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1.半導體制冷最佳特性分析
半導體制冷技術，融合了多種熱電效應，譬如賽貝克效應、湯姆遜效應、傅里葉效應等，基于這些熱電效應下的半導體制冷最佳特性，可分別從一般工況、最大制冷量工況、最大制冷系數工況等方面進行分析。
（1）一般工況最佳特性。熱電制冷是通過冷端、銅連接片、熱端等，發揮吸熱和放熱的功能效應，在直流電源接通后，熱端和冷端的溫差會逐漸增大，前者溫度上升而放熱，后者溫度下降而吸熱，當兩者趨于平衡狀態，半導體制冷就會表現出最佳特性。在分析最佳特性時，經常需要考量包括電偶臂溫差電動勢率、接頭絕對溫度、熱導率、電導率等參數，以確定微元體的熱平衡與邊界條件。
（2）最大制冷量工況最佳特性。在最大制冷量工況條件下，電流與冷端的溫度，共同形成制冷量的函數，可藉此求解出電流偏導，當導數趨近于零，半導體制冷就會達到最大制冷量，期間所涉及的參數包括最佳工作電流、最佳工作電壓、輸入電功率、制冷系數等。
（3）最大制冷系數工況最佳特性。在電流變化之后，半導體制冷的制冷量，以及輸入電功率等也會隨著變化，當制冷量與輸入電功率的比值達到最大狀態后，就可以利用制冷系數求出電流導數，當導數趨近于零，制冷系數最會達到最大狀態，期間涉及的參數與最大制冷量工況最佳特性分析時的參數一致。
（4）最大溫差工況最佳特性。在保持半導體制冷熱端與冷端等尺寸恒定的情況下，增加冷端與熱端之間的溫度差異，判斷最大溫差情況下，對電流的影響系數，以此保證出現溫差時，半導體制冷最佳特性不受影響。
2.半導體制冷熱端散熱方式研討
基于半導體制冷最佳特性的分析結果，我們在研討半導體制冷熱端散熱方式的時候，應該在綜合考慮材料和工藝等因素的情況下，重點解決半導體制冷的散熱問題，以此提高制冷的系數，使得半導體制冷的功能處于最佳狀態。
2.1自然對流散熱
這種散熱方式，適用于小型半導體制冷器，利用空氣自然對流的原理，以散熱片作為熱交換器進行對流散熱，利用冷端吸熱器和空氣熱交換吸收熱量，再經各導熱層，將熱量傳遞給熱端散熱器，以保證制冷的效果。在設計散熱器時，我們需要確定散熱器與周圍空氣之間的允許溫差、換熱系數，以及散熱器等的導熱系數等，然后根據散熱器散熱總面積、制冷器傳遞給散熱器總熱量等參數，計算出空氣自然對流時，對散熱器散熱面積的利用程度，以此規避受到其他外界因素的干擾。除此之外，散熱片的水平放置、垂直向上放置和垂直向下放置等，均可能影響散熱的效果，因此我們還可以通過散熱器的放置方式調整，提高散熱效果控制的自由度。
2.2強迫對流散熱
在構建自然對流散熱系統之后，在散熱片的端部，安裝軸流風機，以強迫通風的方式，提高對流換熱的系數。強迫對流散熱在同樣的散熱功率條件下，需考慮到散熱片的結構尺寸、空氣流速和表現粗糙度等，以及縮小散熱的相對面積，并利用流體動力學模擬分析的方法，減少對流散熱器的電阻，較為適用于小型空調器。關于強迫通風散熱系統所構成的半導體制冷模塊，包括軸流風機、被致冷件、散熱器、熱電制冷器等構件，均是提高對流換熱系數等的關鍵。
2.3液體冷卻散熱
相比于自然風冷散熱，水冷換熱系數更大，正常情況下，環境溫度低于25℃時，制冷系統的COP為0.6，相當于強制冷風COP的2倍。一般情況下，半導體制冷模塊的水冷散熱器熱阻，與水流動速度具有直接關系，后者速度越快，則熱阻越低。液體冷卻散熱，主要依靠循環回路，并將水箱分隔開，形成多個流道，當冷卻水經過半導體芯片熱端，吸收熱量后再流經散熱器進行散熱。其中關于熱端散熱器的設置，配置有一定容積的水箱，在散熱器的熱阻降低到0.5k?kw-1，并且電流為2.5A時，水箱達到最低溫度-20℃，此時的散熱效果最好。值得注意的是，液體冷卻散熱對水質的要求比較高，如果發現水冷卻面存在結垢，則要及時清理干凈，否則會影響散熱器的傳熱性能。
2.4相變散熱
相變散熱主要依靠相變材料的相態變化吸收熱量，適用于配置熱管的散熱器，同樣具有較好的散熱效果。相變散熱可在氣流速度不變的情況下，在冷端利用熱虹吸管換熱器，為冷端提供儲冷能力了，以避免在高峰負荷狀態下冷量損失太大，以及在斷電時，熱端的熱量原路傳回冷端。關于相變散熱的設計，需要通過數值模擬方法，根據不同的制冷工況，掌控散熱器表面的溫度場分布情況，以保證傳熱面的均勻性，將散熱效果保持在最佳狀態。
3.結束語
綜上所述，半導體制冷技術，融合了多種熱電效應，譬如賽貝克效應、湯姆遜效應、傅里葉效應等，基于這些熱電效應下的半導體制冷最佳特性，在研討半導體制冷熱端散熱方式的時候，應該在綜合考慮材料和工藝等因素的情況下，重點解決半導體制冷的散熱問題，以此提高制冷的系數。[科]
【參考文獻】
關鍵詞：半導體物理；教學改革；教學效果
作者簡介：劉德偉（1979-），男，河南濮陽人，鄭州輕工業學院物理與電子工程學院，講師；李濤（1977-），男，河南淮陽人，鄭州輕工業學院物理與電子工程學院，講師。（河南 鄭州 450002）
中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）34-0085-02
半導體物理是半導體科學的理論基礎，是電子科學與技術、微電子學等專業重要的專業基礎課，其教學質量直接關系到后續課程的學習效果以及學生未來的就業和發展。然而，由于半導體物理的學科性很強，理論較為深奧，涉及知識點多，理論推導繁瑣，學生在學習的過程中存在一定的難度。因此，授課教師必須在充分理解半導體物理，熟悉半導體工藝和集成電路設計的基礎上，結合教學實際中存在的問題，優化整合教學內容，豐富教學手段，探索教學改革措施，培養學生的學習興趣，提高半導體物理課程的教學質量。
一、半導體物理課程特點及教學中存在的主要問題
鄭州輕工業學院采用的教材為劉恩科主編的《半導體物理學》（第七版，電子工業出版社），該教材是電子科學與技術類專業精品教材。[1]結合教材特點與教學實踐，半導體物理課程教學過程中存在的主要問題與不足[2]可歸納如下：
1.教材內容知識點多，理論性強
半導體物理課程前五章為理論基礎部分，主要講述了半導體中的電子狀態、雜質和缺陷能級、載流子的統計分布、半導體的導電性與非平衡載流子，在此基礎上闡述了電子有效質量、費米能級、遷移率、非平衡載流子壽命等基本概念；分析了狀態密度、分布函數、載流子濃度以及遷移率與雜質濃度、溫度的關系。課程涉及理論知識較深，易混淆知識點較多，數學公式推導復雜，很多基本概念及數學公式要求學生掌握量子力學、固體物理、熱力學統計物理和高等數學等多門基礎學科的理論知識。因此，學生在前期學習中，在相關知識點上難以銜接，對相關理論的掌握存在一定困難。
2.傳統教學模式難以理論聯系實際
半導體物理課程后八章主要介紹了半導體基本器件的結構與性能，半導體的光、電、熱、磁等基本性質。如pn結電流電壓特性及電容、擊穿電壓與隧道效應、肖特基接觸與歐姆接觸；半導體表面與MIS結構、表面電場對pn結性能的影響；半導體異質結構及半導體激光器等。由于這部分內容主要闡述半導體的實際應用，僅僅從課本上學習相關知識，難以理論聯系實際，對于沒有接觸過半導體制備工藝的學生而言，就會覺得內容枯燥，課堂乏味。
3.教材內容無法追蹤科技前沿
現代半導體技術日新月異，發展迅速，例如在半導體照明、半導體激光器、探測器、太陽能電池等領域都獲得了重大研究成果，研究領域不斷拓展，新的理論不斷涌現，與化學、醫學、生物等學科之間的交叉和滲透越來越強，極大地豐富了半導體物理的教學內容。而半導體物理教材內容的更新相對較慢，因此，如何在有限的課時內既要講授教材內容，又要穿插相關科技前沿是一個值得深入探討的問題。
二、半導體物理課程教學改革措施
基于以上分析，半導體物理課程對授課教師要求較高，如何在有限的課堂教學過程中將大量的知識講解清楚，需要教師積極探索新的教學模式，針對課程特點與教學現狀，通過不斷實踐克服存在的問題與不足，采用多樣化的教學手段，優化整合教學內容，狠抓教學環節，使學生較好地理解并掌握相關知識，為后續課程的學習打下良好的基礎。[3]
1.優化整合教學內容
由于現代半導體技術發展極為迅速，研究方向不斷拓展，相關知識更新較快。因此，授課教師應與時俱進，關注科技前沿與研究熱點，合理安排教學內容。結合電子科學與技術專業其它課程的教學內容，在保持課程知識結構與整體系統性的同時，對教學內容進行合理取舍，壓縮與其他課程重疊的內容，刪除教材中相對陳舊的知識，密切跟蹤科技前沿與研究熱點，適當增加新的理論，補充重要的半導體技術發展史，激發學生的學習熱情，培養學生的科學精神。例如壓縮教材中第一章固體物理課程已經詳細講解過的能帶理論內容，將授課時間由原來的8學時壓縮至6學時；在講解半導體光學特性時，結合半導體光電子學的研究前沿，增加該部分內容所涉及的研究領域與最新技術，如半導體超晶格、量子阱等方面的內容；在講述MIS結構的C-V特性時，補充C-V特性的研究意義，介紹半導體表面特性對集成芯片性能的影響，鼓勵學生查閱總結利用C-V特性研究半導體表面的方法；在講授半導體元器件的結構及性能時，適當補充半導體器件的制備工藝，播放一些半導體器件的制備視頻，讓學生結合某種半導體器件分析其結構與性能；在講解半導體異質結構時，先讓學生了解pn結種類，然后對比同質結與異質結的異同，最后讓學生掌握異質結的電流電壓特性，通過增加半導體激光器的發展史，即從第一支同質結半導體激光器只能在低溫下發射脈沖激光到現在的異質結激光器的優異性能，讓學生充分認識到半導體物理是現代半導體技術發展的理論基礎，是科技創新的力量源泉。通過介紹科技前沿與研究熱點，指導學生查閱相關文獻，擴大學生的知識面，提高學生學習的積極主動性。
2.突出重點，分化難點，強調基本概念與物理模型
半導體物理課程涉及到的基本概念和物理模型較多，僅憑教材中的定義理解這些概念和模型，學生很難完全掌握。在講解深奧的物理模型時，教師應運用恰當的類比，通過生動形象的事例對比分析，加深學生對物理模型的理解，增加學生的學習興趣。例如教材中半導體載流子濃度的計算既是難點又是重點，學習中涉及到狀態密度、玻爾茲曼分布函數、費密分布函數以及載流子濃度等為較容易混淆的概念。為了幫助學生理解，教師可以通過教學樓里面的學生人數與半導體中的電子數目進行類比：不同樓層的教室對應不同的能帶，教室座位數對應能態的數目，教室的學生人數就相當于半導體中的電子數目，這樣，計算半導體電子濃度的問題就與計算教室單位空間內學生人數的問題非常類似。通過這種生動形象的類比，學生很容易明白半導體中的能態密度就相當于教室單位空間的座位數，而半導體中的電子在能級上的占據幾率就對應于教室內學生的入座情況。半導體中的電子在能級上的占據概率需要滿足波爾茲曼分布函數或費米分布函數，而分布函數的確定取決于費米能級的位置，當分布函數確定后，單位能量間隔內的電子數目就可以通過簡單的微積分計算出來。
另外，半導體物理課程中理論推導和數學上的近似處理較多，繁瑣的公式推導增加了學生對物理模型的理解。如果教師在教學過程中能適當地把物理模型和公式推導分開，正確處理兩者之間的關系，分別從物理和數學兩方面尋找攻克這些難點的途徑，使學生在徹底理解物理模型的基礎上掌握理論推導。例如教材中有關n型半導體載流子濃度的內容安排如下：首先根據雜質半導體的電中性條件，推導出一個包含費米能的表達式，然后根據雜質電離情況分為低溫弱電離區、中間電離區、強電離區、過渡區以及高溫本征激發區，最后再根據不同電離區的特點進行討論與近似處理。所涉及到的物理模型相對簡單，但分區討論和近似處理部分篇幅較長。如果運用傳統教學模式，學生很容易沉浸在復雜的數學公式推導之中，難以透徹理解物理模型。如果教師在授課過程中先讓學生了解該部分內容的整體安排，理解物理模型，再分析各溫區的主要特點，最后總結規律，通過數學推導得出結論，就能很好地提高教學效果。
3.溫故知新，適時比較，加強各章節之間的聯系
對于課堂上剛剛講授過的知識，學生并不一定能夠完全掌握，此時教師應該結合半導體物理課程的特點，在教學過程中做到溫故知新，適時比較，加強不同章節之間知識點的聯系。例如pn結是半導體器件的基本單元，如日常生活中常見的激光器、LED、整流器、調制器、探測器、太陽能電池等。在講授該章內容時，如果教師以pn結為主線將教材中不同章節之間的內容有機聯系起來，學生就會從整體上進一步了解半導體物理課程的教學內容。只有在教學過程中不斷加強各章節知識點之間的聯系，學生才能完全掌握半導體器件的基本原理，為以后從事半導體行業打下堅實的基礎。再如所選教材中有關半導體載流子濃度的計算，分為非簡并半導體和簡并半導體兩種情況。在講述后者時，教師通過對比分析非簡并半導體和簡并半導體在概念上有何異同，再引導學生比較簡并半導體與非簡并半導體載流子濃度的計算公式，學生就會意識到二者的主要區別就是分布函數不同，在計算簡并半導體載流子濃度時，雖然分布函數替換后導致積分變復雜，但只是數學處理的方法不同，兩者的物理思想卻完全一致。通過這樣的比較學習，學生對非簡并半導體與簡并半導體以及玻爾茲曼分布函數與費米分布函數的理解就會更加深入。
三、結束語
通過以上教學改革措施，培養了學生的學習興趣，增加了學生的學習積極性，提高了半導體物理課程的課堂教學效果，為學生后續專業課程的學習奠定了扎實的基礎。
參考文獻：
[1]劉恩科，朱秉升，羅晉生.半導體物理學[M].北京：電子工業出版社，2011.
電子具有電荷和自旋兩個重要屬性，傳統的半導體器件僅利用了電子的電荷屬性，稀磁半導體材料可以同時利用電子的電荷和自旋屬性，成為未來半導體自旋電子器件的關鍵材料之一。人們期望通過對稀磁半導體材料的研究獲得具有非易失、多功能、超高速和低功耗等特性的半導體自旋器件，這對材料和信息技術領域都將是一場質的革命。從上世紀80年代末90年代初，人們就開始關注Mn摻雜III—V族稀磁半導體材料，如（In，Mn）As和（Ga，Mn）As等，并設計出以其為基的半導體自旋相關概念型器件，如自旋發光二極管，自旋場效應晶體管等。然而在過去的幾十年中，稀磁半導體材料并沒有得到廣泛應用，其中一個主要原因是其居里溫度（TC）低于室溫。所以，探索TC高于室溫，且具有原子尺度均勻替代摻雜的本征稀磁半導體成為半導體自旋電子學領域的一個難點和熱點［5］。寬禁帶氧化物稀磁半導體由于具有高于室溫的TC和自旋與載流子分離調控的特性而受到人們廣泛關注［6―9］，但這些材料仍然存在一些科學問題需要解決，主要有如何獲得穩定的本征氧化物稀磁半導體，如何有效提高半導體自旋注入效率，室溫鐵磁性的來源和產生機制需要進一步探索，自旋在半導體結構中的輸運、壽命和光、電等方法對自旋的操控還不是很清楚，以及以氧化物稀磁半導體為基的自旋電子器件原型還有待于人們去設計和研制等。因此，開展氧化物稀磁半導體本征鐵磁性和自旋注入效率與輸運特性的研究、磁性產生機制的探索以及初步應用模型的設計等非常必要，這將為推動稀磁半導體器件化提供重要的實驗依據和單元雛形。
1非補償p－n共摻氧化物稀磁半導體薄膜的本征鐵磁性
一般來說，過渡金屬元素在氧化物半導體中的溶解度較小，容易形成磁性金屬原子團簇或第二相雜質，因此制備本征氧化物稀磁半導體具有很大的挑戰性。人們嘗試不同的氧化物材料和摻雜方法來研究稀磁半導體的本征磁性，但都很難排除磁性原子團簇和第二相雜質的影響［10］。項目組采用非補償p－n共摻的方法研究了氧化物稀磁半導體，有效克服了磁性原子團簇和第二相雜質的形成，為制備具有本征鐵磁性的稀磁半導體材料開辟了新的途徑。根據熱力學理論，由于p－n離子對之間存在庫侖引力，這使摻雜離子在宿主半導體中形成能較低，從而有效增加了其在半導體中的熱力學溶解度和穩定性。從動力學角度分析，非平衡生長時，p－n對之間的庫侖引力有利于摻雜離子越過形成勢壘，也有利于其在宿主半導體中從間隙位置進入替代位置，從而增加了摻入離子在替代位的濃度。可見，利用非補償p－n共摻可以增大摻雜離子在宿主半導體中的熱力學和動力學溶解度，有效阻止過渡金屬離子的團聚和化合，形成均相稀磁半導體。以ZnO薄膜為例，以Mn為p型摻雜劑，Ga，Cr和Fe為n型摻雜劑對ZnO進行非補償p－n共摻，可以得到均勻單相結構的本征ZnO稀磁半導體。圖1（a）為Mn／Ga共摻ZnO薄膜的高分辨透射電鏡圖，沒有發現任何團簇和第二相雜質。由于摻雜均勻性和替代位離子濃度的提高使其鐵磁性得到明顯加強，如圖1（b）所示［13］。非補償p－n共摻的另一個優點是可以通過控制摻入p型和n型摻雜劑的摩爾比有效調控其載流子類型和濃度，在實現局域自旋的同時調節載流子濃度。所以，非補償p－n共摻的方法既可以降低體系能量，增加過渡金屬元素的摻雜濃度，實現氧化物稀磁半導體的本征鐵磁性，同時還可以調控體系的載流子濃度和磁性大小。
2氧化物稀磁半導體中缺陷和載流子對磁性的貢獻
自從2000年Dietl等預言ZnO基稀磁半導體的TC可以達到室溫以來，人們已經通過各種實驗方法在過渡金屬摻雜的氧化物稀磁半導體中實現了TC高于室溫的鐵磁性。然而，對于稀磁半導體的鐵磁性來源一直沒有形成統一的認識，存在較多的理論解釋，比如載流子誘導磁性理論、束縛磁極子理論［以及電荷轉移鐵磁性理論［17］等。在這些氧化物稀磁半導體磁性來源的理論解釋中，都分別涉及到材料的載流子濃度和缺陷。項目組在結合氧化物稀磁半導體實驗研究的基礎上，通過構建雙磁極子模型，計算了兩個束縛磁極子間隔距離不同時的鐵磁穩定化能，如圖2所示。氧空位缺陷是形成局域束縛磁極子必不可少的，而載流子則扮演著雙重作用，既能增強束縛磁極子的穩定性，又能調控磁極子間產生長程鐵磁相互作用。由此提出了載流子調控束縛磁極子間產生長程鐵磁性的模型，這個模型綜合了載流子誘導和束縛磁極子模型的優點，對進一步闡明氧化物稀磁半導體中磁性產生機制有一定貢獻。
3氧化物稀磁半導體的應用
自從發現具有室溫鐵磁性的氧化物稀磁半導體以來，人們并沒有僅停留在新材料的探索和磁性機制的理解上，還初步設計了氧化物稀磁半導體的器件模型，以促進其在自旋電子器件上的應用。隧道結是研究電子自旋極化、注入與輸運的理想模型，同時也可以在磁性隨機存儲器、磁性傳感器及邏輯器等器件上廣泛應用。人們已經在氧化物稀磁半導體基隧道結中實現了較大的低溫磁電阻效應，并且通過優化稀磁半導體／勢壘層界面以及提高勢壘層結晶質量，使隧道磁電阻效應一直保持到室溫，實現了室溫下電子自旋注入。但由于非彈性隧穿電導的增強，室溫時有效自旋注入效率非常低。項目組在氧化物稀磁半導體實驗和理論研究基礎上，設計并制備出一種特殊“金屬磁性納米粒子核”與“稀磁半導體殼”的核殼結構，這種核殼結構彌散在半導體基質中形成一種復合薄膜，如圖3（a）所示。在這種復合薄膜中獲得高達12．3％的室溫磁電阻率和37．5％的電子自旋極化率，在室溫下實現了有效的自旋注入和探測，如此大的室溫磁電阻效應可能與薄膜中“稀磁半導體殼”的自旋過濾效應有關。這不僅為研究金屬／半導體界面自旋注入指出了新的途徑，而且為新一代室溫半導體自旋器件的實現提供了可能［23，24］。與此同時，在這種復合結構中還可以通過改變薄膜的電阻率調節其室溫磁電阻率，實現自旋注入效率的宏觀調控，并且制備出的一種具有大室溫磁電阻率和高透光率的復合超薄磁性金屬／半導體復合薄膜有望在透明自旋電子器件中得到應用。
4小結
1.SnO2的晶體結構
SnO2晶體屬于四方晶系點群，是一種極性半導體，具有金紅石結構。金紅石結構的SnO2晶胞為體心正交平行六面體。每個晶胞中包含有兩個Sn原子，分別位于2a （0， 0， 0） 和 （1/2， 1/2， 1/2）位置；四個位于4f ±（u， u， 0； u + 1/2， 1/2 ？ u， 1/2）， 且 u = 0.30561位置的O原子。每個Sn原子是由六個組成近似的八面體O原子包圍，并且組成矩形基底面的4個O原子離Sn原子的距離（2.06A °）要比位于頂點的2個O原子距離（2.05A °）稍微長些，而每個O原子是由三個構成等邊三角形的Sn原子包圍，形成6：3配位結構。其晶格常數為 a=b=4.7374A°，c=3.1864A°且c/a=0.672 。
2. SnO2薄膜的材料特性
SnO2是一種寬禁帶直接半導體材料，室溫下禁帶寬度為3.6eV，屬n型氧化物半導體。當沉積溫度為300-500°C時，SnO2薄膜的電阻可達35-40Ω/，可見光透過率高達90%，且薄膜的電學與光學性質與結晶情況和結構有密切的聯系。膜的結晶性越高，其導電率越強，隨著晶體的細化，其透過率也會顯著的提高。SnO2薄膜還具有較穩定的化學特性和較強的耐腐蝕特性，只能被鹽酸與鋅反應生成的初態氫所腐蝕且通過化學鍵與玻璃或者陶瓷基底結合有很強的附著力（200kgfcm-2）。
3. SnO2薄膜的氣敏傳感特性
氣敏傳感器的工作原理是指被檢測氣體與傳感器的表面發生物理吸附或者化學吸附，引起表面某種性質的變化（如：電阻、電導、電壓、阻抗等） ，然后將這種變化轉變為電信號，通過對電信號的分析，即可以得到有關氣體濃度、組分等的信息。當某種有毒氣體的濃度超過一定值時會自動報警，安全可靠。SnO2薄膜是目前應用最廣泛的一種氣敏材料，它具有n 型半導體特征。具有如下特性：（1）物理、化學穩定性好，耐腐蝕性強；（2）可靠性較高，機械性能良好；（3）電阻隨濃度變化一般呈拋物線變化趨勢 ；（4）對氣體檢測是可逆的，吸附、脫附時間短，可連續長時間使用；（5）節省能耗；（6）禁帶寬度雖較寬，但施主能級是適度淺能級，容易獲得適宜的電學特性；（7）費用較低。 因此以SnO2 為主體材料制備的氣體傳感器，在金屬氧化物半導體電阻式氣體傳感器中處于中心地位。
4.SnO2薄膜的發光特性
透明導電薄膜要求材料既具有較高的導電性，又具有對可見光有好的透過性和對紅外光有強的反射性。透明導電薄膜材料主要分為金屬膜和氧化物半導體膜兩大類。由于金屬膜中存在著大量的自由電子，所以當金屬薄膜很薄時仍然具有很好的導電性，但是當其厚度小于20nm時，薄膜對光的透射性和反射性都比較小，常見的金屬透明導電薄膜有：金、銀、鋁等。而氧化物半導體薄膜是近年來發展應用最多的材料，它要求半導體的禁帶寬度為3ev以上，且可以通過摻雜獲得高載流子濃度進而實現高導電率。目前應用最廣的透明導電薄膜為SnO2 薄膜材料，SnO2薄膜屬于寬禁帶半導體，禁帶寬度為3.6eV，理論上為典型的絕緣體。但是由于存在氧空位或者間隙Sn原子，在禁帶內形成ED=0.15ev的施主能級從而表現為n型半導體；此外它還具有較高的可見光透過率和紅外反射率、較穩定的化學特性和優良的膜強度等優點，近年來被廣泛的應用于透明電極，液晶顯示器及光電子器件等領域。
SnO2的直接帶隙約為3.6-4.3eV左右，大于可見光光子的能量（3.1eV），故在可見光照射下不能引起SnO2本征激發，所以它在可見光區是透明的，SnO2薄膜在可見光區的透過率高達90%以上；同時，由于其高載流子濃度，SnO2在紅外光處（等離子邊約為3.2μm）具有較強的反射率；因此，利用其在可見光處高透過率和紅外光處高反射率的性質，可以廣泛用于光伏器件、顯示器器件、發光器件等領域。而對于高載流子濃度的SnO2薄膜，尤其是摻雜薄膜，其直接帶隙會隨載流子濃度的增大而變大，在SnO2薄膜中載流子存在Moss-Burstein移動。
Moss-Burstein移動是由泡利不相容原理引起的。在摻雜材料中，由于費米能級進入導帶或價帶，從而使導帶底或者價帶頂的能量已經被占據，最后造成薄膜光學帶隙展寬。通常情況下，SnO2是一種很好的摻雜基質，有較寬的禁帶寬度和較高的激子束縛能，能夠激發其摻雜物質發光。
5.SnO2薄膜的電學特性
SnO2薄膜屬于寬禁帶n型半導體材料。價帶最高點位于布里淵區г3，導帶最低點位于布里淵區г點，為典型的直接帶隙半導體材料。由于其帶隙較寬，所以在理想情況下電子很難從價帶躍遷到導帶，表現為高阻材料。但是由于在制備薄膜材料過程中，SnO2薄膜不可能為完全純的化學計量比金紅石結構，其中存在一些化學計量比偏差，即在晶格內存在間隙Sn4+和O空位，而O空位在SnO2禁帶中可以形成距導帶底分別為0.03eV、0.15eV的兩個施主能級，從而表現為n型半導體。
在SnO2晶格中，我們采用緊束縛近似確立了一系列非過渡金屬金紅石結構的氧化物參數，Sn原子和O原子分別屬于Ⅳ、Ⅵ族元素，外層電子結構分別為5s25p2和2s22p4。導帶主要由Sn 5s和Sn 5p態組成，并伴有少量的O 2p態。-17eV能級主要是由O 2s態組成，并有少量的Sn 5s和Sn 5p態構成；-9eV～-5eV是由于Sn 5s與O 2p態軌道耦合而成；而-5eV～-2eV是由O 2p態和一小部分Sn 5p軌道耦合而成；-2eV～0eV是由O 2p態孤立電子構成，它對化學鍵結合的作用很小，與其他軌道耦合作用也較弱；而價帶是Sn 5s和Sn 5p以及O 2p的混合態。
一、汽車電子領域的半導體技術
大部分的汽車電子產品都具有ECU，并且以其為核心，處理傳感器等的輸入信息，驅動馬達等的驅動器，并以車內LAN網絡(Local AreaNetwork)實施Ecu彼此之間的通信。Ecu配備有通信電路，以當作維持與傳感器、處理開關輸入的輸入處理回路、AD(模擬與數字)變換回路、微控制器、電源、輸出處理回路、電源部件以及其他ECU的通信手段，而組成的零件幾乎都是半導體。圖1為ECU方塊圖。
汽車對環境性能、安全性與舒適性的要求越來越高，為了實現這些要求，未來汽車電子的搭載數量將會越來越多。最近在車載傳感器方面，出現了使用MEMS技術的壓力傳感器以及加速度傳感器等各種傳感器，另外信號處理以及輸出處理回路等也都使用了半導體。此外，在驅動器方面，比如搭載信號處理、輸出處理回路、負荷驅動回路等的智能型驅動器也正式實用化。
二、車用半導體必備的特征
汽車使用地點五花八門，包括熱帶、沙漠、寒冷地區等，必須具有可以抗溫度、濕度、水、鹽害、耐震的性能，使用的環境十分嚴酷。因為引擎在室內有些地方最高溫度會達到1 50℃，而最低溫度可能降至零下40℃，ECU必須在這些狀況下仍然可以動作。此外，直接搭載在引擎上的ECU必須對抗30G的震動。因此，須具有可以對抗電壓變動、突波電壓(瞬間流入電路的大型電壓)、EMG(Electro MagneticCompatibility)等電氣外部干擾的性能。
如圖2所示，使用穩壓積納二極管保護ECU的半導體，以免因為負載突降等引發的高電壓造成損害，即便如此，還仍是會施加35V的電壓。也有可能會因為靜電現象而施加突波電壓。
智能型驅動器使用的半導體如圖3所示，可以使用芯片電容器降低靜電突波。此外，有些安裝地點會讓半導體暴露在高溫下。
半導體的基本特性，如同表1所示會受到溫度的影響。如果是高溫環境，PN接合的順方向電壓下降，逆方向漏電流則增加。溫度若是高溫，二極半導體的電流增幅率以及MOSFET的臨界值也會增加。使用時必須考慮這些溫度帶來的影響。
汽車使用的半導體必須具有以下特征。
1.不會老化，可長時間使用。
2.體積小，使用容易。
3.可以復合其他不同功能的部件。
4.高精度。
5.抗噪音性。
6.驅動使用的能源少。
7.具有自我診斷功能。
8.成本低。
車用半導體采用了各種不同的控制系統。在ECU以及智能型驅動器中，使用了混載數字回路、模擬回路以及負載驅動電路的復合IC、微控制器以及分離式部件等。汽車傳感器則針對行駛、轉彎、停止、安全、舒適、環境、信息、通信的用途，搭載了可以偵測溫度、壓力、加速度、位置、角度、回轉、流量等的傳感器，并透過使用硅材料的MEMS技術極度縮小體積。
關鍵詞：光纖；半導體激光器；耦合方式
0 引言
半導體激光器自1962年問世以來發生了極大地變化，有力的推動了現代科學技術的發展。半導體激光器具有光電轉換效率高、體積小、重量輕、耗電少且價格低等優點，因而廣泛應用于廣泛使用于光纖通信、激光測距、激光打印、激光掃描、激光指示器以及航空航天等重要領域。對于半導體激光器來說，受自身結構特點的影響和制約，進而在一定程度上降低了半導體激光器的出射光束的質量，不僅在垂直和平行于PN結兩個方向上的光束不對稱，而且存在有很大的發散角，另外，對驅動電源要求比較高，進一步增加了實際應用的難度。對于半導體激光器來說，光纖和半導體激光器的耦合技術能夠對其光束進行整形、準直、變換，同時能夠耦合到光纖中，這樣就可以輸出對稱并且亮度較高的光束。
1 光纖與半導體激光器的耦合方式
通常情況下，光纖與半導體激光器的耦合方式可以分為：（1）光纖與激光器不經過任何系統進行直接耦合。（2）將透鏡、棱鏡等光學零件插入激光器和光纖之間的方法，即分離透鏡耦合法。在光纖與半導體激光器進行耦合的過程中，無論哪種方法，其耦合的目的都是對半導體激光器輸出的光場進行整形，進而在一定程度上使得入射光場與光纖本征光場分布實現最大限度的匹配。
1.1 分離透鏡耦合
在耦合系統內部，各光學零件之間與光纖以及耦合系統都是相互分立的，在這種情況下，對于半導體激光器、耦合系統和光纖之間的共軸準直性要求比較好。在封裝的過程中，采用一些加工精度較高的支承件固定各光學零件，在一定程度上確保較好的準直性，但是這樣做法增加了成本，并且尺寸比較大。在系統中，一般將光學零件的尺寸控制在毫米量級，進一步減小其體積，這在無形中增加了加工的難度，同時成本比較高。但是，這類耦合系統的優點是，通過精確設計和加工可以最大限度地改善光束非圓對稱性、消除像差影響、減少反射損耗，從而實現高效率耦合。下面分別對分離透鏡耦合系統進行介紹。
（1）單球透鏡耦合
這種耦合系統通常是由單個球透鏡構成，與其他透鏡相比，由于球透鏡本身的圓對稱性，進而使得裝配異常簡單。對于單個球透鏡來說，由于其焦距與球差成正比，進而在一定程度上可以通過減小球差的方式，進一步提高耦合效率，同時這也是該耦合方法的關鍵所在。為了進一步消除球差的影響，在這種耦合系統中，對球透鏡要求比較高，主要表現為折射率高、焦距短等。對于這種耦合方式來說，激光器與透鏡之間的距離，以及光纖與透鏡之間的距離決定了耦合的效率。
（2）利用自聚焦透鏡
通常情況下，自聚焦透鏡是在圓柱狀玻璃基棒內，借助離子交換技術產生徑向的折射率制成的，這種耦合系統通過折射率的漸變分布進一步實現聚光能力，并且透鏡長度決定焦距。對于平端自聚焦透鏡來說，由于球差較為嚴重，進而使得聚光斑較大，通常情況下，可以將前端研磨成球面，進而在一定程度上對透鏡的球差進行補償，耦合損耗一般可以降為1 db。對于自聚焦透鏡來說，其外形尺寸比較小，孔徑比較大，損耗比較低，但是，需要精密測量和復雜計算，才能進一步優化透鏡的折射率分布，并且在加工透鏡的過程中，需要精密研磨曲率球面，進一步增加了制作難度和成本。
（3）利用組合透鏡
在許多光纖耦合系統中，為了進一步提高耦合效率，通常情況下，利用球透鏡、柱透鏡、自聚焦透鏡，以及錐形光纖等進行相互組合。通過透鏡組合可以大幅度提高耦合效率，一般超過75%。但是，在裝配過程中，需要借助專用精密夾具進行精密的調整，進而在一定程度上增加了工作的難度，同時在封裝階段要求也比較高。
1.2 光纖直接耦合
對于光纖直接耦合來說，通常情況下，主要包括平端光纖直接耦合和對光纖進行加工耦合兩種，例如在光纖的端面制造球形、錐形等。這種耦合系統的優勢主要表現為靈活方便，加工制作簡單，并且易于集成封裝，憑借該優勢，光纖直接耦合系統得到廣泛運用。
（一）平端光纖直接耦合
所謂平端光纖直接耦合就是將經過處理的端面平頭光纖直接對向半導體激光器的發光面。通常情況下，光源的發光面積和光纖芯徑總面積的匹配，以及光源發散角和光纖數值孔徑角的匹配等是影響耦合效率的主要因素。對于半導體激光器和光纖來說，由于彼此之間的模失配現象比較嚴重，所以采用平端光纖的方式進行直接耦合，但是這種耦合方式損耗比較大，并且耦合效率低。
（二）球形端面光纖直接耦合
通常情況下，通過多種方式都可以獲得球形光纖端面，比較典型的如：（1）在光纖端面上制造一個樹脂的半球透鏡，這種方案比較簡單；（2）在光纖的端面燒制特殊形狀的端球，一般可以采用電弧、氣體火焰或者大功率激光器充當燒制的熱源，這種方案比較實用。在熱源的作用下，光纖端面熔化后經過自然冷卻，在表面張力的作用下，進而在一定程度上就會形成各種不同弧度的圓球形端面，并且熱源的溫度、光纖與熱源之間的距離等因素決定著圓球的曲率半徑。在耦合過程中，采用球形光纖端面一方面可以提高半導體激光器與光纖的耦合效率，另一方面可以通過實驗光路進行調試。
（三）錐形光纖直接耦合
腐蝕、磨削和加熱是制作錐形光纖主要方法。其中，腐蝕、磨削是通過將光纖包層制成錐體，進而使芯徑保持不變，而加熱是通過電弧放電或者熔融拉錐機的方式進行加熱，進而在一定程度上使纖芯與包層一起成比例地拉伸，進一步形成一定長度和錐度的錐體。通常情況下，利用這兩種方法得到的錐形光纖系統，其特性存在一定的差異。而通過加熱方式制造的錐形光纖，其芯層同樣是錐形結構，但是這種結構的耦合效率比較高，同時通過增大錐角可以獲得更大的耦合效率，并且最佳工作距離也隨之不斷減小。
（四）錐端球面透鏡直接耦合
錐端球面微透鏡在目前所有的耦合方法中應用范圍最廣。其制作流程為：首先將光纖端部制成錐形，進而在一定程度上減小端面半徑，然后在錐端形成微透鏡。通常情況下，形成微透鏡的方法，主要包括：（1）直接電弧拋光、整形；（2）對錐端進行處理，然后將其浸入到熔融高折射率玻璃中，同時對浸入的深度、時間等進行控制，進而得到不同大小、不同形狀的錐端高折射率微透鏡。
2 結論
本文通過對實現半導體激光器與光纖耦合的方法進行研究、分析。其中，憑借自身結構緊湊、制作簡單、成本低廉，并且耦合效率高的優勢，光纖微透鏡直接耦合技術得到廣泛的應用。但是，這種耦合技術存在偏移容差最小、難于調整、缺乏穩定性等弊端，并且在手工制作時，重復性比較差。除此之外，隨著集成光學、二元光學的不斷發展，使得獲得成本較低，同時能夠消球差特性良好的微透鏡成為可能。同時，通過對LD本身的結構、工藝等進行改進，在一定程度上對其光束特性進行改善，進一步降低耦合損耗，進而豐富完善了光纖和半導體激光器的耦合方法。
參考文獻：
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摘要：簡要說明了非晶硅、多晶硅和有機半導體用作薄膜晶體管溝道層的不足，從電學性質、光學性質和制備溫度等幾方面介紹了氧化物薄膜晶體管在有源陣列驅動顯示技術中的優勢，并介紹了氧化物溝道層制備工藝的優化和摻雜方法。最后，展望了氧化物半導體薄膜晶體管應用前景。
關鍵詞：平板顯示技術；氧化物； 薄膜晶體管
中圖分類號：TN304.055文獻標識碼：A
Research Progress On Oxide based Thin Film Transistors
ZHANG Xin-an1,2ZHANG Jing-wen1 ZHANG Wei-feng2HOU Xun1,2
(1. Key Laboratory of photonics technology for information, Shanxi province,
Xi'an Jiaotong University,Xi'an 710049 ,China;2. School of Physics
and Electronics, Henan University, Kaifeng 475001,China)
Abstract: We reviewed the defects of amorphous silicon, polycrystalline silicon and organic semiconductors as the active channel layer of thin film transistors. The benefits of oxide based thin film transistor in active matrix display were introduced from electical,optial and fabrication temperature aspect. Then, we reviewed the optimize and doping of oxide channel layer. At the last, we prospected the utilization of oxide based TFTs and the problems existent.
Keywords: flat panel display; oxide; thin film transistor
引言
隨著信息時代的到來，顯示器件正加速向平板化、節能化的方向發展，其中以薄膜晶體管（TFT）為開關元件的有源陣列驅動顯示器件成為眾多平板顯示技術中的佼佼者。TFT是一種場效應半導體器件，包括襯底、半導體溝道層、絕緣層、柵極和源漏電極等幾個重要組成部分，其中半導體溝道層對器件性能和制造工藝有至關重要的影響[1]。在近十幾年時間，以硅材料（非晶硅和多晶硅）TFT為驅動單元的液晶顯示器件以其體積小、重量輕、品質高等優點獲得了迅速發展，并成為主流的信息顯示終端。然而，非晶硅存在場效應遷移率低、光敏性強以及材料不透明等缺點，而多晶硅TFT大面積制作工藝復雜、低溫工藝難以實現[2]。平板顯示器的發展重新聚焦在尋求新材料、制作高遷移率的TFT、提高性能、降低成本以滿足技術發展的軌道上來。目前，研究比較熱門的是以并五苯等有機半導體材料為溝道層的有機薄膜晶體管（OTFT）和以ZnO為代表的寬帶隙氧化物半導體為溝道層的TFT。OTFT具有加工溫度低、工藝過程簡單、成本大幅度降低等優點，這些特點符合社會發展和技術進步的趨勢。但是，目前報道的OTFT的遷移率較低（一般在1 cm2/V?s），仍停留在非晶硅TFT的水平，另外一個致命缺點就是OTFT的壽命低，存在嚴重的老化問題[3]。2003年美國科學家Hoffman等[4]報道了以ZnO為溝道層的全透明TFT并指出可以將其應用在有源矩陣驅動顯示中，引起了人們的廣泛關注。
1氧化物半導體薄膜晶體管的優勢
氧化物半導體薄膜種類很多，一般具有離子鍵強、熔點較高、無色透明和較大的禁帶寬度（Eg>3 eV）等特點。化學計量比的偏離和點缺陷所引起的附加能級對其電學性質有很大影響，因此也可通過調節制備工藝或摻雜來控制其電學性能。多年來，氧化物半導體薄膜作為一種傳統的功能半導體材料，在氣敏傳感、濕敏傳感、透明導電薄膜等領域有廣泛的應用。最近，日本和韓國許多課題組嘗試用該類材料作為TFT的溝道層，以期在有源陣列驅動顯示技術中有出色的表現，包括ZnO [5]，MgZnO [6]，Zn-Sn-O (ZTO)[7]，In-Zn-O(IZO)[8], SnO2[9], Ga2O3[10], In-Ga-O (IGO) [11], In2O3 [12], In-Sn-O (ITO)[13]和In-Ga-Zn-O[14]等多種薄膜，如表1所示。采用上述材料作為TFT的溝道層有以下優勢：
表1 幾種氧化物半導體薄膜晶體管的光電性質
1.1良好的電學性能
氧化物半導體TFT有較高的遷移率和較大的電流開關比，能夠提高顯示器的響應速度，滿足高清晰、大容量終端顯示的要求，這對于需要電流驅動的有機電致發光顯示更有重要意義。Carcia等[15]報道了制備在重摻雜硅襯底上的底柵式ZnO-TFT，其中以原子層沉積法制備的HfO2薄膜為絕緣層，射頻磁控濺射法制備的ZnO薄膜為溝道層，其轉移特性和輸出特性如圖1所示。該器件工作在N溝道增強模式，有很好的飽和特性和夾斷效應，表明ZnO溝道層中的電子被柵壓有效控制。進一步計算得到其閾值電壓為2.55 V，電流開關比為106，電子遷移率達到12.2 cm2/V?s。氧化物薄膜多為寬禁帶半導體材料，可以避免可見光照射對器件電學性能的影響，簡化制備工藝，降低成本。
圖1 ZnO-TFT的電學性質
1.2高透過率
氧化物薄膜在可見光范圍有很高的透過率，結合透明的襯底、絕緣層和電極材料可以制備全透明薄膜晶體管（TTFT），如將其用在有源陣列驅動液晶顯示中，可以提高液晶顯示器的開口率，使顯示器屏幕更清晰明亮并降低能耗。甚至可以和有機發光二極管（OLED）結合實現全透明電子顯示器。Cheng等[16]報道了用化學溶液法制備的全透明ZnO-TFT陣列，其中ZnO-TFT采用頂柵式結構，氮化硅為絕緣層，ITO薄膜為源、漏、柵電極，導電溝道寬長分別為W=500μm、L=10μm。圖2是該ZnO-TFT在200 ~1,200 nm范圍的透過率，整個器件在可見光范圍的最高透過率達到85％，電學測試得到電子的遷移率為0.67 cm2/V?s，電流開關比為107左右。隨著薄膜制備工藝的不斷提高，近幾年已有很多P型透明氧化物薄膜的報道，并已經實現了P溝道的透明氧化物場效應晶體管[17]，從而為實現全透明的集成電子線路打下基礎，將來可以利用氧化物半導體 CMOS電路制作顯示陣列的驅動電路,解決高密度引線困難等問題，提高顯示器的可靠性和穩定性。
圖2 透明ZnO-TFT陣列的透過率及實物圖
1.3低溫制備工藝
一般氧化物半導體薄膜的生長溫度低，對襯底要求不高。襯底可以選擇廉價的玻璃或者柔韌性塑料等，這些都可以降低顯示器的成本，并為便攜式柔性顯示器件開辟新的途徑。Carcia等[18]在PET塑料襯底上制備了TFT陣列，其中磁控濺射生長的ZnO薄膜為溝道層，等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)制備的SiN薄膜為絕緣層，熱蒸鍍的金屬鋁膜作為源漏電極。盡管整個制備過程在室溫條件下完成，該器件有很好的電學性能，其閾值電壓、電流開關比和電子遷移率分別為0.1 V、105和3.4 cm2/V?s，圖3是單個器件的結構示意圖和ZnO-TFT陣列的實物圖。
（a）單個ZnO-TFT結構示意圖 （b）ZnO-TFT陣列實物圖
圖3 PET襯底上制備的ZnO-TFT陣列
2溝道層薄膜制備工藝的優化和摻雜
在氧化物半導體薄膜晶體管中，對ZnO溝道層的研究最為廣泛。一般對溝道層材料的要求是在較低溫度下，獲得低本征載流子濃度、高遷移率、高透過率的溝道層薄膜。研究表明不同的制備技術和工藝對ZnO薄膜的電學性質影響很大。目前，用于制備ZnO-TFT的方法主要有磁控濺射法、脈沖激光沉積技術、溶膠凝膠法等。本征載流子濃度是影響TFT開關特性的一個重要參數，即使TFT工作在增強模式，低本征載流子濃度使器件在零伏柵極電壓下的源漏電流很小。相反，高的本征載流子濃度使TFT工作在耗盡模式，增強型晶體管可以簡化電路設計、降低功耗，因而較耗盡型晶體管有很大優勢[19,20]。Fortunato等[21]報道了在室溫條件下采用磁控濺射方法制備的全透明ZnO-TFT，發現調節濺射功率大小可以調節ZnO薄膜的電阻和透過率。當濺射功率為5 W/cm2時得到的ZnO薄膜的電阻最高，同時薄膜的透過率也達到最大值，作者認為這種條件下生長的ZnO薄膜具有完整的化學計量比，氧空位和鋅間隙等本征缺陷最小，因而有很好的電學性質。在此基礎上以ATO/ITO/Glass襯底上制備透明ZnO-TFT，其中ATO是原子層沉積交替生長的Al2O3和TiO2薄膜，作為TFT的絕緣層，ITO薄膜作為柵極。其閾值電壓為21V，電流開關比為2×105，場效應遷移率為20 cm2/Vs，同時，器件在可見光范圍的透過率達到80％，如圖4所示。
圖4 （a）濺射功率對ZnO光電性質的影響
（b）ZnO-TFT的透過率
除優化薄膜制備工藝外，還可以通過摻雜的方法來控制ZnO薄膜的本證載流子濃度。我們實驗室采用激光分子束外延法（L-MBE）在氧氣和氨氣氛圍下制備氮摻雜ZnO薄膜作為薄膜晶體管的溝道層，由于氮原子容易在ZnO薄膜中形成淺受主能級，補償了ZnO薄膜由于本征缺陷所形成的自由電子，使ZnO薄膜呈現較高的本征電阻。在此基礎上，以氮摻雜ZnO薄膜制備了薄膜晶體管，由于溝道層中較低的本征載流子濃度，該器件能夠很好的工作在增強模式,并有優異的電學性質[22]。同時發現氮原子的摻雜對器件的場效應遷移率影響很小，器件的電流開關比、閾值電壓、遷移率分別達到104、5.15V和2.66cm2 /V?s,其電學性能如圖5所示。
圖5 氮摻雜ZnO-TFT的電學性質
盡管ZnO-TFT表現出高遷移率、高透過率等優點，但是ZnO薄膜大都是多晶結構的模式生長。晶粒不均勻性和晶粒間界的存在導致器件工作穩定性及大面積制備的一致性變差。最近，非晶態氧化物半導體薄膜用作TFT的溝道層并取得很大成功。氧化物薄膜中摻入具有（n-1）d10ns0（n≥4）電子結構的重金屬陽離子后，就可以組成非晶態氧化物半導體。由于氧離子的2p軌道小，金屬陽離子的ns（n為主量子數）軌道半徑大，這樣即使在非晶態情況下，相鄰的金屬陽離子ns軌道重疊的幾率也很高，從而有較高的遷移率[23,24]。非晶金屬氧化物半導體薄膜在具有良好均勻性的前提下，具有制備溫度低、可見光透過率高、均勻性好等優點，目前已有多篇利用非晶Zn-Sn-O、Zn-In-O和InGaZnO作為TFT溝道層的報道。Manabu等[25]在PET塑料襯底上制備了80×60的TFT陣列，其中磁控濺射制備的非晶InGaZnO為溝道層，SiON薄膜為絕緣層，每個像素大小為500 μm×500 μm。 圖5（a）是非晶InGaZnO TFT的轉移特性曲線，計算得到其電流開關比、閾值電壓、遷移率分別為106、5.8 V和5.1 cm2 /V?s。然后將E-Ink公司利用電泳技術生產的電子墨水顯示膜碾壓到TFT陣列上，這樣就形成了用非晶氧化物TFT驅動的柔性電子紙張，如圖5（b）所示。上述成果顯示了非晶氧化物TFT在有源陣列顯示技術中有廣闊的應用前景。
圖5 （a）非晶InGaZnO TFT的轉移特性曲線
（b）非晶InGaZnO TFT驅動的柔性顯示器
結論和展望
總之，最近幾年以氧化物半導體薄膜為溝道層的TFT引起了人們的廣泛關注，并取得了很大的進展，為開發新一代有源驅動顯示器件打下基礎。然而，目前以非晶硅和多晶硅為為主體的有源驅動顯示吸引了大量的投資，發展十分迅速，新型材料的介入顯得十分困難。而氧化物TFT的研究處于剛起步階段，歷史上也曾經出現過硒化隔（CdSe）、硫化隔（CdS）和碲（Te）等材料的TFT，但是由于材料性質的限制沒有成功市場化，氧化物半導體薄膜目前還沒有發現致命性的缺點。可以預見，氧化物TFT要取代硅基薄膜晶體管還有很長的路要走，并且必須要在低成本、高性能、高兼容性、容易產業化等幾個方面做深入的研究。
參考文獻
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測量三極管好壞需要根據三極管的類型的特性，利用三極管內PN結的單向導電性用，用儀器萬能表，檢查各極間PN結的正反向電阻，如果相差較大說明管子是好的，如果正反向電阻都大，說明管子內部有斷路或者PN結性能不好。
三極管全稱應為半導體三極管，是一種控制電流的半導體器件。其作用是把微弱信號放大成幅度值較大的電信號，也用作無觸點開關。三極管是半導體基本元器件之一，具有電流放大作用，是電子電路的核心元件，三極管是在一塊半導體基片上制作兩個相距很近的PN結，兩個PN結把整塊半導體分成三部分。
（來源：文章屋網 ）
【關鍵詞】Zemax；準直；非球面
0 引言
半導體激光器因其體積小、重量輕、閾值電流低等特點已被廣泛應用于材料加工、激光通信、信號處理、醫療、軍事等相關領域。但由于半導體激光有源層在橫向和側向的尺寸不一樣，導致出射光束發散角較大且不均勻，嚴重影響了能量的傳播和后續的測量過程。一般常用的激光準直的方法有圓柱透鏡法、非球面柱鏡法、光纖耦合法、漸變折射率透鏡法和液體透鏡法等。本文主要介紹利用兩片非球面柱透鏡的方法進行激光準直，并在zamax軟件中進行仿真，同時提出一種對點光源整形為線光源的方法。
1 半導體激光光束特性
半導體激光的發光原理是基于受激光發射，滿足粒子數翻轉和閾值條件，模式可分為空間模和縱模。因為在橫向和側向的尺寸不一樣，導致的衍射效應疊加的結果也不一樣，最后形成輸出光束為橢圓高斯的光束。本文討論的是小功率半導體激光器，因為它的發光面尺寸較小，近似用基模高斯分布來分析，輸出光束的光強分布可用下面的公式給出：
2 非球面準直透鏡組設計
2.1 非球面方程介紹
Z（r）為非球面的凹陷度；r為非球面的孔徑半徑，r2=x2+y2（若只考慮YOZ平面的話，x可以為零）；c為曲率半徑的倒數；k為圓錐系數。
2.2 非球面方程參數確定
橫向在光學設計中也可以理解為子午方向上，即YOZ平面，如下圖所示。
在準直設計中會給出目標光斑大小y以及透鏡折射率n，這樣？琢■、y、n已知，計算得到，再代入式（6）～（8）中求出橫向非球面透鏡的參數。側向的柱透鏡的非球面方程系數可通過上面過程同樣可以得到。
3 軟件仿真與整形系統介紹
3.1 參數計算
3.2 zemax仿真及結果對比
在非序列模式下對光源建模可以用軟件里面自帶的Source Diode，然后設置它的子午方向和弧矢方向的發散角，兩個柱透鏡的建模可以使用軟件里面集成的Biconic Lens，然后根據本章計算得到的參數輸入到相應的位置中，再在透鏡后的位置放置Detector面，最后對半導體激光光線進行追跡，用接收面積為60mm*60mm的接收面在距離光源50mm、100mm和200mm處分別采集光斑圖樣，并與沒有加準直透鏡的系統進行比較。如下圖所示，其中（a）、（b）、（c）圖分別表示的是在50mm、100mm、200mm的光斑大小對比，最后準直后的發散角近似計算得到為0.29°，準直性良好，滿足設計要求。
3.3 整形系統介紹
點激光整形為線激光通常使用柱面鏡、回轉棱鏡等，但是柱面鏡產生的是高斯光束，中心區域較兩邊能量高，直線亮度不均勻，而本文采用的鮑威爾棱鏡則不同，它可以產生光強均勻的線光。鮑威爾棱鏡是一種光學劃線棱鏡，入射光斑入射到鮑威爾棱鏡前面的非球面表面，然后光線偏折，最后在后表面折射出去，可以仿照建立非球面準直的思路，對鮑威爾棱鏡在zemax軟件中建模并進行仿真。
4 結論
本文從理論出發，設計了在橫向和側向上的兩片式非球面透鏡準直系統。在給定設計參數的情況下求出非球面系數，并通過zemax軟件進行仿真，該方法建模簡單，可通過編寫軟件后自動計算參數，最后達到準直的效果良好，有待加工出實際透鏡后做進一步驗證。
【參考文獻】