对半导体的认识范文

导语：如何才能写好一篇对半导体的认识，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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【关键词】半导体材料；发展；现状

半导体材料这一概念第一次被提出是在二十世纪，被维斯和他的伙伴考尼白格首次提及并使用，半导体材料从那时起便不断的进步发展，伴随着现代化的生活方式对一些数字产品的应用需求，社会对半导体材料推出了更高的要求，这使得半导体材料得到了飞跃性的发展【1】。本篇论文就半导体材料的概念性理解，半导体材料的历史性发展，新一代半导体材料的举例以及发展应用现状等方面展开了基本论述，谈论我国在半导体材料这一领域的应用与发展的实际情形。

1.对半导体材料的概念性理解

对半导体材料的理解不能脱离当今二十一世纪这个有着高需求和高速度特点的时代，这个时代同时也是崇尚环保观念，倡导能源节约的时代，因此新的信息时代下半导体的发展要脱离以往传统的发展模式，向新的目标迈进。

首先，我们要了解什么是半导体材料，这将为接下来的论述打下概念性的基础。众所周知，气体，液体，固体等状态都可称之为物质的存在状态，还有一些绝缘体，绝缘体是指导热性或者导电性较差的物质，比如陶瓷和琥珀，通常把F，银，金，铜等导热性和导电性较好的一类物质成为导体，所以顾名思义，半导体既不属于绝缘体，也不属于导体，它是介于导体和绝缘体性质之间的一种物质【2】。半导体没有导体和绝缘体发现的时间早，大约在二十世纪三十年代左右才被发现，这也是由于技术原因，因为鉴定物质的导热性和导电性的技术到了一定的时期才得到发展，而且对半导体材料的鉴定需要利用到提纯技术，因此，当对物质材料的提纯技术得到升级到一定水平之后，半导体的存在才真正意义上在学术界和社会上被认可。

2.半导体材料的历史发展及早期应用

对半导体材料的现代化研究离不开对这一材料领域的历史性探究，只有知道半导体材料是怎样，如何从什么样的情形下发展至今的，才能对当今现代半导体材料形成完整的认识体系。对半导体材料的接触雏形是先认识到了半导体材料的四个特性。论文接下来将会具体介绍，并对半导体材料早期应用做出详细解释。

2.1半导体材料发现之初的特性

半导体材料第一个被发现的特性，在一般的情况之下，金属材料的电阻都是随着温度的升高而增加的，但是巴拉迪，这位英国的科学研究学者发现硫化银这一物质的电阻随着温度的升高出现了降低的情况，这就是对半导体材料特性的首次探索，也是第一个特性。

半导体材料的第二个特性是由贝克莱尔，一位伟大的法国科学技术研究者发现的，他发现电解质和半导体接触之后形成的结会在施加光照条件之下产生一个电压，这是后来人们熟知的光生伏特效应的前身，也是半导体材料最初被发现的第二个特性。

半导体材料的第三个特性是由德国的科学研究学者布劳恩发现的，他发现一些硫化物的电导和所加电场的方向有着紧密的联系，也就是说某些硫化物的导电是有方向性的，如果在两端同时施加正向的电压，就能够互相导通，如果极性倒置就不能实现这一过程，这也就是我们现在知道的整流效应，也是半导体材料的第三个特性。

半导体材料的第四个特性是由英国的史密斯提出的，硒晶体材料在光照环境下电导会增加，这被称作光电导效应，也是半导体材料在早期被发现的第四个特性【3】。

2.2半导体材料在早期的应用情况

半导体材料在早期被应用在一些检测性质的设备上，比如由于半导体材料的整流效应，半导体材料被应用在检波器领域。除此之外，大家熟知的光伏电池也应用了早期的半导体材料，还有一些红外探测仪器，总之，早期被发现的半导体材料的四个重要的特性都被应用在了社会中的各个领域，半导体材料得到初步的发展。

直到晶体管的发明，使得半导体材料在应用领域被提升到一个新的高度，不再仅仅是应用在简单的检测性质的设备中或者是电池上，晶体管的发明引起了电子工业革命，在当今来看，晶体管的发明并不仅仅只是带来了这一电子革命，最大的贡献在于它改变着我们的生活方式，细数我们现在使用的各种电器产品，都是有晶体管参与的。因此晶体管的发明在半导体材料的早期应用发展上有着举足轻重的位置，同时也为今后半导体材料的深入发展做足了准备，具有里程碑式的意义与贡献【4】。

3.现代半导体材料的发展情况

以上论文简单的介绍了半导体材料以及其早期的发现与应用，接下来就要具体探讨第三代半导体材料这一新时代背景下的产物。第三代半导体材料是在第一和第二代半导体材料的发展基础之上衍生出的更加适应时代要求和社会需要的微电子技术产物。本篇论文接下来将介绍我国半导体材料领域的发展情况，并介绍一些新型的半导体材料的应用与发展情况。

3.1我国半导体材料领域的发展情形

半导体材料的发展属于微电子行业，针对我国的国情和社会现状，我国微电子行业的发展不能急于求成，这将会是一个很复杂的过程，也必定是一个长期性的工程。从现在半导体材料发展的情况来看，想要使半导体材料更加满足受众的需求，关键要在技术层面上寻求突破。我国大陆目前拥有的有关半导体材料的技术，比如IC技术还只能达到0.5微米，6英寸的程度，相较于国际上的先进水平还有较大的差距。

虽然我国目前在半导体材料领域的发展水平与国际先进水平存在着较大的差距，但是这也同时意味着我国在半导体材料领域有着更大的发展空间和更好的前景，而且当今不论是国内环境还是国际环境，又或者是政治环境影响下的我国的综合性发展方面而言，对中国微电子行业半导体领域的发展还是十分有利的，相信我国在半导体材料这一领域一定会在未来有长足的发展。

3.2新型半导体材料的发展介绍

前文提到，第三代半导体材料如今已经成为半导体材料领域的主要发展潮流，论文接下来将会选取几种关键的三代半导体材料展开论述。

第一种是碳化硅材料。它属于一种硅基化合物半导体材料，这一类材料的优越性体现在其较其他种类半导体材料有着更强的热导性能。因此被应用在广泛的领域，比如军工领域，，也会被应用在太阳能电池，卫星通信等领域。

第二种是氧化锌材料。氧化锌材料被广泛的应用到了传感器和光学材料领域中，这是因为它具备一些关键性的特性，集成度高，灵敏度高，响应速度快等，这些特征恰恰是传感等应用范围广泛的领域中所看中的关键点，不仅如此，氧化锌半导体材料不仅性能好，而且这类材料的原料丰富，所以价格低廉，还具有较好的环保性能【5】。

4.结语

近年来，半导体照明产业得到了飞跃式的发展，被越来越广泛的应用到人们的日常生活中，而支撑这一产业的核心材料正是以碳化硅等半导体材料为主的某些微电子材料，半导体材料利用下的各项技术已经在全球范围内占领者新的战略高地。我国半导体材料领域虽然起步晚，发展水平较国际水平有差距，但是前景光明，尤其是第三代半导体材料的出现和应用，在人们的生活中有着更加广泛和有建设性的应用，改变着人们的生活方式，不断推动着半导体材料的发展。

参考文献：

[1]甘倩.浅谈LED路灯在城市道路照明中的应用[J].建筑工程技术与设计，2014，（12）：477-477.

[2]黄裕贤.浅谈157nm激光微加工工艺及自动化编程[J].科学与财富，2015，（7）：560-560.

[3]胡凤霞.浅谈半导体材料的性能与应用前景[J].新教育时代电子杂志（教师版），2016，（13）：267.

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关键词：半导体；设备；应用

引言

中国作为制造业大国，在全球已跃居为头号IC消费国家，消耗了大约世界上全部芯片的25%，但这样的需求，国内生产只能满足其总量的30%，“缺芯”困境依然存在。为解决上述问题，政府出台了一系列的政策法规来推动半导体产业的快速发展。当前国内大部分半导体芯片生产线总体上还是以200 mm线为主，150 mm线逐步减少，300 mm将成为未来的主流。各生产商在建厂、运营过程中对局部增添设备有各种不同的需求，如新产品开发、原有产品升级换代、产能扩充等等，对产品的工艺需求不同，生产线的技术档次以及需要配置的设备也各不相同。考虑到国内厂商的实际情况，同时为了减少投资资金以及设备折旧费用，成本低廉的设备显然比价格高昂的新设备更具有吸引力。本文通过具体分析，针对半导体设备在集成电路产业中的应用进行了探讨。

1 设备优势分析

随着半导体设备在国内的大量使用，其价值越来越得以体现。国内的半导体厂商选择设备，主要是因为设备具有如下的优势。首先，生产线的好坏不在于新设备还是旧设备，关键是能否满足使用要求。国内的集成电路水平参差不齐，高端的45 nm水平已量产，而低端的1 μm水平以上的也有需求。针对不同的工艺要求，设备尤其是根据客户使用要求经过专业翻新的设备，性价比高，成为更多客户的考虑对象。其次，半导体设备的特殊使用环境，也为设备的下线状态提供了很好的保障。半导体设备都运行在恒温恒湿超净化的环境，设备使用了10 年甚至更长时间，状态还依然保持良好，特别是欧美下线的设备，甚至外观也保养如新，通过翻新几乎能达到全新设备的指标，满足客户在线使用需求。第三，设备相对全新设备价格便宜，一般为新设备的1/5 ，加上翻新成本，设备的价格还是能控制到原机的1/2 以下。对于φ200 mm以下的设备，已是设备原厂商的非主流产品，全新设备原厂已不再生产，对于特殊需求的设备，定做新设备非常昂贵，在设备的基础上改造以达到使用要求是最为理想的结果。

2设备供应链分析

随着半导体行业的不断发展，许多半导体供应商应运而生，为半导体设备的价值再利用起到了很好的支撑作用。许多设备制造商已经重视设备业务，开始回收市场上自己生产的设备并重新翻新再销售，为设备的再利用提供了保障。目前市场上设备供应商的情况如下：

（1 ）原设备制造商。许多原设备制造商开始认识和接受了翻新设备的价值，增加了设备翻新业务，并加入二级设备供应链，如AM（美国应用材料）公司、ASML公司、Canon USA公司、FSI公司等。原厂在技术能力、备件供应等方面具有不可比拟的优势，尤其是ASML的光刻机，其TWINSCAN系列是目前世界上精度最高、生产效率最高、应用最为广泛的高端光刻机型，因为机台紧张，一有设备流出原厂便立即收回，由于其光源部分的备件和OEM商有独家供应协议，导致其他翻新商无法涉足，裸机价格也因原厂的介入水涨船高。

（2 ）原设备使用商。原设备使用商即原设备的买方，设备的实际使用方，因为产能富余、产线结构调整等原因，选择单台或整线出售设备，成为设备的卖方。因其设备一直处于使用状态，业内称为热机下线，或在工艺间内保存良好，设备性能良好，可恢复性更好，且因没有经过第三方转手，价格更具优势。整线竞拍设备的价格更低，仅相当于设备原价的5%。2017 年，北京首刚NEC的一条6 英寸线，以4800 万元竞价成交，仅其中5 台设备就以3000 万元的价格成功再销售。整线竞拍会因产线的不完全匹配，造成部分设备的库存积压，竞拍前需做好充分的事前评估。

（3 ）个体经纪人。一两个有专业背景、技术特长的工程师，有可靠的市场人脉，一定的资金实力就可以成立一个公司，从事设备的经纪业务。因其公司成本低，通过市场低价竞争获得订单和收益。也有采取裸机转手销售，在市场行情看好的情况下，囤积市场常用设备，待有市场需求时转手销售，赚取时间差或机会差，加快资金周转，降低设备翻新调试风险。由于资金问题，对于近千万的大金额设备，如PVD、DSP或高端光刻机，这些公司多半不太涉及。

3 设备选用技巧

3.1 选择可信供应商

设备的翻新不是任何一家公司都能做到的，它必须同时具备精湛的技术支持和优秀的服务体系和资源支撑，翻新公司的可信度、售后服务及技术人员的经验和专业技术水平是选择翻新公司的标准之一，对用户负责是最基本的选择。在满足技术需求的条件下，本地的专业翻新公司应该是优选。

3.2 售后服务有保障

由于设备的性能相对不如全新设备，售后服务非常重要。要考虑备件及相关耗材的供应情况，避免买得起、用不起的现象发生。要注意市场的通用性及普及性，万一发生备件或耗材短缺时，可以同行拆借。在提翻新要求时，不必苛求所有的备件及耗材为原厂，在RFQ里，可以有选择地选用OEM商或成熟的SECOND SOURCE备件，降低后续运行成本。获得原厂的支持及翻新商满意的售后服务和快速反应能力，也是选择翻新商时的条件之一。

3.3 指标设定要合理

选择使用设备，要有清醒的认识，采购的设备关键指标应该高于实际工艺需求，这样在翻新后既能满足生产又能充分发挥设备的作用。设备验收指标要合理，有些厂家对设备提出了比新设备更高更严的要求，导致翻新成本急剧增加仍达不到要求，严重影响了生产，给自己和翻新商都增加了超额成本支出。

3.4 设备状态要了解

采购设备时，对设备的实际状态要有准确的了解，包括设备下线前的使用情况、下线日期、保存条件。有条件实地考察时，派专业的技术人员现场察看，也可以多角度多方位拍些照片，确认设备序列号、软件版本号、新旧状态、设备配置、关键部件是否缺失，做好记录备存，并通过官方CCIC的装运前预检验及属地的商检法检，获取官方认可保障。包装运输必须严格按照专业规范操作，减少运输对设备性能造成的影响；对于光刻机等精密设备，需采用专业运输公司全程恒温恒湿防震运输。

结束语

设备的性价比高，总体而言对半导体厂商还是合算的，但对于设备的风险也要有清醒的认识，要选择合适的供应商和专业的翻新公司，在设备采购、翻新的全过程与翻新公司密切合作。翻新公司在设备翻新的前、中、后阶段，要和用户有效沟通，对用户负责，成为和用户风险共担的利益共同体。同时，在翻新过程中要注意消化吸收国外技术，掌握核心知识产权，实现研发与创新，改变受制于人的状况，实现关键设备的国产化，发展我们自己的设备制造工业。

参考文献

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关键词：半导体;半导体设备;涂胶显影机;晶圆传送方法;产能计算 文献标识码：A

中图分类号：TN305 文章编号：1009-2374（2016）04-0071-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2016.04.036

1 概述

半导体设备涂胶显影机是一种将不同工艺制程的机台整合在一起，作为一个整体的制程装备。该设备由载片系统、传送系统和制程系统三部分构成。典型的半导体集束型装备Track机是半导体前道工序设备中黄光区设备之一，其主要功能是光刻胶在晶圆表面的涂敷和显影。随着半导体装备光刻机新技术的发展，光刻机产能也在快速提高，特别是ASML公司的TWINSCAN技术以及未来基于传统TWINSCAN平台的双重曝光等新兴技术的成熟，更进一步提高了光刻机的产能，而涂胶显影设备作为与之协作的连线设备，为了匹配高产能力，半导体生产线也对机器人晶圆传送方法提出了更为严苛的要求。

2 晶圆传送发展历程

晶圆传送方法和集束型装备的布局有很大关系，根据其布局的不同，分为以下两类：

2.1 早期轨道式布局

式中：TPi为单元工艺加工时间;TR为单元间传送时间;Ti为空闲系数。

2.2 改良轨道式布局

早期轨道式装备的产能主要受加工单元布局制约，单元加工时间远大于晶圆传送时间，因此产能瓶颈是单元加工时间，为了平衡单元加工时间，提高主单元的利用率，产生了二代轨道式设备，如图2所示：

产能计算公式：

（2）

式中：TPi为单元工艺加工时间;TR为单元间传送时间;C为一次工作的晶圆数;TPmF为第一片独占设备时间;TPmL为最后一片独占设备时间。

3 复杂型集束设备TRACK的传片结构设计

改良轨道式布局的主单元利用率增加，单个轨道输出产能基本固定，当生产线产能要求很高时，轨道数需要成倍增加，由于是平面设备，空间利用率极低、轨道加工第一片上片和最后一片独占设备时间不能忽略、传送系统效率低下、空闲时间过高等问题突出，因此现在主流设备都采用复杂式布局设备。

复杂型集束设备TRACK，采用立体式设计，传片系统由2个自由度增加到4～5个自由度，可传送单元增加，提高了加工单元的利用率。同时载片系统采用2～4个上片工位，可不间断上片，消除了第一片上片时间带来的产能降低。传片结构如图3所示：

产能计算公式：

（3）

式中：TPi为单元工艺加工时间;TR为单元间传送时间;Tk为调度算法调整系数。

复杂式设备的立体布局，不仅制程单元向堆叠式发展，同时传送系统也由简单线性传送变成了复杂路径择优选择，由于载片系统增加到了4个，每个加工任务（Job）的工艺加工制程顺序由用户配置成加工流程配方（Cluster Recipe），因此传送系统的传送路径选择也必须兼顾多个载片系统同时工作的情况，使得传片的调度必须由专用算法来实现，即传送调度算法。

4 传片调度算法

传片系统调度算法最初产生的目的就是要提高设备使用效率（Uptime，在线时间），提高设备的产能，防止设备发呆情况的发生。

传片调度算法根据不同的机械手（Robot）和缓冲单元（Buffer）确定传送路径，通过循环遍历程序来检查传送路径上的空位，依次进行晶圆配方工艺流程和最佳的传送路径的选择和确定。这种调度算法采用的是实时判断条件、事件/消息驱动的模式，因此又称为实时调度算法。调度流程如图4所示：

其中：“晶圆流片分析”开始分析晶圆工艺配方流程;“最优选择”选择最佳传送路径。“最优选择”即调度算法核心部分。在实时调度算法的基础上，为了满足不同批次工作并行，能得到较好的产能等苛刻情况，增加了单元传送优先级设定、传送时间自优化，机械手取送优先级设定、机械手预移动等方法来提高产能，降低装备应用成本。

5 未来展望

未来的设备研发还在向着更高更多的应用方向发展，对于晶圆产能提高的期望成为客户和工艺共同的目标，进一步地压缩调度算法占用的时间成本，提高调度算法的优化比率，已经是迫切的需求。未来的晶圆传送调度算法，将向着传送时间日志化、显示化、传送路径预生成、传送路径用户自整定的趋势发展。

5.1 传送时间日志化、显示化

晶圆传送调度算法在一个调度周期内的传送时间记录成日志文件，并且将这种日志通过可视的图形方式显示给用户，让用户对特定某次的调度算法有一个直观的认识，这就是调度算法中传送时间的日志化显示化。如图5所示：

图示为具有两个robot、两个工艺单元的集束装备上片过程的传送时间日志文件的图形显示。

5.2 路径预生成

多个传送时间日志文件集合成数据库，在一个调度周期开始前预先根据这些数据库的记录生成传送路径，这种调度周期预生成，预固定的方式，将调度算法由全运算方式更改为查表方式和运算方式的结合，可以节约运算时间，直接提供可借鉴的优化路径选择。结合传送时间日志显示化，能够让用户在生产前就直观地了解到设备中晶圆的传送情况，并且根据数据库记载和当前的情况的对比，可以预测设备的健康状况，确定设备的维护周期和生命周期。另外，由于传送时间日志文件可以应用在同型号的同类设备上，因此这种文件形成的数据库将为设备增添高附加值，提高品牌价值。

5.3 传送路径用户自整定

半导体工艺是半导体行业的核心技术之一，半导体装备制造商的客户都有其独有工艺设计。这些工艺上带来的特定要求将会给传片系统带来不同程度的影响。鉴于这种特定要求是用户核心技术，不但不能推广使用，而且还要求装备制造商为其客户保密，因此允许客户对传送路径的适度修改是比较好的解决办法之一，这样的好处是避免了调度算法因为设计盲区造成装备的某些加工单元较低的利用率，提高了半导体装备对半导体工艺的适应性。由于这种调整完全由客户自主完成，也有利于其核心技术的保护。

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摘要：笔者从几年的“微电子工艺”教学实践中提出了7点关于课堂教学改革方法：布置思考问题，引导学生预习；板书与多媒体教学相结合；现场小实验和实物展示；播放实地拍摄的录像；理论计算与工艺模拟相结合；专题讨论以及安排综合训练任务。通过一系列的改革措施，学生对这门课程从理论到实践都具有比较深刻的认识。

关键词：微电子工艺；课堂教学；教学改革

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）49-0212-02

微电子工艺课程是为电子与信息工程学院电子科学技术专业设立的一门必修课。通过对本课程学习，使学生对半导体集成电路制造工艺流程及工艺原理有一个较为完整和系统的概念，并具有一定工艺分析、工艺设计以及解决工艺问题和提高产品质量的能力。

一、课堂教学改革整体思路

根据以往的授课经验，如果学生能够提前预习下节课内容，就会对将要讲授的内容有所思考，并且会提出问题，这样听课的时候更会抓住重点；如果能参与课堂讨论，将对知识点理解的更为透彻。因此，在本轮教学中每节课将针对下节课内容预留思考题，这些问题将会在授课时结合知识点给予回答，或者将其作为讨论内容。由此，对“微电子工艺”课程的课堂教学从以下几方面进行了改革：

1.每节课后设置思考题。例如，引言之后设置思考题：晶体中，不同晶向性质不同，如何定义晶向？制造不同类型的集成电路选用不同晶向的材料，材料的晶向由什么来决定？回答了这个问题，将会引入关于晶体生长的内容，而这部分内容与《半导体物理》中的晶向、晶体结构的知识点相关，也是对所学知识的复习。又如，晶体生长之后设置思考题：半导体生产要求一个非常洁净的环境，特别是工艺越先进，集成度越高，环境的洁净度也越高，那么这样的环境我们需要考虑哪几大方面呢？净化级别又如何定义呢？回答了这个问题，将会引入关于“工艺中的气体、化试、水、环境和硅片清洗[1]”中环境净化的内容。这些问题的作用更像是预习作业，为学习下节课内容做好准备。

2.板书与多媒体教学相结合。微电子工艺教学中，像氧化、扩散、光刻以及工艺集成如果仅仅凭着画图讲解很难有一个直观的理解，如果结合多媒体中精准的俯视图、剖面图、动画展示，会给学生以直观、清楚的认识。例如，杂质原子在硅片中的扩散过程、单个硅原子在硅片表面运动形成硅外延层的生长过程等。

3.现场小实验和实物展示。教学中思考的最多的是如何吸引学生的听课兴趣，因此当讲到某个知识点时，话题中尽量引用与实际相关的例子或拿来实物展示。比如讲到去离子水，就联系到生活中纯净水的制备；讲到文氏管，就现场做一个小实验来讲解文氏管的原理；讲到硅片的制备，就拿来硅片实物；讲到光刻，就拿来掩膜版给学生展示，加深对知识点的理解。

4.播放半导体生产的录像。因为微电子工艺生产有其特殊性，要求环境洁净度非常高，如果带领学生实地去工厂参观，会影响正常的生产，因此，联系相P的工厂，拍摄各个工艺的录像短片，讲到对应知识点的时候播放给学生看，并加上详尽的讲解，这样学生有一个非常直观的认识。

5.理论计算与工艺模拟相结合。本轮教学中，氧化、扩散、离子注入、化学气相沉积等工艺除了以往的理论计算之外，还加入了工艺模拟来对理论计算进行验证和调整，使之与实际的工作过程更加接近[2]。

例1：晶向的硅样品，掺硼，浓度2×1015cm-3，淀积0.4um厚度的氮化硅作为掩蔽，其中一部分刻蚀出窗口，进行磷离子注入，注入能量为50keV、剂量为3×1015cm-2。然后将氮化硅全部刻蚀掉。进行1000℃、10分钟的湿氧氧化，提取注入磷区和没有注入磷区氧化层厚度[3]。通过编写程序，运用silvaco软件模拟结果如图1所示，氧化膜的厚度可以从运行文件中得到。

例2：n型、晶向的硅片上进行15分钟的硼预扩散（温度为850℃），如果硅衬底掺杂磷的浓度在1016cm-3量级，模拟硼掺杂分布和结深。杂质分布模拟结果如图2所示，结深参数从模拟运行文件中得到。

6.专题讨论。为了使学生对课堂讲授内容有所延伸，针对重点内容设立专题讨论课。讨论一：双大马士革铜金属化工艺。这次讨论是针对课上讲授的传统金属化工艺的延伸，结合已学内容，通过查找资料，对于先进的铜金属化工艺进行讨论。讨论二：BiCMOS工艺讨论。这次讨论是针对课上讲授的双极工艺和CMOS工艺的延伸。双极和CMOS工艺的结合并不是简单的叠加，要求是工艺的兼容性、成本的最小化和性能的优化。

7.综合训练。在课程的尾声，要求完成一个集版图、工艺、仿真的综合设计，以检验对微电子工艺课程的理解和掌握程度。

例如：设计一套CMOS反相器版图和与版图对应的工艺流程[4][5]。要求：（1）画出版图，完成金属布线。（2）对应每块版画出工艺步骤的剖面图，在图中标明所用材料和工艺。并对每个剖面做出说明。（3）根据表1给出的工艺条件设计nmos管，使它的阈值电压=0.4V，并测量源区、漏区的结深，方块电阻，杂质分布。给出仿真结果。

二、课堂教学改革效果分析

课堂授课过程中，能够感受到上课听讲的人多了，并且能够有效的互动；因为讨论和综合设计需要人人画图、讲解、回答问题，所以绝大多数同学都能积极进行准备，也能够在答辩过程中提出遇到的问题；有很多同学在之后的课程设计中提出自己的分析问题的方法。

反思多年的课堂教学过程，以及和同学们交流，有以下几点需要不断的改进：①对于定量计算的内容，有一部分同学接受较慢，在很大程度上影响了之后的学习效果。解决方法：把集中讲解的习题课打散，把习题紧随相应的知识点之后进行讲解，用习题来加强对繁琐理论计算的理解。②关于课堂互动。并非每堂课都能轻松愉快，在一些较难的知识点上，学生的反映会比较钝一些。解决方法：强调重点，明确知识点之间的层次与关联；难点慢讲，细讲；增加提问和课上小测验。③讨论和综合训练答辩时间的掌握。无论是讨论还是综合答辩，都是非常耗费时间的，因为每个同学都要自述、提出问题、回答问题。解决方法：根据学生人数，留出足够的时间。比如今年是50个学生，分10组，每次讨论答辩大概3小时，综合答辩4个小时左右。

结束语：通过不断的教学实践摸索，使学生更好的理解和掌握微电子工艺中硅片制备、工艺环境的获得和硅片的清洗、氧化、扩散、离子注入、薄膜淀积、光刻、刻蚀、金属化工艺以及工艺集成等内容，也使学生具有了一定工艺分析、工艺设计以及解决工艺问题和提高产品质量的能力。

参考文献：

[1]Michael Quirk，等.半导体制造技术[M].北京：电子工业出版社，2015.

[2]高文焕，著.计算机分析与设计[M].北京：清华大学出版社，2001.

[3]施敏，著.半导体制造工艺基础[M].合肥：安徽大学出版社，2011.

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关键词： 《集成电路工艺》 教学方法 实践改革

1.引言

21世纪是科技飞速发展的世纪，集成电路制造业是一项战略性的基础产业，《集成电路工艺》是电子科学与技术专业重要的专业课，其目的是使学生学习和掌握VLSI的主要工艺技术与原理，熟悉工艺设备的特点，培养工艺设计及解决工艺问题的能力。课程具有实践性很强、理论与实践结合紧密的特点，为学生以后进行工程设计和科研工作打下良好基础。本课程的目的是使学生对微电子关键工艺及其原理有较为完整和系统的概念，并具有一定工艺设计、分析和解决工艺问题的能力。结合多年教学工作实际，我提出了几点教学改革设想［1］［2］。

2.教学内容的选取

2.1教材的选取。

本课程首选教材是《硅集成电路工艺》。该书有三个优点：一是内容全面丰富。不仅详细介绍了芯片制造中的各项关键工艺，而且介绍了支持这些工艺的设备，以及每一道工艺的质量检测和故障排除。二是工艺技术先进。该书吸收了当今最发达技术资料，如化学机械抛光、浅槽隔离等工艺，因此本教材是一本很全面、很先进和可读性非常强的专业书籍。

2.2教学内容的选取。

本课程的目的是使学生掌握半导体芯片制造的工艺和基本原理，并具有一定的工艺设计和分析能力。本课程32学时，而教材内容章节很多，所以课堂授课内容需要精心选择。一方面，选择性地使用教材内容。对非关键工艺，如教材中的4―6章主要介绍半导体制造中的空穴及缺陷等内容，要舍弃，可供学生课后自己阅读。另一方面，查阅相关资料，对教材内容做必要的补充。由于教材侧重技术介绍，在工艺原理方面涉及甚少，作为电子科学技术专业的本科生，有必要掌握关键工艺的物理基础和原理，因此任课老师需要广泛查阅相关资料，对教材内容做必要的、有益的补充。如离子注入掺杂工艺，选用的教材仅作为一节简单介绍，其基础和原理更是少之又少，必须找出相应详细的介绍。再者，氧化过程中杂质的再分布对器件特性影响是不容忽视的，工艺过程需要考虑，也需要做相应补充，《集成电路工艺基础》中这部分内容有较大价值［3］。

3.丰富多彩的教学方式

3.1多媒体教学，事半功倍。

多媒体教学方式如今已广泛使用，在本课程教学中使用多媒体教学符合教学内容特点的要求，因为有大量的工艺流程和工艺实施后的硅片剖面图，只有通过多媒体才能使学生有直观、清楚的认识。教材中提供了大量结构剖面图和设备图，如果完全靠老师板书，教学内容和效果将不易理解，而采用多媒体教学则能达到事半功倍的效果。

3.2教学互动，让学生走上讲台。

教学互动非常重要。学生对动态和前沿比较感兴趣，易激发其求知欲，抓住学生这一特点，可以给学生布置几个与集成电路工艺动态和前沿相关的题目，让学生课后查阅、整理资料，写成专题小论文，还可开设专题小论坛，每一专题请一位有兴趣的同学制作课件在课堂上给大家讲解。这种方式将课堂时间和空间进行延伸，使学生由课堂被动听讲变为课后主动学习、消化。这样一方面能培养学生通过网络学习工艺知识的习惯，并在不断查阅资料中积累、丰富了专业知识。另一方面能锻炼学生走上讲台“准教师”的思维能力和语言表达能力。

3.3加强实验教学，理论用于实践。

在教学过程中，要坚持理论和实践相结合的原则。建议开设最基本的半导体平面工艺实验，如氧化、扩散、离子注入、光刻沉积。实验要求每组学生用抛光硅片，通过氧化、光刻、等工序制备晶体管，是一个典型的综合性、研究型实验。通过实验教学，学生既能培养动手能力，又能掌握科学的分析问题的方法，加深对半导体平面工艺技术和原理的理解，激发学习兴趣。本课程在大学三年级下学期开设。

3.4将专家学者请进高校课堂。

我们充分利用与国内外高等院校和科研单位进行研究合作与学术交流的同时，在专业课授课过程中，还邀请有一定知名度的专家学者来我校作专题学术报告。由于他们长期从事某一领域的科学研究，十分熟悉该领域的最新发展趋势，因此可以系统地将这些信息传递给学生。这样做不仅大大扩充了学生的知识面，提高了他们的思维能力，而且进一步激发了他们的专业课学习热情和强烈的进取心。近五年来，我们先后邀请包括中科院半导体等单位多名专家为我校的客座教授或兼职教授，分别做了关于微电子方面的多场专题学术报告，均受到了广大教师与学生的一致好评。

4.结语

《集成电路工艺》是电子科学与技术专业本科生的一门重要的专业课程，本课程的目的是使学生掌握集成电路制造工艺和基本原理。学生专业知识和能力的获取，一方面是通过将理论应用于实验来验证和强化，另一方面通过理论课学习获得。通过开发多媒体教学软件，精心选择优秀教材、及时更新教学内容、开设综合性实验、布置设计性作业、安排专题报告、改革考核方式等环节，提高课程教学质量，培养具有创新能力、满足21世纪所需的专业技术人才。

参考文献：

［1］王阳元，关旭东，马俊如.集成电路工艺基础［M］.北京：高等教育出版社，1991.

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一、硬度

硬度是指材料局部抵抗硬物压入其表面的能力.根据不同的实验方法,硬度值的物理意义有所不同.

1822年,德国矿物学家摩斯提出用10种矿物来衡量世界上最硬的和最软的物体,按照软硬程度分为十级:它们依次为滑石、石膏、方解石、萤石、磷灰石、正长石、石英、黄玉、刚玉、金刚石,这就是所谓的摩氏硬度计.

利用摩氏硬度计测定矿物硬度的方法很简单.将预测矿物和硬度计中某一矿物相互刻划,如某一矿物能划动方解石,说明其硬度大于方解石,但又能被萤石所划动,说明其硬度小于萤石,则该矿物的硬度为3到4之间,可写成3-4.日常生活中,我们也可以根据上述方法用指甲(硬度为2.5)和小刀(硬度为5.5)来粗略的划分物体的硬度.因而物体的硬度可粗略分为:小于指甲(5.5)三个级别.牙齿是人体中最坚硬的部分,牙釉质的物理硬度高达9.这种测定硬度的方法叫刻划法.

知道了物质的硬度,人们运用硬度值大的材料制作刀具、模具和耐磨性要求高的零件等.如人们利用自然界最硬材料――金刚石,制作划玻璃的刀具,制作钻井用的钻头等.人们还利用硬度大的材料制成的磨具对金属材料、硬质合金制品、陶瓷材料、宝石等进行打磨加工成所需要的产品.另外一些硬度较小的物质也有广泛的用途,如制作铅笔芯用的石墨、制作导线用的铜、制作门窗用的铝合金等等.

二、透明度

透明度指物体透过可见光波的能力.

自然界没有绝对透明或绝对不透明的物体.例如极薄的金属箔也能透过一部分光,极深的水也可表现为不透明.(阳光无法穿过200米深的海水)

生活中评价一颗钻石的价值,其洁净度就是透明度的一种表现.完全纯正的钻石应该是透明无色的,而许多钻石因为有杂质而有所偏差,钻石偏向不同的颜色会影响它的价值.绝大多数钻石都是因为带有氮原子而偏黄,白钻越偏黄,价值就越低,而颜色偏向粉红或蓝的钻石价格越高.

人们在汽车两侧的玻璃上贴上一层半透明的车用膜,此时的玻璃呈半透明状,由于车内光线减弱,车内的人可看清车外的景物,而车外的人却看不清车内,这种车用膜还具有隔热、防紫外线、防眩光等性能,大大提高了行车的安全性.

三、磁性

磁性指能吸引铁、钴、镍等物质的性质.

据记载,早在战国时代,我国就已经知道利用磁石来辨别方向.在汉武帝的时候,栾大首先制造棋子形的磁铁,当作宫廷中的玩具.后人用钢针摩擦磁石,或者加热钢针,一直到通红以后,再把两头顺着南北方向,浸入冷水中,这两种方法,都能使钢针变成磁针.人们根据它的这一特性制作了指南针.古时候的指南针叫“司南”,它是我国四大发明之一.它的出现使海上航行有了方向,促进了航海事业的发展.

我们的生活每时每刻都和磁性有关.没有它,我们就无法看电视、听收音机、打电话;没有它,甚至连夜晚都是一片漆黑. 人类虽然很早就认识到磁现象,但直到了现代,人们对磁现象的认识才逐渐系统化,发明了不计其数的电磁仪器,像电话、无线电、发电机、电动机等.如今,磁技术已经渗透到了我们的日常生活和工农业技术的各个方面,我们已经越来越离不开磁性材料的广泛应用.

传统工业中的磁应用:如果没有磁性材料,电气化就不可能实现,因为发电要用到发电机、输电要用到变压器、电力机械要用到电动机、电话机、收音机和电视机中要用到扬声器.众多仪器仪表都要用到磁钢线圈结构. 人们发现有些物质通过电流后也会产生磁性.人们根据物质的这种性质制作出了磁性起重机来搬运铁等物品(如下图1).磁体之间“同名磁极相互排斥、异名磁极相互吸引”,根据“同名磁极相互排斥”这一特性,科学家们将它应用于铁路,发明了磁悬浮列车(如下图2).

生物界和医学界的磁应用:信鸽爱好者都知道,如果把鸽子放飞到数百公里以外,它们还会自动归巢.鸽子为什么有这么好的认家本领呢?原来,鸽子对地球的磁场很敏感,它们可以利用地球磁场的变化找到自己的家.如果在鸽子的头部绑上一块磁铁,鸽子就会迷航.如果鸽子飞过无线电发射塔,强大的电磁波干扰也会使它们迷失方向.

在医学上,利用核磁共振可以诊断人体异常组织,判断疾病,这就是我们比较熟悉的核磁共振成像技术,效果最佳的是颅脑,及其脊髓、心脏大血管、关节骨骼、软组织及盆腔等.

磁不仅可以诊断,而且能够帮助治疗疾病.磁石是古老中医的一味药材.现在,人们利用血液中不同成分的磁性差别来分离红细胞和白细胞.另外,磁场与人体经络的相互作用可以实现磁疗,在治疗多种疾病方面有独到的作用,已经有磁疗枕、磁疗腰带等应用.

军事领域的磁应用:磁性材料在军事领域同样得到了广泛应用.例如,普通的水雷或者地雷只能在接触目标时爆炸,因此作用有限.而如果在水雷或地雷上安装磁性传感器,由于坦克或者军舰都是钢铁制造的,在它们接近(无须接触目标)时,传感器就可以探测到磁场的变化使水雷或地雷爆炸,提高了杀伤力.

在现代战争中,制空权是夺得战役胜利的关键之一.但飞机在飞行过程中很容易被敌方的雷达侦测到,从而具有较大的危险性.为了躲避敌方雷达的监测,可以在飞机表面涂一层特殊的磁性材料-吸波材料,它可以吸收雷达发射的电磁波,使得雷达电磁波很少发生反射,因此敌方雷达无法探测到雷达回波,不能发现飞机,这就使飞机达到了隐身的目的.这就是大名鼎鼎的 “隐形飞机”.隐身技术是目前世界军事科研领域的一大热点.美国的 F117 隐形战斗机便是一个成功运用隐身技术的例子.

四、导电性

导电性是指物质传导电流的能力.

有一些物质容易导电,而有些物质不容易导电.为了表示材料的导电难易,我们常用电阻率来表示.良绝缘体的电阻率比良导体的要大1025倍.常见的良导体有铝、铜、银等.在常温下银的电阻率最小.为了减少因电阻所损耗的电能,人们常用铝、铜、银这类电阻率小的材料来做导线,以输送电能,或传递声音、图像等信息的电信号.

材料的电阻还会随着温度而变化.一般说来,温度越高,电阻越大;温度越低,电阻越小.不少材料的电阻在接近绝对零度的某个温度上就会降到零,此时材料就变成了没有电阻的超导体.普通的白炽灯的灯丝将它置于低温的液氦中时,其电阻全部失去,通电后灯泡发出强烈的亮光;相比之下,灯丝置于常温中时,灯泡则发光微弱.超导材料最诱人的应用是发电、输电和储能. 由于超导材料在超导状态下具有零电阻和完全的抗磁性,因此只需消耗极少的电能,就可以获得10万高斯以上的稳态强磁场.而用常规导体做磁体,要产生这么大的磁场,需要消耗3.5兆瓦的电能及大量的冷却水,投资巨大.超导磁体可用于制作交流超导发电机、磁流体发电机和超导输电线路等.

导电性能不好的材料我们称之为绝缘体,绝缘体的种类很多,固体的如塑料、橡胶、玻璃、陶瓷等;液体的如各种天然矿物油、硅油等;气体如空气、二氧化碳等.在通常情况下,气体是良好的绝缘体.绝缘体通常用来做用电器外壳电工手套开关以及电容器等.

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摘要：混合式教学是当前高校课堂教学改革的一个重要研究方向，模拟电子技术课程混合式教学融合了模拟电子技术课程网络教学平台和集教学与实验于一体的数字教室的优点，在教学过程中引入专题调研、网络教学平台使用、机动灵活的讨论以及实验等，实践证明这些措施提高了学生的应用能力和创新能力。

关键词：模拟电子技术；混合式教学；网络教学平台；数字教室

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）49-0089-02

一、引言

目前，许多高等学校以及教师都在积极探索“互联网+”背景下高等教育的发展路径，将信息技术逐渐融合于教育教学进行教学改革，倡导研究性教学。测控技术与仪器专业正在我校实施专业研究性教学，《模拟电子技术基础》课程是该专业的核心基础课程，本文作者按照教育部提出的素质教育改革的要求，吸收先进的教育教学理念，根据自己的授课经验，并结合模拟电子技术基础课程工程实践性强的特点以及学生的学习实际情况等，创造了一套适合模电课程的混合式教学方式。

模拟电子课程混合式教学主要是利用模拟电子技术基础课程的网络教学平台以及网络其他资源，结合学院提供的数字教室，采用理论教学与实践教学相融合的教学方式。具体过程是学生在网络教学平台学习概念性知识或操作方法，还要完成老师布置的各类任务如专题调研、问题讨论、软件仿真验证、实验结果汇报等，在课堂上与老师和同学讨论解决课上布置的讨论题目和课下自学遇到的各种问题等，还可以在课堂上做实验或者设计等进行相应的实践活动。后面小节作者将在教学过程对学生能力提高和对教师教学效果提升很有帮助的几个方面做详细叙述。

二、专题调研

学生学习一门新课常有如下疑问：“这门课有什么用？”“这门课主要学什么？”为提高学生学习模拟电子课程的兴趣，该课程开始前布置电子技术发展与应用大综合课题供学生调研并撰写报告，学生可以自行选择感兴趣的方向进行调研，如半导体器件的发展、电子技术在通讯方面的应用等，然后以小组为单位讨论汇总并制作成课件由一人讲台上汇报，如此既能提高学生学习兴趣又培养学生对材料的归纳总结能力，还有部分学生的表达能力等。

许多学生反映模拟电子课程入门难，主要难在对“陌生”的半导体器件的学习上，因此在第一章半导体知识教学过程中，教师根据教学内容布置“二极管类型、型号及参数”、“三极管类型、型号及参数”、“场效应管类型、型号及参数”等几个专题调研，通过学生课外搜集汇总相关知识，加深对半导体器件的理解，使其尽快熟悉半导体器件，并能够熟练使用这些器件。

各种实用模拟电路大都由集成运放组成，为加深学生对集成运放及其应用的了解、提高学生分析模拟电路的能力和设计模拟电路的灵活性，在课程学习过程中布置常用集成电路器件识别、适用范围及引脚辨别等调研课题。学生在使用集成运放做实验和设计电路时可以很快入手，至少不会再出现不知哪个引脚接输出、哪个引脚接输入等简单问题。

三、网络教学平台构建

“模电”网络课程学习平台分为教师平台和学生平台，学生平台主要有教学资源、课程学习、教学互动三大部分。教学资源主要是教师上传的教学课件、课后习题答案、典型例题解析以及各种相关的视频和文档学习资料等，课程学习主要由课程讨论、常见问题、课程作业等，为了合理规划教与学两个过程，作者又创建了教学互动栏目如图1所示。教师平台则多了课程管理、课程建设等对课程的维护和设计等项目如图2所示。

模拟电子课程网络教学平台突破了课堂的时空限制，使得教师的教和学生的学更加自如，另外还可以将专题调研、问题讨论、软件仿真等各类学生参与的活动适时地展现于网络平台上供学生与教师进行再学习及教学反思。前述各个专题调研的总结作业以及后叙实验仿真作业都可以通过网络教学平台的课程作业栏目提交如图1所示，教师批改后可以给出成绩，该平台可对学生平时作业成绩统计汇总，另一方面，网络教学平台为学生和教师之间的交流提供了一个共享的平台，课程讨论使得教师可以及时的了解学生学习情况，知晓学生的疑问，同时教师还可以将常见问题汇总并在网上答疑。模电网络教学平台教师平台下的课程讨论区见图2。

四、课堂讨论

课堂讨论是实现互动的有效方式，可以充分发挥学生的主观能动性。“模电”课堂讨论针对不同内容有不同的方式，对于复杂的前后关联的综合问题，分步骤让学生讨论并让不同的学生回答问题；对于典型重点问题，可以多个学生同时在黑板上解答，其他学生对照查找问题；对于某些重要但是不难理解的内容，让学生根据老师事先给出的问题提前预习，课上教师会根据学生的解答再提出深层次问题供学生讨论解答。

五、课内课外实践

《模拟电子技术基础》课程注重工程素质培养和实践环节训练，因此实验课程的改革也是我们课程改革的任务之一。为了能够更加有效地进行模电课程的混合式教学，我们学院创建了结合软硬件教学资源的数字教室即创新学堂教室，该教室除进行课堂教学讨论外，还由教师根据授课内容机动灵活的添加各种软硬件实验、电子设计等实践环节，为使学生具有良好的硬件学习环境，教室采用大六角桌并配备实验仪器等，学生既可以自带笔记本电脑进行仿真实验，也可以进行操作实验，如图3所示。一般的教学思路是先进行理论教学，然后抛出问题让学生进行理论分析推导，再然后是仿真实验通过虚拟的仪器仪表将实验结果与理论进行对照并对结果进行讨论，最后则是操作实验并与前两项结果进行比对，如此既提高了学生对理论知识的深刻理解也增强了实践动手能力。

对于不同内容教学方法和思路也略有不同，例如，为加强学生对模拟电路相关元器件的熟悉，学期开始将一些元器件发放到学生手中，作者在第一章半导体器件讲述中，让学生从中拿出对应的二极管、三极管等进行认识和识别，再结合专题调研让学生对不同类别、不同种类的器件更加了解，通过做作业题掌握其工作原理，再通过Multisim仿真验证，学生则对各个环节的结果、遇到的问题等在网络平台上讨论，如此能够充分调动学生的积极性，解决学生学习本课程入门难的问题，加快学生对本课程的学习步伐。

六、结论

在“互联网+”时代背景下，信息技术与教育教学逐渐融合，各种形式的教学创新层出不穷。本文作者参考“互联网+”时代课堂教学方式创新的关键，根学校提供的软硬件环境、自己的授课经验、所受课程的特点以及学生的学习实际情况等，创造一套适合《模拟电子技术基础》课程的混合式教学方式，以达到学生发展和教师发展的双重促进。

参考文献：

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【关键词】交联聚乙烯;抗水树交聚乙烯;电缆料;水树

0.引言

XLPE自五十年代问世以来,因其性能卓越、制造工艺简单、维修容易等优点，在输配电系统中得到了广泛应用。在20世纪70年代开始大规模使用XLPE时，人们普遍认为XLPE绝缘电缆能够长时间的使用，同时电性能保持在良好的水平。但在上世纪70年代后期，XLPE和其他聚合物一样，在电缆运行中，有降解现象产生，称为“水树化”。随着对XLPE水树现象研究的进一步深入，人们发现水树是引起XLPE电缆老化击穿从而降低使用寿命的重要原因。近十年的研究和运行经验表明：聚乙烯绝缘层的破坏原因，主要是树枝化，从而降低了电缆的使用寿命。

抗水树电缆料的机理是在XLPE中加入水树抑制剂或通过改性聚合物达到减少或消除水树的目的。经过抗水树处理的电缆其使用寿命比传统电缆有了大幅度的提高，平均寿命可达40年。抗水树电缆料已经在国外得到了大量的应用，在西方发达国家，抗水树电缆料已经基本替代了传统的XLPE电缆料。本文将对水树在电缆料中形成的特点进行讨论，并着重研究抗水树电缆料的应用现状。

1.水树的相关概念

1.1水树的含义和形成

关于电缆料中的水树，国外许多研究机构已经进行了大量的描述，一般认为，水树是聚合物的一种降解结构，它是电缆绝缘层在交流电场、湿气、时间和离子等各种因素综合作用下的结果，因其呈树枝状，故称其为水树。

水树生长在绝缘料的电场应力点，应力点处在绝缘料有微孔、污染物、或粗糙处的地方。在污染物的微孔处，水树在应力点（核）的对面，最终形成了像蝴蝶结形状的水树，称之为蝴蝶结水树。在界面中引发，以灌木的形状往一个方向生长的水树被称为通风型水树。上述两种水树，根据它们对许多抗水剂的不同反应来看，其引发机理和生长机理是不一样的。

1.2水树的特征

相对于电树枝和化学树枝而言，水树枝的产生有以下特点：（a）水的存在是水树枝产生的前提；（b）相对于产生电树而言, 产生水树枝所需的电场很低（c）水树增长缓慢，有水树枝的电缆绝缘仍有一定耐电強度, 电缆不会马上击穿。（d）水树枝在达到一定尺寸会转化为电树枝，最终导致电缆击穿。

2.全球抗水树电缆料技术及市场情况

目前国际上主要有两种不同的方法来解决水树问题，一种是通过在XLPE电缆料中加入特殊添加剂抑制水树的产生。另一种是用接枝或共聚方法添加剂来提高电缆的抗水树性能, 这类电缆料称为TR-XLPE。其中TR-XLPE的设计和制造主要原理有两种, －是在XLPE中加入极性物质, 吸附渗透进绝缘的水分子, 使水分子在电场作用下不发生迁移、积聚形成微滴；二是加入可与水分作用产生无害物质的添加剂。

2.1北美地区

北美地区从1983年开始使用抗水树电缆，到1987年只用了4年时间，抗水树XLPE中压电缆的使用量已经占到中压电缆一半的比例，到2000年已经全部使用抗水树电缆。

这种TR-XLPE在1983年北美地区投入使用并保证了23年的可靠稳定运行以后，已经成为北美地区地下电力输送电缆的主要绝缘材料。

2.2欧洲地区

北美地区使用的抗水树技术在二十世纪八十年代以后引入欧洲，长期老化试验表明北美的TR-XLPE技术在某些性能方面超过了欧洲原有的Copolymer XLPE共聚技术，逐渐占据了欧洲市场的主导地位。

最近，意大利已经用抗水树电缆完全替代了EPR橡胶电缆，其他几个东欧国家也已经认识到使用抗水树电缆料对于电缆长期稳定运行的重要性，开始制定相关的标准来推动抗水树电缆料在该地区的使用。

2.3中国

在中国抗水树中压电缆还未普及，但是需求已经形成，在秦山核电站、青岛海底电缆等大型项目中已经开始使用。但由于目前抗水树中压电缆使用较少，有关的使用标准仍然是参考国外相关标准。

国内对抗水树电缆料的研究从上个世纪80年代就已经开始了，但是一直停留在试验阶段，由于市场及技术等多方面的原因，一直没有进入产业化阶段。随着国内有关电力部门的重视，抗水树电缆料的应用已经提到了议事日程上，国内厂家和相关研究机构加快了研制抗水树电缆料的步伐。

浙江万马高分子材料有限公司于2006年建立了抗水树电缆料研究实验室，专门成立研究小组着手进行抗水树电缆料的开发，推动抗水树电缆料在国内的产业化，目前已经取得了阶段性的成果。根据美国ASTM D6097－01a标准，对抗水树电缆料进行周期为30天的高频高压试验，取得了良好的效果。研究小组还对绝缘层和半导体屏蔽料之间引发的通风型水树进行了针对半导体屏蔽料的抗水树性能研究，并取得了良好的效果。

3.结束语

了解抗水树电缆料在国内外的应用、发展情况对于我国推进抗水树电缆料产业化发展具有重要意义，随着人们对电缆水树危害性认识的进一步加强，抗水树电缆材料在电缆中的应用将会越来越被电力部门所接受。　[科]

【参考文献】

［1］J.L.Chen and J.C.Filippini.The Morphology and Behavior of the water Tree[J].IEEE,Trans.on DEI.1993,(2):27l～290．

［2］党智敏,亢婕,屠德民.聚合物中水树的研究现状[J].电线电缆,2001(8):4.

［3］陈涛,魏娜娜,陈守娥.交联聚乙烯电力电缆水树产生机理、检测及预防[J].电线电缆,2009(8):4.

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关键词：纳米TiO2；光催化降解；太阳能；环境污染

文章编号：1005－6629(2008)07－0046－03中图分类号：G614.41 文献标识码：E

当前，环境污染问题日益严峻，尤其是水污染、大气污染问题不仅密切关系到各类动植物的生存，也关系到人类自身。如果能将污染物降解成无毒无害的H2O、CO2及无害的无机离子，就能有效地解决污染问题。光催化是一种新兴的环境净化技术，由于采用TiO2材料制成的催化剂无毒、廉价、高效、性能稳定，纳米TiO2光催化技术成为解决环境污染问题的一种有效途径[1,2]。

1纳米TiO2光催化技术

1.1纳米TiO2光催化降解机理

人们很早就认识到TiO2锐钛矿相具有光催化性。TiO2半导体的带隙能为3.2eV，当用λ

hv(光照)+SC(催化剂表面TiO2粒子)e-(电子)p+(正电荷空穴)

A(催化剂吸附的电子接受体)+e-(电子)A-(ads)

D(催化剂吸附的反应物分子)+p+(正电荷空穴)D+(ads)

图1 TiO2粒子光催化过程简图

图2 电子和空穴的结合示意图

光催化反应效率的高低是用光催化反应的量子效率来衡量的，但电子和空穴在催化剂粒子表面的再结合降低了量子效率，对半导体光催化降解污染物很不利，所以为了在光催化剂表面上能有效地转移电荷引发降解污染物反应，必须抑制或消除光激发电子和空穴的再结合，如图2所示。

e-+p+N+E

其中N为中性位，E是结合释放的能量[3]。

在20世纪70年代，纳米量级TiO2的光催化特性被发现，它同时具有锐钛矿相和金红石相两相，但以锐钛矿相为主[4]。选用纳米级TiO2为光催化剂，主要考虑以下两方面的影响：一方面从光催化机理上分析，物质的降解速度必然与光生载流子电子和空穴的浓度有关，而纳米级的TiO2随着粒径的减小，表面原子数迅速增加，光吸收效率提高，从而增加表面光生载流子的浓度；另一方面催化反应的速率与物质在催化剂上的吸附量有关，随着晶粒尺寸的减小，比表面增大，表面键态和电子态与颗粒内部不同, 表面原子的配位不全导致表面活性位置增多, 因而与大粒径的同种材料相比, 活性更高, 有利于反应物的吸附, 从而增大反应几率。

在制备纳米TiO2时，焙烧温度对纳米材料尺寸和晶相(图3)影响很大，在500℃焙烧时获得的纳米TiO2尺寸较均匀, 由XRD衍射峰知晶相也以催化效果最佳的比例存在(锐钛矿型: 金红石型=70∶30)。

图3 不同焙烧温度下的纳米TiO2的TEM(透射电镜)图

(a)400℃；(b)500℃；(c)600℃

1.2 纳米TiO2光催化剂的制备

纳米TiO2的制备方法多种多样，始发原料可以是TiCl4、 Ti(OR)4、 TiO(OH)2或TiOSO4、 Ti(SO4)2以及Ti和普通粒级的TiO2等。本文简单介绍一些最常用的制备方法。

1.2.1 溶胶-凝胶法(Sol-Gel)

以Ti(OR)4为原料制备TiO2纳米微粒时， Ti(OR)4发生如下水解和聚结反应： Ti(OR)4+4H2O=Ti(OH)4+4ROH； Ti(OH)4=TiO2(S)+2H2O。 制备操作：室温下将10mL Ti(OBu)4(C.P.)于剧烈搅拌下，滴加到30mL无水CH3CH2OH(A.R.)中，经过15min-20min的搅拌，可得到淡黄色透明的溶液(1)；将5mL H2O二次蒸馏水和10mL无水CH3CH2OH(A.R.)配成的溶液于剧烈搅拌下缓慢滴加15滴HNO3(A.R.)， 得到pH=3的溶液(2)；再于剧烈搅拌下将溶液(1)以约1滴/秒的速率缓慢滴加到溶液(2)中， 得到均匀透明的溶胶，继续搅拌，得到半透明的湿凝胶；湿凝胶在100℃下干燥2h，得到淡黄色晶状体，研磨后500℃煅烧2h，得到纳米TiO2。

1.2.2 TiCl4水解法

TiCl4水解反应： TiCl4+4NH3+(n+2)H2O=TiO・nH2O+4NH4Cl。制备操作：冰水浴强力搅拌下，将一定量的TiCl4滴加到溶有HCl和(NH4)2SO4的冰的TiCl4水溶液中， 控制TiCl4溶度为1.1mol・L-1， n(Ti4+)/n(H+)=15，混合完毕，撤去冰浴，逐步升温至95℃，恒温水解1h后，滴加NH3・H2O，调节溶液pH约为6，自然冷却至室温，停止搅拌，陈化约12h，过滤，产物经水洗至几乎无Cl-、SO42-后，用乙醇洗涤3遍，80℃烘干，500℃煅烧2h，制备纳米TiO2。

1.3影响TiO2光催化作用的因素

对纳米TiO2催化剂催化性能的影响因素很多，如表1-1所示

表1-1 影响TiO2光催化作用的因素和原因

2 新型纳米TiO2光催化剂的应用

2.1空气净化中的应用

光催化空气净化技术能通过光催化反应，将污染物不可逆地转化为物理、化学性质完全不同的H2O、CO2等无毒无害的无机小分子，被誉为是当代最先进的空气净化技术。目前这一技术中普遍使用的催化剂为宽禁带的TiO2半导体催化剂。

有关资料表明：人类赖以度过70%-90%生命时间的室内环境(亦称小环境)中空气污染的程度高出室外空间十几倍乃至几十倍[5]， 由于室内空气污染所引起的发病率为50%-60%，室内污染病变所造成的死亡率约占总死亡率的20%-30%。因此，发展室内空气污染治理技术及开发相应的环保产品，对提高人民健康水平、促进经济发展，具有重要的经济效益和社会效益。

纳米TiO2光催化及应用技术已经成功应用于新型光催化空气净化机，对甲醛(HCHO)、 苯(C6H6)和总挥发性有机物(TVOC)等有害物质降解率均达到90%以上，可望在烟气污染净化、装修污染治理等领域有明显效果和广泛应用前景。

2.2 纳米TiO2光催化技术在净化水质方面的应用

已有研究报道指出，纳米TiO2光催化技术在净化水质方面有较广泛的应用[6,7]。

2.2.1饮用水的处理应用

目前我国楼房自来水供水系统一般采用水泵加水箱或储水池组成，若维护不当常会导致水中细菌含量过高。此外，在自来水中已鉴定出2000多种有机物，其中有的是致癌的或可疑致癌的物质。为了保证正常的供水，解决生活用水中的细菌问题和有机物的净化问题成为了关键问题。在楼房供水系统中采用光催化技术，不仅可以在不用氯的情况下对储水进行杀菌净化，抑制细菌的繁殖并且还可以把自来水中的各种有毒有机污染物进行净化，提高饮用水的质量和口感。

2.2.2工农业废水的处理应用

(1)工业废水的处理

a.染料废水的处理

近年来，在染料的脱色、降解等方面的研究日益增多，如阳离子蓝X-GRRL、孔雀绿、甲基橙、汽巴克染绿、直接大红、阳离子红等。国外Hinda等报道了在紫外灯照射下，纳米TiO2对5种染料(茜素S、藏花橙G、甲基红、刚果红、亚甲蓝)降解的可行性做了详细的探讨，在紫外光和催化剂的共同作用下，无论是葸醌类(茜素S)、 偶氮类(藏花橙G、甲基红、刚果红)或是杂多芳香族类(亚甲基蓝)染料都能迅速脱色，并完全矿化为CO2、SO42-、NH4+或NO3-。

b.造纸废水的处理

1976年，John H.Garry发现TiO2光催化氧化可以使多氯联苯全部脱Cl。中间产物没有联苯。有研究表明：纳米TiO2光催化氧化漂白废水可降解氯代酚等氯代芳香族化合物、用含氯漂白纸浆可形成剧毒的氯代二苯并对二恶英CDDs，TiO2/O2/UV过程对这类剧毒致癌有机物有快速降解作用。在处理含高分子木素的制浆废水时。用纳米TiO2光催化氧化处理后，浊度完全消失。自制的纳米TiO2光催化处理造纸废水有很好的效果。COD去除率可达94%，浊度和色度去除率分别为97%和98%。

c.含其他有机化合物废水的处理

对水体质量影响较大的有毒有害有机物还包括烃类(CnHn+2)、 醛类(-CHO)、 酚类(-OH直接和苯环连接)、卤代物、多环芳烃及杂环化合物等，近年来国内外学者对此也做了大量研究。如Raffaele等利用TiO2光催化膜，降解废水中4-硝基苯酚、腐殖酸；另外，氯仿(CHCl3)、氯代二苯并-对二恶英、多氯代二苯并对二恶英二氯甲烷(CH2Cl2)等也有光降解报告。

(2)农业农药废水的处理

农业生产中施用的除草剂和杀虫剂，只有少量附着在农作物上，其余绝大部分长时间停留于在大气、水、土壤中，而农药废水则主要通过喷施农药、地表径流及农药工厂的废水排放而形成，国内外研究人员已对如敌敌畏、溴氰菊脂、马拉硫磷、甲拌磷、2,2-二氯乙烯基二甲基磷酸脂(DDVP)等光降解效果做了研究。 Ioannis等选择了s-三嗪类5种除草剂和有机磷类5种杀虫剂作为TiO2光催化降解对象，采用GC(气相色谱)、 GC-MS(气质连用)分析，监测这10种农药的降解及中间物的生成，指出其降解途径与其它三嗪类或有机磷类农药类似。

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关键词：河南油田；通信管理；模式分析

对于任何一个油田企业而言，通信网络的建立都至关重要；企业内部只有具有完善的通信网络体系，才能及时获得最新的科技信息，为企业的生产过程提供重要保证。在社会主义市场经济多样化的大背景下，社会竞争异常激烈，所以，石油企业要想在激烈的竞争者脱颖而出，就必须加大对新业务的开发，而通信信息业务则是许多企业选择开发的重点对象。

一、河南油田通信管理模式现状

1.河南油田的发展历程

早在20世纪70年代，河南油田就开始了石油勘探业务的开展；从20世纪70年代到21世纪初的30年间，河南油田实现了平稳有序的发展，首先在南阳盆地发现工业油气流，然后又成立了南阳石油勘探指挥部，在20世纪末，石油、石化两大公司重组时划归中国石化集团公司；经过了近30年的发展，河南油田已经发展成为国内著名的石油开采企业。尽管发展迅速，但是与国内其他大型的石油企业相比，河南油田在许多新业务的拓展方面还做得不足，需要进一步发展。

2.河南油田的通信管理现状

进入21世纪以来，随着各种通信业务的涌入，南阳地区的通信市场出现了异常激烈的竞争状态。首先，地方电信局的固定通信业务一直都是油田通信的最大竞争对手；其次，随着中国移动和中国联通的涌入，油田通信的数据业务也受到了较大程度的挤压；再次，河南油田通信的内部也没有形成完善的通信管理模式，不仅缺乏人才，而且许多管理和维修工作也做得十分不到位，等等，这些都是影响河南油田通信管理业务发展的重要因素。所以，在这样的市场形势下，河南油田通信要想占据有利的经济发展优势，就必须在通信和信息化的应用上不断进行创新，合理分配企业内部可以利用的网络资源，争取以最少的资源获取最大的经济效益，如此，才能给企业的发展提供更加广阔的空间。

二、河南油田完善通信管理模式的措施

在当前信息时代的大背景下，河南油田要想在通信管理业务上取得较大的进展，就必须不断完善其通信管理模式。河南油田的通信管理模式还处于初级阶段，只有打好初级阶段的基础，才能保证以后的工作能够平稳进行。为实现通信管理模式的不断完善，笔者认为可以从以下几方面入手。

1.加强对人才的培养

合格的管理人才是通信管理工作能够顺利进行的关键，所以，河南油田应该充分地认识到人才对管理工作的重要性，并且加大对人才的培养。信息时代下的油田管理工作对人才的要求很高，工作人员不仅要懂计算机技术，而且还要了解通信业务上的相关信息，所以，为了把工作人员培养成管理工作中的专业人才，应该加大对工作人员的培训力度。油田企业内部可以定期对技术人员开展培训工作，尤其是对其进行今年开展的河南油田“两化”建设中的操作技术和管理工作的培训，建立起一支由专业技术人才组成的队伍，如此，才能从根本上保证管理工作的正常进行。

2.重视职工对实用软件、技术的开发

河南油田在信息化的建设过程中，要不断提高员工的积极性。小软件的开发所需的资金很少，所以，可以鼓励员工进行软件系统的研发，这样不仅能够为工作人员提供较好的平台，而且在研发过程中也锻炼了工作人员的思维。为了带动大家的积极性，油田的相关部门也应该建立相应的奖励机制，如果有员工设计出在生产管理中起到很大作用的项目，油田的相关部门应该给予设计者相应的物质奖励；在进行相关通信业务的开展时，要充分结合不同的员工对通信管理模式的研究结果，促进通信管理工作的有效开展。

3.加强对通信设备的管理和维修

在日常的工作中，要保证维修人员能够及时上岗。首先，在机房内为了防止静电，避免静电对半导体元件产生损害，应该加大对木质材料的引用。可以在地面上铺设地板，对墙壁进行防静电的处理。其次工作人员应该定期对线路进行巡查，及时了解线路的运行状况，并且做好记录，并且每过一个周期都应该对这些数据进行分析，做到发现问题及时解决。最后，还要做好电源设备的检修工作。工作人员应该保证蓄电池在空调机房中的正常放置，而且还要定期检查电池组和单体的电压，如果设备异常就应该及时做好更换工作。为了避免雷电等自然因素对电源设备的干扰，还应该做好防雷设施的安装和接地工作，如此，才能保证通信设备的正常运作。

三、结语

综上所述，河南油田的信息化发展在这几年十分迅速，但是在通信管理方面还有很多不足，所以，在我国逐渐趋向信息化的大背景下，河南油田应该实事求是，脚踏实地，进保证通信管理模式的不断完善，如此，河南油田才能在“两化”融合的实践中走在其他油田的前面。

参考文献

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