半导体材料论文5000字

半导体材料论文5000字

半导体物理学的迅速发展及随之而来的晶体管的发明，使科学家们早在50年代就设想发明半导体激光器，60年代早期，很多小组竞相进行这方面的研究。在理论分析方面，以莫斯科列别捷夫物理研究所的尼古拉·巴索夫的工作最为杰出。在1962年7月召开的固体器件研究国际会议上，美国麻省理工学院林肯实验室的两名学者克耶斯（Keyes）和奎斯特（Quist）报告了砷化镓材料的光发射现象，这引起通用电气研究实验室工程师哈尔（Hall）的极大兴趣，在会后回家的火车上他写下了有关数据。回到家后，哈尔立即制定了研制半导体激光器的计划，并与其他研究人员一道，经数周奋斗，他们的计划获得成功。像晶体二极管一样，半导体激光器也以材料的p-n结特性为敞弗搬煌植号邦铜鲍扩基础，且外观亦与前者类似，因此，半导体激光器常被称为二极管激光器或激光二极管。早期的激光二极管有很多实际限制，例如，只能在77K低温下以微秒脉冲工作，过了8年多时间，才由贝尔实验室和列宁格勒（现在的圣彼得堡）约飞（Ioffe）物理研究所制造出能在室温下工作的连续器件。而足够可靠的半导体激光器则直到70年代中期才出现。半导体激光器体积非常小，最小的只有米粒那样大。工作波长依赖于激光材料，一般为0.6～1.55微米，由于多种应用的需要，更短波长的器件在发展中。据报导，以Ⅱ～Ⅳ价元素的化合物，如ZnSe为工作物质的激光器，低温下已得到0.46微米的输出，而波长0.50～0.51微米的室温连续器件输出功率已达10毫瓦以上。但迄今尚未实现商品化。光纤通信是半导体激光可预见的最重要的应用领域，一方面是世界范围的远距离海底光纤通信，另一方面则是各种地区网。后者包括高速计算机网、航空电子系统、卫生通讯网、高清晰度闭路电视网等。但就目前而言，激光唱机是这类器件的最大市场。其他应用包括高速打印、自由空间光通信、固体激光泵浦源、激光指示，及各种医疗应用等。晶体管利用一种称为半导体的材料的特殊性能。电流由运动的电子承载。普通的金属，如铜是电的好导体，因为它们的电子没有紧密的和原子核相连，很容易被一个正电荷吸引。其它的物体，例如橡胶，是绝缘体 --电的不良导体--因为它们的电子不能自由运动。半导体，正如它们的名字暗示的那样，处于两者之间，它们通常情况下象绝缘体，但是在某种条件下会导电。

求一光电子技术 半导体或探测器 论文 1500字

半导体射线探测器
最初约年研究核射线在晶体上作
用, 表明射线的存在引起导电现象。但是, 由
于测得的幅度小、存在极化现象以及缺乏合适
的材料, 很长时间以来阻碍用晶体作为粒子探
测器。就在这个时期, 气体探测器象电离室、
正比计数器、盖革计数器广泛地发展起来。
年, 范· 希尔顿首先较实际地讨论了
“ 传导计数器” 。在晶体
上沉积两个电极, 构成一种固体电离室。为分
离人射粒子产生的载流子, 须外加电压。许多
人试验了各种各样的晶体。范· 希尔顿和霍夫
施塔特研究了这类探测器的主要性质, 产生一
对电子一空穴对需要的平均能量, 对射线作用
的响应以及电荷收集时间。并看出这类探测器
有一系列优点由于有高的阻止能力, 人射粒
子的射程小硅能吸收质子, 而
质子在空气中射程为, 产生一对载
流子需要的能量比气体小十倍, 在产生载流子
的数目上有小的统计涨落, 又比气体计数器响
应快。但是, 尽管霍夫施塔特作了许多实验,
使用这种探侧器仍受一些限制, 像内极化效应
能减小外加电场和捕捉载流子, 造成电荷收集
上的偏差。为了避免捕捉载流子, 需外加一个
足够强的电场。结果, 在扩散一结, 或金属
半导体接触处形成一空间电荷区。该区称为耗
尽层。它具有不捕捉载流子的性质。因而, 核
射线人射到该区后, 产生电子一空穴载流子
对, 能自由地、迅速向电极移动, 最终被收
集。测得的脉冲高度正比于射线在耗尽层里的
能量损失。要制成具有这种耗尽层器件是在
年以后, 这与制成很纯、长寿命的半导体
材料有关。
麦克· 凯在贝尔电话实验室, 拉克· 霍罗威
茨在普杜厄大学首先发展了这类探测器。
年, 麦克· 凯用反偏锗二极管探测“ 。的粒
子, 并研究所产生的脉冲高度随所加偏压而
变。不久以后, 拉克· 霍罗威茨及其同事者测
量一尸结二极管对。的粒子, “ , 的刀
粒子的反应。麦克· 凯进行了类似的实验, 得
到计数率达, 以及产生一对空穴一电子对
需要的能量为土。。麦克· 凯还观察到,
加于硅、锗一结二极管的偏压接近击穿电压
时, 用一粒子轰击, 有载流子倍增现象。在普
杜厄大学, 西蒙注意到用粒子轰击金一锗二
极管时产生的脉冲。在此基础上, 迈耶证实脉
冲幅度正比于人射粒子的能量, 用有效面积为
二“ 的探测器, 测。的粒子, 得到的分
辨率为。艾拉佩蒂安茨研究了一结二极
管的性质, 载维斯首先制备了金一硅面垒型探
测器。
年以后, 许多人做了大量工作, 发表
了广泛的著作。沃尔特等人讨论金一锗面垒型
探测器的制备和性质, 制成有效面积为“ 的
探测器, 并用探测器, 工作在,
测洲的粒子, 分辨率为。迈耶完成一
系列锗、硅面垒型探测器的实验用粒子轰
击。年, 联合国和欧洲的一些实验室,
制备和研究这类探测器。在华盛顿、加丁林堡、
阿什维尔会议上发表一些成果。如一结和面
垒探测器的电学性质, 表面状态的影响, 减少
漏电流, 脉冲上升时间以及核物理应用等等。
这种探测器的发展还与相连的电子器件有很大
关系。因为, 要避免探测器的输出脉冲高度随
所加偏压而变, 需一种带电容反馈的电荷灵敏
放大器。加之, 探测器输出信号幅度很小, 必
需使用低噪声前置放大器, 以提高信噪比。为
一一满足上述两个条件, 一般用电子管或晶体管握
尔曼放大器, 线幅贡献为。在使用场效
应晶体管后, 进一步改善了分辨率。
为了扩大这种探测器的应用, 需增大有效
体积如吸收电子需厚硅。采用
一般工艺限制有效厚度, 用高阻硅、高反偏压
获得有效厚度约, 远远满足不了要求。因
此, 年, 佩尔提出一种新方法, 大
大推动这种探测器的发展。即在型半导体里
用施主杂质补偿受主杂质, 能获得一种电阻率
很高的材料虽然不是本征半导体。因为铿
容易电离, 铿离子又有高的迁移率, 就选铿作
为施主杂质。制备的工艺过程大致如下先把
铿扩散到型硅表面, 构成一结构, 加上反
向偏压, 并升温, 锉离
一
子向区漂移, 形成
一一结构, 有效厚度可达。这种探测器
很适于作转换电子分光器, 和多道幅度分析器
组合, 可研究短寿命发射, 但对卜射线的效
率低, 因硅的原子序数低。为克服这一
点, 采用锉漂移入锗的方法锗的原子序数为
。年, 弗莱克首先用型锗口,
按照佩尔方法, 制成半导体探测器,
铿漂移长度为, 测‘“ 、的的
射线, 得到半峰值宽度为
直到年以前, 所有的探测器都是平面
型, 有效体积受铿通过晶体截面积到“
和补偿厚度的限制获得补偿厚度约, 漂
移时间要个月, 因此, 有效体积大于到
” 是困难的。为克服这种缺点, 进一步发
展了同轴型探测器。年, 制成高分辨率大
体积同轴探测器。之后, 随着电子工
业的发展而迅速发展。有效体积一般可达几十
“ , 最大可达一百多“ , 很适于一、一射
线的探测。年以后广泛地用于各个部门。
最近几年, 半导体探测器在理论研究和实际应
用上都有很大发展。

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机电一体化技术的应用与发展前景

摘要:机电一体化是一种复合技术,是机械技术与微电子技术、信息技术互相渗透的产物,是机电工业发展的必然趋势。文章简述了机电一体化技术的基本结构组成和主要应用领域,并指出其发展趋势。
关键词:机械工业;机电一体化;数控;模块化

现代科学技术的发展极大地推动了不同学科的交叉与渗透,引起了工程领域的技术改造与革命。
在机械工程领域,由于微电子技术和计算机技术的迅速发展及其向机械工业的渗透所形成的机电一体化,使机械工业的技术结构、产品机构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化,使工业生产由“机械电气化”迈入了“机电
一体化”为特征的发展阶段。
一、机电一体化的核心技术
机电一体化包括软件和硬件两方面技术。硬件是由机械本体、传感器、信息处
理单元和驱动单元等部分组成。因此,为加速推进机电一体化的发展,必须从以下
几方面着手。
(一)机械本体技术
机械本体必须从改善性能、减轻质量和提高精度等几方面考虑。现代机械产品一般都是以钢铁材料为主,为了减轻质量除了在结构上加以改进,还应考虑利用非金属复合材料。只有机械本体减轻了重量,才有可能实现驱动系统的小型化,进而在控制方面改善快速响应特性,减少能量消耗,提高效率。
(二)传感技术
传感器的问题集中在提高可靠性、灵
敏度和精确度方面,提高可靠性与防干扰
有着直接的关系。为了避免电干扰,目前
有采用光纤电缆传感器的趋势。对外部信
息传感器来说,目前主要发展非接触型检
测技术。
(三)信息处理技术
机电一体化与微电子学的显著进步、
信息处理设备(特别是微型计算机)的普
及应用紧密相连。为进一步发展机电一体
化,必须提高信息处理设备的可靠性,包
括模/数转换设备的可靠性和分时处理
的输入输出的可靠性,进而提高处理速
度,并解决抗干扰及标准化问题。
(四)驱动技术
电机作为驱动机构已被广泛采用,但
在快速响应和效率等方面还存在一些问
题。目前,正在积极发展内部装有编码器
的电机以及控制专用组件-传感器-电
机三位一体的伺服驱动单元。
(五)接口技术
为了与计算机进行通信,必须使数据
传递的格式标准化、规格化。接口采用同
一标准规格不仅有利于信息传递和维修,
而且可以简化设计。目前,技术人员正致
力于开发低成本、高速串行的接口,来解
决信号电缆非接触化、光导纤维以及光藕
器的大容量化、小型化、标准化等问题。
(六)软件技术
软件与硬件必须协调一致地发展。为
了减少软件的研制成本,提高生产维修的
效率,要逐步推行软件标准化,包括程序
标准化、程序模块化、软件程序的固化、推
行软件工程等。
二、机电一体化技术的主要应用领域
(一)数控机床
数控机床及相应的数控技术经过40
年的发展,在结构、功能、操作和控制精度
上都有迅速提高,具体表现在:
1、总线式、模块化、紧凑型的结构,即
采用多C PU、多主总线的体系结构。
2、开放性设计,即硬件体系结构和功
能模块具有层次性、兼容性、符合接口标
准,能最大限度地提高用户的使用效益。
3、W O P技术和智能化。系统能提供
面向车间的编程技术和实现二、三维加工
过程的动态仿真,并引入在线诊断、模糊
控制等智能机制。
4、大容量存储器的应用和软件的模
块化设计,不仅丰富了数控功能,同时也
加强了C N C系统的控制功能。
5、能实现多过程、多通道控制,即具
有一台机床同时完成多个独立加工任务
或控制多台和多种机床的能力,并将刀具
破损检测、物料搬运、机械手等控制都集
成到系统中去。
6、系统的多级网络功能,加强了系统
组合及构成复杂加工系统的能力。
7、以单板、单片机作为控制机,加上专
用芯片及模板组成结构紧凑的数控装置。
(二)计算机集成制造系统(CIMS)
C IM S的实现不是现有各分散系统
的简单组合,而是全局动态最优综合。它
打破原有部门之间的界线,以制造为基干
来控制“物流”和“信息流”,实现从经营
决策、产品开发、生产准备、生产实验到生
产经营管理的有机结合。企业集成度的提
高可以使各种生产要素之间的配置得到
更好的优化,各种生产要素的潜力可以得
到更大的发挥。
(三)柔性制造系统(FMS)
柔性制造系统是计算机化的制造系
统,主要由计算机、数控机床、机器人、料
盘、自动搬运小车和自动化仓库等组成。
它可以随机地、实时地、按量地按照装配
部门的要求,生产其能力范围内的任何工
件,特别适于多品种、中小批量、设计更改
频繁的离散零件的批量生产。
(四)工业机器人
第1代机器人亦称示教再现机器人,
它们只能根据示教进行重复运动,对工作
环境和作业对象的变化缺乏适应性和灵活
性;第2代机器人带有各种先进的传感元
件,能获取作业环境和操作对象的简单信
息,通过计算机处理、分析,做出一定的判
断,对动作进行反馈控制,表现出低级智
能,已开始走向实用化;第3代机器人即智
能机器人,具有多种感知功能,可进行复杂
的逻辑思维、判断和决策,在作业环境中独
立行动,与第5代计算机关系密切。
三、机电一体化技术的发展前景
纵观国内外机电一体化的发展现状
和高新技术的发展动向,机电一体化将朝
着以下几个方向发展。
(一)智能化
智能化是机电一体化与传统机械自
动化的主要区别之一,也是21世纪机电
一体化的发展方向。近几年,处理器速度
的提高和微机的高性能化、传感器系统的
集成化与智能化为嵌入智能控制算法创
造了条件,有力地推动着机电一体化产品
向智能化方向发展。智能机电一体化产品
可以模拟人类智能,具有某种程度的判断推理、逻辑思维和自主决策能力,从而取
代制造工程中人的部分脑力劳动。
(二)系统化
系统化的表现特征之一就是系统体
系结构进一步采用开放式和模式化的总
线结构。系统可以灵活组态,进行任意的
剪裁和组合,同时寻求实现多子系统协调
控制和综合管理。表现特征之二是通信功
能大大加强,一般除R S232等常用通信
方式外,实现远程及多系统通信联网需要
的局部网络正逐渐被采用。未来的机电一
体化更加注重产品与人的关系,如何赋予
机电一体化产品以人的智能、情感、人性
显得越来越重要。机电一体化产品还可根
据一些生物体优良的构造研究某种新型
机体,使其向着生物系统化方向发展。
(三)微型化
微型机电一体化系统高度融合了微
机械技术、微电子技术和软件技术,是机
电一体化的一个新的发展方向。国外称微
电子机械系统的几何尺寸一般不超过
1cm 3,并正向微米、纳米级方向发展。由于
微机电一体化系统具有体积小、耗能小、
运动灵活等特点,可进入一般机械无法进
入的空间并易于进行精细操作,故在生物
医学、航空航天、信息技术、工农业乃至国
防等领域,都有广阔的应用前景。目前,利
用半导体器件制造过程中的蚀刻技术,在
实验室中已制造出亚微米级的机械元件。
(四)模块化
模块化也是机电一体化产品的一个
发展趋势,是一项重要而艰巨的工程。由
于机电一体化产品种类和生产厂家繁多,
研制和开发具有标准机械接口、电气接
口、动力接口、信息接口的机电一体化产
品单元是一项复杂而重要的事,它需要制
订一系列标准,以便各部件、单元的匹配
和接口。机电一体化产品生产企业可利用
标准单元迅速开发新产品,同时也可以不
断扩大生产规模。
(五)网络化
网络技术的飞速发展对机电一体化
有重大影响,使其朝着网络化方向发展。
机电一体化产品的种类很多,面向网络的
方式也不同。由于网络的普及,基于网络
的各种远程控制和监视技术方兴未艾,而
远程控制的终端设备本身就是机电一体
化产品。
(六)绿色化
工业的发达使人们物质丰富、生活舒
适的同时也使资源减少,生态环境受到严
重污染,于是绿色产品应运而生。绿色化
是时代的趋势,其目标是使产品从设计、
制造、包装、运输、使用到报废处理的整个生命周期中,对生态环境无危害或危害极
小,资源利用率极高。机电一体化产品的
绿色化主要是指使用时不污染生态环境,
报废时能回收利用。绿色制造业是现代制
造业的可持续发展模式。
综上所述,机电一体化是众多科学技
术发展的结晶,是社会生产力发展到一定
阶段的必然要求。它促使机械工业发生战
略性的变革,使传统的机械设计方法和设
计概念发生着革命性的变化。大力发展新
一代机电一体化产品,不仅是改造传统机
械设备的要求,而且是推动机械产品更新
换代和开辟新领域、发展与振兴机械工业
的必由之路。

参考文献:
1、李运华.机电控制[M].北京航空航天大学出版社,2003.
2、芮延年.机电一体化系统设计[M].北京机械工业出版社,2004.
3、王中杰,余章雄,柴天佑.智能控制综述[J].基础自动化,2006(6).
4、章浩,张西良,周士冲.机电一体化技术的发展与应用[J].农机化研究,2006(7).
5、梁俊彦,李玉翔.机电一体化技术的发展及应用[J].科技资讯,2007(9).