量子计算发展现状范文
时间:2023-12-27 17:56:13
导语:如何才能写好一篇量子计算发展现状,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。
篇1
中图分类号:TN918 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2016)09-0128-01
引言
随着科学技术的飞速发展,量子信息学逐渐得到人们的关注与重视,在近代物理学、计算机科学等领域都有所涉及。通过量子力学的基础,不断的发展与延伸。量子信息学,是量子力学与信息科学相结合的产物,是以量子力学的态叠加原理为基础,研究信息处理的一门新兴前沿科学。包括量子密码术、量子通信、量子计算机等几个方面。我们在这里,着重的了解一些量子通信。
一、 量子通信协议概念
1,量子通信协议定义
量子通信系统的基本部件包括量子态发生器、量子通道和量子测量装置。按其所传输的信息是经典还是量子而分为两类。前者主要用于量子密钥的传输,后者则可用于量子隐形传态和量子纠缠的分发。其中隐形传送是指脱离实物的一种“完全”的信息传送。可以想象:先提取原物的所有信息,然后将这些信息传送到接收地点,接收者依据这些信息,选取与构成原物完全相同的基本单元,制造出原物完美的复制品。实际上是一种对于通信地保密性的传输。是一种在理论上可以保证通信绝对安全的一种通信方式。由于量子力学中的不确定性原理,是不允许精确地提取原物的全部信息,因此长期以来,隐形传送不过是一种幻想而已。
2,量子通信与光通信的区别
量子通信与光通信的区别,在于在通信中用的光的强度是不同的。光通信一般采用是强光,包括无线电、微波、光缆、电缆等具体形式。通过偏振或相位等的调制方式来实现。量子通信讨论的是光子级别的很弱的光,通过对光子态的调制,但是主要利用了光子的特性,量子态不可克隆原理和海森堡不确定性关系。这也是区别于光通信的重点。
二、量子通信基本方式
量子通信在量子力学原理的基础上,通过量子态编码和携带信息进行加工处理,将信息进行传递。只要包括:量子隐形传态、量子密钥分发等,下面主要介绍这两个组成部分:
1,量子隐形传态
量子隐形传态,又称量子遥传、量子隐形传输。经由经典通道和EPR 通道传送未知量子态。利用分散量子缠结与一些物理讯息的转换来传送量子态至任意距离的位置的技术。它传输是量子态携带的量子信息。想要实现量子隐形传态,要求接收方和发送方拥有一对共享的EPR对,即BELL态(贝尔态)。发送方对他的一半EPR对与发送的信息所在的粒子进行结合,而接收方所有的另一半EPR对将在瞬间坍缩为另一状态。根据这条信息,接收方对自己所拥有的另一半EPR对做相应幺正变换即可恢复原本信息。到乙地,根据这些信息,在乙地构造出原量子态的全貌。量子隐形传态大致可以这样描述:准备一对纠缠光子对,一个光子发送给有原始量子态(即第三个光子)的甲方,另一个光子发送给要复制第三光子的量子态的乙方。甲方让收到的一个光子与第三光子相互干涉(“再纠缠”),再随机选取偏振片的方向测量干涉的结果,将测量方向与结果通过普通信道告诉乙方;乙方据此选择相应的测量方向测量他收到的光子,就能使该光子处于第三光子的量子态。
量子隐形传态作为量子通信中最简单的一种,是实现全球量子通信网络的可行性的前提研究。它的存在与应用,可以完全的保证用户的信息安全,通信保密,同时如果出现有人窃听的现象,将会及时的进行信息的改变,保证内容的“独一无二”。
2,量子密钥分发
量子密钥分发以量子物理与信息学为基础,是量子密码研究方向中不可缺少的重要部分。被认为是安全性最高的加密方式,实现绝对安全的密码体制。当然这只是理论上的内容,在现实生活中还是有一定的差距。只是理论上具有无条件的安全性。1969年提出用量子力学的理论知识进行加密信息处理。到了1984年,第一次提出量子密钥分发协议,即BB84协议。随后又提出B92协议。2007年,中国科学技术大学院士潘建伟小组在国际上首次实现百公里量级的诱骗态量子密钥分发,解决了非理想单光子源带来的安全漏洞。后又与美国斯坦福大学联合开发了国际上迄今为止最先进的室温通信波段单光子探测器――基于周期极化铌酸锂波导的上转换探测器。解决了现实环境中单光子探测系统易被黑客攻击的安全隐患。保证了非理想光源系统的安全性。生成量子密钥大致为:准备一批纠缠光子对,一个光子发送给发信方,另一个光子发送给收信方。测量光子极化方向的偏振片的方位约定好两种。两人每次测量一个光子时选择的方向都是随机的,但要记录下每次选择的方向,当然也要记录下每次测量的结果,有光子通过偏振片就记1,无光子通过则记0。通过普通信道两人交换测量方向的记录,那些测量方向不一致的测量结果的记录都舍去不要,剩下的那些测量方向相同所对应的测量结果,两人应一致,这一致的记录就可作为两人共同的密钥。
总结
经典通信较光量子通信相比,量子通信具有传统通信方式所不具备的绝对安全特性。具有保密性强、大容量、远距离传输等特点。量子通信不仅在军事、国防等领域具有重要的作用,而且会极大地促进国民经济的发展。逐渐走进人们的日常生活。为了让量子通信从理论走到现实,从上世纪90年代开始,国内外科学家做了大量的研究工作。自1993年美国IBM的研究人员提出量子通信理论以来,美国国家科学基金会和国防高级研究计划局都对此项目进行了深入的研究,欧盟在1999年集中国际力量致力于量子通信的研究,研究项目多达12个,日本邮政省把量子通信作为21世纪的战略项目。我国从上世纪80年代开始从事量子光学领域的研究,近几年来,中国科学技术大学的量子研究小组在量子通信方面取得了突出的成绩。
参考文献
[1]莫玲 - 基于专利分析的欧盟量子通信技术发展现状研究《淮北师范大学学报:自然科学版》 - 2015.
[2]徐兵杰,刘文林,毛钧庆,量子通信技术发展现状及面临的问题研究《通信技术》 - 2014.
[3]胡广军,王建 -量子通信技术发展现状及发展趋势研究 《中国新通信》 - 2014.
[4]肖玲玲,金成城 - 基于专利分析的量子通信技术发展研究《全球科技经济t望》 - 2015.
[5]宋斌 - 空间量子通信技术发展现状《移动信息》 - 2015.
篇2
关键词:计算机科学;技术;发展趋势
直到现在,计算机科学与技术的整个发展历程已经有六十多年,在世界各国的发展中都占据着非常重要的地位。因此,对计算机科学与技术的发展趋势有比较全面的了解,才能更好的满足各行业的发展需求,从而促进世界经济稳定、健康发展。
1计算机科学与技术的发展现状
根据计算机科学与技术的实际发展情况来看,其发展现状主要包括如下几个方面:
1.1普遍性与迅速深入发展
在各种高新技术推广和更新的情况下,计算机技术的发展速度变得越来越快,同样,计算机技术的快速发展给科技生产提供了新的动力,从而促进人们生活水平不断提高。因此,在人们的生活、学习和工作等多个方面,计算机科学与技术变得越来越普遍,并在经济、社会持续发展的情况下,迅速向着更深层次发展,给人们的生活、科技生产等带来非常大的影响。
1.2综合化和专业化发展
在计算机越来越普遍使用的过程中,计算机科学变得越来越综合化和专业化,与各行业的发展趋势有着紧密联系。例如:家用电器的智能化发展,需要充分利用网络和计算机技术,才能更加方便和实用,从而满足更多家庭、人群的需求。同时,人们对专业化、综合化方面提出的要求,大大促进计算机科学与技术的综合化、专业化发展,是人们提出各种要求的必然趋势。
1.3不断突破和更广发展
由于各个领域的技术要求变得越来越专业,因此,计算机科学与技术提供的功能也变得更加固定,从而促进计算机科学与技术不断突破,最终向着更广的范围发展。例如:电子管、晶体管和半导体管的相继运用,给计算机技术的集成发展提供了重要基础,不仅推动计算机科学不断突破,更为计算机技术创新提供更光阔的资源,从而推动计算机科学与技术的进一步发展。
2计算机科学与技术的发展趋势
在人们不断探索和创新的大环境下,各行业对计算机科学与技术的发展趋势给予了高度重视,从而促进社会、经济更快发展。总的来说,计算机科学与技术的发展趋势主要包括如下几个方面:
2.1不断向着智能化方向发展
在实际应用中,计算机可以通过独特的设计结构、平行技术等,实现计算机运行过程中各种数据、指令的合理性分析,从而促进计算机科学与技术的智能化发展。由于计算机有很多个处理器,可以同时处理一个问题,因此,计算机的运行速度非常快速,在处理难度较高的问题上有着一定优势。所以,智能化的高级计算机在设置有高科技元件的基础上,可以用于处理复杂性较强的任务,特别是一些难度很高的作业中,需要利用智能化计算机进行分析和计算,从而节约任务完成的时间,对于提高工作效率有着重要影响。由此可见,根据计算机的实际应用可知,在进行比较复杂的计算时,研究人员根据人脑的情况进行智能化计算机的设计,可以使其更加人性化,从而促进计算机的工作效率不断提高。
2.2高性能方向发展
目前,较多计算机都是通过采用合适的芯片来完成相关操作的,因此,对芯片技术有着极大依赖性,给计算机科学与技术的未来发展提供重要动力。随着高科技人才的不断增多、高新技术的不断推广,计算机科学与技术的研发工作变得更加有效,对于促进计算机科学与技术向着高性能方向发展有着极大作用。例如:纳米技术、量子技术等的与芯片技术的有机结合,可以促进计算机内部结构、硬件更加完善,从而提升计算机开发的整体水平。根据量子计算机的运行情况来看,通过充分利用最新型的量子物理力学原理,计算机内部的各种数据的计算与储存可以实现物理设置,从而在利用激光脉冲物理特征的基础上,提高计算机的运行速率和相关信息的准确性。与此同时,由于光的速度非常快,目前还没有任何物质的速度可以超过光速,因此,光子计算是通过利用光子来进行各种数据的计算与储存的,不但可以取代传统互联网的运行程序,还能大大提高各种数据的精确性,最终降低复杂信息的处理难度,对于提高计算机的工作效率有着极大作用。
3结束语
综上所述,在实践过程中,计算机科学与技术的发展,需要更多优秀人才的不懈努力。因此,在信息技术时代,人们对高新技术的要求变得越来越高,计算机科学与技术上述几个方面的发展趋势,需要与各领域的发展相适应,才能更好的促进社会不断发展。
参考文献
[1]孙鹤.浅谈计算机科学与技术的跨越式发展[J].科技风,2015,07:210-211.
[2]马维杰.计算机科学与技术的发展趋势分析[J].数字技术与应用,2015,05:218.
篇3
关键词:现代企业制度;档案管理;现代化
中图分类号:TP3-4 文献标识码:A 文章编号:1007-9599 (2012) 16-0000-01
各种新型电子产品占据了各大新闻网站科技板块的大半部分,那么这些电子产品是如何发展成现在这种状态,将来又将将向那个方向发展呢。计算机科学技术作为一门发展时间不算太长的技术,现已大大改变人民的生活工作习惯,推动和促进了社会文明进步。
1 计算机科学技术的发展历史
人类在经过了算盘、帕斯卡计算器、莱布尼茨机械计算机、巴尔奇的差分机、德国Z-3通用程序控制计算机和阿塔那索夫-贝利计算机之后,在1946年的2月14日,埃尼亚克(ENIAC)计算机终于正式投入使用,人类从此也进入了电子计算机时代。它是为了计算导弹的弹道而设计的,由于当时设备造价高昂,因此,一般只限于军事单位使用。直到1982年第一台个人计算机产生,从此计算机逐步向家庭和中小企业普及,直到二十世纪90年代,很多家庭已经用上了计算机,直到现在,中国的多数家庭也都有了一些智能计算设备,不管是传统概念上的台式计算机和还是笔记本,疑惑是智能手机等,都在向人们生活的方方面面开始渗透。
2 计算机科学技术的发展现状
一般情况下,使用微处理器发展水平来评价计算机科学技术的发展状态,就目前来看,传统计算机微处理器的发展已经达到了物理极限,必须寻找新的发展方向。不过就计算机的发展应用来看,当前各种计算机产品已经进入了千家万户,各种计算机设备也应已经互联起来,计算机科学技术的发展进入了互联网时代,并且其设备互联的带宽越来越高,它自身所具有的及时性、高效性和合理性的特点逐步显现出来,使人们的生活发生了巨大的变化,随着计算机计算能力通信技术的不断进步,计算机科学逐步迈入云计算时期,它将各种计算能力全部放到一些超级计算机上,这样一些企业就不必自己在投入高昂的资金来购置硬件,只需通过网络来购买相应的计算能力和存储空间,从而脱离复杂的计算机科学技术,更加专心的放在自己的业务上,当前的云计算平台主要包括IaaS、PaaS、SaaS三部分内容,涵盖了计算机的从硬件到顶层软件的所有内容,为用户提供从开发、构建、平衡与商业模式的各个环节。与云计算伴随成长的是物联网技术,尽管现在的物联网技术还不是十分成熟,但是随着计算机科学技术的发展,其应用越来越广泛,也会越来越成熟,并颠覆我们未来的生活方式。比如现在的自动驾驶技术很快就会进入市场。
3 计算机科学技术的未来发展趋势
3.1 生物计算机
随着生物技术的进步,一种基于脱氧核糖核酸的分子计算机正逐步变成现实,一部分科学家已经使用脱氧核糖核酸进行简易的数据计算和存储操作。它采用蛋白质分子构成的生物芯片作为集成电路板,因此比现在的电子元器件结构要小得多,且它自身具有立体的结构,其集成密度要比轨迹的集成电路高五个数量级,且它本身具有并行处理的能力,运算速度比现在最先进的计算机还要快上一万倍,其能量消耗却相当于普通计算机的十亿分之一,一旦出现故障,他们还可以进行自我修复,与人体相连,由细胞提供能量,成为人类身体的一部分。
3.2 光子计算机
光子计算机是一种以光信号进行逻辑运算的一种计算机,它的基本组成部分主要包括集成光路、激光器、透镜等,它与普通计算机相比,电子由于不带电荷,没有静止质量,因此不受电磁场的影响,耗能更低,速度更快,计算能力比电子计算机有了指数倍的增长。并且光存储的储量是普通存储的几万倍,随着光存储、光互连、光集成器等技术方面的突破性进展,使得光子计算机走进人们的生活现实已经不太远。
3.3 量子计算机
量子计算机是一种根据原子或者原子核的量子力学特性进行工作,它是基于量子效应构建起的一个完全以量子为基础的计算机。它可以利用链状分子聚合物的特性来表示0和1两种状态,通过激光来改变分子的状态,使信息沿着聚合物流动,在理论上,量子计算机并行计算可以达到每秒一万亿次。且量子计算机具有类似人类大脑的容错性,当系统一部分发生故障时,原始数据可以自动绕过出错部分,继续计算。量子计算机这种高速度、低功耗的特性,使得计算机向着更加微型化的方向发展成为可能。
4 总结
计算机科学技术的发展已经将人类文明带入了一种新高度,它在过去已经给人们的生活带来了重大的影响,未来将给人们的生活带来更大影响。本文通过对计算机技术发展的历程、现状和未来进行了论述,希望人们能够对计算机科学技术和计算机行业有一个更加全面的认识,帮助人们更好地改善和服务于人们的生产生活。
参考文献:
[1]张瑞.计算机科学与技术的发展趋势探析[J].制造业自动化,2010(08)
[2]陈相吉.未来计算机与计算机技术的发展[J].法制与社会,2009(10)
篇4
关键词计算机;科学与技术;发展趋势
中图分类号TP3 文献标识码A 文章编号1674-6708(2016)159-0085-03
计算机科学与技术是当前社会各界高度关注的内容,不仅许多盈利性企事业单位对计算机科学与技术的关注度较高,一些社会团体也迫切需要通过计算机科学与技术进行发展环境的改良,因此,很多社会团队都加强了对计算机科学与技术的关注。
1分析计算机科学与技术发展趋势的重要意义
电子计算机的出现很大程度上改变了20世纪40年代以来的人类生活状态,早在计算机技术诞生之初,人类就已经进入了信息化时代。当前,计算机技术广泛存在与人类社会的各个领域,能够使用计算机技术对原有的工作形态进行替代,就能够很大程度上提升计算机技术的应用水平[1]。在当前计算机技术不断发展完善的时代背景下,计算机技术下一步该如何发展是社会各界高度关注的问题。总的来看,计算机设备的发展趋势必须同人类的发展需要相适应,既要保证计算机的服务性能逐步提高,也要保证计算机的使用便捷程度越来于强,还要使计算机技术能够在更加广阔的范围内对人类生活形成积极影响,因此,在计算机技术发展速度较快的情况下,对计算机科学和技术的发展趋势进行研究,是提升计算机技术发展质量的重要工作。
2当前计算机科学与技术的发展现状
2.1计算机科学与技术很大程度上提高了社会发展质量
随着计算机科学与技术的快速发展,我国社会的很多领域使用计算机设备进行了工作方式的改良,并取得了良好的效果[2]。目前,电子计算机是我国公民生活的必备物品,不仅在具备盈利性质的工作领域需要进行计算机的操作,在生活休闲领域也很大程度上需要依靠计算机技术进行生活水平的提升。因此,将计算机技术更好的应用于生活的各个领域,可以使人们的生活质量得到较大的提高。另外,计算机科学技术的发展使得很多工作环境得到了改变,仅仅在计算机运行速度的提高方面,许多公司大量资料的管理效率和管理质量就得到了较大程度的增强。另外,计算机科学技术的发展也使得我国社会的精神娱乐活动得到了较大程度的改良,目前,电子游戏已经广泛的存在于人们生活的各个领域,并很大程度上改善着人们的精神娱乐生活。在计算机科学技术不断发展的背景下,社会各界对计算机科学技术的改良获得了较大程度的认同,人们在计算机的影响下转变了生活的方式,使得社会的精神文明等级不断的得到发展完善。另外,计算机技术在人性化建设方面处于较高的等级,很多新兴技术不仅对一些社会事业进行了工作效率的改良,也从人类生活习惯的角度出发,对提升人类生活质量的机制进行了构建,使得当前社会的人们更加喜爱使用计算机技术进行生活水平的提升。计算机设备的整体体积较小,在运行的过程中也具有较为便捷的特点,因此,计算机技术在提升人们生活便捷性的同时,不会为人们的生活带来较大的负担。计算机技术长期以来处于较快的发展阶段,早在70年前,计算机就已经诞生,最初的计算机设备尚且需要通过电子管技术进行基础性运作,但是,在短短几十年的发展过程中,计算机设备不仅很大程度上缩小的体积,也使得计算机的运行效率得到了较大程度的提高,计算机的功能也更加丰富多样,因此,在计算机科学与技术已经较为成熟的背景下,计算机设备在我国社会发挥了较为重要的积极影响。
2.2计算机科学技术发展引发了一些社会问题
虽然计算机技术是20世纪人类的一项伟大发明,但是,计算机科学与技术的发展还是对人类社会构成了一定的负面影响。计算机技术带来的安全性问题就是计算机技术的主要负面影响之一[3]。例如,计算机网络病毒的出现使得很多计算机设备遭受了严重的威胁,而一些对计算机技术形成依赖的产业,一旦受到计算机病毒的威胁,将很容易出现产业发展质量受损,进而导致很多社会事务不能按照既定的方案进行实现。另外,计算机技术具有较强的复杂性,一旦技术当中的某一细节出现错误,将会在很短的时间内将问题进行扩展,使更多的计算机设备受到不良影响,因此,计算机设备在技术层面的漏洞存在较大的脆弱性,如果遭到网络病毒等因素的影响,将会在很大的社会范围内产生不良影响。
2.3计算机科学技术正处在规范方案的完善阶段
良好的规划设计是提升计算机科学技术发展质量的重要因素,目前,我国的计算机科学技术发展规划方案正处在快速完善的阶段。我国的计算机技术发展方案科学的进行了重要等级的划分,首先,计算机技术需要让步于公共安全事务,任何高科技手段只有在正义的掌握之中才能更好的为人类服务。因此,我国的计算机科学技术需要首先服务于国防事业和公安事业,促进我国社会的公平正义,使我国公民生活在更加安全和谐的环境当中。另外,计算机技术需要服务于关系到国计民生的重大事业当中,尤其在我国经济发展的重要领域,目前已经加强了对计算机科学技术的关注,并对计算机科学技术的发展方案进行了完善,使得我国经济的发展可以得到技术层面的保障,提升我国社会的和谐等级。另外,我国很多规划机构对计算机技术的突出价值进行了分析,并对计算机不同性能的社会影响进行了全面的研究,根据当前我国社会发展的需要,对计算机技术的后续发展方案进行了科学的设计,使计算机设备可以更好的结合现有的各项功能提升社会服务等级。另外,我国在计算机软件和硬件开发领域已经进行了高水平的规划设计,使计算机技术的发展能够借助世界范围内的技术发展情况进行技术应用水平的提升,使计算机技术能够更大程度上提升对社会的积极影响力。
3计算机科学与技术的主要发展趋势
3.1巨型计算机的发展和使用
首先,进行计算机科学技术研究的人员,需要加强对计算机的优势分析,充分了解到计算机技术的高效便捷是计算机技术的主要优势,并从在这一思维出发,对计算机技术的具体发展路径进行科学的规划。要将巨型计算机作为提升计算机技术社会价值的重要研究方向,巨型计算机相比于普通计算机具有更加强大的运算能力,能够在短时间内对大量的信息数据进行处理,并保证处理的准确性。巨型计算机还拥有较强的信息储存功能,在保证信息资源储存安全性和完整性的同时,不会使存储设备占据较大的体积空间,使巨型计算机能够更好的使用于档案管理等涉及到较大信息资源的领域。目前,已经掌握的巨型计算机技术已经可以在一秒的时间内进行百亿次以上的运算,因此,巨型计算机完全可以胜任艺术领域和尖端科技领域的信息存储工作。另外,巨型计算机的内存容量较大,能够保持在百兆字节以上,因此,巨型计算机在气相领域和地质领域能够得到较为广泛的应用。巨型计算机的发展正处于快速阶段,大量的市场需求使得巨型计算机的技术研发获得了大量的利益驱动,因此,巨型计算机的发展必定在短时间内替代传统形式的计算机,并在许多重要的社会领域发挥建设性作用。另外,巨型计算机技术的发展也会很大程度上带动传统计算机技术的发展,使更大社会范围内的事业得到计算机技术的支持。
3.2智能型计算机的发展和使用
目前,智能型计算机的技术正处在快速发展的过程中,智能型计算机最突出的优势是具备平行处理技术,因此,智能型计算机不仅能够对传统计算机的优势进行保留,还能够在相同的时间内对多个信息指令进行高效的处理。另外,智能型计算机拥有较强的数据分析能力,能够在固定的时间内使用多个信息处理机制对信息资源实施高效处置,使信息资源的处理效率能够实现成倍增长。另外,智能型计算机虽然进行多种信息资源的操作,但是,并不会由于信息处理渠道的增加而产生数据处理时间的延长。因此,智能型计算机目前已经受到了我国尖端科技领域的高度重视,并且将智能型计算机的技术使用于复杂信息资源的管理领域,使大量的信息资源可以更加高质量的完成推演和分析,降低尖端科技领域的信息管理成本。另外,智能型计算机在常规服务方面具有较强的人性化特点,因为智能型计算机的设计理念方面同人类大脑有着较为相似的设计意图,使得现有的智能型计算机的服务性能更加贴近人类生活和发展的需求,因此智能型计算机相比于普通形式的计算机拥有较强的人性化特点,在人性化需求较为强烈的社会环境中,依然具备较大的发展空间。
3.3量子计算机的发展和使用
量子计算机科学的运用了量子力学的科学原理对计算机的应用技术进行了改良,使得计算机在处理大量信息资源的过程中能够表现得更加高效。另外,量子计算机在信息处理方面也具有较强的性能,由于量子力学理论在技术层面可以进行逆向处理,使得量子计算机可以在物理装置的协同之下进行信息储存机制的完善。因此,量子计算机在进行大量信息资源储存的过程中,需要根据物理装置的特点进行计算机造作性能的提高,因此,量子计算机可以结合技术的研制需要,对技术发展的过程进行细化处理,结合信息储存功能的需求,对已经掌握的技术进行信息存储层面的在开发,使量子计算机能够丰富信息资源的储存形式,实现对大量信息资源的高水平处理。当前,已经掌握的量子计算机技术,可以高质量的进行激光脉冲的控制,使激光脉冲具备较强的灵活性特点。另外,量子计算机可以使用现有技术对链状分子进行深度控制,并使现有的链状分子能够按照计算机服务的需要进行重新组合,并保证量子计算机能够通过开关装置更好的进行聚合物的处理,提升聚合物的移动频率。另外,量子计算机在技术层面具有量子理论的一些优势,可以通过量子的叠加效益进行计算机存储机制的完善,使计算机的信息总存储量可以得到扩展。量子计算机当前的信息存储效率已经较常规计算机设备高出十几亿倍,并且能够保证信息存储的安全性。
3.4光子计算机的发展和使用
计算机设备在进行基础性信息资源处理的过程中,大多使用电子形式进行储存机制的构建,而光子计算机的出现,使得光子技术替代了电子技术,在计算机应用领域起到了较好的作用。例如,光子计算机传递信息不再需要使用实体导线进行电子资源的连通,只需要使用光子技术对信息实施传递,使信息资源能够更大程度上提升传递的便捷性。另外,信息资源的运算也是决定计算机设备使用性能的重要因素,光子计算机在进行信息运算的过程中,可以利用光子技术对现代化信息运算模式进行操作,使光运算的优势可以得到更大程度的发挥。光子计算机可以将计算机当前处理的信息,以不同形式的光波进行处理,并通过波长的合理控制实现表现质量的提升,使光运算技术能够在更加快速的模式下进行信息资源的处理,因此,光子计算机受到了信息技术领域尤其是计算机技术领域的充分重视,目前正处于快速成熟的阶段。
3.5纳米计算机的发展和使用
纳米计算机属于技术等级较高的计算机,目前在我国一些社会领域并没有得到普及,但在我国尖端科技领域已经得到了广泛的应用。纳米计算机不仅拥有纳米技术的一系列优势,也能够良好的整合传统计算机的一系列优势,因此,纳米计算机在技术层面能够实现新老技术的科学整合。此外,纳米计算机能够很好的进行纳米元件的使用,使纳米计算机可以保证以较小的体积对丰富的信息资源进行处理,因此,纳米计算机在现实操作的过程中有着较强的便捷性特点。另外,在纳米技术不断完善的背景下,纳米计算机的技术正处在快速变革的过程中,目前,很多纳米计算机在导电性能方面已经具备了较为理想的性能。在进行纳米计算机芯片使用的过程中,纳米元件越来越多的受到了技术团队的关注,而传统计算机在进行硬件调整改造的过程中,也将纳米技术使用于中央控制器和信息传感装置等多个方面。另外,纳米计算机在进行信息处理的过程中,可以将大量信息计算设备的功能利用芯片装置进行储存,使计算机的各项技术成果可以构成一个整体的系统。在纳米计算机的硬件设施当中,芯片所占的体积较小,但纳米计算机由于纳米技术的使用,能够在增强信息处理质量方面比传统形式的计算机更具优势,因此,纳米技术是提升纳米计算机实用价值的重要技术,必定在未来的纳米计算机发展过程中发挥关键性作用。
4结论
深入的研究计算机科学与技术的发展现状,并对计算机科学与技术的重要意义进行分析,可以使社会各界更加清楚计算机的发展意义和发展必要性,因此,对计算机的发展趋势实施科学分析,是提升计算机科学与技术发展水平的重要工作。
参考文献
[1]张瑞.计算机科学与技术的发展趋势探析[J].制造业自化,2010(8):237-240.
[2]陆枫,金海.计算机本科专业教学改革趋势及其启示——兼谈华中科技大学计算机科学与技术学院的教改经验[J].高等工程教育研究,2014(5):180-186.
篇5
关键词:计算机应用 相关技术 发展趋势
中图分类号: TP311 文献标识码:A 文章编号:1007-9416(2015)12-0000-00
科技不断进步,计算机已被广泛接纳,用于多样领域。计算机供应了行业进展依托的根本支撑,是不可替代的。信息化态势下,应用技术延展了原有的范畴,搭配管理体系。人们日渐依赖这样的新颖技术,提升运用水准。这种趋势之下,唯有摸索更为适宜的技术路径、拟定操作规程,才能吻合日渐递增的运用需求,让新时段内的技术融汇于平常生活,增添服务价值。
1解析进展历程
计算机应用这样的技术整合了多重的现存行业,含有根本机理、技术路径及常规方法,它被划归为独立科目,融汇其他科目,被看成必备的载体。从常规视角看,计算机应用可被分成非数值计算、数值计算双重的领域,它们有着自身特性。概要来看,技术进展依循的历程含有如下:
40年代起始,计算机关联的技术被引入,开始应用进程。在这一时段内,偏重数值运算,用于研发武器、国防这类领域。到上世纪中期,非数值关联的新应用被创设出来,延展了初始的运算领域。管理企业信息、处理工商范畴的关联事务、处理其他信息,都用到计算机[1]。
70年代开始,计算机被涵盖在更多领域,显出了融汇的倾向。应用技术进步,新颖技术被融汇于农业、城乡服务产业、文教类的产业,显示了日渐紧密的融汇状态。与此同时,网络技术也被接纳,融入平日生活。这种态势下,提快了先前的进展速率,构建了信息化。
2现今时段的发展状态
第一,是处理数值时的运用。借助于计算机,快速加工信息、调配相关数值,用于常规情形下的管控及操作。伴随技术进展,企业都增设了必备的信息体系,用于搜集信息、留存必备的信息。借助信息交换,互通并分享各时段的信息,妥善规划并调配企业内的资源。信息交换依托的体系强化了平日的互通,消除企业阻隔。
第二,是运算数值的日常运用。计算机运用中,运算数值被归类为必备的范畴,有着必要价值。计算机可辨识偏复杂的逻辑,快速予以判断。它提快了运算速率,数值更为精准。现今状态下,生物控制学科、物理及关联的力学都不可脱离快速的运算。借助微机运算,添加了常规生产流程内的便利。
第三,是查验某一流程,设定过程控制。针对某一企业,计算机查验了产出流程之中的一切信号,自动予以测定。查验可得的数值被留存至微机,便于后续处理。创设检测系统,也增设了搭配的仪表、成套的仪器等,构建起来的新体系有着更优的智能特性,推进了自动化[2]。
第四,是模拟情形下的人工智能。从现状看,人工智能配有的新体系已被构建起来,含有智能运用。模拟人类思路,可以判别逻辑、设定相关的平日活动。人工智能添加了逻辑路径下的审慎推理,增添了适应性。在这种驱动下,微机被融汇于更广的日常领域。
从总体趋向看,计算机创设了更为便捷的平日互动,供应生活便利,也提升了综合架构内的生产成效。然而,对比发达国家,我们现有的这类水准仍旧偏低,并不十分发达。例如:信息行业之内,投入进来的金额仍旧不够,研发水准不佳。在重点行业以内,没能提升信息化这样的总水准。转化技术成果,还要拟定搭配的政策,供应明晰的指标。
3未来的走向及趋势
3.1提升总体性能
探析应用技术,解析进展之中的应用类技术,就要凸显总体的更优性能。计算机拥有了更完备的高性能,体型更加微小,才会朝向预设的方向进步。进展趋势之中,尤为注重量子特性的新计算机、纳米性的计算机。这样的双重技术密切关联着超小型、总体的高性能,二者衔接为一体。提快运转速率,现有速率将被提升十亿多倍,拓展固有的逻辑路径,留存更多信息。高性能范畴的新颖技术延展了运用前景,含有智能感知、独立判别的新功能。微机嵌入了细微的新存储器,永久留存信息。
3.2巨型化的进展走向
巨型化紧密关联着智能的新特性,二者不可脱离。当前状态下,智能化供应着平日的多样需求,是常用的技术。在智能基础上,模拟人类逻辑,模拟了多重感官特有的判断路径。预设配套的新属性,强化常规防控、及时检定潜藏的威胁。这样做,延展了辨识必备的逻辑路径,便利日常生活。巨型微机拓展了装置以内的总体容量,提升运算性能,存储特性变得更为强大。每平方厘米内,巨型计算机留存着的数值超越了100TB,每秒即可运算超出数百亿次[3]。结果更为精准,速率也被提快,它契合了日益增加的运算需要。
3.3体型更加微小
拥有巨型空间,但外在体型却被缩减,呈现出微型化。现今发展之中,计算机被布设于家庭之中的日常电器,镶嵌至仪表内,归属小型装置。工控流程内,它也凸显了智能的总体指引,显示更优的微型特性。微电子特有的新颖技术正被接纳,微型的笔记本、掌上办公必备的新电脑也被创设。对比常规装置,它们提升了固有的性价比,正在受到欢迎[4]。
由此可得,未来进展的总体态势为:更加便利生活、提升生产的成效。信息化路径下,普及了平日内的新式运用,延展了更为广阔的这种空间。推进经济进展,从全方位着手来变更技术,搭设了信息互通的顺畅路径。
4结语
计算机便利了常规生产,拓展沟通范畴,也助推了新时段的信息化。未来进展依循的总走向为:创设微型的新计算机、提升智能水准、提快运行路径的速率、拓展存储的总容量[5]。归结实践经验,就要明晰现今状态之下的进展趋势,增添新颖技术特有的服务价值。不断接纳技术,变更旧式的认知,推进更广范畴的信息化进步。
参考文献
[1]王为.论计算机应用技术的发展趋势[J].科技与企业,2014(02):108.
[2]王建辉.简析计算机应用的发展现状及发展趋势[J].计算机光盘软件与应用,2014(15):130+132.
[3]黄奕炜.浅谈计算机应用的发展现状和发展趋势[J].科技创新与应用,2013(10):31.
[4]侯晓璐.浅析计算机应用的发展现状和趋势[J].科技创新与应用,2012(27):50.
篇6
材料的计算模拟方法介绍
材料的计算模拟研究是近年来飞速发展的一门新兴学科和交叉学科.它综合凝聚态物理学、理论化学、材料物理学和计算机算法等多个相关学科.它的目的是利用现代高速计算机,模拟材料的各种物理化学性质,深入理解材料从微观到宏观多个尺度的各类现象与性能,并对材料的结构和物性进行理论预言,从而达到设计和开发新材料的目的.材料的多尺度计算模拟方法主要有以下几种:
(1)第一性原理计算方法(First-principlesMethods)基于密度泛函理论的第一性原理计算方法是目前研究微观电子结构最主要的理论方法.第一性原理计算方法只用到普朗克常数(h),玻尔兹曼常数(kB),光速(c),电子静态质量(m0)和电子电荷电量(e)这5个基本物理变量和研究体系的基本结构.从量子力学出发,通过数值求解薛定谔方程,计算材料的物理性质.在密度泛函理论,局域密度近似(LDA)和广义梯度近似(GGA)框架下的计算已广泛应用于第一性原理的电子结构研究中,并已经取得很大的成功.结合一些能带结构计算的方法,对于半导体和一些金属基态性质,如晶格常数,晶体结合能,晶体力学性质都能够给出与实验符合得很好的结果,同时能够比较精确地描述很多体系的电子结构(如能带结构、电子态密度、电荷密度、差分电荷密度和键布局等)、光学性质(介电函数、复折射率、光吸收系数、反射光谱及光电导等)和磁性质,从微观理论角度分析和揭示材料物理性质的起源,使实验者主动对材料进行结构和功能的控制,以便按照需求制备新材料.
(2)分子动力学方法(MolecularDynamicsMethods)分子动力学是一种确定性方法,是按照该体系内部的内禀动力学规律来确定位形的转变,跟踪系统中每个粒子的个体运动,然后根据统计物理规律,给出微观量(分子的坐标、速度)与宏观可观测量(压力、温度、比热容、弹性模量等)的关系来研究材料性能的一种方法[5].分子动力学方法首先需要建立系统内一组分子的运动方程,通过求解所有分子的运动方程,来研究该体系与微观量相关的基本过程.对于这种多体问题的严格求解,需要建立并求解体系的薛定谔方程.根据波恩-奥本海默近似,将电子的运动与原子核的运动分开来处理,电子的运动利用量子力学的方法处理,而原子核的运动则使用经典动力学方法处理.此时原子核的运动满足经典力学规律,用牛顿定律来描述,这对于大多数材料来说是一个很好的近似.只有处理一些较轻的原子和分子的平动、转动或振动频率γ满足hγ>kBT时,才需要考虑量子效应.
(3)蒙特卡洛方法(MonteCarloMethods)蒙特卡洛方法是在简单的理论准则基础上(如简单的物质与物质或者物质与环境相互作用),采用反复随机抽样的手段,解决复杂系统的问题.该方法采用随机抽样的手法,可以模拟对象的概率与统计的问题.通过设计适当的概率模型,该方法还可以解决确定性问题,如定积分等.随着计算机的迅速发展,蒙特卡洛方法已在材料、固体物理、应用物理、化学等领域得到广泛的应用[6].蒙特卡洛方法可以通过随机抽样的方法模拟材料构成基本粒子原子和分子的状态,省去量子力学和分子动力学的复杂计算,可以模拟很大的体系.结合统计物理的方法,蒙特卡洛方法能够建立基本粒子的状态与材料宏观性能的关系,是研究材料性能及其影响因素的本质的重要手段.
材料专业引入计算模拟教学的探索
材料计算的目的在于理解和发现新的材料性能及其物理本质.计算已经与实验和形式理论一样成为材料研究的3大支柱之一.为学生将来能够有更高的起点研究材料科学,适应新形势下材料研究方法,培养具有宽广材料科学基础,掌握材料现代研究手段的“宽口径、厚基础、强能力、高素质”的材料科学专业人才.我们在本科教学阶段就应该有计划的引入和加强计算模拟方法的教学.采用的教学形式可以结合实际情况,灵活的应用.近年来我们采取的教学方式主要有以下3种方式:(1)开设计算材料学类课程在2006年物理与电子信息学院材料物理与化学专业培养方案中已经确定《计算机在材料科学中的应用》和《计算物理》课程为专业选修课程,学时分别为36学时和54学时.《计算机在材料科学中的应用》课程偏重实践教学,通过上机操作学习计算软件的基本原理和使用方法.主要教学内容包括:材料学的发展现状及计算机在材料科学与工程中的应用;材料科学研究中的数学模型;材料科学研究中常用的数值分析方法;材料科学研究中主要物理场的数值模拟;材料科学与行为工艺的计算机模拟;材料数据库和新材料、新合金的设计;材料加工过程的计算机控制;计算机在材料检测中的应用;材料研究科学中的数据和图像处理;互联网在材料科学研究中的应用等9部分内容,基本涵盖当今计算机技术在材料科学研究中应用的各个方面.《计算物理》课程则以理论教学为主,偏重物理基本原理的介绍.主要教学内容包括:计算物理学发展的最新状况;蒙特卡洛方法及其若干应用;有限差分方法;分子动力学方法;密度泛函理论;计算机代数;高性能计算和并行算法等8部分内容.计算材料类课程的开设注重理论和实践并重的原则,在讲解基本原理的同时加强学生动手上机实践能力的培养,因此,经过课程的学习,学生已经初步具备利用计算机进行材料模拟的能力.部分选修计算材料类课程的同学在学习中对计算模拟产生了极大的兴趣,在大四时选择材料计算相关课题作为本科毕业论文选题.例如,08届学生的毕业论文《ZnS掺杂Cu光学性质的第一性原理研究》和《布朗运动的蒙特卡洛模拟》,09届学生的毕业论文《ZnO电子结构和光学性质的研究》,11届学生的毕业论文《晶格热容的理论计算》和《简立方晶体结构能量分布的理论模拟》等均为材料计算和模拟相关课题,并且有多人的毕业论文被评为优秀毕业论文.个别优秀的学生读研后继续从事材料的计算模拟相关研究.通过几年的教学实践,计算材料相关课程的开设对于扩大学生的知识面,提高学生的理论分析能力有极大地帮助.(2)在材料相关的理论课程中加入计算模拟方法介绍虽然已经在材料专业开设《计算机在材料科学中的应用》和《计算物理》等材料计算相关的课程,但这两门课均为专业选修课,只有选修相关课程的学生才能得到相应的计算模拟培训,受众面还比较窄.因此,为使更多的学生了解到材料模拟计算的相关理论和知识,在材料专业主干课的教学中也适时地加入相关的计算模拟方法的介绍,从而扩大计算模拟知识的普及面.例如,在《固体物理》课程中,当讲解到能带理论一章时,我们会在本章结束时,加入一次课,着重介绍基于第一性原理的平面波赝势计算方法计算材料的能带结构、电子态密度等以及第一性原理计算的常用软件(CASTEP、VASP等).一方面,对学生学习的理论知识加以直观化和适度的扩展,另一方面也进一步普及第一性原理计算的相关知识.在《材料科学基础》教学中讲解到相平衡与相图一章时,我们会在本章内容结束后介绍相图计算近年来的发展现状,包括CALPHAD(CalculationofPhaseDiagram)计算方法、热力学与动力学的结合、第一性原理与相图计算方法的结合,并简要介绍今后相图计算可能的发展方向[7].在晶体缺陷内容的教学中,穿插介绍利用分子动力学计算面心立方金属空位和间隙原子点缺陷的形成能的方法.通过在课程教学中穿插入计算模拟方法的介绍,一方面也加深了学生对所学内容的理解,另一方面开阔了学生的眼界.(3)举办计算模拟相关的学术讲座.自从2009年以来,物理与电子信息学院从事计算模拟研究的教师每学期都结合自身的科研情况举办面向全院学生的学术讲座.例如在2011至2012学年第二学期,我们举办两场学术讲座,分别是《氧化锌晶体及其掺杂的第一性原理研究》以及《可见光响应半导体光催化材料的结构和能带设计》,教师在讲座中介绍自己的科研情况,同时也使学生了解到如何把学到的计算模拟知识应用到科研实践中去,让学生体会到如何利用计算模拟预测材料的物理性质以及指导材料设计的研究方式,提高学生自觉学习计算模拟方法的积极性.
结束语
篇7
论文摘要:纳米光电子技术是一门新兴的技术,近年来越来越受到世界各国的重视,而随着该技术产生的纳米光电子器件更是成为了人们关注的焦点。主要介绍了纳米光电子器件的发展现状。
1纳米导线激光器
2001年,美国加利福尼亚大学伯克利分校的研究人员在只及人的头发丝千分之一的纳米光导线上制造出世界最小的激光器-纳米激光器。这种激光器不仅能发射紫外激光,经过调整后还能发射从蓝色到深紫外的激光。研究人员使用一种称为取向附生的标准技术,用纯氧化锌晶体制造了这种激光器。他们先是"培养"纳米导线,即在金层上形成直径为20nm~150nm,长度为10000nm的纯氧化锌导线。然后,当研究人员在温室下用另一种激光将纳米导线中的纯氧化锌晶体激活时,纯氧化锌晶体会发射波长只有17nm的激光。这种纳米激光器最终有可能被用于鉴别化学物质,提高计算机磁盘和光子计算机的信息存储量。
2紫外纳米激光器
继微型激光器、微碟激光器、微环激光器、量子雪崩激光器问世后,美国加利福尼亚伯克利大学的化学家杨佩东及其同事制成了室温纳米激光器。这种氧化锌纳米激光器在光激励下能发射线宽小于0.3nm、波长为385nm的激光,被认为是世界上最小的激光器,也是采用纳米技术制造的首批实际器件之一。在开发的初始阶段,研究人员就预言这种ZnO纳米激光器容易制作、亮度高、体积小,性能等同甚至优于GaN蓝光激光器。由于能制作高密度纳米线阵列,所以,ZnO纳米激光器可以进入许多今天的GaAs器件不可能涉及的应用领域。为了生长这种激光器,ZnO纳米线要用催化外延晶体生长的气相输运法合成。首先,在蓝宝石衬底上涂敷一层1nm~3.5nm厚的金膜,然后把它放到一个氧化铝舟上,将材料和衬底在氨气流中加热到880℃~905℃,产生Zn蒸汽,再将Zn蒸汽输运到衬底上,在2min~10min的生长过程内生成截面积为六边形的2μm~10μm的纳米线。研究人员发现,ZnO纳米线形成天然的激光腔,其直径为20nm~150nm,其大部分(95%)直径在70nm~100nm。为了研究纳米线的受激发射,研究人员用Nd:YAG激光器(266nm波长,3ns脉宽)的四次谐波输出在温室下对样品进行光泵浦。在发射光谱演变期间,光随泵浦功率的增大而激射,当激射超过ZnO纳米线的阈值(约为40kW/cm)时,发射光谱中会出现最高点,这些最高点的线宽小于0.3nm,比阈值以下自发射顶点的线宽小1/50以上。这些窄的线宽及发射强度的迅速提高使研究人员得出结论:受激发射的确发生在这些纳米线中。因此,这种纳米线阵列可以作为天然的谐振腔,进而成为理想的微型激光光源。研究人员相信,这种短波长纳米激光器可应用在光计算、信息存储和纳米分析仪等领域中。
3量子阱激光器
2010年前后,蚀刻在半导体片上的线路宽度将达到100nm以下,在电路中移动的将只有少数几个电子,一个电子的增加和减少都会给电路的运行造成很大影响。为了解决这一问题,量子阱激光器就诞生了。在量子力学中,把能够对电子的运动产生约束并使其量子化的势场称之成为量子阱。而利用这种量子约束在半导体激光器的有源层中形成量子能级,使能级之间的电子跃迁支配激光器的受激辐射,这就是量子阱激光器。目前,量子阱激光器有两种类型:量子线激光器和量子点激光器。
3.1量子线激光器
近日,科学家研制出功率比传统激光器大1000倍的量子线激光器,从而向创造速度更快的计算机和通信设备迈进了一大步。这种激光器可以提高音频、视频、因特网及其他采用光纤网络的通信方式的速度,它是由来自耶鲁大学、位于新泽西洲的朗讯科技公司贝尔实验室及德国德累斯顿马克斯·普朗克物理研究所的科学家们共同研制的。这些较高功率的激光器会减少对昂贵的中继器的要求,因为这些中继器在通信线路中每隔80km(50mile)安装一个,再次产生激光脉冲,脉冲在光纤中传播时强度会减弱(中继器)。
3.2量子点激光器
由直径小于20nm的一堆物质构成或者相当于60个硅原子排成一串的长度的量子点,可以控制非常小的电子群的运动而不与量子效应冲突。科学家们希望用量子点代替量子线获得更大的收获,但是,研究人员已制成的量子点激光器却不尽人意。原因是多方面的,包括制造一些大小几乎完全相同的电子群有困难。大多数量子装置要在极低的温度条件下工作,甚至微小的热量也会使电子变得难以控制,并且陷入量子效应的困境。但是,通过改变材料使量子点能够更牢地约束电子,日本电子技术实验室的松本和斯坦福大学的詹姆斯和哈里斯等少数几位工程师最近已制成可在室温下工作的单电子晶体管。但很多问题仍有待解决,开关速度不高,偶然的电能容易使单个电子脱离预定的路线。因此,大多数科学家正在努力研制全新的方法,而不是仿照目前的计算机设计量子装置。
4微腔激光器
微腔激光器是当代半导体研究领域的热点之一,它采用了现代超精细加工技术和超薄材料加工技术,具有高集成度、低噪声的特点,其功耗低的特点尤为显著,100万个激光器同时工作,功耗只有5W。该激光器主要的类型就是微碟激光器,即一种形如碟型的微腔激光器,最早由贝尔实验室开发成功。其内部为采用先进的蚀刻工艺蚀刻出的直径只有几微米、厚度只有100nm的极薄的微型园碟,园碟的周围是空气,下面靠一个微小的底座支撑。由于半导体和空气的折射率相差很大,微碟内产生的光在此结构内发射,直到所产生的光波积累足够多的能量后沿着它的边缘折射,这种激光器的工作效率很高、能量阈值很低,工作时只需大约100μA的电流。
长春光学精密机械学院高功率半导体激光国家重点实验室和中国科学院北京半导体研究所从经典量子电动力学理论出发研究了微碟激光器的工作原理,采用光刻、反应离子刻蚀和选择化学腐蚀等微细加工技术制备出直径为9.5μm、低温光抽运InGaAs/InGaAsP多量子阱碟状微腔激光器。它在光通讯、光互联和光信息处理等方面有着很好的应用前景,可用作信息高速公路中最理想的光源。
微腔光子技术,如微腔探测器、微腔谐振器、微腔光晶体管、微腔放大器及其集成技术研究的突破,可使超大规模集成光子回路成为现实。因此,包括美国在内的一些发达国家都在微腔激光器的研究方面投人大量的人力和物力。长春光机与物理所的科技人员打破常规,用光刻方法实现了碟型微腔激光器件的图形转移,用湿法及干法刻蚀技术制作出碟型微腔结构,在国内首次研制出直径分别为8μm、4.5μm和2μm的光泵浦InGaAs/InGaAsP微碟激光器。其中,2μm直径的微碟激光器在77K温度下的激射阔值功率为5μW,是目前国际上报道中的最好水平。此外,他们还在国内首次研制出激射波长为1.55μm,激射阈值电流为2.3mA,在77K下激射直径为10μm的电泵浦InGaAs/InGaAsP微碟激光器以及国际上首个带有引出电极结构的电泵浦微柱激光器。值得一提的是,这种微碟激光器具有高集成度、低阈值、低功耗、低噪声、极高的响应、可动态模式工作等优点,在光通信、光互连、光信息处理等方面的应用前景广阔,可用于大规模光子器件集成光路,并可与光纤通信网络和大规模、超大规模集成电路匹配,组成光电子信息集成网络,是当代信息高速公路技术中最理想的光源;同时,可以和其他光电子元件实现单元集成,用于逻辑运算、光网络中的光互连等。
篇8
2.非对称量子点中强耦合磁极化子的声子平均数乔红光,赵翠兰,QIAOHong-guang,ZHAOCui-lan
3.量子线中弱耦合束缚极化子的性质何锐,吴志永,孙勇,丁朝华,HERui,WUZhi-yong,SUNYong,DINGZhao-hua
4.具有扇形缺口的Co纳米盘的微磁学模拟苗秀娟,李丹丹,陈玉芳,MIAOXiu-juan,LIDan-dan,CHENYu-fang
5.SWRH82B钢热变形奥氏体动态再结晶规律及模型研究陈瑞飞,徐本军,乌兰格日乐,CHENRui-fei,XUBen-jun,Wulangerile
6.蒙药材漏芦花中三种微量元素(锰、锌、铜)的测定张丽,张力,包玉敏,杨冠华,陈伟,ZHANGLi,ZHANGLi,BAOYu-min,YANGGuan-hua,CHENWei
7.三维大孔硅铝材料和诱导ZSM-5分子筛的合成及表征徐玲,关利国,王虎,XULing,GUANLi-guo,WANGHu
8.Ce-MCM-41介孔分子筛的合成与表征关利国,徐玲,于海云,董哲,刘宗瑞,GUANLi-guo,XULing,YUHai-yun,DONGZhe,LIUZong-rui
9.高产栽培下春玉米农艺性状及冠层结构研究张玉芹,冯建军,吕艳洁,张玉珠,白迎春,毕文波,ZHANGYu-qin,FENGJian-jun,LUYan-jie,ZHANGYu-zhu,BAIYing-chun,BIWen-bo
10.高产春玉米叶片物质生产能力研究张玉珠,陈丽芝,杜来顺,冯建军,张玉芹,范秀艳,ZHANGYu-zhu,CHENLi-zhi,DULai-shun,FENGJian-jun,ZHANGYu-qin,FANXiu-yan
11.奈曼旗近10年与历年温度和降水分析张桂英,ZHANGGui-Ying
12.玉米单倍体育种技术研究进展,WANGDan
13.作物超高产育种的理论与实践王秀香,韩彦辉,张春兰,郑根昌,WANGXiu-xiang,HANYan-hui,ZHANGChun-lan,ZHENGGen-chang
14.水提法提取鱼鳞胶原蛋白的研究董乐,林娈,王力,DONGLe,LINLuan,WANGLi
15.牛POU1F1-exon2多态性与部分线性和乳用性状相关研究吴慧光,赵静雯,孙国权,王国富,吴红君,王东升,赵新海,高树新,WUHui-guang,ZHAOJing-wen,SUNGuo-quan,WANGGuo-fu,WUHong-jun,WANGDong-sheng,ZHAOXin-hai,GAOShu-xin
16.安格斯牛、海福特牛和中国西门塔尔牛的部分胴体性状比较分析王国富,吴慧光,赵新海,季守财,吴红君,王东升,刘胜敏,高树新,WANGGuo-fu,WUHui-guang,ZHAOXin-hai,JIShou-cai,WUHong-jun,WANGDong-sheng,LIUSheng-min,GAOShu-xin
17.蒙古牛2号染色体3个基因座的遗传研究李向阳,LIXiang-yang
18.绿色养猪模式综述高丽南,王思珍,曹颖霞,格日乐,齐秀丽,张维新,GAOLi-nan,WANGSi-zhen,CAOYing-xia,Gerile,QIXiu-li,ZHANGWei-xin
19.正交试验优选蒙药三花散煎煮工艺杨玉秋,额尔敦朝鲁,巴图德力根,韩志强,高玉峰,YANGYu-qiu,Eerdunchaolu,Batudeligen,HANZhi-qiang,GAOYu-feng
20.大鼠主要脏器中脂质过氧化物MDA的比较研究白翠兰,王欢,王秀兰,吴龙堂,BAICui-lan,WANGHuan,WANGXiu-lan,WULong-tang
21.蒙西医结合治疗慢性荨麻疹58例观察于宝林,通拉嘎,YUBao-lin,Tonglaga
22.毒性蒙药的毒理及抗肿瘤作用研究进展那仁满都拉,白彦满都拉,Narenmandula,Baiyanmandula
23.二甲基精氨酸-二甲胺水解酶在疾病中的表达和功能辛颖,刘宗旭,奥·乌力吉,XINYing,LIUZong-xu,Ao-wuliji
24.尿中SVEGFR1在子宫内膜异位症中的表达及意义苗丽萍,金仙玉,MIAOLi-ping,JINXian-yu
25.中药对脑细胞的保护作用研究进展张艳,孙志刚,ZHANGYan,SUNZhi-gang
26.D-二聚体在血栓疾病中的应用探讨胡高娃,HUGao-wa
27.2009年甲型H1N1流感临床研究回顾迟戈夫,王立群,王灵君,CHIGe-fu,WANGLi-qun,WANGLing-jun
28.社区公众灾害救护知识的调查和分析王文燕,赵红秋,邢晓冬,WANGWen-yan,ZHAOHong-qiu,XINGXiao-dong
29.桡动脉穿刺采血"一"字定位法的应用王凤静,WANGFeng-jing
30.内蒙古民族大学体育教育专业与健身教练理论知识体系的异同性分析刘宗祥,董赫男,董杰,王伟平,桂兰,LIUZong-xiang,DONGHe-nan,DONG-Jie,WANGWei-ping,Guilan
31.对内蒙古民族大学体育学院男子100m运动员专项力量训练的探讨海涛,赵凯,HAITao,ZHAOKai
32.长春市体育产业发展现状及经营策略的研究丛密林,CONGMi-lin
33.论高校体育院系专修课教师综合素质的培养周冰,ZHOUBing
34.轮滑运动进入赤峰学院大学生体育课程的可行性分析陈佩颖,孔祥武,CHENPei-ying,KONGXiang-wu
35.赤峰市红山区高中生课外体育活动现状调查分析孔祥武,陈佩颖,KONGXiang-wu,CHENPei-ying
1.南极海冰导热系数优化辨识白乙拉,关博,刘丹,Baiyila,GUANBo,LIUDan
2.一类带非线性边界条件的抛物型方程组解的整体存在及爆破春玲,Chunling
3.Multi-Quadric函数与Gauss函数的插值比较李艳,白玉峰,LIYan,BAIYu-feng
4.公钥基础设施PKI体系结构探析白青海,周岚,BAIQing-hai,ZHOULan
5.卡尔曼滤波器在PID控制器中的应用陈巴特尔,张翠英,CHENBateer,ZHANGCui-ying
6.基于Browser/Server模式的招生管理信息系统的设计与实现陈劲,刘实,许昕,CHENJin,LIUShi,XUXin
7.基于分层式有限状态机和Petri网的航天器仿真器控制系统设计解晨光,XIEChen-guang
8.星毛委陵菜根区土壤水浸提液对5种牧草的化感作用任秀珍,郭宏儒,李媛媛,王堃,BENXiu-zhen,GUOHong-ru,LIYnan-yuan,WANGKun
9.紫花苜蓿施用腐殖酸肥效应的研究张冬梅,张丽娟,霍秀娟,王俊慧,杨恒山,ZHANGDong-mei,ZHANGLi-juan,HUOXiu-juan,WANGJun-hui,YANGHeng-shan
10.江苏省近10年耕地面积变化及其与经济增长相关性的研究邰继承,范富,苏亚乐,TAIJi-cheng,FANFu,SUYa-le
11.干燥方式对苹果皮渣果胶理化性质的影响刘佳,LIUJia
12.我国蒙新区草盲蝽复合组昆虫记述李媛媛,安立伟,张家禄,LIYuan-yuan,ANLi-wei,ZHANGJia-lu
13.合垫盲蝽亚科系统分类学研究进展石凯,SHIKai
14.根癌农杆菌介导的向日葵遗传转化的研究刘海学,王罡,季静,杨士春,LIUHai-xue,WANGGang,JIJing,YANGShi-chun
15.植物抗真菌病基因工程的主要对策李依韦,LIYi-wei
16.蓖麻毒蛋白的研究进展苏雅拉图,黄凤兰,张继星,李国瑞,呼和,吴俊华,Suyalatu,HUANGFeng-lan,ZHANGJi-xing,LIGuo-rui,Huhe,WUJun-hua
17.蓖麻油氢化反应研究进展孙丽美,许良,李久明,赵焱,SUNLi-mei,XULiang,LIJiu-ming,ZHAOYan
18.雷洛昔芬通过调节端粒酶活性抑制Aβ所致神经细胞凋亡刘兰英,杜伯涛,姜晓英,谷丽娜,曹芹雪,胡冬雪,LIULan-ying,DUBo-tao,JIANGXiao-ying,GULi-na,CAOQin-xue,HUDong-xue
19.士的宁对豚鼠实验性面瘫的治疗作用宣丽颖,张文杰,曹玉凤,赵春燕,XUANLi-ying,ZHANGWen-jie,CAOYu-feng,ZHAOChun-yan
20.三味蒺藜散药理作用研究赵中华,包桂兰,于丽君,刘明洁,强欣,黄亚凤,韩莹,ZHAOZhong-hua,BAOGui-lan,YULi-jun,LIUMing-jie,QIANGXin,HUANGYa-feng,HANYing
21.山楂叶总黄酮药理作用及机制研究进展王晓华,张晓丹,WANGXiao-hua,ZHANGXiao-dan
22.前臂神经卡压综合征的解剖、临床表现及影像学诊断王灵战,田耕,王晓平,孟壮志,WANGLing-zhan,TIANGeng,WANGXiao-ping,MENGZhuang-zhi
23.渠道式小梁切除术治疗新生血管性青光眼的疗效观察田世元,陈鹏志,晓琴,白玉玲,张天资,张秋丽,鲁占军,TIANShi-yuan,CHENPeng-zhi,Xiaoqin,BAIYu-ling,ZHANGTian-zi,ZHANGQiu-li,LUZhan-jun
24.梯形结膜瓣下翼状胬肉切除术晓琴,田世元,白玉玲,Xiaoqin,TIANShi-yuan,BAIYu-ling
25.肾细胞癌MSCT征象与p27表达间关系的探讨刘宝治,刘伟民,李喆,LIUBao-zhi,LIUWei-min,LIZhe
26.后颅窝肿瘤的MRI诊断与鉴别诊断(附180例分析)刘智勇,孙志刚,张秀芳,LIUZhi-yong,SUNZhi-gang,ZHANGXiu-fang
27.动态血糖监测系统在糖尿病患者中的应用与护理陈金玲,CHENJin-ling
28.新生儿肺炎的护理体会孙金霞,SUNJin-xia
29.28例高危前列腺增生症病人术前、术后护理体会杨文娇,YANGWen-jiao
30.学校体育改革与终身体育发展关系研究郝延省,陈晨,付戈弋,HAOYan-sheng,CHENChen,FUGe-yi
31.散打选项课教学对蒙古族大学生健康的影响赵海,ZHAOHai
32.对抗性是NBA的核心——由季后赛比赛结果分析对抗性朱宏,ZHUHong
33.积极推进海南省高尔夫旅游产业发展的研究赵云鹏,白冰,ZHAOYun-peng,BAIBing
34.内蒙古高校啦啦队发展现状及对策研究王琳,WANGLin
35.以体育产业为依托调整我校体教育培养模式的可行性分析董杰,刘宗祥,董赫男,王伟平,桂兰,DONGJie,LIUZong-xiang,DONGHe-nan,WANGWei-ping,Guilan
36.对通辽市部分高中足球运动开展的现状调查与分析崔海龙,张志伟,CUIHai-long,ZHANGZhi-wei
1.Rashba效应影响下半导体量子点中弱耦合极化子的性质马新军,肖景林,MAXin-jan,XIAOJing-lin
2.量子棒中弱耦合杂质束缚极化子的振动频率陈玉芳,肖景林,CHENYu-fang,XIAOJing-lin
3.Si在Si(111)表面吸附过程的分子动力学模拟闫孟泽,赵艳春,孔令权,李之杰,YANMeng-ze,ZHAOYan-chun,KONGLing-quan,LIZhi-jie
4.细观结构固体中波传播模型的孤波近似解薛艳丽,那仁满都拉,XUEYan-li,Narenmandula
5.纳米CdS合成方法及应用研究进展谢立娟,王晓红,段莉梅,姜磊,刘宗瑞,XIELi-juan,WANGXiao-hong,DUANLi-mei,JIANGLei,LIUZong-rui
6.染料敏化太阳电池研究进展姜磊,谢立娟,王晓红,哈日巴拉,刘宗瑞,JIANGLei,XIELi-juan,WANGXiao-hong,Haribala,LIUZong-rui
7.催化动力学光度法测定冷蒿中槲皮素刘雅静,高扬,李英杰,马莹莹,张力,包玉敏,LIUYa-jing,GAOYang,LIYing-jie,MAYing-ying,ZHANGLi,BAOYu-min
8.催化动力学光度法测定漏芦花中槲皮素李英杰,马莹莹,高扬,刘雅静,张力,包玉敏,LIYing-jie,MAYing-ying,GAOYang,LIUYa-jing,ZHANGLi,BAOYu-min
9.蒙成药查干-汤黄酮的提取和含量测定李敬朋,赵玉英,青松,桂珍,陈伟,LIJing-peng,ZHAOYu-ying,Qingsong,Guizhen,CHENWei
10.分光光度法测定矿石中痕量铅达古拉,武冬冬,萨其日拉,萨日娜,Dagula,WUDong-dong,Sachurila,Sarina
11.大学化学教学与高中化学教学的衔接刘松艳,王宝珍,金爽,LIUSong-yan,WANGBao-zhen,JINShuang
12.蒙古文字体清晰显示研究斯日古楞,白双成,巴图赛恒,木仁,Serguleng,BAIShuang-cheng,Batusaihan,Muren
13.基于ANSYS碳钢基体热喷涂过程的计算机模拟赵华洋,范晓静,鞠明然,ZHAOHua-yang,FanXiao-jing,JuMing-ran
14.发动机光纤爆震传感器的结构分析张德惠,ZHANGDe-hui
篇9
关键词半导体材料量子线量子点材料光子晶体
1半导体材料的战略地位
上世纪中叶,单晶硅和半导体晶体管的发明及其硅集成电路的研制成功,导致了电子工业革命;上世纪70年代初石英光导纤维材料和GaAs激光器的发明,促进了光纤通信技术迅速发展并逐步形成了高新技术产业,使人类进入了信息时代。超晶格概念的提出及其半导体超晶格、量子阱材料的研制成功,彻底改变了光电器件的设计思想,使半导体器件的设计与制造从“杂质工程”发展到“能带工程”。纳米科学技术的发展和应用,将使人类能从原子、分子或纳米尺度水平上控制、操纵和制造功能强大的新型器件与电路,必将深刻地影响着世界的政治、经济格局和军事对抗的形式,彻底改变人们的生活方式。
2几种主要半导体材料的发展现状与趋势
2.1硅材料
从提高硅集成电路成品率,降低成本看,增大直拉硅(CZ-Si)单晶的直径和减小微缺陷的密度仍是今后CZ-Si发展的总趋势。目前直径为8英寸(200mm)的Si单晶已实现大规模工业生产,基于直径为12英寸(300mm)硅片的集成电路(IC‘s)技术正处在由实验室向工业生产转变中。目前300mm,0.18μm工艺的硅ULSI生产线已经投入生产,300mm,0.13μm工艺生产线也将在2003年完成评估。18英寸重达414公斤的硅单晶和18英寸的硅园片已在实验室研制成功,直径27英寸硅单晶研制也正在积极筹划中。
从进一步提高硅IC‘S的速度和集成度看,研制适合于硅深亚微米乃至纳米工艺所需的大直径硅外延片会成为硅材料发展的主流。另外,SOI材料,包括智能剥离(Smartcut)和SIMOX材料等也发展很快。目前,直径8英寸的硅外延片和SOI材料已研制成功,更大尺寸的片材也在开发中。
理论分析指出30nm左右将是硅MOS集成电路线宽的“极限”尺寸。这不仅是指量子尺寸效应对现有器件特性影响所带来的物理限制和光刻技术的限制问题,更重要的是将受硅、SiO2自身性质的限制。尽管人们正在积极寻找高K介电绝缘材料(如用Si3N4等来替代SiO2),低K介电互连材料,用Cu代替Al引线以及采用系统集成芯片技术等来提高ULSI的集成度、运算速度和功能,但硅将最终难以满足人类不断的对更大信息量需求。为此,人们除寻求基于全新原理的量子计算和DNA生物计算等之外,还把目光放在以GaAs、InP为基的化合物半导体材料,特别是二维超晶格、量子阱,一维量子线与零维量子点材料和可与硅平面工艺兼容GeSi合金材料等,这也是目前半导体材料研发的重点。
2.2GaAs和InP单晶材料
GaAs和InP与硅不同,它们都是直接带隙材料,具有电子饱和漂移速度高,耐高温,抗辐照等特点;在超高速、超高频、低功耗、低噪音器件和电路,特别在光电子器件和光电集成方面占有独特的优势。
目前,世界GaAs单晶的总年产量已超过200吨,其中以低位错密度的垂直梯度凝固法(VGF)和水平(HB)方法生长的2-3英寸的导电GaAs衬底材料为主;近年来,为满足高速移动通信的迫切需求,大直径(4,6和8英寸)的SI-GaAs发展很快。美国莫托罗拉公司正在筹建6英寸的SI-GaAs集成电路生产线。InP具有比GaAs更优越的高频性能,发展的速度更快,但研制直径3英寸以上大直径的InP单晶的关键技术尚未完全突破,价格居高不下。
GaAs和InP单晶的发展趋势是:
(1)。增大晶体直径,目前4英寸的SI-GaAs已用于生产,预计本世纪初的头几年直径为6英寸的SI-GaAs也将投入工业应用。
(2)。提高材料的电学和光学微区均匀性。
(3)。降低单晶的缺陷密度,特别是位错。
(4)。GaAs和InP单晶的VGF生长技术发展很快,很有可能成为主流技术。
2.3半导体超晶格、量子阱材料
半导体超薄层微结构材料是基于先进生长技术(MBE,MOCVD)的新一代人工构造材料。它以全新的概念改变着光电子和微电子器件的设计思想,出现了“电学和光学特性可剪裁”为特征的新范畴,是新一代固态量子器件的基础材料。
(1)Ⅲ-V族超晶格、量子阱材料。
GaAIAs/GaAs,GaInAs/GaAs,AIGaInP/GaAs;GalnAs/InP,AlInAs/InP,InGaAsP/InP等GaAs、InP基晶格匹配和应变补偿材料体系已发展得相当成熟,已成功地用来制造超高速,超高频微电子器件和单片集成电路。高电子迁移率晶体管(HEMT),赝配高电子迁移率晶体管(P-HEMT)器件最好水平已达fmax=600GHz,输出功率58mW,功率增益6.4db;双异质结双极晶体管(HBT)的最高频率fmax也已高达500GHz,HEMT逻辑电路研制也发展很快。基于上述材料体系的光通信用1.3μm和1.5μm的量子阱激光器和探测器,红、黄、橙光发光二极管和红光激光器以及大功率半导体量子阱激光器已商品化;表面光发射器件和光双稳器件等也已达到或接近达到实用化水平。目前,研制高质量的1.5μm分布反馈(DFB)激光器和电吸收(EA)调制器单片集成InP基多量子阱材料和超高速驱动电路所需的低维结构材料是解决光纤通信瓶颈问题的关键,在实验室西门子公司已完成了80×40Gbps传输40km的实验。另外,用于制造准连续兆瓦级大功率激光阵列的高质量量子阱材料也受到人们的重视。
虽然常规量子阱结构端面发射激光器是目前光电子领域占统治地位的有源器件,但由于其有源区极薄(~0.01μm)端面光电灾变损伤,大电流电热烧毁和光束质量差一直是此类激光器的性能改善和功率提高的难题。采用多有源区量子级联耦合是解决此难题的有效途径之一。我国早在1999年,就研制成功980nmInGaAs带间量子级联激光器,输出功率达5W以上;2000年初,法国汤姆逊公司又报道了单个激光器准连续输出功率超过10瓦好结果。最近,我国的科研工作者又提出并开展了多有源区纵向光耦合垂直腔面发射激光器研究,这是一种具有高增益、极低阈值、高功率和高光束质量的新型激光器,在未来光通信、光互联与光电信息处理方面有着良好的应用前景。
为克服PN结半导体激光器的能隙对激光器波长范围的限制,1994年美国贝尔实验室发明了基于量子阱内子带跃迁和阱间共振隧穿的量子级联激光器,突破了半导体能隙对波长的限制。自从1994年InGaAs/InAIAs/InP量子级联激光器(QCLs)发明以来,Bell实验室等的科学家,在过去的7年多的时间里,QCLs在向大功率、高温和单膜工作等研究方面取得了显着的进展。2001年瑞士Neuchatel大学的科学家采用双声子共振和三量子阱有源区结构使波长为9.1μm的QCLs的工作温度高达312K,连续输出功率3mW.量子级联激光器的工作波长已覆盖近红外到远红外波段(3-87μm),并在光通信、超高分辨光谱、超高灵敏气体传感器、高速调制器和无线光学连接等方面显示出重要的应用前景。中科院上海微系统和信息技术研究所于1999年研制成功120K5μm和250K8μm的量子级联激光器;中科院半导体研究所于2000年又研制成功3.7μm室温准连续应变补偿量子级联激光器,使我国成为能研制这类高质量激光器材料为数不多的几个国家之一。
目前,Ⅲ-V族超晶格、量子阱材料作为超薄层微结构材料发展的主流方向,正从直径3英寸向4英寸过渡;生产型的MBE和M0CVD设备已研制成功并投入使用,每台年生产能力可高达3.75×104片4英寸或1.5×104片6英寸。英国卡迪夫的MOCVD中心,法国的PicogigaMBE基地,美国的QED公司,Motorola公司,日本的富士通,NTT,索尼等都有这种外延材料出售。生产型MBE和MOCVD设备的成熟与应用,必然促进衬底材料设备和材料评价技术的发展。
(2)硅基应变异质结构材料。
硅基光、电器件集成一直是人们所追求的目标。但由于硅是间接带隙,如何提高硅基材料发光效率就成为一个亟待解决的问题。虽经多年研究,但进展缓慢。人们目前正致力于探索硅基纳米材料(纳米Si/SiO2),硅基SiGeC体系的Si1-yCy/Si1-xGex低维结构,Ge/Si量子点和量子点超晶格材料,Si/SiC量子点材料,GaN/BP/Si以及GaN/Si材料。最近,在GaN/Si上成功地研制出LED发光器件和有关纳米硅的受激放大现象的报道,使人们看到了一线希望。
另一方面,GeSi/Si应变层超晶格材料,因其在新一代移动通信上的重要应用前景,而成为目前硅基材料研究的主流。Si/GeSiMODFET和MOSFET的最高截止频率已达200GHz,HBT最高振荡频率为160GHz,噪音在10GHz下为0.9db,其性能可与GaAs器件相媲美。
尽管GaAs/Si和InP/Si是实现光电子集成理想的材料体系,但由于晶格失配和热膨胀系数等不同造成的高密度失配位错而导致器件性能退化和失效,防碍着它的使用化。最近,Motolora等公司宣称,他们在12英寸的硅衬底上,用钛酸锶作协变层(柔性层),成功的生长了器件级的GaAs外延薄膜,取得了突破性的进展。
2.4一维量子线、零维量子点半导体微结构材料
基于量子尺寸效应、量子干涉效应,量子隧穿效应和库仑阻效应以及非线性光学效应等的低维半导体材料是一种人工构造(通过能带工程实施)的新型半导体材料,是新一代微电子、光电子器件和电路的基础。它的发展与应用,极有可能触发新的技术革命。
目前低维半导体材料生长与制备主要集中在几个比较成熟的材料体系上,如GaAlAs/GaAs,In(Ga)As/GaAs,InGaAs/InAlAs/GaAs,InGaAs/InP,In(Ga)As/InAlAs/InP,InGaAsP/InAlAs/InP以及GeSi/Si等,并在纳米微电子和光电子研制方面取得了重大进展。俄罗斯约飞技术物理所MBE小组,柏林的俄德联合研制小组和中科院半导体所半导体材料科学重点实验室的MBE小组等研制成功的In(Ga)As/GaAs高功率量子点激光器,工作波长lμm左右,单管室温连续输出功率高达3.6~4W.特别应当指出的是我国上述的MBE小组,2001年通过在高功率量子点激光器的有源区材料结构中引入应力缓解层,抑制了缺陷和位错的产生,提高了量子点激光器的工作寿命,室温下连续输出功率为1W时工作寿命超过5000小时,这是大功率激光器的一个关键参数,至今未见国外报道。
在单电子晶体管和单电子存贮器及其电路的研制方面也获得了重大进展,1994年日本NTT就研制成功沟道长度为30nm纳米单电子晶体管,并在150K观察到栅控源-漏电流振荡;1997年美国又报道了可在室温工作的单电子开关器件,1998年Yauo等人采用0.25微米工艺技术实现了128Mb的单电子存贮器原型样机的制造,这是在单电子器件在高密度存贮电路的应用方面迈出的关键一步。目前,基于量子点的自适应网络计算机,单光子源和应用于量子计算的量子比特的构建等方面的研究也正在进行中。
与半导体超晶格和量子点结构的生长制备相比,高度有序的半导体量子线的制备技术难度较大。中科院半导体所半导体材料科学重点实验室的MBE小组,在继利用MBE技术和SK生长模式,成功地制备了高空间有序的InAs/InAI(Ga)As/InP的量子线和量子线超晶格结构的基础上,对InAs/InAlAs量子线超晶格的空间自对准(垂直或斜对准)的物理起因和生长控制进行了研究,取得了较大进展。
王中林教授领导的乔治亚理工大学的材料科学与工程系和化学与生物化学系的研究小组,基于无催化剂、控制生长条件的氧化物粉末的热蒸发技术,成功地合成了诸如ZnO、SnO2、In2O3和Ga2O3等一系列半导体氧化物纳米带,它们与具有圆柱对称截面的中空纳米管或纳米线不同,这些原生的纳米带呈现出高纯、结构均匀和单晶体,几乎无缺陷和位错;纳米线呈矩形截面,典型的宽度为20-300nm,宽厚比为5-10,长度可达数毫米。这种半导体氧化物纳米带是一个理想的材料体系,可以用来研究载流子维度受限的输运现象和基于它的功能器件制造。香港城市大学李述汤教授和瑞典隆德大学固体物理系纳米中心的LarsSamuelson教授领导的小组,分别在SiO2/Si和InAs/InP半导体量子线超晶格结构的生长制各方面也取得了重要进展。
低维半导体结构制备的方法很多,主要有:微结构材料生长和精细加工工艺相结合的方法,应变自组装量子线、量子点材料生长技术,图形化衬底和不同取向晶面选择生长技术,单原子操纵和加工技术,纳米结构的辐照制备技术,及其在沸石的笼子中、纳米碳管和溶液中等通过物理或化学方法制备量子点和量子线的技术等。目前发展的主要趋势是寻找原子级无损伤加工方法和纳米结构的应变自组装可控生长技术,以求获得大小、形状均匀、密度可控的无缺陷纳米结构。
2.5宽带隙半导体材料
宽带隙半导体材主要指的是金刚石,III族氮化物,碳化硅,立方氮化硼以及氧化物(ZnO等)及固溶体等,特别是SiC、GaN和金刚石薄膜等材料,因具有高热导率、高电子饱和漂移速度和大临界击穿电压等特点,成为研制高频大功率、耐高温、抗辐照半导体微电子器件和电路的理想材料;在通信、汽车、航空、航天、石油开采以及国防等方面有着广泛的应用前景。另外,III族氮化物也是很好的光电子材料,在蓝、绿光发光二极管(LED)和紫、蓝、绿光激光器(LD)以及紫外探测器等应用方面也显示了广泛的应用前景。随着1993年GaN材料的P型掺杂突破,GaN基材料成为蓝绿光发光材料的研究热点。目前,GaN基蓝绿光发光二极管己商品化,GaN基LD也有商品出售,最大输出功率为0.5W.在微电子器件研制方面,GaN基FET的最高工作频率(fmax)已达140GHz,fT=67GHz,跨导为260ms/mm;HEMT器件也相继问世,发展很快。此外,256×256GaN基紫外光电焦平面阵列探测器也已研制成功。特别值得提出的是,日本Sumitomo电子工业有限公司2000年宣称,他们采用热力学方法已研制成功2英寸GaN单晶材料,这将有力的推动蓝光激光器和GaN基电子器件的发展。另外,近年来具有反常带隙弯曲的窄禁带InAsN,InGaAsN,GaNP和GaNAsP材料的研制也受到了重视,这是因为它们在长波长光通信用高T0光源和太阳能电池等方面显示了重要应用前景。
以Cree公司为代表的体SiC单晶的研制已取得突破性进展,2英寸的4H和6HSiC单晶与外延片,以及3英寸的4HSiC单晶己有商品出售;以SiC为GaN基材料衬低的蓝绿光LED业已上市,并参于与以蓝宝石为衬低的GaN基发光器件的竟争。其他SiC相关高温器件的研制也取得了长足的进步。目前存在的主要问题是材料中的缺陷密度高,且价格昂贵。
II-VI族兰绿光材料研制在徘徊了近30年后,于1990年美国3M公司成功地解决了II-VI族的P型掺杂难点而得到迅速发展。1991年3M公司利用MBE技术率先宣布了电注入(Zn,Cd)Se/ZnSe兰光激光器在77K(495nm)脉冲输出功率100mW的消息,开始了II-VI族兰绿光半导体激光(材料)器件研制的。经过多年的努力,目前ZnSe基II-VI族兰绿光激光器的寿命虽已超过1000小时,但离使用差距尚大,加之GaN基材料的迅速发展和应用,使II-VI族兰绿光材料研制步伐有所变缓。提高有源区材料的完整性,特别是要降低由非化学配比导致的点缺陷密度和进一步降低失配位错和解决欧姆接触等问题,仍是该材料体系走向实用化前必须要解决的问题。
宽带隙半导体异质结构材料往往也是典型的大失配异质结构材料,所谓大失配异质结构材料是指晶格常数、热膨胀系数或晶体的对称性等物理参数有较大差异的材料体系,如GaN/蓝宝石(Sapphire),SiC/Si和GaN/Si等。大晶格失配引发界面处大量位错和缺陷的产生,极大地影响着微结构材料的光电性能及其器件应用。如何避免和消除这一负面影响,是目前材料制备中的一个迫切要解决的关键科学问题。这个问题的解泱,必将大大地拓宽材料的可选择余地,开辟新的应用领域。
目前,除SiC单晶衬低材料,GaN基蓝光LED材料和器件已有商品出售外,大多数高温半导体材料仍处在实验室研制阶段,不少影响这类材料发展的关键问题,如GaN衬底,ZnO单晶簿膜制备,P型掺杂和欧姆电极接触,单晶金刚石薄膜生长与N型掺杂,II-VI族材料的退化机理等仍是制约这些材料实用化的关键问题,国内外虽已做了大量的研究,至今尚未取得重大突破。
3光子晶体
光子晶体是一种人工微结构材料,介电常数周期的被调制在与工作波长相比拟的尺度,来自结构单元的散射波的多重干涉形成一个光子带隙,与半导体材料的电子能隙相似,并可用类似于固态晶体中的能带论来描述三维周期介电结构中光波的传播,相应光子晶体光带隙(禁带)能量的光波模式在其中的传播是被禁止的。如果光子晶体的周期性被破坏,那么在禁带中也会引入所谓的“施主”和“受主”模,光子态密度随光子晶体维度降低而量子化。如三维受限的“受主”掺杂的光子晶体有希望制成非常高Q值的单模微腔,从而为研制高质量微腔激光器开辟新的途径。光子晶体的制备方法主要有:聚焦离子束(FIB)结合脉冲激光蒸发方法,即先用脉冲激光蒸发制备如Ag/MnO多层膜,再用FIB注入隔离形成一维或二维平面阵列光子晶体;基于功能粒子(磁性纳米颗粒Fe2O3,发光纳米颗粒CdS和介电纳米颗粒TiO2)和共轭高分子的自组装方法,可形成适用于可光范围的三维纳米颗粒光子晶体;二维多空硅也可制作成一个理想的3-5μm和1.5μm光子带隙材料等。目前,二维光子晶体制造已取得很大进展,但三维光子晶体的研究,仍是一个具有挑战性的课题。最近,Campbell等人提出了全息光栅光刻的方法来制造三维光子晶体,取得了进展。
4量子比特构建与材料
随着微电子技术的发展,计算机芯片集成度不断增高,器件尺寸越来越小(nm尺度)并最终将受到器件工作原理和工艺技术限制,而无法满足人类对更大信息量的需求。为此,发展基于全新原理和结构的功能强大的计算机是21世纪人类面临的巨大挑战之一。1994年Shor基于量子态叠加性提出的量子并行算法并证明可轻而易举地破译目前广泛使用的公开密钥Rivest,Shamir和Adlman(RSA)体系,引起了人们的广泛重视。
所谓量子计算机是应用量子力学原理进行计的装置,理论上讲它比传统计算机有更快的运算速度,更大信息传递量和更高信息安全保障,有可能超越目前计算机理想极限。实现量子比特构造和量子计算机的设想方案很多,其中最引人注目的是Kane最近提出的一个实现大规模量子计算的方案。其核心是利用硅纳米电子器件中磷施主核自旋进行信息编码,通过外加电场控制核自旋间相互作用实现其逻辑运算,自旋测量是由自旋极化电子电流来完成,计算机要工作在mK的低温下。
这种量子计算机的最终实现依赖于与硅平面工艺兼容的硅纳米电子技术的发展。除此之外,为了避免杂质对磷核自旋的干扰,必需使用高纯(无杂质)和不存在核自旋不等于零的硅同位素(29Si)的硅单晶;减小SiO2绝缘层的无序涨落以及如何在硅里掺入规则的磷原子阵列等是实现量子计算的关键。量子态在传输,处理和存储过程中可能因环境的耦合(干扰),而从量子叠加态演化成经典的混合态,即所谓失去相干,特别是在大规模计算中能否始终保持量子态间的相干是量子计算机走向实用化前所必需克服的难题。
5发展我国半导体材料的几点建议
鉴于我国目前的工业基础,国力和半导体材料的发展水平,提出以下发展建议供参考。
5.1硅单晶和外延材料硅材料作为微电子技术的主导地位
至少到本世纪中叶都不会改变,至今国内各大集成电路制造厂家所需的硅片基本上是依赖进口。目前国内虽已可拉制8英寸的硅单晶和小批量生产6英寸的硅外延片,然而都未形成稳定的批量生产能力,更谈不上规模生产。建议国家集中人力和财力,首先开展8英寸硅单晶实用化和6英寸硅外延片研究开发,在“十五”的后期,争取做到8英寸集成电路生产线用硅单晶材料的国产化,并有6~8英寸硅片的批量供片能力。到2010年左右,我国应有8~12英寸硅单晶、片材和8英寸硅外延片的规模生产能力;更大直径的硅单晶、片材和外延片也应及时布点研制。另外,硅多晶材料生产基地及其相配套的高纯石英、气体和化学试剂等也必需同时给以重视,只有这样,才能逐步改观我国微电子技术的落后局面,进入世界发达国家之林。
5.2GaAs及其有关化合物半导体单晶材料发展建议
GaAs、InP等单晶材料同国外的差距主要表现在拉晶和晶片加工设备落后,没有形成生产能力。相信在国家各部委的统一组织、领导下,并争取企业介入,建立我国自己的研究、开发和生产联合体,取各家之长,分工协作,到2010年赶上世界先进水平是可能的。要达到上述目的,到“十五”末应形成以4英寸单晶为主2-3吨/年的SI-GaAs和3-5吨/年掺杂GaAs、InP单晶和开盒就用晶片的生产能力,以满足我国不断发展的微电子和光电子工业的需术。到2010年,应当实现4英寸GaAs生产线的国产化,并具有满足6英寸线的供片能力。
5.3发展超晶格、量子阱和一维、零维半导体微结构材料的建议
(1)超晶格、量子阱材料从目前我国国力和我们已有的基础出发,应以三基色(超高亮度红、绿和蓝光)材料和光通信材料为主攻方向,并兼顾新一代微电子器件和电路的需求,加强MBE和MOCVD两个基地的建设,引进必要的适合批量生产的工业型MBE和MOCVD设备并着重致力于GaAlAs/GaAs,InGaAlP/InGaP,GaN基蓝绿光材料,InGaAs/InP和InGaAsP/InP等材料体系的实用化研究是当务之急,争取在“十五”末,能满足国内2、3和4英寸GaAs生产线所需要的异质结材料。到2010年,每年能具备至少100万平方英寸MBE和MOCVD微电子和光电子微结构材料的生产能力。达到本世纪初的国际水平。
宽带隙高温半导体材料如SiC,GaN基微电子材料和单晶金刚石薄膜以及ZnO等材料也应择优布点,分别做好研究与开发工作。
(2)一维和零维半导体材料的发展设想。基于低维半导体微结构材料的固态纳米量子器件,目前虽然仍处在预研阶段,但极其重要,极有可能触发微电子、光电子技术新的革命。低维量子器件的制造依赖于低维结构材料生长和纳米加工技术的进步,而纳米结构材料的质量又很大程度上取决于生长和制备技术的水平。因而,集中人力、物力建设我国自己的纳米科学与技术研究发展中心就成为了成败的关键。具体目标是,“十五”末,在半导体量子线、量子点材料制备,量子器件研制和系统集成等若干个重要研究方向接近当时的国际先进水平;2010年在有实用化前景的量子点激光器,量子共振隧穿器件和单电子器件及其集成等研发方面,达到国际先进水平,并在国际该领域占有一席之地。可以预料,它的实施必将极大地增强我国的经济和国防实力。
篇10
【关键词】岩矿测试技术 物理学 晶体
1岩矿测试技术的发展现状
对于当前岩矿测试技术的研究,应该从宏观方面和微观方面进行研究。从宏观上讲,作为研究人员,应该围绕宏观地质学为出发点,开辟新的研究领域,这有异于用传统地质学对地球进行研究。例如:在宏观条件下改变研究对象的参照物,对比研究地球与宇宙中其他的星体,通过对比所得出的结论往往解决了很多之前困扰人类多年的问题。与此同时,开展地质工作对于唤醒人类认知过去、当前以及未来的环境意识均起到不可估量的作用。而相对于宏观方面来说,微观方面所涉及的研究方向是肉眼无法仔细观察的极其微小的世界,研究的面更广。从本质上看,微观研究与宏观研究基本上都是在研究中分析探寻、对比研究,得出递进或者以往结论的科学结论。因此,宏观研究与微观研究两者都是当前岩矿探测的研究方向。
1.1岩矿测试技术的发展历程
我国从1970年起,岩矿测试技术就多以化学分析和经典显微镜为主,现有的传统岩矿探测方法已经无法精确无误地对除表层以外的深层地质进行分析探测。因此,地质学者纷纷转变地质探测方向,使得岩矿探测不再只局限于陆地,更延伸到海洋和天体这两大新兴领域。之后的30余年,岩矿测试技术在科学技术的推动下得到了明显提高,为地质工作者的工作带来了很多便利。与此同时,探测设备也得到了不断完善。
1.2岩矿测试技术的总体发展现状
岩矿测试技术的日渐成熟,在国内也先后组建了岩矿测试技术研究室,国家对于岩矿测试技术的标准量化研究工作给予了高度重视。在国家科研院所岩矿测试项目的大力支持下先后修订了一系列岩矿测试技术方法标准,同时也制定了一系列重要的岩矿测试技术规范和一系列相应的标准。这些标准、规范在岩矿测试科研和岩矿调查中发挥了举足轻重的作用。从当前情况看,我国岩矿测试范围总共涉及到国土面积260万平方公里,完成的岩矿测试分析样品已经超过200万件,这也突显出我国岩矿测试技术在研究领域已经获得了较高水平的研究成果。
2岩矿测试技术的不同方法及应用
2.1岩矿测试物理法
岩矿开采行业在不断的发展,岩矿测试技术也在不断的进步,测试的准确性越来越高。我国岩矿开采行业最早所采用的是物理法,主要有显微镜分析或化学分析法,尽管此方法比较经典,但是在测试过程中却显得比较复杂。90年代后,岩矿开采行业采用的测试物理法主要有晶体物理学测试法、量子力学测试法等。通过结合同射波谱学等原理,并应用红外光谱、电子谱、核磁共振谱等技术,全面提高岩矿测试的准确性。测试岩矿所含元素时,需用到较多的大型仪器,这些测试技术与传统测试相比来说,准确度有了明显提高,测试的流程也变得多了。在岩矿测试的过程中,晶体具有有序的特点,晶体晶介的分布呈现出了特定的规律,通过分析这些规律有利于对岩矿所含的矿物成分有更多了解,并能分析出晶体离子占位、化学键的性质,突破了岩矿研究事业的技术性。近几年来,岩矿测试技术的发展,应用于工农业研究中,不仅扩充了矿物岩石学科的基础知识,还改善了土地性质,从而使矿物资源也得到了充分的利用。
2.2 Mpv-3显微光度计法
在岩矿开发中,Mpv-3显微光度计法是一种常用的测试技术,对测试条件有一定的要求,采用这一方法可以实现对色度学的研究,测试出矿物所有在主波长范围内的颜色,并进行相色谱测试,在此基础上分析出矿物质所含有机成分。
2.2.1电子显微镜法
此方法作为新型岩矿测试技术,与传统的显微镜测试有着较大的区别。这项技术自应用以来发展最快,并且矿物测试过程中能细致的观察到矿物微区的结构以及形貌,能为地质研究提供重要信息。但是,电子显微镜作为一种新型的设备,尽管它能提高矿物观察的真实性,但是却在图像处理方面存在着较大的缺陷,图像处理时甚至会出现原子层叠加现象。而日本研发的高新显微镜可以分辨原子层,并具有透射效果,能在测试中清晰的看到原子。总之,电子显微镜在矿石领域、生物领域、化学领域都有着良好的应用前景,对岩矿测试有着重要的意义。
2.2.2分子光谱法
分子光谱法在岩石测试中应用比较多,也是普及速度较快的,同时应用的范围较广,效果较好。我们可以将分子光谱法分为多种类型,应用的频率最高的为红外光谱,利用红外分光光度计来代替红外光谱仪。因此,具有较高的灵活性。分子光谱法分析的速率比较高,最快可以达到0.05 s,在整个分析过程中,分辨率与频率范围内的数值相同。所以,用分子光谱法可以提高岩矿测试的准确性,有利于岩矿行业的更好发展。
2.2.3 X射线法?
四圆单晶x射线衍射仪的问世是近10年来的最大进展。现今已经不再使用单晶x射线照相法,因为该法往往需要几个月来分析一个单晶结构,但配有旋进照相机的四圆x射线衍射仪则只需要一周甚至更短的时间,且通过照片可以直接读出精度很高的晶胞参数数据。正是这一优势,才使得很多矿物学家更加青睐该法,使其得到广泛的应用。如:在岩组分析、粒度分析、多重峰的解释等方面,均实现了计算机联网的拓宽使用,这在当前的岩矿测试中是不可忽视的。
3结语
综上所述,岩矿测试技术越来越多,也越来越先进,进而保证了测试的准确性。目前,岩矿测试技术在多个领域都发挥出了重要作用,确保了测试的整体效果。
参考文献:
[1]张小敏,姚福存.探讨岩矿测试技术状况分析及解决办法[J].科技创新导报,2015年04期.