电子半导体

电子半导体（共10篇）

电子半导体 篇1

在不久的将来, 我们生活中会增加这样一个场景:只要将一层薄薄的有机材料涂在墙面、玻璃或者衣服上, 当有电流通过时, 就能够显示比液晶和等离子更清晰的画面。这是有机半导体技术普遍应用的结果。中科院院士、南京工业大学校长 (原南邮副校长) 黄维及其团队承担的有机半导体的设计原理、高效制备与光电器件项目, 在有机半导体高性能化和多功能化新理论、新方法及相关应用研究方面取得突破, 为有机半导体的研究建立了指导原则, 使其从经验摸索阶段上升到理性设计阶段, 并带动了相关产业的发展。该项目因此获得了国家自然科学二等奖。

20世纪是硅电子时代, 21世纪则是碳电子时代。基于碳元素的有机半导体具有独特的光电性能, 尤其是在柔性化、大面积、低成本以及节能环保等方面具有显著优势, 这一国际前沿科学研究已成为电子信息科学与技术发展的重要趋势。

据黄维介绍, 有机半导体是信息领域的一门“新兴与交叉学科”。称其“新兴”, 是因为从有机半导体的研究登堂入室到如今总共也不过20多年。过去人们曾普遍认为以塑料为代表的有机材料是绝缘材料。直到20世纪70年代导电塑料的发现, 才打破了人们的惯性思维, 也拉开了有机半导体研究的序幕。导电塑料的发明人、美国物理学家艾伦·黑格教授也因此获得2000年诺贝尔奖。称其“交叉”, 是因为它融合了信息、材料、化学、物理、电子等多个学科。有机半导体不仅可以实现传统的硅基半导体所禀赋的各种功能, 而且基于其独特的光电性能, 可应用于显示、传感、存储和光电转换等各个方面, 在柔性化、大面积、低成本以及节能环保等方面亦有独到之处, 充分体现了学科“交叉”之优势。

黄维认为, 尽管有机光电子学被寄予厚望, 但较之于我们已经熟悉并且相对成熟的硅基电子学, 其探索还停留在“盲人摸象”的感性认识阶段, 缺乏系统认识。如何进行科学规划、理性设计, 实现从感性认识到理性认识的飞跃, 实现“按图索骥”、“量体裁衣”, 在很长一段时间内成为困扰学术界的一大难题。

在此背景下, 黄维团队聚焦有机半导体材料与器件的研究, 围绕有机光电子的基本物理过程, 有机半导体的分子设计、性能和功能, 有机半导体器件的稳定性等关键科学问题开展研究与创新探索;取得了一系列重要的理论创新成果:揭示了有机半导体凝聚态调控机理, 提出并论证了有机半导体设计原理, 形成了有机半导体高性能化和多功能化的新理论、新方法, 拓展了有机半导体在激光、存储、传感等领域的应用, 为有机半导体的研究建立了指导原则。连艾伦·黑格教授都称赞黄维“在有机电子发光领域取得了突破性进展, 是有机电子领域国际领军人物之一”。

黄维表示, 该成果不仅推动了有机半导体理论的发展, 构建了有机光电子学学科框架, 使有机半导体研究工作从经验摸索上升到理性设计阶段;同时推动了有机半导体在光电子信息技术的广泛应用, 带动了相关产业的蓬勃发展。

目前, 全球对新兴材料与器件的需求日益迫切, 这不仅为有机半导体材料与器件研发提供了用武之地, 也为实际运用领域打开了广阔空间。目前有机光电子技术正日趋成熟, 并逐渐进入社会经济生活。其中, 有机半导体技术应用在显示屏技术上, 就是为人们所熟知的OLED, 即有机电子发光器件, 这是继CRT和LCD之后的第三代显示技术。

目前全球百余家跨国公司活跃于有机半导体的研发制造中, 包括三星、索尼、杜邦、西门子、菲利普、巴斯夫等。1月7日, 在美国拉斯维加斯国际会展中心开幕的全球最具前瞻性的国际消费电子展 (CES) 上, 无论是海信、海尔等中国厂商, 还是三星、LG等国外厂商, 都不约而同地聚焦于OLED技术的产业化推广和应用。

电子半导体 篇2

授 课 教 案

课程： 模拟电子技术

任课教师：

教研室主任：

课号：

课题： 电子线路课程介绍及半导体基础知识

教学目的：了解本课程的特点

掌握半导体材料的导电特性和原理 掌握PN结的单向导电性

教学内容：本征半导体；杂质半导体；PN结

教学重点：P型、N型半导体的特点；PN结的单向导电性。教学难点：PN结的伏安特性；PN结的电容效应。教学时数：2学时

课前提问及复习：物质导电性的决定因素？ 新课导入：半导体定义

特点:导电能力可控（受控于光、热、杂质等）典型半导体材料:硅Si和锗Ge以及砷化镓GaAs等

新课介绍：

绪 论

1、电子技术：

无确切定义。因为近年来它发展迅猛，分支庞杂。有种说法为“凡是研究含有电子器件的电路、系统及应用的学科”。

2、发展历程：

以电子器件的更新换代为标志！

电子学近百年发展史上三个重要里程碑：

A、1904年电子管发明（真正进入电子时代）B、1948年晶体管问世

C、60年代集成电路出现(SSI、MSI、LSI、VLSI)

3、若干蓬勃发展的研究方向

A、纳米电子学：纳米空间电子所表现出来的特性（波动性）和功能 B、生物电子学：生物芯片，计算机

C、单芯片系统：微型卫星和纳米卫星应用，一片单芯片系统＝一颗卫星

世界经济兴衰波动遵循“周期理论”，周期约为 60年。电子技术的发展进程周期约 40年： 1905～1947（42年）：电子管－晶体管 1947～1987（40年）：晶体管－集成电路

1987～2027（40年），预计纳米电子学将在21世纪上叶形成规模

4、模拟信号与数字信号比较表

第1章

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《模拟电子技术》电子教案

项目 模拟信号(Analog)数字信号(Digital)特点 波形 数学 电平数 典型 发展 连续 十进制 无穷多个 温度、压力等 早、慢 离散 二进制 有限个 数字系统的信号 晚、快

5、课程特点

规律性：基本电子电路的组成具有规律性； 非线性：半导体器件具有非线性； 工程性：即近似性，抓主要矛盾； 实践性：实验和设计。

第一章

半导体器件

1.1 半导体

1.1.1 本征(intrinsic)半导体

1、定义：

纯净无掺杂的半导体。

2、本征半导体的载流子：

本征半导体有两种载流子，即自由电子和空穴均参与导电。

并且自由电子与空穴是成对产生的，因此在本征半导体中这两种载流子的浓度的相等的。其载流子浓度取决于激发程度。

3、本征半导体缺点：（1）、电子浓度=空穴浓度；

（2）、载流子少，导电性差，温度稳定性差。1.1.2 杂质半导体

1、N型半导体：

在本征半导体中掺入+5价的施主杂质，如磷等，得到多子为自由电子的杂质半导体，称为N型半导体。

其多子数量大多数取决于掺杂程度，少子数量取决于激发程度。

2、P型半导体：

在本征半导体中掺入+3价的受主杂质，如铟等，得到多子为空穴的杂质半导体，称为P型

第1章

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《模拟电子技术》电子教案

半导体。其多子数量大多数取决于掺杂程度，少子数量取决于激发程度。

1.1.3 PN结

1、PN结的形成：

两种载流子的两种运动动态平衡时形成PN结。

两种运动：扩散（浓度差）、漂移（自建电场力），当多子扩散和少子漂移达到动态平衡，形成PN结。

PN结又称空间电荷区、耗尽层、内电场。

2、单向导电性：

PN结正偏时导通（大电流），PN结反偏时截止（小电流）。

3、PN结的伏安特性：

分为正向特性、反向特性及击穿特性。

4、PN结的电容效应：

表现为：势垒电容CB（barrier）、扩散电容CD（diffusion）。

课堂小结：

本征半导体的材料构成、特点

杂质半导体的材料构成、特点，与本征半导体的区别 PN结的构成及伏安特性，单向导电性

作业布置：

思考题：PN结的单向导电性？

第1章

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《模拟电子技术》电子教案

授 课 教 案

课程： 模拟电子技术

任课教师：

教研室主任： 课号：

课题：半导体二极管

教学目的：掌握半导体二极管的几种常见结构

掌握半导体二极管的主要参数和单向导电性 掌握稳压管的特性和主要参数

教学内容：半导体二极管的结构

半导体二极管的伏安特性、主要参数

二极管的等效电路

稳压管的特性和主要参数 教学重点：二极管的单向导电特性 教学难点：二极管的灵活应用 教学时数： 2学时

课前提问及复习：PN结的形成

PN 结的单向导电性

新课导入： 由PN结构成的半导体二极管的结构

二极管的伏安特性

二极管的主要参数，等效电路

利用二极管反向击穿特性制成稳压管

新课介绍： 1.2半导体二极管

将PN结加外壳和电极引线就构成半导体二极管 1.2.1 结构类型和符号

类型：点接触型、面接触型和平面 1.2.2 伏安特性 一、二极管和PN结伏安特性的区别

与PN结相似，二极管具有单向导电性：（1）PN结外加正向电压，二极管导通。（2）PN结外加反向电压，二极管截止。

由于半导体体电阻和引线电阻的作用，与PN结比较，二极管外加正向电压时，正向电流，偏小，外加反向电压时，反向饱和电流偏大。

二极管经常应用于以下场合：（1）整流。（2）限幅。（3）逻辑（二极管逻辑）。1.2.3 主要参数

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《模拟电子技术》电子教案

(1)IF——最大整流电流

(2)VBR——反向击穿电压

(3)IR（IS）—— 反向饱和电流

(4)rd ——动态电阻 1.2.4二极管的等效电路

定义：能够模拟二极管特性的电路称为二极管的等效电路。

一、由伏安特性折线化得到的等效电路

理想二极管：二极管导通时正向压降为零，截止时反向电流为零。二、二极管的微变等效电路 1.2.5稳压二极管

稳压管在反向击穿时，在一定的电流范围内，端电压几乎不变，表现出稳压特性。

一、稳压管的伏安特性

应用在反向击穿区（雪崩击穿和齐纳击穿）

二、稳压管的主要参数

（1）、稳定电压UZ

（2）、稳定电流IZ

IZmin ~IZmax、额定功耗

（3）

PZM、动态电阻rZ

（4）（5）、温度系数

稳压二极管在工作时应反接，并串入一只电阻。

电阻的作用： 限流保护

误差调节 1.2.6 特殊二极管

一、发光二极管

二、光电二极管

课堂小结：半导体二极管的伏安特性

半导体二极管的主要参数

二极管的等效电路

稳压管的特性和主要参数 思考问题：

如何用万用表判断二极管的好与坏、测试二极管的P、N极？

作业布置：

1.4

1.5

1.9

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《模拟电子技术》电子教案

授 课 教 案

课程： 模拟电子技术

任课教师：

教研室主任： 课号：

课题：双极型晶体管 教学目的：掌握常用晶体管的基本工作原理

掌握晶体管的特性、主要参数 能够合理选择，正确使用晶体管。

教学内容：晶体管的结构及类型

晶体管的电流放大作用、电流放大系数

晶体管的共射特性曲线

晶体管的主要参数

温度对晶体管特性及参数的影响

光电三极管

教学重点：三极管工作在放大区的条件和特点 教学难点：三极管工作区的判断 教学时数： 2学时

课前提问及复习：PN结的形成

PN结所具有的单向导电性 稳压二极管

新课导入：半导体三极管工作原理

半导体三极管的特性曲线

新课介绍： 1.3 半导体三极管

1.3.1 晶体管的结构与类型：

在同一个硅片上制造出三个掺杂区域，并形成两个PN结，构成晶体管。

这三个区域分别称基区、集电区、发射区。

对应的电极分别为：基极b、集电极c、发射极e。

两种类型：NPN和PNP 1.3.2晶体管的电流放大(控制)作用

共射放大电路：发射极是输入、输出回路的公共端。

晶体管工作在放大状态的外部条件：发射结正向偏置，且集电结反向偏置。

一、晶体管内部载流子的运动

1、发射结加正向电压，扩散运动形成发射极电流IE。

2、扩散到基区的自由电子与空穴的复合运动形成基极电流IB。

3、集电结加反向电压，漂移运动形成集电极电流IC。

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《模拟电子技术》电子教案

二、晶体管的电流分配关系

从外部看：IE = IC+ IB

三、晶体管的共射电流放大系数

β：共射电流放大系数（支流放大系数和交流放大系数近似相等）IC=βIB 1.3.3 特性曲线

描述晶体管各电极之间电压、电流的关系。

一、输入特性曲线：

方程： iB=f(vBE) vCE=const

与PN结的伏安特性相类似，呈指数关系

二、输出特性曲线：

方程： iC=f(vCE) iB=const

有三个工作区域：

1、截止区

发射结电压小于开启电压UON且集电结

反向偏置。此时，可以认为ic=0。

2、放大区

发射结正向偏置且集电结反向偏置。此时

ic几乎取决于IB，与uCE无关，表现出IB对ic的控制作用。

3、饱和区

发射结与集电结均处于正向偏置，此时ic不仅与IB有关，而且明显随Uce增大而增大。对于小功率管，可以认为当Uce=Ube时，晶体管处于临界饱和（临界放大）状态。1.3.4 晶体管的主要参数

一、直流参数

1、共射直流电流放大系数

2、共基直流电流放大系数

3、极间反向电流

二、交流参数

1、共射交流电流放大系数

2、共基交流电流放大系数

3、特征频率

三、极限参数

1、最大集电极耗散功率PCM

2、最大集电极电流ICM

3、极间反向击穿电压

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《模拟电子技术》电子教案

由PCM、ICM和V(BR)CEO在输出特性曲线上可以确定三区：过流区、过损区、过压区。1.3.5 温度对晶体管特性及参数的影响

一、温度对ICBO的影响

温度每升高10度，ICBO增加约一倍。

二、温度对输入特性的影响

温度升高，iB增大。

三、温度对输出特性的影响

温度升高，ICEO、β增大。1.3.6 光电三极管

光电三极管依据光照的强度来控制集电极电流的大小。

课堂小结：晶体管的结构及类型

晶体管的电流放大系数

晶体管的共射特性曲线

晶体管的主要参数

温度对晶体管特性及参数的影响

思考题：如何用万用表判断三极管的三个管脚及好坏？

作业布置：1.16 1.17 1.18

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《模拟电子技术》电子教案

授 课 教 案

课程： 模拟电子技术

任课教师：

教研室主任： 课号：

４

课题： 场效应管

教学目的：熟练掌握结型场效应管、绝缘栅型场效应管的构造原理和特性参数 教学内容：结型场效应管的形成原理和特性参数

绝缘栅型场效应管的构造原理和特性参数

教学重点：场效应管的工作原理 教学难点：场效应管的恒流区工伯原理 教学时数： 2学时

课前提问及复习：半导体三极管的工作原理

半导体三极管的特性曲线

新课导入：结型场效应管的构造原理和特性参数

绝缘栅型场效应管的构造原理及应用场合

新课介绍：

概念：场效应管是利用输入回路的电场效应来控制输出回路电流的一种半导体器件。按结构分有两类：结型、绝缘栅型 1.4.1 结型场效应管

栅极g

漏极d

源极s 导电沟道

一、结型场效应管的工作原理

1、当uDS=0时，uGS对导电沟道的控制作用。

2、当uDS为UGS（off）~0中某一固定值时，uDS对漏极电流iD的影响。

3、当uGD〈UGS（off）时，uGS对iD的控制作用。低频跨导gm

二、结型场效应管的特性曲线

1、输出特性曲线

场效应管有三个工作区域： 可变电阻区、恒流区、夹断区

2、转移特性

1.4.2 绝缘栅型场效应管

特点： 绝缘栅型场效应管的栅极与源极、栅极与漏极之间均采用SiO2绝缘层隔离。

具有四种类型：N沟道增强型管、N沟道耗尽型管、P沟道增强型管、P沟道耗尽型管。

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《模拟电子技术》电子教案

一、N沟道增强型管

1、工作原理

开启电压UGS（th）

2、特性曲线与电流方程

二、N沟道耗尽型管

在SiO2绝缘层中掺入大量正离子，便可得到耗尽型管。

其符号如图所示：

Ｐ４３页所示场效应管的符号及特性

1.4.３ 场效应管的主要参数

一、直流参数

开启电压UGS（th）、夹断电压UGS（off）、饱和漏极电流ＩＤＳＳ、直流输入电阻ＲＧＳ（ＤＣ）

二、交流参数

低频跨导gm、极间电容、三、极限参数

最大漏极电流ＩＤＭ、击穿电压、最大耗散功率ＰＤＭ 1.4.４ 场效应管与晶体管的比较：

1、场效应管输入电阻高。

2、场效应管的温度稳定性更好。

3、场效应管的噪声系数小。

4、场效应管的漏极和源极可以互换使用。

5、场效应管的种类更多。课堂小结：

结型场效应管的构造原理和特性参数 绝缘栅型场效应管的构造原理和特性参数

作业布置：1.23

第1章

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电子半导体 篇3

1、行业佼佼者客户覆盖广泛；

2、受益半导体行业规模的扩张；

3、强势研发团队掌控核心技术。

上海新阳半导体材料股份有限公司（以下简称“上海新阳”，代码300236）专业从事半导体行业所需电子化学品的研发、生产和销售服务，并致力于为客户提供化学材料、配套设备、应用工艺、现场服务一体化的整体解决方案。产品主要包括半导体封装领域所需的引线脚表面处理电子化学品，晶圆镀铜、清洗电子化学品及与它们配套的设备。

财务数据显示，2008年-2010年，上海新阳净利润分别为1956.73万元、2887.79万元、3337.22万元，体现了良好的成长性。此次公司拟公开发行2150万股，募集资金1.75亿元用于原有产品产能的扩张及技术研发中心的建设。项目实施后，预计将年增半导体专用化学品产能3600万吨，发展前景广阔。

行业佼佼者客户覆盖广泛

截至2010年年底，上海新阳已经具备了3000吨/年的电子化学品产能，下游拥有超过120家的客户，遍布华东、华南、东北、西北等全国各地。同时，公司还通过了多家国内以及国际知名的半导体封装企业严格的供应商资格认证，知名企业如长电科技、通富微电等都是上海新阳的固定客户群体，在新产品的研发和产业化方面都建立了长期的合作伙伴关系。

以上仅仅是在半导体封装领域的客户，在芯片制造领域，公司也同如中芯国际、江阴长电等高端芯片制造企业建立了合作关系。

上海新阳是中国集成电路封测产业链技术创新联盟理事单位，国家02重大科技专项科研任务的承担单位之一，在国内的半导体材料业内具有突出的行业地位。行业佼佼者加上与各领域的知名企业的长期合作将极大得保障公司未来稳定的收入来源。

受益半导体行业规模扩张

半导体行业作为电子信息高新技术产业的核心，未来仍将会有较快的发展，而对电子化学品的需求也将随着半导体行业规模的扩大而增加。根据中国半导体协会的预测，2013年引线脚表面处理所需的电子化学品的市场规模可达10亿元，而据Yole Development2009年10月的预测，2015年晶圆镀铜、清洗电子化学品市场规模可达10亿美元。

未来，在国家相关产业政策的支持下，利用本土竞争优势，公司产品对进口产品的替代以及相关产品技术储备的市场推广进程的加速，上海新阳的市场地位将进一步突出、稳固。在此背景下，上海新阳未来将极大得受益于行业规模的扩大。

强势研发团队掌控核心技术

长期以来，上海新阳通过积极从外部引进和内部培养等方式，在半导体化学材料领域，已建立了一支专业门类配套、行业经验丰富、研发能力较强的复合型研发团队。研发带头人孙江燕总工程师有近二十年半导体化学材料研发与应用经验，现为中国集成电路封测产业链技术创新联盟专家委员会成员。

公司依托电子电镀和电子清洗核心技术，积极研发半导体制造领域所需的晶圆镀铜、清洗电子化学品及配套的晶圆湿制程设备。目前上海新阳已形成了四大系列70多个品种的电子化学品、30多个品种的配套设备，可广泛运用于半导体封装和制造领域。公司在半导体封装和芯片制造所需的电子化学品领域形成了丰富的产品体系和技术储备，并获得了国家3项发明专利以及多项实用新型专利。

电子半导体 篇4

集中了全面的车身以及动力系统解决方案, 安森美半导体开始持续全面发力汽车电子市场。

包括汽车空调方案、车载娱乐方案、汽车照明方案、车载网络方案、汽车发动机管理系统方案及热门的汽车LED照明方案等。

“基于雄厚的数字技术、模拟技术和高压器件技术, 安森美半导体可以制造出更高性能的集成器件, 这就是我们未来致胜的法宝。”贺宝康说, “包括LED照明、传感器、微控制器等技术在内, 安森美半导体具备了足够的资源用来扩大汽车电子市场的业务。”

2011年1月, 安森美半导体全面完成了对日本三洋半导体公司的收购, 从而拓展了日本汽车电子市场, 包括先锋、松下、日立等汽车电子部件供应商都变成了安森美半导体的客户, 再加上此前的博世、德尔福、宝马、奥迪、奔驰和通用汽车等, 安森美半导体的汽车电子产品覆盖了欧洲、美国和日本三大主要汽车电子市场。

电子半导体 篇5

院士领衔，一步步做强中国“芯”，这里是西安电子科技大学宽禁带半导体材料与器件教育部重点实验室

在现代世界里，没有人能和“半导体”脱离了关系。我们每天滑的手机、看的电视、用的电脑、开的灯，都有半导体器件在里面工作。从一定程度上来说，正如互联网改变了世界，半导体也影响着世界的发展。从19世纪上半叶发现半导体，到第一代、第二代、第三代半导体相继问世，近2个世纪以来，寻找更高性能、更稳定、更优质的半导体，一直是该领域科学家们不懈的追求。在中国，提到半导体特别是宽禁带半导体材料和器件研究，有一个地方必然会凝聚大家的目光。这就是西安电子科技大学宽禁带半导体材料与器件教育部重点实验室。不久前，教育部信息领域重点实验室评估结果公布，继上一个评估期获评优秀之后，她又一次把“优秀”收入囊中。以中国科学院院士郝跃教授为学术带头人，这里汇聚了一批“千人计划”“长江学者”“杰青”等国内外杰出人才，连续两年斩获国家科技进步奖，一步一步做强中国“芯”。高瞻远瞩造就先发优势 优秀成为一种习惯国内对宽禁带半导体的研究，差不多始于上个世纪90年代中后期。那时候，半导体材料已经经历了由硅（Si）和锗（Ge）向砷化镓（GaAs）的过渡，这显然已经是一个进步了。但是，不止于此，寻找更低能耗、更优性能的半导体材料的脚步，在西电，在当时的微电子研究所，在郝跃教授坚定的科研方向中踏了出去。在这个“冷门”里，郝跃和团队孤独奋战了近十年。直到2005年前后，国内宽禁带半导体产业开始发展之时，大批研究机构和高校纷纷觉醒，才开始布局相关研究。然而，在这十年时间里，西电的宽禁带半导体研究，已经有了深厚的积累。讨论宽禁带半导体材料理论问题及计算分析的相关论文，常见诸于国内核心学术期刊上。国内最早探讨宽禁带半导体的专著《碳化硅宽带隙半导体技术》，也在2000年问世。正是在2000年前后，经过4、5年的科研积累，宽禁带半导体材料的特性、相关研究的脉络和框架已经有了比较清晰的梳理。但要想把研究做大做强，成立一个专门的机构为科研提供支持就显得十分必要。加之，搭建科研大平台也一直是学校建设和发展的要事，于是，申报宽禁带半导体材料与器件教育部重点实验室便自然而然地提上了日程。2003年，国家集成电路人才培养基地落成。同年，微电子学院成立。2004年，宽禁带半导体材料与器件教育部重点实验室也正式挂牌。又一个十年过去，在科研成果、人才队伍、成果转化等方面，“优秀”似乎已经成为了实验室的习惯。在最近一个的评估期内，实验室交出了一份满意的答卷：2项国家科技进步奖二等奖，4项陕西省科学技术一等奖，1项国家级教学成果奖二等奖，1项陕西省教学成果奖特等奖，430余篇SCI和EI论文和近300项授权发明专利……一条拥有若干项自主关键技术、最高洁净度达百级的宽禁带半导体超净工艺研发线建成，成为学校的一张“科研名片”。对于宽禁带半导体实验室，获评优秀，与其说是一种“意外之喜”，更像是一份来自自身和他人的信任。“优秀是相对而言的，是在某一套评价体系中的优秀。”实验室对此达成共识，“我们相信自身的实力。我们的目标，还在于更高更远处。”微观世界探寻宽广天地 科技让生活更美好简单来说，禁带宽度对于半导体材料来说是一个非常关键的物理数据。由于半导体既能导电，又能不导电，那么，利用好这一特性，让它既能稳定导电，又能绝缘，就显得至关重要。而要想保证导电性能的稳定，就要管好一群“自由自在”的电子，让它们不要过于“欢蹦乱跳”。宽禁带就是这样一种存在。它就像一道“鸿沟”，让被注入了来自热量或辐射的能量而突然“兴奋”起来的电子跨不过去，只能远远地看着对岸的电子稳定地工作着。现有的研究资料表明，以氮化镓（GaN）和碳化硅（SiC）为代表的第三代半导体材料的禁带宽度，就要比以硅（Si）和锗（Ge）为代表的第一代半导体材料的禁带宽度，多出2倍以上。因此，第三代半导体在耐高温、抗辐射、降能耗等方面比第一、二代半导体表现得出色许多。利用这种禁带宽的物质，把它变成材料，用于制作半导体器件，进而制成集成电路，而后把它推广出去应用到我们的生产和生活中，就是宽禁带半导体材料与器件实验室的使命所在。从微观世界回到现实生活，第三代半导体已然走入寻常百姓家。在照明领域，尽管红、绿色发光二极管在上世纪中叶已经问世，但照亮世界的白色光源，因为缺少三原色之一的蓝色而无法合成，直到上世纪80年代末才问世。这得托第三代半导体材料氮化镓（GaN）的福。没有它，就没有蓝光LED，白光LED也无从谈起。除此之外，在微波通讯、供电等领域，第三代半导体更是有着极大的作为空间。比如5G通讯。第一代半导体材料硅（Si），是现在市场上大部分手机集成电路的材料。随着手机越来越“万能”，特别是5G时代的到来，硅（Si）已然没有办法承担这么大功率运转、高带宽速度的重压了。不过这一点，氮化镓（GaN）很擅长。再比如轨道交通动力系统。高铁动车跑得快，全靠存在于每节车厢的电动机组合力带。一列高铁上百台电机工作同时工作，什么样的电子器件适合在高电压、大功率下还能高效率地控制电流、驱动电机呢？最理想的，非碳化硅（SiC）宽禁带半导体莫属。总之，第三代半导体器件就如同建筑行业的钢筋水泥一样，遍布电力电子产品充斥的社会的每一个角落。它小小的身躯，为环境友好型、资源节约型社会建设提供了巨大支持。科学研究瞄准重大需求 成果转化造福社会在2012年-2016年这一个评估期内，宽禁带半导体材料和器件实验室有2项研究成果为国家科技进步作出贡献。2015年，郝跃院士团队的“氮化镓基紫外与深紫外LED关键技术”获得国家科技进步奖。这项技术实现了我国在紫外与深紫外LED领域的重大突破，被评价为“达到了国际先进水平”。紫外线，我们都不陌生。紫外杀菌、紫外验钞等都是我们熟知的应用领域。不过，传统紫外光的产生，要靠真空灯管中电子束激发卤素来得到，体积大、效率低、能耗高，甚至对环境造成污染。完美解决上述问题的，是紫外与深紫外LED。制造这种器件的基础，是以氮化铝（AlN）和氮化镓（GaN）为代表的Ⅲ族氮化物半导体材料。然而，要想达到紫外与深紫外LED最理想的性能，这种半导体材料的生长绝非易事。紫外光具有更高的光子能量和更短的波长。想让波长变短，就得增加AlGaN中的Al组分。但是，随着Al组分的增加，三个重大技术难题又随之而来：材料缺陷急剧增加、p型掺杂十分困难、折射率升高导致全反射进而降低光提取效率。这正是郝跃院士和团队花费十余年心血攻克的三个重要难题。随着这三大核心问题的解决，在材料生长方法、掺杂方法、高效率器件结构等方面也有了创新性突破，获得中国和美国发明专利授权22项。现在，1千瓦的紫外LED光源和传统的3.6千瓦紫外荧光灯照明效果一样，能耗却降低72%，寿命自然也延长不少，更重要的是，很大程度上避免了重金属污染。通过产学研合作转化，在实现7.1亿元产值的同时，50余家芯片、封装及应用企业应用了该项目的技术和产品，紫外LED器件、紫外灯管、紫外光源模组等产品已经在电子产品制造、印刷、水净化、医疗、农业等领域有所应用，为主要用户创造9.7亿元经济效益。2016年，杨银堂教授团队的“多层次系统芯片低功耗设计技术”获得国家科技进步奖。这一成果同样被评价为“达到了国际先进水平”。死机，是追求速度和高效的现代生活中令人不愉快的一种体验。造成死机的原因诸多，负载过重是“罪魁祸首”。一些性能普通的手机，常常用着用着就烫“死”了。那么，有没有可能我们的手机能分屏同时操作多个大容量应用程序而不死机，并且还非常省电呢？答案存在于我们对美好生活的向往中。这样的手机不仅需要多颗“心脏”，还要能够高效工作，最大可能降低功耗。多层次系统芯片低功耗设计技术，即是针对国内无线通信、雷达信号处理、卫星通信的迫切需求，旨在降低一个芯片系统整体功耗的技术。在一个芯片系统中，哪里会产生能耗，怎样控制各部分产生的能耗，是这项技术要解决的根本问题。杨银堂教授和团队经过十余年的努力，提出系统芯片多层次协同的设计思想，在系统层、通信层、功率层、电路层等多个层次上实现了低功耗设计，让系统芯片既能“各司其职”，又能相互配合，完美演绎“协奏曲”。现在，这项技术广泛适用于系统集成芯片、数模混合集成以及功率管理和功率转换系统，数字信号处理器、多模多频移动基带等芯片的功耗水平显著降低。研究成果近3年来实现直接经济效益10亿元以上。进入下一个十年，实验室依旧在为更低能耗、更优性能的半导体材料奋斗。建立更大的科研平台、吸引更多的优秀人才、制造更优质的半导体器件，实验室一直在努力。或许有一天，西电宽禁带半导体材料和器件实验室，会叩响未来更新半导体材料时代的大门。（记者陈圆）（来源 西电新闻网）

电子半导体 篇6

作为电子工业发展基础的电子器件, 已经历了三个巨大变革时代:1.电子管时代――1905~1947 (42年) ;2.晶体管时代――1947~1958 (11年) ;3.集成电路时代――1958~… (到2014年已有56年) 。

电子管的发明拉开了电子时代的序幕, 为当时蓬勃发展的无线电报事业提供了核心器件, 在它存在的40多年的时间里, 推动了收音机、电视机、雷达、计算机的发明和应用。美国是电子工业发展的代表, 1920年即开始广播, 也是30年代最早开始电视广播的国家之一, 最先研制成功了脉冲雷达和电子管计算机, 美国电子工业产值从有统计的1927年的2亿美元发展到1947年的36.6亿美元, 增长了18倍。

1947年美国贝尔研究所的肖克利、布拉顿和巴丁发明了晶体管, 解决了电子管在体积、功耗、寿命等方面的局限性, 进入了电子器件的固体时代, 耐冲击, 耐震动, 体积小, 仅是相应电子管的十分之一到百分之一, 可靠性提高百倍, 可以设计出小型、复杂、可靠的电路, 对军事、航空、航天及计算机的发展起到了无可取代的重要作用。晶体管时代时间很短, 仅有11年, 可说是个过渡期, 它吹响了集成电路发明的号角。1958~1959年间德州仪器和仙童公司便发明了集成电路, 人类进入了集成电路时代, 以迄于今。

集成电路将晶体管和电阻、电容集成在一块硅片上, 构成了一个完整的单片功能电路, 所谓“立锥之地布千军”, 获得了飞速的发展, 集成度日益提高, 从小规模集成电路不断向着中规模 (MSI) 、大规模 (LSI) 、超大规模 (VLSI) 、特大规模 (ULSI) 、极大规模 (GLSI) 迈进, 现在一块芯片上已可集成几十亿 (14~35亿) 个晶体管, 一个针尖上可容纳3000万个晶体管。集成电路更具面体积小、重量轻、寿命长和可靠性高、成本低等优点, 便于进行大规模生产, 应用遍及国民经济各个领域, 与晶体管不可同日而语。

人们通常把晶体管和集成电路笼统地称为半导体器件, 半导体器件是20世纪的最重要的发明, 是一、二百年间才能见到一次的发明。半导体器件是所有电子设备的心脏, 它改变了人类社会, 从“钢铁时代”进入了“新石器时代”, 半导体是工业的“石油”, 农业的“稻米”, “科学技术进步的基石”。它变革了人类国民经济、军事战争、人民生活甚至文明文化等各个方面, 以前说“钢铁即国家”, 而今是“电子 (半导体) 即国家”, 出现了“电子立国”之说, 一个国家的进退兴亡全在半导体此举!

市场发展

半导体市场之初发展极为迅速, 据有关资料报导, 1960年世界半导体市场不过8.5亿美元, 到1995的35年间, 平均以每年约16%的速度增长, 基本上直线上升到1550亿美元。此后, 半导体市场方才出现起伏不定的状况, 据市场调研公司IC Insights 2010年的一个报告显示, 1995~2010年15年间的年均增长率放缓到4.7%, 其间1996年、1998年都是负增长, 特别是2001年在上年大幅上场37%、突破2000亿美元达到2190亿美元后骤降32%, 降至1490亿美元, 2008~2009年又相继下行, 2010年又逆风飞扬30%, 首破3000亿美元达3100亿美元 (图1) 。

资料来源:IC Insights, 2010年

据WSTS报告, 2011年世界半导体市场微增0.4%, 2012年略减2.7%, 计2916亿美元, 2013年据SIA今年2月最新报告, 超出WSTS去年6月预测的2.1%达到4.8%, 再次跨越3000亿美元, 达3056亿美元。著名市场调研公司Gartner和IHS去年底曾分别预测2013年世界半导体市场成长5.2%和4.9%。增长的原因简而言之, 即由于智能手机和平板电脑对存储器 (包括DRAM和NAND) 的殷切需求, 促使存储器价格成倍翻高, 营收大增, 分别飚升了35%和28%, 据说若无此两大产品的惊人业绩, 半导体产品市场或许就是零增长。

附带说一句, 近年因世界宏观经济及各行各业发展的不确定性, 难于预测, 修修改改已习以为常。SIA并预测2014年世界半导体市场将增长8%, 为几年来所少见, 同时SIA还援引WSTS的报告称, 2014年将略增4%, 2015年续增3.5%, 达3280亿美元。总之, 我们看到自2013年起世界半导体市场将维持增长的势头。

展望未来发展, 市场调研公司IC Insights去年9月发表报告称, 随着欧洲经济缓慢地改善及世界经济也在逐渐好转, 世界半导体产业前景有望。尽管半导体业将受到技术的多方面严峻挑战, 但该公司总裁Bill Mc Clean说:“总的看来, 半导体产业未来10年的成长趋势可望提升。” (表1) 世界1997~2012年15年间每块集成电路的平均售价从2.12美元下落到1.34美元, 影响到同期世界半导体市场从1277亿美元仅成长到2548亿美元, 年均增长率为4.7%。未来受世界GDP增长的带动, 预计2015年和2016年世界半导体市场将分别成长11%和13%, 2017年则将步入衰退。综观2012年到2022年的10年间, 集成电路的平均售价将有所反弹, 从1.34美元上升到1.48美元, 而同期世界半导体市场则从2548亿美元成长到5038亿美元, 年均增长率达到7%, 优于上15年间的4.7%。预测终究是预测, 姑妄言之, 到时将由事实最后来说明。

资料来源:IC Insights, 2013年

根据上述数据推算, 世界半导体市场规模发展到1000亿美元大约用了34年, 从1000亿美 (1994年) 元成长到2000亿美元 (2000年) 仅用了6年时间, 成长到3000亿美元 (2010年) 用了10年时间, 而预计到2022年可成长到5000亿美元, 即是在12年时间内增长了2000亿美元, 果若如此, 那是速度可观, 前景可待。

日本媒体资深记者, 现日本产业时代公司社长泉谷涉2013年初撰文说, 现在许多人认为半导体业未来前景将遭遇红灯, 近7、8年间起伏不定, 半导体市场发展到了25万亿日元。但他同时指出, 从晶体管诞生而开始的半导体历史, 总是开拓新应用领域的核心, 它是新产业革命的“核弹头”, 其今后的作用地位也不会变更。泉谷涉并预测到2030年, 世界半导体市场将从25万亿日元成长到40万亿日元, 大致算来18年间的年均增长率为2.6%, 速度虽不算快, 但总是在成长, 笔者倒是认同的。

资料来源:《日本环境能源动力》, 2013年

产品应用

1955年日本引进美国贝尔研究所发明的晶体管, 实现了规模生产, 开始生产晶体管收音机;1958年IBM开发成功晶体管计算机;1961年日本推出晶体管电视机和计算器;1962年美国德州仪器等公司率先投产IC (集成电路) ;1967年日本上市IC计算器, 拉动了IC的大量应用;1970年美国IBM发表了LSI 370系列大型计算机;1971年美国英特尔公司开发出微处理器, 具有革命性意义, 被称为“生命之石”;美国苹果公司1977年推出了Apple电脑, PC时代曙光乍现, 颇获好评;1981年IBM推出IBM-PC, PC从此尽显风流, 应用日益广泛, 得到了极大的普及, 成为半导体业的增长引擎。据市场调研公司IHS i Suppli 2012年报告, 世界IC四大应用产品依次为PC, 手机, 平板电脑和液晶电视, 约占IT市场的90%。

资料来源:SEMICO

世界IT市场的主力产品—PC经过30多年的发展失去从容, 步入衰微, 世界PC出货量于2011登顶约近4亿台, 2012~2013年两年接连下滑, 已仅为3亿台多一点, 原先PC曾独占半导体应用的35%, 如今急速凋落对半导体影响很大, 进入了后PC时代。继而力挺IT领域的是智能手机和平板电脑的爆发增长, 世界智能手机出货量2012年即达6.5亿部, 2013年激增至9.5亿台, 有说最多可达15亿部的, 也有说2~3年内可望增长到20亿部, 无论如何, 它总有一个到头的日子。平板电脑发展近年同样迅速, 据市场调研公司IDC称, 2013年其出货量已超越笔记本电脑, 达近2.2亿台, 比上年增长5l%, 但已落后于2012年的窜升87%, 说明世界平板电脑市场发展也己趋缓, 臻于成熟, 今年或可首见发达国家如美国市场的出货量缩减的情况, 世界又将迈入“后智能手机时代”!当前媒体热议的是可穿戴设备, 其他还有所谓“脱IT产业”的医疗电子、新一代汽车、航空、机器人、绿色能源等将继续推动半导体业的发展。一般而言, “一门产业的寿命约为30年”, 而半导体从大发展的上世纪70年代算起, 已超过了40年, 针对半导体微细化工艺进展的摩尔定律还没有走到尽头, 美日市调公司或专家预测, 世界半导体市场还有最后一、二十年的成长空间。对中国而言, 发展半导体事业真的已到达了刻不容缓, 时不我待, 时不再来的关键时刻!

升火待发

李克强总理在今年人大的政府报告中指出, 要调整产业结构, 扶持新兴产业, “设立新兴产业创业创新平台, 在新一代移动通信、集成电路、大数据、先进制造、新能源、新材料等方面赶超先进, 引领未来产业发展。”首次把集成电路放在了明确领先的地位, 各新兴产业相辅相成, 半导体在其中将继续发挥重要作用, 这合乎国民经济发展规律, 定能促进经济不断发展, 集成电路可期待矣!

资料来源:日本JEITA《IC手册》

日本网媒去年5月有篇报道说, 日本半导体产值现为5.9万亿日元, 在整体制造业中不过占2%, 但它却具有不可或缺的战略意义, 是占有日本出口总额10%供应链中的核心产品, 有“小巨人”之美称。从世界来看, 半导体市场约为30万亿日元, 规模也不算大, 约占世界电子工业产值153万亿日元的近20%, 可影响至为巨大, 它是所有产业的心脏和知识产权的载体, 不仅电子产业, 其他如航空航天、汽车、工业用设备等莫不对其有所倚重。

纵观历史, 半导体可说是一个现代国家国祚盛衰之渊薮。半导体始自美国, 迄今它仍是半导体生产第一大国, 世界十大半导体公司中美占其五, 独揽半壁江山。美国英特尔公司稳坐世界半导体业头把交椅已有22年之久, 无有撼动者, 虽常听说老二三星 (营收约296亿美元) 企图抢班夺权, 但2013年两公司营收还有184亿美元之差, 一时恐难得逞。随着移动通信的发展, 高通 (1985年成立) 、博通 (1991年创立) 争时立新, 业绩辉煌已分别跃进世界前十。英特尔主打PC用微处理器, 曾独占世界市场九成以上, 原先美国基本已放弃DRAM生产, 但1978年成立的美光公司, 1981年建立晶圆厂, 胼手胝足, 惨淡经营, 2013年8月正式并购日本尔必达 (Elpida) 后, 其规模己超韩国SK海力士公司, 成为仅次于三星的世界第二大存储器公司, 已跻身世界十大半导体公司第5位, 三大集团合计市场占有率已超过世界存储器市场的90%, 确立了垄断地位。微处理器和存储器又都是半导体业的主导产品, 这为美国建立世界第一经济和科技大国提供了可靠的保障, 苹果公司如无半导体的支持, 根本不可能推出横扫世界的i系列产品。

电子半导体 篇7

自由空间中的电子, 受到外力作用, 根据牛顿第二定律, 其加速度可表示为a=F/m0, 其中F是外力合力, m0是惯性质量, 而半导体中电子的运动和自由空间中的不同, 除了受到外加作用力以外, 还受到半导体内部原子及其它电子势场作用, 对于半导体中的某一个电子来说其受到的合外力可表示为:

Ftotal=Fext+Fint=ma (1)

由于Fint非常复杂, 难以确定。因此我们引入了有效质量, 其直接将外力和电子的加速度联系起来了, 使问题简化, 公式 (1) 可简写为:

Fext=m*a (2)

其中加速度a直接与外力有关。参数m*对外力Fext表现出类似于惯性质量的性质, 叫做有效质量。所谓有效是指:“有效”的意义在于“它是有效的, 但不是真实的”。有效质量概括了半导体内部势场的作用, 使得在解决半导体中电子在外力作用下的运动运动规律时, 可以不涉及到半导体内部势场的作用, 有效质量将量子力学结果与经典力学牛顿第二定律联系起来了, 下面主要研究半导体中电子在外力作用下的运动状态以及有效质量和与E-k图、平均速度和加速度的关系。

1. 有效能量和E-k图的关系

对于自由空间里面的电子, 其动量和能量的关系可表示为:

根据德布罗意波粒二相性原理:

将公式 (3) 带入 (4) 可得到:

电子的能量对波数求导可以得到:

对于半导体来说, 起作用的往往是接近能带底部或能带顶部的电子, 因此讨论能带底部或能带顶部的E (k) 与k的关系就行了, 对于半导体中的电子, 在能带极值附近进行泰勒级数[1]展开:

一阶导数为0, 取至二阶 (抛物线近似, 近自由电子近似)

对于特定的半导体:d2E/dk2应当为一定值 (极值附近) , 假设为h2/m*, 则 (9) 式可表示为

能带顶部的电子, E (k) <E (0) , 能带顶部的电子的有效质量为负值;能带低部的电子, E (k) >E (0) , 能带低部的电子的有效质量为正值;可以看到, 和自由电子相比, m*起着相当于质量的作用。

由公式 (11) 可以看出有效质量和E-k关系有关。m*的大小和E对k的二阶导数有关, 在能带底处, E-k二阶导数为正 (曲率为正) , 因而有效质量为正, 而在能带顶部, E-k二阶导数为负 (曲率为负) , 因而有效质量为负。有效质量和能量的宽窄有关, 能带越窄, E对k的二阶导数越小, 有效质量越大, 内层电子的能量窄, 有效质量大, 外层电子的能量窄, 有效质量越小, 因此, 外层电子在外力作用下可获得较大的加速度。只要测量出有效质量的大小, 就能确定能带底部或能带顶部的E (k) 与k的关系, 有效质量可以通过所谓回旋共振实验[2]来直接进行测量。因为当半导体处在恒定外磁场B中时, 其中的载流子将作螺旋运动, 回旋频率为ωc=q B/mn*[3], 所以只要测量出回旋频率, 即可得到有效质量mn*;实验上, 还在半导体上再加一个交变电磁场[频率为微波～红外光], 当交变电磁场的频率等于回旋频率时即发生共振吸收, 则测量出此共振频率即可。

2. 有效质量和速度之间的关系

对于自由电子其能量[4]可表示为:

将公式 (12) 带入 (13) 可得到:

由图可以看出在整个布里渊区, V～k不是线性关系, 内层能带窄, E (k) 的变化比较慢, V (k) 小, 外层能带宽, E (k) 变化比较快, V (k) 大。

3. 有效质量和加速度之间的关系

实际的半导体器件在一定的电压下工作, 半导体内部产生外加电场, 电场强度为E时[5], 其关系可以以表示为:

外力对电子做功等于能量的改变:

这反映了在外力作用下, 电子的状态随时间不断变化, 相应地速度不断变化, 则加速度为:

将公式 (11) 带入 (18) 可得到:

可以看到, 借助于有效质量的概念, 晶体电子在外力的作用下的运动规律可以用经典的牛顿理论来描述。有效质量是一个将经典理论和量子理论联系起来的概念。

结语

1) 有效质量概括了晶体内部势场的作用, 使得在解决半导体电子在外力作用下的运动规律时, 可以不涉及到半导体内部势场的作用, 但只有在能带极值附近才有意义。

2) 若通过回旋共振实验测量得到了有效质量, 则可得到能带极致附近的能带结构。

3) 能带电子运动的速度, 加速度都与能带结构有关;对能带极值附近当然电子, 在进入有效质量以后, 可作为简单的自由电子来处理。

摘要：当研究半导体中的电子在外力作用下的运动时, 引入了有效质量这个概念, 其概括了半导体内部势场的作用, 使得在研究半导体中电子在外力作用下的运动规律时, 可以不涉及到半导体内部势场的作用, 有效质量将量子力学结果与经典力学牛顿第二定律联系起来了, 本文主要研究半导体中电子在外力作用下的运动状态, 并讨论有效质量与E-k图、平均速度和加速度的关系。

关键词：有效质量,E-k图,速度,加速度

参考文献

[1]刘恩科, 朱秉升, 罗晋生, 等.半导体物理学[M].第七版.北京:电子工业出版社, 2011, 67～68

[2]顾祖毅, 田立林, 等;王阳元, 卢文豪译.半导体物理学[M].第一版.北京:电子工业出版社, 1995:45～48

[3]施敏, 半导体器件[M].第一版.北京:科学出版社, 1992, 16～17

[4]Dona H.Neamen, 等;赵毅强, 姚素英, 解晓东, 等译.半导体物理与器件[M].第三版.北京:电子工业出版社, 2011, 53～55

电子半导体 篇8

1.1 2013年中国汽车电子市场规模破3000亿元

据赛迪顾问基础电子产业研究中心介绍, 2013年, 随着汽车销量的稳步增长, 以及汽车电子装配率的提高, 中国汽车电子市场规模加速扩张。根据统计, 2013年中国汽车电子市场规模达到3120.7亿元, 同比增长16.8%, 超过汽车销量的增长规模。

未来三年间, 随着国内消费需求的释放和汽车产品国际竞争力的不断提升, 中国汽车年产量增长率将保持在10%左右。在此推动之下, 预计到2016年, 十三五开局之年中国汽车电子市场规模将超过4300亿元。但是随着中国汽车消费需求增速的减弱, 未来中国汽车电子市场的增长方式将由汽车产量增长驱动向功能需求增长驱动转变。

数据来源:赛迪顾问, 2014, 02

数据来源:中国汽车工业协会, 赛迪顾问, 2014, 02

数据来源:赛迪顾问, 2014, 02

1.2 本土企业集中后装市场

数据来源:赛迪顾问2014, 02

据赛迪顾问, 中国汽车行业一直跟随着国际发展的步伐, 实行产品和技术的“拿来主义”, 很好地弥补了技术、产能上的不足, 快速实现规模化, 减短了汽车电子产品的研发和试验时间, 为产品升级步伐的加快提供了支撑。由此带来的问题就是整个汽车电子行业基本上被外资和合资企业主导, 尤其是在高技术含量和高成本高利润的前装市场。本土汽车电子企业大部分集中在成本和利润较低、进入门槛低、竞争激烈的后装市场 (表1、表2) 。

1.3 新能源车为本土向前装扩张带来机遇

赛迪顾问认为, 中国本土企业需要抢占新的制高点, 新能源汽车就是这样一个弯道超车的机遇。随着新能源汽车的发展, 以及本土汽车企业的崛起, 在渠道方面本土企业也迎来了平等竞争的难得机会。

2 本土汽车半导体器件市场年增10%

2.1 细分市场预测

IHS高级分析师刘庆:过去几年, 相对其它行业的波荡起伏, 中国汽车行业可谓高歌猛进, 2013年中国轻型汽车的销售量达到2080万辆, 同比增长1 2%。未来几年, 随着市场的饱和, 整车销量将会保持温和的增长, 动力会来自中小城市、旧车替换和对中高端轿车的需求。

作为核心器件的汽车半导体, 未来几年将仍然保持很好的增长态势。

当前中国汽车产业链已经形成, 但由于汽车电子核心技术特别是ECU (电控单元) 的设计仍然掌握在国际大公司手中, 这使得汽车半导体本土的设计所占比例非常低, 特别是在前装市场。随着中国汽车产业从自有到自力 (独立设计和研发) 的过度, 相信这种情况正逐步在改变。

除了以上需求动力以外。中国消费者也愈来愈关注驾驶体验, 如控制平稳、方便和轻松, 汽车安全和舒适。而且随着手持通讯和娱乐设备的普及, 人们也希望在驾驶爱车的同时, 能够方便使用相关手持和便携设备。这也使得telematics (信息娱乐系统) 成为当前汽车电子的热门话题。这些应用都与半导体器件息息相关。在2013年整个汽车半导体的出货量达到41亿美元。IHS预测在未来五年整个市场保持10%的复合增长率爬升到67.9亿美元 (如图3) 。

来源:IHS, 2013

来源:IHS

2.2 汽车MCU预测

MCU (微控制器) 是汽车半导体中的关键器件, 无论在车身还是动力总成, MCU都是信息通讯、管理和控制的核心。MCU也随着汽车电子的需求提高而不断发展。如在动力总成中, 一些新功能的提出如启动/停止、G D I (燃油直喷燃烧技术) 、H E V (混合动力汽车) 等, MCU被要求有更多的接口去支持不同的通讯方式, 如:Flex Ray、CAN、SPI、HSSL…, 同时要求有更快的数据处理能力和更小的封装尺寸。由于涉及整车安全和可靠性, 在MCU的选择上, 设计者更关注供应商的品牌, 产品可靠度和稳定性。当前中国汽车电子MCU的本土设计供应商主要还是国际大厂 (如图4) 。

3 汽车公司的技术领导力将决定产业的未来

3.1 无人驾驶

Gartner副总裁、杰出分析师ilo Koslowski和Gartner首席分析师张菊:尽管22%的美国车主对通过汽车来购买歌曲、有声图书或电影表示出兴趣, 此外还有联网车辆的其他一些性能也高居“感兴趣”榜首。然而, 拥有或者可以接入云计算资源、数据资源以及实时分析能力池, 将决定汽车公司在无人驾驶汽车类产品的未来领导地位。

至2 0 1 6年, 无人驾驶汽车的技术领导力将从传感器性能转移至高度细节化的地图数据以及以网络为中心的云计算创新。

大部分的汽车制造商、供应商以及技术公司在无人驾驶技术方面的努力主要集中在硬件 (尤其是传感器) 和软件性能方面。然而, 随着传感器性能的提升以及自动驾驶汽车发展为自动无人驾驶车辆, 数据的准确性、数据分析以及非车载计算技术 (远程计算技术) 的重要性将备受关注, 从而能够提供无缝化且安全的驾驶体验, 尤其在穿越大面积地理区域的时候。以下一些技术将帮助汽车公司成为技术领导者或者潜在市场的领导者:

●拥有或可以不受限制地访问不断更新的高度细节化的地图与交通数据 (例如:红灯信息, 事故信息以及道路车辆数量) ;

●拥有或者可以经常利用非车载云计算功能实现大量的实时驾驶事件数据分析, 结合地图数据库、实时操作状况 (如速度和转向角) 、图像识别等。

3.2 自我感知

至2018年, 通过捕捉实时系统状态、实时位置信息以及环境状态, 20%的新车辆将可实现自我感知。

三类重要技术趋势将加快联网车辆性能的演进:

●联网车辆解决方案的持续部署, 包括无线及车载高速数据通信功能 (例如车内LTE和以太网) ;

●车内传感器技术的不断采用, 例如摄像机、激光器以及GPS, 可作为高级辅助驾驶系统 (ADAS) 功能的一部分;

●更佳、更具性价比的内存单元内数据分析能力以及云端数据分析能力。

3.3 从联网车辆向联网驾驶员发展

为此, 每家汽车制造商都在逐渐将其联网车辆产品延伸至四大功能领域 (车载通信信息系统、娱乐信息系统、ADAS以及移动化创新) , 从而满足用户数字化生活方式融合的需求。预计十年后, 成熟汽车市场中销售的全部新车型中的70%~80%将提供标配或可选的联网技术。

对汽车公司来说, 车内技术正从联网车辆向联网驾驶员, 以及最终的联网消费者演进着。这意味着信息技术对汽车公司的各个方面都至关重要, 包括研发、产品开发、销售和市场营销、质量/质保管理、售后以及车内技术。同时, 汽车公司将持续对安全技术、传感器信息、自动驾驶功能、HMI创新和软件优化、以及设备、内容及信息管理进行投资, 并进一步深化研究。

这意味着未来汽车公司的成功与否将取决于能否建立起成功的技术生态体系, 以及是否下定决心成为技术型公司。这将最终促使一些汽车公司下定决心成为技术型公司, 致力于打造围绕汽车本身, 或者汽车及其移动化解决方案的高尖端联网车辆价值体验。

摘要：本文访问了三大市场调查公司的市场分析师, 分析了本土汽车电子和半导体的市场动向, 并从更高的角度, 探讨了世界范围内的汽车公司需要具备技术领导力, 才能决定产业的未来。

关键词：中国,汽车电子,半导体,MCU,无人驾驶

参考文献

{1}李健.电子化开启汽车新概念时代.电子产品世界, 2013 (8) :10

[2]于寅虎.培育中国汽车电子生态圈是一种责任.电子产品世界, 2013 (10) :1

[4]杨国青.面向未来的中国汽车电子业.电子产品世界, 2012 (1) :6

[3]王莹.汽车电子:信息娱乐升温, 追求安全节能.电子产品世界, 2012 (8) :9

电子半导体 篇9

9月1日, 山东省信息产业厅副厅长张宁波在威海会见了美国集成电路设计与制造代表团, 并到威海中玻光电有限公司、日月光半导体 (威海) 公司, 重点考察半导体非晶硅薄膜太阳能电池以及半导体封装测试项目的进展情况。

威海中玻光电有限公司 (原威海蓝星泰瑞光电有限公司) , 是中美合资企业。公司主要从事双结非晶硅 (a-Si) 薄膜太阳能电池组件的生产, 以及光伏建筑一体化 (BIPV) 和大型光伏电站的研发、建设与施工。该公司在成功将非晶硅薄膜电池组件量化生产后, 又积极研发非晶硅半透明薄膜电池组件, 并试验成功。产品远销美国、西班牙、德国、葡萄牙、意大利、非洲、中东、东南亚、韩国等二十多个国家和地区。

日月光集团是全球半导体封装测事业的龙头, 世界著名IT企业, 在世界半导体芯片封装、测试领域市场占有量达27%, 居全球第一。日月光半导体 (威海) 公司由台湾日月光 (ASE) 集团于2008年4月投资建立, 项目总投资5亿美元。日月光半导体 (威海) 一期项目投资2亿美元, 预计2008年可实现销售收入5000万美元, 利税3000万元。二期项目计划投资3亿美元, 2012年将全部投入使用, 预计达产后可实现销售收入6亿美元。

电子半导体 篇10

吉林大学电子科学与工程学院于1978年开设了五年制半导体化学专业,其鲜明的物理-化学-电子跨学科人才培养模式,理化结合、理工结合的理念,系统的、高强度的专业技能培养使学生在走出校门之前,就对半导体材料与器件的生成流程积累了丰富的一手经验,半导体化学专业的学生具有思路宽、解决问题能力强的特点。半导体化学专业从1979年到1988年共招收10届学生,约300名学生,他们如今活跃在物理、化学、电子、材料以及交叉学科的各个领域,成为教学、科研的骨干力量,在国内外涌现出一批杰出的人才。由于经历了1988年和2005年两次专业调整,半导体化学专业被取消。

随着科学技术的迅猛发展,学科壁垒的界限已经越来越模糊。从近几年诺贝尔奖获得者的人选可明显观察到,物理学和化学,旧的学术界限已在不同的方面被突破。它们相互交叉,而且形成了没有鲜明界限的连续区。建设创新型国家,其前提之一是要有足够数量具有创新水平的新型人才。全面完成这个任务,需要国家的整个教育体系作出响应。作为系统人才培养链条终端的高等教育在这个问题上大有可为,率先出击有可能牵动整个教育体系和理念的更新和改革。打破学科壁垒不能仅仅依靠不同领域研究者的个人合作,而要从改变和优化个体研究者自身的知识结构做起。培养大批量的创新型人才必须有明确的制度作为后盾和保证,制度的建设需要探索本科生教学方式方法。多年以来,吉林大学电子科学与工程学院在学校的积极支持下一直积极探索,总结半导体化学专业的办学经验和教训,制订了一套完整的培养方案,申请并获批了电子科学与技术理化结合、理工结合的试验班,即“半导体化学试验班”,主要目的是探索在四年制下“理化结合、理工结合”的人才培养模式。试验班于2009年正式招生,经过几年的探索发展逐步形成了一套比较成熟的拔尖人才培养模式。

在试验班办学宗旨的指导下,依靠微电子和光电子实验教学中心的基础教学平台以及集成光电子学国家重点实验室的科研平台,建立4个阶段的科研训练体系,探索交叉学科实验班的科研训练新模式。建立每一个阶段的科研训练的评价制度和评价体系,目的是把学生的评价结果纳入成绩管理中,把指导教师的评价结果纳入到奖励机制中。建立试验班本科生科研训练和学院课题组科研平台的互动机制,目的是本科教学和攻读研究生产生联动效应。建立立体科研培训的跟踪机制,目的是跟踪后续学生的科研能力,反馈信息,构筑更合理更完整的科研培训体系。面向电子学员交叉学科试验班的这一群体,通过以上4个方面的教学改革,以学生兴趣为主导,探索立体式科研训练培养模式,实现教学和科研的互动,课内和课外的互动,同时探索在4个阶段针对教师和学生的科学评价制度和评价体系。

电子类半导体化学交叉学科试验班立体式科研训练体系的构筑主要从以下几个方面展开。

1 全方位立体化顶层设计,将教学改革引向纵深

对于试验班这个群体,目标是培养具有化学、物理、电子交叉学科基础的高素质、从事前沿高技术科学研究和开发人员。从入校之初,他们就开始接触科研工作,形成对科研的初步认识。

半导体化学试验班应通过全方位立体化顶层设计,来逐步培养学生的能力,如图1所示。在第一个阶段,通过开设两门讲座课程,稳定专业思想,进行科研启蒙,激发学习兴趣;在第二个阶段,结合理论教学,利用一个学期的时间,以化学实验为桥梁,引领学生由基础化学渐渐过渡到专业电子材料的实验中;第三个阶段是一个十分关键的阶段,利用大三学年的3个学期,创造条件使学生全面接触学院和重点实验室的科学研究内容,采用分组编队、总量控制等办法,学生根据自己的兴趣选择并加入各个课题组;第四个阶段是科研实战阶段,学生根据自己的兴趣爱好以及对学院研究方向的了解,找寻指导教师,通过参加“吉林大学大学生创业训练计划项目”“全国大学生数学建模竞赛”“吉林大学大学生电子设计竞赛”等课外科技活动,同时兼顾培养方案中的毕业设计,进行相对独立的科研活动。

通过以上的4个阶段,由入门启蒙—基础培训—专业认识—实地参与,形成立体式的科研培训体系的培养模式,如图2所示。在这个过程中,引领本科生在宏观的电子类领域中,找到自己的兴趣,特别是在交叉领域中发挥自己的专业优势,明确自身优势和兴趣所在,为今后的深入学习或实际应用进一步深造奠定基础。

2 本硕课程统筹安排,科学化、合理化制订培养方案

吉林大学电子科学与工程学院实行的“理化结合”培养理念突出体现在物理和化学的互补性上,在培养学生的过程中实现研究内容上的互补和思维训练方面的互补。半导体化学试验班的培养在培养方案制订和课程体系建设的过程遵循以下原则,充分体现出交叉学科试验班科立体式科研训练体系。

2.1 整合电路类课程及实验

把电路分析基础、数字电子技术及实验、模拟电子技术及实验等电路类课程,进行合并整合,减少学时。

2.2 优化物理类课程及实验

目前电子科学与技术专业开设的物理类课程有普通物理、电磁学、光学、理论力学、电动力学、量子力学及热力学统计物理等,对于实验班的教学,进行合理的优化,结合即将开设的化学类课程,优化整体的物理类课程设置,内容上减少交叠,提高教学效率。

2.3 加强化学类课程及实验

参考七九级五年制半化专业教学计划的培养方案,开设无机化学、有机化学、物理化学、分析化学等经典课程,有详有略,有所侧重,利用化学学院国内一流的师资和国家实验教学中心加强基础实验技能的培训。

2.4 新增特色类课程及实验

为了激发学生学习兴趣,增进对所学内容的理解和吸收,结合吉林大学电子科学与工程学院的优势研究方向,为学生从大学二年级开设项目课程,包括设计类项目和实验类项目,争取把这门课程建设成为特色课程。

2.5 实行课题组轮转学习制度

为了尽早培养学生的科研兴趣,更好地将理论知识运用到实验中去,将学院的优秀导师队伍分成几大研究方向,让学生们早进课题组、早进团队、早进实验室,实行课题组轮转学习制度。通过对科研工作初步的了解,在头脑中形成一套“发现问题—分析问题—解决问题”的科研思维方法。同时,对学院的研究方向有了深入的了解,有助于他们有的放矢地学习研究,为研究生阶段投入科研工作打下了坚实的基础。

2.6 专门设计的实验课

为了更好地实现“理工结合、理化结合”这一理念,为试验班量身定制了化学基础及专门实验课。针对基础化学实验,学院组建了化学实验室,配备了各种化学仪器设备。通过观看反应现象等手段,使学生们对化学实验过程有了深入的了解。针对专业实验,学校进一步优化传统的物理实验,让学生们在物理机制上有更加深刻的理解。

3 完善名师班主任和科研实践训练制度,提高学生科学素养

“名师班主任计划”中规定名师班主任将坚持名师责任优先原则,人选涵盖国家杰出青年基金获得者和教育部长江学者特聘教授、唐敖庆特聘教授、各级教学名师等。名师班主任工作重在指导与交流,在学生辅导员和学生助理的协助下,具体在学生的身心健康成长和全面发展上给予指导。“名师班主任计划”旨在进一步增强和改进大学生思想政治教育工作,建立健全全员育人、全过程育人和全方位育人的长效机制。为学生配备名师班主任,集合导师的科研课题开展科研训练,开展研究小组,补充知识。设立本科生研究训练项目,按照科学基金的流程组织、评审、检查、验收、结题。

吉林大学电子科学与工程学院在科研上,一直连续承担着国家和省部级的重要研究课题,包括“863”“973”高科技项目、国家自然科学基金和省部级科研项目。科研经费年均1 400余万元。曾获国家发明奖6项,国家自然科学二等奖1项,部委级科技进步奖50余项。每年有200余篇学术论文被SCI和EI收录。现与美国、日本、乌克兰、新加坡、韩国等国际知名院所及国内多家科研院所积极开展国内外科研合作与学术交流。师资方面,学院有长江学者1人、国家杰出青年科学基金获得者4人、国家优秀青年基金获得者2人、中组部“青年千人”1人、“国家特支计划”百千万工程领军人1人、唐敖庆特聘教授4人、百篇优博指导教师2人、优秀青年基金计划资助2人、教育部跨世纪人才10人、香江学者2人、省管优秀专家3人、学科领军教授2人。电子学院有着强大的科研实力,为半导体化学试验班学生的科研实践训练提供了便利的条件。

学院为半导体化学专业学生聘请学院专家进行关于“科研的素质、科研的艺术”讲座,旨在让学生尽早明确科研的基本方法,科研工作者必备的道德、技能及高尚的情操。开设专门科研训练课程,包括文献检索、文献阅读、科技论文写作等,是学生在兴趣迸发的第一时间就能迅速切入科学研究活动,尽早进入动态学术研究。

在对半导体化学专业学生进行科研实践训练过程中,把课题组轮转制度化,学院依托集成光电子学国家联合重点实验为半导体化学专业提供的学院课题组实习轮转的课题方向供学生选择,每组3人,利用除上课时间以外的时间段到课题组进行科研实习,学生对每次课题组实习撰写实习报告。试验班学生大三学年到学院8个课题组进行科研实践训练,与研究生融合,让试验班学生在导师指导下参与课题组组会,体验高层次科学研究和科研合作,使半导体化学试验班的本科阶段教育与后续更高层次培养计划更好地衔接。电子学院试验班轮转实习课题组列表,如表1所示。

4 搭建良好的国际化教学平台,培养学生国际交流能力

优秀人才的国际竞争力离不开其国际化的视野。吉林大学电子科学与工程学院一方面加强与海境外高校的联系,选派试验班优秀学生“走出去”进行交流或者参加夏令营,交流学校包括英国曼彻斯特大学、日本德岛大学、日本大阪大学、日本理化学研究所、韩国延世大学等,并与英国曼彻斯特大学有联合培养“2+2项目”;另一方面,为了能让试验班全体学生拥有国际化经历的机会,学院采取“请进来”的办法,聘请国外兼职教授或国外知名学者为半导体化学试验班开展前沿导论讲座,为学生担当学院承办国际会议志愿者提供机会,并与国外学者进行交流,使学生能尽早地走向国际化舞台。

经过几年的研究与探索,半导体化学试验班成绩斐然。2009级、2010级半导体化学试验班班级情况、获奖情况、实践情况,分别见表2、表3、表4。

半导体化学试验班教学方式方法改革最显著、最有特色的地方是在培养过程中构筑交叉学科试验班立体式科研训练体系,多学科课程的综合设计,以及提早创造条件使学生早期进去实验室、进入课题组,接受科研训练,最终造就具有雄厚的物理、化学、电子、材料基础,具备较强的科研潜质和社会适应能力的高级复合型人才。学院拟培养一批本学科领域或者相关的交叉学科领域的接触人才。电子科学与工程学院半导体化学试验班既是教学方式方法改革的“实验田”,也是在大众教育的大背景下继续小范围“精英教育”的“黄埔军校”。对于交叉学科人才培养模式的探索不是一蹴而就的,需要教师提升自我思想,转变传统的教育理念,并进行长期的教育探索,从根本上保证培养模式的探索成功。

参考文献

[1]张小乾.学校与科研机构联合培养研究生的机制研究[J].西南科技大学高教研究,2014(4).