造力的团队开发、设计、生产晶体管 ”。 他吸引了很 多 能干的工程师和科学家 ,其中 了解和开发硅相关技术和工艺 、 扩散 技术的 戈登 · 摩尔和罗伯特 · 伊斯 都被他招聘来工作。 1956 年 12 月萧克利 因为 发明晶体管获得了诺贝尔物理学奖 ,但是,他的助理开始厌倦了他懒散的管理模式。 他们也觉得公司应该追求更直接生产硅晶体管的机会 而不是期盼遥远的目标“他在实验室将硅应用到电话通讯领域”。 在要求肖克利再雇用一名新的管理后, 摩尔 、 尤利乌斯 · 伊斯 、 格里尼克 、 琼 · 霍尔尼 、 克莱纳 、 拉斯特 、 罗伯茨 8 名 萧克利员工 在 1957 年 9 月 辞职并创立了 美国飞兆半导体公司 在 帕洛阿尔托 。 许多 来自 播实之星的员工 随之而来。 在未来十年 里, 快捷半导体 成长为 在半导体产业最重要的和创新的公司 ,引导了硅谷其他企业科技和文化,其中超微半导体和 英特尔 连接技术,但是,他的公司从来没有获得实际的利润。 贝克曼 在 1960 年 把专利卖给了 Clevite 公司 。 萧克利在斯坦福大学成了一个教授的电气工程与应用科学 的老师。 Toasting Shockley's Nobel Prize award at Rickey's Hotel, Palo Alto, CA. Celebrants include G. Moore, S. Roberts, R. Noyce, and J. Last 肖克利诺贝尔奖奖在里奇的酒店,帕洛阿尔托约礼,包括穆尔,罗伯茨,诺伊斯,和 J · The Shockley Semiconductor Laboratory facility, Mountain View, CA. circa 1960. 肖克利半导体实验室设施,山景,约公元 1960 。 Small-scale silicon zone refining in the Shockley laboratory in Mountain View 小型硅精炼的肖克利实验室在山景 Small-scale silicon zone refining in the Shockley laboratory in Mountain View 小型硅精炼的肖克利实验室在山景 1956 - Silicon Comes to Silicon Valley Shockley Semiconductor Laboratory develops Northern California's first prototype silicon devices while training young engineers and scientists for the future Silicon Valley. In September 1955 William Shockley and Arnold Beckman agreed to found the Shockley Semiconductor Laboratory as a Division of Beckman Instruments "to engage promptly and vigorously in activities related to semiconductors." Shockley rented a building at 391 South San Antonio Road in Mountain View, California, and began recruiting "the most creative team in the world for developing and producing transistors." He attracted extremely capable engineers and scientists, including Gordon Moore and Robert Noyce, who learned about and developed technologies and processes related to silicon and diffusion while working there. In December 1956 Shockley shared the Nobel Prize in Physics for inventing the transistor, but his staff was becoming disenchanted with his difficult management style. They also felt the company should pursue more immediate opportunities for producing silicon transistors rather than the distant promise of a challenging four-layer p-n-p-n diode he had conceived at Bell Labs for telephone switching applications. After unsuccessfully asking Beckman to hire a new manager, eight Shockley employees - including Moore and Noyce plus Julius Blank, Victor Grinich, Jean Hoerni, Eugene Kleiner, Jay Last and Sheldon Roberts - resigned in September 1957 and founded the Fairchild Semiconductor Corporation in Palo Alto. Many other employees, from technicians to PhDs, soon followed. Over the next decade, Fairchild grew into of the most important and innovative companies in the semiconductor industry, laying the technological and cultural foundations of Silicon Valley while spinning off dozens of new high-tech start-ups, including Advanced Micro Devices (AMD) and Intel. Shockley continued pursuing his four-layer diode but his company never realized a profit. Beckman sold the operation to Clevite Corporation in 1960. Shockley became a professor of electrical engineering and applied science at Stanford University. 译者:哈尔滨工业大学(威海)电子封装 090840120-王开伟 校对:哈尔滨工业大学(威海)电子封装 090840117-康志龙
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半导体里程_博物馆_1954_硅晶体管提供优越的工作特性
WanghuataoHIT 2012-3-6 19:54
半导体里程_博物馆_1954_硅晶体管提供优越的工作特性
1954 ——硅晶体管提供优越的工作特性 Morris Tanenbaum 在贝尔实验室制造出第一个晶体管,但是第一个把它应用于商业设备制做和销售的是德州仪器的工程师们。 在晶体管存在的前六年,他们一般都是由锗制造出来的。 虽然此元素是比硅更容易得到,并且它支持允许更高频率的操作,但是用它制成的固体器件,在“关”状态下泄漏电流有很大缺陷——那简直是对计算机逻辑的诅咒。 它们也仅限于 0 至 70 ° C 的操作,这也限制了它们在特殊应用程序下的使用。在 杜邦公司开始提供高纯度的半导体级硅材料后,硅器件在 -55 到 125 ° C 条件下使用成为可能 。 在 1954 年 1 月,贝尔实验室的化学家 Morris Tanenbaum 使用摩根·斯巴克斯和戈登·蒂尔的成长交界技术的变化,塑造了第一个硅晶体管。 但是实验室没有在追求它的进一步发展,思考它在商业化生产中的吸引力,这使得几个月后德州仪器( TI )将这一突破性的成果收入囊中。 蒂尔聘请了一队科学家和工程师,离开贝尔实验室在 TI 的组织实验室,由化学家威利斯阿德科克领导研究的硅晶体管。他们采用高纯度杜邦硅,他们的第一个成功的硅晶体管于 1954 年 4 月 14 日制作出来 —— 一个 NPN 结构使用成长结技术。 Tanenbaum 的研究没有了解到的,在 5 月 10 日,俄亥俄州代顿的无线电工程师学会会议提出这一成就,蒂尔由宣布硅晶体管的生产和可供出售创造一个轰动。在 几乎没有竞争的情况下, TI 占据了未来几年的硅晶体管的市场,并取得重大进展直到雷神公司的地位达到成为为世界上最大的商业晶体管的市场供应商。到 20 世纪 50 年代末,硅已成为业界首选的半导体材料。 图一 1954年5月莫顿琼斯的设计出了TI的第一个晶体管的略图 Morton Jones’s May 1954 design sketch of TI's first silicon transistor 图二 1954 TI的 硅晶体团队成员:w .Adcock,mM. Jones, E. Jackson, and J. Thornhill TI's 1954 silicon-transistor team: W. Adcock, M. Jones, E. Jackson, and J. Thornhill 图三 德州仪器公司做的广告强调硅晶体管体积小 Texas Instruments silicon transistor advertising emphasizes small size 图四 莫里斯高(左)与查尔斯丠(右)在贝尔实研室 Morris Tanenbaum (left) and Charles Lee (right) at Bell Labs 译者:哈尔滨工业大学(威海)电子封装 090840116-赵英建 校对:哈尔滨工业大学(威海)电子封装 090840115-刘金鑫 原文 http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1954-Silicon.html 版权: 2007 Computer History Museum. All rights reserved. 1401 N. Shoreline Blvd., Mountain View CA 94043 Ph 650-810-1010 ———————————————————————————————— 1954 - Silicon Transistors Offer Superior Operating Characteristics Morris Tanenbaum fabricates the first silicon transistor at Bell Labs but Texas Instruments' engineers build and market the first commercial devices. For the first six years of their existence, transistors had all been made with germanium. Although this element is much easier to work with than silicon and allows higher-frequency operation, solid-state devices made with it have far worse leakage currents in the "off" condition - an anathema for computer logic. They are also restricted to 0 to 70°C operation, which limits their use in rugged applications. Silicon devices that function from -55 to 125°C became possible after Dupont began supplying high-purity "semiconductor-grade" material. In January 1954 Bell Labs chemist Morris Tanenbaum fashioned the first silicon transistor using a variation on Morgan Sparks and Gordon Teal’s grown-junction technique. But the Labs did not pursue the process further, thinking it unattractive for commercial production, which allowed Texas Instruments (TI) to claim credit for this breakthrough several months later. Having left Bell Labs to organize a research lab at TI, Teal hired a team of scientists and engineers led by chemist Willis Adcock to work on silicon transistors. Employing high-purity Dupont silicon, they made their first successful silicon transistor — an n-p-n structure using the grown-junction technique — on April 14, 1954. Unaware of Tanenbaum’s work, Teal presented this achievement on May 10 at an Institute of Radio Engineers conference in Dayton, Ohio, creating a sensation by announcing that silicon transistors were in production and available for sale. With little competition, TI dominated the silicon-transistor market for the next few years and made significant inroads into Raytheon’s position as the largest merchant market supplier of transistors. By the end of the 1950s, silicon had become the industry's preferred semiconductor material.
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半导体里程-博物馆-1954晶体管开发的扩散过程
热度 2 WanghuataoHIT 2012-3-6 19:24
半导体里程-博物馆-1954晶体管开发的扩散过程
随着高温扩散的太阳能电池技术不断成熟,Charles Lee和Morris将该技术应用在了高速晶体管的制造中. 在1952年,贝尔实验室的化学家Calvin Fuller阐述了一种将杂质掺入硅和锗中的方法:通过与掺有所需杂质的高温气体接触使得硅和锗中掺入杂质。而且他通过调整曝光时间和温度,能精确地控制引入杂质的数量及其穿透深度,使其精度优于1微米,这种方法远远优于普通的P/N结生长技术。 通过在1954年早期和工程师Daryl Chapin和物理学家Gerald Pearson在一起的工作,Fuller将扩散层的n型硅硼原子制作成晶片,在其表面下方形成了大面积的P/N结。通过对这些P/N结进行光照,他们产生了如OHL在1940年发现的那种来自光电效应的强电流,转换效率达到了6%。贝尔实验室于1954年4月26日发布了这种太阳能单元,并将其称为“太阳能电池”,这种太阳能单元被用于农村的电话系统以及空间卫星中。 在当年晚些时候查理斯•李利用扩散效应在仅仅几微米厚的基板上制作出了晶体管,这些晶体管的频率可被提升到170MHZ----是以往产品的十倍速度。在1955年3月,富勒采用向硅晶片中扩散进两种杂质的办法成功形成了N-P-N夹层,而化学家MORRIS TANENBAUM和他的研究生D.E.THOMAS制成了硅扩散晶体管。在1956年1月贝尔实验室专门针对上述技术和其他扩散技术开发了三极晶体管技术。 One of the first diffused-base silicon transistors at Bell Labs Courtesy of: Morris Tanenbaum 1960年,在Fairchild的扩散炉中的硅晶体管硅片 Calvin Fuller examining early photovoltaic cellscopy; 2006-2007 Alcatel-Lucent. All rights reserved Calvin Fuller研究早期光伏电池 An advertisement for the Bell Solar Battery - circa 1955 贝尔太阳能电池在大约1955年的广告 Silicon transistor wafer diffusion furnaces at Fairchild in 1960Credit: Fairchild Camera Instrument Corporation 第一扩散基硅晶体管在贝尔实验室 译者:哈尔滨工业大学(威海)电子封装 090840117-康志龙 校对:哈尔滨工业大学(威海)090840120-王开伟 原文: 1954 - Diffusion Process Developed for Transistors Following the production of solar cells using high-temperature diffusion methods, Charles Lee and Morris Tanenbaum apply the technique to fabricate high-speed transistors. Beginning in 1952 Bell Labs chemist Calvin Fuller demonstrated how impurities could be introduced into germanium and then silicon by exposing them to high-temperature gases containing desired dopants. By adjusting the time and temperature of exposure, he could precisely control the amount of impurities introduced and their penetration depth to accuracies of better than one micrometer — far better than achievable with grown-junction techniques. Working with engineer Daryl Chapin and physicist Gerald Pearson in early 1954, Fuller diffused a layer of boron atoms into wafers of n-type silicon, forming large-area p-n junctions just beneath the surface. By shining light on these junctions, they generated a strong electric current via the photovoltaic effect discovered by Ohl in 1940, (1940 Milestone) getting energy conversion efficiencies up to 6 percent. Bell Labs announced this solar cell, dubbed the "Solar Battery," on 26 April 1954. By the late 1950s, solar cells were powering rural telephone systems and space satellites. Later that year Charles Lee used diffusion to make transistors with base layers only a micrometer thick; they could operate at frequencies up to 170 MHz - ten times higher than earlier devices. And in March 1955, employing silicon wafers into which Fuller had diffused two different impurities to form a three-layer n-p-n sandwich, chemist Morris Tanenbaum and his technician D. E. Thomas fabricated silicon diffused-base transistors. In January 1956 Bell Labs held a third symposium on transistor technology (1952 Milestone) specifically devoted to these and other diffusion techniques. copyright by www.computerhistory.org
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半导体里程_博物馆_1953晶体管计算机的出现
热度 1 WanghuataoHIT 2012-3-6 19:08
半导体里程_博物馆_1953晶体管计算机的出现
在十九世纪五十年代,半导体设备在数字计算机上逐渐取代了真空管。直到十九世纪六十年代新设备完全晶体管化。 1950年4月,国家统计局的计算机开始工作,它使用了10,500个锗二极管和747个真空管。 在曼彻斯特大学托姆 基尔伯恩 教授手下学习,瑞查德 格瑞斯达尔和道格拉斯韦伯,于1953年11月16号展示了一台晶体管计算机的原型。这台由 卫星试验中心 制造的 48位的机器用了92个点相连的晶体管和550个二极管,装备到 美国埃梯梯 的联合王国的长途电话中继线装备。一代拥有 250个晶体管结 加强版于 1955年完成。MV电子公司制造了具有六个单元结构,同样拥有该结构 Metrovick950已从 1956年在公司内部实行商业推广。 在1954年,JEANH.FELKER领导一个包括工程师JAMES.R.HARRIS的来自贝尔实验室的研究小组为美国空军设计制造了一台全晶体管计算机,称之为TRADIC(晶体管电子计算机),该机包括大约700个 点接触晶体管和10000个二极管。当该试验机型工作在1MHZ的频率下时,功耗仅不到100W。一个更轻的机载版本(飞行版TRADIC)使用了结形晶体管取代了在C-131飞机上用于导航和控制航弹空投的模拟计算机。由WILLIAMPAPIAN领导的来自麻省理工学院林肯实验室的先进技术发展小组的成员在1956年4月使用来自PHILCO公司的高速锗开关晶体管搭建了速度达5MHZ的通用计算机,也就是众所周知的TX-0(晶体管实验性型)。同样在1956年,日本的第一台通用计算机,ETL3型,使用了130个点接触晶体管和1800个二极管。这台机器是由位于东京的电子技术实验室的HiroshiWada领导研发的. The SEAC computer operator's station 图一:东部标准自动计算机操作员的工作台 University of Manchester (UK) "Manchester TC" transistor computer 图二:联合王国曼彻斯特大学“曼彻斯特TC”晶体管计算机 J. H. Felker and J. R. Harris work on the Bell Labs TRADIC computer 图三:JH菲尔克和JR哈瑞斯在贝尔实验室的TRDIC计算机前工作 The RCA 501 computer, one of the first commercial transistorized machines in the U.S., was announced in 1958 图四:RCA 501计算机,美国第一台商业晶体管计算机在1958年面世 译者:哈尔滨工业大学(威海)电子封装 090840115-刘金鑫 校对:哈尔滨工业大学(威海)电子封装 090840116-赵英建 原文 http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1953-transistorized-computers-emerge.html 版权 copyright by www.computerhistory.org ———————————————————————————————— 1953 - Transistorized Computers Emerge During the 1950s, semiconductor devices gradually replaced vacuum tubes in digital computers. By 1960 new designs were fully transistorized. Operational in April 1950, the National Bureau of Standards Eastern Automatic Computer (SEAC) employed 10,500 germanium diodes and 747 vacuum tubes. Working under Tom Kilburn at Manchester University, Richard Grimsdale and Douglas Webb, demonstrated a prototype transistorized computer on November 16, 1953. The 48-bit machine used 92 point-contact transistors and 550 diodes fabricated by STC, the UK arm of ITT. An enhanced version with 250 junction transistors was completed in 1955. The Metropolitan Vickers Electrical Company manufactured six units as the Metrovick 950, which they used commercially within the company from 1956. Jean H. Felker led a Bell Labs team including engineer James R. Harris that designed and built a fully transistorized computer dubbed TRADIC (TRAnsistor DIgital Computer) for the U. S. Air Force in 1954. Involving about 700 point-contact transistors and over 10,000 diodes, the prototype operated at 1 MHz while requiring less than 100 watts of power. A lighter airborne version (Flyable TRADIC) using junction transistors replaced an analog computer for navigation and bombing control in a C-131 aircraft. Led by William Papian, in April 1956 members of the Advanced Development Group of MIT Lincoln Labs used fast germanium switching transistors from Philco Corporation to build a 5 MHz general-purpose digital computer known as TX-0 (Transistor Experimental). Also in 1956, Japan’s first transistorized computer, the ETL Mark III, using 130 point-contact transistors and 1800 diodes was built under the direction of Hiroshi Wada at the Electrotechnical Laboratory in Tokyo.
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半导体里程_博物馆_1952 贝尔实验室授权晶体管技术
WanghuataoHIT 2012-3-6 18:18
贝尔实验室 授权 晶体管技术 贝尔实验室的技术 专题 研讨会和晶体管专利授权 促进 半导体发展 。 在20世纪40年代末和整个20世纪50年代,贝尔电话实验室 在半导体技术 上 追求 一个 “根本 发展 ”的有力方案,促进晶体管和其他固态器件的迅速改善 。这项计划由电气工程师杰克·莫顿的带领下,促进 发展 区域精炼 技术 (1951里程碑)和单锗和硅晶体(1951年里程碑)的 扩大 技术。它还 发展了 pn结 形成技术 , 预备 半导体表面和附加金属-加逻辑电路和系统 以 及晶体管。莫顿主张 与其他研究人员和公司 分享这种晶体管技术,因为AT&T贝尔实验室和其母公司可以受益于 他方 的 技术 进步。因此,在20世纪50年代,他们 主办了 三次 大会 , 会上 其他的科学家和工程师参观了贝尔实验室 抢先 学习 了 新的半导体技术。在1951年9月举行第一次会议 上 ,专门讨论了军事用户和应用程序。 在1952年4月,来自40个支付了25,000美元的专利许可费的公司的100名代表了为期九天的晶体管技术研讨会, 会议内容中 包括 访问参观了 西电的 位于 阿伦敦 PA 的工厂的 超现代晶体管制造 流程 。 参与者中有 GE和RCA 这样的电子巨头 , 也有当时的一些 小公司,如德州仪器和索尼。由贝尔实验室 出版 随后 经 D.范·Nostrand修订 的首届 研讨会法律 规章 (业界 亲切地称为“马贝尔的食谱” ) 成为动态半导体产业在20世纪50年代 问世 的圣经。 JackA.Morton(left)andJ.R.WilsonatBellLaboratories,circa1948 杰克莫顿(左)和JR威尔逊在贝尔实验室,1948年 左右 AttendeesarriveatthefirstBellLabstransistorsymposium 与会者出席首届 贝尔实验室 的 晶体管研讨会 "MaBell’sCookbook"issuedtoattendeesofthefirstsymposium “ 马贝尔的食谱 ” , 分发予 第一次研讨会的 参与 者 BellTransistorTechnology"class"of1952.JackKilbytopcenter 1952 年贝尔晶体管技术的 “ 参与团体 ” 。杰克 · 基尔比顶部中心 译者:哈尔滨工业大学(威海)电子封装090840 113 -李嘉恒 校对: 原文 :http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1952-transistor-technology-education-and-licensing-begins.html 版权 copyrightbywww.computerhistory.org 1952-BellLabsLicensesTransistorTechnology BellLabstechnologysymposiaandlicensingoftransistorpatentsencouragessemiconductordevelopment. Inthelate1940sandthroughoutthe1950s,BellTelephoneLaboratoriespursuedavigorousprogramof"fundamentaldevelopment"insemiconductortechnologytopromoterapidimprovementsintransistorsandothersolid-statedevices.LedbyelectricalengineerJackMorton,thisprogramfosteredtechnologiesofzone-refining( 1951Milestone )andgrowinglargesinglecrystalsofgermaniumandsilicon( 1951Milestone ).Italsodevelopedtechniquesforformingp-njunctions,preparingsemiconductorsurfacesandattachingmetalleads—pluslogiccircuitsandsystemsinvolvingtransistors. MortonadvocatedsharingthistransistortechnologywithotherresearchersandcompaniesbecauseBellLabsanditsparentATTcouldbenefitfromadvancesmadeelsewhere.Soduringthe1950stheysponsoredthreegatheringsatwhichotherscientistsandengineersvisitedBellLabstolearnthenewsemiconductortechnologyfirsthand.HeldinSeptember1951,thefirstmeetingspecificallyaddressedmilitaryusersandapplications. InApril1952,over100representativesfrom40companiesthathadpaida$25,000patent-licensingfeecameforanine-dayTransistorTechnologySymposium,includingavisittoWesternElectric’sultramoderntransistormanufacturingplantinAllentown,PA.TherewereparticipantsfromsuchelectronicstitansasGEandRCA,aswellasfromthen-smallfirmslikeTexasInstrumentsandSony.PublishedbyBellLabsandsubsequentlybyD.VanNostrandinarevisededition,theproceedingsofthefirstsymposium- TheTransistor fondlyrecognizedas"MaBell’sCookbook"-becamethebibleofthedynamicsemiconductorindustrythatemergedinthe1950s. ContemporaryDocuments TheTransistor:SelectedReferenceMaterialonCharacteristicsandApplications. PreparedbyBellTelephoneLaboratories,Inc.forWesternElectricCo.,Inc.(NewYork1951) F.J.Biondi,H.E.Bridgers,J.H.Scaff,andJ.N.Shive,eds., TransistorTechnology, Vols.I,II,andIII(NewYork:D.VanNostrand,1958). MoreInformation Morton,JackA."FromResearchtoTechnology," InternationalScienceandTechnology (May1964)pp.82–92. Hornbeck,J."TheTransistor,"inF.M.Smits,ed., AHistoryofScienceandEngineeringintheBellSystem:ElectronicsTechnology(1925–75) (ATTBellLaboratories,1985)pp.1–100. Misa,ThomasJ."MilitaryNeeds,CommercialRealities,andtheDevelopmentoftheTransistor,1948–58,"inMerrittRoeSmith,ed., MilitaryEnterpriseandTechnologicalChange (MITPress,1985)pp.253–87. Riordan,M.Hoddeson,L. CrystalFire:TheBirthoftheInformationAge. (NewYork:W.W.Norton,1997)pp.168–217. Riordan,Michael."HowBellLabsMissedtheMicrochip," IEEESpectrum (December2006)pp.36–41
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半导体里程_博物馆_37-小晶体管时代
热度 1 WanghuataoHIT 2012-3-5 11:36
半导体里程_博物馆_37-小晶体管时代
在一个电脑芯片上存在将近一百万的晶体管。甚至于在一些顶级的芯片上会呈现数亿的晶体管。为了能够让更多的晶体管可以很合适的装在和电脑芯片一样大小的东西上,这些晶体管需要十分小才可以满足要求。事实上,今天的晶体管已经发展到可以比人类的一根头发还要小很多倍的地步了。 译者:哈尔滨工业大学(威海)电子封装090330112-张慧颖 校对:哈尔滨工业大学(威海)电子封装090840205-钱政英 原文 http://www.nobelprize.org/educational/physics/transistor/function/small.html 版权 copyright by www.nobeprize.org Inacomputerchiptherecanexitasmanyasamilliontransistors.Insomeofthemostadvancedchipsevenseveralhundredsofmillionsoftransistorsarepresent.Tobeabletofitthatmanytransistorsintosomethingassmallasacomputerchip,theyneedtobeextremelysmall.Infacttoday'stransistorsaremany,manytimessmallerthanevenasinglehumanhair. Copyright copy; Nobel Media AB 2012 晶体管与一根头发的大小比较图
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半导体里程_博物馆_1833年 半导体现象的首次发现
热度 1 WanghuataoHIT 2012-3-5 11:28
半导体里程_博物馆_1833年 半导体现象的首次发现
迈克尔·法拉第描述他发现 的 硫化银晶体的 电阻随 温度增加 而降低的现象为 “ 非同寻常的 现象 ” 。这 与 铜和其他金属 恰恰相反 。 英国“自然哲学家”( 当 代物理学家)迈克尔·法拉第 因 发现电磁感应和电磁旋转 而闻名 ,电和磁之间的相互作用 推动了 电动机和发电机的发展 。 电容的测量单位 - 法拉(F) - 就是为纪念他而命名的 。 法拉第 在化学方面 的实验工作,包括苯的发现,也 促使 他第一个 发现了 我们现在称之为半导体 的 材料。 然而在 1833年通过分析 “ sulphuret-te ofsilver ” (硫化银) 的温度效应 ,他发现电导率随温度的 升高而增加。 这种 典型的半导体 效 应 , 与金属 恰恰相反, 像 铜,电导率随温度升高 而降低 。 在 电学实验研究 OnConductingPowerGenerally 一章 中 ,法拉第写道: “ 我最近遇到一个非同寻常的 现象,这种现象与温度对金属组织的影响是截然相反的。 电导率随温度上升而上升,关灯后,电导率随温度下降而下降。 现在我们明白 ,升温时 大多数半导体增加 其 电荷载体的密度, 从而 导电。这种效应被用来 制作 热敏电阻 —特殊 电阻 ,随温度的上升电阻下降(或电导率增加)。 法拉第 出现在 许多 早期的照片中 , 像这个 达盖尔银版 1914年 ,美丽年代再版了 法拉第 在 1839年 出版 的电的研究实验 法拉第 是一个受欢迎的 公众 讲师 , 致力于 公众科普 教育 译者:哈尔滨工业大学(威海)电子封装 090840101-杜亚红 校对:哈尔滨工业大学(威海)电子封装090840201-甘笑雨 原文 http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1833-first.html 版权 copyright by www.computerhistory.org MichaelFaradaydescribesthe"extraordinarycase"ofhisdiscoveryofelectricalconductionincreasingwithtemperatureinsilversulfidecrystals.Thisistheoppositetothatobservedincopperandothermetals. English"naturalphilosopher"(thecontemporarytermforphysicist)MichaelFaradayisrenownedforhisdiscoveryoftheprinciplesofelectro-magneticinductionandelectro-magneticrotation,theinteractionbetweenelectricityandmagnetismthatledtothedevelopmentoftheelectricmotorandgenerator.Theunitofmeasurementofelectricalcapacitance–thefarad(F)-isnamedinhishonor. Faraday’sexperimentalworkinchemistry,whichincludedthediscoveryofbenzene,alsoledhimtothefirstdocumentedobservationofamaterialthatwenowcallasemiconductor.Whileinvestigatingtheeffectoftemperatureon"sulphuretteofsilver"(silversulfide)in1833hefoundthatelectricalconductivityincreasedwithincreasingtemperature.Thiseffect,typicalofsemiconductors,istheoppositeofthatmeasuredinmetalssuchascopper,whereconductivitydecreasesastemperatureisincreased. Inachapterentitled"OnConductingPowerGenerally"inhisbook ExperimentalResearchesinElectricity Faradaywrites"Ihavelatelymetwithanextraordinarycase…whichisindirectcontrastwiththeinfluenceofheatuponmetallicbodies…Onapplyingalamp…theconductingpowerroserapidlywiththeheat…Onremovingthelampandallowingtheheattofall,theeffectswerereversed." Wenowunderstandthatraisingthetemperatureofmostsemiconductorsincreasesthedensityofchargecarriersinsidethemandhencetheirconductivity.Thiseffectisusedtomakethermistors–specialresistorsthatexhibitadecreaseinelectricalresistance(oranincreaseinconductivity)withanincreaseintemperature.
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半导体里程__博物馆__1874年 半导体点接触整流效应的发现
热度 3 WanghuataoHIT 2012-3-5 11:28
半导体里程__博物馆__1874年 半导体点接触整流效应的发现
1874 年 半导体点接触整流效应的发现 在半导体二极管的第一份书面说明中,费迪南德·布劳恩指出,电流只在金属与方铅矿接触的那个接触点上自由地流动。 Ferdinand Braun 与 Guglielmo Marconi 共同获得 1909 诺贝尔物理学奖 费迪南德布劳恩在大学在法国斯特拉斯堡担任物理学教授 德国物理学家费迪南德 · 布劳恩 ,柏林大学24岁毕业生,于1874年在 Würzburg 大学研究 了电解质和晶体的导电特点。 当他探索一条晶体(铅硫化 物)方铅矿与点薄的金属丝时,布劳恩指出,电流只在一个方向流动。他发现了在金属与某些晶体材料接触点处的整流效应。 布 劳恩于1876年11月14日在莱比锡向听众 展示这样的半导体器 件,但它并没有发现任何有用的应用,直到无线电的出现,1900年代初期,它也被用于信号探测器在 “ 水晶电台 “ 设置。(1901里程碑) 常见的描述性名称 “ 猫的胡须 ” 探测器来源于用于制造电晶体表面接触的金属微细探针。布劳恩更为人所知的是在1897年发展阴极射线管(CRT)示波器,在德国被称为"百灵管 ” (Braunsche Rohre)。 他与古格列尔莫 · 马可尼共同获得1909年诺贝尔奖,因他们对 “ 无线电报的发展贡献”,主要开发可调谐回路为无线电接收机。 执行整流的电子设备被称为二极管。 1883 年,工作在爱迪生实验室的 William J. Hammer 在给加热丝灯泡补充另一个电极时发现了这种整流效应。 1904年,约翰·弗莱明发明了专利单程 ” 振荡阀",基于所谓的 “ 爱迪生效应 ” ,将交变电流无线电信号转换成耳机或扩音器中的直流电。 今日的二极管,也就是弗莱明阀门,是第一个实用的电子装置。布劳恩的点接触整流二极管执行同样的功能,是使用半导体特性而非热电子特性。 ——————————————————————————————— 译者:哈尔滨工业大学(威海)电子封装 090840102 冯怡 校对:哈尔滨工业大学(威海) 1874 - Semiconductor Point-Contact Rectifier Effect is Discovered In the first written description of a semiconductor diode, Ferdinand Braun notes that current flows freely in only one direction at the contact between a metal point and a galena crystal. Ferdinand Braun shared the 1909 Nobel Prize in Physics with Guglielmo Marconi Credit: www.cathodique.net Ferdinand Braun as a professor of physics at the University of Strasbourg in France Credit: www.cathodique.net German physicist Ferdinand Braun, a 24-year old graduate of the University of Berlin, studied the characteristics of electrolytes and crystals that conduct electricity at Würzburg University in 1874. When he probed a galena crystal (lead sulfide) with the point of a thin metal wire, Braun noted that current flowed freely in one direction only. He had discovered the rectification effect at the point of contact between metals and certain crystal materials. Braun demonstrated this semiconductor device to an audience at Leipzig on November 14, 1876, but it found no useful application until the advent of radio in the early 1900s when it was used as the signal detector in a "crystal radio" set. ( 1901 Milestone ) The common descriptive name "cat’s-whisker" detector is derived from the fine metallic probe used to make electrical contact with the crystal surface. Braun is better known for his development of the cathode ray tube (CRT) oscilloscope in 1897, known as the "Braun tube" (Braunsche R栀爀攀) in German. He shared the 1909 Nobel Prize with Guglielmo Marconi for his "contributions to the development of wireless telegraphy," mainly the development of tunable circuits for radio receivers. Electronic devices that perform rectification are called diodes. Working in Thomas Edison's laboratory in 1883 William J. Hammer noted this rectifier effect when he added another electrode to a heated filament light bulb. In 1904, John Fleming patented a one-way "oscillation valve" based on the, so called, "Edison effect" that converted alternating radio signal currents into direct currents in the earphones or speaker. Known today as a diode, the Fleming valve was the first practical electronic device. The Braun point-contact rectifier diode performs the same function using semiconducting rather than thermionic properties. 原文: http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1874-semiconductor.html 版权 copyright by www.computerhistory.org
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半导体里程_博物馆_1926 场效应半导体器件概念申请专利
热度 1 WanghuataoHIT 2012-3-5 11:27
朱利叶斯 · 利林菲尔德 提交了一项基于硫化铜半导体特征的三极放大器专利,十九 世纪 30 年代 人们一直 试图 制造一个这样的 设备。 波兰 - 美国物理学家 和 发明家朱利叶斯 · E. 利林菲尔德在 1926 年提交 的 专利, “ 用于控制电流的方法和仪器 ” 中,他提出了一个使用硫化铜半导体材料 的 三极结构。如今,这个设备被称为场效应晶体管。 1934 年 在剑桥大学工作 时 ,德国电气工程师和发明家奥斯卡 海尔 提 出了专利,在半导体中 通过电容 性的 耦合 电极控制 电流 - 本质上是一个场效应晶体管。虽然这两个 都 被授予专利, 但 不存在任何记录证明, 海尔 或利林菲尔德 真正制出 运作 的 设备。 1938 年,罗伯特 · 波尔和鲁道夫 Hilsch ,在德国哥廷根大学 ,用三个电极进行 溴钾晶体实验。他们 报道称 放大 了 低频信号(约 1 赫兹),但他们的研究并没 有致予 任何应用。 在贝尔电话实验室关于铜氧化物整流器的研究和 莫特 与 肖特基 关于半导体整流子的解释 ( 1931 里程碑) ,两者的启发下, 威廉 · 肖克利在 1939 年 12 月写道: “ 今 天我意识到,一个放大器 使用半导体,而不是真空 在 原则 上 是可能的。 ” 在他的 带领 下,沃尔特 · 布拉顿和其他 人用这样的 三极装置进行实验,但没有达到放大 作用 。 在战争过后 1945 年 他回到了贝尔实验室 ,肖克利恢复了他 关于 半导体器件 的工作 。他再次未能实现他的预测结果。 1946 年,物理学家约翰 · 巴丁计算 得出 ,表面效应可以解释这些尝试建立 能运行 装置 的失败 。 ( 1947 里程碑) 图 1 JuliusE.Lilienfeld, 护照照片 1926 年 Lilienfeld 专利的所有说明 OskarHeil 和他的妻子,物理学家 AgnesaArsenjewa-Heil ,在意大利 Bormio 1935 年Heil专利的所有说明 译者:哈尔滨工业大学(威海)电子封装 090840104-李涵竹 校对:哈尔滨工业大学(威海) 原文 http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1926-field.html 版权 copyright by www.computerhistory.org 英文原文 Julius Lilienfeld files a patent describing a three-electrode amplifying device based on the semiconducting properties of copper sulfide. Attempts to build such a device continue through the 1930s. Polish-American physicist and inventor Julius E. Lilienfeld filed a patent in 1926, "Method and Apparatus for Controlling Electric Currents," in which he proposed a three-electrode structure using copper-sulfide semiconductor material. Today this device would be called a field-effect transistor. While working at Cambridge University in 1934, German electrical engineer and inventor Oskar Heil filed a patent on controlling current flow in a semiconductor via capacitive coupling at an electrode – essentially a field-effect transistor. Although both patents were granted, no records exist to prove that Heil or Lilienfeld actually constructed functioning devices. In 1938 Robert Pohl and Rudolf Hilsch experimented on potassium-bromide crystals with three electrodes at Gottingen University, Germany. They reported amplification of low-frequency (about 1 Hz) signals, but their research did not lead to any applications. Stimulated by research into copper-oxide rectifiers at Bell Telephone Laboratories and by explanations of semiconductor rectification by Mott and Schottky ( 1931 Milestone ), William Shockley wrote in December 1939 that "It has today occurred to me that an amplifier using semi conductors rather than vacuum is in principle possible." Under his direction, Walter Brattain and others performed experiments on such three-electrode devices but did not achieve amplification. On his return to Bell Labs after the war in 1945 Shockley resumed his work on semiconductor devices. Again he failed to achieve his predicted results. In 1946 physicist John Bardeen calculated that surface effects could account for the failure of these attempts to build working devices. ( 1947 Milestone )
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半导体里程_博物馆_1931电子半导体理论的发表
热度 1 WanghuataoHIT 2012-3-5 11:26
半导体里程_博物馆_1931电子半导体理论的发表
艾伦 · 威尔逊使用了量子力学来解释基本的半导体性质。 7 年后,鲍里斯 · 达维多夫(苏联),内维尔莫特(英国),和沃尔特肖特基(德国)各自对整流做出了定义。 德语单词 “ halbleiter ” 翻译成英文为 “ 半导体 ” ,它首次使用是在 1911 年,作为与电导率的金属(导体)和绝缘体之间的材料来描述的。 几十年来科学家们一直没有对半导体的行为作出合理的解释。直到 1931 年,物理学家沃尔夫冈 · 泡利认为, “ 人们不应该继续研究半导体,这是一个肮脏混乱的东西;谁知道是否真的存在半导体。” 在德国莱比锡海森堡研究所工作的那年,剑桥大学的物理学家艾伦 · 威尔逊采纳了费利克斯 · 布洛赫和鲁道夫 · 佩尔斯发现的固体的量子理论来发明了一个半导体行为的模型。在标题为 “ 电子半导体理论”的两个论文中,他提出:“半导体的特殊性能是由于杂质原子的存在或者是因为这种材料的纯晶体”。 1932 年,威尔逊还试图解释在一个点接触整流( 1874 里程碑)中的单向的电流的流动,根据量子力学的隧道,流动是从金属到半导体 - 反之亦然。但是在 20 世纪 30 年代初,随着其他科学家们进行类似的研究中证明出他的解释是错误的。 关于整流的令人满意的解释,终于在 1938 年出现。鲍里斯 · 达维多夫在俄罗斯科学院的 Ioffe 物理技术研究所,列宁格勒、内维尔莫特在英国布里斯托尔大学,沃尔特肖特基在西门子和哈尔斯克在慕尼黑,德国自主的把电子浓度的现象归功于可以设置电流流动的非对称阻隔的 半导体表面。因为 20 世纪 70 年代的同名二极管,肖特基的名字被新一代的技术人员所熟知。 ( 1969 里程碑) A.H。威尔逊(后来被誉为艾伦·威尔逊先生)他在剑桥的日子里。 威尔逊的一个显示杂质含量的能带图草图。 沃尔特肖特基,在弗里茨 - 哈伯研究所,柏林,1953年。 内维尔莫特与弗朗西斯·西蒙(左),大约在1938年。 译者:哈尔滨工业大学(威海)电子封装 090840105-朴晨灵 校对:哈尔滨工业大学(威海)电子封装090840102-冯怡 原文 http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1931-The-Theory.html 版权copyrightby www.computerhistory.org Alan Wilson uses quantum mechanics to explain basic semiconductor properties. Seven years later Boris Davydov (USSR), Nevill Mott (UK), and Walter Schottky (Germany) independently explain rectification. Translated into English as "semiconductor," the German word "halbleiter" was first used in 1911 to describe materials with electrical conductivities between those of metals (conductors) and insulators. But a good explanation of semiconductor behavior eluded scientists for decades. As late as 1931, physicist Wolfgang Pauli opined that "one shouldn’t work on semiconductors, that is a filthy mess; who knows whether any semiconductors exist." While working at Werner Heisenberg’s institute in Leipzig, Germany that year, Cambridge University physicist Alan Wilson adapted the quantum theory of solids being developed there by Felix Bloch and Rudolf Peierls to create a model of semiconductor behavior. In two papers titled "The Theory of Electronic Semi-Conductors," he proposed that their peculiar properties were due to the presence of impurity atoms in otherwise pure crystals of these materials. In 1932 Wilson also tried to explain the one-way current flow in a point-contact rectifier ( 1874 Milestone ) as due to quantum-mechanical tunneling from metal to semiconductor - or vice-versa. But along with similar attempts from other scientists in the early 1930s, his explanation eventually proved wrong. Satisfactory explanations of rectification finally emerged in 1938. Boris Davydov at the Ioffe Physico-Technical Institute of the Russian Academy of Sciences, Leningrad, Nevill Mott at Bristol University, England, and Walter Schottky at Siemens and Halske in Munich, Germany independently attributed the phenomenon to a concentration of electrons on the semiconductor surface that set up an asymmetric barrier to current flow. Schottky’s name became familiar to a new generation of technologists through the eponymous diode of the 1970s. ( 1969Milestone )
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半导体里程_博物馆_1940-p-n结的发现
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半导体里程_博物馆_1940-p-n结的发现
1940年 pn结的发现 Russell Ohl 发现了 p-n 结和硅中的光电效应,从而引起了结型晶体管和太阳能电池的发展。 Russell Ohl in his laboratory at Bell Laboratories 2006-2007 Alcatel-Lucent. All rights 图一 .Russell Ohl 在贝尔实验室里他自己的实验室中 20 世纪三十年代中期,在美国新泽西州霍姆德尔的贝尔实验室里,一位名为 Russell Ohl 的电化学研究者开始研究硅整流器作为雷达探测器的应用。他发现提高硅的纯度有助于提升它们的探测能力。 1940 年 2 月 23 日 ,他测试的一片硅片表现异常,展示出令人吃惊的结果。当暴露于强光中时,流过硅板的电流轻微地跳动了一下。同时他发现,当用“猫须”探针测试时,晶体的不同部分表现出相反的电场效应。 Ohl 和同事 Jack Scaff 发现硅板上的一个接缝把硅板分成了两个不同的部分,每一部分分别含有不同的杂质。一种杂质是 P 元素,它导致所测样品结构中的电子含量稍微过量;另一种是 B 元素,它导致电子含量略微不足(后来被称为“空穴”)。他们把这两个区域称为 n 型(负极)和 p 型(正极);这两个区域相交的界面或者说“隔阂区”,成为众知的“ p-n 结”。光照射到结上,激发出电子,从 n 极流向 p 极,形成电子流。 Ohl 发现光电效应,给今天的太阳能板( 1954 里程碑)提供了能源。 William Shockley 在 1948 年定义的结型晶体管的概念( 1948 里程碑)就来源于 Ohl 在 1940 年的偶然发现。p -n 结成为了电子产业里最通用的整流器,并且从此成为了半导体器件设计中的一种基本元器件。 Excerpt from Rusell Ohl's notebook entries of February 21, 1940 2006-2007 Alcatel-Lucent. All rights reserved 图二 .Rusell Ohl 在 1940 年 2 月 21 日 的笔记内容的部分摘录 Figures 8 - 13 from Ohl patent filed in 1941 U. S. Patent Office 图三 . 图片 8-13 摘自 Ohl 的收录于 1941 年的专利 同期文献 Ohl,R.S. 《光敏电器》 美国专利 2402662 (收编于 1941 年 5 月 27 日 ,发行于 1946 年 6 月 25 日 )。 Shaff,J.H. Ohl,R.S. 《应用于微波雷达接受器的硅晶体整流器的发展》,贝尔系统工艺期刊, 26 期( 1947 ),第 1 页 口述历史 电气工程师 Ohl,Russel S. 于 1975 年在 Frank Polkinghom 的指引下口述历史。 Frank Polkinghom 是美国新泽西州新不伦瑞克区的罗格斯大学里 IEEE( 译者注:电器和电子工程师协会 ) 成员。 “ Lillian Hoddeson 对 Russell Ohl 的口述历史访问”,( 1976 年 8 月 19-20 )玻尔图书馆及档案馆和美国物理研究所分部的物理学史中心。 更多信息 Riordan,Michael 和 Hoddeson, Lillian ,《 p-n 结的起源》, IEEE 系列( 1997.6 ),页 46-51. Riordan, M 以及 Hoddeson, L. Crystal Fire : 《信息时代的诞生》(纽约: W. W. Norton, 1997 ),页 88-98. Russell Ohl (bow tie) with Jack Scaff (dark hair) at Bell Laboratories Courtesy of: Bell Laboratories and AIP Emilio Segre Visual Archives 图四 . Russell Ohl (蝴蝶结领结)和 Jack Scaff (黑头发)在贝尔实验室 译者:哈尔滨工业大学(威海)电子封装 090840106- 王青 校对:哈尔滨工业大学(威海)电子封装 090840104-李涵竹 原文 http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1940-Discovery.html 版权 copyright bywww.computerhistory.org 1940 — p-n 结的发现 Russell Ohl discovers the p-n junction and photovoltaic effects in silicon that lead to the development of junction transistors and solar cells. In the mid-1930s Russell Ohl, an electrochemist at Bell Telephone Labs in Holmdel, NJ, began investigating the use of silicon rectifiers as radar detectors . He found that increasing the silicon purity helped improve their detection ability. On 23 February 1940, he tested a small silicon slab that yielded strange, surprising results. When exposed to bright light, the current flowing through the slab jumped appreciably. He also noticed that different parts of the crystal yielded opposite electrical effects when tested with a " cat’s whisker " style probe. Ohl and colleague Jack Scaff found that a seam in the slab marked the separation of the silicon into regions containing distinct kinds of impurities. One impurity, the element phosphorus, yielded a slight excess of electrons in the sample while the other, boron, led to a slight deficiency (later recognized as "holes"). They called the regions n -type (for negative) and p -type (positive); the surface or "barrier" where these regions met became known as a " p-n junction." Light striking this junction stimulated electrons to flow from the n -side to the p -side, resulting in an electric current. Ohl had discovered the photovoltaic effect that powers today’s solar cells ( 1954 Milestone ). William Shockley’s conception of the junction transistor in 1948 ( 1948 Milestone ) derived from Ohl’s serendipitous 1940 discovery. The p-n junction became the most common form of rectifier used in the electronics industry and has since become a fundamental building block in the design of semiconductor devices. Contemporary Documents Ohl, R.S. "Light-Sensitive Electric Device" U. S. Patent 2402662 (Filed May 27, 1941, Issued June 25, 1946). Shaff, J. H. Ohl, R.S. "Development of silicon crystal rectifiers for microwave radar receivers," Bell System Technical Journal Vol. 26 (1947) p. 1 Oral Histories Ohl, Russel S. Electrical Engineer, an oral history conducted in 1975 by Frank Polkinghorn, IEEE History Center, Rutgers University, New Brunswick, NJ, USA. "Oral history interview of Russell Ohl by Lilllian Hoddeson," (August 19-20, 1976) The Niels Bohr Library Archives and the Center for History of Physics, Divisions of the American Institute of Physics. More Information Riordan, Michael and Hoddeson, Lillian . "The Origins of the pn Junction," IEEE Spectrum (June 1997) pp. 46-51. Riordan, M Hoddeson, L. Crystal Fire: The Birth of the Information Age. (New York: W. W. Norton, 1997 ) pp. 88-98.
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半导体里程_博物馆_1941年—二战中的半导体二极管整流器
WanghuataoHIT 2012-3-5 11:26
半导体里程_博物馆_1941年—二战中的半导体二极管整流器
高纯度的锗和硅晶体生产技术的开发用于战时雷达的微波探测器的制造。 第二次世界大战期间半导体技术取得了跨越式的发展,因为在频率高于我们可能使用真空二极管的情况下雷达接收器需要检测和转换微波信号的固体整流器。由于战时研发的努力,硅和锗成为最主要的半导体材料。随着RussellOhl在硅研究方面的开创性工作,英国和美国的大学和公司的研究人员开发出净化这两种元素的方法同时用他们所选的杂质来获取所需要的半导体特征。数以百万计的水晶整流二极管用金属接触点连接到硅和锗的小片上被用于盟军的雷达接收器中的使用。 由物理学家弗雷德里克Seitz,杜邦公司的化学公司 的带领,在 麻省理工学院辐射实验室的主持下 , 硅提纯 工作 主要在宾西法尼亚大学 进行。在战争终止的时候 硅 的 纯度 已达到 99.999%。大多数研究 主题要 在锗美国普渡大学的卡尔Lark-Horovitz 带领 下 。 1947年,布拉顿使用高纯锗 在普渡大学第一次 制作 出 了 点接触晶体管。 还有一点很重要的是冶金学家Scaff(见图1940里程碑) 、和 化学家亨利Theurer 在贝尔实验室的研究成果 , 弄明白了 各种杂质 是如何使 n型半导体 具有 过多的电子和p型半导体 有很多的 缺电子(或过量的洞) 的 。通过添加微量的要素,如 元素周期表第五主族的 磷元素 到 纯硅和锗 中 ,他们得到了n型材料。比如 添加第三主族的硼元素 他们p型 材料。 译者:哈尔滨工业大学(威海)电子封装 090840107-司晓庆 校对:哈尔滨工业大学(威海)电子封装 090840108-孙洪根 原文 http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1941-semiconductor.html 版权copyrightby www.computerhistory.org Karl Lark-Horowitz (right) and Seymour Benzer at Purdue, circa 1942 大约1942年, 卡尔Lark-Horowitz 和西摩·本泽在普渡大学 Post-war newspaper announcment of Purdue war research 战后报纸公司宣布了普渡大学战争研究 Typical examples of WWII-type 1N21 crystal rectifiers 二战型1N21晶体整流器的典型例子 Cut-away views of two common WWII crystal rectifiers 两种常见的二战晶体整流器切角意见 1941SemiconductordioderectifiersserveinWWII Techniquesforproducinghighpuritygermaniumandsiliconcrystalsaredevelopedforwartimeradarmicrowavedetectors. SemiconductortechnologytookagiantleapforwardduringWorldWarII,asradarreceiversneededsolid-staterectifierstodetectandconvertmicrowavesignalsatfrequencieshigherthanpossibleusingvacuumtubediodes.SiliconandgermaniumemergedasthedominantsemiconductormaterialsduetowartimeRDefforts.FollowingRussellOhl’spioneeringsiliconwork,( A title="1940 :: Discovery of the p-n Junction" href="http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1940-Discovery.html" 1940Milestone )researchersatuniversitiesandcompaniesinGreatBritainandtheUnitedStatesdevelopedtechniquestopurifybothelementsand“dope”themwithselectedimpuritiestoobtainthesemiconductorcharacteristicsdesired.Millionsofcrystalrectifierdiodes,withametalpointcontactingatinysliverofsiliconorgermaniuminside,werefabricatedforuseinAlliedradarreceivers. UndertheauspicesofMIT'sRadiationLaboratory,siliconpurificationoccurredmainlyattheUniversityofPennsylvania,ledbyphysicistFrederickSeitz,andDupontChemicalCompany.Siliconof99.999percentpuritywasavailablebywar’send.MostgermaniumresearchoccurredatPurdueUniversityunderKarlLark-Horovitz.In1947WalterBrattainusedaslabofthehigh-puritygermaniumdevelopedatPurdueinfabricatingthefirst,point-contacttransistor. AlsocrucialwereresearcheffortsatBellLabs,ledbymetallurgistJackScaff( A title="1940 :: Discovery of the p-n Junction" href="http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1940-Discovery.html" Seephotoat1940Milestone )andchemistHenryTheurer,tounderstandhowvariousimpuritiesledto n -typesemiconductorswithanexcessofelectronsand p -typesemiconductorswithadeficitofelectrons(orexcessofholes).ByaddingtinyamountsofelementssuchasphosphorusfromthefifthcolumnofthePeriodicTabletopuresiliconandgermanium,theyobtained n -typematerial.Addingthird-columnelementslikeborongavethem p -type.
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半导体里程_博物馆_1955:光刻技术在硅器件中的应用
WanghuataoHIT 2012-3-5 11:21
半导体里程_博物馆_1955:光刻技术在硅器件中的应用
Jules Andrus 和 Walter Bond 应用光刻蚀法技术从印刷工艺到能够在晶圆上精确刻蚀扩散成一个窗口 在 1955 年 Jules Andrus 和 Walter L. Bond 在贝尔实验室 开始把现有的光刻技术(也被称为照相制版)技术开发制造模式应用于印刷电路板使生产更精确, 在硅晶片用到了 更复杂的基于 Frosch 和 Derick’s 二氧化硅层的 设计 。 ( 1955 里程碑)在应用光敏涂料或 “ 抵抗 ” 的层和揭露所需的图案涂层,通过光掩膜,精确的窗口地区被定义在层和化学蚀刻,抵制开幕暴露被冲走。杂质通过这些口扩散到基本硅建立区的 n 型和 p 型硅半导体器件。 1957 年, 在早期的尝试以小型电子电路,杰伊莱斯罗普杰姆斯所有的美国陆军军械引信实验室钻石在马里兰州专利光刻技术用于沉积薄膜的金属条,约 200 微米宽连接离散晶体管的一个陶瓷基板。他们还使用这些技术的蚀刻孔二氧化硅制造二极管阵列。 1959 年, Lathrop 加入了德州仪器,致力于集成电路研究, Nall 去了飞兆半导体。 随后该创举, 1958 年在飞兆半导体公司, Jay Last 和 Robert Noyce 创造了第一个单反相机,应用光刻技术使在一个硅晶片上有很多晶体管。在 1961 年 GCA 的一个分公司 David W. Mann 是第一个公司制作商业步骤,使用重复掩膜来减少设备。 随着特征尺寸低于 0.1 微米变得司空见惯的半导体制造的今天,光刻是一个必不可少的步骤。 译者:哈尔滨工业大学(威海)电子封装-090840119-乔云飞 校对:哈尔滨工业大学(威海)电子封装技术 090840218 赵家玮 原文: http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1955-Photolithography.html 版权 copyright by www.computerhistory.org Hand cutting an IC design onto rubylith material for creating the pattern to be optically shrunk onto a photographic mask - early 1970s( 70年代早期, 手工切割 集成电路 设计 ) A completed rubylith layer ready for photographic reduction - circa 1965(一个 完好的 红膜 层显影) Figure from 1957 Lathrop, et al. semiconductor fabrication patent( 图 1957 莱思罗普, 半导体制造 专利 ) Burt Wheeler developed the Mann photorepeater for making masks( 伯特研究出摄影复印机 ) Jules Andrus and Walter Bond adapt photoengraving techniques from printing technology to enable precise etching of diffusion "windows" in silicon wafers. In 1955 Jules Andrus and Walter L. Bond at Bell Labs began adapting existing photolithographic (also called photoengraving) techniques developed for making patterns on printed circuit boards to produce much finer, more intricate designs on silicon in wafers using Frosch and Derick’s silicon-dioxide layer. ( 1955 Milestone ) After applying a photosensitive coating or "resist" on the layer and exposing the desired pattern on this coating through an optical mask, precise window areas were defined in the layer and opened by chemical etching where unexposed resist had been washed away. Impurities were diffused through these openings into the underlying silicon to establish the zones of n -type and p -type silicon needed in semiconductor devices. In an early attempt to miniaturize electronic circuits in 1957, Jay Lathrop and James Nall of the U.S. Army’s Diamond Ordnance Fuse Laboratories in Maryland patented photolithographic techniques used to deposit thin-film metal strips about 200 micrometers wide to connect discrete transistors on a ceramic substrate. They also used these techniques to etch holes in silicon dioxide to fabricate diode arrays. In 1959 Lathrop joined Texas Instruments, working for Jack Kilby, and Nall went to Fairchild Semiconductor. Following up on this pioneering work, Jay Last and Robert Noyce built one of the first "step-and-repeat" cameras at Fairchild in 1958 to make many silicon identical transistors on a single wafer using photolithography. In 1961 the David W. Mann division of GCA Corporation was the first firm to make commercial step and repeat mask reduction devices (photo-repeaters). Photolithography remains an essential step in semiconductor manufacturing today, with feature sizes below 0.1 micrometer becoming commonplace.
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半导体里程_博物馆_1958年-3-所有半导体固态电路得以证明
WanghuataoHIT 2012-3-5 11:19
1958年 - 所有半导体固态电路得以证明 杰克.基尔比用半导体材料制造了一个兼有主动与被动部分的微型电路。 随着计算机系统变得更加复杂,工程师们也在寻求更加简单的方法去连接他们所使用的数以万计的晶体管。政府机构资助微型模块和多芯片混合电路工程来解决这个问题。 1952 年,英国电信研究机构的 GWA Dummer 提出“随着晶体管的问世和半导体领域的广泛研究,现在看来可以设想出一种没有连接线的电子设备,并使之封闭于一个固体块中。” 从 50 年代中期到后期,一系列的项目成功地将多个组件集成于一个芯片上。在美国无线电公司, Harwick Johnson 取得了一个无线电振荡器专利, Torkel Wallmark 和 Sanford Marcus 分别创立了移位寄存器和逻辑门。 阿瑟 · 德阿萨罗和伊恩 · 罗斯贝尔实验室制作出了电话应用方面的四阶段计数器。 IBM 公司的乔 · 罗格和里克 · 迪尔制作出了一台使用双基极二极管结构的电脑。日本通产省的 Yasuro Tarui 和德州仪器的 Richard Stewart 提交了多个设备专利。 麻省理工学院的 Dudley Buck 研发了一种超导集成元件制成的低温管。尽管这些成就取得了不同程度的功能,但是没有一个可以解决通用性的系统集成带来的挑战。 1958 年 9 月 12 日,来自德州仪器的 Jack Kilby 在锗基片上用 PNP 型晶体管自己刻蚀制作了一个含有晶体管、电阻、电容等原件的电路。通过使用精致的金制“神奇导线”,他将各自分立的原件连接到了一个振荡电路。一个星期之后,他制作出了放大器。德州仪器在 1959 年 3 月宣布了 Kilby 的“固体电路”概念,并在 1960 年 3 月推出其首个商业设备, 502 型号的二进制触发器,每个售价为 450 美元。但是金线互联并不是一个实用的生产技术。 1961 年 10 月,德州仪器推出的 51 系列直接藕合晶体管逻辑 “ 完全集成电路 ” 系统,使用敷金属平面技术( 1959 年里程碑) 。 图一: Jack Kilby with his lab notebook open at his first solid circuit drawing 杰克 · 基尔比与他的实验室笔记本,展示了他的第一固体电路图纸 Courtesy of: Texas Instruments, Inc 图二: Kilby’s original germanium multi-chip "solid-circuit" oscillator Kilby 的原锗多芯片 “ 固体电路 ” 振荡器 Courtesy of: Texas Instruments, Inc 图三: Connection diagram and open package photograph of the Type 502 flip-flop with "flying-wire" internal connections 连接图和 502 型 “ 飞线 ” 的封装内部连接触发器 Courtesy of: Texas Instruments, Inc 图四: G.W.A. Dummer predicted "solid block" circuits in 1952 G.W.A. dummer 1952 年预测 “ 固体块 ” 电路 Credit: Robert Cathles, under GNU Free Documentation License 译者:哈尔滨工业大学(威海)电子封装 090840123-薛彦峰 校对:哈尔滨工业大学(威海)电子封装 090840125-赵宏博 原文: http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1958-Miniaturized.html 版权 copyright by www.computerhistory.org 原文: 1958 - All semiconductor "Solid Circuit" is demonstrated Jack Kilby produces a microcircuit with both active and passive components fabricated from semiconductor material. As computer systems grew more complex, engineers sought simpler ways to interconnect the thousands of transistors they employed. Government agencies funded micro-module and multi-chip hybrid circuit projects in search of a solution to this problem. In 1952, G. W. A. Dummer of England's Telecommunications Research Establishment proposed "With the advent of the transistor and the work in semiconductors generally, it seems now possible to envisage electronic equipment in a solid block with no connecting wires." From the mid to late 1950s several projects succeeded in integrating multiple components on a chip. At RCA Harwick Johnson patented an oscillator and Torkel Wallmark and Sanford Marcus built shift registers and logic gates. Arthur D'Asaro and Ian Ross of Bell Labs fabricated a four-stage counter for telephone applications. Joe Logue and Rick Dill of IBM built a counter using a double-base diode structure. Yasuro Tarui of Japan's MITI and Richard Stewart of TI filed multiple device patents. Dudley Buck of MIT developed the cryotron, an integrated superconducting element. While achieving various degrees of functionality, none of these ideas yielded a solution to the challenge of general-purpose system integration. On September 12, 1958, Jack Kilby of Texas Instruments built a circuit using germanium mesa p-n-p transistor slices he had etched to form transistor, capacitor, and resistor elements. Using fine gold "flying-wires" he connected the separate elements into an oscillator circuit. One week later he demonstrated an amplifier. T.I. announced Kilby's "solid circuit" concept in March 1959 and introduced its first commercial device in March 1960, the Type 502 Binary Flip-Flop priced at $450 each. However the flying-wire interconnections were not a practical production technique. In October 1961, T.I. introduced the Series 51 DCTL "fully-integrated circuit" family using deposited-metal planar technology ( 1959 Milestone ).
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半导体里程_博物馆_1959年 “平面”制造工艺的发明
热度 1 WanghuataoHIT 2012-3-5 11:18
1959 年 “ 平面 ” 制造工艺的发明 Jean Hoerni 发展平面工艺解决了晶体管可靠性问题 , 从而使半导体制造革命化。 与台面晶体管( 1958 里程碑)的可靠性问题寻求解决方案, Fairchild 的物理学家 Jean Hoerni 回忆起他曾在 1957 年 12 月记录的想法 — 一个新的进程,在离开氧化层的硅片上,以保护敏感的 PN 下面的路口。由于专注于首批设备的投入生产,在那时该公司没有追求这种做法。 由于担心可能的污染物,传统的智慧,也需要去除氧化物掩蔽完成后这一层,从而暴露了路口。 Hoerni 观看氧化物,而不是作为一种可能的解决方案 - 他的“平面”的方法,成品设备的地势平坦而命名,会保护这些路口。在 1959 年 1 月编写了专利披露后,那年三月,他证明了工作平面晶体管的存在。就像霍尔尼曾预言过的,确实发现氧化层保护的路口。 平面器件也被证明有更好的电气特性 - 尤其是远低漏电流,这是计算机逻辑设计中的关键。他们允许从一个晶圆( 1960 里程碑)侧面制造集成电路的所有组件。 1960年4月,仙童公司推出了商业性的2N1613平面晶体管,并注册了该工艺在工艺中的所有权。今天的 10 亿个晶体管的集成电路全部依靠的是 Hoerni 的突破性理念。一位历史学家称它是“在半导体产业史上最重要的创新。” 虽然平面技术使硅晶体管以满足航空航天工业的严格要求,但是半导体厂商在遇到的每一个重大的技术进步的同时也会遇到新的麻烦。在 20 世纪 60 年代的重大问题,包括金丝上的“紫色的瘟疫”,铝与电的连线,和 MOS 晶体管的稳定。 1964 年(里程碑) 图一: 1 Jean Hoerni with transistor geometry in the background Jean Hoerni 在晶体管几何背景下的的照片 图二: Photomicrograph of a Model 2N1613 planar transistor 2N1613 平面晶体管模型的照片 图三: Figure from Hoerni’s patent on the planar manufacturing process Hoerni 的从图上显示的平面制造工艺过程的照片 图四: Cutaway view of an early Fairchild planar transistor 早期 Fairchild 平面晶体管的剖视图 译者:哈尔滨工业大学(威海)电子封装 090840124-于凯先 校对: 原文: http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1959-invention-of-the-planar-manufacturing-process-24.html 版权 copyright by www.computerhistory.org 原文: 1959 - Invention of the "Planar" Manufacturing Process Jean Hoerni develops the planar process to solve reliability problems of the mesa transistor, thereby revolutionizing semiconductor manufacturing. Seeking a solution to reliability issues with the mesa transistor ( 1958 Milestone ), Fairchild physicist Jean Hoerni recalled an idea he had recorded in December 1957 - a new process in which the oxide layer is left in place on the silicon wafer to protect the sensitive p-n junctions underneath. Focused on getting its first devices into production, the company did not pursue the approach at that time. Due to concerns about possible contaminants, conventional wisdom required removing this layer after completion of oxide masking, thus exposing the junctions. Hoerni viewed the oxide instead as a possible solution - his "planar" approach, named after the flat topography of the finished device, would protect these junctions. After writing a patent disclosure in January 1959, he demonstrated a working planar transistor that March. The oxide layer was indeed found to protect the junctions, as Hoerni had predicted. Planar devices also proved to have better electrical characteristics - particularly far lower leakage currents, which is critical in computer logic design. And they permitted fabrication of all the components of an integrated circuit from one side of a wafer ( 1960 Milestone ). Fairchild introduced the 2N1613 planar transistor commercially in April 1960 and licensed rights to the process across the industry. The billion-transistor integrated circuits of today rely on Hoerni’s breakthrough idea. One historian has called it "the most important innovation in the history of the semiconductor industry." While planar technology enabled silicon transistors to meet the stringent demands of the aerospace industry, semiconductor vendors continued to encounter new failure mechanisms with every major technology advance. Significant issues in the 1960s included “purple plague” on gold bonding wires, electromigration of aluminum interconnect lines, and MOS transistor stability. ( 1964 Milestone )
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半导体里程_博物馆_1960-1-第一个平面集成电路的制作
WanghuataoHIT 2012-3-5 11:17
半导体里程_博物馆_1960-1-第一个平面集成电路的制作
1960-第一个平面集成电路的制作 Jay Last引领了基于Hoerni的平面法和Noyce的整体方法的第一个商用IC的发展。 1959年8月Fairchild半导体研发主任Robert Noyce让共同创立者Jay Last开始开发一个基于Hoerni的平面法(1959里程碑)和Noyce的专利(1959里程碑)的平面集成电路。在Wescon用分立晶体管建立了一个多芯片触发器来诠释概念之后,Last组成了一个包括Sam Fok, Isy Haas, Lionel Kattner, 和 James Nall的团队。根据应用部门的Don Farina, Robert Norman提供的特性化数据,用一个改良的直接耦合晶体管逻辑(DCTL)电路设计了一个带有4晶体管和5个电阻器的兼有早期平面处理能力集成电路。 在一个芯片上集成多重相连的装置造成了许多新的工程挑战。1960年5月26日生产的第一个工作的单块集成电路设备使用了物理隔离来实现组件之间的电隔离。硅晶圆的背面刻蚀了深凹槽并且充满了不导电的环氧树脂。由Haas and Kattner研发的用硼扩散技术来实现p-n节电子隔离成为了首选的生产方法,并在1960年9月27日投入了集成电路的生产。 1960年Fairchild在工程会议提出了先进的信息并提供了面向的客户原型样品。在名为Logic (Micrologic)的贸易下,”F” 类型触发器功能在1961年通过一个在纽约的新闻发布会上展示广告和《生活》杂志上的一张照片向社会公告。五个包括" G "类型门功能(1962里程碑),半加法器和一个半移位寄存器的外加的电路在10月被应用。 Jay Last with Gordon Moore in background Jay Last和Gordon Moore在背景下 Credit: Fairchild Camera Instrument Corporation Physically-isolated Micrologic flip-flop compared to a dime from LIFE magazine March 10, 1961 物理隔离的微程序控制逻辑触发器与硬币相比,摘自1961年3月10日的生活杂志 Credit: Fritz Goro, Time Life Pictures Junction-isolated version of the type "F" flip-flop. The die were etched to fit into a round TO-18 transistor package 节孤立版本的“F”类型触发器。晶片被蚀刻来适应一个圆TO-18晶体管封装。 Credit: Fairchild Camera Instrument Corporation Presentation block with a Micrologic wafer and IC in the TO-18 package 一个微程序控制逻辑晶圆和集成电路在圆TO-18晶体管封装中的展示块 CHM collection: Gift of Bob and Marcella Major 译者:哈尔滨工业大学(威海)电子封装 090840126-种兆永 校对:哈尔滨工业大学(威海)电子封装 090840124-于凯先 原文 http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1960-FirstIC.html 版权 copyright by www.computerhistory.org ———————————————————————————————————— 1960 - First Planar Integrated Circuit is Fabricate Jay Last leads development of the first commercial IC based on Hoerni’s planar process and Noyce’s monolithic approach. In August 1959 Fairchild Semiconductor Director of RD, Robert Noyce asked co-founder Jay Last to begin development of an integrated circuit based on Hoerni’s planar process ( 1959 Milestone ) and Noyce’s patent. ( 1959 Milestone ) After building a multi-chip flip-flop with discrete transistors to demonstrate the concept at Wescon, Last assembled a team including Sam Fok, Isy Haas, Lionel Kattner, and James Nall. Based on characterization data prepared by Don Farina, Robert Norman of the applications department designed a flip-flop with four-transistors and five resistors using a modified Direct Coupled Transistor Logic (DCTL) circuit as most compatible with early planar processing capabilities. Integrating multiple interconnected devices on one chip posed many new engineering challenges. The first working monolithic devices produced on May 26 1960 used physical isolation to achieve electrical separation between components. Deep channels were etched from the rear of the silicon wafer and filled with non-conducting epoxy. The preferred production method, p-n junction electrical isolation using a boron diffusion technique developed by Haas and Kattner, yielded working circuits on September 27, 1960. Fairchild presented advanced information at engineering conferences and provided prototype samples to customers in 1960. Under the trade name Logic (Micrologic), the type "F" flip-flop function was announced to the public in March 1961 via a press conference at the IRE Show in New York and a photograph in LIFE magazine. Five additional circuits, including the type "G" gate function ( 1962 Milestone ), a half adder, and a half shift register, were introduced in October.
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半导体里程_博物馆_1960-2金属氧化物半导体(MOS)晶体管的论证
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图1 Dawon Kahang的金属氧化物半导体(mos)晶体管的图形 M. M. (John) Atalla and Dawon Kahn g 在 1995 年于贝尔实验室成功制造了第一个绝缘栅极场效应晶体管,一直被 Lilienfeld, Heil, Shockley 等人长期期望的通过注入到半导体材料来克服表面态从而封锁电场。通过研究二氧化硅热生长层,他们发现这些 ** 会在一个由金属(金属极),氧化物(氧绝缘层),硅(硅半导体)组成的三明治(也就是 金属氧化物半导体场效应晶体管,通常被成为金属氧化物半导体 )的硅及其氧化物之间有一个明显的减小。因为他们的装置缓慢而起在电话系统中没有很急切的需求,所以它没有进一步的发展。在一个 1961 年的备忘中, Kahng 却指出了它在易于制造和在集成电路方面应用的可能性的潜力,飞兆半导体和美国无线电公司的研究人员认识到了这些优势。在 1960 年 Karl Zaininger 和 Charles Meuller 在美国无线电公司制造了一个 金属氧化物半导体晶体管,飞兆半导体的 C.T. Sah 制造了一个可控金属氧化物半导体四极管。 Fred Heiman and Steven Hofstein 随后在美国无线电公司于 1962 年研制出了 实验用 16 个晶体管的集成装置。 图2仙童半导体的FI 100 的p沟道金属氧化物半导体开关晶体管 金属氧化物半导体晶体管的导电区域要么是 p 型 ( 称其 p 沟道 设备 ) 或 n 型 (n- 沟道设备 ) 材料,后者要比 p 沟道的更快,同时也更难制作。 金属氧化物半导体器件 在 1964 年冲击了商业市场。通用微电子公司和飞兆半导体公司将 p 型装置用于逻辑开关。美国无线电公司引进了一种 n 沟道的晶体管用于放大信号。由于它比双极性器件有更小的尺寸和功率消耗,如今超过百分之 99 的微型芯片都用金属氧化物半导体器件来制作。取得这样的普遍应用耗费了十年努力。 图3 RCA16金属半导体晶体管的电路放大图像 图4 1962年在RCA的 MOS IC开发者 Steven Hofstein 译者:哈尔滨工业大学(威海)电子封装 090840127-周超 校对:哈尔滨工业大学(威海)电子封装 090840128- 徐涛 原文 http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1978-PAL.html 版权 copyright by www.computerhistory.org ———————————————————————————————— 1960 - Metal Oxide Semiconductor (MOS) Transistor Demonstrated John Atalla and Dawon Kahng fabricate working transistors and demonstrate the first successful MOS field-effect amplifier. In 1959 M. M. (John) Atalla and Dawon Kahng at Bell Labs achieved the first successful insulated-gate field-effect transistor (FET), which had been long anticipated by Lilienfeld, Heil, Shockley and others ( 1926 Milestone ) by overcoming the surface states that blocked electric fields from penetrating into the semiconductor material. Investigating thermally grown silicon-dioxide layers, they found these states could be markedly reduced at the interface between the silicon and its oxide in a sandwich comprising layers of metal (M - gate), oxide (O - insulation), and silicon (S – semiconductor) - thus the name MOSFET, popularly known as MOS. As their device was slow and addressed no pressing needs of the telephone system, it was not pursued further. In a 1961 memo, however, Kahng pointed out its potential ease of fabrication and the possibility of application in integrated circuits. But researchers at Fairchild and RCA did recognize these advantages. In 1960 Karl Zaininger and Charles Meuller fabricated an MOS transistor at RCA and C.T. Sah of Fairchild built an MOS-controlled tetrode. Fred Heiman and Steven Hofstein followed in 1962 with an experimental 16-transistor integrated device at RCA. The MOS transistor conducting region is either p -type (making it a p -channel device) or n -type ( n -channel device) material. The latter are faster than p -channel but are more difficult to make. MOS devices hit the commercial market in 1964. General Microelectronics (GME 1004) and Fairchild (FI 100) offered p -channel devices for logic and switching applications; RCA introduced an n -channel transistor (3N98) for amplifying signals. Because of their smaller size and lower power consumption than bipolar devices, over 99 percent of microchips produced today use MOS transistors. Achieving such ubiquity took decades of effort. ( 1964 Milestone )
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半导体里程_博物馆_1960-3-外延沉积过程中提高晶体管的性能
WanghuataoHIT 2012-3-5 11:16
半导体里程_博物馆_1960-3-外延沉积过程中提高晶体管的性能
1960年外延沉积过程中提高晶体管的性能 薄膜晶体生长过程的发展,导致具有高转换速度的晶体管。 1951年,戈登舠尔和霍华德克里斯滕森在贝尔实验室开发的一个现在被称为外延沉积过程,此过程成长在基板上,继续底层基板上成长一层薄的材料晶体结构。 sheftal',Kokorish,和Krasilov在苏联1957年描述过硅和锗类似的工作过程。 在伊恩圠斯的敦促下,1960年由亨利瘠鶖尔领导的贝尔实验室团队用化学气相沉积增加基层和晶体管集电极之间的薄硅外延层。这种方法不仅提高了晶体管的击穿电压同时显著提高了开关速度(1961年的里程碑)这两个重要的电路设计特点。额外的工艺步骤添加的制造成本比被设备改善的性能还要多。这项技术很快的传到了西方电气公司,并在通过贝尔系统转换的电子电话硅晶体管的制造业中使用。 陶依尔的一个外延晶体管的介绍在1960年6月的固态设备研究会议引起了广泛的关注。 Fairchild公司用外延工艺制造的2N914,在1961年3月推出其最成功之一的晶体管,并迅速被Rheem, Sylvania和Texas仪器公司效仿。 摩托罗拉将此工艺应用在大规模生产汽车交流发电机设备过程中, 硅外延工艺在早期双极集成电路制造业产量的重要影响,使个别电路元件电气隔离的完成更加容易。后来广泛应用在MOS产品制造生产中。外延生长技术也常用在形成超薄层的复合半导体制造中。 图一 伊恩罗斯作为贝尔实验室的董事长的素描像 Pencil sketch of Ian Ross as president of Bell Labs 2006-2007 Alcatel-Lucent. All rights reserved 图2 单一外延工艺反应装置图 Diagram of a simple epitaxial reactor 2006-2007 Alcatel-Lucent. All rights reserved 图3 在运行当中的外延反应装置研究模型图 A research-scale epitaxial reactor in operation Credit: University of South Carolina 图4 外延晶体管在贝尔数字切换系统的应用图 Epitaxial transistors were used in the Bell Number One ESS switch Credit: ATT Corporate History 译者:哈尔滨工业大学(威海)电子封装 090840128-徐涛 校对:哈尔滨工业大学(威海)电子封装 090840127-周超 原文 http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1960-Epitaxial.html 版权 copyright by www.computerhistory.org 1960 - Epitaxial Deposition Process Enhances Transistor Performance Development of thin-film crystal-growth process leads to transistors with high switching speeds. In 1951 Gordon Teal and Howard Christensen at Bell Labs developed a process, now called epitaxial deposition, to grow a thin layer of material on a substrate that continues the underlying crystalline structure. Sheftal’, Kokorish, and Krasilov described similar work on germanium and silicon in the U.S.S.R. in 1957. At the urging of Ian Ross, a Bell Labs team led by Henry Theurer used chemical-vapor deposition to add a thin epitaxial layer of silicon between the base and collector of a transistor in 1960. This approach raised the transistor’s breakdown voltage while dramatically increasing its switching speed, (1961 Milestone) two important circuit-design characteristics. The added manufacturing cost of the extra process step was more than offset by improvements in device performance. The technology was quickly transferred to Western Electric and used in manufacturing silicon transistors for electronic telephone switching in the Bell System. Theurer gave a presentation on epitaxial transistors at the June 1960 Solid-State Device Research Conference that aroused widespread interest. Fairchild used epitaxy to fabricate the 2N914, one of its most successful transistors introduced in March 1961 and quickly emulated by Rheem, Sylvania, and Texas Instruments. Motorola applied the process to mass produce devices for automotive alternators. Epitaxial silicon also had an important impact on the manufacturing yield of early bipolar integrated circuits by allowing electrical isolation of the individual circuit components to be accomplished much more easily. It later found widespread application in the manufacture of MOS products. Epitaxial growth techniques are also used to form the ultra-thin layers common in compound-semiconductor manufacturing.
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半导体里程_博物馆_1961-1-硅晶体管超过锗晶体管的速度
WanghuataoHIT 2012-3-5 11:15
1961- 硅晶体管超过锗晶体管的速度 计算机工程师 西摩 · 克雷基金发展第一个硅装置来满足世界上最快机器的性能要求。 在通用自动电子计算机方面,计算机工程师西摩 · 克雷曾经致力于通用晶体管公司的锗晶体管。在和 威廉 · 诺里斯一成立数据控制公司,克雷就让通用晶体管公司为 CDDC 1604 计算机生产出了快速切换的锗设备,这个计算机在 1960 年成为了第一个商业成功的大型科学计算晶体管机器。 为了创造世界上最快的超级计算机,克雷要求一个在成百上千设备近距离工作产生的高温环境中运行且能在 3 纳秒之内切换的晶体管。 克雷授予飞兆半导体公司 500 , 000 美元的开发合同要为 CDC 6600 制造一个新的晶体管。 吉恩 · 赫尔尼达到了技术要求,结合 “ 掺金 ”—— 除了黄金杂质 - 连同新的外延沉积过程。该 2n709 ( ft-1310npn 型装置)在 1961 年 7 月作为第一类超越锗速度的硅晶体管被介绍推出。 每一个 CDC 6600 用 600 , 000 个晶体管封装在一个独特的 cordwood-style 模块配置中来减少连接电线的长度。在 1964 年飞兆半导体因为超过一千万的设备被成为“半导体产业历史上最大的单一指令之一”。科学数据系统是另一个在西格玛系列电脑逻辑应用中高速硅半导体的早期采纳者。 Jean Hoerni working in the lab 图片 1 :吉恩 · 赫尔尼正在实验室工作。 。 2N709 die - epitaxial gold-doped switching transistor 图片 2 : 2N709 晶圆外延开 掺金开关晶体管。 CDC 6600 "cordwood-module" transistor-based logic units 图片 3 : CDC 6600”cordwood 模块 ” 电晶体逻辑组合。 Open logic and memory "leaves" of a CDC 6600 图片 4 : CDC 6600 的开放式逻辑与记忆的“叶子”。 版权 copyright by www.nobeprize.org 译者:哈尔滨工业大学(威海)电子封装 090840129-祝乐 校对:哈尔滨工业大学(威海)电子封装 090840112-李迪 1961 - Silicon Transistor Exceeds Germanium Speed Computer architect Seymour Cray funds development of the first silicon device to meet the performance demands of the world’s fastest machine. Computer architect Seymour Cray had worked with General Transistor Corporation’s germanium transistors at Univac. On founding Control Data Corporation in 1957 with William Norris, Cray asked General Transistor to develop a fast switching germanium device for the CDC 1604 that in 1960 became the first commercially successful large-scale transistor machine for scientific computing. With the goal of building the world’s fastest supercomputer, Cray required a transistor that switched in less than 3 nanoseconds while operating in a high temperature environment created by hundreds of thousands of devices operating in close proximity. Early silicon transistors offered superior operation to germanium at elevated temperature but were too slow for many computer designs. Cray awarded Fairchild Semiconductor a $500,000 development contract to build a new transistor for the CDC 6600. Jean Hoerni met the specification by combining "gold-doping" - the addition of gold impurities - together with the new epitaxial deposition process. ( 1960 Milestone ) The 2N709 (FT-1310) n-p-n device was introduced in July 1961 as the first silicon transistor to exceed germanium speed. Each CDC 6600 used 600,000 transistors packaged in a unique cordwood-style module configuration to minimize connecting wire lengths. In 1964 the company placed "one of the largest single orders in the history of the semiconductor industry" with Fairchild for over 10 million devices. Scientific Data Systems was another early adopter of high-speed silicon transistors for logic applications in the Sigma series computers.
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半导体里程_博物馆_1961-2 专用半导体测试装置问世
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半导体里程_博物馆_1961-2 专用半导体测试装置问世
为了大规模生产半导体独立供应商制造专业的测试装置 在半导体发展的头20年中,半导体制造商习惯性的做他们自己的工具并且生产自己的设备。在十九世纪六十年代早期,仙童半导体,美国西格尼迪克公司,德克萨斯州仪器和其他企业开始向他们的消费者和竞争者出售他们的半导体测试仪。 仙童引导 IC 检测仪发展的创始人 VicGrinich 1958 年, TI 工程师开发了一款中央自动检验仪(简称 CAT )的晶体管检测仪器。在 1962 年引进的 TI 的晶体管和组件检测仪器(简称 TACT )对企业和消费者很有用,这种情况持续了很多年。市场上供应的第一批完整的电路测试仪之一就是美国西格尼迪克公司典型 1420 。 BillHafner 在 1961 年发展了仙童微程序控制逻辑产品检测仪,是 SentrySeries 中 IC 检测仪的先驱。 在共同创立者 VicGrinich 的带领下,仙童在 1959 年从 Type1A 开始生产了一个系列的内部晶体管。 1961 年 3 月在美国无线电工程师学会展上 Type4 测试仪向公众出售。这个团体生产了好几代设备成为了一个重要的仪器部门,包括 Model4000M 自动监测系统,它们是二十世纪六十年代工业上一批重负荷机器,还有 Sentry400 ,是第一批大规模集成电路高针计数检测仪(简称 LSI )的其中之一。 Teradyne’sNicholasDeWolf 和 Alexd'Arbeloff NicholasDeWolf ,半导体制造商 碳化硅发光二级管 的首席工程师, Wakefield,MA, 与 Alexd'Arbeloff 联手于 1961 年在波士顿创建了 Teradyne 为了开发 D133 二极管检测仪,是第一批用半导体代替电子管的商业检测系统之一。在 1966 年 DeWolff 和 MiltCollins 在数字设备 PDP-8 迷你电脑的基础上设计了 J259 模型作为工业上的第一个电脑控制试验检测系统。这台机器作为主要的设备是现代工业自动监测装置和 Teradyne 的基础。 TeradyneJ259 第一批问世的使用数字设备 PDP-8 的 IC 电脑控制测试系统。 译者:哈尔滨工业大学(威海)电子封装 090840201 甘笑雨 校对:哈尔滨工业大学(威海) 原文 http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1961-Test.html 版权 copyrightbywww.computerhistory.org -------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 1961-DedicatedSemiconductorTestEquipmentEntersCommercialMarket Semiconductorandindependentvendorsbuilddedicatedtestequipmentforhigh-throughputmanufacturing. Forthefirsttwodecadesoftheindustry,semiconductormanufacturerscustom-builtmostoftheirowntoolsandequipmentin-house.Intheearly1960s,FairchildSemiconductor,Signetics,TexasInstrumentsandothersbegantoselltheirspecializedsemiconductortestequipmenttotheircustomersandcompetitors. TIengineersdevelopedaCentralizedAutomaticTester(CAT)transistor-testingmachinein1958.TI'sTransistorandComponentTester(TACT)introducedin1962servedthecompanyanditscustomersformanyyears.OneofthefirstintegratedcircuittestersofferedcommerciallywastheSigneticsModel1420. Underco-founderVicGrinich,Fairchildproducedaseriesofin-housetransistortestersbeginningwiththeType1Ain1959.TheType4testerwasintroducedforpublicsaleattheMarch1961IREShow.ThisgroupgrewintoanimportantInstrumentationDivisionthatproducedseveralgenerationsofmachines,includingtheModel4000MAutomaticTestSystem,aworkhorseoftheindustryinthe1960s,andtheSentry400,oneofthefirsthighpin-counttestersforLargeScaleIntegrated(LSI)circuits. NicholasDeWolf,chiefengineeratsemiconductormanufacturerTransitron,Wakefield,MA,teamedupwithAlexd'Arbeloffin1961tofoundTeradyneinBostontobuildtheD133diodetester,oneofthefirstcommercialtestsystemstousesemiconductorsinplaceofvacuumtubes.In1966DeWolffandMiltCollinsdesignedthemodelJ259basedontheDigitalEquipmentCorporationPDP-8minicomputerastheindustry'sfirstcomputer-controlledtestsystem.Thismachinelaidthefoundationfortoday’sAutomaticTestEquipment(ATE)industryandTeradyneasmajorplayer.
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半导体里程_1962年-航天航空系统首先在计算机中应用集成电路
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半导体里程_1962年-航天航空系统首先在计算机中应用集成电路
1962年-航天航空系统首先在计算机中应用集成电路 在军事和航空航天系统中,集成电路的尺寸,重量和降低功耗设计相比于分立式晶体管来说更证明了它高成本的合理性。 第一个集成电路仅仅取代了少数元件,速度相对迟缓,但卖价却是它相对应的分立式晶体管价格的好多倍。所以航空航天和军事系统是少数应用这种低功耗和小尺寸的应用程序的系统。 1961 年杰克基尔比的同事哈维克瑞根为美国空军演示“分子的电子化计算机” 来证明 587 个美国德州仪器集成电路在通用设计中可以代替 8500 个晶体管和其它组件来完成同样的功能。 自 1961 年,飞兆半导体微程序控制逻辑装置( 1960 年重要事件)被设计进交流火花塞和马丁马太克 420 计算机中,而不是在美国国家航空和宇宙航行局的阿波罗制导计算机(自动增益控制)中,成为最有意义的早期项目。此装置由麻省理工大学于 1962 年设计,并由雷声公司建成,每个系统大约使用了 4000 个 “G 类型 ” ( 3- 输入或非门)电路。到 1965 年,自动增益控制是集成电路最大的使用者,每个在 20 到 30 美元之间消耗 2000 个单位。 工程师库克设计 51 系列直接耦合晶体管逻辑电路,这是德州仪器的首次平面集成电路系列,以此来满足美国国家航空和宇宙航行局的行星间检测探针( IMP )的光纤层面计算机低功耗的标准。接口信息处理器卫星使用 510 款和 514 款作为二进制计数器,触发器和禁止电路,并于 1963 年携带首个集成电路绕轨道运行。在 1962 年德州仪器赢得一份与北美飞机制造业自动控制部门的合同,来为民兵二的导弹制导系统设计 22 习用电路。可莱维特和西屋电器也为民兵计划制造环路,并且在 1965 年取代了美国国家航空和宇宙航行局的阿波罗电子采购成为唯一一个集成电路的最大消费者。 费兰蒂股份有限公司研发的编码器。属于英国开发的微 NOR ,是欧洲最早的集成电路逻辑系列之一, 1961 年使英国皇家海军系统飞机上的计算机系统小型化。 Philco Ford also produced the Fairchild Type "G" Micrologic gate for the Apollo Guidance Computer Credit: Philco-Ford Microelectronics 飞哥福特还为阿波罗制导计算机生产了“ G ”类型微程序控制逻辑门飞兆半导体 资源出处:飞哥福特微电子科技 Apollo logic module assembled by Raytheon Credit: U. S. National Aeronautics and Space Administration 由雷声公司组装的阿波罗逻辑模块 资源出处:美国国家航空和宇宙航行局 Eldon C. Hall, MIT Instrumentation Laboratory lead hardware designer for the AGC promoted the use of integrated circuits Credit: MIT Archives 埃尔登 C ,麻省理工学院测试试验实验室为自动增益控制促进集成电路的使用主要计算机硬件设计者 资源出处:麻省理工学院档案 TI's "Molecular Electronic Computer" brochure prepared to accompany the demonstration machine on a tour of military contractors Courtesy of: Texas Instruments, Inc. 德州仪器准备在一次军事合约商洽谈中伴随机器示范的“分子化电子计算机”宣传册 提供途径:德州仪器公司 译者:哈尔滨工业大学(威海)电子封装 090840202-顾佳慧 校对:哈尔滨工业大学(威海)电子封装 090840203-李丹 原文 http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1962-Apollo.html 版权 copyright by www.computerhistory.org ——————————————————————————————————————————————————————— The size, weight, and reduced power consumption of integrated circuits compared to discrete transistor designs justify their higher cost in military and aerospace systems. The first integr ated circuits were relatively slow, replaced only a handful of components, and sold for many times the price of their discrete transistor counterparts. Aerospace and military systems were among the few applications where the low power consumption and small size outweighed these drawbacks. In 1961 Jack Kilby’s colleague Harvey Cragon built a demonstration "Molecular Electronic Computer" for the US Air Force to show that 587 TI ICs could replace 8,500 transistors and other components that performed the same function in a conventional design. Beginning in 1961, Fairchild Micrologic devices ( 1960 Milestone ) were designed into the AC Spark Plug MAGIC and Martin MARTAC 420computers but NASA's Apollo Guidance Computer (AGC) was the most significant early project. Designed by MIT in 1962 and built byRaytheon, each system used about 4,000 “Type-G” (3-input NOR gate) circuits. Consuming 200,000 units at $20-30 each, the AGC was the largest user of ICs through 1965. Engineer Bob Cook designed Series 51 DCTL, Texas Instruments' first planar IC family, to meet a low-power specification for the Optical Aspect Computer on NASA’s Interplanetary Monitoring Probe (IMP). Using the SN510 and SN514 as binary counters, flip-flops, and inhibiting circuits, the IMP satellite carried the first ICs into orbit in 1963. In 1962 TI won a contract from the Autonetics Division of North American Aviation to design 22 custom circuits for the Minuteman II missile guidance system. Clevite and Westinghouse also developed circuits for the Minuteman project, which by 1965 overtook NASA’s Apollo procurement as the largest single consumer of ICs. Ferranti Semiconductor Ltd. of England developed MicroNOR, one of Europe's first IC logic families, in 1961 to miniaturize on-board computing systems in UK Royal Navy systems.
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半导体里程_博物馆_1963-互补金属氧化物半导体电路的研发
WanghuataoHIT 2012-3-5 11:13
半导体里程_博物馆_1963-互补金属氧化物半导体电路的研发
弗朗克·万拉斯发明最低 能量的 逻辑组态然而 外观的 局限性阻碍 了当今主导制造技术的早期接受 。 1963年的一次会议上仙童公司的C.T.Sah与 FrankWanlass 的文件提出将 p-Mos与n-Mos连接成互补对称的结构类似于零电流的理想状态。Wanlass的这种想法如今被称为CMOS技术。 美国无线电公司研究实验室和萨默维尔市 首先运用 CMOS技术 以最低能量制造了产品最先应用在航天后来也应用於商业。 1965年 GeraldHerzog 领导研发了 CMOS结构记忆电路应用于 空军计算机。 1968 年公司 演示 一个 288-bit 静态随机存取存储器, 引进了第一批 受欢迎 的 cd4000 通用的的家庭逻辑器件。使用一个独特 硅栅 , 制成了类似于 CMOS结构的最小渗漏物, 电子处理最小化泄漏,美国无线电 1975cosmac1802 个微处理器是先行者的发动机控制的百万处理器建立为克莱斯勒汽车。美国无线电 的 1975COSMAC1802 微处理器 成为了研发 克莱斯勒汽车发动机控制的百万处理器 的先行者 。 大容量的CMOS线路应用于电池产品中,例如电子表,不要求速度的便携器件等。1978年日立的 ToshiakiMasuhara 在 ISSCC会议上 提出了高速存储器,更小的印刷与硅栅的结合可以媲美于传统 MOS结构。设计师们将几十万的晶体管集成到一个芯片上,为功率密度问题提供了最佳方案。 译者: 哈尔滨工业大学(威海)电子封装0908402 03 - 李丹 校对:哈尔滨工业大学(威海) 电子封装0908402 02 -顾佳慧 原文 http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/ 1963-Complementary .html 版权 copyrightby www.computerhistory.org ———————————————————————————————— 1963-ComplementaryMOSCircuitConfigurationisInvented FrankWanlassinventsthelowestpowerlogicconfigurationbutperformancelimitationsimpedeearlyacceptanceoftoday'sdominantmanufacturingtechnology . Ina1963conferencepaperC.T.SahandFrankWanlassoftheFairchildRDLaboratoryshowedthatlogiccircuitscombining p -channeland n -channelMOStransistorsinacomplementarysymmetrycircuitconfigurationdrewclosetozeropowerinstandbymode.WanlasspatentedtheideathattodayiscalledCMOS. RCAResearchLaboratoriesandtheSomervillemanufacturingoperationpioneeredtheproductionofCMOStechnology(underthetradenameCOS/MOS)forverylow-powerintegratedcircuits,firstinaerospaceandlaterincommercialapplications.GeraldHerzogledamajorCMOSlogicandmemorycircuitdesignprogramforanAirForcecomputerin1965.In1968thecompanydemonstrateda288-bitstaticRAMandintroducedthefirstmembersofthepopularCD4000familyofgeneral-purposelogicdevices.Usingauniquesilicon-gate,closed-geometryCMOSprocesstominimizeleakage,RCA's1975COSMAC1802microprocessorwastheforerunnerofmillionsofenginecontrolprocessorsbuiltforChryslerautomobiles. Thefirsthigh-volumeapplicationsforCMOScircuitsemergedinbattery-operatedconsumerproductssuchasdigitalwatches( 1974Milestone )andportableinstrumentsthatdidnotdemandtheultimateinspeed.By1978,whenToshiakiMasuharaofHitachidescribedahigh-speedRAMatISSCC,thecombinationofsmallerlithographywiththesilicon-gateprocessenabledCMOStocompeteinperformancewithbipolarandconventionalMOS.Asdesignerstookadvantageofscaling( 1974Milestone )topackhundredsofthousandsoftransistorsontoachip,CMOSprovidedthebestsolutiontomanagetheresultingpowerdensityissues.
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半导体里程_博物馆_1963-2标准逻辑集成电路家族介绍
WanghuataoHIT 2012-3-5 11:12
半导体里程_博物馆_1963-2标准逻辑集成电路家族介绍
1963年标准逻辑集成电路家族介绍 二极管 - 晶体管逻辑电路 (DTL) 家族为数字集成电路创造了广大的市场,但是到二十世纪六十年代末期在速度,成本及集成度方面占优势的改进型肖特基晶体管(TTL)成为了最流行的标准逻辑配置。 分离二极管 - 晶体管逻辑电路 (DTL) 的完整版本成为了第一个大量 IC 产品生产线。贝克·奥威尔在 1962 年设计的, se100 系列的 DTL 家族被 Fairchild 的 930 系列创造的一个有竞争力的跳背模式产品以其更小的噪音,更便宜的价格优势所赶超,这种产品一直沿用至今。 Pacific Semiconductor 的 James Buie 在 1961 年申请专利, TTL (晶体管—晶体管逻辑电路)作为以后二十年里最受欢迎的逻辑配置出现。没有注意到 Bule 的成果,但是因为 Ruegg 和 Fairchild 的 Beeson 描绘的“完全晶体管”逻辑电路模型而有了灵感, Thomas Longo 在 1963 年领导设计了第一个 TTL 家族——西尔维尼亚万能高电平逻辑电路( SUHL )。被 SUHL 在凤凰导弹应用的成功所激励, TI 在第二年生产了有竞争力的 TTL 家族的 SN5400 系列 。这个公司在 1966 年发布的 SN7400 系列是为工业顾客设计的低成本的塑料封装,它迅速占领了逻辑领域超过百分之五十的市场。 到 1968 年,平板印刷术很大的增加了整合在芯片上的晶体管的数量,热切地希望在 TTL 产业占一定的份额, Fairchild ( 9300 系列)和 Signetics ( 8200 系列)开拓了 TTL-MSI (中等规模集成—每个芯片上升至 100 个逻辑入口) 结的设计制造,比如计数器,注册转移和算术逻辑部件。一些卖家应用萧特基( 1969 年的里程碑)和互补型金属氧化物半导体( 1963 年的里程碑)技术去建立更大,更快,耗能更低的 TTL 兼容结,它拓宽了有效年限和这种受欢迎的逻辑配置的申请范围。 Introduced 2 years after Signetics SE124 DTL flip-flop, Fairchild's 930 series DTL (right) was smaller and therefore cheaper and faster Credit: Fairchild Camera Instrument Corporation Signetics的SE124DTL触发器引入两年后,Fairchild的930系列DTL更小因此成本更低更快 Dr. Thomas A. Longo developed SUHL TTL at Sylvania in 1963 Credit: Fairchild Camera Instrument Corporation Thomas A. Longo博士于1963年在西尔维尼亚研制了SUHL TTL The indispensable data manual of the 1970s Courtesy of: Texas Instruments, Inc 1970系列必不可少的的数据手册 Am9300 TTL MSI universal shift register. AMD’s first product was an improved version of the Fairchild original CHM Collection. Photo gift of Ed Turney Am9300 TTL MSI 的通用转换缓存器,AMD的第一个产品是一个Fairchild原始版本的改进版 译者:哈尔滨工业大学(威海) 电子封装 090840204-马聪 校对:哈尔滨工业大学(威海)电子封装 090840206-杨英坤 原文: http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1963-TTL.html 版权 copyright by www.computerhistory.org 1963 - Standard Logic IC Families introduced Diode Transistor Logic (DTL) families create a high-volume market for digital ICs but speed, cost, and density advantages establish Transistor Transistor Logic (TTL) as the most popular standard logic configuration by the late 1960s. Integrated versions of discrete diode transistor logic (DTL) circuits became the first high-volume IC product lines. Designed by Orville Baker in 1962, the Signetics SE100 Series DTL family was overtaken in 1964 by the better noise immunity and lower cost of Fairchild's 930 Series establishing a competitive industry leap-frog pattern that continues today. Patented by James Buie of Pacific Semiconductor in 1961, TTL (Transistor Transistor Logic) emerged as the most popular logic configuration of the next two decades. Unaware of Buie's work but inspired by an "all transistor" logic circuit described by Ruegg and Beeson of Fairchild, Thomas Longo led the design of the first TTL family, Sylvania Universal High-level Logic (SUHL) in 1963. Encouraged by SUHL's success in winning a high-profile Hughes military design (the Phoenix missile), TI introduced the competing SN5400 Series TTL family the following year. The company announced the SN7400 Series in low cost plastic packages for industrial customers in 1966 and quickly gained a greater than 50% share of the logic market. By 1968 lithography advances significantly increased the number of transistors that could be integrated on a chip. Eager to win a share of the TTL business, Fairchild (9300 Series) and Signetics (8200 Series) pioneered the design of TTL-MSI (Medium Scale Integration - up to 100 logic gates per chip) functions such as counters, shift registers, and arithmetic logic units. Many vendors applied Schottky ( 1969 Milestone ) and CMOS ( 1963 Milestone ) technology to build larger, faster, and lower power TTL-compatible functions that extended the useful life and range of applications of this popular logic configuration.
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半导体里程_博物馆_1964_混合型微型电路达到生产总量的高峰
WanghuataoHIT 2012-3-5 11:11
半导体里程_博物馆_1964_混合型微型电路达到生产总量的高峰
1964- 混合型微型电路达到生产总量的高峰 多芯片固态逻辑晶体管封装技术发展为了IBM系统/360计算机系列参加了大量的生产。 司 在 20 世纪 50 年代末,美国陆军通讯兵计划让美观无线电公司作为他们的总承包商, 将混合型微型电路发展为电子元件的密集微小模块。混合型电路是由一个以上晶体管芯片和无源元件安装在陶瓷基片上组成用导线和印刷电路板连接而成。在单晶片集成电路之后,要求高密集度的封装和不能被整合的经济和技术原因的功能将继续被混合制成。例子包括精密装置,自动控制,和早期的半导体存储器。 在 1964年之前I BM公司 建立了 稳固的逻辑控制技术(了解统计学习理论)/360计算机系统 提升了单晶片的功能 以满足大型计算机对成本和速度的要求 。 与使用封装 晶体管 的印刷电路板相比,晶体管 芯片和被动元件安装在0.5英寸方形陶瓷组件,垂直针 在 消耗功率小 和占用 空间 少 的同时提供更快的速度和较高的可靠性。IBM生在纽约 州东费西基尔 一个 高度自动化 模块, 按照特定条件生产定制货物的工厂里 产成千上万的 固体逻辑晶体管模块 。贝尔实验室 在 20世纪60年代末期 为了电话系统 使用 桥式连接密封节点 (BLSJ)设备和薄膜互连的 技术 (1965里程碑)来产生混合集成电路。 早期的手工混合电路 耗费很多劳动力而且价格昂贵, 但现在广泛应用于应用在 集成 设备不能 实现特定目的的场合 。多芯片组件(MCM)和 多芯片封装 (MCP)是现代 机械装备 混合电路,用于某些高性能微处理器和记忆应用,汽车系统,以及射频收发手机和无线局域网中。 当代文件 亨利,R “项目 Tinkertoy : 基于模块化设计机械化 生产的电子系统”美国无线电工程师 的生产技术交易,中国土木水利工程学刊,1号,(1956 。 9 ) ,页码 11 。 Dummer,G.W.A. 和 Granville,J.W. 《 超小型 及微型电子(纽约:约翰·威利和儿子,1961),页 码 241-262。 Davis,E.M.,Harding,W.E.,Schwartz,R.S.,Corning,J.J. “ 坚实的逻辑控制技术:多才多艺,高性能微电子 ”《 国际商用机器公司(IBM)的研究和发展期刊》(1964年4月),页102-114。 飞兆半导体 微系统供应商。 飞兆 半导体宣传 手册 小册子。(1969) 更多的信息 Smits,F.M.Ed 。 工程和科学的历史在贝尔系统:电子科技(1925-1975)(ATT贝尔实验室,1985),页110-113 美 学,罗斯·诺克斯的数字时代。(巴尔第摩:约翰霍普金斯大学出版社,2002年)页67 图1 一个 1964IBM 系统 360 的手册封面特出一个固体逻辑晶体管模块 图2 典型的 IBM 计算机中心系统装置 图3 飞兆半导体公司的适合汽车应用的大功率半导体混合微型电路 图4 计算机实验室制造的 HOS-050 混合场效应晶体管放大器,现在被模拟设备有限公司运用 译者:哈尔滨工业大学(威海) 电子封装 090840205-钱政瑛 校对:哈尔滨工业大学(威海) 电子封装 090340115-毛冲冲 原文: http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1964-Hybrid.html 1964-HybridMicrocircuitsReachPeakProductionVolumes Multi-chipSLTpackagingtechnologydevelopedfortheIBMSystem/360computerfamilyentersmassproduction. A1964IBMSystem360brochurecoverfeaturesanSLTmodule Inthelate1950s,theU.S.ArmySignalCorps.program,withRCAasprimecontractor,developedhybridmicrocircuitsasdensemicro-moduleassembliesofelectroniccomponents.Hybridcircuitscompriseoneormoretransistorchipsandpassivecomponentsmountedon ceramicsubstratesandinterconnectedwithwiresorconductivetraces.AftertheintroductionofmonolithicICs,functionsthatrequiredhigh-densitypackagingandthatcouldnotbeintegratedfor economicortechnicalreasonscontinuedtobemanufacturedashybrids.Examplesincludeprecisionanalogdevices,automotivecontrols,andearlysemiconductormemories. IBMdevelopedSolidLogicTechnology(SLT)fortheSystem/360computerfamilyin1964priortotheabilityofmonolithicICstomeetthecostandspeeddemandsoflargecomputers.Transistorchipsandpassivecomponentsmountedon0.5"squareceramicmoduleswithverticalpinsconsumedlesspowerandspacewhileofferingfasterspeedandsuperiorreliabilitycomparedtoprinted-circuitboardswithpackagedtransistors.IBMproducedhundredsofmillionsofSLTmodulesinahighly-automated,specially-builtplantinEastFishkill,NY.BellLaboratoriesusedBeamLeadSealed-Junction(BLSJ)devicesandthin-filminterconnects( 1965Milestone )toproducehybridICsfortelephonesystemsthroughthelate-1960s. Earlyhand-craftedhybridcircuitswerelaborintensiveandexpensivetoproducebutarenowwidelyusedinapplicationswhereintegrateddevicescannotmeetspecificobjectives.Multichipmodules(MCM)andpackages(MCP)aremodernmachine-assembledhybridcircuits,usedforcertainhigh-performancemicroprocessorandmemoryapplications,automotivesystems,andRFtransceiversincellphonesandwirelessLANs. ContemporaryDocuments Henry,R"ProjectTinkertoy:ASystemofMechanizedProductionofElectronicsBasedonModularDesign," IRETransactionsonProductionTechniques, Vol.1,Issue1(Sept.1956)p.11. Dummer,G.W.A.andGranville,J.W. MiniatureandMicrominiatureElectronics (NewYork:JohnWileyandSons,1961)pp.241-262. Davis,E.M.,Harding,W.E.,Schwartz,R.S.,Corning,J.J."SolidLogicTechnology:Versatile,High-PerformanceMicroelectronics," IBMJournalofResearchandDevelopment (April1964)pp.102-114. FairchildIntegratedMicrosystems. FairchildSemiconductorpromotionalbrochure.(1969). MoreInformation Smits,F.M.ed. AHistoryofEngineeringandScienceintheBellSystem:ElectronicsTechnology(1925-1975) (ATTBellLaboratories,1985)pp.110-113. Bassett,RossKnox TotheDigitalAge. (Baltimore:TheJohnsHopkinsUniversityPress,2002)pp.67
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半导体里程_博物馆_1964-2第一个商业MOS集成电路的介绍
WanghuataoHIT 2012-3-5 11:11
半导体里程 _ 博物馆 _ 第一个商业MOS集成电路的介绍 Andy Grove, Bruce Deal, and Ed Snow discuss MOS technology at the Fairchild Palo Alto R D laboratory in 1966 Credit: Fairchild Camera Instrument Corporation 图一 安迪 · 格鲁夫 , 布鲁斯 · 帝尔 , 艾德 · 雪飞在帕洛阿尔托的飞兆半导体研发实验室探讨 MOS 技术于 1966 年 一般微电子使用一种金属氧化物半导体 (MOS) 处理来在芯片上装比双极集成电路更多的晶体管,并使用这项技术建立了第一个计算器芯片组。 由于复杂的制造和可靠性问题,所以实现 MOS 关于比双级( 1960 里程碑)高密度和低成本的承诺比预期的更困难。在研讨会上的发言者把在电子学方面的失败的物理现象与盲人摸象的故事做比较 -— 这主要取决于你检查哪一部分。 1961 年弗雷德里克· 海曼 和史蒂文·奥弗斯坦在美国无线电公司做了个关于 16 晶体管集成电路的实验并且后来在了解表面氧化物质量方面做出了重要贡献。在 1963 年和 1966 年之间,布鲁斯·帝尔,安德鲁·格鲁夫和艾德·雪尔在仙童 半导体公司 鉴定了纳污染问题并且出版了很多关于氧化物的电性性质的论文这些为格鲁夫的经典教材《物理和半导体设备技术》提供了资料。世界各地的合作与竞争,包括来自 NEC · IBM ·飞利浦的研究者在最后的十年中解决了基本的产量和可靠性问题使得 MOS 作为主导的 IC 技术出现。 R. P. Donovan’s illustration of the spectrum of MOS instability explanations presented at a 1966 symposium Courtesy of: Bruce Deal and Harry Sello 图二 R.P 多诺万的关于 MOS 不稳定性的图解在 1966 年的一个研讨会上呈现 The first commercial MOS IC, GMe's 20-bit shift register used 120 p-channel transistors in 1964 CHM Collection. Photo gift of Don Farin 图三 第一个用了 120 个通道的 晶体管的商用 MOS IC 、 GMe 的 20-bit 移位寄存器在 1964 年 1964 年当罗伯特·诺曼使用一个二阶段时钟计划来设计一个用 120p 通道晶体管的 20 位移位寄存器时,普通的微电子推出了第一个商业 MOS 集成电路。 1965 年, GMe 作为第一个基于 MOS 的电子计算操纵者为 维克特康普托计算机 设计了 23 位自定义集成电路。 飞哥福特 收购了该公司并且将业务转移到费城大多数员工转移到其他公司后,在 航空英里指示器 及通用仪器方面继续蓬勃发展计算机芯片市场。 The prototype Victor Comptometer EC-3900 calculator and board with 23 custom MOS chips and six 100-bit shift registers for serial memory CHM Collection. Gift of Don Farina 图四康普托计算机原型 EC- 3900 计算器和在 23 个自定义 MOS 芯片和六个 100 位移位寄存器和串行存储器 到 1969 年罗克韦尔微电子学为夏普的第一台便捷携带式机 microCompet QT-8D 已经将电子芯片数降到四台设备,并且继续前进成为上世纪 70 年代早期的计算机芯片最大供应商。 1971 年 泰克 及 美国德州仪器公司(1974 里程碑 ) 介绍了单片机 ( 除了外部显示器 ) 驱动程序解决方案 。 译者:哈尔滨工业大学(威海)电子封装 090840206- 杨英坤 校对:哈尔滨工业大学(威海)电子封装 090840204 马聪 原文 http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1964-Commecial.html 版权 copyright by www.computerhistory.org ——————————————————————— 1964 - First Commercial MOS IC Introduced General Microelectronics uses a Metal-Oxide-Semiconductor (MOS) process to pack more transistors on a chip than bipolar ICs and builds the first calculator chip set using the technology Achieving the MOS promise of higher density and lower cost than bipolar ( 1960 Milestone ) proved more difficult than anticipated due to complex manufacturing and reliability issues. Speakers at a symposium on the Physics of Failure in Electronics likened competing solutions to the story of the blind man and the elephant – it depends on which part you examine. Frederic Heiman and Steven Hofstein built an experimental 16-transistor IC at RCA in 1961 and later made important contributions to understanding surface oxide quality. Between 1963 and 1966, Bruce Deal, Andrew Grove, and Ed Snow at Fairchild identified the issue of sodium contamination and published many papers on the electrical nature of oxides that informed Grove’s classic textbook Physics and Technology of Semiconductor Devices. Collaboration and competition across the globe, including researchers from NEC, IBM and Philips, resolved the fundamental yield and reliability issues by the end of the decade that allowed MOS to emerge as the dominant IC technology. General Microelectronics introduced the first commercial MOS integrated circuit in 1964 when Robert Norman used a 2-phase clock scheme to design a 20-bit shift register using 120 p-channel transistors. GMe designed 23 custom ICs for the first MOS-based electronic calculator for Victor Comptometer in 1965. After the company was purchased by Philco-Ford and the operation transferred to Philadelphia most employees moved on to other companies, including AMI and General Instrument, where they continued to develop chips for a burgeoning calculator market. By 1969 Rockwell Microelectronics had reduced the chip count to four devices for Sharp's first portable machine, the microCompet QT-8D , and went on to become the largest supplier of calculator chips in the early 1970s. Mostek and TI ( 1974 Milestone ) introduced single-chip (except for external display drivers) solutions in 1971.
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半导体里程_博物馆_1964-3第一个被广泛使用的模拟集成电路出现
WanghuataoHIT 2012-3-5 11:10
半导体里程_博物馆_1964-3第一个被广泛使用的模拟集成电路出现
1964 年 - 第一个被广泛使用的模拟集成电路出现 大卫塔尔伯特和罗伯特维德勒在飞兆半导体通过建立商业上成功的模拟应用集成电路,开启了一个主要行业部门。 模拟,也称为线性电路,像声音,温度和无线电波那样电路放大和状态信号不断变化的现象。由于处理这些信号需要极高的分辨率,模拟电路要求在设计和制造中有很高的精度。模拟电子管运放的设计是由哥伦比亚大学的研究员露比朱莉的想法一步一步开发的。第一个锗晶体管运放出现在 1958 年,硅晶体管出现在 1960 年。在布尔布朗和菲尔布里克的研究之后不久 nexus 研究室于 1962 年推出第一个预配置的运放模块 。 艾米克,飞兆半导体,莲花,德州仪器和西屋电气公司开发了早期的模拟集成电路。西屋电气公司的林慧聪 1963 年在 Autonetics 民兵 2 导弹的传统运放上使用了片状元件匹配和外侧三极管专利。但是 1964 年由飞兆半导体公司的工艺工程师戴维卡尔伯特和设计师罗伯特韦德的团队发明的 μA702 运放才是第一个被广泛使用的商业产品。 1965 年的继承者 μA709 运放为模拟集成电路建立了巨大的市场。塔尔伯特和韦德在 1965 年末搬到 molectro (后来被国家收购),在那他们通过 lm101 开始建立了一个长久的王朝。然后在 1968 年飞兆半导体的戴维富嘉通过增加一个固有补偿电容第一次升级了 lm101 ,得到 μA741 ,这是有史以来最流行运放。 专业模拟集成电厂商为放大器,比较器,数据转换器,电源管理器件,和汽车,消费,通信应用周边的大量特点发展了广泛的产品目录。模拟器件通常比数字集成电路具有更长的寿命周期。例如有四十年历史的富嘉的 μA741 运放,汉斯 Camenzind Signetics 公司制造的 555 定时器在今天仍被广泛应用。 Robert Widlar inspects the LM10 mask layout circa 1977 Credit: National Semiconductor 罗伯特 · 维德拉 1977 年检查 LM10 版图 An early analog IC, the Fairchild μA700 differential amplifier designed by Bohumil Polata (1963) Credit: Fairchild Camera Instrument Corporation 早期的模拟集成电路,飞兆半导体的 μA700 : Bohumil Polata ( 1963 )设计的差分放大器 Talbert and Widlar's μA709 high-performance operational amplifier (1965) Credit: Fairchild Camera Instrument Corporation 塔尔伯特和维德拉的 μA709 高性能运算放大器( 1965 ) Widlar's LM10 op amp broke new ground for low voltage operation Credit: National Semiconductor 维德拉的 LM10 运算放大器打破了低电压差工作的新局面 译者:哈尔滨工业大学(威海)电子封装 090840207-邹运 校对:哈尔滨工业大学(威海) 原文 http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1964-analog.html 版权 copyright by www.computerhistory.org —————————————————————————————————————————————————— 1964 - The First Widely-Used Analog Integrated Circuit is Introduced David Talbert and Robert Widlar at Fairchild kick-start a major industry sector by creating commercially successful ICs for analog applications. Analog, also called linear, circuits amplify and condition signals from continually varying phenomena such as sound, temperature, and radio waves. Because of the nearly infinite resolution required to process these signals, analog circuits demand high precision in design and manufacturing. Analog vacuum tube operational amplifier (op-amp) designs were paced by the concepts developed by Columbia University researcher Loebe Julie. The first germanium transistor op-amp appeared in 1958 with silicon versions in 1960. Nexus Research Labs offered the first pre-configured op-amp modules in 1962 followed shortly by Burr-Brown and Philbrick Researches. Amelco, Fairchild, RCA, TI, and Westinghouse developed early analog ICs. H. C. Lin of Westinghouse employed on-chip component matching and his lateral PNP patent on a custom op amp for the Autonetics Minuteman II missile in 1963. But the Fairchild μA702 op amp, created in 1964 by the team of process engineer Dave Talbert and designer Robert Widlar, was the first widely-used commercial product. Their 1965 successor, the μA709, established a mass market for analog ICs. Talbert and Widlar moved to Molectro (later acquired by National) in late 1965 where they built a linear dynasty beginning with the LM101. Then in 1968 Dave Fullagar of Fairchild one-upped the LM101 by adding an internal compensating capacitor to deliver the μA741, the most popular op-amp of all time. Specialty analog IC manufacturers evolved extensive catalogs of amplifiers, comparators, data converters, power management devices, and numerous specialty circuits for automotive, consumer and communications applications. Analog devices typically have much longer life cyles than digital I/Cs. Examples of 40 year-old designs that remain widely used today include Fullagar's μA741 op-amp and the 555 timer created by Hans Camenzind for Signetics.
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半导体里程_博物馆_1965-1 “摩尔定律”预测集成电路的发展走向
WanghuataoHIT 2012-3-5 11:09
半导体里程_博物馆_1965-1 “摩尔定律”预测集成电路的发展走向
1965“摩尔定律”预测 集成电路的发展走向 戈登·摩尔,飞兆半导体公司的研发总监,在一篇内部文献中作了一张图,图中有一条通过五个点的线,代表着1959年至1964年间每片集成电路中一个元器件所需成本的变化情况。摩尔在《集成电子学的未来》这一文献中试图预测未来十年里集成电子学最可能的发展情况。当摩尔以每12个月器件数量翻一番的发展趋势在投影图上进行推断,他发现1975年每个芯片上的器件数目会达到65000个。《让集成电路填满更多元件》作为一篇杂志文章,于1965年4月19日发表在《电子》杂志上。 Gordon Moore at Fairchild R D in 1962 1962年戈登·摩尔在飞兆半导体公司研发中心 Credit: Fairchild Camera Instrument Corporation 在1975年的国际电子器件会议中,摩尔指出光刻方法,晶圆尺寸,工艺技术的发展,以及设备与装置的智能化,尤其是半导体存储器阵列化,能使他发现的规律得意现实。根据更多的近期数据,其中包括更高复杂程度(仅仅比存储器密度低)的微处理器设计,摩尔把未来器件复杂度的增加速率从一年翻一番降为两年翻一番。 Cost vs. time sketch from Moore's 1964 notebook 1964年,戈登·摩尔笔记本中成本与时间关系的草图 Credit: Fairchild Camera Instrument Corporation 这个预测成为一个自我实现的预言,成为半导体工业遵守的一个法则。专家指出年度突破挑战,以确保符合由卡弗·米德命名的“摩尔定律”。1995年,再次回顾产业现状时 (此时英特尔奔腾处理器含有近500万晶体管),摩尔说,“当前的预测是,这样的发展不会马上停止。”一个装置(美国)含有超过十亿个晶体管。 Dr. Moore revisits his projection with additional data gathered through 1975 摩尔博士获取1965年至1975年的新数据之后重新制作的投影图 Courtesy of: Intel Corporation Several of the chips in this photo provided data points for the 1965 article 图中的芯片为1965年发表的那篇文献提供了数据 Credit: Fairchild Camera Instrument Corporation 译者:哈尔滨工业大学(威海)电子封装 090840208-汪洋 校对:哈尔滨工业大学(威海)电子封装 090840209-常青 原文 http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1965-Moore.html 版权 copyright by www.computerhistory.org —————————————————————————————————————————————————————— 1965 - "Moore's Law" Predicts the Future of Integrated Circuits Fairchild’s Director of R D predicts the rate of increase of transistor density on an integrated circuit and establishes a yardstick for technology progress. Gordon Moore, Fairchild Semiconductor’s Director of RD, wrote an internal paper in which he drew a line through five points representing the number of components per integrated circuit for minimum cost per component developed between 1959 and 1964. "The Future of Integrated Electronics" attempted to predict "the development of integrated electronics for perhaps the next ten years." Extrapolating the trend to 1975 he projected that the number of components per chip would reach 65,000; a doubling every 12 months. Edited for publication as a magazine article, "Cramming more components onto integrated circuits" was published in Electronics on April 19, 1965. At the 1975 IEEE International Electron Devices Meeting Moore, by now with Intel, noted that advances in photolithography, wafer size, process technology, and "circuit and device cleverness," especially in semiconductor memory arrays, had allowed his projection to be realized. Adding more recent data, that included a higher mix of microprocessor designs that were somewhat less dense than memories, he slowed the future rate of increase in complexity to "a doubling every two years, rather than every year." This prediction became a self-fulfilling prophecy that emerged as one of the driving principles of the semiconductor industry. Technologists were challenged with delivering annual breakthroughs that ensured compliance with "Moore’s Law," as it was dubbed by Carver Mead. On reviewing the status of the industry again in 1995 (at which time an Intel Pentium microprocessor held nearly 5 million transistors) Moore concluded that “The current prediction is that this is not going to stop soon.” Devices exceeding one (U.S.) billion transistors exist today.
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半导体里程_博物馆_1965-2 主机开始采用集成电路
热度 2 WanghuataoHIT 2012-3-5 11:08
半导体里程_博物馆_1965-2 主机开始采用集成电路
1965 主机开始采用集成电路 大型电脑制造商发布了基于定制和特殊用途的集成电路机器。 用于商业和科学计算的大型电子数据处理系统称为“主机”电脑。在十九世纪六十年代,主机供应商通过专有的硬件、操作系统和应用软件在市场上区分他们的系统。他们要求组件能提供不同的特性和比目前可用的通用逻辑系列更快的速度( 1961 年里程碑)。( 1963 年里程碑)由于这些系统提供了大量的商机,飞兆、摩托罗拉、 Signetics 公司、德州仪器及其他手工制作系列的工程师团队都申请定制特殊用途的集成电路。 最早一批设计使用单片集成电路的主机有 1966 年发布的巴勒斯 B2500/3500 、 RCA 光谱 70 系列( 1965 )和科学数据系统西格玛 7 ( 1966 )。巴勒斯的工程师和飞兆的 Robert Seeds 创建了互补晶体管逻辑体系并为惠普的 3000 系列创造了条件。 RCA 创建了电流型逻辑内部电路并与集成电路供应商合作生产它们。 SDS 和 Signetics 及另外几家公司合作完成一个六个设备的系列。 CDC 、通用电气、霍尼韦尔、 IBM 、 NCR 、 SDS 和 UNIVAC 等公司都创建了定制电路系列。 1962 年 1 月, Narud 领头创建了摩托罗拉的 MECL ( Motorola Emitter Coupled Logic 摩托罗拉发射极耦合逻辑)系列,一种单片实施了 IBM 公司基于晶体管的高速逻辑电路。虽然作为标准产品,昂贵的多层印制电路板和系统对冷却的要求限制了数据控制公司、 Cray 公司、通用电气、日立、 ICL 及其他公司对大量电子元件在科学计算机上的使用要求。 1976 年,每个克雷一号机器消耗 25 万对飞兆公司提供的 F100K 元件开关包,每个开关的转换时间都在 1ns 以内。 Describes how to specify a custom IC from Fairchild 图一 介绍如何从飞兆半导体公司定制指定的集成电路 Credit: Fairchild Camera Instrument Corporation A custom TTL gate design from 1964 图二 1964年设计的自定义TTL门电路 Credit: Fairchild Camera Instrument Corporation Burroughs B25/3500 Series used CTL ICs from Fairchild ITT 图三 飞兆半导体和ITT生产的巴勒斯B25/3500系列CTL集成电路 Credit: Burroughs Corporation RCA Custom CML circuits for the Spectra 70 computer 图四 RCA公司为光谱70计算机制造的CML集成电路 Credit: RCA Incorporated 译者:哈尔滨工业大学(威海)电子封装 090840209-常青 校对:哈尔滨工业大学(威海)电子封装 090840208-汪洋 原文 http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1965-Custom.html 版权 copyright by www.computerhistory.org ———————————————————————————————— 1965 - Mainframe Computers Employ ICs Large computer manufacturers announce machines based on custom and special purpose integrated circuits. Large electronic data processing systems for business and scientific applications are called "mainframe" computers. In the 1960s mainframe vendors distinguished their systems in the marketplace through proprietary hardware, operating systems, and applications software. They demanded components offering unique features and significantly faster speed (1961 Milestone) than the currently available general-purpose logic families. (1963 Milestone) As these systems offered high-volume production business opportunities, teams of engineers at Fairchild, Motorola, Signetics, TI, and others handcrafted families of custom and special purpose ICs for these applications. Some of the earliest mainframe designs to use monolithic ICs were the Burroughs B2500/3500 announced in 1966, RCA Spectra 70 series (1965), and Scientific Data Systems Sigma 7 (1966). Burroughs engineers cooperated with Robert Seeds at Fairchild to develop a Complementary Transistor Logic (CTL) family that also powered Hewlett-Packard’s 3000 Series. RCA developed Current Mode Logic (CML) circuits internally and worked with IC vendors to manufacture them. SDS worked with Signetics and others on a family of six devices. CDC, General Electric, Honeywell, IBM, NCR, SDS,and Univac also developed custom circuit families. In 1962 Jan Narud led the development of Motorola's MECL (Motorola Emitter Coupled Logic) family, a monolithic implementation of IBM's transistor-based very high speed logic circuits. Although offered as standard products, expensive multi-layer p.c. boards and system cooling requirements limited ECL usage largely to high-performance scientific computer applications at Control Data Corporation , Cray, GE, Hitachi, ICL, and others. In 1976 each Cray 1 machine consumed 250,000 dual F100K ECL gate packages from Fairchild that offered switching times of under 1ns per gate. n
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半导体里程_博物馆_1965-3-封装成为系统设计首要问题
热度 1 WanghuataoHIT 2012-3-5 11:07
半导体里程_博物馆_1965-3-封装成为系统设计首要问题
1965- 封装成为系统设计首要问题 摘要: 双列直插的封装格式显著简化 PCB 板布局并降低计算机的组装成本 大多数半导体器件采用陶瓷,金属或塑料等封装形式密封以防止芯片和脆性连接线的损坏。封装工艺尽管具有这样重要的功能,在半导体设计中却是最被疏忽的方面,芯片尺寸过大和功耗过多一直阻碍着封装进程发展。典型的 60 年代的三极管都采用的是带有 3 条外引线的 TO-5 或者 TO-18 金属罐封装。低成本的塑料形式主要用于气密性要求不高的产品,飞兆半导体第一次在最多容纳 10 条外引线的晶体管罐子上安装了微逻辑集成电路。为使航空电子设备上的芯片占有面积最小化,德州仪器的陶荣开发了一种 10 引线 0.25 , ,0125 英寸的扁平封装形式。 · 这些封装迭代大多数源自于现有格式,并不适用于高密度电路板的设计。 1965 年,飞兆半导体的 Don Forbes, Rex Rice, and Bryant ("Buck") Rogers 等人设计了一种 14 引线的,两侧带有 100 密尔的引脚的双列直插式封装形式,这样设计既简化了电路板的布局,又使得器件可自动插入 PCB 板,因此造就了一次计算机制造业的革命。 70 年代前期,低成本,塑料成型版的双列直插封装产量主导了整个产业,并且引脚数一直增加到 64 · 虽然大多数的 DIP 设计采用热压或超声波焊接到纯金或铝导线的芯片,一些厂商尝试用马丁 · 贝尔实验室 Lepselter 发明的微小的焊料凸点互连和改变光束引脚链接的方法,用于高可靠性的应用 前后修边的玻璃密封陶瓷双列直插封装 塑料DIP半剖示意图 摩托罗拉和德州仪器在DEC AXC板上安装的20引脚封装芯片 AMD公司在80年代中期的不同外形的DIP封装 译者:哈尔滨工业大学(威海)电子封装 090840210 高阳 校对:哈尔滨工业大学(威海) 原文 http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1978-PAL.html 版权 copyright by www.computerhistory.org 1965 - Package is the First to Accommodate System Design Considerations The Dual In-line Package (DIP) format significantly eases printed circuit board layout and reduces computer assembly cost. · Most semiconductor devices are enclosed in ceramic, metal or plastic packages to prevent damage to the chip and its fragile connecting wires. Despite this important function, packaging was one of the most neglected aspects of semiconductor design. Programs were delayed because the chip was too large or consumed too much power for the designated package. Typical 1960s transistors used TO-5 or TO-18 (Transistor Outline) metal-can packages with three external leads. Lower-cost plastic versions served applications not requiring a hermetic seal . Fairchild mounted its first Micrologic ICs in such transistor cans modified to accommodate up to 10-leads. Yung Tao at Texas Instruments developed a 10-lead, 0.25 by 0.125 inch flat-pack to occupy the smallest possible board area in avionics systems. · Most of these package iterations were derived from existing formats that were not conceived for high-density board designs. In 1965 Don Forbes, Rex Rice, and Bryant ("Buck") Rogers at Fairchild devised a 14-lead ceramic Dual-in-Line Package (DIP) with two rows of pins 100 mils apart that revolutionized computer manufacturing by simplifying layout and allowing automated insertion into printed circuit boards. Low-cost, plastic-molded versions of the DIP outline dominated production volumes by the early 1970s and pin-counts increased up to 64 leads. · While most DIP designs used thermo-compression or ultrasonic bonding to attach fine gold or aluminum wires to the chip, some vendors experimented with tiny solder bump interconnects and variations on a beam-lead approach invented by Martin Lepselter of Bell Labs for high-reliability applications.
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半导体里程_博物馆_1965-4-----半导体只读存储器芯片的出现
WanghuataoHIT 2012-3-5 11:07
半导体里程_博物馆_1965-4-----半导体只读存储器芯片的出现
1965-4-----半导体只读存储器芯片的出现 半导体只读存储器(光盘)提供高密度和低成本的单位比特 作为在制造过程中被写入只读存储器的永久数据,使用光盘存储的信息,在整个系统的生命历程中,将保持不变,如微程序代码,查找表,字符代码等。集成电路光盘由放置在行和列组织的信号线之间的二极管阵列组建成。晶圆制造过程中的最后一步是把以实现客户的代码所需的具体二极管连接起来。作为一个最小的存储单元结构的二极管, ROM 器件提供毎比特最高的密度和最低成本的半导体存储器。 在 1965 年,西尔韦尼亚为霍尼韦尔生产了一个 256 位的双极 TTL 电光盘,它由工厂里熟练的技术人员在一段时间内编写的,该人员从事把物理划片的金属环连接到选定的二极管的工作。定制面罩编程设备的生产订单是令人满意的。在 1965 年总微电子还开发速度较慢,但 四倍 1024 位光碟使用 MOS 技术。在 20 世纪 70 年代初,仙童,英特尔,摩托罗拉, Signetics 公司和 TI 提供 1024 位 TTL 光盘,而 AMD 公司, AMI ,电子阵列,通用仪器,国家,罗克韦尔和其他一些公司提供 4096 位( 4K ) MOS 器件。 首次大批量应用的桌面计算器消费被来自美国和日本厂商的设备其采用亿万 16K 和更大的器件视频游戏墨盒所超越。任天堂的超级马里奥兄弟 NES 游戏单独的生产超过 4000 万单位。由于每个 ROM 有顺序的被供应,客户经常为较长的交货时间和供应商的供货不及时而感到沮丧,以用户可编程的光盘( PROM 的)的形式来缓解。 Credit: Fairchild Camera Instrument Corporation 256-bit ROM number generator programming table 256位ROM数发生器编程表 Courtesy of: Intel Corporation Intel 3301, 1024-bit Bipolar ROM 英特尔3301 , 1024位双极光盘 CHM Collection. Electronic image gift of William Blair Electronic Arrays 8316F 16K MOS ROM with package lid removed 电子阵列8316F 16K MOS去掉包盖的 ROM CHM Dan Rose Packaging Collection. Gift of SEMI Atari video game cartridge board with AMD 4K-bit MOS ROM circa 1982 雅达利游戏机墨盒板与AMD的4K位MOS ROM大约在1982年 译者:哈尔滨工业大学(威海)电子封装 090840211-杜伟 校对:哈尔滨工业大学(威海) 高阳 原文 http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1965-ROM.html 版权 copyright by www.nobeprize.org 英文原文 1965 - Semiconductor Read-Only-Memory Chips Appear Semiconductor read-only-memories (ROMs) offer high density and low cost per bit. As data is permanently written into a Read Only Memory during the manufacturing process, ROM storage is used for information that will remain unchanged throughout the life of a system, such as microprogram code, look-up tables, character generation, etc. Integrated circuit ROMs are built from arrays of diodes placed between signal wires organized in rows and columns. The last masking step of the wafer fabrication process makes connection to the specific diodes required to implement the customer's code. As a diode represents the smallest possible memory cell structure, ROM devices offer the highest density and lowest cost per bit form of semiconductor memory. In 1965 Sylvania produced a 256-bit bipolar TTL ROM for Honeywell that was programmed one bit at a time by a skilled technician at the factory who physically scratched metal link connections to selected diodes. Production orders were satisfied with custom-mask programmed devices. Also in 1965 General Microelectronics developed slower but four-times larger 1024-bit ROMs using MOS technology. By the early 1970s Fairchild, Intel, Motorola, Signetics, and TI offered 1024-bit TTL ROMs, while AMD, AMI, Electronic Arrays, General Instrument, National, Rockwell and others produced 4096-bit (4K) MOS devices. Desktop calculator consumption, the first high-volume application, was surpassed by video game cartridges that used hundreds of millions of 16K and larger devices from U. S. and Japanese vendors. Production of Nintendo’s first Super Mario Brothers NES game alone exceeded 40M units. As each ROM is manufactured to order, customers were often frustrated with long delivery times and vendors overwhelmed by production logistics. Relief came in the form of user-programmable ROMs (PROMs). ( 1971 Milestone )
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半导体里程_博物馆_1966-1
WanghuataoHIT 2012-3-5 11:06
参照博文, http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=spaceuid=652849do=blogquickforward=1id=544137 格式要求, http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=spaceuid=652849do=blogid=544164
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半导体里程_博物馆_1966-2
WanghuataoHIT 2012-3-5 11:05
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半导体里程_博物馆_1967-1
WanghuataoHIT 2012-3-5 11:05
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半导体里程_博物馆_1967-2
WanghuataoHIT 2012-3-5 11:04
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半导体里程_博物馆_1968年数据转换功能被专用电流源IC整合
WanghuataoHIT 2012-3-5 10:58
半导体里程_博物馆_1968年数据转换功能被专用电流源IC整合
图一仙童公司具有10位模数转换器的电流源-μA722 图二 DAC08 8位输入转换成一个模拟输出 图三单独的双极和CMOS组合包括从1978年年的12位ADCAD574 图四 AD 561和574设计者彼得.霍罗伟 1968 年 - 专用电流源 IC 集成了数据转换功能 将模拟和数字功能结合在一个芯片上制造精度要求,使他们成为众多使用先进单片解决产品问题的厂家之一。 数字是操纵多种信息最有效的形式。然而,现实世界的数据,在本质上是模拟的,必须转换成数字形式进行处理。结合模拟和数字电路的信号,这两种模式之间翻译的集成电路被称为混合信号设备。许多方法被用来完成从模拟到数字(ADC)和数模转换器(DAC)转换,每个方法都需要在不同的精度,速度和成本之间的权衡。 仙童公司的1968年乔治尔德设计的μA722是最早集成电路专用数据转换应用功能的10位电流源之一。在20世纪70年代,许多厂商包括ADI公司,AMD公司,哈里斯,Intersil公司,摩托罗拉,国家半导体,精密整体耐火材料(PMI),德州仪器,和TRW公司开发的家庭设备中的特定部分都集成了数据转换功能。 利用扩散电阻PMI的丹·杜利在1969年设计的第一个完全集成的DAC,6位DAC01。摩托罗拉(MC1408)和PMI(DAC08)随后在1975年的研制了8位器件。由位分辨率表示数据转换器的精度,受制于电阻串的准确性。位分辨率越大,电阻需要的精度越高。在1976年,彼得霍洛威在亚德诺半导体激光通过修剪晶圆薄膜电阻制造的AD561实现了首个单芯片10位DAC的精度要求。使用集成注入逻辑(I2L)双极电路技术,ADI公司的保罗布罗考在1978年设计了第一块单片ADC,10位的AD571。由于ADC比DAC要求更多电路元件,通过双极双芯片和CMOS来解决12位和较高的功能的方案在20世纪80年代初盛行一时。 译者:哈尔滨工业大学(威海)电子封装 090840216-鞠伯伦 校对:哈尔滨工业大学(威海)电子封装 090840226-王延博 原文: http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1968-Data.html 版权 copyright by www.computerhistory.org ———————————————————————————————————————— 1968 - Dedicated Current Source IC Integrates a Data Conversion Function The precision manufacturing requirements of combining analog and digital capability on one chip made them one of the last product areas to yield to monolithic solutions. Digital is the most efficient form for manipulating many kinds of information. However, real world data is analog in nature and must be converted to digital form for processing. Integrated circuits incorporating analog and digital circuitry where signals are translated between these two modes are called mixed-signal devices. Numerous approaches are used to accomplish Analog to Digital (ADC) and Digital to Analog (DAC) conversion; each entails different trade offs between accuracy, speed, and cost. Fairchild’s George Erdi designed one of the first ICs dedicated to data conversion applications, the A722 10-bit Current Source, in 1968. In the 1970s many vendors including Analog Devices, AMD, Harris, Intersil, Motorola, National Semiconductor, Precision Monolithics (PMI), TI, and TRW developed families of devices that integrated specific portions of the data conversion function. Using diffused resistors PMI's Dan Dooley designed the first fully integrated DAC, the 6-bit DAC01 in 1969. Motorola (MC1408) and PMI (DAC08) followed with 8-bit devices in 1975. The accuracy of data converters, expressed as bit resolution, is limited by the accuracy of a string of resistors. The larger the bit resolution, the higher the accuracy required of the resistors. In 1976 Peter Holloway at Analog Devices laser trimmed thin-film resistors on the wafers to achieve the required precision for the first single-chip 10-bit DAC, the AD561. Using integrated injection logic (I2L) bipolar circuit techniques, Paul Brokaw of Analog Devices designed the first monolithic ADC, the 10-bit AD571, in 1978. As ADCs require more circuit components than DACs, two-chip bipolar and CMOS solutions prevailed for 12-bit and higher functions through the early 1980s.
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半导体里程_博物馆_1968年 - 集成电路的硅栅技术开发
WanghuataoHIT 2012-3-5 10:56
半导体里程_博物馆_1968年 - 集成电路的硅栅技术开发
1968年- 集成电路的硅栅技术开发 费德里 科 法根 和汤姆·克莱 用硅栅结构提高了可靠性,封装密度, MOS集成电路的速度 。faggin设计的 了 一个商业化的硅栅集成电路-飞兆半导体3708。 在贝尔实验室的 RobertKerwin,DonaldKleinandJohnSarace 在1967年 用 硅多晶层取代铝金属栅电极提高 了 速度,可靠性和MOS晶体管的 封装 密度(1960里程碑)。博伊德沃特金斯 在 1965年的一般微电子学中 描述 了一个类似 硅栅自对准 的 结构但直到1969年专利申请延迟。费德里科Faggin作为项目负责人,曾在研发商业化的芯片 的 飞兆半导体技术 中 与汤姆·克莱因 合作 。然后 F aggin采用新技术重新设计现有的P-沟道金属 栅 8通道模拟多路复用电路,并于1968年,推出飞兆半导体的首个硅门集成电路,3708。 继飞兆半导体的概念证明 后 ,英特尔追求的硅栅 作为 半导体记忆体 因为它的 主要技术 传递速度快了 3至5倍在传统的MOS芯片 领域占了 一半。英特尔的第一个商业MOS器件,1101256位的RAM,在1969年推出。 F aggin于1970年加入英特尔 尔 公司。通过 给 逻辑应用等过程添加一个 隐秘 的联系 和过程 增强,他 得以能够设计 4004微处理器CPU 以符合 制造模具 的 大小。(1971年里程碑) 英特尔在硅栅转移到生产的开创性的工作 遇到 了许多挑战,但 通过 允许早期引进的高密度动态存储器给 公司带来了 一个重要的竞争 向导 。(1970年里程碑),这也使EPROM存储器不能 经济性的 完成与金属栅极技术 的结合得到了 (1971里程碑) 的发展 。五年内硅栅MOS 因为 取代双极技术新的IC产品 而 成为 工业发展的进程标志 , 除了 最高速 应用不太尽人意 。 当代的文件 Kerwin,RobertE.,Klein,DonaldL.,Sarace,JohnC ,“ 制造 MIS结构的方法,”美国专利3475234(1967年3月27日提 出 1969年10月28日 发行 )。 Watkins,BoydG. 和 Selser,MichaelJ .“半导体设备和生产相同的方法,”加拿大专利8258​​44(1967年9月5日 提出, 1969年10月21日 发行 )。美国专利3576478(1969年7月22日 提出, 1971年4月27日 发行 )。 Sarace,J.C.,Kerwin,R.E.,Klein,D.E., 和 Edwards,R .“金属-氮化物-氧化物自对准 栅 晶体管 的 硅场效应”固态电子卷。11,第7期(1968年7月),页653-660。 Faggin,F.,Klein,T., 和 Vadasz,L “晶体管集成电路 的 硅 栅 绝缘栅场效应”IEEE电子器件的交易,卷1 6 ,第2期(1969年二月)P。236。 F aggin克莱因,T“硅栅技术,”固态电子,卷。13(1970)第1125至1144年。 口述历史笔录在计算机历史博物馆在线 Faggin,F.,Klein,T (仙童,英特尔,Zilog公司),口述历史“(2004年9月22日) 飞兆半导体“MOS集成电路产品”50周年面板-阿梅里奥Faggin,Phillon,沃克(2007-10-5) 更多的口述历史 Faggin,Federico (仙童,英特尔)硅创采访(1995年3月3日)。特藏部,斯坦福大学图书馆,斯坦福大学,加州。 Faggin,Federico , 电气工程师,2004年在约翰·Vardalas,IEEE历史中心,罗格斯大学,新不伦瑞克,新泽西 , 美国口述历史。 更多信息 Faggin,FedericoandKlein,Thomas 。“硅栅集成电路 , 一个更快的低阈值MOS器件 乘着 新一波的 浪潮发展” 电子 杂志 (9月29日,1969年)88-94页。 Vasdaz,L.L.,Grove,A.S.,Rowe,T.A.,Moore,G.E “硅栅技术,” IEEESpectrum 。 第六章 第10 单元 (1969年10月),页28-35。 译者:哈尔滨工业大学(威海)电子封装技术 090840217-李新亮 校对:哈尔滨工业大学(威海) 原文: http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1968-SGT.html 版权: Credit: Fairchild Camera Instrument Corporation 英文原文: 1968-SiliconGateTechnologyDevelopedforICs FedericoFagginandTomKleinimprovethereliability,packingdensity,andspeedofMOSICswithasilicon-gatestructure.Faggindesignsthefirstcommercialsilicon-gateIC–theFairchild3708. FedericoFagginandTomKleinatFairchildRDin1967 Credit:FairchildCameraInstrumentCorporation RobertKerwin,DonaldKleinandJohnSaraceatBellLabsimprovedthespeed,reliability,andpackingdensityofMOStransistors( 1960Milestone )byreplacingthealuminummetalgateelectrodewithapolycrystallinelayerofsiliconin1967.BoydWatkinsdescribedasimilarself-aligned,silicon-gatestructureatGeneralMicroelectronicsin1965butpatentfilingwasdelayeduntil1969.Asprojectleader,FedericoFagginworkedwithTomKleinatFairchildRDtocommercializethetechnologyforICs.Fagginthenredesignedanexisting p -channelmetal-gate8-channelanalogmultiplexercircuitusingthenewtechnologyandin1968Fairchildintroducedthefirstsilicon-gateIC,the3708. FollowingFairchild’sproofofconcept,Intelpursuedsilicon-gateastheprimarytechnologyforsemiconductormemoriesasitdelivered3to5timesfasterspeedinhalfthechipareaofconventionalMOS.Intel’sfirstcommercialMOSdevice,the1101256-bitRAM,wasintroducedin1969.FagginjoinedIntelin1970.Byaddingaburiedcontactandotherprocessenhancementsforlogicapplicationshewasabletodesignthe4004microprocessorCPUtofitonamanufacturablediesize.( 1971Milestone ) Intel’spioneeringworkintransferringsilicon-gatetoproductionpresentedmanychallengesbutgavethecompanyasignificantcompetitiveleadbypermittingtheearlyintroductionofhighdensitydynamicRAMs.( 1970Milestone )ItalsoenabledthedevelopmentofEPROMmemories( 1971Milestone )thatcouldnotbeaccomplishedeconomicallywithmetalgatetechnology.Withinfiveyearssilicon-gateMOShadbecometheindustrystandardprocessfornewICproductdevelopmentreplacingbipolartechnologyinallbutthehighestspeedapplications. ContemporaryDocuments Kerwin,RobertE.,Klein,DonaldL.,Sarace,JohnC."MethodformakingMISstructures," U.S.Patent3475234 (FiledMarch271967.IssuedOctober28,1969). Watkins,BoydG.andSelser,MichaelJ."SemiconductorDeviceandMethodforProducingSame," CanadianPatent825844 (FiledSeptember5,1967.IssuedOctober21,1969).Seealso U.S.Patent3576478 (FiledJuly22,1969.IssuedApril27,1971). Sarace,J.C.,Kerwin,R.E.,Klein,D.E.,andEdwards,R."Metal-nitride-oxide-siliconfield-effecttransistors,withself-alignedgates," Solid-StateElectronics, Vol.11,Issue7(July1968)pp.653-660. Faggin,F.,Klein,T.,andVadasz,L."Insulatedgatefieldeffecttransistorintegratedcircuitswithsilicongates," IEEETransactionsonElectronDevices, Vol.16,Issue2(Feb1969)p.236. Faggin,F.,Klein,T."SiliconGateTechnology," SolidStateElectronics, Vol.13(1970)pp.1125-1144. OralHistorytranscriptsonlineattheComputerHistoryMuseum Faggin,Federico(Fairchild,Intel,Zilog),anoralhistory(2004-9-22) FairchildSemiconductor"MOSICProducts"50thanniversarypanel-Amelio,Faggin,Phillon,Walker(2007-10-5) MoreOralHistories Faggin,Federico(Fairchild,Intel)TheSiliconGenesisInterviews(3.3.1995).DepartmentofSpecialCollections,StanfordUniversityLibraries,Stanford,California. Faggin,FedericoElectricalEngineer,anoralhistoryconductedin2004byJohnVardalas,IEEEHistoryCenter,RutgersUniversity,NewBrunswick,NJ,USA. MoreInformation Faggin,FedericoandKlein,Thomas."AfastergenerationofMOSdeviceswithlowthresholdsisridingthecrestofthenewwave,silicon-gateIC’s," Electronics (September29,1969)pp.88-94. Vasdaz,L.L.,Grove,A.S.,Rowe,T.A.,Moore,G.E.“SiliconGateTechnology,” IEEESpectrum, Vol.6No.10(October1969)pp.28-35.
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半导体里程_博物馆_1969-肖特基势垒二极管双打的速度内存与逻辑
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半导体里程_博物馆_1969-肖特基势垒二极管双打的速度内存与逻辑
设计创新,提高速度和降低能耗的行业标准的 64 位晶体管内存架构。迅速应用到新的双极逻辑和存储器的设计。 自 1963 TTL ( 1963 里程碑)设备的复杂性,先进的 20 倍,但开关速度保持在每门 10-15 纳秒的延迟相对不变。速度取决于如何快速充电晶体管存储可以去掉。黄金兴奋剂-- 金掺杂 ( 1961 年里程碑)改善,但难以控制。在 1964 年 JR 贝尔德的德州仪器公司( TI )提出使用金属 - 半导体二极管,称为肖特基势垒二极管( 1931 年里程碑) ,分流围绕晶体管的电荷。特德•詹金斯和加思飞兆半导体威尔逊在 1967 年双极型集成电路二极管制造。同时,日本的电工实验室开发出了类似的设计。英特尔设计师理查德•博恩和 H. ţ 蔡氏使用肖特基二极管,在该公司的第一款产品, i3101 64 位的 RAM 的设计。在 1969 年介绍,该装置是较早实现快速的近两倍。 1966 年(里程碑) 在 1971 年 T.I. 推出的 74S 系列 TTL 逻辑系列,采用肖特基二极管,以达到 3 ns 的高速应用的大门延误。低功耗的的肖特基版本,指定的 LS ,迅速取代了原来的 7400 设备,五分之一的电力消耗,提供相同的速度。主席 Mark Shepherd 7400LS 描述为“单一德州仪器的历史中最有利可图的产品线。 ” AMD , Fairchild ,摩托罗拉,国家和 Signetics 也进入了市场。后人,包括 Fairchild 先进的肖特基技术(快速) ,分 2ns 的延迟氧化物隔离工艺相结合的肖特基二极管。 在 70 年代中期,微型可编程位片处理器从 AMD ,英特尔,人机界面,并使用肖特基技术集成 LSI 为高性能运算处理应用的积木 Signetics 公司家庭。 ( 1979 年里程碑) 译者:哈尔滨工业大学(威海)电子封装 090840218赵家玮 原文: http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1969-Schottky.html 版权 copyright by www.computerhistory.org The i3101 Schottky TTL 64-bit RAM was Intel's first product 该 i3101 肖特基 TTL64 位内存是英特尔的第一款 Courtesy of: Intel Corporat 74S00 Schottky TTL gate function introduced by TI in 1971 . 74s00 肖特基晶体管晶体管逻辑门功能介绍了钛在 1971 Courtesy of: Texas Instruments, Inc. Introduced in 1975, the Am2901 bit-slice microprocessor used Low-power Schottky (LS) process technology 1975 推出的微处理器, am2901 位片采用低功耗肖特基(镑)工艺技术 Credit: CHM Collection. Gift of John Corbitt Walter Schottky stands between transistor pioneers John Bardeen and Walter Brattain 肖特基•沃尔特站在的先驱约翰巴丁和布拉顿之间 Courtesy of: AIP Emilio Segre Archive, Brattain Collection Since 1963 TTL ( 1963 Milestone ) device complexity had advanced twenty-fold but switching speeds remained relatively unchanged at delays of 10-15 ns per gate. Speed is determined by how quickly charge stored in a transistor can be removed. Gold-doping ( 1961 Milestone ) improved this but was difficult to control. In 1964 J. R. Baird of Texas Instruments (T.I.) proposed using ametal-semiconductor diode, called a Schottky-barrier diode ( 1931 Milestone ), to shunt charge around the transistor. Ted Jenkins and Garth Wilson of Fairchild fabricated such a diode on a bipolar integrated circuit in 1967. Concurrently Japan's Electrotechnical Laboratory developed a similar design. Intel designers Richard Bohn and H. T Chua used a Schottky diode in the design of the company's first product, the i3101 64-bit RAM. Introduced in 1969, the device was nearly twice as fast as earlier implementations. ( 1966 Milestone ) In 1971 T.I. introduced the 74S Series TTL logic family using Schottky diodes to achieve 3 ns gate delays for high-speed applications. Low-power Schottky versions, designated LS, quickly replaced the original 7400 devices by offering the same speed at one fifth the power consumption. Chairman Mark Shepherd described 7400LS as "the single most profitable product line in the history of Texas Instruments." AMD, Fairchild, Motorola, National, and Signetics also entered the market. Later generations, including Fairchild Advanced Schottky Technology (FAST), combined Schottky diodes with oxide-isolation processes for sub-2ns delays. In the mid-1970s micro-programmable "bit-slice" processor families from AMD, Intel, MMI, and Signetics used Schottky technology to integrate LSI building blocks for very high performance arithmetic processing applications. ( 1979 Milestone )
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半导体里程_博物馆_1970 - MOS动态存储器和磁芯存储器相争
WanghuataoHIT 2012-3-5 10:53
1970 - MOS动态存储器和磁芯存储器相争 约翰 · 施密特设计一个 64 位 p-channel 静态 RAM 在飞兆半导体 (MOS) 在 1964 年。供应商的 1968 萨姆 ( 半导体活跃记忆 ) 项目的十六巴勒斯一般聚集这些芯片在陶瓷基板 , 形成 1024 位混合的数组。整体解决方案和类似的 multi-chip 不久就追上了这个项目在计算机 Microtechnology 、英特尔、摩托罗拉、及 TI(SMA) 。 减少芯片尺寸乔尔 Karp GMe 构思出一种动态的时序方案 Boysel 适应李建造 256 位动态公绵羊在飞兆半导体在 1968 、 1024 和 2048 位装置系统在四个阶段在 1969 年。这些和竞争来自于先进的记忆系统达利克 (AMS6001) 采用晶体管每 4 到 6 点。霍尼韦尔的法案提出了一个 3-transistor 细胞 Regitz 实施 Karp 在英特尔 p-channel 硅门过程 (1968 里程碑 ) 。泰德霍夫提出改进 , 设计了由鲍勃 · 艾博特和调试了鲍勃芦苇于公元 1103 年。提供很多更快的速度 , 标价 1 分 / 一点 , 从 1970 年开始 ,1103 年很快换成了磁性核心技术对计算机内存。沃尔特 Krolikowski 描绘了一幅 Cogar 更快的 n-channel DRAM 于 1970 年。 IBM 是第一个进行这种新的生产工艺技术对系统 1972 年的 370/158 。 Mostek 罗伯特 Proebsting ion-implanted 电阻器用于减少功率消耗及模具尺寸足够装 4 K 位 (MK4096) 进入一个常规 16-pin 包裹于 1973 年。在 16 K(MK4116) 水平在 1976 年 Mostek 采用晶体管单管记忆细胞 , 由 IBM 公司专利的研究员罗伯特 ·Dennard 及设计方法 Karl-Ulrich 斯坦描述西门子。这种做法造成了 64 K 达利克从日本和美国的供应商在最后的十年、大容量的记忆系统 , 半导体 , 更经济可靠比磁芯。 译者:哈尔滨工业大学(威海)电子封装技术 090840219--周明川 校对:哈尔滨工业大学(威海) http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1970-DRAM.html 原文: John Schmidt designed a 64-bit MOS p -channel Static RAM at Fairchild in 1964. Fairchild’s 1968 SAM (Semiconductor Active Memory) program for Burroughs assembled sixteen of these chips on ceramic substrates to form 1024-bit hybrid arrays. Monolithic solutions soon overtook this and similar multi-chip projects at Computer Microtechnology, Intel, Motorola, and TI (SMA 2001). To reduce chip size Joel Karp of GMe conceived a dynamic clocking scheme that Lee Boysel adapted to build 256-bit dynamic RAMs at Fairchild in 1968 and 1024 and 2048-bit devices at Four Phase Systems in 1969. These and competing DRAMs from Advanced Memory Systems (AMS6001) employed 4 to 6 transistors per bit. Honeywell’s Bill Regitz proposed a 3-transistor cell that was implemented by Karp in Intel’s p-channel silicon gate process ( 1968 Milestone ). Improvements suggested by Ted Hoff, designed by Bob Abbott and debugged by Bob Reed resulted in the 1103. Offering much faster speed and priced at 1 cent/bit, beginning in 1970 the 1103 quickly replaced magnetic core technology for computer main memory. Walter Krolikowski of Cogar described an even faster n-channel DRAM in 1970. IBM was the first manufacturer to commit to this new process technology on System 370/158 in 1972. Mostek's Robert Proebsting used ion-implanted resistors to reduce power consumption and die size sufficiently to pack 4K bits (MK4096) into a conventional 16-pin package in 1973. At the 16K level (MK4116) in 1976 Mostek adopted the single transistor memory cell patented by IBM researcher Robert Dennard and design methods described by Karl-Ulrich Stein of Siemens. This approach led to 64K DRAMs from Japanese and US vendors before the end of the decade and large capacity semiconductor memory systems that were as reliable as and more economical than magnetic cores. IMG style="FILTER: ; ZOOM: 1; CURSOR: pointer" class=replaced title="Next image " src="http://www.computerhistory.org/semiconductor/assets/images/400x400/1970_1_1.jpg" width=400 height=400 jQuery1331342725637="31" Fairchild 1024-bit SAM multi-chip memory plane uses sixteen 64-bit PMOS Static RAM chips (1968) Credit: Fairchild Camera Instrument Corporation 山姆 multi-chip 供应商 1024 位平面使用内存十六 64 位 PMOS 静态 RAM 芯片 (1968) 贷款 : 照相机和器械企业供应商 IMG style="FILTER: ; ZOOM: 1; CURSOR: pointer" class=replaced title="Next image " src="http://www.computerhistory.org/semiconductor/assets/images/400x400/1970_1_2.jpg" width=400 height=400 jQuery1331342725637="32" IMG style="FILTER: ; ZOOM: 1; CURSOR: pointer" class=replaced title="Next image " src="http://www.computerhistory.org/semiconductor/assets/images/400x400/1970_1_3.jpg" width=400 height=400 jQuery1331342725637="48" IMG style="FILTER: ; ZOOM: 1; CURSOR: pointer" class=replaced title="Next image " src="http://www.computerhistory.org/semiconductor/assets/images/400x400/1970_1_4.jpg" width=400 height=400 jQuery1331342725637="34"
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半导体里程_博物馆_1971 可编程只读存储器重用迭代设计的灵活性
WanghuataoHIT 2012-3-5 10:51
格式要求, http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=spaceuid=652849do=blogid=544164
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半导体里程_博物馆_1974 -通用单片机家族公布于世
WanghuataoHIT 2012-3-5 10:42
1974 - 通用单片机家族公布于世 一个单芯片的计算机设计的出现乃是 TMS 1000 单片机微单位或一个概念 , 引发了通用数字者家庭权力的工具和发达国家的玩具。 单片机为核心的单元 (MCU) 由相同的基本 ROM 、 RAM 和 CPU 因素以一种微处理器 ( 微控制器 ) 控制要求较低的任务如一个玩具或一个微波炉。这些应用程序不需要的终极速度或程序的复杂性 , 可以实现单片机设计 , 用更少的组件功能齐全适合在一个芯片上。 加里 Boone 和迈克尔的 1971 年《德州仪器的设计 TMS1802 计算机设备提供了基础的单片机为 TMS1000 通用 4 比特 MCU 家庭于 1974 年公布。定价为 $ 2 。在数量上 , 它的动力防盗警报、车库门开启器、游戏、玩具 , 如 “ 讲话和拼写 “ 介绍数码电子给消费者。 在 1976 年 , 两 Mostek 英特尔 (3870) 引入更严格的 8 位的体系结构 , 这种结构服务应用于汽车、电脑外设。英特尔 MCS-48 家庭提供了可擦可编程只读存储器 (8748) 和 (8048)masked-ROM 版本。可编程只读存储器的版本 MCUs 实用了原型与会收取少许生产体系。 (1971 年里程碑 ) 英特尔更加强大 ,1980 年的继任者 ,8051 年 , 成立了一个标准建筑 , 今天在众多变异幸存的具体应用。 到了 1980 年代 MCU 体系结构从欧洲、日本和美国的制造商众多专用应用。服务贝尔实验室的 MAC-4 遇到了电信的需要。摩托罗拉和日立公司从 68000 年 MCUs 派生高性能微处理器。通用设备的家庭照片 ( 今天微芯片 ) 赢的低成本的消费者设计。隐藏在小几百人在电器、汽车、个人电子产品 , 采用单片机可能是当今世界上最无所不在的半导体器件。 译者:哈尔滨工业大学(威海)电子封装 090840222--魏浩 校对:哈尔滨工业大学(威海) http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1974-MCU.html 原文: A single-chip calculator design emerges as the TMS 1000 micro-control unit or MCU, a concept that spawned families of general-purpose digital workhorses that power the tools and toys of the developed world. A microcontroller unit (MCU) comprises the same basic ROM, RAM and CPU elements as a microprocessor (MPU) for less demanding tasks such as controlling a toy or a microwave oven. As these applications do not require the ultimate in speed or program complexity, MCU designs can be implemented with fewer components so that the complete function will fit on a single chip. Gary Boone and Michael Cochran’s 1971 design of Texas Instruments TMS1802 single-chip calculator device provided the foundation for the TMS1000 general-purpose 4-bit MCU family announced in 1974. Priced at $2 in volume, it powered burglar alarms, garage door openers, games, and toys such as "Speak and Spell" that introduced digital electronics to the consumer. In 1976 both Intel and Mostek (3870) introduced 8-bit architectures that served more demanding applications in automobiles and PC peripherals. The Intel MCS-48 family offered both EPROM (8748) and masked-ROM (8048) versions. The EPROM version made MCUs practical for prototyping and low-volume production systems. ( 1971 Milestone ) Intel's more powerful 1980 successor, the 8051, established a standard architecture that survives today in numerous variants for specific applications. By the 1980s MCU architectures from European, Japanese and US manufacturers served numerous special-purpose applications. Bell Laboratories’ MAC-4 met telecommunications needs. Motorola and Hitachi derived high-performance MCUs from the 68000 MPU. General Instrument's PIC family (today Microchip) won low-cost consumer designs. Hidden by the hundreds in appliances, automobiles, and personal electronics products, the MCU may be today’s most ubiquitous semiconductor device. IMG style="FILTER: ; ZOOM: 1; CURSOR: pointer" class=replaced title="Next image " src="http://www.computerhistory.org/semiconductor/assets/images/400x400/1974_1_1.jpg" width=400 height=400 jQuery1331346818939="21" An early version of the TMS 1000 microcontroller Courtesy of: Texas Instruments, Inc. 一个早期版本的 TMS 1000 单片机 由 : 德克萨斯仪器公司
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半导体里程_博物馆_1974 量化集成电路工艺设计规则的缩放
WanghuataoHIT 2012-3-5 09:53
半导体里程_博物馆_1974 量化集成电路工艺设计规则的缩放
IBM 公司的研究员罗伯特 · 迪纳德关于过程缩放型记忆的论文加速了收缩物理尺寸的全球竞赛和制造更复杂的集成电路。 在 60 年代,每个推进光刻能力面具尺寸的线性收缩提供一个快速解决提高速度和降低成本的集成电路。在 1962 年托马斯斯坦利的研究实验室发表的分析指出,由于其临界速度的极限尺寸,栅极长度,躺在横向而不是纵向平面双极器件,这是特别重要的金属氧化物半导体晶体管。 比例原则在布鲁斯卡弗 · 米德 hoeneisen 和加州理工学院的罗伯特迪纳德和他的同事的 1972 个文件被描述。由于登纳德等的 1974 个文件,引起微电子业界的关注与造成的深远影响。他们指出,由于晶体管的横向尺寸的比例系数,因相同的因素速度得到了提高。当时的 绝缘性场效应管 最小尺寸为 5 微米,他们预计缩小微米组分。(人的头发是 50 - 100 微米直径)这是第一次尝试将几何收缩所产生的结果降低功耗和性能改进。这给戈登穆尔( 1965 年)的 “ 定律 ” 提供了科学基础。 1976 年, MITI 组织公司,富士通日立,三菱、东芝,成一个联盟,超大规模集成电路技术研究协会,包括概念,缩放和结合日本光学和精细的制造优势在 70 年代末在全球范围内提供了 64K 动态随机存取存储器( 1970 的里程碑事件)。在这些高能晶体管上计算的功率消耗加快了 互补金属氧化物半导体 管技术的发展( 1963 的里程碑事件)。 这种尺寸 互补金属氧化物半导体 管的能力在 2006 年末允许尺寸收缩至 100 纳米( 0.1 微米)以下和像 IBM 公司 / 索尼 / 东芝的芯片为第三代游戏机提供了 234000000 个晶体管细胞处理器。 80年代中期IBM研究员 罗伯特· 迪纳德 伴随最小特征尺寸内存单元尺寸的减小 100纳米cmos晶体管的扫描电镜图像 第三代游戏机23000000晶体管细胞处理器 译者:哈尔滨工业大学(威海)电子封装090840224-宁尚佳 校对:哈尔滨工业大学(威海)电子封装 090840227-吴喆熹 原文 http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1974-Scaling.html 版权 copyright by www.computerhistory.org ———————————————————————————————— 1974 - Scaling of IC Process Design Rules Quantified IBM researcher Robert Dennard’s paper on process scaling on MOS memories accelerates a global race to shrink physical dimensions and manufacture ever more complex integrated circuits. Linear shrinking of mask dimensions with each advance in lithographic capability provided a quick fix to enhance the speed and reduce the cost of ICs in the 1960s. Thomas Stanley of RCA Research Laboratories published an analysis in 1962 noting that this was particularly relevant to the MOS transistor because its critical speed limiting dimension, the length of the gate, lay in the horizontal rather than the vertical plane of bipolar devices. Scaling principles were described in 1972 papers by Bruce Hoeneisen and Carver Mead of Caltech and by IBM's Robert Dennard and his colleagues. But it was a 1974 paper by Dennard, et. al. that caught the attention of the industry with a resulting profound effect on microelectronics. They noted that as the horizontal dimensions of a transistor were scaled by a factor, speed improved by that same factor. At a time when IBM's MOS memories used a minimum dimension of 5 microns, they projected shrinking to fractions of a micron. (A human hair is 50-100 microns in diameter) This was the first attempt to relate a geometry shrink to the resulting power reduction and performance improvement. It gave Gordon Moore's ( 1965 Milestone ) "Law" a scientific foundation. In 1976 MITI organized Hitachi, NEC, Fujitsu, Mitsubishi and Toshiba into a consortium, the VLSI Technology Research Association, that embraced the concept of scaling and combined it with Japanese optical and ultra-clean manufacturing strengths in a global race to deliver 64K DRAMs ( 1970 Milestone ) by the end of the decade. Power consumption at these high transistor counts accelerated the adoption of CMOS technology. ( 1963 Milestone ) The ability to scale CMOS allowed dimensions to shrink below 100 nanometers (0.1 micron) by 2006 and to deliver chips such as the IBM/Sony/Toshiba 234 million transistor Cell processor for the Playstation 3.
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半导体里程_博物馆_1978 用户可编程逻辑设备出现
热度 1 WanghuataoHIT 2012-3-5 09:34
半导体里程_博物馆_1978 用户可编程逻辑设备出现
图一 20 世纪 80 年代中期的约翰和 HT 蔡氏 发明单片存储器的约翰和 HT 蔡氏开发了易于使用的可编程阵列逻辑( PAL )和快速原型的定义逻辑功能的设备和工具 创意逻辑设计师意识到,小、快速的 PROM ( 1971 里程碑) ,也可以配置进行简单的逻辑功能。霍尼韦尔要求的基础上,于 1975 年,罗恩·克莱为适合更复杂的逻辑需求适应 Signetics 公司 PROM 电路技术设计了 82S100 可编程逻辑阵列( PLA )。一个所需的功能,表示为布尔逻辑方程,是输入保险丝编程单元,即刻杂设计师的桌面上生成一个定制的 IC 。 约翰和 H.T. 蔡氏与安迪陈在 1978 年推出的一个更精简的架构,他们称为可编程阵列逻辑( PAL ) ,其交易逻辑灵活,有更快的速度和更低的成本。 PALASM ( PAL 汇编)软件设计工具也开发出了易于使用的设备。 License 与 AMD 、国家、 TI 一致将 20 针双极型器件( 16L8 , 16R8 等)确立为行业标准的产品。他们在特雷西基德的一台新机器的灵魂( 1981 年) ,成为一个时代的技术畅销特色。 AMD ( 22V10 )的一个更加灵活的架构 ,来自赛普拉斯和莱迪思的低功率 CMOS 技术,和可重复使用的 CMOS 为基础的 EPROM 器件支持 PC 兼容 Altera 设计原理图输入工具( 1983 年)扩大其应用范围。 赛灵思( 1984 ) ,爱特( 1985 ) , QuickLogic 公司( 1988 )介绍了现场可编程门阵列( FPGA )架构去服务更高的门数的应用。系统设计师选择了统称为 PLD (可编程逻辑器件) ( 1967 里程碑)作为这些用户可配置的首选解决方案超过了所有成本最低或最高性能的应用程序定制的数字逻辑的 ASIC 方法。 图二 MMI PAL16R8 型号的芯片照片 图三 涵盖首次 PAL 应用手册 “ ( 1978 ) 图四 特蕾西基德的普利策奖获奖书 译者:哈尔滨工业大学(威海)电子封装 090840225-石宇辰 校对: 原文 http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1978-PAL.html 版权 copyright by www.computerhistory.org ———————————————————————————————— 1978 - PAL User-Programmable Logic Devices Introduced John Birkner and H. T. Chua of Monolithic Memories develop easy-to-use programmable array logic (PAL) devices and tools for fast prototyping custom logic functions. Creative logic designers realized that small, fast PROMs ( 1971 Milestone ) could also be configured to perform simple logic functions. Based on a request from Honeywell, in 1975 Ron Cline adapted Signetics PROM circuit technology to design the 82S100 Programmable Logic Array (PLA) to serve more complex logic needs. A desired function, expressed as set of Boolean logic equations, was entered into a fuse programming unit that instantly generated a custom IC on the designer's desktop. John Birkner and H.T. Chua of Monolithic Memories worked with Andy Chan to introduce a more streamlined architecture they called Programmable Array Logic (PAL) in 1978 that traded logic flexibility for faster speed and lower cost. The PALASM (PAL Assembler) software design tool also made the devices easy to use. License agreements with AMD, National, and TI established the 20-pin bipolar devices (16L8, 16R8, etc) as industry standard products. They are featured in Tracey Kidder’s The Soul of a New Machine (1981), a technology bestseller of the era. A more versatile architecture from AMD (22V10), CMOS technology for lower power from Cypress and Lattice, and reusable CMOS EPROM-based devices supported by PC-compatible schematic-entry design tools from Altera (1983) expanded their range of applications. Xilinx (1984), Actel (1985), and QuickLogic (1988) introduced Field Programmable Gate Array (FPGA) architectures to serve higher gate-count applications. System designers selected one of these user-configurable solutions, collectively known as PLDs (Programmable Logic Devices), over ASIC approaches ( 1967 Milestone ) as the preferred approach to custom digital logic for all but the lowest cost or highest performance application.
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半导体里程_博物馆_1979 单芯片数字信号处理器出现
WanghuataoHIT 2012-3-5 09:03
半导体里程_博物馆_1979 单芯片数字信号处理器出现
贝尔实验室的单芯片DSP-1数字信号处理器设备构架进行了优化,为电子交换系统。 为了能从背景噪声中分离出信息,数字信号处理器( DSP )采用了数学技术来分析来自自然和电子源的模拟信号。转换成数字信号之后,如快速傅立叶变换等算法筛选和重建准备一个可用的模拟信号转换回数据。在音响,通信,图像,雷达,声纳,语音识别系统中,已经实施了 DSP 功能从电子管到集成电路的每一代技术。 在 1970 年,来自 Fairchild 公司( 9334 )和 AMD 公司( 2505 )的 2*4 乘法器作为第一代标准 IC 产品,加快了数学密集型信号处理运算。 TRW 公司的 LSI 产品采用三重扩散双极工艺,建立了更复杂的功能,如 AMD2901 位片在 20 世纪 70 年代后期的视频和国防应用的处理器一起使用的 16x16 乘法器( MPY16 )。 MOS 外围芯片允许信号处理使用通用的微处理器,包括用于摩托罗拉 6800 和英特尔 2920 ( 1979 )的 AMIS2811 ( 1978 ),并结合了可编程的数字信号处理和数据转换电路( 1968 年里程碑)。 单芯片 DSP本质上 是添加了复杂的数学能力的微处理器。贝尔实验室的单芯片 DSP-1 , AT & T 的 ESS 数字交换机的重要组成部分,诞生于 1979 年 5 月。 NEC 的 定点 μ PD7720 ,在 1980 年应用于语音频带,是商业上最成功的早期的 DSP 之一。 TI 的 16 位可编程 DSP 器件的 TMS320 系列从 1983 年开始应用于消费类产品中,从手机到玩具。从 TI 的 集成度更高的 DSP 的连续几代以及 ADI 公司,摩托罗拉,和别人的权力今天的手机,磁盘驱动器, HDTV 产品。 图一: 1979 年贝尔实验室的 DSP-1 设备布局 图二:: 1979 年 TRW 公司的高速乘法累加器的广告 图三::第一的 TMS320 可编程 DSP 器件的芯片的图片 图四::“电子设计”杂志关于 DSP 的专题文章 译者:哈尔滨工业大学(威海)电子封装 090840226-王延博 校对 :哈尔滨工业大学(威海)电子封装 090840216-鞠伯伦 http://www.computerhistory.org/semiconductor/timeline/1979-DSP.html 版权 copyright by www.computerhistory.org 原文 ——————————————————————--------------------------------------------------------------- 1979 - Single Chip Digital Signal Processor Introduced Bell Labs' single-chip DSP-1 Digital Signal Processor device architecture is optimized for electronic switching systems. Digital signal processing (DSP) applies mathematical techniques to analyze analog signals from natural and electronic sources in order to separate information from background noise. After conversion to digital form, algorithms such as the Fast Fourier Transform filter and reconstruct the data ready for conversion back to a useable analog signal. DSP capability has been implemented in every generation of technology from vacuum tubes to ICs in audio, communications, image, radar, sonar, and voice recognition systems. 2 x 4 multipliers from Fairchild (9334) and AMD (2505) in 1970 were among the first standard IC products to speed math-intensive signal-processing algorithms. TRW LSI Products used a triple-diffused bipolar process to build more complex functions, such as the 16x16 multiplier (MPY 16), used together with the AMD 2901 bit-slice processor for video and defense applications in the late-1970s. MOS peripheral chips to enable signal processing using general-purpose MPUs included the AMI S2811 (1978) for the Motorola 6800 and Intel’s 2920 (1979) that combined programmable digital processing and data conversion ( 1968 Milestone ) circuits. Single-chip DSPs are essentially MPUs with added complex math capabilities. Bell Labs’ one-chip DSP-1, a key component of ATT's ESS digital switch, appeared in May 1979. NEC's fixed-point 倀D7720, introduced in 1980 for voiceband applications, was one of the most commercially successful early DSPs. TI’s TMS 320 family of 16-bit programmable DSP devices from 1983 found wide application in consumer products from cell phones to toys. Successive generations of more highly integrated DSPs from TI as well as Analog Devices, Motorola, and others power today's mobile phones, disk drives, and HDTV products.
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分析试验数据要谨慎一些
孙学军 2012-1-27 12:24
http://www.springerlink.com/content/vt413114v8v63011/ 最近研究发现呼吸或通过饮水摄取氢气可以中和机体内的活性氧,如羟基自由基,从而通过降低氧化应激诱导的脑、心脏等器官损伤对各种疾病产生保护作用。这些研究认为外源性氢气会与自由基反应,从而被机体“利用”。本研究主要是评价饮用含氢气水后氢气被机体消耗的量。 7 名成年受试者饮用氢气水后,采用气相色谱半导体检测呼吸气体中氢气的含量。呼吸气体中氢气的水平饮水后 10 分钟迅速升高到 36 ppm 。然后迅速在 60 分钟内下降到正常水平,采用呼吸时间和浓度计算出氢气释放的总数量大概为吸收氢气的 59% 。试验过程中氢气的泄露大概 3% 以下。通过皮肤释放的氢气不到 0.1% 。因此大概有 40% 的氢气被保留在身体内。由于氢气属于弱还原剂量,只能和羟基自由基发生中和反应,因此可以推断身体内产生羟自由基的速度低于 1.0 μmol/min/m 2. 这个研究工作没有太多的研究证据,只根据一组人体呼吸气体氢气浓度的检测推断出身体内羟基自由基的产生速度。恐怕太大胆了。 本人提出质疑如下: 一、 氢气还原性弱,只能和羟基自由基反应,但不能排除羟基自由基和其他物质发生反应。氢气进入身体很难和比氢气还原性强的物质进行竞争。因此不能利用氢气被“消耗”的量来判断羟基自由基的产生速度。另外氢气也可能和其他活性强的自由基反应,也不能完全归因于羟基自由基。 二、 氢气摄取和释放应该符合气体运行规律,身体内不同组织溶解和释放氢气的速度完全不同。不同性质的组织溶解氢气的能力也不同。因此难以从整体上分析氢气的保留数量。身体的成分复杂,气体进入身体内,特别是少量气体,很容易被一些分子黏附,这些气体并不是被中和,而是长时间存在于身体内。这类似于把气体通入粘稠的液体中。气体只是物理隔离在液体中而已,并没有被利用。 三、 经过皮肤释放的数量可能不准确。氢气比其他气体分子量小,更容易扩散,更容易经过皮肤扩散。 四、 成年身体内本身存在一定数量的氢气,如何排除干扰。 五、 试验的设计太过简单,例如反复试验多次,看前面保留在身体的氢气是否会影响后来的氢气释放数量。应该设计不同的剂量,看不同剂量的释放和保留是否有规律。 六、 15 年前,有学者曾经用动物试验和氢同位素标记都没有证明氢气被身体利用。而现在采用的技术分辨率远低于同位素标记。竟然说有那么多氢气被利用。别说氢气,许多药物都很难被利用 40% 。而且氢气进入身体只有几分钟时间,更不可能被利用那么多。 总之,这个资料的唯一价值是测定氢气的释放规律。其他的判断和推测近乎荒唐。 Estimation of Molecular Hydrogen Consumption in the Human Whole Body After the Ingestion of Hydrogen-Rich Water Recent studies have revealed that inhaled or ingested hydrogen gas (H 2 ) inactivates reactive oxygen species such as hydroxyl radicals in various kinds of diseases and disorders in animal models and that H 2 reduces oxidative stress-induced damage in brain, heart, and other peripheral tissues. These reports suggested that exogenous H 2 is partially trapped by oxygen radicals. This study was conducted to evaluate H 2 consumption after the ingestion of H 2 -rich water. Seven adult subjects ingested H 2 -rich water. The H 2 content of their expired breath was measured by gas chromatography with a semiconductor. The ingestion of H 2 -rich water rapidly increased breath H 2 content to its maximal level of approximately 36 ppm at 10 min after ingestion and thereafter decreased it to the baseline level within 60 min. Taken together with simultaneous measurements of expiratory minute volume, 59% of the ingested H 2 was exhaled. The loss of H 2 from the water during the experimental procedures accounted for 3% or less of the H 2 . H 2 release from the skin surface was estimated as approximately 0.1%. Based on the remaining H 2 mass balance, approximately 40% of the ingested H 2 was consumed in the body. As the H 2 molecule is reported to be a weak scavenger of hydroxyl radicals and is not effective against superoxide or hydrogen peroxide, the rate of hydroxyl radical production was estimated to be at least 1.0 μmol/min/m 2 (equivalent to 29 nmol/min/kg), assuming that the H 2 molecules were all used to scavenge hydroxyl radicals and that bacterial consumption in the alimentary tract and on the skin surface could be excluded. In summary, 59% of ingested H 2 was exhaled, and most of the remainder was consumed in the body.
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[转载]我国半导体照明产业的创新报告
whyhoo 2012-1-10 19:50
对于西藏日喀则地区6个县42个村庄的很多村民来说,今年元旦与以往不同——8个月前这里装上的太阳能LED(发光二极管)路灯,为雪域高原节日的夜晚增添了光明。 大家还清晰记得,当这些少数民族无电村通电后,村民们高兴得夜晚在路灯下久久不愿离去…… 平均海拔4500米以上、最高达6000米;冻土层1米;最大日温差±32℃,零下30℃仍要正常工作,紫外线超强……高海拔、高温差气候对LED材料结构、封装技术、光色质量与驱动控制电源等都提出了极高要求。 如今,大半年过去,路灯亮灯率达100%。863计划“半导体照明工程”重大项目科研成果首次在西藏地区的示范应用,不仅交出了满意的答卷,同时也创造了世界上在海拔4500米以上地区集中安装数百套太阳能LED路灯的纪录。 LED,照亮漫漫天路,也照亮了中国。 8年时光荏苒,我国半导体照明产业从无到有,逐步发展壮大。目前制约产业转型升级的关键技术陆续取得突破,产业核心技术研发与创新能力快速提高,一条从上游外延芯片到中游器件封装,再到下游集成应用的较为完整的技术创新链和具备较强国际市场竞争力的产业链正在形成。 抢占先机,围绕产业需求部署研发 如今用于白光照明的LED器件是基于半导体氮化物材料制备的。这种LED器件的概念在上世纪60年代提出,但由于制备技术上的限制,一直发展缓慢,当时谁也没想到这种半导体材料可以用来照明。 “直到上世纪90年代初期,在日本科学家突破了低温缓冲层和P型掺杂两大难题后,可用于照明应用的氮化物蓝光LED才真正被制造出来,随后氮化物材料引发了国际上的研究热潮,产业应用也随之进入了快速发展阶段。”中科院半导体研究所所长李晋闽介绍说。 作为白炽灯、荧光灯之后的新型照明技术,LED具有其他传统照明光源不可比拟的应用优势,它具有耗电量少、寿命长、无汞污染、色彩丰富、可调控性强等特点,呈现出强大的生命力和极快的发展速度,被称为照明光源及光产业的一次革命。半导体照明也被普遍认为是21世纪最具发展潜力的战略性新兴产业。美国、欧盟、日本、韩国等发达国家近10年来纷纷立足国家战略推动半导体照明技术研发和产业发展。 但在8年前,中国半导体照明上游产业发展几乎是一片空白,下游应用刚刚起步,功率芯片全部依赖进口,企业规模小、缺乏产业化技术,整个产业销售收入不足百亿元。 为抢占新兴产业的先机,提高新一代半导体材料与技术的国际竞争力,从“十五”开始,科技部率先支持半导体照明技术和产业的发展。2003年,科技部、原信产部、中科院、教育部、原建设部、轻工业联合会等联合成立了国家半导体照明工程协调领导小组,并紧急启动“国家半导体照明工程”,通过科技攻关计划等项目部署,以近期解决特殊照明市场急需的产业化关键技术,中远期培育白光普通照明产业为目标,以应用促发展,推动形成有核心竞争力的中国半导体照明产业。 谈到技术研发,李晋闽有着更深的理解:“我们发展科技,过去大多走的是从前期自由探索到基础研究再到应用研究,最后到工程化工业化的路径。”但在李晋闽看来,这对半导体照明领域而言并非完全适用。“不仅仅是技术推动产业发展,事实上,市场应用和产业的迫切需求,强有力地驱动半导体照明技术不断进步。” 他多次用“日新月异”来形容半导体照明技术研发和产业发展态势。“在这个行业领域,更新变化的周期是3个月甚至1个月,每个月都有新的东西出现,既有新的技术、新的研发成果,也有新的产品、新的应用。”人们不断追求更高的光效、更舒适的照明体验,这种消费需求和国际同行在技术研发的激烈竞争,让包括李晋闽在内的科研人员感受到前所未有的挑战。 因此,在国家科技计划设计之初,就充分考虑了产业和市场的需求,以突破部分核心关键技术,促进上下游实质性合作为目标,按照产业链来部署技术创新的各个环节。“当时科研项目的设计和组织都经过了深入企业充分调研,项目设计与产业迫切需求紧密结合,非常贴合企业发展的方向,更是面向国民经济发展的主战场。”国家半导体照明工程研发及产业联盟秘书长吴玲回忆。 2006年8月,科技部在“十五”国家半导体照明工程实施的基础上,根据《国家中长期科学和技术发展规划纲要》的部署和“十一五”科技发展规划,在“十一五”国家863计划新材料领域中设立“半导体照明工程”重大项目,目标是通过自主创新,突破白光照明部分核心专利,解决半导体照明市场急需的产业化共性关键技术,完善半导体照明产业链。 与此同时,科技部推动构建的国家半导体照明工程研发及产业联盟的行业凝聚力和影响力逐步扩大。2009年,为形成紧密的技术创新链,在联盟常务理事单位的基础上,在科技部政策法规司指导下组建了半导体照明产业技术创新战略联盟。 重点攻关,技术水平基本与国际同步 在科技攻关计划、863计划、科技支撑计划等国家科技计划和相关部门政策的支持下,我国半导体照明技术和产业发展步入快行线,已成为全球发展最快的区域之一。 “目前,我国半导体照明技术基本实现与国际同步发展,示范应用处于国际先进水平。”李晋闽评价我国的研发水平认为,在基础研究方面,我国研发水平和方向与国际基本保持同步,甚至某些方面超前;在成果转移转化方面,我国产业关键技术取得突破,基本与国际同步。 李晋闽做此判断的依据是,“十一五”期间,在863计划的支持下,我国产业化大功率LED芯片光效超过100流明/瓦,与国际产业主流产品水平同步。 此外,在经历了买芯片、买外延片的道路之后,我国已经实现自主生产外延片和芯片,国产芯片进口替代比例逐年上升,2011年达68%,半导体照明整体产业规模达到1500多亿元。 据中科院半导体照明研发中心副主任王军喜介绍,我国还在硅衬底LED芯片产业化、紫外短波长LED、MOCVD重大装备、功率型白光LED封装水平等方面取得突破。如在国际上首次推出具有自主知识产权的硅衬底LED芯片,光效超过90流明/瓦,已实现产业化;我国深紫外LED器件的研发处于国际领先水平;功率型白光LED封装光效达到130流明/瓦,接近国际先进水平。 我国在半导体照明领域申请的专利数量近年上升很快,与国际基本同步。2010年,我国LED相关专利申请超过30000项,约占全球LED专利申请数量的三成,2001—2009年平均增长率33%,明显高于全球平均水平;而且下游应用专利申请优势明显,应用方面专利超过总数的70%,其中道路等功能性照明应用领域处于国际领先地位。 搭建平台,提升行业共性技术水平 车辆行驶在北京海淀区林大北路上,一不留神,很容易就会错过湮没在一片住宅小区里的中科院半导体研究所。进入大门,一路往南走到尽头,会看到一幢三层实验楼。代表着业内最高水准的研发平台——中科院半导体照明研发中心就藏身于此。 研发中心的实验室对洁净度有着极高的要求。除了露出一双眼睛,记者全身从头到脚全副武装,经过风淋室才得以步入,一探究竟。 在研发人员的带领下,记者看到了从外延材料制备到芯片研发和切割,再到灯具封装、性能测试分析一条完整的工艺线,大致了解了从原始材料制备到最后生产出半导体照明产品的全过程。 “我们的研发工作涉及半导体照明产业上中下游各个环节。实验室拥有从衬底材料、MOCVD外延、装备制造、芯片开发、高效大功率封装到测试分析较完整的工艺线。打造产业共性技术研发平台是我们努力的方向。”王军喜说。 在该中心硬件平台基础上,广受各界关注的半导体照明联合创新国家重点实验室的筹建工作也在紧锣密鼓地进行。该国家重点实验室由半导体照明产业技术创新战略联盟牵头,国内外5家研究机构共同发起,22家企业参与。 去年8月,重点实验室实施方案通过论证,在进行了数月调研,广泛了解企业需求后,凝练出4个方向的研究课题,并立马着手实施。尽管还在筹建阶段,但相关科研工作已经在2011年10月正式启动。 对于凝练出的4个研究方向,国家半导体照明工程研发及产业联盟常务副秘书长阮军逐一进行了介绍,统一半导体照明产品规格接口,制定相关标准,实现不同厂家产品具备互换性;研究半导体照明产品可靠性测试方法,科学评价半导体照明产品各项性能指标;对半导体照明产品封装工艺进行研究,解决照明舒适安全问题;开展前瞻性研究,对代表未来发展方向的三维封装、立体封装进行研究,以降低产品成本。 “这些课题也代表了半导体照明产业目前所急需突破的共性技术。”李晋闽说。目前,重点实验室各项工作进展速度比预想的还要快,对于未来的发展,李晋闽显得非常乐观。“目前研究刚刚开始,半年以后,也就是今年五六月,相信企业将能切实感受到实验室对推动行业共性技术进步所起到的效果,希望你们能继续跟踪。” 虽然通过“十一五”期间的快速发展,半导体照明技术取得了重大进展,但面对激烈的国际竞争,挑战依然严峻。据悉,“十二五”期间,科技部将通过系统布局,建设共性技术研发平台,集中资源,计划到2015年,实现从基础研究、前沿技术、应用技术到产业化示范全创新链的重点技术突破。 上至大飞机,下至汽车光测距,远至南极科考,近至医疗美容、植物照明……“半导体照明技术的出现,不仅使百年传统照明工业迎来了电子化大规模的数字技术时代,而且应用涉及到信息、交通、医疗、农业等领域,其数字化的特性是即将到来的物联网时代的技术支撑之一。”阮军说。 在国家研发投入的持续支持和政府的规范引导下,在技术进步和市场需求双重推动下,中国的半导体照明技术和产业正在与时间赛跑! 半导体照明是技术进步的产物,也是技术进步的表现。作为第三代半导体材料制作的光源和显示器件,它具有耗电量少、寿命长、无污染、色彩丰富、可控性强等特点,被照明行业普遍视作具有革命性意义的新一代光源。 发展半导体照明产业正当其时 半导体照明的技术特点使它在节能减排方面具备无限潜力。据测算,目前我国照明用电占能源消耗的6%,并以每年超过5%的速度增长。在节能减排压力日益增大的情况下,照明行业急需运用更加节能高效的照明光源和技术,而高效率、低污染的半导体照明技术无疑是促成这场技术变革的不二之选。它的运用不仅能大幅降低使用过程中的能源消耗,而且由于产品中不含汞和有害气体,能将制造过程中的污染几乎降至最低。据专家测算,2015年我国LED通用照明占有率将超过30%,景观装饰等产品市场占有率超过90%,可实现年节电超过1000亿度,相当于用新技术再造一座三峡发电站。 半导体照明技术的运用还将推动信息、交通、医疗、农业等领域的发展和变革。以物联网为例,半导体照明技术将引领人类照明进入数字化时代,并成为支撑物联网时代的重要技术,为人类生产、生活方式带来更大变化。美国能源部桑地亚国家实验室的一篇论文显示,照明占全球能源消耗的8.9%,但对GDP的贡献率不足1%。如果采用半导体照明技术,2050年的照明用电量将维持2005年的水平,对GDP贡献率将翻两番以上。 正是基于半导体照明技术的这些特点,它被认为是21世纪最具发展潜力的战略性新兴产业。世界多数国家都将半导体照明技术作为下一步发展的重点。我国处在产业升级、调整结构的重要节点,半导体照明产业同样是推进低碳经济、转变经济发展方式的重要机遇。 自“十五”起,科技部先后通过科技攻关计划、863计划、科技支撑计划等国家科技计划,持续支持了半导体照明的技术创新和产业发展。2009年科技部又启动了“十城万盏”半导体照明应用工程试点工作,通过在37个试点城市推进半导体照明技术应用,推动了技术集成和创新应用,促进了市场机制和商业模式的形成,为我国从照明大国跻身全球照明强国、占据技术和产业发展的国际制高点提供了坚实基础。 人民大会堂的主体建筑万人大礼堂顶部中央,巨型红色五星灯和环绕在它周围的数百盏满天星灯,令人过目难忘。相较之下,主席台上的顶灯或许就不那么抢眼了,事实上,这160盏灯可不一般,它们是去年全国“两会”前刚“上岗”的LED灯。 尽管“年轻”,比起前任的白炽灯,这160盏LED灯表现却更加出色。经测试,目前主席台平均照度较改造前提高约40%,照明总功率由160千瓦降低到40千瓦,能耗下降了70%。同时,LED灯具外壳表面温度最高为45℃,原灯具外壳最高温度为80℃,主席台环境温度明显改善,开会的人不再有“被加热”的难受感觉了。 这一切让参与万人大礼堂半导体照明节能示范改造工作的阮军倍感自豪。“不同于一般场所的应用,人民大会堂使用LED灯无疑具有‘风向标’的意义,既是政府对节能环保理念的重视和身体力行的体现,也是对LED产业的一种肯定和鼓励。” 作为国家半导体照明工程研发及产业联盟(简称联盟)常务副秘书长,阮军参与了包括“十城万盏”在内的多项半导体照明示范工程的组织工作。从2008年北京奥运会到2010年上海世博会,LED都大放异彩,给人们留下了深刻的记忆。 在示范工程的带动下,我国半导体照明产业发展迅猛。据联盟统计,2011年,国内半导体照明产业的产值为1560亿元,年增长率达30%;LED灯具的产量为1.8亿盏,2010年为1亿盏;LED灯具的市场渗透率接近1%,2010年仅为0.5%。预计到2015年,LED照明的渗透率将超过25%,行业总产值将达5000亿元。 “十城万盏”,点亮照明新兴产业 和如今的广受热捧相比,萌芽阶段的半导体照明产业成长显得更加艰难。“8年前,没人看好LED照明产业前景,尤其是做传统照明的人对这项新技术的成熟度提出很多质疑,居高不下的成本也是障碍。”阮军回忆道。 随着全球半导体照明节能产业发展迅猛,技术突破日新月异,应用领域不断拓宽,我国政府高度重视半导体照明技术创新与产业发展,制定了一系列相关政策和计划,支持半导体照明战略性新兴产业的发展。半导体照明被纳入国家中长期科技发展规划纲要能源领域“工业节能”优先主题(“高效节能、长寿命的半导体照明产品”)。 受国际金融危机影响,2009年,我国外贸出口及一些传统工业产值出现大幅下滑。在《国务院关于发挥科技支撑作用促进经济平稳较快发展的意见》(国发 9号)文件中,半导体照明也被列入加快推广扩大内需的产品。2009年4月,科技部启动“十城万盏”半导体照明应用工程试点工作,分两批批复了37个“十城万盏”试点城市,以应用促发展,积极引导和培育半导体照明应用市场。 2010年10月,《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》明确将半导体照明材料列为新材料产业的发展重点。 对于半导体照明产业而言,这无疑是一次难得的历史机遇。在“十城万盏”的带动下,试点城市地方政府纷纷将半导体照明作为调整区域产业结构、转变经济发展方式的重要抓手,努力培育和发展半导体照明新兴产业。 对首批21个“十城万盏”试点城市半导体照明产业的进展情况,联盟密切关注,在2010年7月组织了为期一个多月的实地调研。报告显示,在金融危机背景下,我国半导体照明产业逆势上扬,行业产值由2008年的700多亿元增加到2009年的827亿元,21个试点城市就集中了2000多家相关企业,初步呈现产业集聚效应。厦门、上海、东莞等地都形成了相对完整的产业链。 随着“十城万盏”试点工作的实施,许多传统照明企业纷纷进入半导体照明领域,拉开了产业转型与升级的大幕。宁波是我国照明产业的聚集地,2010年当地超过4000家的传统照明企业中,有近1/3的企业已经或计划向半导体照明产业转型。一些传统照明领域的上市企业也投入巨资转入LED的研发和生产。总部在惠州的雷士照明,2010年成立上海研发中心,并组建LED研发小组,对LED光源、灯具、驱动电源进行研究。 “十城万盏”昔日所点亮的星星之火,如今已渐成燎原之势。2011年末,科技部、住房和城乡建设部在广州联合召开“十城万盏”试点工作现场会,会上发布的数据显示,目前37个试点城市已实施的示范工程超过2000项,应用的LED灯具超过420万盏,年节电超过4亿度。试点城市集中了近4500家半导体照明企业,总产值达到约1400亿元。 示范应用,需求引导技术进步 几年来,为促进半导体照明产业壮大和集聚,“十城万盏”试点工作所做的努力有目共睹。“有些地方执行方式很好,有些地方还不尽如人意,但有一点很明显,LED技术经过几年推广,逐渐成熟了。”联盟秘书长吴玲说道。 对此,阮军也深有同感:“中国太大,各地情况不一,在使用过程中也逐渐暴露出LED产品还存在的一些技术问题。比如一些产品过去没有在户外使用过,发现它在控制、防雷击等方面还需要改进,这也是个好事情。技术或产品就是要在应用中不断改进完善。” 随着“十城万盏”试点工作的推进,半导体照明产品在复杂现实条件下的应用需求,牵引着相关技术的不断提升。据介绍,各试点城市不断加大对半导体照明的科技投入,加强对系统集成技术的研发,技术进步速度明显加快。早期的一些关键技术问题,通过光学设计、散热、驱动等技术集成得到解决,国产功率型LED芯片已在部分支干道路照明和室内筒灯、射灯照明上得到应用。 在示范应用强有力的驱动下,我国半导体照明技术从上游芯片到中游封装,再到下游应用都取得了一系列突破。阮军介绍,我国芯片国产化率从2008年的29%上升到2011年的68%;大功率芯片产业化光效达到120流明/瓦;具有自主知识产权的硅衬底功率型芯片产业化光效达到100流明/瓦;功率型白光半导体照明封装接近国际先进水平;下游应用与国际技术水平基本同步,室内外功能性照明灯具光效已超过80流明/瓦;国产芯片、器件与控制系统集成应用于新中国成立60周年天安门广场大屏幕和“复兴之路”演出大屏幕。 试点城市结合区域产业特色和重点工程建设,促进了半导体照明产品集成创新与示范应用,涌现了一批具有特色的示范工程项目,有效提高了社会认知度。上海世博园区LED芯片用量约10.3亿个,“一轴四馆”乃至整个园区绚丽多变的夜景灯光向世界展示了半导体照明的璀璨前景。此外,“十城万盏”已不仅仅代表LED路灯的概念,LED正在向商业化照明、专业照明领域、健康和文化渗透,应用领域越来越广泛;企业和用户也不再仅仅关注LED产品本身,而更加注重LED照明系统整体解决方案的设计,不断拓展LED技术在农业、医疗等领域的创新应用,培育新兴市场。 积极探索,形成多种推广模式 目前,半导体照明产业尚未成熟,功能性照明处在启动阶段,市场环境亟待完善,大部分试点城市采取了以政府推动为主、市场导向为辅的模式。同时,多数试点城市对商业推广模式进行了积极探索。 吴玲介绍,目前的探索主要集中在合同能源管理(EMC)、建设—移交(BT)、建设—运营—移交(BOT)等模式上。试点城市已经实施的示范工程中约有160余项采用EMC模式实施,约占总数的8%;BT、BOT模式约占7%。 东莞市鼓励运用EMC模式,即在企业主动参与下,积极引进商业银行、投资基金、合同能源管理投资公司参与示范工程,组织常平等镇、街采用EMC模式推广LED路灯;深圳市蛇口工业区道路照明节能改造项目,采取自我担保的EMC方式运作;成都市则采取“以路养路、节电返还”模式,并尝试采用清洁发展机制。 广州在市政道路推广应用LED路灯的过程中,引入市场化竞争机制,在EMC模式的基础上探索了一种新合同能源管理模式(N-EMC)。所谓N-EMC模式,即由广州市政府直接授权给广州市城投集团公司,由市城投集团公司成立专门的城投环境能源投资公司,通过公开招标引入有实力的专业LED厂商合作进行路灯节能改造。 阮军认为,N-EMC模式的亮点在于保证政府、LED企业、节能服务企业和金融机构各方利益合理平衡的同时,通过开放、竞争的市场保障LED照明产品的质量,使真正有实力的企业在竞争中脱颖而出。 在“十城万盏”试点工作现场会上,科技部部长万钢对广州、潍坊等地在商业推广模式上的探索表示了肯定。他指出,两年多来,“十城万盏”试点工作迈出了坚实的步伐,取得了瞩目成绩,今后尤其要进一步健全相关政策措施和协调机制,研究发布推广EMC等商业模式的指导意见,依托半导体照明工程研发及产业联盟,制订EMC推荐合同模板、合格节能服务商目录,以及产品技术规范、推荐产品目录、供应商目录等;同时还将不断加强质量保障体系建设和工程评估评价。 “十城万盏”的实施,还吸引了大量海内外资本进入国内市场,台湾地区和外企在大陆的投资显著增加。据联盟统计,目前全球前十大主要LED企业均在我国大陆设有市场推广中心,其中6家建设了LED生产基地,2家建有传统照明生产基地及LED合作生产基地;我国台湾地区的LED企业在大陆设厂已超过30家,涵盖LED上中下游各个环节。 在“引进来”的同时,我国半导体照明技术的应用和推广也在积极地“走出去”。在“中非科技伙伴计划”框架下,联盟积极推动中非半导体照明合作,已组织完成肯尼亚科技部与肯雅塔国际会议中心首期示范工程建设工作,与肯尼亚理工大学合作建设照明中心的工作正在顺利推进中。作为世行/国际金融公司“照亮非洲”项目中国唯一合作机构,联盟积极推动50多家国内企业参与了该项目。以前,远在肯尼亚的居民为高昂的电费和经常断电停电的生活所苦恼,但现在通过在当地的离网半导体照明(太阳能LED)示范,中国的半导体照明技术和LED灯具正漂洋过海,为渴望光明的人们点亮夜空!(记者 唐婷 陈磊) 原文见 http://www.most.gov.cn/kjbgz/201201/t20120110_91843.htm
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[译转]有机半导体晶体管-Strain Speeds Organic Transistor
feiyou 2011-12-22 08:03
有机半导体具有可溶解于溶剂的特殊性质,可以像墨水一样被印刷在柔性的塑性材料上,从而制造出大量的便宜可靠的电路来。但一直以来,有机晶体管的载流子迁移率远远低于Si晶体,使得其应用受到极大的限制。因此如何提高其载流子迁移率成为一个重要课题。 斯坦福大学的 Zhenan Bao 团队,应用了在Si晶体制造工艺中常用的拉伸方法,朝一个方向拉伸有机半导体的晶格并固定下来。实验的结果表明,在特定的拉伸速度下,其载流子迁移率提高成当前最好有机半导体的4倍,这被认为是一个振奋人心的消息,虽然该速率仍仅为Si晶体中的1%,其为有机半导体实现更便宜的印刷电路,可以在显示器方面替代非晶硅(amorphous silicon),以制造更为便宜的3D塑性电视。 该团队采用的有机半导体为 TIPS-pentacene (并五苯),这是一种p型半导体,常规的来讲分子之间距离较远,空穴或电子空位的跳跃较为困难,使得载流子迁移率较低。研究的思路就是将分子聚集得更紧凑一些。最初采用施加张力的拉伸尝试并不能使得分子保持最后的位置,因为有机半导体分子之间的作用力比Si晶体中要弱许多。最后采用的方法,是先将并五苯溶解,维持一定的温度放置在介质的上方,然后用一个板子以特定的角度保持恒定的速率从介质表面一定距离处刷过去,该方法拉伸了分子,并使得溶剂挥发,最后得到了想要的结果和上述性质。 通过拉伸后的光学显微照片如下图所示,可以看到不同的速率会导致不同的薄膜张力和结晶结构(crystalline texture),其中有的结构就可以带来较大的迁移率改善。 Image: Gaurav Giri/Stanford University Quicker Crystals: An optical microscopy image of an organic semiconductor shows that shearing at different speeds caused different crystalline texture and degrees of strain in the film. Just the right amount of strain made charge move a lot faster through the film. Click on image to enlarge.
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半导体 Semiconductor
zjzhang 2011-12-15 12:03
半导体:材料的电阻率界于金属与绝缘材料(电介质)之间的材料。这种材料在某个温度范围内随温度升高而增加电荷载流子的浓度,电阻率下降。
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兵团故事——半导体
热度 10 lujiangxiao 2011-12-12 07:11
兵团故事——半导体
几年前的旧文, 网上不好找了, 重贴在这里吧. ---------------------- 兵团故事----半导体 --- 小炉匠 四十年前的北大荒,我们建设兵团的连队没有电。报纸总是晚一两周送达。我们唯一的外界信息来源就是半导体收音机。在东北漫长的冬夜里,围着如豆的油灯,小黑盒子从茫茫以太中传来清晰的声音,时时提醒着我们,眼前的黑暗和寒冷都是暂时的,外面有一个光明温暖,发展了几千年的文明世界。 Oh, we were young and innocent! 黑龙江地处边陲,那时除了中央一台和黑龙江省电台,另外空中信号嘹亮的只有一串“敌台”。能收到的计有苏联的华语广播,美国之音的华语广播,日本的NHK华语广播,外加许多英语,俄语,朝鲜语的电台等。中央台和黑龙江台新闻是一样的,娱乐节目也是千篇一律的样板戏。记得当时的主要新闻常常是周总理迎接诺罗敦•西哈努克亲王的消息,一会儿“出国”一会儿“回国”。结合报纸上同样的新闻,连农场干部都搞不清谁是谁了,在给我们做时事报告时说柬莆寨抗美前线上的三位亲王,诺罗敦,西哈和努克团结的象一个人似的,到中国从来都一起来一起走。 敌台的宣传也常说不到点子上,大概是主要节目都被有效的干扰掉了。记得一次在强大的干扰噪声中“漏出”一小段宗教节目,说,“人类可以造喷射飞机,但却不能造一只小鸟儿;人类可以造万吨巨轮,但却不能造一条小鱼。为什么呢?因为生命是主给的。。。” 那么多年的革命教育使我们对这种宗教宣传一点也不感冒,但对女播音员那娇滴滴的港味国语却倍感亲切。一群荷尔蒙旺盛的臭小子屏着呼吸,目光贼亮地围着那个半导体,仿佛那美人儿马上要活了。 那时一台半导体还是要用多年积蓄才能买的,好的还要用 “工业卷”。半导体收音机经常出毛病,小毛病大家都自己修,拍拍敲敲凑和着用。大毛病是无论怎么拍敲都没反应的,只好来求炉匠这样的行家啦。炉匠从没认字的时候就开始鼓捣半导体,什么“六管机” ,“八管机” 的线路倒背如流,闭着眼都能听出毛病。到这儿可真有了大显身手的机会。我修的第一台半导体来自女生班,是因为连里别的高人都修不好了,才辗转到了我手里。打开一看是电池流汤,流到喇叭上,把音圈的引线腐蚀断了,难怪一声也不吭。于是用小刀把断线两端刮刮搭在一起,再用煤油炉烧热烙铁哧的一焊,就修好了。刚送回去女生们立马又送来一台。那是一位女生因精神受了刺激,打开半导体的后盖把里面扯成一堆破烂。谁都认为不行了,把一堆零件收敛在一盒里给我碰碰运气。我又给修好了。从此咱小炉匠的名声大震,心安理得地享受着女生们崇敬的眼光,  瞧瞧那时的姑娘 周围的老乡们都把半导体送到我这儿,就象现在看病要找名家一样。除了日常的修理,老乡们往往还有一些怪怪的要求,如把两台坏的半导体拼成一台好的等 等。老乡们不懂线路,但这要求倒是满有创意的。那位老乡早年买了一台木壳的 “再生式”三管机,虽然只能收两个台,但声音宏亮。后来又买了一个更先进的“六管超外差式”,台虽然很多但喇叭太小不好听,用五号电池也挺贵,不经济。于 是就求我把两台拚成一台,用大电池,大喇叭,台多声音也好。对这种要求我也能尽量满足。后来外连队的人也请我去或托人捎来修。来了后先请师傅吃饭喝酒,北 大荒老乡热情客气,酒喝少了不答应。有一次喝醉了,躺在人家热炕上睡到天黑,机器也没修就匆匆赶紧回去了。 最让俺得意的事是一年春耕时,机车柴油供应紧张,连里严格禁止使用煤油炉。连里的执法队收缴了一大批煮面条的煤油炉。却唯一开了两个例外,一台是卫生员煮注射器消毒用的,另一台便是咱炉匠修半导体烧火烙铁用的。 过了两年,我们都长大了,也就把修半导体的业务扩展成玩半导体。我当时最大的愿望就是做成一台无线电话,实现连队间的无线通讯。比如机车在野外陷在沼泽地里,如有无线电话就可以联系另一台车去拖。这样就不必在漆黑的夜里深一脚浅一脚地走到另一台车作业的地块。另外夜里连里有事情,有了电话就可立刻通知住在 2-3里外家属区的连长,不必再派人骑马去找。 有了些想法就找时间干起来。反正冬天漫漫长夜,不打扑克的我也无所事事。我的第一台试验机是用半导体收音机改成的。用它的喇叭当作麦克风,把其中的放大线路反过来,放大喇叭收到的信号,再用前级的晶体管搭成发射线路,从天线线圈中发射出去。我刚一改好就获得很大成功,邻居们的半导体都一下发现了这个新的电台。我的那些哥儿们本来已经闲的发疯,有了这么一个好玩具,谁都抢在手里不撒开。那“小电台”还没等完全做好就离了我手。他们把它架在一个屋里,让一个哥儿们吹口琴,其他的人就可以在别的屋里享受苏联“黄歌”了。在听了几十遍、几百遍样板戏后,听听口琴独奏的喀秋沙,山楂树还真是一种享受。那些哥儿们是很有创造天才的。一天早上,在连长来布置工作之前,大家都躲出去了,屋里只留下了一台开着的半导体。连长进得门来,正对着空无一人的屋子发愣。突然听到炕上被垛后面传来人声骂他“王老皮,X你妈,你这狗崽子,大王八蛋。。。”等等,不堪入耳原汁原味的东北腔骂人话。老皮一下子急眼了,以为谁躲在被垛里面,跳上炕就踹,却是空的,声音也不见了。他跳下炕,正在纳闷,骂声再度响起。他最后把被垛刨开,才发现了那台半导体。几个混小子早笑得叉了气。大家就如法炮制,没几天就用同样的恶作剧把连里的机务排长,司务长等等老职工都搞了一遍。大家一致认同了这个“高科技”。机务排长还在营里大会上夸下海口,要在夏收时实现机车间的无线通讯。那时连长坐阵指挥,就能对各地块中的拖拉机和康佰因的情况了如指掌。这不但在全营,就是在全团,全建设兵团也是高科技呀。 可啥科技一搞大跃进就注定要破产。正当小炉匠踌躇满志,准备使用连队特批的煤油炉大干一场的时候,意想不到的困难发生了。半导体收音机的晶体管功率太小,发射距离不到百米。一离开宿舍区,信号就淹没在噪声中了。这晶体管可不是炉匠铺能造的。那时就是在北京,街上也是买不到高频大功率晶体管的。那是军用物资不用说了,真做出发射机来还有“里通外国” 的嫌疑。 千方百计才搞来两个“中功率”管,有800毫瓦左右,为让这来之不易的功率管大显神威,炉匠使出了全身解数。管壳上戴上了铜片做的散热片,必要时还要让一个哥儿们从屋外取回冰块,让管壳化冰散热。天线也要调到最佳,让它把晶体管产生的高频能量全部发射出去。所有办法都用到了,在试验那天,一个哥们把半导体捂在一个耳朵上,顶着早春刺骨的寒风向荒原深处走去。每走几十米,我们就向发射机喊一句,他若听到了就挥挥手。他一步步地远去,变成了一个小黑点,最后终于停住了,通讯的距离达到600米左右。我们测试了一下最佳的发射功率,在天线旁竟可以点亮手电筒的小灯泡,看来至少有500毫瓦。 幸亏我们没有能力继续提高发射功率。不久,传来谣言说要是发射功率能达到一瓦,就会被附近的边防军收到,那麻烦可就大了。牛叉哄哄的“连长坐阵,无线电指挥计划”终于无疾而终了。 三十年后,亘古荒原已经变成旅游的景点,在风景秀丽的五大莲池旁边,新新人类们掏出精巧的手机,轻而易举地和北京甚至地球另一面的亲友通话。没有人知道,在那层层的黑土之下的连队废墟,埋藏着一个锈迹斑斑的半导体,它的线路已被改过,成为发射范围百米的小电台。 初稿于2006年,2009年一月首发于####
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[转载]跟毛主席学电子,文革中的 《晶体管脉冲数字电路》
dongzg101 2011-11-27 10:48
跟毛主席学电子,文革中的《晶体管脉冲数字电路》 已有 242 次阅读 2011-11-25 19:16 | 个人分类: 教育与未来 | 系统分类: 教学心得 | 关键词:晶体管 电子 毛主席 教科书 分析法 文革期间的有的教科书比现在的好,道理讲得清楚,利用矛盾分析法。 从读者的角度考虑。理论联系实际。这些我们现在评价国外教科书的评语 放在《晶体管脉冲数字电路》是贴切的。 现在教科书恶劣的文风是从什么时候开始的? 晶体管脉冲数字电路+上册+323页+4.5M.pdf
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[转载]mobility edge 迁移率边
handyme 2011-11-23 15:58
在晶体中,由于晶格具有周期性,即平移对称性,在单电子近似下,晶态半导体中运动着的电子可以用布洛赫函数来描述,即 ψ k (r)=u k (r)·exp(i k ·r) 其中,u k (r)是具有晶格周期性的函数,k为共有化运动的波矢量。波函数是布洛赫函数意味着电子在晶体各个原胞中出现的几率是相同的,也就是说电子可以在整个晶体内运动。因此,称这时的电子态为 扩展态 ——波函数延伸到整个晶体中。 对于非晶态半导体,由于没有结构上的长程有序性,对运动着的电子势必产生强烈的散射作用,因此,波函数就不再具有布洛赫函数的形式。如果这种散射作用很强,则将发生一种新的现象,即对于某一给定的能量E(这时波矢k已失去了意义),所有的波函数都是定域的(或叫局域的)。其物理图像是每个波函数 ψ E (r)被限制在空间的一个小区域内。 随着距离r的增加,波函数呈指数衰减 。 ψ E (r)~exp(- α·r ) 这种现象是1958年P.W.Anderson在他关于“Absence of Diffusion in Certain Random Lattices”的理论性论文中首先提出来的。因此这种定域化也称为 Anderson定域化 。 若以E m 和E n 分别表示n格点和与n格点最邻近的m格点的原子轨道能量,则能量差值越大,越难实现相邻格点间电子态的转移,亦即越易出现定域态。因此,定域态的是否出现,取决于比值(Em-En)/V(V为相邻格点的交叠积分),比值越大,越有利于定域态的形成。因此,W越大,不同格点上电子态的能量分散程度越大,(Em-En)也越大,顾客认为(Em-En)正比于W。由此可得比值W/V越大,对电子定域态的形成越为有利。Anderson证明,当W/V达到某个临界值(W/V) c 时,整个能带中的所有态都变成定域态。 Mott的进一步研究指出,当无序程度没有达到临界值时,虽然能带中部的态仍保持为扩展态,但在带顶和带底等能带尾部的状态亦可以发生定域化,产生一个有定域态组成的能带尾。Ec与Ec'表示能带中扩展态与尾部定域态的交界处的临界能量。计算结果表明,随着无序程序的增加,定域态与扩展态的交界处向能带中部移动,Ec与Ec'相互接近,最后相遇于能带中部,整个能带中的态都变为定域态。Mott还特别提出, 对于能量在定域态范围的电子,在T=0K时的电子迁移率为0,当能量改变通过Ec或Ec'进入扩展态时,电子迁移率突增至一个有限值 。因此他把能带中扩展态与定域态的交界处Ec和Ec'称作 迁移率边 。在T ≠ 0K时,定域态中的电子可以通过与非晶格子的相互作用而进行跳跃式导电,其迁移率不为零,但与扩散态中的迁移率相比要小得多。因而,当体系的费米能级E F 处于带尾定域态范围时,只有通过热激发从定域态跃迁到迁移率边以上的能带才能产生导电性能,导电性表现为非金属性的。如果由于某种原因使费米能级进入扩展态区,则处于扩展态中的电子将可像金属中电子那样导电,导电性表现为金属性的。这种当费米能级E F 通过迁移率边从定域态进入扩散态的时候发生的从非金属到金属型的导电性的转变称作 Anderson转变 。迁移率边是一个非常重要的概念。但是由实验来观察迁移率边的存在是困难的,只是有些实验可以用迁移率边的假定来加以说明。Mott还进一步认为在迁移率边的金属一边,电导率不是连续地降为零,而是降到一个有限的最小值,称作最小金属化 电导率 σ min 。
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断键与非健12:纳米半导体禁带宽度的变温和变尺度调制
ecqsun 2011-11-3 13:11
断键与非健12:纳米半导体禁带宽度的变温和变尺度调制
BOLS 理论与实验结果一致证实: 1 晶体势对波函数的积分决定禁带宽度; 2 晶体势在平衡时其谷点对应单键能; 3 单键能的任何变化会直接作用于禁带宽度; 4 低配位原子间的键短且强,从而使禁带展宽; 5 纳米结构表层原子键序降低; 6 低配位原子比例随尺寸减小而增大; 7 禁带展宽是由表层低配位原子间的强相互作用或表层应变和能量限域钉扎决定而不是体限域效应; 8升温使键变弱,禁带变窄; 9理论拟合可求得德拜温度和单原子结合能。 Band Gap Modulation of the IV, III-V, and II-VI Semiconductors by Controlling the Solid Size and Dimension and the Temperature of Operation http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jp209933v
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石墨烯之魂9: 类金属与类半导体特性及机制
ecqsun 2011-10-11 23:12
石墨烯之魂9: 类金属与类半导体特性及机制
1 扶手椅型边界显类半导体态:近距悬键电子间准双键形成 2 锯齿型边界显类金属态:等距悬键电子的孤立与极化(狄拉克-费米极化子) 3狄拉克-费米极化子处于费米能级形成杂质态-高群速度,低有效质量,非零自旋,高迁移率,等 4 边界处键相对短且强,导致局域致密钉扎,从而极化近邻的孤立悬键电子。 5 断键导致的局域量子钉扎与极化实为起因。 Dominance of Broken Bonds and Unpaired Nonbonding π-Electrons in the Band Gap Expansion and Edge States Generation in Graphene Nanoribbons http://www3.ntu.edu.sg/home/ecqsun/rtf/JPCC-NGR.pdf Graphene nanoribbon band-gap expansion: Broken-bond-induced edge strain and quantum entrapment http://www3.ntu.edu.sg/home/ecqsun/RTF/Nanoscale-GNR-Eg.pdf
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发个牢骚,申请博士后,感慨职位太少,给钱的不多
zxc508 2011-10-4 20:16
工作二年来,越来越感觉到自己的瓶颈,特别是实验室现在朝着纳米器件方向发展。给我们实验室打个广告,我们实验室现在拥有从样品制备,到结构表征,再到性能测试的充为完备的仪器。制备设备有高温炉(2000度),微波炉,微波水热炉,管式炉。表征和性能设备有:TEM(JEOL 2100F), SEM(S-4800), AFM(vecco multimold 5), PL光谱,场发射测装置, HE-Ga 325nm的激光,半导体参数系统,及即将采购的四探针和拉曼。 随着设备的完善和工作的初步展开,越来越发现自己的不足,得走出去学习一下。特别是加强在器件方面的学习。因此有了想出去学习的想法。 感兴趣的方向为:基于纳米线器件的研究。期待加入能开展此方向的实验室,共同学习。也期待国内的研究组能来我们实验室参观,共同合作。 今天一口气,又投了5份简历,继续努力。 附文章续表:
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想到哪写到哪
热度 1 mruniverse 2011-9-7 21:21
前几天两个学生来找我,没其他事,就是聊聊天。他俩是我上课班级的本科生,刚升大四,整准备考研。看的出他俩有些迷茫。除了他们俩,我也跟他们班其他的同学交流过。比较上进的学生普遍的感觉是感觉大学没学到东西,对未来比较迷茫。在这学期开始的第一节课,(我是专业课老师,他们这学期的第一节课就是我上的)我问学生们当初为什么选这个专业,对这个专业有什么认识?几个人回答下来,选择时基本是听说这个很新,前景应该很好。三年下来对这个专业的认识却几乎为零。没人能说出了个一二三四来。但都感觉没学到东西,认为学的好像没啥用。 我所在的是太阳能光伏学院,这个专业非常新。我们南昌大学是全国第一个开设这个方向的。由于这个专业的特殊性,所以针对学生开设的基础课程的面很宽,既有材料类的,又有半导体类的。有了广泛的基础,在专业课的学习和对一些问题的看待上才能深入。所以学生们虽然大学已经三年,但光伏方向的课程却没上过,直到大四上学期才集中开设了光伏的专业课程和实验。虽然所开设的课程足以让他们对专业的认识有足够的广度和深度,但由于过于集中在大四,所以学生们从前几年课程教学上未能对本专业领域有所了解。这也是当时教学计划制定时的不够周全(毕竟以前未有相关的参考),后面的教学大纲则进行了修改,在学生的更早阶段就开始逐渐深入的开展各类专业课程,这个问题也就解决了。 在这里我感慨的其实不是这个事情,而是学生们的学习自主性。入学三年,竟普遍不知所要学习的专业是怎么一回事。除了学校的教学安排的不到位,我想学生们的学习的主动性也是非常需要进行提高的。大学不是初高中,除了课程教学时间,大部分时间是很自由的。但学生们没有把这个当成是让他们自主学习提高的,都用来玩去了。空耗了这“青葱岁月”。 不知学生们入学时是否有类似于提醒他们大学阶段应该如何度过的课程或者讲座,我想这个对他们以后的影响可能比马邓毛概重要的多。恩,也应该开展一些专业介绍的讲座,使学生们最自己将要学习和从事的领域有一定的认识,从而参数兴趣和自豪感。
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腾讯与360之争
whyhoo 2011-8-8 10:59
这两天腾讯与360之争在网络上闹的沸沸扬扬,实际上两个公司的产品定位并不相同.腾讯做的是及时通讯产品,360做的是网络安全产品.为什么会出现这种恶性竞争,甚至最终会导致两败俱伤的局面?在汽车行业,奔驰和宝马,本田和丰田;在半导体行业,Intel和AMD做的是同类产品,为什么这些公司就能一直保持良性竞争而共同发展?中国互联网行业显然还处在低级阶段,有些公司贪大求全,它们不是去想着如何进一步提高自身产品质量,而是想着去排挤竞争伙伴,争取垄断地位,牟取更多自身利益!在IT行业,微软一直想在搜索引擎领域占得一席之地,但其与Google却一直保持良好的竞争态势,结果是两大公司的搜索产品都有着更大的改进!为什么中国诞生不出一些世界级的大公司?我觉得一个重要原因是它们的眼界太狭隘了,它们只盯着自己身边的地盘,而不去想着走出国门,参与世界竞争!腾讯QQ有没有勇气去与微软的MSN一较高下?百度与Google,华为与Cisco在海外市场展开了正面竞争,而腾讯则应该学习百度与华为,去与微软正面竞争!希望马化腾就此罢手,放眼世界,去参与国际竞争!
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软性显示技术前景(110720)
热度 8 ymin 2011-7-20 08:03
软性显示技术前景(110720) 闵应骅 最近参加基金委重点课题半导体学科项目评审,学到了很多东西。从项目申请的情况看,显示技术受到很大关注。事实上,现在满街的好几层楼高的大电子显示屏已经说明,这是一个多么大的市场。粗看一个iPad,就只看见一个显示器。所以,无论从市场、技术的角度讲,显示技术都有极大的市场和技术前景。 在上世纪50年代,最早在示波器上出现了显示器。到今天,各种计算机的显示器都比较重、容易破碎,即使在最薄的笔记本电脑中,显示屏仍然是最重的部件,体积也最大。显示器的形状是长方形、平板、不能弯曲。现在的趋势是要比液晶显示(LCD)更亮、更耐用、更软、可折叠。同时要提高电源的有效性,降低生产成本,显示器的形状和大小可变,像电子纸,折一下可以装在兜里,打开就可以显示。这就是为什么要软性显示。 软性显示器必须有两面:前平面包含图像成分;而后平面控制各像素的显示。美国已经有一些公司在做开发,甚至已有一些走向市场。受到很大关注的前平面技术是有机发光二极管(OLED)。它本身发光,而不是反射光。亚利桑那州立大学教授Nick Colaneri(见下图,CACM,June 2011)说,OLED的电源消耗只要LCD的1/10.但是,OLED材料容易氧化和受潮。从市场的角度讲,电子纸或OLED需要不同的底色;不在太阳下,亮度可以降低。这些要求都需要不同材料和技术的支持。有人估计,软塑料显示市场现在每年3亿美元,到2018年将达到80亿,年增速达到60%,但仍不会是显示器的主流。 软性显示有许多实际问题。譬如对薄膜晶体管(TFT)怎么制备软性衬底?而且,在不同温度下可能变形。软性显示还有严重的定位的问题。有的厂家企图用卷到卷工序 (roll-to-roll process)代替光刻,进行精确定位。HP与美国军方合作在做围在手腕上的显示器,只有1.5毫米厚,一半是显示,一半是光电池。它还可以做到衣服的袖口上,给司机看;给飞机组装工人看图纸;给护士看药物或观察病人,都可以腾出手来。HP将用电子墨水的电子纸,在一个极薄的塑料衬底上,而不用OLED。 这些技术进步是诱人的。但是,这些技术需要基础研究的支持,在材料、结构、工艺等许多方面都有基础科学问题,需要研究。我们的基础研究绝不是写几篇论文的问题,而是要给产品开发提供技术支持,使我们的技术有原创性,而不是单纯地跟踪。
个人分类: 微电子|5444 次阅读|16 个评论
[转载]温家宝文章:关于科技工作的几个问题(3)
kongfj 2011-7-16 21:23
三、加强基础研究和前沿研究   基础和前沿研究是人类认识客观世界基本规律的科学活动,是新知识的源泉,是新技术、新发明的先导,一旦取得重大突破,往往会催生新的科技革命,以至推动人类社会发生变革。当代基础和前沿研究,其深度和广度日益拓展,学科分化与交融并进,先导性更加显著,与技术创新的关系更加密切。 20 世纪以来,引发人类经济和社会发生翻天覆地变化的新兴产业,几乎毫无例外地与科学上的重大突破紧密相关。例如,量子论和相对论促成了半导体、微电子集成电路技术、信息技术、激光技术以及核能源和核技术的发展; DNA 作为遗传信息载体及其双螺旋结构的阐明,奠定了遗传工程和现代生物技术的基础。当代技术革命的成果主要来自基础研究的开拓。根据有关资料,美国企业申请专利的科学基础 70% 以上来自政府支持的基础研究,每一项新技术专利平均涉及两篇基础研究论文。   作为一个大国,我们必须有自己的基础研究和前沿研究。没有基础和前沿领域的原始创新,自主创新就没有根基。在激烈的国际竞争中,花钱可以买来产品,但买不来核心技术,高技术含量的设备也买不来。原始创新是我国科技发展的灵魂,是民族发展的不竭动力,是支撑国家崛起的筋骨。   党和国家一直高度重视基础和前沿研究。从新中国成立初期,周恩来总理、聂荣臻元帅等老一辈革命家亲自领导和参与制定的 “ 十二年科技规划 ” ,到改革开放后对科技发展进行前瞻性部署,实施 “863” 、 “973” 等科技发展计划,实施知识创新工程,再到制定实施国家中长期科技发展规划纲要,党中央、国务院一直十分重视基础研究和前沿研究,对一系列领域进行了超前部署,相关领域的研究不断向前推进。从 1986 年开始设立的国家自然科学基金,主要用于支持基础和前沿研究。近年来中央财政投入一直在快速增加。基金设立之初为 8000 万元, 2006 年为 36.2 亿元, 2010 年增加到 103.7 亿元。 “ 十一五 ” 期间年均增加 30% 以上。   但总体上看,我国在基础研究和前沿技术方面与世界先进水平的差距仍然较大。主要表现为:原始创新能力不足,在可能发生科技革命的重要方向上,基本上处于前沿跟踪水平,真正由我国科学家率先提出和开拓的新问题、新理论和新方向很少;关键核心技术仍受制于人,许多重要产业技术对外依存度高,先导性战略高技术薄弱,直接影响产业结构升级、战略性新兴产业发展和国家安全。随着我国经济快速发展和产业结构升级,基础与战略前沿研究积累不够、能力不强的问题逐步显现,这些问题如果不抓紧解决,将成为制约我国长远发展的新瓶颈。   对基础和前沿研究,必须进一步予以重视和加强,同时要从国情国力出发,坚持有所为、有所不为。一要着眼于科学前沿和国家战略需求,紧紧把握可能发生革命性变革的重要研究方向,选择具有一定基础和优势、对国家发展具有全局和长远影响的关键领域,有效组织力量开展攻关,力争在科学上取得原创性突破。近年来国际上在基础和前沿领域出现了一些新动向,展示了一些新前景。例如,在物质科学领域,宇宙暗物质和暗能量研究探索,很可能像牛顿发现万有引力、爱因斯坦提出相对论一样,引发新的物理学革命;对量子调控的研究和突破,可能引发信息、能源、材料等技术的革命性变革。在生命科学领域,对生命起源和进化的探索,开辟了合成生物学这一新领域,打开了从非生命化学物质向生命物质转化的大门,可能引发人类健康、生物经济和资源环境领域的产业革命,等等。在原有部署基础上,我们还要重点加强哪些领域、怎么调整部署,应尽快根据新情况组织论证,进一步明确重点领域和主攻方向。二要加大对基础和前沿研究的支持力度,提高基础和前沿研究投入占科技投入的比重。基础与前沿研究具有周期长、风险大、难度高的特点,需要长期潜心研究、持续攻关。国家财政要对基础和前沿研究提供长期稳定支持,保障研究的连续性、稳定性。三要依托高水平国家科研机构和研究型大学,建设一批多学科综合交叉的科学研究中心,稳定支持和培养造就一批创新能力强、潜心研究的优秀人才和团队,提高我国基础和前沿研究能力。四要改革评价体系,为从事基础和前沿研究的科研人员营造一个能充分发挥自主性创造性、长期潜心研究的环境。并通过稳定支持,提高他们的收入,不断改善他们的生活和工作条件。
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不要太迷信构造, 要紧的是机能
liwei999 2011-7-3 15:10
小扣同志,佩服您的“毅力”和“信念”。 虹桥科教论坛 送交者: mirror 于 2007-08-17 00:48:41 回答: 老镜,新的学习材料来了 --牛顿的镜子 由 covet 于 2007-08-16 03:33:15 不要太迷信构造(结构)。要紧的是机能--以及电子的行踪和行为。历史的经验值得注意。当物理学家们玩到自旋的时候,其它行业就应该玩电荷了。从半导体成功的经验看,了解机能最重要的工作是了解相关的电子构造,而不是单纯的分子构造(晶体构造)。最简单的能带理论之所以能够奏效,根本原因是因为抓住了问题的本质。 并没有要知道电子结构必须要先知道物质构造的道理。如果认为用x射线激光可以看到有意义的分子结构的话,用电镜看就是了。成像问题上,x射线比电子显微术没有绝对意义上的任何优势。唯一的优势在于可透视(=非破坏),而到了x射线激光的时候,这两个优势就都不存在了。 搞x射线激光的道理根本就不在于物质的结构分析,而在于实现这样高能量密度的物理状态,一个可以达到核聚变条件的状态。 忽悠大项目的理由在于忽悠大预算。其动机根本就不是来自科学探索本身的要求。 小扣同志,镜某可以“语重心长”地讲:不要太看重房子(架子结构),而要看重里面居住的人(电子的运动=给予)。半导体电子学的成功就在于懂得了这个道理。而对晶体结构的分析不过是理解电子运动的一个技术手段。遗憾的是玩蛋白结构的人并不理解这一点,以为是物质构造决定了性能,简直就是“不可理喻”。告诉您一个简单的事例:金属铅变成超导体的时候,物质结构层上没有发生任何变化。是电子运动的世界里面出现了新的局面!!!!! 不要对一般人忽悠理解生命、治病救人、导弹治癌等等不着边际的话。不能利用人们想多活几年的愿望来忽悠大众。
个人分类: 镜子大全|2325 次阅读|0 个评论
彼LED之照明兮 虽旺炽而有瑕
hitech 2011-6-29 16:00
彼LED之照明兮 虽旺炽而有瑕
人类使用电力“生产”光明的尝试从 19 世纪就开始了。 19 世纪中期的一项发明采用的思路是在真空玻璃泡内使用炭丝通过电流将其加热到白炽状态而发光。由于当时的技术水平限制,直到 1879 年才由爱迪生研制成功了第一个具有实用价值的白炽灯泡,并于 1880 年在新泽西设厂投入工业化批量生产。从此电灯开始进入千家万户的生活,照亮了从家庭厨房、餐厅、卧室到商场、马路、车站的各个角落,大大扩展了人们的活动范围。今天我们熟悉的通用电气、飞利浦、欧司朗和松下等公司都有生产白炽灯的漫长历史并且现在还在生产。白炽灯仍然是最便宜、使用最广泛的光源。 130 年前进入人们生活的白炽灯泡标志着电力作为二次能源取代了煤炭和石油成为人们再也离不开的新型能源,它清洁、方便、安全、可靠,随着更多的电器被发明出来并得到应用,电力就像空气和水一样成为每个人生活中不可或缺但又熟视无睹的资源。在这期间,越来越多的照明需求耗费了大量的电能,其中的绝大部分都是以热量的形式白白散发掉了。 令人惊叹的是从灯泡被发明出来到现在的 100 多年时间里,白炽灯的发光原理和结构基本没有发生根本性变化。技术和工艺的进步(例如卤素灯)使灯泡的发光效率有了不小的进步,寿命也从最初的几十个小时提高到了 1000 多个小时,但是在能源供应日益紧张、环境压力越来越大的当代,白炽灯总体发光效率低下(仅为 10 ~ 14lm/W ),耗费大量能源的问题开始受到越来越多的诟病。中国的照明用电量约占全社会用电量的 12% ,超过 4300 亿千瓦时,如果把全国的白炽灯全部更换成节能灯具, 1 年可以节电 480 多亿千瓦时。不少发达国家已经制定政策从现在开始,在未来几年内停止白炽灯泡的生产和销售,大力推广高效节能的新型光源。 诞生于 1938 年的萤光灯是另一种被广泛使用的光源,与白炽灯相比它的发光效率要高出很多。当前萤光灯管的发光效率可以达到 70lm/W 或者更高。萤光灯的另外一个显而易见的好处是能提供更大的照明范围,并且光线投射均匀,使用寿命更是长达 5000 ~ 10000 小时,所以现代萤光灯不仅适合家庭照明环境,还特别适合公共场所(办公室、商场、车站等等)的室内照明。紧凑型荧光灯也就是我们通常说的节能灯,它结合了萤光灯的高效与白炽灯小巧方便的优势,耗电量只有白炽灯的 1/5 而寿命则要长得多,是技术上成熟、经济上可行的白炽灯替代品。 人类持续改进光源和寻求高效能新光源的努力, 100 多年以来始终没有停止过。 1962 年通用电气公司的尼克·何伦亚克( Nick Holonyak Jr. )开发出第一支实用的可见光发光二极管( LED )。经过将近 50 年的发展, LED 从性能上取得了巨大的进步并得到广泛的应用,因为这种半导体发光器件的各种优良的特性──细小的体积、微小的能耗、性能稳定、工作寿命长、发热量少,几乎所有电子电器设备需要发光的部件都离不开 LED ──各种液晶显示器的背光照明、电子设备的信号指示、 LED 点阵组成的大屏幕、室内外的装饰灯光等等。不夸张地说, LED 是应用最广泛的发光器件。 LED 进入照明领域是在 1990 年代后期,随着白光 LED 技术研发取得突破以及发光效率不断提升,市场上已经出现发光效率 100 ~ 200lm/W 的 LED 产品,日本厂商日亚化工( Nichia )在实验室实现了高达每瓦 249 流明发光效率的 LED ,代表了当前的最高水平。技术上的进步使得 LED 灯具开始小规模进入市场,包括直接替换白炽灯泡和日光灯管的产品已经能够商用。做为充满潜力的新型高效光源, LED 被提到了战略产业的高度。在节能减排的大背景下,国家对 LED 照明产业在政策和资金方面给予了大力支持,大量的企业和投资涌入 LED 相关行业,不少地方都建立了 LED 产业基地,纷纷抢占这个新兴行业的先发位置,这在很大程度上促进了 LED 照明产品的研发和应用。但是应该看到在行业火热的背后市场对 LED 照明产品的谨慎态度。虽然大家普遍看好 LED 照明的应用前景,目前的技术水平生产出来的产品离大规模的推广应用还有一段距离。 首先,做为新型节能环保光源,与成熟的萤光节能灯( CFL )相比当前的 LED 照明产品在效率方面还没有足够的优势。 CFL 以 5 倍于白炽灯泡的发光效率已经被市场广泛接受, LED 照明如果还是以白炽灯作为替换对象的话,远不及 CFL 易于普及。 其次, LED 灯具的价格远远高于白炽灯乃至 CFL ,市场接受度差。一只飞利浦 12W 的高质量 LED 灯在美国市场售价 40 ~ 50 美元,相当于 CFL 的 5 ~ 8 倍。在国内市场上,即便一个不知名小厂生产的 LED 灯泡,且不论品质是否有保证,也要卖几十元。相比之下,消费者更会毫不犹豫地选择成熟的 CFL 产品。 第三, LED 照明需要时间的检验,这需要 5 ~ 10 年的时间。 LED 有高效和长寿命的优点,但是在照明灯具领域还没有经过长时间的检验,对于 LED 灯是否能长期保持照明效果、达到预期的使用寿命、在使用中会出现什么问题?不仅用户不清楚,恐怕很多厂家心里也没底吧。 CFL 的普及从 90 年代到现在经历了十几年的时间,这期间产品的整体品质不断提高、价格逐步降低,再加上国家近几年对节能灯的大力补贴,终于使 CFL 成为市场的主流产品。所以 LED 照明产品被市场接受不可能是一蹴而就的,它将是一个在技术上持续提高、用户对它的认知在使用中循序渐进的长期过程。 第四, LED 照明技术远未达到已臻完善的程度。从发光效率、光线舒适度、散热控制、大功率器件、灯具形式、生产成本等各个方面 LED 行业还有大量的工作要做, LED 技术还有巨大的潜力有待发掘。在表面的繁荣如浮云般掠过之后,需要致力于 LED 照明的企业家和科技工作者潜心经营和踏实研发。 LED 照明行业的兴起在于这项技术本身蕴含着广阔的应用前景和巨大商机,我们希望 LED 灯不仅是现有光源的低能耗替换产品,更期待它能带来新的使用体验。萤光灯管的出现使我们用上了照明范围更大、更均匀的线状光源, LED 微小的发光颗粒给人类带来了不同以往的照明产品:它可以制成点状、线状、面状或者异型的产品,可以同时作为信息显示设备,随时为公众提供所需要的信息。我们有理由相信,在 LED 播洒的光明之下,人类的生活将更加多姿多彩。
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无损检测系统:应用于MEMS、IC等半导体行业
coofish 2011-6-16 20:51
Ding-Tek NDI:无损检测系统 Nondestructive Inspection System 帮助确定首次失效的现象和位置 鼎曜科技有限公司(Ding-Tek Limited) 你最好的合作伙伴 提供失效分析的整体解决方案 Ding-Tek NDI是一款操作简单的光学成像系统,拥有最高的光学性能和清洁度,同时该系统最大限度保证仪器安全并符合人体工程学,操作简便快捷,因此可以长时间专注操作而不生产疲劳。 Ding-Tek NDI使用砷化铟镓高灵敏度红外照相机组成高性能的显微镜系统,为 MEMS 和IC等半导体行业提供一个新的设计理念。Ding-Tek NDI相机主要特点:波长范围从900nm到1700nm;图像分辨率可提高到640×512pixels。 无损检测系统的规格 1、探测器 红外探测器,分辨率增强至640×480 pixels 像素采集率:大于90% QE AT 1000nm大于50% 强度分辨率:12位 2、近红外显微镜 目镜:10倍 近红外镜头:5倍,20倍,50倍 可调式红外光源:最大100W 焦距可调整范围:范围50毫米 分辨率5μm 3、定制样品夹具 范围:200mm/300mm X/Y 分辨率:<5μm 4、防振屏 5、可选部件 可选1 具备电动对焦模块的电动镜头更换器 可选2 半自动样品台(200mm或300mm) 可选3 晶圆柜 无损检测系统的功能 1、图像控制 2、尺寸测量 * 对齐位移测量 * 两点之间直线距离 * 厚度测量(可选) 3、电动工作台控制(可选) 4、机械手控制(可选) 5、客户定制控制(可选) 联系我们 王先生 电子邮件:wangyi#micro-nano.com(#换成@) 手机:13913037742
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[转载]简并和非简并半导体
jwl189 2011-6-12 09:20
简并(或者退化)系统 也就是表现出显著量子效应的量子系统,出现量子效应时的温度称为 简并温度(退化温度 )。相反,不呈现量子效应的系统就是 非简并系统。 (1)电子简并态的概念有三个方面的具体含义: ① 具有相同能量的多个态,即为简并状态(简并态)。例如Si半导体的价带顶附近处,轻空穴带和重空穴带重叠——简并,则有的轻空穴态与重空穴态具有相同的能量,它们就是简并态。 ② 电子状态的简并,从本质上来说,也就意味着是量子效应起作用的情况;同时,这也就意味着是需要考虑泡里不相容原理限制的情况。 ③ 从电子按能量的分布来说,简并载流子遵从F-D分布函数,而非简并载流子遵从B-E分布函数。这是量子效应的直接结果。因此对于非简并载流子可以简单地采用经典统计分布函数来讨论,但是对于简并载流子则必须采用复杂的量子统计分布函数来讨论。其中载流子遵从经典的Boltzmann统计分布的半导体就是非简并半导体。 对于导电的载流子——自由的电子和空穴,简并状态的概念也同样适用。 具有简并状态的载流子就是简并载流子,相应的材料即为简并材料。 所有金属中载流子的状态就具有以上三个方面的含义,因此其中的载流子都是简并载流子,从而金属也就必然是简并材料。 与简并态相反意义的状态,就是所谓非简并状态,相应的载流子和材料就是非简并载流子和非简并材料。 (2)半导体简并化的条件: 对于半导体,其中的载流子在以下三种情况下容易出现简并: ① 载流子浓度很高 。半导体中的载流子浓度越大,则当电子只占据导带底附近的一些能级、空穴只占据价带顶附近的一些能级时,就需要考虑泡里不相容原理的限制,即必须认为这些载流子应该遵从量子的统计分布——F-D分布; 一是掺杂浓度较低,半导体中的载流子浓度不大,则电子只占据导带底附近的一些能级,空穴只占据价带顶附近的一些能级,不需要考虑泡里不相容原理的限制,即可认为这些载流子遵从经典的统计分布;例如n型半导体,当掺杂浓度很高时,导带中的载流子——电子的浓度很大,不可能所有的电子都分布在最低的若干个能级上,这时就需要考虑泡里不相容原理的限制——一条能级上只能有自旋相反的两个电子。这时的电子就称为是简并载流子,相应的半导体就称为简并半导体。否则,当掺杂浓度很低时,电子数量不多,则不需要考虑泡里不相容原理的限制,则为非简并状态。 ② 温度较低 。 则载流子的能量相应的较大,载流子所能够占据的能级数目较多,这时即使半导体中有较多的载流子,但是这些载流子可以在许多能级中分布,所以也不需要考虑Pauli不相容原理的限制,因此也可以看成为经典的载流子。 这就是说,低掺杂的半导体和较高温度下的半导体,都可以认为是非简并半导体。 ③ 有效质量m*较小 。 载流子的有效质量m*较大,这种载流子的de Broglie波的波长l= h/(2m*E)1/2较短,波动性不明显,则可看成为经典的载流子,它们遵从经典的统计分布。 总之,在三个以上条件下,载流子即容易出现量子特性,这时的载流子就是 简并载流子 。 以简并载流子导电为主的半导体就是 简并半导体 ,否则,若是以非简并载流子导电为主的半导体就是 非简并半导体 。 前两种情况是可以人为控制的。所以, 低掺杂的半导体或者高温下的半导体,都将是非简并半导体 。
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[转载]vasp 与castep的区别
robin7777 2011-6-7 14:25
基本的原理差不多。有些算法有差别。 Castep: PW + Norm conserving PP or Ultrasoft PP vasp: PW + Ultrasoft PP or PAW potential -- vasp的pseudopotenital库要比castep的完整。 计算磁性vasp也要比castep的好,能处理好几种特殊的情况,比如: Non-collinear calculations 和spin orbit coupling vasp实现了L(S)DA+U或GGA+U, VASP还在MD方面的能力要比Castep强大的多,而且也好不逊色于CPMD。 (记得那个文献有提到说,vasp在对金属体系做MD要好于CPMD,在对半导体或绝缘体 体系做MD也与CPMD不相上下) Castep的一个好处,是实现在Material Studio中,建模和画图很方便。不过我也只用它 建模而以。鼠标点击,好像很容易入门。。 Castep能计算声子色散曲线(好像只能采用Norm conserving PP)。其实vasp也可以, 不过要结合其他的一个程序PHONON(名字好像是这个,可这个程序要money,只能下载到 demo版)。
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[转载]半导体激子束缚能
jwl189 2011-5-23 20:55
 激子是固体中的一种基本的元激发,是由库仑互作用互相束缚着的电子-空穴对。半导体吸收一个光子之后,电子由价带跃迁至导带,但是电子由于库仑作用仍然和价带中的空穴联系在一起。   激子对描述半导体的光学特性有重要意义;自由激子束缚在杂质上形成束缚激子。激子束缚能大,说明自由激子容易和杂志结合形成发光中心。激子效应对半导体中的光吸收、发光、激射和光学非线性作用等物理过程具有重要影响,并在半导体光电子器件的研究和开发中得到了重要的应用.与半导体体材料相比,在量子化的低维电子结构中,激子的束缚能要大得多,激子效应增强,而且在较高温度或在电场作用下更稳定。   在半导体吸收光谱中,本征的带间吸收过程是指半导体吸收一个光子后,在导带和价带同时产生一对自由的电子和空穴.但实际上除了在吸收带边以上产生连续谱吸收区以外,还可以观测到存在着分立的吸收谱线,这些谱线是由激子吸收引起的,其能谱结构与氢原子的吸收谱线非常类似.激子谱线的产生是由于当固体吸收光子时,电子虽已从价带激发到导带,但仍因库仑作用而和价带中留下的空穴联系在一起,形成了激子态.自由激子作为一个整体可以在半导体中运动.这种因静电库仑作用而束缚在一起的电子空穴对是一种电中性的、非导电性的电子激发态.   与氢原子一样,激子也具有相应的基态和激发态,但其能量状态与固体中的介电效应和电子空穴的有效质量有关.实际上,固体中的激子态可用类氢模型加以描述,并按此模型很好地估算出激子在带边下方分立能级的能态和电离能。   总的来说,宽禁带的半导体材料,激子束缚能较大,而激子玻尔半径则比较小.而禁带较窄的材料,其激子电离能较小,激子玻尔半径则较大。   激子效应对半导体中的物理过程和光学性质具有重要的影响.激子的吸收和复合直接影响半导体的光吸收和发光,而且,作为固体中的一种元激发,其状态与母体材料的电子能带性质和外场的作用紧密相关.此外,自由激子在半导体中可以受到杂质或缺陷中心在空间上的束缚,形成所谓的束缚激子。其吸收谱线能量位置略低于自由激子的吸收谱线.激子在电中性缺陷上的束缚过程大致可分为两种,它可以是一个自由激子整体地受到缺陷中心的束缚,也可以是一个电荷(电子或空穴)首先被缺陷的近程势所束缚,使缺陷中心荷电,然后再通过库仑互作用(远程势)束缚一个电荷相反的空穴或电子,形成束缚激子.束缚激子在半导体发光中有非常重要的地位.在间接带半导体材料中,由于动量选择定则的限制,材料的发光通常是很弱的,但如果存在束缚激子,其波函数在空间上是局域化的,因而发光跃迁的动量选择定则大大放松,无须声子参与就可能具有很大的发光跃迁几率.这样,间接带材料的发光效率将大大增强。   例如,在间接带Ⅲ-Ⅴ族半导体材料磷化镓(GaP)中,通过掺入Ⅴ族氮原子(或同时掺入能形成施主受主对的锌和氧),发光就可大大增强,其原因就是因为氮在晶格中代替磷位,是一种电中性的替位式等电子杂质.这种杂质中心由于其电负性与主晶格原子不同,原子尺寸不同等原因,在晶格中会产生作用距离较短的近程势,并使激子束缚在其位置附近形成束缚激子.实验上,在掺氮的GaP中已观测到单个氮原子以及成对氮原子所引起的很强的束缚激子发光.现在,这类掺杂方法已成为制造GaP和GaAsP等可见光发光二极管的基本工艺.   激子是由库仑作用结合在一起的电子空穴对,其稳定性取决于温度、电场、载流子浓度等因素.当样品温度较高时,激子谱线由于声子散射等原因而变宽.而当kT(k是玻尔兹曼常数)值接近或大于激子电离能时,激子会因热激发而发生分解.所以,在许多半导体材料中,只有低温下才能观测到清晰的激子发光,而当温度升高后,激子谱线会展宽,激子发光强度降低,以至发生淬灭.另外,在电场的作用下,电子和空穴分别向相反方向运动,因而当半导体处于电场作用下时,激子效应也将减弱,甚至由于电场离化而失效.而当样品中载流子浓度很大时,由于自由电荷对库仑场的屏蔽作用,激子也可能分解.这些影响激子稳定性的物理因素在光电器件应用中,可以作为对激子效应和相关的光学性质进行可控调制的有效手段.但对发光和激光器件来说,特别是对一些需要在室温下大浓度注入条件工作的器件来说,将产生一些不利的影响,使激子效应的应用受到限制.总的来说,当激子束缚能较大时,激子相对比较稳定.如在宽禁带半导体材料(如Ⅱ-Ⅵ族化合物材料和氮化物)以及下面要更详细讨论的半导体量子阱等低维结构中,激子束缚能一般比较大,即使在室温下,激子束缚能也比kT大许多,吸收光谱中能看到明显的激子吸收,激子效应不易淬灭,甚至已实现了以激子复合效应为主的激光器件.   在一些发光二极管和特殊发光器件的实际应用中,激子发光是一种重要的发光机制,特别是在一些间接带半导体材料和低维结构半导体材料制成的发光二极管中,激子发光跃迁被证明往往起着关键性的作用.例如用氮化物材料可制成篮绿光和紫外光发光二极管.众所周知,氮化物及其合金中一般缺陷浓度是很大的,但发光效率却很高,原因是受到局域化的激子有很高的复合几率,使得载流子在到达非辐射复合中心之前,就通过激子复合对发光作出贡献.人们认为, InGaN/GaN量子阱之所以发光效率很高,与InGaN中存在着组分分凝,甚至形成了量子点,激子发光得到加强有关。
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[转载]Abinit计算程序介绍
jwl189 2011-5-15 09:36
简介:ABINIT的主程序使用赝势和平面波,用密度泛函理论计算总能量,电荷密度,分子和周期性固体的电子结构,进行几何优化和分子动力学模拟,用TDDFT(对分子)或GW近似(多体微扰理论)计算激发态。此外还提供了大量的工具程序。程序的基组库包括了元素周期表1-109号所有元素。ABINIT适于固体物理,材料科学,化学和材料工程的研究,包括固体,分子,材料的表面,以及界面,如导体、半导体、绝缘体和金属。 功能: 可以计算很多物理属性: A. 计算倒格子中核与电子的总能量。 A.1. 计算使用平面波和赝势。 A.2. 总能量的计算使用密度泛函理论(DFT)。可以使用大多数重要的局域密度近似 (LDA),包括Perdew-Zunger近似。可以使用两种不同的局域自旋密度(LSD),包括Perdew Wang 92和M. Teter的LSD。还可以使用Perdew-Burke-Ernzerhof,revPBE,RPBE和HCTH等GGA (自旋极化和非极化)。 A.3. 自恰场计算生成DFT基态,以及相关的能量和密度。此后的非自恰计算可以对能带结构的大量k-点产生本征能量。态密度的计算即可以用四面体方法,也可以用模糊技术。 A.4. 程序可以使用多种不同的赝势。对整个周期表适用的有两种:Troullier-Martins型和Goedecker型(这种类型包括自旋-轨道耦合)。如果需要的话,有四个代码可以产生新的赝势。 A.5. 程序本身可以处理金属和绝缘体系。 A.6. 晶胞可以是正交或者非正交。计算可以输入任何对称性及相应的k-点集。 A.7. 电子体系可以用自旋极化和自旋非极化计算。一个特殊的选项可以有效地处理反铁磁性。可以对总能量计算非共线的磁性(不能用于力,张量,相应函数...)。可以禁止晶胞的总磁矩。 A.8. 总能量,力,张量和电子结构的计算可以考虑自旋-轨道耦合。 A.9. 能量可分解为不同的成分(局域势,XC,Hartree...)。 A.10. 计算内部电子本征值。 A.11. 230个空间群和1191个Shubnikov磁群的对称性分析。 B. 计算总能量和本征能量 B.1. 用解析公式计算Hellman-Feynman力。 B.2. 计算应力。 B.3. 极化的计算。 B.4. 响应的计算。 B.5. 计算近似的和准确的磁化系数矩阵和介电矩阵。 B.6. 解析计算电子本征能量的导数。 B.7. 计算光学传导性。 B.8. Born有效电荷的能带分解,以及局域化张量的计算。 C. 激发态 C.1. 用GW近似计算电离能和亲和能。 C.2. 用TDDFT计算原子和分子的(单重、三重)激发态和振荡强度。 D. 移动原子,改变晶胞参数 D.1. 用不同的方法寻找平衡构型。可以同时优化晶胞参数。优化过程中如果需要的话,可以固定指定的晶胞参数,角度,或原子位置。 D.2. 有两种算法进行分子动力学计算。 D.3. 自动分析键长键角。原子坐标的格式支持用可视化软件XMOL显示。 E. 分析和图形工具 E.1. 后期处理程序cut3d用于分析密度和势文件。它还可以改变文件格式,提取2D明面或者1D线。此外还可以分析波函文件。 E.2. 另一个后期处理程序aim,用于进行Bader的“原子中的分子”(AIM)密度分析。 E.3. 对可视化程序产生格式化数据:键结构(用XMGR显示),不同参数的总能量(用XMGR显示),电荷密度(3D轮廓线,先用cut3d,再用商业程序matlab;cut3d也可以产生2D密度图)。 E.4. 后期处理程序band2eps自动画出eps格式的声子散射曲线。
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实验室搬迁纪实---UCLA MBE Lab
balancewang 2011-5-12 15:25
实验室搬迁纪实---UCLA MBE Lab
实验室搬迁是个很浩大的工程,特别是大型精密仪器的拆迁,需要精心的策划和合理的安排。经过9天的努力,搬迁安装工作已基本完成,现在正好回顾一下,作为以后工作的参考,希望对别人也有点用处。 基本情况:原来3楼两个房间有3台固体源MBE(1台GaAs纳米线,1台GeMn稀磁半导体,1台拓扑绝缘体),需搬到一个大房间中(在另一栋楼的一层)。搬迁人员8个,其中有一个是请的MBE专家,另4个博士后加3学生。 老板要求必须在2个星期内全部恢复正常运行。时间紧,任务重!修博士1,2个月前就开始了初期的准备工作,包括实验室的设计,MBE摆放的具体位置,各种电源的需要,气路,水路怎么走等等,需要不停的跟相关人员(电工,水工,设备管理人员等)咨询讨论。这个前期准备至关重要,这项工作的好坏直接决定着搬迁是否能顺利进行。这点,修博士做了非常细致的工作,直接画出了新实验的平面设计图,并标出所有仪器摆放的位置尺寸,电源插头的位置,水电的接口位置,为这次圆满完成的搬迁工作奠定了坚实的基础。 有了全面细致的设计图,搬迁工作就有了核心。接下来就要详细的制定搬迁计划,那台先搬,那台后搬,怎么搬,设计好搬迁路线,详细列出搬迁所需要工具。根据新实验室的设计,GaAs那台在最里面,应先搬进去,然后是那台拓扑绝缘体的,最后是门口那台GeMn的。但拆仪器的工作可以同时进行,MBE专家临场指导。我,Liang,xinxin负责拓扑绝缘体的,发哥,xufeng负责GeMn的,Guan哥,jiapu负责GaAs的。其中GaAs和GeMn的MBE非常旧了,大概30年没有动了,线路混乱,工作量巨大。由于拓扑绝缘体MBE是去年5月份才开始搭建好的,没有太多变化,相对比较简单。我们先Vent整个MBE系统,卸载所有水路,等Vent好了后,我们就不停的卸载螺丝,当然这之前最重要的就是做标记,要拆的每根线标记号,要拆卸的每个法兰标记好,属于每个法兰的螺丝用手套装好,用胶布粘在旁边。专家说了,所有比较精密的部件都得卸下来,因为运输过程中难免有震动,当然最重要的莫过于各种Effusion Cell(固体源)。其他的则可以整体搬过去。整个MBE分成3大块,Chamber,transfer tube,power/control rack。所有卸下的窗口都要用铝箔纸密封好,卸下来的部件也要用铝箔纸包好。 我们搞定后,就帮其他2台MBE的拆卸。30年的沉淀了,这2台MBE的线混成一团,我们只能一根根的清理了,但整个程序都差不多,一步步来把这2台也分装好。其中,GaAs有毒,所以卸载时要带上防毒面具,带好手套。3台MBE都已经准备好搬迁了,早前也约好了重型的叉车,就开始搬迁了。我们开始把重型部件都运到一层,然后用叉车运到新实验室。叉车很给力的,虽然路不平,但一路还非常顺利。其实整个运输过程就花了大概3个多小时,接下来就是组装工作了。俗话说的好,拆东西容易,组装难啊! 首先,按照设计图纸,把所有大部件的位置固定好。我们开始安装拓扑绝缘体MBE,开始装Effusion Cell,然后把chamber和transfer tube连起来,测试样品传输系统,然后把剩下的窗口都装好。其中要特别注意的是每个法兰都得用新的垫圈,放垫圈前用丙酮把端口擦干净,拧螺丝的时候力道要均匀,对角线交替拧,一般重复3-4次,最后挨个检查松紧。其实这个组装的过程是一个很好的修补仪器的机会。1,各种源可以加满;2,玻璃窗口被镀膜的可以去刻蚀掉;3, source shuttle 污垢可以去沙磨掉(sand blast);如果shuttle被拆,装好后,先通气测试其是否正常工作;4,原来坏的东西这次有专家在必需花时间修好;5,chamber里的脏东西可以用吸尘器清理掉,这里强调一定要用开口比较细的塑料管(开口比较大的管可能会引起腔内颗粒飞扬到各个cell中去,引起交叉污染)。这次我们要专家帮我们修了很多东西,包括cracker,transfer的线,shuttle等。 组装好后,开始测试系统。首先看真空,cryo pump工作正常,ion pump也工作正常,真空好后,Rheed正常,RGA正常,再测试各个Cell的加温情况,与以前的记录数据想比较,我们有5个正常,还有一个不太正常,所以明天还得Vent再查看原因,初步分析测温系统那个地方有短路了。其他2台MBE也是类似的程序,基本能正常工作,至此,搬迁工作算是比较圆满的完成了,专家明天离开UCLA,9天3万多美金,好羡慕啊!有技术还是很好挣钱啊!当然了,有问题还可以电话咨询,Mike非常nice,事无巨细给你解释非常清楚。 回顾整个过程,感觉还是非常的顺利!这与发哥的前期工作做的非常好是离不开的。从中我更是学到了非常多实用的实验技能和组织技巧,虽然对于MBE还只是入门级别,但拆装机器让我对MBE有了更深刻的认识和理解,感谢Mike,发哥,Liang哥,Guan哥耐心的指导,也感谢Xufeng,xinxin,Jiapu的帮助,让我受益匪浅,获益终生~ ~!! 后记: 不正常的Cell卸下来,发现测温的线周围很多碎屑使其短路,清理好再装上正常运行了。下一步检查漏气,其实我们应该先检查漏气再看Cell是否正常工作。检查过程中,我们还真发现几处漏气的,于是再把螺丝拧紧,而其中Tube有一处漏气没有办法解决,应该是老伤了,因为我们没有卸过,估计是垫圈不好使了,但现在也没有什么好办法了,真空还是在原来的水平,所以就开始做校准,长样品了。
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技术路线,什么该走,什么不该走?(110504)
热度 4 ymin 2011-5-4 16:11
技术路线,什么该走,什么不该走?(110504) 闵应骅 技术的发展需要战略性的思维,而战略性思维需要战术研究的支撑。一个国家的技术路线还同时要考虑国情。我们国家,许多人都是战略科学家,一般都爱谈技术路线。但是,我看到的都只有“我们应该走什么技术路线?”,可没听说过谁谈不应该走的技术路线。没有对比,就很难有说服力地说明:为什么要采取你所指出的技术路线? 今年3/4月的IEEE DesignTest上面发表圣地亚哥加州大学Andrew B. Kahng的文章,就内嵌存储器,讨论什么路该走?什么路不该走?简单介绍如下。 我们知道国际半导体技术路线图(International Technology Roadmap for Semiconductors)是由美国、欧洲、日本、韩国和台湾地区的专家共同编制的的一个文件,是产业界(芯片制造商、设备和材料供应商)、政府部门和大学、研究机构,对当前半导体技术进行评估,对未来10-15年半导体技术的发展趋势进行预测,每年更新。它包括许多工作组,例如研究新元件的工作组、研究新材料的工作组,提出了许多关于内嵌存储器的方案,全部公开,进行比较。譬如包括电阻存储器、自旋转移力矩磁阻存储器(spin-transfer torque magnetoresistive RAM,STT-MRAM)、相变存储器等等。确定走什么路比较好有三个条件: 1.该存储技术已知存储机制,而表现出来的性能好; 2.在16纳米以下的多代技术可扩展; 3.在5-10年内可投产。 经过广泛讨论以后认为,自旋转移力矩磁阻存储器和Redox RAM将加速研究,走向商业化。有人比较了8种技术,得出了此结论。该文谈到的一些技术细节这里就不谈了。有兴趣的读者可参见 IEEE Design and test of computers,March/April 2011,pp.74-75 or http://159.226.100.157/sess_25827/http182ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=arnumber=5739844 。当然,这既然是一种预测、一种分析,并不能保证100%变成现实。这就是战略研究的成败问题了。越是集中全世界的智慧,越是经过广泛的讨论,成功的希望当然也就越大。越是过分集中几个人的意志,投资失败的可能性就越大。我国在水利建设方面这样的教训比较大。 技术路线对于国家研发经费的投资取向至关重要。公司技术路线,走得好,公司就能兴旺发达;走错了,损失很大,甚至倒闭。而技术路线的确定要融入国际。我们不是经常喊要有话语权吗?在半导体技术方面,我们就应该参与国际半导体技术路线图。单打独斗不行,跟着人家跑也不行。
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[转载]王育民老师寄语
xuyichao 2011-4-25 12:28
中国虽然是一个信息大国,但离信息强国还有很长的一段路要走。对此王老的感悟比我们晚辈更深,王老也给博士论坛提出一些好的建议。    首先要密切关注世界科学技术的发展,引导博士生们重视新科技。人类自进入信息化社会以来,技 术、经济和整个社会的前进步伐大大加快了。VLSI技术几十年如一日地按Moore定律飞速发展,而且人们仍然乐观地预示,今后十年甚至二十年,信息技术 仍将会继续按莫尔定律向前发展。    莫尔定律 (Moore law),1965年由Intel的创始人之一Gordon E. Moore最先提出的。半导体积成电路中器件的密度,每隔18个月翻一倍,计算速度每隔18个月翻一倍,成本每隔18个月减半。自提出至今已有43年了, 仍然保持成立。今后能继续保持成立吗?人们寄希望于纳米技术。    1997年IBM造出了“深蓝”计算机,装入了chatterbot ALICE计算机程序,战胜了俄国国际象棋大师Garry Kasparov。这是人类第一次用自己制造的机器在智能上(更确切地说是在下国际象棋的能力上)战胜了自己。     王老认为当前信息科学和技术的发展有以下五个特点:    1.信息科学正在渗透和融合到许多其它科学领域,如哲学、心理学、生理学、生物学、神经生物学等,信息科学技术成为许多学科的一种有力研究工具。    2.新的信息载体,如量子和DNA已走上技术舞台,电子时代已走过它最辉煌的高峰,光子时代和DNA时代已显露出曙光。    3.纳米技术为IT技术的发展提供了更广阔的前景。    4.信息的传输、存储、处理和提取向探索更远的天际和更久远的过去发展。    5.信息化社会的发展要求无时无刻地向人们提供所需的信息。这对信息的传输、存储、处理和提取 提出了很多新的要求,Internet、Web2.0、Web3.0、P2P、2G、3G和4G、移动通信、多媒体技术、在线视频广播、各种遍布式传感网络、遍布式计算、网格计算、无线Mesh网、无线Ad Hoc网、信息对抗等,不一而足。    技术发展的这些特点,给我们的学科建设和专业设置带来许多新的挑战。深感我们的科学和技术与世界先进水平还有很大的差距,我们的大学教育、师资水平、学科设置、教学条件、教学方法等都远远不能满足今后科学和技术发展对于人才的需求。    虽然要解决教育问题须从许多根本问题上进行改革才行,但作为从事专业教育工作的我们而言,应当认真研究科学和技术的发展方向,搞清学科和专业将向何处去,我们才能正确制定人才培养计划和教学大纲,以恰当的方式和方法将学生引向通往未来之路。    其次,博士生教育是我国教育体制中的最高阶段,应当提高博士毕业的水平,使这批人成为我们知识 创新的主力军。要重视和加强基础,对于密码的信息安全专业的博士来说,数学无疑是很重要的基础之一了。数学对现代密码学就具有决定意义没有数学修养的人不 可能成为密码学家,不少著名的数学家是密码学家,如 图灵 。 他1935年获英国剑桥博士学位,二次大战时曾在英国外交部通信处工作,设计了专门对付德国Engma密码的“Ultra”破译机,1945年5月21日 英国截获了希特勒海军上将雷德尔的一份密报,致使一艘为希特勒海军骄傲的巨型战列舰——俾斯麦号首航时就被炸沉!一个一流的数学家胜过十个师!美国认为, 得到一个一流的数学家比俘获十个师的德军更有价值。美国在二次大战期间,仅从德国和奥地利就不惜代价将200多名科学家接到美国。有人估计,二次大战由于 同盟国的信号截获和密码破译工作使战争提早8年结束,拯救了千千万万人的生命。1991年初的海湾战争也被誉为数学家的战争。数学不同于其他科学,它不会 开发出什么新产品,或能治愈某种疾病的特效药,然而它对科学、工程和医学的影响是巨大的。    在信息化社会中,数学的地位和作用愈加重要,但是今天的大多是学生(游戏机、操纵杆、网上冲浪,加上音乐电视的一代人)不喜欢有点“枯燥”、充满“证明”的数学,也看不到它的重要性。    虽然计算机和各种数字技术制品大大地改变了人类的生活和工作,但是它永远代替不了数学家。“最好的数学是一种艺术,一种创造性活动,它不能够简化为逻辑,正如《李尔王》或贝多芬第五交响乐不能简化为逻辑一样。”(牛津大学Roger Penrose, 《黄帝新脑》)    再次,要注意培养和提高科学素养,这是学工程的人有大作为的重要基础之一。“科学教育,特别是 自然科学的教育,是提高人们素质的重要因素,是现代教育的一个核心。科学教育不仅使人获得思想、科学精神、科学态度以及科学方法的熏陶和培养,使人获得非 生物本能的智慧,获得非与生俱来的灵魂。可以这样说,没有科学的“教育”,只是培养信仰,而不是教育。没有受过科学教育的人,只能称为受过训练,而非受过 教育。”(摘自湖南科技出版社第一推动力丛书总序)。“科学需要一双发现的眼睛,一个思考的大脑,以及一副敞开的胸怀。科学需要永远的童心和好奇。” (《新发现》,No.3, 2007, p.9)不断提高认识世界的能力,完善思考问题的方法和学习方法,在人生最美好的大学时代最有效地充实自己。    第四方面,就是要学好信息论,这对于从事信息科学技术,特别是研究通信理论、密码和信息安全技术的博士来说是很重要的。 建议认真读读Shannon的两篇经典论文:   Shannon, C. E., “A mathematical theory of communication,” Bell System Technical Journal, Vol.27, No.4, pp.397-423, 623-656, 1948.    Shannon, C. E., “Communication theory of secrecy system,” Bell System Technical Journal, Vol.28, No.4, pp.656-715, 1949.
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无需太阳能电池的太阳能电源
hxgwzu 2011-4-24 10:57
无需太阳能电池的太阳能电源
众所周知,光兼具电、磁双重属性。但到目前为止,科学家们大多认为磁场效应太弱因而可以忽略。最近,美国Michigan大学的 Stephen Rand及其合作者经研究后指出,实际情况并非如此,并研发出一种新的光电池。 (From: http://en.wikipedia.org/wiki/File:EM_spectrum.svg ) 研究表明,当穿越一种非导电材料时,光可以产生比原先预计强100倍的磁效应。在高强度光情况下,磁效应可与电效应匹敌。利用这个特性,该团队研制出了一种高容量的新电源,其中的电荷分离是通过光的磁效应而非电效应来实现的。凭此,在太阳能电池制造过程中,就可以不用半导体材料了,变得更加经济有效。 参考资料 : Optically-induced charge separation and terahertz emission in unbiased dielectrics W. M. Fisher, S. C. Rand, J. Appl. Phys . 2011 , 109 , 064903. DOI: 10.1063/1.3561505 (From: http://www.chemistryviews.org/ ) (From: http://en.wikipedia.org/ ) 相关研究 : New Type of Solar Cell with Improved Efficiency
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[转载]国内LED产业结构现状及发展趋势分析 -----文章来源:PCIM
wfshen 2011-4-19 09:26
导读: 游为单体芯片和晶体,中游为LED芯片处理,下游为封装测试和应用。产业上游和中游的具有:国际竞争激烈,最具商业风险,最有科技含量和巨大资金支持等特点。在整个链条中,上游LED芯片及其芯片外延产业占有整个产业70%的利润,封装占有10%-20%,LED应用占10%-20%。  LED是一种将电能转换为光能的半导体,可发出可见光和红外,紫外等不可见光。相比于小灯泡,LED使用低工作电压和工作电流,具有稳定性高,寿命长,易调节等优点。   LED整体产业链的门槛被连年逐渐降低。上游为单体芯片和晶体,中游为LED芯片处理,下游为封装测试和应用。产业上游和中游的具有:国际竞争激烈,最具商业风险,最有科技含量和巨大资金支持等特点。在整个链条中,上游LED芯片及其芯片外延产业占有整个产业70%的利润,封装占有10%-20%,LED应用占10%-20%。   在全球能源危机,节能,环保,小型化日益成为焦点的大环境下,具有长寿命,色彩丰富等特点的LED半导体照明技术,正被广泛的采纳为节约能源的主要途径。在达到同样照明效果的条件下,半导体灯泡采用LED作为新型光源,耗能仅为传统白炽灯的1/10,寿命为传统白炽灯的100倍。   全球LED工业在日本,台湾,欧洲,美洲,韩国,中国大陆都有不同程度的渗透。日本享有50%的份额,执全球LED工业的牛耳。   经过30年的发展,LED工业在中国大陆已经形成了相对完整的产业链,覆盖LED基片,晶圆片,芯片封装和芯片应用。在2010年底,已经有超过1000家与LED相关的企业在中国大陆成立。这些企业主要从事下游的封装和应用领域,在研发和芯片扩展上的能力比较落后。   从产业链来看,中游和上游LED产业对资本有较强的依赖性。虽然在2010年很多企业都表示要投资发展LED项目,但最终保持了观望。在中国大陆,上游生产厂商数量占有很小的比例,芯片产品长期供不应求,积压封装厂商订单的局面一直存在。   在产业中游,现阶段受到科技和资金门槛的限制(如大功率设备和SMT设备等),在国内比较落后,而低级别封装(如单列直插设备)可基本满足国内应用领域的需求,而不需要大量投资。   在产业下游,不同的应用领域显示出不同的特征,并且投资过热的现象暂时存在。很多国内企业将长期的投资用于面对过度的竞争。据预测,2011年至2012年,将是这些企业面临竞争恶化的时期。   虽然中国整体的LED产业并没有先进的技术和国际市场份额上的优势,但国内便利的市场条件为LED产业中下游创造了良好的发展机会。LED在国内的需求旺盛,如机场,高速建设和政府工程等。   随着照明效率和技术的不断提高,LED的应用领域已经从传统的指示灯延伸到显示屏,交通灯,背光灯,车灯,全景照明等领域,发展走向非常丰富。 中国政府近年来对LED照明产业发展给予了高度重视。   科技部副部长马颂德曾经表示:固态照明产业集中在美国,欧洲,日本,以及亚洲的韩国和中国台湾地区,中国大陆地区将很快拥有自己的高端LED生产能力和研发机构。但这需要国际的协作和支持。   国际性的电力电子展览会PCIM-Asia的主办方也告诉我们,今年LED作为独立的论文板块,收集到了来自世界各国企业和高校提交来的论文,其中包括飞兆半导体的《低功耗灯的可控调光器设计》,飞兆半导体的《一种适用于初级侧调节LED电源的新型的单级PFC拓扑结构》和《高效率和精确的LED连续控制驱动程序的研究与实现》等。高校方面有来自**立交通大学的《带有被动液晶Valley-Fill整流器的双向可控调光器的仿真与设计》和**立台北科技大学的《一种改进利用率的LED调光电路》等。   尤此也看出LED作为全球的热点话题正在备受科研人员的关注。   2011年3月,日本发生里氏9级地震,电子行业颇受影响,比如LED工业在江门是全球LED芯片的重要研发基地,地震对全球整个LED产业的影响引发了业内同仁的关注。   据报道,在短期,地震对电子产业的影响尚不明显,各下游生产商一般都有1至2个月的存货,但如果地震的状况得不到恢复,到6月份之后的成品价格影响会比较明显。   当前国内并没有掌握核心技术,国内大多数企业都依靠他过的技术做生产加工,在地震之后,供应链断裂,会导致国内下游产业的崩溃。   我们对于核心技术的掌握在未来几年是最重要的课题,也是摆脱对技术强国依赖的唯一途径。作为电力电子产业的风向标,2011年6月21日至23日举行的PCIM-Asia为国内LED界提供了一个良好的交流平台,为接触国外的核心技术提供了可能,同时也响应了政府的号召。为中国LED产业的蓬勃发展提供了国际协作和支持。
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告诉你我呕心沥血的三年在做什么
flyingghost 2011-4-17 17:23
4月1日,由中科院北京基因组研究所与中科院半导体研究所共同承担的中科院重大科研装备研制项目——“模块化DNA分析系统”项目,通过专家组评审验收。该项目的完成,标志着我国在第二代DNA测序仪研发方面,形成了具有自主知识产权的高通量DNA测序技术及其系统样机,在高端生命科学仪器装备国产化方面取得了突破性进展,填补了国内空白。 3月30日至4月1日期间,在中科院计划财务局的组织协调下,由动物所魏辅文、赵建国研究员,生物物理所杭海英、蒋太交研究员,昆明植物所高立志、龙春林研究员,物理所魏志义研究员等众多不同领域专家组成验收组对该项目进行了全面详实的测试和验收考核。期内,验收组认真听取了由基因组所项目负责人于军研究员、半导体所项目负责人俞育德研究员等人所作的项目研制工作、用户使用、测试和经费决算报告,验收组成员现场考察了研制的系统设备,并进行实际操作使用,审核了测试组提供的模块化DNA分析系统数据产出情况。通过三天的评审及对各项指标的逐一考核,验收组充分讨论并形成验收意见:认为此项目完成了仪器研制项目实施方案所要求的各项技术指标,有效测序片段数量、平均读长和有效序列数据总产量等关键技术性能指标远远优于立项指标,该成果实现了与国际主流设备性能相当的国产化DNA测序能力,在基因组学、生物信息学,乃至生命科学诸多方向的基础研究和应用研究方面具有重要实用价值。 自2007年北京基因组研究所和半导体研究所开始对此项目进行探讨和设计实施,在一系列调研活动的基础上于技术层次达成共识,充分发挥北京基因组研究所在分子生物学、基因组学、生物信息学、DNA合成化学等方面的优势,以及半导体研究所在微电子技术、半导体微纳加工技术、光电技术等领域的研究基础,实现跨学科的联合,并联合成立项目组,申请承担了中科院重大科研装备研制“模块化DNA分析系统”项目研发工作。经过三年多的不懈努力,通过两所科研人员跨学科、跨专业领域的精诚合作和勤奋工作,项目组在完成预期的原型样机研制及实现高通量测序功能的同时,还引进和培养了一批具有DNA测序技术研发和攻关能力的专业技术人才团队,形成了一条可持续性发展的高效技术研发模式。该项目组表示:计划下一步继续开展研发工作,开发适应于我国科研需求的下一代测序仪、配套试剂、芯片和测序分析软件等,使这一设备全面实现系统功能。让我国DNA测序技术和设备研发能力能够真正站在世界科技发展的巅峰,在世界科学舞台上,发出中国科学家自己的声音。 基因组所党委书记、常务副所长杨卫平和生物局、半导体所、中科院农业项目办公室相关领导,以及项目承担单位科技处、重点实验室、联合项目组成员等有关同仁一同出席。
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一种合成半导体氧化物多孔纳米材料的新方法
热度 5 wzhong 2011-4-8 16:39
一种合成半导体氧化物多孔纳米材料的新方法
CdO 是重要的 n- 型半导体材料,其直接帯隙 2.5 eV 、间接帯隙 1.98 eV 。 CdO 纳米材料是重要的光电功能材料,在太阳能电池、光晶体管、 光二极管、催化和气体传感器等许多领域具有广阔的应用前景。目前文献报道的 CdO 纳米材料的合成多采用气相输运法、化学气相沉积法、电弧放电法、激光熔炼等技术,所需设备要求高、设备投资规模大、 合成工艺复杂、制备过程繁琐,不适宜大规模生产。也有文献报道采用化学方法先合成出 CdCO3 或 Cd4Cl3(OH)5 等纳米材料作为前躯体,然后在氧气中高温处理得到纳米结构的 CdO 。但到目前为止文献所报道的含 Cd 纳米结构前躯体的合成都采用无机或有机模板,或添加有机表面活性剂,合成的成本高、工艺难控制,并且有机模板和表面活性剂在合成过程中全部分解为气体产物,不仅浪费而且还面对许多环境污染问题。 最近,我们采用水热法,以 Cd(NO3)2•4H2O为原料, 不同比例的乙醇和水为溶剂,在不需要任何模板、不需要添加任何表面活性剂的情况下,通过调节乙醇和水的比例、 Cd(NO3)2•4H2O 的浓度、反应温度、反应时间得到具有不同纳米结构的 Cd5(OH)8(NO3)2(H2O)2 前驱体(可以有选择性地合成出纳米线簇、纳米带、由纳米线“编织”成的纳米“毡子”,由纳米棒组成的放射型花状物等)。 将得到的 Cd5(OH)8(NO3)2(H2O)2 纳米结构前驱体在空气或氧气中缓慢加热即可得到具有高比表面积的 CdO 多孔纳米材料。 用该 方法制备得到的 CdO 多孔纳米材料基本上保持了 Cd5(OH)8(NO3)2(H2O)2 前驱体的形貌,具有大量的纳米空洞结构,比表面积高,可应用于 太阳能电池、光晶体管、 光二极管、催化和气体传感器等许多领域。与文献报道的制备 CdO 纳米材料的方法相比,我们所采用的方法的最大区别在于不使用 任何模板、不需要添加任何表面活性剂,经济环保,有利于规模生产。 相关研究工作结果发表于最新出版的Nanascale 3, 1887 (2011) 以上为具有不同纳米结构的 Cd5(OH)8(NO3)2(H2O)2 前驱体FESEM照片 以上为 多孔 CdO 纳米结构 的 场发射 扫描电子显微镜( FE-SEM )照片 论文全文: 2011-Nanoscale-3-1887.pdf
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镜子微博:回答: 电荷在电路中是如何流动的?
liwei999 2011-2-20 03:38
回答: 又:电荷在电路中是如何流动的? 由 JFF 于 June 24, 2005 01:50:48: 真空二极管是个很好的例子:就是从一端到另一端。电镀也是。 电荷在电路中流动速度是个“传送”的课题,而能量的“传递”是“势”的传递。电流是电荷比时间,没有“速度”的问题。 到了技术的现场,就要想这些问题了。如何能镀得好,如何能控制腐蚀速度等等,半导体产业都是这些东西,不理解也得理解。
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找回继承中丢失的本质
热度 1 snowboyice 2011-2-4 21:22
信息时代-其前提是人类,化学-其前提是分子,然后除分子化学之外其本质也包含了其他多层次元素的合成与反应过程,半导体-其前提是电子,然后半导体的本质超越电子半导体,哲学博士-其行为具有哲学系统性的人,从这个意义上讲,目前毕业的理学博士能毕业的鲜也!
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黄辉 北邮教师 从事半导体光电子集成方面的研究 欢迎同行交流
热度 1 huihuang 2011-1-24 10:16
黄辉, 博士,教授,博士生导师, 1974 年生于福州,现为 北京邮电大学“信息光子学与光通信”(国家重点实验室)研究院教师,致力于半导体光电子器件以及光电子集成方面的研究。在器件方面,主要从事可调谐滤波器、高性能光电探测器、高速异质结双级晶体管( HBT )、以及单片集成光接收机的研究。在材料方面,从事微电子材料-硅( Si )和光电子材料( GaAs 、 InP 等 III-V 族材料)间的集成技术研究。 联系方式: uihuang@163.com , huihuang@bupt.edu.cn . 器件方面的原创成果有:液晶调谐的谐振腔增强型( RCE )光探测器;具有透明欧姆微结构的高速、高耦合效率 RCE 光探测器;基于微空气隙的长波长、高速 RCE 光探测器;及窄线宽、可调谐的“一镜斜置三镜腔”光探测器。 材料工艺方面的原创成果有:在半导体外延层上制备倾角可控、表面平坦的楔型结构;基于表面化学处理的 GaAs/InP 、 InP/Si 和 Si/Si 低温晶片键合; GaAs/InP 和 Si/GaAs 异质外延生长(MOCVD外延);以及在 Si 衬底上生长 III-V 族半导体单晶纳米线。 主要学习 与 工作经历 1991.9 至 1995.9 ,福州大学 电子科学与应用物理系,本科生; 1995.9 至 1998.9 ,福州大学 物理化学专业,硕士研究生; 1998.9 至 2001.12 ,北京邮电大学 电磁场与微波技术专业,博士研究生; 2002.3 至 2008.12 ,北京邮电大学 原电信工程学院,历任讲师、副教授; 2008.12 至今,北京邮电大学 信息光子学与光通信研究院 / 国家重点实验室,教授。 获奖情况 2005 年获教育部 “ 新世纪人才支持计划 ” 资助; 2006 年获北京市 “ 科技新星计划 ” 的资助; 2006 年度中国高等学校十大科技进展(本人第二完成人); 2006 北京市科技奖二等奖(本人第二完成人)。 代表性文章 1. Hui Huang , Xiaomin Ren, Xian Ye, Jingwei Guo, Qi Wang, Xia Zhang, Shiwei Cai and Yongqing Huang, “Control of the crystal structure of InAs nanowires by tuning contributions of adatom diffusion”, Nanotechnology , vol.21, pp.475602, 2010. 2. Hui Huang , Xiaomin Ren, Xian Ye, Jingwei Guo, Qi Wang, Yisu Yang, Shiwei Cai and Yongqing Huang, “Growth of stacking-faults-Free zinc blende GaAs nanowires on Si substrate by using AlGaAs/GaAs buffer layers”, Nano Letters , vol.10, pp.64–68, 2010. 3. X. Ren, H. Huang , V. G. Dubrovskii, N. V. Sibirev, M. V. Nazarenk, A. D. Bolshakov, X. Ye, Q. Wang, Y. Huang, X. Zhang, J. Guo and X. Liu, “Experimental and theoretical investigations on the phase purity of GaAs zincblende nanowires”, Semicond. Sci. Technol. , vol.26, pp.014034, 2011. 4. Hui Huang , Xiaomin Ren, Jihe Lv, Qi Wang, Hailan Song, Shiwei Cai, Yongqing Huang, and Bo Qu, “Crack-free GaAs epitaxy on Si by using midpatterned growth: Application to Si-based wavelength-selective photodetector”, Journal of Applied Physics , vol.104, pp.113114, 2008. 5. Hui Huang , Xiaomin Ren, et al, “Low temperature InP/Si wafer bonding using boride treated surface”, Applied Physics Letters , 90 (16), pp.161102(1-3), 2007. 6. Jihe Lv, Hui Huang , Yongqing Huang, Xiaomin Ren, et al, “A monothically integrated dual-wavelength tunable photodetector based on a taper GaAs substrate”, IEEE Transactions on Electron Devices , vol.55, pp.322- 328, 2008. 7. Jihe Lv, Hui Huang , Xiaomin Ren, et al, “Monothically integrated long- wavelength tunable photodetector”, IEEE Journal of Lightwave Technology , vol. 26, pp.338-342, 2008. 8. Huang Hui , Ren Xiaomin, Wang Xingyan, Gui Hailin, Wang Wenjuan, Miao Ang, Li Yiqun, Wang Qi, and Huang Yongqing, “Theory and experiments of a tunable wavelength-selective photodetector based on a taper cavity”, Applied Optics , vol.45, no.33, pp.8448-8453, 2006. 9. Huang Hui , Wang Xingyan, Ren Xiaomin, Wang Qi, and Huang Yongqing, “Selective wet etching of InGaAs/InGaAsP in HCl/HF/CrO3 solution: Application to vertical taper structures in integrated optoelectronic devices”, Journal of Vacuum Science and Technology B , vol.23, no.4, pp.1650-1653, 2005. 10. Huang Hui , Ren Xiaomin, Wang Xinyan, Wang Qi, and Huang Yongqing, “Low-temperature InP/GaAs wafer bonding using sulfide-treated surface”, Applied Physics Letters , vol.88, no.6, pp.061104, 2006. 11. Huang Hui , Ren Xiaomin, Wang Xingyan, Cui Hailin, Wang Wenjuan, Wang Qi, and Huang Yongqing, “An ultra-narrow spectral linewidth photodetector operating at a long wavelength”, Semiconductor Science and Technology , vol.21, no.12, pp.1724-1727, 2006. 12. Huang Hui , Huang Yongqing, Wang Xingyan, Wang Qi, and Ren Xiaomin, “Long Wavelength Resonant Cavity Photodetector Based on InP/Air-Gap Bragg Reflectors”, IEEE Photonics Technology Letters , vol.16, no.1, pp.245-247, 2004. 13. Huang Hui , Huang Yongqing, and Ren Xiaomin, “Ultra-narrow spectral linewidth photodetector based on taper cavity”, Electronics Letters , vol.39, no.1, pp.113-115, 2003. 14. Huang Hui , Huang Yongqing, and Ren Xiaomin, “Selective wet etching of AlGaAs in HF/CrO3 solutions: Application to vertical taper structures in integrated optoelectronic devices”, Journal of Vacuum Science and Technology B , vol.20, no.3, pp.1107-1110, 2002. 15. Huang Hui , Zhang Ruikang, Wang Qi, Zhong Yuan, Wang Xingyan, Lei Lei, Xia Yuehui, Liu Liyi, Huang Yongqing, and Ren Xiaomin, “Wavelength-selective photodetector with integrated vertical taper structure”, Conference on Optical Fiber Communication (OFC) , Californian, vol.70, pp.714-715, 2002. 16. Wenjuan Wang, Xiaomin Ren, Hui Huang , Xingyan Wang, Hailin Cui, Ang Miao, Yiqun Li, and Yongqing Huang, “Tunable photodetector based on GaAs/InP wafer bonding”, IEEE Electron Device Letters , vol.27, no.10, pp.827-829, 2006. 17. Xiaofeng Duan, Yongqing Huang, Xiaomin Ren, Hui Huang , Sanxian Xie, Qi Wang and Shiwei Cai, “Reconfigurable multi-channel WDM drop module using a tunable wavelength-selective photodetector array”, Optics Express , vol.18, pp.5879-5889, 2010.
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石墨烯问题释疑II
热度 8 sulihong 2011-1-17 10:01
因为与多位老师讨论,他们提出了疑问,为了更清楚解释,对原文作了修改,再次发表。我要强调这只是我们研究结果的一个推论,2009年长沙纳米会议上就提出了相关研究结论。在2010年诺贝尔物理奖的公告发表前就已经有定论的东西,只是当时并未拿起人们重视。诺奖公告中很多对于石墨稀的宏观应用预测,如石墨稀吊床等是不真实的,应该打假;但对于石墨稀微观性能研究还应继续深入,比如半导体器件等研究。 广为传播的网上石墨烯由多个正六边形组成的图案,是想当然的图案,因为边界处碳原子与两个碳原子连接,键长短强度大,而石墨烯内部碳原子与三个碳原子连接,键长长强度小,两者以现有试验数据,就可知化学键能差距约在40%左右(注意有误差,但差距明显不容否认),石墨烯边界处碳碳之间和内部碳碳之间,是不同的化学键在相互连接。这点得到了包括前诺奖得主在内的多位科学家认同。 石墨烯的特异性是依靠其边界而存在的,我们提出边界碳原子的色散作用导致石墨烯可以存在的微观结构本质原因。我们认为其悬浮态下,很难制备更大尺度超过数十微米的稳定的单层悬浮石墨烯。若石墨稀附着载体上,其尺寸会达到几十厘米级别,但是大尺寸石墨稀与微米级以下的石墨烯性质已经不同,此时若石墨稀悬浮,它会极不稳定而发生破裂或者褶皱(注意这也形成了新的边界,此时化学键的键角发生了变化)。诺奖公告中的与此相关的很多宏观应用的结论是不真实的。 打个比方就象两种不同强度的弹簧联接着碳原子,而边界处的碳原子受到短而更高强度的弹簧来连接,那么其结果是对于内的较弱强度长的弹簧会起到收紧的作用。而在表观上起到了限制石墨烯内部碳原子自由振动的作用,石墨烯才在现实中可以稳定存在,所以二维石墨烯才能有制备分离出来的可能。 因为键长键角不同,边界处石墨烯六边形结构会变形,而因为原子和原子间结构的紧密性,保持六边形必然使得相邻碳原子电子云受到色散应力,这一应力作用范围有限,但是它会想接力赛一样,将这一应力一级一级传递下去,而在微观尺度下,传递效率会很高,受不同角度和方向边界传递过来的这一色散应力作用,会发生抵消衰减的,石墨烯内部的就会难以稳定存在,所以石墨烯(我强调单一完整的悬浮)不可能获得尺寸无限增大。而且即使增大到数百微米的石墨烯与一微米大小的石墨烯相比,因为上述原因,其性质也会有差异,而且具体可以获得的石墨烯最大尺寸与制备时大气环境下的温度和压力也相关。 实际能稳定存在的石墨烯其内部每个碳碳化学键的电子云分布都要受到边界不同碳碳键导致的色散应力的影响,而达到一个动态均化的平衡,这是悬浮石墨稀能够存在的动力学基础。2010年诺奖得主应当是对此认识不清,诺奖委员会对此也是未搞清楚,以为单层悬浮石墨烯可以达到作石墨烯吊床之类而写入其公告中。 为了方便大家理解,石墨烯之所以存在,实际是打个比方来说就像一个网球拍,这个网是固定在一个由收紧的边界“箍”上,而这个“箍”所能施加的色散应力是有限的,一旦这网变大,网中间的碳原子自有振动受到约束力会越来越小,一旦其振动超出化学键作用范围,这个网必然破损。石墨烯不能制备很大道理与此类似。这样比喻更形象,仅是为了向大家介绍采用。实际物理机理还要考虑的势函数和电子轨道分布的影响(实际这些理论本身误差也很大,目前可用的数据准确性差, 所以不罗列这些公式计算了,这些计算结果误差大,但不影响结论),主要是利于大家理解这一问题。 诺奖研究者的很多结论和预期应用并不能推广到宏观尺度。根据其结果,因为热门,所发表的研究很多,但并未考虑到实际随着尺寸增大,其研究对象性质已经起了很大变化。诺奖和其后续很多研究者应当是忽视了这一问题。很多其材料研究存在跟风盲目的错误。 这一结论,不仅限于石墨烯,对于其他纳米材料也是一样的。十几纳米陶瓷粉体,可以在其熔点一半左右的温度成瓷,而微米级陶瓷粉体无法实现这一点,要到接近熔点温度才可以实现,这充分说明纳米晶界面能的作用,固体材料纳米尺度与宏观尺度最大的物质结构差别之一就在于界面在其体积中所占比例大小,换言之是界面化学键量子效应对于整个纳米结构都存在影响的尺寸,才是纳米材料的定义尺寸,对于每一种物质包括其同分异构体都会是不同的。除此之外,我们在其他纳米材料研究中,也测试到随着尺寸增大,在小于某一尺寸时,粉体地一些性质发生近似非线性的变化。
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诺奖石墨烯问题再释疑
热度 3 sulihong 2010-11-9 22:31
2010年诺贝尔物理奖的公告中很多对于石墨稀的宏观应用预测,如石墨稀吊床等是不真实的,应该打假;但对于石墨稀微观性能研究还应继续深入,比如半导体器件等研究。 广为传播的网上石墨烯由多个正六边形组成的图案,是想当然的图案,因为边界处碳原子与两个碳原子连接,键长短强度大,而石墨烯内部碳原子与三个碳原子连接,键长长强度小,两者以现有试验数据,就可知化学键能差距约在40%左右(注意有误差,但差距明显不容否认),石墨烯边界处碳碳之间和内部碳碳之间,是不同的化学键在相互连接。这点得到了包括前诺奖得主在内的多位科学家认同。 石墨烯的特异性是依靠其边界而存在的,我们提出边界碳原子的色散作用导致石墨烯可以存在的微观结构本质原因。 为了方便大家理解,石墨烯之所以存在,实际是打个比方来说就像一个网球拍,这个网是固定在一个由收紧的边界“箍”上,而这个“箍”所能施加的色散应力是有限的,一旦这网变大,网中间的碳原子自有振动受到约束力会越来越小,一旦其振动超出化学键作用范围,这个网必然破损。石墨烯不能制备很大道理与此类似。这样比喻更形象,仅是为了向大家介绍采用。实际物理机理还要考虑的势函数和电子轨道分布的影响(实际这些理论本身误差也很大,目前可用的数据准确性差, 所以不罗列这些公式计算了,这些计算结果误差大,但不影响结论),主要是利于大家理解这一问题。 诺奖研究者的很多结论和预期应用并不能推广到宏观尺度。根据其结果,因为热门,所发表的研究很多,但并未考虑到实际随着尺寸增大,其研究对象性质已经起了很大变化。诺奖和其后续很多研究者应当是忽视了这一问题。很多其材料研究存在跟风盲目的错误。 这一结论,不仅限于石墨烯,对于其他纳米材料也是一样的。十几纳米陶瓷粉体,可以在其熔点一半左右的温度成瓷,而微米级陶瓷粉体无法实现这一点,要到接近熔点温度才可以实现,这充分说明晶界的作用,固体材料纳米尺度与宏观尺度最大的物质结构差别之一就在于界面在其中的所占比例大小,换言之是界面化学键对于整个纳米结构都存在影响的尺寸,才是纳米材料的定义尺寸,对于每一种物质包括其同分异构体都会是不同的。除此之外,我们在其他纳米材料研究中,也测试到随着尺寸增大,在小于某一尺寸时,粉体地一些性质发生近似非线性的变化。
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半导体设备公司工作
cygwai09 2010-5-17 17:25
2008年3月硕士毕业。自己学的是材料专业,偏化学方向。但是自从上硕士起就不太喜欢以后搞化工材料方面的东西。打算博士读哲学、逻辑、科学哲学等方向,准备了好多,但是一直未能如愿。好像从心底不太喜欢做实验什么的,更喜欢思考一些。一转眼,毕业已两年。虽然不说曾经的理想现在如何如何,但是现实总是让你身不由己。 毕业之后来到一家大学出版社工作,然而出版社千篇一律单调的工作加上工资低,在工作一年半之后还是毅然离开了。但是不能说没有收获,在出版社我会使用了以前从来没用过的latex软件。学校内部的一些讲座等等让我知道了以前的知识很多缺陷,虽然试图弥补,但总还是感叹以前的时光没利用好。学校内的学生大都在考GRE和托福,自己也逐渐了解到出国留学是怎么回事。要在学术上做出些东西,不出国大概是不行的。 辞职后打算考博士,但是很遗憾地没能考上,人生真是世事难料。突然之间就感到生活的压力问题,女朋友,自己也老大不小了今后到底该怎么办,钱不够花等等。大概找了两个多月的工作,原先一直不想去公司做工程师,但是为了生计,还是来到了一家做半导体设备的公司。 学了工科是不是就是摆弄仪器、做实验的命,改行到其他行业会突然发现自己所学的几乎一无所用。有多少人会真正因为喜欢而工作,如果不是为了生计,为了赚钱,有谁会日复一日地愿意忍受在厂房、实验室内的重复性劳动和加班。的确,工程师的待遇不会低,但也不会很高。工业社会的机器化生产造成了人的这种状况。记得上次富士康的一篇报道,那些普通工人日复一日地工作,在那里耗尽了自己的青春,根本无法把握自己的未来。工程师是大学生,出了工资比他们高一些,本质上都是一样的。就像我一直认为的,这是一个丧失了生活意义的社会,难道生活就是为了能活着和赚钱花钱。到了公司后,我突然也有这种感觉了。我一直认为自己是学工科,如果没有真正地来到公司里做工程师,那也可能是人生的遗憾。但现在我是为了赚钱而来。 当然啦,如果这里也不是一无是处,也会发现新东西的。今天我就第一次进入到黄光无尘室,进行光刻机设备操作。以前只在电视里看过,全身被白色外套裹的严严实实的。今天自己真正穿上还是别有一番滋味。在里面主要看别人操作机器,自己找了块硅片,涂上胶之后进行光刻,然后用晶圆检测设备观察。光刻机涉及到光学、机械、软件、电子、材料等多个学科领域,确实自己有好多要学的。当然我们公司大部分的东西都是买来进行组装的。如果还有人不知道光刻机的话,我介绍下,光刻机就是在硅片上做集成电路、液晶平板显示器、生物芯片等的非常重要的设备,价格也是非常昂贵。 今天就写到这里,下次再与大家分享。
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mirror - 读了太簇的两篇科普文章
liwei999 2010-3-27 04:45
mirror - 读了太簇的两篇科普文章 读了太簇的两篇科普文章。 mirror Date: December 07, 2008 06:10AM 与太簇对过话。印象是解释什么是电动力学。太簇听出来其中的道理来,算是知音了。他的那些文章属于大脑的体操,活动一下脑筋的产物。在镜某这里有个政治上不正确的标准:聪明人些的东西即便是荒谬一些也可以理解。而傻人的荒谬文章就难以容忍了。说白了,还是对不聪明的人有些偏见。当老师的第一喜欢聪明的孩子,第二喜欢漂亮的孩子。但是这类话不好明说。 《跳蚤的弹跳本领没那么神奇》 是对隔壁论坛上跳蚤大战的一个总结。那是镜某的一个认识转折点:承认了有学不会的和教不会的人了。在此之前,镜某以为人是可以学会或者是教会的。有人认为太簇写得太罗嗦了,也有人写的满好的,基本上各个方面都论述清楚了。毕竟是众多人争论了许多天的话题,各类说法都顾及到就难免造成构文罗唆。 话题的引子是吃跳蚤肉 《跳蚤肉真的值得吃吗?请教齐国立教授》 。跳蚤肉神奇不神奇?这是个问题。作者给出了一个结论说: 引用: 如果有一只人体一样大的跳蚤,它的肌肉没的说,是最好的。它能跳多高呢?我的结论是,仍旧是一米;不会比一米高,更谈不上跳到月球上去。 其证明是 引用: 论证很简单,可想象这只大跳蚤是由千万只小跳蚤组成,大家一齐跳,能跳多高,读者自己回答吧。 镜某对此证明很感叹了一番。以为如此明晰的证明,应该人人可以理解了吧?结果不是。有人愿意相信跳蚤肌肉的奇迹,因此也就相信了放大了以后就可以跳得更高推论。方博士的当然,把跳蚤放大到人体那么大,也不可能跳到月球上去,最多跳个几百米高是个有代表性的意见。小法挑拨说镜某不批判版主最多跳个几百米高错误说法,点燃了大战的导火索。 爱迪生是位美国梦、美国文化的代表人物了。贫苦出身,通过努力获得成功的故事,被大人们利用来教育孩子。因为大人们需要这样的故事,很多的细节就被歪曲了。比如太簇描写的版本就是一个常见的说法。 引用: 爱迪生在带领部下发明灯丝时,象勤劳的蚂蚁一样,用穷尽法,众里寻他千百度,终于功夫不负有心人,总算让他找到了合适的材料。 实际上爱迪生做的工作是优化炭灯丝。材料已经锁定了,剩下的是如何能产业化的问题。按照着个思路,爱迪生关心发电和输电的问题就属于理所当然的事情了。显然教孩子如何发财不是合适的题材。 交流优越于直流的说法属于市井的常识了。太簇文章里讲的就是这个问题。特斯拉被爱迪生雇用过,也为雇主出过点子。可惜那些主意没有被采纳,只好投奔他人。 如同某某主义优越性的提法那样,好像没有什么一成不变的东西。某某主义优越得大家吃不饱饭的时候,显然那个市场主义救了中国。如今美国闹次贷危机,大金融企业被国有化了,反到在资本主义的大本营里体现出某某主义能够就美国来了。真有三十年河东四十年河西的感觉。那么自从爱迪生败给交流电优越性之后,有没有翻案的可能呢? 在今天,直流输电又成了时尚的高科技了。当年交流可以用变压器升压后输电,长距离的欧姆损失会变小。但是到了100万伏的档次上,交流的峰值要达到140万伏。因此实际上绝缘的档次要达到这个档次才能使用,这就显得吃亏了。还有交流的电压和电流有个相位差,使得用电量与名目上的VA不吻合。另外几百公里长的电线也是很大的成本。交流输电要三根,直流的只要两根就可以了。但是要实现直流输电,需要有很好的变频技术。而这个技术是半导体产业发达之后才解决的课题。 一说半导体一般的认识都是家用的电器产品。其实这类弱电只是被百姓看到的地方。电力调配用的半导体器件也十分多。比如家电的冰箱、空调往往有调频的说法。这就是通过半导体器件(可控硅)来改变电力的频率达到改变马达的转速的目的。这样所可以比开和关的控制方法节省电力,但成本偏高一些。 如果留心一下就会发现,调频技术在日常生活中可以看到很多。比如好一点的日光灯照明就利用比较高的频率,减少闪烁的感觉。这算是个灯具的卖点了吧。电磁炉里也用到调频技术。能用所有金属锅的炉子比只能用鉄基锅的炉子的差价是来自电源调频能力的不同。 开关电源的叫法大约都听说过。实际上这也是一类调频的电源。因为高频的变压器可以做得更小些。因为使用了调频技术,由此产生的噪音也就不可避免。开关电源噪音大已经是个常识了。但是对于一般几百瓦乃至几千瓦的用电系统,0.1%的噪音水平不过是带来几瓦的损失,不会有什么破坏性的问题。但是系统电功率到了MW级,情况就大不相同了。MW级的开关电源的0.1%就是kW级。这个噪音就是破坏性的功率了。很可能将系统中的过滤器各个击穿。这类事情光靠计算机模拟也没有结论。只有被打坏了东西之后才有些长进。 因此,吃一堑长一智是刚够本,要长几智才能有提高。当然也有光吃堑不长智的。 就是论事儿,就事儿论是,就事儿论事儿。 12月 8th, 2008 in 镜子大全 Comments (4) ironman 12月 8th, 2008 at 3:47 pm 好文,学习了。 海水一滴 12月 8th, 2008 at 5:11 pm 调频技术就是变频技术吧,很多电动机都采用变频器连接,或者用变频电机,但是价格比普通电机高出很多,另外直流输电成本会不会高呐?目前这方面的资料也不多。或者我可查到的不多。 liwei 12月 8th, 2008 at 8:50 pm 虽然是举手之劳,但是有必要么? (195079) Posted by: mirror Date: December 08, 2008 04:26AM 还是科普的话题。 有人问光子的大小,而且问得还很正经。虽是举手之劳,但镜某仍然没有这个心情。学问的另一个说法是学会问。能让人觉得愿意回答的问题就是好问了。 关于直流输电有人提问。其中有很多电动机都采用变频器连接,或者用变频电机的说法。镜某往往要求提问的人把握住所提问题的本意,因为许多时候提问人的表达有问题。 对多数人而言,更多的场面并不是要求知道某个技术的好坏、优劣,而是懂得划得来划不来的判断。判断划算与否最难的地方是时间的尺度上。因此,最有趣的事情是读MBA的匣子(case)。 就是论事儿,就事儿论是,就事儿论事儿。 敬禹 12月 8th, 2008 at 8:54 pm 好文。如果能够更详细就某个问题展开更好。 http://www.de-sci.org/blogs/liwei/archives/11982
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半导体 仿真模拟
COMSOLFEM 2010-1-11 10:00
Charge Carrier Motion in Semiconductors
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ZnS纳米棒簇的合成与性能研究
wzhong 2010-1-9 14:18
采用 ZnS 和 Zn 共沉积 的方法在 Au 膜上成功地制备出 ZnS 纳米棒簇,结果表明 ZnS 纳米棒的直径约 200 纳米,长约 1-2 微米,沿着 方向择优生长,非常均匀。该纳米结构材料在室温呈现出非常强的绿光( 520 纳米)发射峰。 如果 单纯采用 ZnS 为原料 ,则得到的产物是又细又长的纳米线(直径 60 纳米,长度达几十微米)阵列。我们研究了 ZnS 纳米棒簇和纳米线阵列的生成机理,并给出了合理的解释。相关结果发表在 CrystEngComm, 11(11), pp 2260-2263, 2009 上。 论文原文
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ZnxCd1-xS单晶一维纳米结构的合成与光学性能调控
wzhong 2010-1-9 14:06
ZnS具有 较高的红外透过率及优良的光、热学性能,是良好的飞行器及激光器窗口材料,在光电子方面也有很广泛的应用前景,比如激光发生器和基于非线性光学性质基础上的光学仪器。近年来, ZnS 一维纳米结构(纳米管,纳米带,纳米线)受到了广泛关注。就半导体而言,能带是一个非常重要的参数。改变能带的大小或者结构将扩宽这种材料在光电领域的应用范围。 ZnS 基的三元复合合金(比如 Zn x Cd 1-x S )是一个非常好的选择。目前,人们在 Zn x Cd 1-x S 薄膜和量子点方面的研究工作比较多,而对于一维结构的合成和设计方面的工作非常少。我们采用气相传输沉积的两步方法在镀金的硅片上制备了组分均一的 ZnxCd1-xS 单晶一维纳米结构。此纳米结构的近带发射随着组分 x 的变化而变化,即我们可以通过调变 Zn 和 Cd 的组成来调控材料的发光性能。并且通过改变蒸发温度和加入 ZnS 的量进而改变 ZnS 蒸汽的浓度,可以控制 ZnS 纳米带模板的宽度,达到调整 ZnxCd1-xS 纳米结构的宽度的目的。通过较高温度的退火,能够减少晶体缺陷和晶体内的应力,达到提高近带发射的目的。相关结果发表在 Crystal Growth Design, 9(11), pp 4602-4606, 2009 上。 论文原文
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半导体材料
footwhf 2009-7-14 21:00
我们日常用的铜、铁、铝等,都很容易导电,因而叫做导体;而橡胶、 塑料等几乎不导电,因而叫做绝缘体。如果某物质不是导体,那它就一定是 绝缘体吗?答案是否定的。在导体和绝缘体之间还存在大量半导体,其导电 能力居中,并且随温度升高而增大,随温度下降而减小。 半导体分三种:本征半导体、 p 型半导体和n型半导体。 不含杂质的纯净半导体叫本征半导体,它的导电能力很差。为了提高纯 质半导体的导电能力,常常在本征半导体中掺入少量杂质。如在硅中掺入硼, 硅原子周围就形成可移动的空穴,这就是 p 型半导体;如果在硅中掺入磷, 材料中就会出现多余电子,这就是 n 型半导体。它们各有自己的特性,常常 联合使用。人们为了获得所需要的半导体,就必须制得纯净的本征半导体。 目前,人们所获得硅的纯度已达 14 个 9 。这是人类 材料史上的一个奇迹。 半导体材料有许多奇妙用途,在各个领域发挥重要的作用,无论是收音 机、电视机,还是大型计算机、工业电气化系统,都离不开半导体材料。 半导体材料是制造电子元件的主要材料,而我们用的收音机、电视机、 电子游戏机以及工业用的电子计算机、机器人等,都是由无数的电子元件构 成的。半导体材料制成的电子元件不仅功能强、效果好,而且重量轻、寿命 长、耗电省。 1946 年,美国研制出世界上第一台电子计算机,使用了 18000 个真空电子管, 1500 个继电器,重量达 30 吨,占地面积 170 平方米 ,真是 一个庞然大物。而现在运算速度比它快得多的微型计算机,还没有一张书桌 大。 电子元件的发展已经历了四个时代, 1947 年美国的布拉坦和同事制成了 晶体管,这是第一代。晶体管因性能优于电子管而被广泛使用。 1962 年,在 一小块硅片上制成了几个元件组成一个小型电路,这就是小型集成电路。集 成电路体积小而功能大,因而迅速发展起来。 1965 年发展到中规模集成电 路,指甲大的一块硅片上可制作上百个元件。 1968 年出现了大规模集成电 路,在 5 ~ 7 平方毫米的硅片上制成了上万个元件。 1979 年日本在 6 平方毫 米的硅片上制成了 15 万个元件,这就是超大规模集成电路。目前人们正在研 制三维集成电路。前几代集成电路都是平面式的,像一排排的平房。而三维 集成电路则像高楼大厦,在一层元件上再重叠一层元件,这样,每个元件与 周围元件的联络构成一个空间网络,便于信息的传递和处理。用这种三维集 成电路也许可以模拟人脑的思维,如果是这样,那么我们就可以制造出会思 考、会自行解决问题的机器人了。 半导体材料具有良好的光电转换效应,是制造光电电池的好材料。有了 廉价高效的光电电池,我们才能充分利用清洁的太阳能。有些半导体材料的 温差电动势很大,能直接把热能转换为电能,这就是所谓的热电材料。 这种 温差发电机适用于缺电的 边远地区。在宇宙飞行器、导航设备上也用到它。 半导体材料还用于制造激光器。激光方向性好,能量集中,在现代各个 行业都得到广泛应用。大功率的激光武器为各国所重视。用半导体制成的发 光二极管,在光纤通讯方面有重要用途。光纤通讯比微波通讯效果更好,一 条光缆可载上亿门电话。人们预计,光计算机将比电子计算机运算速度快几 十倍。 半导体材料经过几十年的发展,已历经三代,最早人们用锗,但锗元件 的寿命和效果都不大理想,人们转而重视开发硅,目前硅已成为应用最广泛 的半导体材料。为了在高温、高频领域取得进展,人们又看重砷化镓。它是 砷在高温下和镓结合生成的化合物,是高频、高温电子元件的理想材料,它 必将在巨型计算机、高效机器人、激光、光纤通讯等方面发挥重要作用。
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【会议】Failure of Small-Scale Structures/ 2010 TMS Annual Meeting
yahuang 2009-6-26 14:53
Dear Colleague: We would like to let you know of our symposia Failure of Small-Scale Structures at the 2010 TMS Annual Meeting. This symposia will focus on failures in small scale structures (flexible and semiconductor electronic systems, actuators, resonating cantilever, biological systems, fuel cells, MEMS devices, etc) and will discuss combinations of possible failure mechanisms. Possible mechanisms could include, but are not limited to: electromigration, diffusion, crack formation and propagation, oxidation, corrosion, fatigue (thermal, corrosion, cyclic), creep, delamination, wear etc. Anticipated topics include: fracture and deformation of small-scale biological systems, nanowires/nanotubes, thin films and film structures, microlectronics, MEMS, micro pillars, etc. . Invited speakers to include: Markus Buehler (MIT), Bob Keller (NIST), Jianyu Huang (Sandia National Labs), Xiao-Yan Gong (Medical Implant Mechanics), William Nix (Stanford), Daniel Gianola (U. Penn), Julia Greer (Cal Tech), Ahmed-Amine Benzerga(Texax AM), Mike Dugger (Sandia National Labs), Chung-Souk Han (North Dakota State), Gerhard Dehm (MU-Leoben), Michael Uchic (Air Force Research Labs), and Johann Michler (EMPA). More information can be found at: http://www.tms.org/meetings/annual-10/AM10home.aspx
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请教一个很外行的问题
zhshxboshi 2009-3-10 10:07
有没有哪位大侠给我解释一下怎么来判断材料是不是半导体材料,我是外行啊,不好意思问这样的问题? 我想知道可以通过什么方法表征材料属于半导体,不知道大家理解我的意思否? 迫切需要知道答案,各位路过的给点支持!
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热电材料科学进展及其对当代社会发展的影响及启示
热度 3 xwang0822 2008-12-7 20:08
发了几篇生活中的感悟,却迟迟没有专业相关的博文,以下是我的一个课程报告,算是对我的专业方向的一个交代吧,内容浅显,欢迎各位专家学者与我在此平台交流专业问题,并对文中知识性错误进行批评指正。 热电材料科学进展及其对当代社会发展的影响及启示 摘要: 热电材料是热 - 电能量转换的基础。其研究与发展已历经一百多年,特别是在 1955-1965 的 10 年间,国际上热电材料的研究曾达到高潮。随后由于高效率氟利昂压缩机的发现及应用等原因,热电材料经历了 30 多年的冷落期,然而自上世纪 90 年代,国际上又重新燃起了寻找新的高效热电材料的战火,任何技术上的突破将会对工业及环境产生巨大影响。 1 引言 早在 19 世纪初,法国物理学家 T.J.Seebeck 就发现了金属中的热电效应,即将两种材料组成圆环的两个接头置于不同的温度环境中,该环状导体中将产生电动势,这是热传导与电传导之间的两场耦合效应,亦称为温差发电效应。随后, Peltier 与 Tomson 发现了热电材料的其他两种效应,即电子致冷效应与 Tomson 效应。基于这些耦合效应,可用热电材料及器件实现热电之间的转换,把热能直接转换为电能;或反之,利用热电材料的 Peltier 效应产生热电致冷。因此,自热电材料发现伊始,科学家与工程师们便大力挖掘热电材料在发电、致冷、恒温控制与温度测量等领域的应用。其中,广泛用于温度测量的热电偶是热电科学应用中最成功最经典的例子 。 2 热电材料科学研究的发展历程 2.1 热电材料科学初期的艰难进展 自 1823 年热电效应发现至今已有一百多年的历史。利用简单合金制作热电偶测量温度及辐射能已得到了极其广泛的应用,然而热电偶的应用仅仅是将热能转换成电信号,而不是用于热电发电。在 1909 年, Altenkirch 建立了热电发电与制冷理论,提出了热电材料性能由它的优值 (Figure of merit)Z 来表征, Z 值越大则转换效率越高。实际工作中也常使用无量纲因子 ZT 的概念, ZT 值主要由三个参数来表征,要求具有高的 Seebeck 系数 ( a ) 和电导率 ( ) 、低的热导率 (k) ,如下式 : ZT = a 2 * *T/k 最初热电材料的研究仅限于金属,但金属材料的 Seebeck 系数 a 很小,故转换效率极低 ( 约 1 % ) ,致使热电发电应用方面的研究一直没有实质性的进展。直到上个世纪 50 年代,前苏联物理学家 Abram loffe 发现半导体掺杂后具有比金属高出几个数量级的 Seebeck 系数 a ,从而掀起来一股世界范围的热电材料研究热潮。在这段研究期间,对纵多的半导体和合金体系的热电性能进行了研究,发现碲化铋 ( 在室温 ) 是最好的热电材料,它的优值 ZT 约为 1 。但即便如此,其转换效率仅为家用氟利昂压缩机制冷效率的 1/3 ,这使 Loffe 最初将热电材料应用于家用电冷箱的设想变的不切实际。为了成功地与其他换能系统竞争,热电材料的 ZT 值必须提高至 1.5 ~ 3 。 尽管研究初期开发的热电材料转换效率低下,但由于热电器件的系列优点,如无移动部件、结构紧凑、无工作噪声、无污染、无振颤、安全不实效等,使得热电材料与器件在少数尖端高科领域得到了成功的应用。例如, 1977 年美国发射的旅行者号飞船中即安装了 1200 多个热电发电器,这些装置为飞船上的无线电系统、罗盘等科学仪器提供稳定长寿的动力源。 由于热电转换的独特优点,西方发达国家和前苏联的科学家一直进行艰辛的探索,也总结出来了不少研究成果,表明 a 、和 k 三个参数均为温度的函数,三者相互关联互为约束,仅可在半导体中通过适当掺杂等办法优化材料结构。受当时半导体制备工艺水平的限制,当时的研究思路还仅停留在掺杂工程层面,尽管如此,根据理论原则进行选择并经实验结果论证,不少同时具有高的迁移率、载流子有效质量和低的晶格热导率 ( 在此仅考虑晶格热导,因为电子热导与电导率呈正比关系 ) 的半导体热电体系相继被发现,如适合中温区间的碲化铅、适于高温使用的硅锗合金等,另外非常规半导体如,极化子半导体 n 型 FeSi 2 和富硼化合物等也具有较优良的热电性能。 在长期不懈的努力下尽管有了上述一些阶段性结论成果,但在近 40 年的时期内, ZT 约为 1 的记录一直未被打破,为热电科学研究领域蒙上了一层阴影, 科学家们逐渐对该领域丧失信心与兴趣,从而热电材料研究转入了长达三十多年的低谷。 2.2 热电效应及材料的新发展 近年来随着人们对能源、环境与可持续性发展之间关系问题的日益重视,以及半导体科学的新思路新发展,热电科学又获得新的活力。 Hicks 等人首先提出了超晶格量子阱 (MQW) 结构对热电效应的影响,认为减少维度会使费米面附近的电子态密度变大,增大了电导率,且使得载流子的有效质量增加,从而使超晶格量子阱的热电动势率相对于体材料有大幅的提高;另一方面,多层化引起的声子界面散射增加及量子禁闭效应减少了材料的热导率。与此同时,形式各异且各具特点的薄膜制备方法为半导体热电科学的发展指出了新的方向,如制备超晶格的主要技术主要有真空蒸镀方法、分子束外延 (MBE) 、磁控溅射、电化学原子层外延 (ECALE) 、金属有机化合物气相沉积 (MOCVD) 和连续离子层吸附反应法等。制备方法的引入结合新颖的思路反过来丰富了热电科学的理论,使得实验科学与理论模型互为借鉴,形成良好的发展趋势。 热电科学除了在低维度材料 的进展,体材料 领域同样有令人瞩目的进展。 Slack 描述了作为候选热电材料的特点窄禁带半导体, E g 10K B T(K B 为玻尔兹曼常数 ) , 300K 时约为 0.25eV ,迁移率达 2000cm 2 /vs ,而同时热导率应较低。于是电子晶体声子玻璃 (PGEC) 概念的材料应运而生,即同时具有非晶态玻璃的低物性和晶体良好的电性能。自此,大量的不同体系 PGEC 热电材料成为科研人员争相开发的热点。实验表明,几种性能优良的 PGEC 热电体为方钴矿 (Skutterudite) 、笼形化合物 (Clathrates) 、 Half-Heusler 结构、 Zintl 相结构以及准晶材料等。上诉几类材料均具有独特的晶体结构,如 Skutterudite 和 Clathrates 体系即在其结构中存在一系列的结构空隙 ( 或笼子 ) ,可供插入外来原子 (Guest) 如稀土等,实现笼内填充原子与笼壁主体 (Host) 原子之间弱的键合,笼内插入原子的剧烈振动与主体原子晶格振动模式耦合形成新的光学支振动模式,从而降低材料的热导,此即为声子玻璃的由来。同时,主体原子仍保持良好的周期势场,载流子仍具有极好的迁移性能,此即电子晶体。另外, Half-Heusler 结构、 Zintl 相结构则是利用其自身的复杂结构 ( 包括内部的多面体空隙笼式结构、孤立线型络合阴离子基团等 ) 以晶体化学的角度对热电的多个参数进行控制和调整,从而实现热电优值的优化。 3 当代社会对热电材料科学提出的新要求 近年来,人类社会从几个方面的发展角度考虑对热电材料寄予了更为迫切的要求和期望。在此前提下,各个国家和地区的政府也为热电科学的发展注入了大量财力物力和新的活力。首先,能源问题。目前化石燃料的大量消耗和逐渐枯竭的趋势已经是不争的事实,人类文明和工业生产离不开动力源的支持,能源的贮备和控制成为各个国家和地区亟待解决的战略性问题。这个矛盾的解决方案要求人类必须用发展的眼光去看待未来的出路,所幸世界上大部分的国家和地区已经注意到了这一点。在技术层面上,采用可再生能源已成为绝对的焦点,太阳能,核能,风能,水利势能发电,地热能以及工业废热利用等不同能量转换模式都普遍得到了重视,其中不少业已得到了规模化的应用,比如太阳能光伏电池的广泛研发和试用,风能风车发电在北欧季风地区(瑞典芬兰等国)已实用化。热电转换作为候补机制之一,同样被人们寄予了厚望。丰富地热能源的利用、工业废热的回收利用以及汽车尾气废热的循环利用供电以作为车内驱动源之一等,都促使了人们对高效热电转换材料的大力开发。 再者,环境保护问题。生态环境与人类社会之间的和谐共存已得到全人类的共识,可持续性发展是全人类共同面对的挑战。在我国,第二代领导人提出科学发展观 和五个统筹发展方针旨在践行将我国工业发展模式由粗旷型向集约型转变,走新型工业化道路;第三代领导集体提出全民构建和谐社会,其中内涵更加系统和深入的认识到了国民经济和自然环境之间的依存关系。目前,由于化石燃料的过度开采使用和废弃产物的肆意排放,生态平衡遭到破坏,形形色色的恶性反馈已威胁到了人类社会文明的良性发展,乃至人类的生存处境。 生态链的破坏致使物种减少,过度砍伐以至森林面积大幅缩减,土地沙漠化,河流污染生活水源缺失等,影响人类生活;更严重者,如使用氟利昂导致大气臭氧层漏洞,紫外光谱及其它宇宙射线穿透大气层威胁人体健康,而工业生产和汽车尾气中 CO 2 及硫化物等温室气体的肆意释放,导致地球大气层浓度厚度异常,其温室效应造成地表温度上升冰川融化,直接威胁人类生存。开发利用清洁能源以避免工业生产对生态进一步恶化是大势所趋。各种新能源技术应运而生,包括燃料电池 (FC) 技术、光伏太阳能电池技术、超导技术和热电转换技术等,采用环保技术以缓解人类社会对生态环境的压力。比如,热电材料和器件的开发使用,可通过无污染的热电转换效应利用废弃热能 ( 来自地热、太阳光热、汽车尾气热、工业废热等 ) 获取电能供生产生活用电,或利用热电材料的电子致冷效应取代氟利昂压缩制冷技术,从而避免氟利昂对大气臭氧的破坏。 第三,科学技术自身发展的需要。热电科学作为凝聚态理论的一个分支,自身需要发展。现时代世界范围内对热电系统的研究主要集中在半导体,作为前沿交叉学科之一,热电科学涉及到固体理论在半导体中的应用,集成了纳米科技,晶体化学、热科学和能源科学等多学科的内容。而实验科学和理论研究又是相辅相成,互为促进的。比如,材料计算科学采用早期经典的热电理论为依据,结合第一性原理分子动力学或蒙特卡罗等建模的方式模拟热电材料与器件的制备生长环境,从理论上给出热电体系及实验参数的选取原则,实现对实验制备的指导。反之,计算机建模的前提是必要的近似和假设,与制备环境必然存在偏差,客观的实验结论则可对理论进行修正和补充。 4 展望 由于近年来环境和能源问题日益严峻,热电转换技术已经得到日、美、欧等西方先进国家的普遍重视,目前已有一部分成果得到了应用。毋庸讳言,我国在热电科学领域的研究还处于初步阶段,离国际先进水平还存在较大差距。但我们具有这样的信心,即在不久的将来,我国的热电科技水平将随着国家整体科技实力的进步而实现大幅的跨越。以下工作方向值得引起热电工作者的重视 : (1) 加强器件的工艺研究,全面开发不同温度区间的高效热电转换材料,实现器件使用过程中温度梯度条件下有不同的高效选材,同时注重不同材料间匹配性 ( 相容性因子 1) ; (2) 在量子理论和固体理论的指导下,结合新的实验结论,促进热电科学理论的发展,进而拓宽热电研究的思路; (3) 加强纳米尺度微结构与热电性能之间关系的研究,如低维量子效应热电材料、有机无机纳米复合材料、氧化物热电材料等。
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说说帕耳帖效应
songshuhui 2008-9-2 15:21
Melipal 发表于2008-06-18 星期三 14:45 分类: 学科 , 物理 | | 前些天和同实验室的同学聊天,无意间聊到了饮水机如何制冷的问题。要说也是,这东西一来价钱不算太贵,二来耗电也不算太大,不大可能是用压缩机,那么是用什么方式让水降温?于是google之,赫然发现用的是半导体制冷,原理就是所谓的帕耳帖效应。原来这东西跟业余天文用CCD的制冷是一个道理,于是连忙去翻实测天体物理的讲义 帕耳帖效应其实是诸多热电效应的一种,算是Seebeck效应(也就是温差电效应)的逆过程。Seebeck效应是在两种导电材料的接合处通过温差来产生电压,帕耳帖效应就是让施加有电压的两种导电材料产生温差。具体计算也很简单,如下式所示: 其中 是产热率, I 是电流, 指两种导体的帕耳帖系数,物理意义是单位电流在某种材料中携带的热流数量。由于两种材料连接处电流连续而帕耳帖系数不连续,此处就会有热量的积累或是损失。通过改变电流的方向,就可以决定让设备产热或是制冷。 其实帕耳帖效应的发现不算晚,是在1834年。当年的发现者John-Charles-Athanase Peltier用的是铜线与铋线组成热电耦,不过现在出于效率的考虑,一般还是选择半导体材料,一端连接P型半导体,一端连N型,如今在小电器里用得遍地开花的应该就是它了。通常前者的帕耳帖系数为正,后者为负,这样就可以保证相对系数较大,增大热流进而是增大所产生的温差。 帕耳帖效应发现者、法国自然科学爱好者Peltier(1785 - 1845) 半导体热电耦示意 该效应的物理解释?可参考下图,电流可以归为电子的运动。在不同的导电材料中,电子所处能级并不相同。若从低能级运动至高能级,就需要将部分动能转化为势能,速度降低。微观运动速度是温度的表征,表现在宏观上,就是温度的下降。反之则是温度升高。在下图中,红绿色区域分别表示不同的材料,电子在绿色部分能级较低,红色部分能级高,因此电流从绿色流至红色时,在接合处就是降温区(上),由红至绿的接合点则为升温区(下)。至于Seebeck效应与帕耳帖效应的关系,其实就是帕耳帖系数等于Seebeck效应中温差与温差电动势的乘积。 对于天文CCD应用,号称是将多个热电耦组成热电堆,多堆合用可以做到摄氏零下70余度。当然这纯粹是掉书袋地一说,照搬实测天体物理学讲义的说法,不清楚实际情况如何,至少对于本人曾经使用过的SBIG ST7型CCD来说,最低是降到过零下20度上下,应付教学足矣,对于科研应用却有些过高。 不过对于日常用途,这帕耳帖效应真可谓优点多多,首先是环保,绝无氟利昂泄露之忧,也基本上没有恼人的噪音。当然还有结构的可靠性,因为本身没有什么可移动的部件,只是简单电路而已,制作维护也都方便。另外成本低廉也是其一大好处,电效应饮水机要比配有压缩机的饮水机便宜得多就是明证。不过由于该效应效率低、制冷速度慢,并不适合追求大面积或是高速的场合。 话说不知道有没有什么利用帕耳帖效应设计的日用品问世,比如做成椅垫,用开关控制电流方向来决定是产热还是制冷,冬夏使用皆宜,如此岂不妙哉? 标签: 制冷 , 半导体 , 帕耳帖效应
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加州阳光之二十七 III-V族的革命
songshuhui 2008-9-2 14:29
siccashq 发表于2008-07-14 星期一 9:07 分类: 物理 | | 公元 02007 年 10 月 3 日,一位叫做周正龙的农民声称拍到了一只野生华南虎,镇坪县林业局绕过安康市林业局,越级上报省林业厅,省林业厅当即决定奖给拍虎英雄 2 万元,并最终演变本世纪初中国一场啼笑皆非的年画虎事件。公元 01988 年,在日本一个叫阿南的小城市里,一位普通的日亚公司职员厌倦了十年来生长一些磷化镓砷化镓单晶的活,也冒然越级走进公司董事长的办公室,提出了要制备氮化镓蓝光发光二极管,董事长当即决定资助 500 万美元的设备支持。三年后这位中村修二同学便在《应用物理快报》上发表了生平第一篇英文文章:一种用于生长氮化镓新颖的金属有机物化学气相沉积法。论文一发表便轰动了世界半导体产业界和科学界,要知道这个时候世界上有多少大公司、著名大学科研机构都在为半导体蓝光光源薄膜材料的制备工艺头痛不已,而氮化镓正是 III - V 族半导体材料中最具有希望的宽禁带光学材料。 问题并不在于这些科学家们不知道氮化镓,物理学上关于这种材料的能带结构、 PN 导电类型调控以及发光特性都有大量的理论和实验上的成果,真正让人头疼的是如果要实现这种材料的器件化,必须要使基板材料和氮化镓晶格匹配才行!正是因为这个难题全世界科学界和产业界几乎都把氮化镓抛在脑后,一股风地去研究能生长在砷化镓基板上的硫化锌、硒化锌等 II - VI 族半导体,即便这些半导体材料发光效率并不高,而且使用寿命很短。正如中村修二后来打趣的说,因为这些大公司的研发力量把 II - VI 族半导体的山头都占满了,不能竞争,只有另辟蹊径走别人不走的路。 一个人走在这条荒无人烟的路上,这确实是一条中村修二自己踏出的路,没有实验员,没有助手,难怪整个科学界都感到惊讶。他在短短四年时间克服了两个重大材料制备工艺难题,一个是高质量氮化镓薄膜的生长;另一个是氮化镓空穴导电的调控。前者他改进了金属有机物气相生长过程中组分气流进入的方式,经过多达 500 次试验,终于在普通蓝宝石基片上获得高电子迁移率的氮化镓薄膜;解决后一个问题采用的方法更加具有传奇色彩,当时日本 Meiji 大学的 Akasaki 和 Amano 教授已经报道镁掺杂的氮化镓薄膜利用电子束辐射可以实现空穴导电,但是中村修二实验发现只要控制工艺中的氢气浓度就可以大规模地得到 p 型掺杂材料。 01994 年 4 月,当中村修二在美国旧金山举办的春季材料会议上打开他发明的蓝色激光器那一瞬间,整个会议厅的科学家们如同小孩看烟火一般不断发出赞叹的声音。 我有时候很惊讶为什么日本这个国家总是出现这么多科学上的奇迹,中村修二是个公司的普通职员而已,发明蓝色激光器之前他也只是日本一个不知名大学(德岛大学)毕业的硕士生。回想到 02002 年诺贝尔化学奖奖给日本的田中耕一,一时间世界化学家们都不知道这个人是谁,日本化学界也都茫然地面对记者的提问,后来才知道田中耕一只是岛津制造所的一个小职员,本科生学历,所发表的关于测定蛋白质质量的论文也只是登载在日本一个小刊物上。我在想,当我们科学界沉醉于谈论 SCI 、影响因子和量化指标的时候,科学变成了一个急功近利炫耀的舞台,而不是充满冒险、乐趣、坚守和奉献的探索之旅,浮躁有理么?我们的科技体制到底要将科学轨道扳向何方? 闲聊一句,中村修二虽然把最有显示度的结果都发表在美国的《应用物理快报》上面,但是对于核心的工艺成果却是通通发表在《日本应用物理杂志》上面。当然器件物理领域一些繁琐的革新是无法上一些物理化学明星期刊的,成果的优劣当然没有必要用这些期刊的高影响因子来证明。我们很多时候喜欢反过来说,国内大学科研院所网站上科技新闻的特点就是一有突破就是在 Nature , Science , JACS , PRL 等等上面发了什么文章,如果没有这些期刊充面子简直提不上创新。另一方面,为什么中村会将工艺上的突破全部让本国刊物来发表?我猜测这个和日本应用物理学会对于重大知识产权的保护有很大的关系,如果试图发表在他国刊物上,必然会经受同行求疵而不是同行评价,严重的还会出现被压制或者被某个小组抢先一步发表。原创性成果的抢先发表有时候是科学家们的战争。但是我还是鼓励好的成果在做好知识产权保护之后(如申请专利或者在国际会议上简要宣布)发表在国际刊物上,我不认为这是学术殖民化,难道美国人会因为向英国《自然》投稿而感到被殖民化?真正的问题在于我们如果选择在一个平等的舞台上表达,就要面对暂时性的开发利用能力的不平等。在知识的转化上面我们是远远处于劣势的,这是真正让人感到不平衡的地方。如果我们因为领悟力不足而放弃在世界舞台自主创新做出努力,那么最后连交学费的机会都没有。 中村修二发明的氮化镓发光二极管对人类的贡献是显而易见的:利用深紫外发光可以高效率地净化生活用水;光纤通信的传输效率得到提高;超长使用寿命和高电光转换效率的全固态白光光源将极大促进绿色能源进程。美国能源部主持的一个关于全固态照明应用节能报告中指出, 02027 年如果用半导体发光技术取代现有主要照明工具的话,将可以节省近 660TWh ,相当于让 40 个 1000 兆瓦的发电站停工。 杜祥琬院士也帮中国算了一个帐: 如果都改用节能灯,可以节约一千亿度电,长江三峡每年是 800亿度,就是说我们能节约一个三峡还要多。我总是很同情环保主义者的很多偏激做法,之所以同情,是因为他们提供不了比科学更有效的方法来促成自然生态和人类社会融洽共处。 爱迪生曾经说过一句很有名的话:我们将生产出最便宜的电力,让富人去买蜡烛!半导体发光照明的最终实现,将来在昏黄的白炽灯下怀旧或会变成一种奢侈的享受呢。这真是一场 III - V 族半导体引发的能源革命。 标签: 二极管 , 半导体
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我的博客前言
许少鸿 2008-7-17 13:18
发光 (Luminescence) 是一个涉及固体物理、光学、有机和无机材料、半导体等等许多领域的交叉学科。固体发光的教科书虽然很多, 但是每本书通常只侧重发光机制的某一方面。近十几年我在上海科技大学和上海大学给研究生讲课时,感到没有一本适合于发光专业研究生学习的教科书。其原因是多方面的。首先, 研究生的知识背景不同。 其次,研究生将来的研究方向也不同。 因此我在讲课时, 尽量考虑具有不同本科专业背景的学生的需要, 并且比较全面地介绍发光的基本理论。 这样使学生在阅读有关文献时,能够比较容易地掌握其主要内容。经过多年的积累,形成了一本讲义。现在我把这份讲义放在我的博客里,以便在与发光有关的各领域中工作的科技人员参考。
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