半导体的技术范文
时间：2023-11-15 17:57:55
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篇1
在半导体产业的发展中，一般将硅、锗称为第一代半导体材料;将砷化镓、磷化铟、磷化镓等称为第二代半导体材料;而将宽禁带eg2.3ev的氮化镓、碳化硅和金刚石等称为第三代半导体材料。本文介绍了三代半导体的性质比较、应用领域、国内外产业化现状和进展情况等。
关键词
半导体材料;多晶硅;单晶硅;砷化镓;氮化镓
1前言
半导体材料是指电阻率在107Ωcm10-3Ωcm，界于金属和绝缘体之间的材料。半导体材料是制作晶体管、集成电路、电力电子器件、光电子器件的重要基础材料[1]，支撑着通信、计算机、信息家电与网络技术等电子信息产业的发展。电子信息产业规模最大的是美国和日本，其2002年的销售收入分别为3189亿美元和2320亿美元[2]。近几年来，我国电子信息产品以举世瞩目的速度发展，2002年销售收入以1.4亿人民币居全球第3位，比上年增长20，产业规模是1997年的2.5倍，居国内各工业部门首位[3]。半导体材料及应用已成为衡量一个国家经济发展、科技进步和国防实力的重要标志。
半导体材料的种类繁多，按化学组成分为元素半导体、化合物半导体和固溶体半导体;按组成元素分为一元、二元、三元、多元等;按晶态可分为多晶、单晶和非晶;按应用方式可分为体材料和薄膜材料。大部分半导体材料单晶制片后直接用于制造半导体材料，这些称为“体材料”;相对应的“薄膜材料”是在半导体材料或其它材料的衬底上生长的，具有显著减少“体材料”难以解决的固熔体偏析问题、提高纯度和晶体完整性、生长异质结，能用于制造三维电路等优点。许多新型半导体器件是在薄膜上制成的，制备薄膜的技术也在不断发展。薄膜材料有同质外延薄膜、异质外延薄膜、超晶格薄膜、非晶薄膜等。
在半导体产业的发展中，一般将硅、锗称为第一代半导体材料;将砷化镓、磷化铟、磷化镓、砷化铟、砷化铝及其合金等称为第二代半导体材料;而将宽禁带eg2.3ev的氮化镓、碳化硅、硒化锌和金刚石等称为第三代半导体材料[4]。上述材料是目前主要应用的半导体材料，三代半导体材料代表品种分别为硅、砷化镓和氮化镓。本文沿用此分类进行介绍。
2主要半导体材料性质及应用
材料的物理性质是产品应用的基础，表1列出了主要半导体材料的物理性质及应用情况[5]。表中禁带宽度决定发射光的波长，禁带宽度越大发射光波长越短蓝光发射;禁带宽度越小发射光波长越长。其它参数数值越高，半导体性能越好。电子迁移速率决定半导体低压条件下的高频工作性能，饱和速率决定半导体高压条件下的高频工作性能。
硅材料具有储量丰富、价格低廉、热性能与机械性能优良、易于生长大尺寸高纯度晶体等优点，处在成熟的发展阶段。目前，硅材料仍是电子信息产业最主要的基础材料，95以上的半导体器件和99以上的集成电路ic是用硅材料制作的。在21世纪，可以预见它的主导和核心地位仍不会动摇。但是硅材料的物理性质限制了其在光电子和高频高功率器件上的应用。
砷化镓材料的电子迁移率是硅的6倍多，其器件具有硅器件所不具有的高频、高速和光电性能，并可在同一芯片同时处理光电信号，被公认是新一代的通信用材料。随着高速信息产业的蓬勃发展，砷化镓成为继硅之后发展最快、应用最广、产量最大的半导体材料。同时，其在军事电子系统中的应用日益广泛，并占据不可取代的重要地位。
gan材料的禁带宽度为硅材料的3倍多，其器件在大功率、高温、高频、高速和光电子应用方面具有远比硅器件和砷化镓器件更为优良的特性，可制成蓝绿光、紫外光的发光器件和探测器件。近年来取得了很大进展，并开始进入市场。与制造技术非常成熟和制造成本相对较低的硅半导体材料相比，第三代半导体材料目前面临的最主要挑战是发展适合gan薄膜生长的低成本衬底材料和大尺寸的gan体单晶生长工艺。
主要半导体材料的用途如表2所示。可以预见以硅材料为主体、gaas半导体材料及新一代宽禁带半导体材料共同发展将成为集成电路及半导体器件产业发展的主流。
3半导体材料的产业现状
3.1半导体硅材料
3.1.1多晶硅
多晶硅是制备单晶硅和太阳能电池的原料，主要生产方法为改良西门子法。目前全世界每年消耗约18000t25000t半导体级多晶硅。2001年全球多晶硅产能为23900t，生产高度集中于美、日、德3国。美国先进硅公司和哈姆洛克公司产能均达6000t/a，德国瓦克化学公司和日本德山曹达公司产能超过3000t/a，日本三菱高纯硅公司、美国memc公司和三菱多晶硅公司产能超过1000t/a，绝大多数世界市场由上述7家公司占有。2000年全球多晶硅需求为22000t，达到峰值，随后全球半导体市场滑坡;2001年多晶硅实际产量为17900t，为产能的75左右。全球多晶硅市场供大于求，随着半导体市场的恢复和太阳能用多晶硅的增长，多晶硅供需将逐步平衡。
我国多晶硅严重短缺。我国多晶硅工业起步于50年代，60年代实现工业化生产。由于技术水平低、生产规模太小、环境污染严重、生产成本高，目前只剩下峨嵋半导体材料厂和洛阳单晶硅厂2个厂家生产多晶硅。2001年生产量为80t[7]，仅占世界产量的0.4，与当今信息产业的高速发展和多晶硅的市场需求急剧增加极不协调。我国这种多晶硅供不应求的局面还将持续下去。据专家预测，2005年国内多晶硅年需求量约为756t，2010年为1302t。
峨嵋半导体材料厂和洛阳单晶硅厂1999年多晶硅生产能力分别为60t/a和20t/a。峨嵋半导体材料厂1998年建成的100t/a规模的多晶硅工业性生产示范线，提高了各项经济技术指标，使我国拥有了多晶硅生产的自主知识产权。该厂正在积极进行1000t/a多晶硅项目建设的前期工作。洛阳单晶硅厂拟将多晶硅产量扩建至300t/a，目前处在可行性研究阶段。
3.1.2单晶硅
生产单晶硅的工艺主要采用直拉法cz、磁场直拉法mcz、区熔法fz以及双坩锅拉晶法。硅晶片属于资金密集型和技术密集型行业，在国际市场上产业相对成熟，市场进入平稳发展期，生产集中在少数几家大公司，小型公司已经很难插手其中。
目前国际市场单晶硅产量排名前5位的公司分别是日本信越化学公司、德瓦克化学公司、日本住友金属公司、美国memc公司和日本三菱材料公司。这5家公司2000年硅晶片的销售总额为51.47亿元，占全球销售额的70.9，其中的3家日本公司占据了市场份额的46.1，表明日本在全球硅晶片行业中占据了主导地位[8]。
集成电路高集成度、微型化和低成本的要求对半导体单晶材料的电阻率均匀性、金属杂质含量、微缺陷、晶片平整度、表面洁净度等提出了更加苛刻的要求详见文献[8]，晶片大尺寸和高质量成为必然趋势。目前全球主流硅晶片已由直径8英寸逐渐过渡到12英寸晶片，研制水平达到16英寸。
我国单晶硅技术及产业与国外差距很大，主要产品为6英寸以下，8英寸少量生产，12英寸开始研制。随着半导体分立元件和硅光电池用低档和廉价硅材料需求的增加，我国单晶硅产量逐年增加。据统计，2001年我国半导体硅材料的销售额达9.06亿元，年均增长26.4。单晶硅产量为584t，抛光片产量5183万平方英寸，主要规格为3英寸6英寸，6英寸正片已供应集成电路企业，8英寸主要用作陪片。单晶硅出口比重大，出口额为4648万美元，占总销售额的42.6，较2000年增长了5.3[7]。目前，国外8英寸ic生产线正向我国战略性移动，我国新建和在建的f8英寸ic生产线有近10条之多，对大直径高质量的硅晶片需求十分强劲，而国内供给明显不足，基本依赖进口，我国硅晶片的技术差距和结构不合理可见一斑。在现有形势和优势面前发展我国的硅单晶和ic技术面临着巨大的机遇和挑战。
我国硅晶片生产企业主要有北京有研硅股、浙大海纳公司、洛阳单晶硅厂、上海晶华电子、浙江硅峰电子公司和河北宁晋单晶硅基地等。有研硅股在大直径硅单晶的研制方面一直居国内领先地位，先后研制出我国第一根6英寸、8英寸和12英寸硅单晶，单晶硅在国内市场占有率为40。2000年建成国内第一条可满足0.25μm线宽集成电路要求的8英寸硅单晶抛光片生产线;在北京市林河工业开发区建设了区熔硅单晶生产基地，一期工程计划投资1.8亿元，年产25t区熔硅和40t重掺砷硅单晶，计划2003年6月底完工;同时承担了投资达1.25亿元的863项目重中之重课题“12英寸硅单晶抛光片的研制”。浙大海纳主要从事单晶硅、半导体器件的开发、制造及自动化控制系统和仪器仪表开发，近几年实现了高成长性的高速发展。
3.2砷化镓材料
用于大量生产砷化镓晶体的方法是传统的lec法液封直拉法和hb法水平舟生产法。国外开发了兼具以上2种方法优点的vgf法垂直梯度凝固法、vb法垂直布里支曼法和vcz法蒸气压控制直拉法，成功制备出4英寸6英寸大直径gaas单晶。各种方法比较详见表3。
移动电话用电子器件和光电器件市场快速增长的要求，使全球砷化镓晶片市场以30的年增长率迅速形成数十亿美元的大市场，预计未来20年砷化镓市场都具有高增长性。日本是最大的生产国和输出国，占世界市场的7080;美国在1999年成功地建成了3条6英寸砷化镓生产线，在砷化镓生产技术上领先一步。日本住友电工是世界最大的砷化镓生产和销售商，年产gaas单晶30t。美国axt公司是世界最大的vgf
gaas材料生产商[8]。世界gaas单晶主要生产商情况见表4。国际上砷化镓市场需求以4英寸单晶材料为主，而6英寸单晶材料产量和市场需求快速增加，已占据35以上的市场份额。研制和小批量生产水平达到8英寸。
我国gaas材料单晶以2英寸3英寸为主，
4英寸处在产业化前期，研制水平达6英寸。目前4英寸以上晶片及集成电路gaas晶片主要依赖进口。砷化镓生产主要原材料为砷和镓。虽然我国是砷和镓的资源大国，但仅能生产品位较低的砷、镓材料6n以下纯度，主要用于生产光电子器件。集成电路用砷化镓材料的砷和镓原料要求达7n，基本靠进口解决。
国内gaas材料主要生产单位为中科镓英、有研硅股、信息产业部46所、55所等。主要竞争对手来自国外。中科镓英2001年起计划投入近2亿资金进行砷化镓材料的产业化，初期计划规模为4英寸6英寸砷化镓单晶晶片5万片8万片，4英寸6英寸分子束外延砷化镓基材料2万片3万片，目前该项目仍在建设期。目前国内砷化镓材料主要由有研硅股供应，2002年销售gaas晶片8万片。我国在努力缩小gaas技术水平和生产规模的同时，应重视具有独立知识产权的技术和产品开发，发展我国的砷化镓产业。
3.3氮化镓材料
gan半导体材料的商业应用研究始于1970年，其在高频和高温条件下能够激发蓝光的特性一开始就吸引了半导体开发人员的极大兴趣。但gan的生长技术和器件制造工艺直到近几年才取得了商业应用的实质进步和突破。由于gan半导体器件在光电子器件和光子器件领域广阔的应用前景，其广泛应用预示着光电信息乃至光子信息时代的来临。
2000年9月美国kyma公司利用aln作衬底，开发出2英寸和4英寸gan新工艺;2001年1月美国nitronex公司在4英寸硅衬底上制造gan基晶体管获得成功;2001年8月台湾powdec公司宣布将规模生产4英寸gan外延晶片。gan基器件和产品开发方兴未艾。目前进入蓝光激光器开发的公司包括飞利浦、索尼、日立、施乐和惠普等。包括飞利浦、通用等光照及汽车行业的跨国公司正积极开发白光照明和汽车用gan基led发光二极管产品。涉足gan基电子器件开发最为活跃的企业包括cree、rfmicrodevice以及nitronex等公司。
目前，日本、美国等国家纷纷进行应用于照明gan基白光led的产业开发，计划于2015年-2020年取代白炽灯和日光灯，引起新的照明革命。据美国市场调研公司strstegiesunlimited分析数据，2001年世界gan器件市场接近7亿美元，还处于发展初期。该公司预测即使最保守发展，2009年世界gan器件市场将达到48亿美元的销售额。
因gan材料尚处于产业初期，我国与世界先进水平差距相对较小。深圳方大集团在国家“超级863计划”项目支持下，2001年与中科院半导体等单位合作，首期投资8千万元进行gan基蓝光led产业化工作，率先在我国实现氮化镓基材料产业化并成功投放市场。方大公司已批量生产出高性能gan芯片，用于封装成蓝、绿、紫、白光led，成为我国第一家具有规模化研究、开发和生产氮化镓基半导体系列产品、并拥有自主知识产权的企业。中科院半导体所自主开发的gan激光器2英寸外延片生产设备，打破了国外关键设备部件的封锁。我国应对大尺寸gan生长技术、器件及设备继续研究，争取在gan等第三代半导体产业中占据一定市场份额和地位。
4结语
不可否认，微电子时代将逐步过渡到光电子时代，最终发展到光子时代。预计到2010年或2014年，硅材料的技术和产业发展将走向极限，第二代和第三代半导体技术和产业将成为研究和发展的重点。我国政府决策部门、半导体科研单位和企业在现有的技术、市场和发展趋势面前应把握历史机遇，迎接挑战。
参考文献
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篇2
关键词：服务器、半导体制冷、温控
0 引言
在专业技术领域，如大型服务器及服务集群等商业化的大规模计算服务中心，仍然需要高效的散热及温控技术来保证高精度的数据服务。这就需要必须采用高效的散热技术来解决实际问题。对比常规的风冷技术、水冷技术，半导体制冷技术的优势在于提供了主动的制冷方式，其散热效果是其他技术无法比拟的，并且在半导体制冷的实际应用中，证明了主动的制冷散热方式为服务器运行的保障是具有实际效果的。但是，对于半导体制冷技术应用的条件很严格，根据其技术的基础情况，要从服务器环境管理、温度监测及控制、辅助散热技术等多方面技术进行综合运用，实现服务器的环境管控。
1 服务器环境
1.1 服务器构架复杂
服务器由于用途与传统的计算机并不相同，所以在服务器主板与其他服务器配件都与普通的计算机有所出入，服务器内部构造是与其主要用途决定的，所以很多服务器并非采用传统的兼容构架，而是根据其特定用途进行设计的。例如：单一的主板对多CPU的支持，多内存，多显卡，多外接设备等的支持。如图1所示。
1.2 服务器空间有限
服务器的空间是由服务器机箱规格决定的，按照1U、2U、刀片服务器等不同规格决定，由于在有限的空间中需要放置更多的设备，所以决定不能将更大面积的散热设备至于其中，这就决定了服务器散热必须采用高效地的设备来解决实际问题。
1.3 服务器散热方式
传统的服务器散热方式与普通PC机基本相同，主要由风冷式散热、水冷式散热。其中：风冷式散热主要由导热片和风扇组成，导热片多采用铜、铝材质的不同制程工艺制造，风扇多为带有温控设计。风冷散热优点是制造简单、价格低廉，但由于散热方式决定了其效能不高，不能满足要求较高的环境；水冷式散热是将风冷式的风扇替换为液体，通过液体循环传热体质达到散热效果。
2 半导体制冷技术
2.1 半导体制冷的原理
热电制冷是具有热电能量转换特性的材料，在通过直流电时具有制冷功能，由于半导体材料具有最佳的热电能量转换性能特性，所以人们把热电制冷称为半导体制冷。详见图2所示。半导体制冷是建立于塞贝克效应、珀尔帖效应、汤姆逊效应、焦耳效应、傅立叶效应共五种热电效应基础上的制冷新技术。其中，塞贝克效应、帕尔贴效应和汤姆逊效应三种效应表明电和热能相互转换是直接可逆的，另外两种效应是热的不可逆效应。
（1）塞贝克效应， 1821年，塞贝克发现在用两种不同导体组成闭合回路中，当两个连接点温度不同时（T1
（2）珀尔帖效应，珀尔帖效应是塞贝克效应的逆过程。由两种不同材料构成回路时，回路的一端吸收热量，另一端则放出热量。
（3）汤姆逊效应，若电流过有温度梯度的导体，则在导体和周围环境之间将进行能量交换。
（4）焦耳效应，单位时间内由稳定电流产生的热量等于导体电阻和电流平方的乘积。
（5）傅立叶效应，单位时间内经过均匀介质沿某一方向传导的热量与垂直这个方向的面积和该方向温度梯度的乘积成正比。
2.2 半导体制冷的效果测试
本文主要进行 CPU 在只有风扇情况下和CPU 在接入半导体制冷片时的试验： （ 1） CPU 在只有风冷（ 风扇） 情况下的散热： 先把半导体制冷片从整个装置中取出，将 CPU 直接贴在散热器上，然后给 CPU 和电扇都接通直流电源，风扇两端电压稳定在 12V，CPU 两端加电压从 5V ～8V，每次增加 1V，用数据采集仪记录在每个电压下的CPU 从初始状态到稳态的温度数据； （ 2） CPU 在接入半导体制冷片时的散热： 把半导体制冷片放入装置，冷端贴在 CPU 上，热端贴在散热器上，先给 CPU 和风扇接通直流电源，风扇两端电压仍稳定在 12V。给 CPU 两端加 5V 电压，一段时间后给制冷片两端加电压 3V ～7V，每次增加 1V，记录在每个制冷片输入电压下制冷片冷端和热端从初态到稳态的温度数据，再分别给 CPU 两端加 7 ～8V 电压，进行相同的操作。
在进行试验时，整个装置除了风冷装置以外全部放入隔热槽中，这样热量只能纵向传导，所以整个问题可以近似为一维导热问题。
2.3 试验结果的分析与讨论
半导体制冷片的降温效果详见图3 为 CPU 输入电压为 5. 0V 时，有无制冷片时的 CPU 温度对比。有无制冷片时的 CPU 温度随时间变化曲线从图中可明显看出半导体制冷片对 CPU 的降温效果明显。不接入制冷片时，CPU 温度从室温上升至平衡温度而保持稳定。当制冷片接入时，CPU 温度开始降低，约经过 300s 后达到稳定状态。制冷片输入电压为 3. 0V 时，CPU 温度从38. 7℃ 降至 25. 2℃ ，明显低于了测量时的环境温度。
3 总结
在计算机发展中，服务器的散热环境是非常复杂的，对于传统散热方式与半导体制冷方式的对比可以直接反映出半导体制冷技术的优越性。本文经过分析，证明了半导体制冷技术在计算机服务器中的实际应用的可行性和其价值的体现。
参考文献：
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篇3
关键词：半导体制冷；PWM调制；散热控制
中图分类号：TP368.1 文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2011) 06-0000-02
Application of Semiconductor Refrigeration Technology in LED Heat Dissipation Fang Wei
(School of Electric Power,South China University of Technology,Guangzhou 510640,China)
Abstract:This paper introduced the semiconductor refrigeration technology to LED cooling research,the MCU AT89C51 as the control center,the use of PWM modulation technology of semiconductor cooling piece of the input voltage and input current control,thus achieving a cooling power control of the MCU,through the experimental results demonstrate the feasibility of the method.
Keywords:Semiconductor refrigeration;PWM modulation;Thermal control
随着LED技术日新月异的发展，LED已经走进普通照明的市场。然而，LED照明系统的发展在很大程度上受到散热问题的影响。对于大功率LED而言，散热问题已经成为制约其发展的一个瓶颈问题。半导体制冷与其他的制冷系统相比，没有机械转动部分、无需制冷剂、无污染可靠性高、寿命长而且易于控制，体积和功率都可以做的很小，随着半导体材料技术的进步，以及高热电转换材料的发现，利用半导体制冷技术来解决LED照明系统的散热问题，将具有很现实的意义。
一、半导体制冷原理
半导体制冷又称电子制冷，或者温差电制冷，是从50年展起来的一门介于制冷技术和半导体技术边缘的学科，与压缩式制冷和吸收式制冷并称为世界三大制冷方式。半导体制冷器的基本器件是热电偶对，即把一只N型半导体和一只P型半导体连接成热电偶，通上直流电后，在接口处就会产生温差和热量的转移。在电路上串联起若干对半导体热电偶对，而传热方面是并联的，这样就构成了一个常见的制冷热电堆。借助于热交换器等各种传热手段，实现热量的快速传导，这就是半导体制冷的原理。
二、系统总体设计方案
本文所设计的LED散热控制系统由温度[2]设定模块、显示模块、温度采集模块、电平转换模块及功率调整模块组成，系统总体框图如图1所示。该系统以微处理器为控制核心。温度采集模块采集被控对象的实时温度；温度设定模块设定制冷启动温度和强制冷温度。利用汇编语言对微处理器编程可实现，当采集的实时温度小于制冷启动温度时，输占空比为0的PWM调制波[1]，制冷模块处于闲置状态（PWM波占空比为0）；当采集的实时温度大于制冷启动温度但小于强制冷温度时，输出占空比为50%的PWM调制波，功率调整模块启动小功率的制冷方式；当采集的实时温度大于强制冷温度时，输出占空比为55.6%的PWM调制波，制冷模块启动大功率的制冷方式。
三、硬件电路设计及其元件选择
本方案采用低价位、高性能的AT89C51作为主控芯片，实现整个系统的逻辑控制功能；采用单线通信的高精度温度传感器DS18B20，实现对被控对象LED芯片实时温度的采集；同时设计了4*3输入键盘，制冷启动温度和强制冷温度由键盘输入；设计了电平转换电路，实现了+5V电压到+15V电压的变换；设计了功率调整电路，实现对半导体制冷片TEC的工作电压和电流的控制，进而实现对半导体制冷片TEC散热功率的控制，以达到对LED芯片及时散热的效果。
（一）主控芯片AT89C51
该系统的主控芯片选用的是单片机AT89C51。单片机AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压、高性能的处理器，为嵌入式控制系统提供了一种灵活性高的廉价方案。单片机AT89C51主要功能：接收键盘的温度设定输入；接收温度传感器的实时温度输入；产生占空比为0、占空比为50%及占空比为55.6%三个等级的PWM调制波。
（二）键盘电路
该系统采用4*3键盘[4]，包含0-9共10个数字键、一个“温度上限”键和一个“温度下限”键。
键盘电路的功能是输入设定的启动散热温度值和启动强散热温度值。
（三）温度采集电路
该系统采用美国DALLAS公司的生产的数字温度传感器DS18B20。DS18B20用一根信号线（1-Wire）与单片机通信的温度测量芯片。温度采集电路的功能是采集LED芯片的温度，并将温度转化为数字量输入到单片机AT89C51中。
（四）电平转换电路
电平转换电路的核心器件是光电耦合器，因为光电耦合器不但能完成电平转换，而且还有效地把控制电路与开关电路隔离，有利于保护前面的单片机芯片，提高了系统的可靠性。当输入为高电平时，三极管T1处于导通状态，光电耦合器的发光二极管不导通，三极管T2和T3截止，输出端的电压为+15V；当输入为低电平时，三极管T1处于截止状态，光电耦合器的发光二极管发光，三极管T2和T3通状态，输出端的电压为零。输入端输入的方波时，输出端也是方波，二者的频率近似相同，二者的区别的是幅度不同。输出端输出方波的幅度由外部供电源决定。
（五）功率调整电路
功率调整电路是一个Cuk电路[3]，根据CUK电路的输出电压和供电电源电压的关系，可得出PWM波占空比和半导体制冷片TEC输入电压的关系：
（式1）
其中D为PWM波的占空比， 为半导体制冷片TEC的工作电压，E为供电电源的电压（在此电路中E=12V）。由上式可知，控制PWM波的占空比就可以控制半导体制冷片TEC的工作电压和电流。
（六）仿真结果
当AT89C51输出的PWM波占空比为50%时，半导体制冷片的工作电压和工作电流如图4和图5所示，此时的半导体制冷片的工作功率约为48W。
四、结束语
随着电力技术不断的发展，大功率LED日益普及，然而大功率LED照明系统的散热问题严重制约了其进一步发展，因此大功率LED照明系统的散热问题也受到越来越多的重视。各个学科的研究人员也都投入到其中的研究当中，诸如寻找导热性能更好的材料和提高其电光转换效率等。针对这种情况，本文选择一些成本低廉相对高性能的元器件，对LED芯片工作温度不同的情况，进行不同的功率制冷，在一定程度上节约电力资源。此方案与传统的散热方案相比较，具有可控性好和制冷效果良好等优点，对于解决大功率LED照明系统散热问题具有很现实的意义。
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[作者简介]
篇4
1 引 言
2 影响列阵半导体激光器输出功率因素
3 器件外延结构
4 器件制备及其特性
4. 1 激光器的制备
4. 2 器件特性
5 结 论
篇5
[关键词] 主生产计划 路径 整数规划 半导体制造
一、引言
本文主要致力于解决半导体后道封装测试厂的生产计划问题。基于客户确定的订单及销售预测的需求,我们来研究如何计算一个合适的数量的芯片在一个给定的周期内完成加工。工厂可以是自有工厂也可以考虑外发加工。订单完成率及产能约束会加入到约束条件之中。计算结果可以用于决策每个工厂的投料的数量,品种及时间点。这个计算结果就是主生产计划(MPS). 主生产计划在一个较长的时间段内,通常是半年,根据产品系列整合总体的生产,销售,及运作计划并最终产生针对各个产品以周为单位的总体生产计划。一个主生产计划是下一层各工厂或代工厂的生产计划及库存控制的重要依据。本文中所提及的主生产计划在一定程度上可以被称为供应链计划。
在诸多研究中,半导体行业的主生产计划很少被提及。有些著作会研究晶圆厂的产能规划问题。然而这种产能规划的时间段通常是1至2年,大大长过主生产计划。并且一般只是基于一个半导体晶圆厂针对不同产品系列展开的综合分析。在有的著作中曾提及基于整数规划来探讨集团范围内的生产策略及资源规划。一个总体模式被用来产生基于产品系列层级的计算结果。这样的模型和本文的模型有点类似在于它着重考虑了半导体制造中各前道晶圆厂及后道封装测试厂间的网络关系。也有基于一个前道晶圆厂的比较详细的模型。其中一个线形规划模型及相应的离散时件模拟被用于对不同产品投产比例的研究。基于对以往研究的探讨,可以发现主生产计划问题并不仅仅局限于半导体制造的供应链网络。在其它不同类型的行业中也有关于主生产计划方面的研究。本文主要就后道封装测试的自有工厂及外包厂的主生产计划建模并进行模拟计算。
在本文的第一段,我们会描述目前的问题。第二段,我们会建议一个整数规划模型。在最后,一些下一步的研究方向会加以阐述。
二、问题的阐述及假设
在本小节中,我们会针对所研究的问题加以描述,在第2小节中一个数学模型将会引入以优化本文的问题。我们主要致力于确定在不同的时间段不同的工厂投产的芯片数量。半导体制造包括前道及后道生产线。前道生产主要在半导体晶圆厂,而后道生产主要在封装测试厂。
本文只考虑封装测试厂。通常,生产可以外包也可以在自有工厂生产。自有工厂的模型会比外包工厂的来得复杂。我们假设需求的时间单位是周。需求包括确定的订单以及基于预测的产量。确定的订单的投产优先级要高于基于预测的产量。我们考虑上一个时间周期未达成的确定订单。基于预测的产量也被称为追加的需求。只有当产能充足的时候,我们才考虑基于预测的产量。假设我们会为了以后的订单储存一定量的成品库存。基于确定订单的销量不会超过客户订单的数量。基于预测的销量小于基于预测的产量。产能约束对于主生产计划问题很关键。在我们的模型中,我们假设每个产品的平均生产周期固定。给定的产品的完成时间.,我们能计算出它到达生产瓶颈的时间。我们在每个时间周期都会计算单位产品在生产瓶颈上消耗的时间。这个举措可以将那些工艺流程中要重复进入某一生产瓶颈的情况得到计算。由于我们无从获知代工厂的生产瓶颈,故而这种方法不适用于代工厂。因此对于代工厂,我们只是简单的计算单位时间的出货量。在这里我们规定代工厂的加工数量不能超过一个确定的界线。我们主要的工作是确定一定数量的芯片产品 p 能够在某个工厂m 内在时间周期 t 的结束前完成。我们使用周作为一个时间周期的长度,主生产计划包含6个月的时间跨度。
三、整数规划模型
在本小节中,我们基于上文中的主生产计划问题引入了一个整数规划模型
1. 决策变量,参数及目标函数
首先,我们先设定一些重要的模型纬度。以下模型纬度被加以考虑:
在这里我们用公式kmax = CTmax -1 来定义变量 kmax, 假设,我们能将所有产品的最长生产周期缩小到一个时间周期。我们可以引入以下决策变量:
目标函数是由于追加的销售预测而获得的营业额 与成本之间的差值(制造, 库存, 未完成的订单 以及选择不同生产工厂 的成本)。
2. 约束条件
以下一些条件约束被考虑到我们的主生产计划模型。
首先,我们加入库存平衡:
这个约束能够确保只有在需要的情况下一批产品才会在一个以上的工厂生产。
将非负约束及布尔约束加入模型,我们得到:
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关键词：Caxa；数控车；参数设置
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.08.028
1 软件介绍
Caxa数控车软件是由北京大方数码有限公司自主研发的适合国人学习加工生产的数控设计制造类软件，秉承了机械设计类的经典软件所拥有的优点，在使用界面上改进了autocad2004，使其更加直观，适合国人熟悉上手。在工作内容上除了继承autocad优秀的二维平面图形设计功能之外，还针对于国内外知名厂家，例如国外的fanuc，simense，国内的广州数控，华中数控等生产型，经济型数控车床量身定做了相应的机床参数设置系统以及后置处理生成加工代码功能。caxa数控车2015版软件除了在生产实际中有所运用，更是在近年来的教育系统组织的数控技术技能大赛上面大放异彩。虽然有着改进和诸多的优点，但是运用caxa数控车软件在实际加工中产生的问题也不少，下面就来列举一些值得进一步研讨改进的地方。
2 实际加工中运用软件发生的一些问题
（1）caxa进行自动编程的过程，起始于如同autocad一般的二维平面图抄绘，设计，按照加工图纸以及相应要求，将标注正确的加工零件图纸绘制于软件之上，接下来很重要的一步，存在于标题栏里面的修改，删除重线，因为制图过程当中难免有多条线条的交叉，重合，所以如果不在图形轮廓绘制完成之后及时进行删除重线功能的话，就会给后面的拾取线条确定加工轮廓和毛坯轮廓带来干扰。问题来了，有些时候明明存在重线，但是删除重线的时候却弹出不存在从重线的对话框，结果就导致粗加工或者精加工在拾取轮廓线的时候产生失败，我们回过头裁减线条或者点击重线部分进行删除后，再次滚动鼠标会发现重线确实存在。
红线部分的线条一个是使用孔轴指令绘制的，一个是使用直线指令，两者在端面处产生了重复，但是在全选图形之后实行删除重线指令时，却没有到达预期效果。
针对于这样问题的产生，就需要操作人员细致一些，在绘制毛坯轮廓的时候计算出正确的节点，使得线条之间的连接没有重叠部分，从绘图方法上避免了重线的产生。
（2）实际加工参数设置环节，首先是标题栏中的数控车指令，在进行轮廓粗车时候进行参数的设置。在参数设置页面的第一页最后一行，编程时考虑半径补偿或者机床考虑半径补偿，相对应于参数设置最后一页中选择对刀方式，刀尖尖点还是刀尖圆心，不同的组合产生出来的轨迹仿真以及代码生成的效果不一样，实际加工后对于尺寸精度的影响也是不同的。第一种选择编程时考虑半径补偿，后面选择对刀方式为刀尖尖点。那么产生的加工轨迹会显示出过切的迹象，生成的代码中也会出现第一刀下刀扎刀的实际加工状况。
这个问题出现在2013及之前的版本当中，体现在后置生成的代码里面也是在第一刀下刀的地方，Z值是负值，大小为设定的刀尖半径值大小。这个问题存在的损害在于对刀具的直接磨损，如果加工的是45#钢或者是硬度更高的材料，那么第一次下刀很大概率上会打碎刀尖。针对这种情况，通常采取人为增加一条代加工表面轮廓线，也就是延长启示加工拾取点处的轮廓线长1-2mm，大于刀尖半径值的大小，这样在实际下刀的时候，Z方向上的启示数值将是延长线的距离减去刀尖半径值，为正值的情况下不会产生第一刀扎刀乃至报废刀具与工件的情况。好在caxa推出的最新的2015数控车版本中已经修改了这个错误，之前的类似过切情况只存在于粗加工轮廓时，设置的径向毛坯余量为零的情况下，在生成的加工轨迹上会产生过切的痕迹，反之，设置了合理范围内的毛坯余量，过切现象不会发生。
（3）精车参数表存在的问题。粗加工结束之后，要进行精加工，消除留下的余量部分，车削出最终符合图纸要求的工件尺寸与精度。caxa数控车2015版软件残留的问题有出现在了精车参数表上面。在参数表的第一页如果设置编程时考虑半径补偿的刀补方式，同时配合最后一页对刀方式里面选择上刀尖尖点，那么过切的问题又会发生。
产生这个问题的原因是拐角过渡方式选择保护刀尖的圆弧过渡方式时，车削圆弧面，锥度面，非圆曲线等非正交的线形时，会向一方偏移一个刀尖半径值的量，但是多次通过实际加工的实验证明，这种参数设置的方式并不会影响实际加工后工件的尺寸，反而是如果为了图形看起来在轨迹生成界面没有过切痕迹，一切理论上看似合理的走到情况，因而选择了由机床进行半径补偿，后跟刀尖尖点的方式来加工，或者前者是编程时考虑半径补偿，两者结果在实际加工中都存在偏差。我们在数控车加工中经常采用的对刀方法是试切法对刀，它的步骤是，先平端面在刀偏表里面输入试切长度为零，然后试切一刀外圆，沿轴向退出，停机测量剩余代加工圆柱的直径，然后输入至刀偏表中的试切直径一栏，完成刀尖点在机床坐标系中的位置确定。如果选择编程时考虑半径补偿，这种对刀方式就可以进行加工了。但如果选择刀尖圆心的方式对刀，则需要在重复之前两项步骤的时候，更改输入栏中的数字为长度方向上一个刀尖半径的长度，直径方向上则需要二倍的刀尖半径值累加在测量出的剩余代加工圆柱的直径值。这样的做法达到了刀尖半径补偿设置方式与对刀方式的一致性。
3 结语
caxa数控车软件在工件的自动编程加工中起着越来越便捷的作用，只有不断地实验改进才能帮助操机人员高效率地完成达标的工件。
参考文献：
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关键词：半导体照明；产业集群；协同创新；技术路线图
世纪之交，美国、日本、欧盟、韩国、台湾等国家和地区相继推出了半导体照明国家或地区发展计划，大力培育和发展本国或本地区的半导体照明产业。在微观层面，以美国GE、荷兰PHILP、德国OSRAM三大世界照明生产巨头为代表的跨国公司，纷纷与上游半导体公司合作组建半导体照明公司，积极创造竞争优势，并正在中国抢占专利制高点，对我国的半导体技术发展形成了合围之势。因此，长三角作为中国半导体照明产业化的重要基地，有责任形成产业联盟，通过产业集群协同创新，共同应对跨国公司的竞争。
长江三角洲地区的LED产业集中在上海，江苏的南京、扬州和无锡，以及浙江的杭州等地区，开始呈现向园区聚集的发展趋势，且整个半导体照明产业链的投资都比较活跃。2007年，长三角的半导体照明产业规模约占国内总体规模的40％左右。截至2007年，在中国半导体照明联盟的73家会员中，长三角地区的半导体照明企业和机构有26家，占总数的三分之一。同时，长三角拥有中国六大半导体照明基地中的上海基地和扬州基地。其中，上海已经在半导体芯片制造和封装应用等方面呈现出良好的产业发展态势，并形成了比较完整的产业链和企业群；江苏在LED封装及应用方面已经初具规模；宁波具有良好的产业基础和经济区位优势，是国内主要的特种照明灯具生产基地，发展潜力巨大。
1 长三角区域半导体照明产业集群协同创新的现状及问题
1.1 协同创新现状
1.1.1 组建战略联盟，实现共同发展江苏奥雷光电(镇江)已形成了从大功率高亮度LED外延片和芯片制造―器件封装一应用三个领域的产业布局，无论从技术实力还是产业布局上都已处于国内领先地位。2005年江苏奥雷光电与上海宇体光电合作，在大功率高亮度LED外延和芯片进行研发和生产，并已签订协议，拟组建宇奥光电集团公司，共同发展LED芯片产业。
1.1.2 依托跨区产学研联盟，建立企业技术中心江苏日月(盐城建湖)照明公司、伯乐达集团(盐城)、盐城豪迈照明科技公司，分别与清华大学、北京大学、复旦大学建立长期合作关系，形成一定规模的封装应用生产线。此外，扬州市开发区先后引进清华大学、南京大学、中科院、中国电子科技集团公司等国内一流高等院校、科研单位落户，合作建立了扬州一南京大学光电研究院、中科院半导体研究中心、江苏省半导体照明工程技术研究中心、江苏省半导体照明检验中心、扬州一南京大学半导体照明研究院、扬州半导体照明和太阳能光伏应用研究与检验中心等研发机构10多家。
1.2 存在的主要问题
近几年，虽然长三角的LED产业发展较快，但由于均缺乏高新技术和知识产权体系作支撑，目前仍在低附加值领域徘徊，LED照明产业存在的问题主要表现在五个方面：
第一，在产品的应用开发上，低水平重复，缺少具有产业支撑度的龙头企业和企业集团。企业产业规模小，不能引领产业链的延伸和产业集聚。产业整合不够，绝大部分企业还是混战于低端市场，缺乏规范和约束，过度竞争导致在一定程度上影响到行业整体声誉，另外对封装前沿技术的研发广度和深度不足也需要引起足够重视。
第二，标准评价体系尚未建立，检测方法与手段缺乏，市场不能有效规范，市场竞争无序，产业管理部门需要加强合作。后应用领域本土市场规模巨大，但无标准、无规范的现象更加严重，产业高度分散，器件应用随心所欲，因设计、生产、安装不规范导致应用产品早期失效的现象比比皆是，给半导体照明产业的健康发展已经带来一定损害。
第三，基础性研究与产业化人才缺乏，结构不合理，核心装备与配套材料国产化的问题急需解决。
第四，行业发展缺少必要的政策支持，政府对半导体照明产业的扶持力度有待加强。
第五，缺乏长三角半导体照明联盟和合作平台，交流信息不充分，也是阻碍长三角产业聚集的重要原因。
1.3 产生问题的主要原因
1.3.1 缺乏产学研联合创新，影响自主创新能力的提升长三角地区在半导体照明产业领域还没有很好的形成产学研联合创新局面，表现在研究室、实验中心和各企业间各自为战，没有形成实质意义上的产业联盟。造成长三角地区半导体照明领域产学研联合创新缺乏的原因有：一是合作的积极性不高，高校、研究所更加关注这一领域的基础研究，例如照明材料的研究，而它又很难在短时间内获得突破，企业则是关注应用研究：二是高校、研究所管理机制与产学研合作要求不一致，高校教师的职称评定与论文挂钩，而企业更强调技术的应用开发；三是知识产权以及合作创新的成果归属问题目前国家还没有明确的规定，致使在合作过程中时有发生知识产权的纠纷问题。
1.3.2 企业规模偏小，标准建设滞后，产业集中度不高，阻碍了产业的集群发展长三角地区从事半导体照明的企业规模相对偏小，都是新成立的企业，资金薄弱，企业管理也相对薄弱，竞争不规范，今后很难在国际上规模竞争，至今还没有看到长三角地区有一家半导体照明企业上市融资。并且，中小企业融资难，也是制约长三角地区半导体照明企业规模不大的重要原因。此外，缺乏有影响力和有实力的企业制定技术标准，造成半导体照明行业没有统一的标准。短期看。没有统一的标准，将使半导体照明领域的竞争陷于无序状态。长期看，缺乏标准，必将使长三角地区的半导体照明产业在国际竞争中处于不利地位。
1.3.3 各地行政壁垒的存在，阻碍了产业链的有效整合上下游产业有机结合，专业化协作和分工是产业健康发展和成熟的标志，因为半导体照明产业的上下游产业的技术关联度相对较高，范围经济的属性较强。但由于行政壁垒的客观存在，长三角地区各个城市在制定半导体产业发展规划时，很少站在长三角的角度来考虑，在发展选择上几乎雷同。这样使企业集中在比较专业的领域，很少有企业能够在产业链条上进行垂直整合，没有一家企业形成了包括“衬底―延―芯片―封装―应用产品”的完整LED产业链，而长三角地区至今没有极具规模的封装厂。而以国外的发展经验来看，基本上都是走产业链垂直整合的发展道路，如美国的GELCORE的公司。
2 长三角区域半导体照明产业集群协同创
新的对策建议
2.1 发展战略
2.1.1 做强做大的集群发展战略 培育长三角的半导体照明产业的龙头企业，培养一批品牌企业。龙头企业是产业集群的支撑，产业集群的发展，必须要有龙头企业的牵动和带动。在培育龙头企业上，长三角各地政府要对获得全国驰名商标、中国品牌产品等的优势半导体照明企业实施重奖，并通过项目投资、土地、贷款上的政策，鼓励一些相关大企业集团通过收购、控股等资本运作方式进入半导体照明领域。同时积极引进和培育关联性大、带动性强的大企业，鼓励龙头企业提高核心竞争力，发挥其辐射、示范、信息扩散和销售网络的产业龙头作用；重点扶持关键性核心企业的技术自主创新项目，提升龙头企业带动力和产业集群竞争力。通过又强又大的龙头企业带动，在其周围聚集一大批配套企业，最终形成产业的集群发展。
2.1.2 协作融合创新发展战略一是加强长三角的科技和经济部门积极与上海世博局开展协调和合作，在世博会展览区一些照明、装饰、装备。采用政府采购的方式，建立半导体照明示范区。二是加强半导体照明产业链内部之间的整合和协作，形成合理分工体系。三是加强与第三产业融合，形成专业化的半导体照明市场。
2.1.3 技术标准发展战略“一流企业做标准、二流企业做技术、三流企业做产品”。作为规范国际秩序的依据和准则，标准成为企业竞争的制高点，同时，标准也不再仅仅是技术和经济层面的问题，而上升到政治层面，国际上一些国家经常利用标准来保护本国的产业。因此，在半导体照明产品还缺乏国际公认的技术标准背景下，长三角地区完全可以在培育龙头企业的同时，积极参与国家层面的半导体照明技术标准体系建设，为我国未来半导体照明产业发展在国际上获得更多的话语权。
2.2 路径选择
根据长三角地区半导体照明产业发展的现状特点、存在的问题以及半导体照明技术发展趋势，制定长三角区域半导体照明产业集群演化关键技术创新路线图，见图1。创新路径分三步走：
第一步，加强要素交流，通过引进发达地区的生产设备，建立半导体照明产品的企业，生产半导体照明的应用产品。但是，引进不是简单的引进。把技术和设备引进之后必须继之以消化、吸收和创新。同样的设备，别人制造出了一流产品，我们做不出来，原因很简单，我们没有掌握引进的设备，没有掌握工艺技术。同时，这个阶段的创新主要是集中在半导体照明下游产品的研发上。此外，在半导体的上游技术也要加强，为后续创新打下基础。
第二步，加强产业资源整合，通过市场机制推动有实力的企业兼并。国外都是大公司在发展半导体照明技术，他们的技术与研发资金雄厚，而国内的半导体照明企业规模偏小，市场竞争混乱，不利于产业技术创新的增强和产业的健康发展。因此，国家可以出台一系列的鼓励政策，在长三角等市场经济较为发达的地区，鼓励一些大型上市公司，通过资本运作，来兼并相关半导体照明企业，加强在产业链上的垂直整合，加强半导体照明中游产品研发，强化半导体照明技术的集成创新。
第三步，加大融合与协同创新，在产业层次上做到有所为有所不为。从技术路线角度考虑，国内可以分几个梯队进行研究，第一梯队主要围绕国际上主流的技术路线去走，在主要技术路线上创造新的知识产权。而第二或第三梯队就要研究国外也没有实现批量生产的新方法，走出国际三种技术路线的包围。例如开发直接发白光的芯片，开发受激发后直接发白光的白光荧光粉。从产业链角度考虑，长三角应当重点发展封装和应用技术，但上游技术领域也不能放弃。
2.3 发展对策
2.3.1 建立专利诉讼预警机制，增强企业的应诉能力 由于长三角地区的半导体照明企业的规模相对较小，还没有引起国外半导体照明大公司的注意。但到了上海2010年举办世界工业博览会之后，半导体照明产业可能做大后，国内企业由于缺乏半导体照明的核心专利技术，导致被诉讼的概率会更高。因此，长三角应该建立一个产业联盟，建立专利诉讼的预警机制，以应对长三角的半导体照明企业在遭遇国外专利诉讼而处于的不利地位，做到未雨绸缪，变被动为主动。一是要建立该领域国外专利诉讼的信息共享机制，成立专家顾问中心，聘请各领域专家对联盟成员提供指导，为联盟的对外交涉提供咨询，及时发出预警信息。二是诉讼经验的共享机制，一旦遭到，而可作到有备而来。
2.3.2 合纵连横，形成专利联盟 随着半导体照明产业国际竞争加剧。国外一些知名企业纷纷组建战略联盟，采取专利相互授权，共同打击专利侵权行为。因此，在国外大公司采取专利相互授权的联合包围的策略之时，长三角乃至国内的企业也要采取合纵连横和建立联盟的反突围的策略，众人拾柴火焰高，共同抵御国外大公司的专利包围，寻找突破口。所谓合纵，就是要联合长三角地区半导体照明产业的上中下游的企业，采取交叉授权，建立专利战略联盟，形成专利池效应。所谓连横，就是要长三角地区半导体照明产业同一产业链上企业，采取相互授权的方式，增加彼此的专利拥有数量，增强专利拥有的质量，这样一旦有企业在国内或国外遭到专利诉讼，可以增加谈判的筹码，同时可分担高昂的律师费，互通信息，减少单独应诉带来的风险。
2.3.3 联合制定技术标准。促进产业集群发展长三角地区的半导体照明技术和产业在国家中具有一定地位，应该在标准之中有所作为，联合起来，制定标准。主要工作有：尽快完善测试方法、试验方法等基础标准：器件标准应与已有的半导体器件标准协调：研究、制定较成熟产品门类，如芯片的通用规范；对于尚不成熟的产品，应密切关注、研究，适时制定标准；注意产业链上中下游之间的协调；部门之间、行业之间强强联手，共同合作；积极参与国际标准的制定，适时提出国际标准提案。
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[关键词]半导体；晶体管；超晶格
中图分类号：O47
文献标识码：A
文章编号：1006-0278（2013）08-185-01
一、半导体物理的发展
（一）半导体物理早期发展阶段
20世纪30年代初，人们将量子理论运用到晶体中来解释其中的电子态。1928年布洛赫提出著名的布洛赫定理，同时发展完善固体的能带理论。1931年威尔逊运用能带理论给出区分导体、半导体与绝缘体的微观判据，由此奠定半导体物理理论基础。到了20世纪40年代，贝尔实验室开始积极进行半导体研究，且组织一批杰出的科学家工作在科学前沿。1947年12月，布拉顿和巴丁宣布点接触晶体管试制的成功。1948年6月，肖克利研制结接触晶体管。这三位科学家做出杰出贡献，使得他们共同获得1956年诺贝尔物理学奖。
晶体管的发明深刻改变人类技术发展的进程与面貌，也是社会工业化发展的必然结果。早在20世纪30年代，生产电子设备的企业希望有一种电子器件能有电子管的功能，但没有电子管里的灯丝，这因为加热灯丝不但消耗能量且要加热时间，这会延长工作启动过程。因此，贝尔实验室研究人员依据半导体整流和检波作用特点，考虑研究半导体能取代电子管的可能性，从而提出关于半导体三极管设想。直到1947，他们经反复实验研制了一种能够代替电子管的固体放大器件，它主要由半导体和两根金属丝进行点接触构成，称之为点接触晶体管。之后，贝尔实验室的结型晶体管与场效应晶体管研究工作成功。20世纪50年代，晶体管重要的应用价值使半导体物理研究蓬勃地展开。到了20世纪60年代，半导体物理发展达到成熟和推广时期，在此基础上迎来微处理器与集成电路的发明，这为信息时代到来铺平道路。1958年，安德森提出局域态理论，开创无序系统研究新局面，这也为非晶态半导体物理奠定基础。1967年，Grove等人对半导体表面物理研究已取得重要进展，并使得Si-MOS集成电路稳定性能得以提高。1969年，江崎与朱兆祥提出通过人工调制能带方式制备半导体超晶格。正是在半导体超晶格研究中，冯·克利青发现整数量子霍尔效应。在1982年，崔琦等发现了分数量子霍尔效应，这一系列物理现象的发现正揭开现代半导体物理发展序幕。
（二）半导体超晶格物理的发展
建立半导体超晶格物理是半导体的能带理论发展的必然。之后，人们对各种规则晶体材料性能有相当认识，从而开创以能带理论作为基础的半导体物理体系，也借助其来解释出现的一系列现象。1969年与1976年的分子束外延和金属有机物化学汽相沉积薄膜生长技术正为半导体科学带来一场革命。随微加工技术的逐步发展，加之超净工作条件的建立，实现了晶体的低速率生长，也使人们能创造高质量的异质结构，同时为新型半导体器件设计及应用奠定技术基础。1969年，江崎和朱兆祥第一次提出“超晶格”概念，这里“超”的意思是在天然的周期性外附加人工周期性。1971年，卓以和利用分子束外延技术生长出第一个超晶格材料。从此拉开了超晶格、量子点、量子线和量子阱等等低维半导体材料研究序幕。
二、半导体物理的启示
综上所述，文章简单地对半导体物理的一个发展历程进行了回顾，并可以从中得到以下几点启示：
（一）半导体物理的发展一直与科学实验与工业技术应用紧密联系
20世纪30年代之前，人们已经制成整流器、检波器、光电探测器等半导体器件，同时在实验中发现金属——半导体的接触材料上一些导电特性，可是无法理解这其中的物理机理。一直到能带理论建立后，基础建立起金属——半导体接触理论。随后，在实验过程中却发现该理论与实验测量是有出入的，又提出半导体表面态理论。正由于考虑到半导体表面态影响，贝尔实验室才能成功研制晶体管，这又促进半导体物理发展。不难发现，半导体物理的发展与实验是离不开的，因新的实验结论推动相应理论的建立，而理论发展又会反过来去指导实验的研究。19世纪30年代法拉第发现电磁感应定律，这为电力的广泛应用奠定理论基础，架起电能和机械能相互转化的桥梁，为第二次工业革命铺路。晶体管的成功研制，大规模与超大规模集成电路出现，导致第三次工业革命。这都是涉及信息技术、新材料技术、新能源技术、空间技术和生物技术等众多领域的一场信息技术革命。
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1、申请数量和趋势分析
我国半导体封装专利申请情况
无锡市半导体封装专利申请情况
分析： 2006-2007年我国半导体封装领域专利申请量持续增长，2007年达到峰值968件；2008年申请量开始减退，2009年为793件。无锡市在半导体封装领域专利申请情况不同于全国状况，2009年前申请量稳定在较低水平，2009年快速增长，全年申请45件，增幅260%。
2、专利类型分析
国内半导体封装专利分类
无锡市半导体封装专利分类
分析：从半导体封装专利类型来看，国内该技术领域发明专利2931件，占比83%，说明该技术领域的技术含量较高。对无锡市半导体封装专利类型分布，可以发现无锡市有关半导体封装专利中发明专利为88件，占比仅为60%，低于全国平均水平，技术含量较低，需要进一步提高技术开发能力。
3、国内申请的申请人分析
国内半导体封装专利申请人国别分析
国内半导体封装专利申量前十位名单
分析：我国半导体封装领域专利申请中本国专利占比不高，仅为67%；日本、美国、韩国在华申请专利分占总量的16%、8%、8，合计占32%。根据企业专利申请量排名情况来看，排名前十位企业中无一家大陆企业，台资企业7家、日资企业1家、韩国企业2家，可见国内企业在技术实力和研发能力上与台资外资企业相比有较大差距。
无锡市在半导体封装领域的专利申请大部分来自“长电科技”，从专利申请的角度来说，“长电科技”在无锡地区已处于半导体封装领域的技术领导地位，具备较强的行业垄断能力。
篇10
不管出于哪种需要，环保也好，节约成本也好，节能都是热门的话题。可是节能也变成一个很有炒作噱头的话题，甚至被许多厂商拿来作为产品宣传的杀手锏。节能自然是好事情，不过节能不应仅仅只是一个炒作的名词，节能更应该落实到实处。
不是简单的省就是节能。或者说就一定会被消费者接受。比如典型的节能车普锐斯(Prius)，论环保理念大幅领先同级车，但市场一直得不到广泛认可，主要是因为其造价昂贵。售价的差额已经足够正常行驶8―10年的燃油节省费用(油价为80美元／桶左右)，这是许多消费者无法接受的。所以，对于应用新的技术和部件以实现节能来说，节能不仅仅意味着节省，还意味着更多成本方面的考虑。
具体到电子产品，节能主要是通过减少不必要的能量损耗和提高能效以实现节能，其中应用更多半导体产品是有效手段。家电节能是节能市场的重点，几乎所有家电都有半导体产品。因此节能当从半导体开始。不过，如同前面的例子一样。引进更多半导体一方面会增加产品的成本，另一方面则需要更多的电力来驱动半导体产品工作。家电产品增加节能半导体固然重要，如果增加过多的成本就会提升产品的价值。这就可能影响消费者的采购意愿。那么对于半导体来说，什么才算是真正节能的半导体产品呢?借用NXP大中国区多重市场半导体市场高级总监梅润平的观点，衡量一个半导体芯片是否真的节能最根本的原则是芯片工作中节省下来的能量成本远高于生产和驱动它的能源的总成本。如果一颗芯片所节省的能源成本不足以抵消生产和运作他的成本，那就不能达到真正节能的目的。
作为一种整体社会行为。特别是随着能源价格不断攀升。半导体节能已经不是简单的企业道德或者市场竞争行为，政府机关已经将节能作为法规主导整个电子产业节能。比如现在许多政府规定的能效标准效率为80％，未来两三年内将要提升到90％。实现这个目标最根本的途径来源于半导体产品的应用。在技术上要求电源能效设计有许多突破，特别是对半导体厂商来说。如何把一个通用的产品和方案应用到不同功耗的产品上，同时保持高达90％的能效，这就是一个多重技术上的挑战。在产品设计观念上，以前只要性能满足，需要多大的电能就供给多少，而现在产品的更新设计则是在电能消耗保持一定的前提下，提升设计的性能指标，进而达到节能设计的目的。
节能技术正在逐渐成熟，而节能增效的要求似乎是永无止境的，因此未来节能半导体市场的门槛会越来越高，半导体公司需要运用更多的策略应对节能新挑战。TI首席科学家方进先生认为，便携设备获得极大繁荣的原因就是性能和功耗的平衡，这等于功耗将以几何速度降低。著名的方进定律(Gene's Law)，即半导体功耗每18个月降低一半，和性能增加同步。当半导体制造工艺进入90nm时。该定律出现漏电流问题，必须继续寻找新的方法来避免、控制或是利用它。另一方面，NXP的梅润平认为，节能还需要与整个价值链上的厂商通力协作，来发挥设计者和整机厂商在不同环节上的技术优势，除此之外。还有提升半导体产品的应用广度和与终端应用的贴近程度等。而节能作为未来一个法规性要求，必然将决定许多电子产品的生存命运，而电子产品的成败反过来影响着半导体厂商的生存。半导体市场的竞争已经摆脱仅仅依靠性能、成本就可以取胜的格局，在节能这个新市场标杆的衡量下，完全有可能让半导体业因节能技术的优劣而重新洗牌。