半導體光電技術

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半導體光電技術范文第1篇

瞬態光伏技術（TPV）能夠有效探索半導體功能材料中光生電荷的輸運性質，是一種無損檢測技術。簡述了利用瞬態光伏技術探索半導體功能材料的光電性質，包括分析功能材料的類型、載流子的傳輸方向、載流子的壽命、分離效率等信息，這對我們理解半導體功能材料的各種光物理過程是非常有益的。

關鍵詞：

瞬態光伏技術；光生電荷；光生電子-空穴對；光生載流子

瞬態光伏技術是微區掃描技術中表面光電壓的一種。表面光電壓就是半導體的光伏效應，當半導體的表面被大于其帶隙能的光照射時，半導體價帶（VB）中的電子由于吸收了光子的能量，躍遷到半導體導帶（CB），價帶中留下空穴，產生光生電子-空穴對，這種光生電荷的空間分離產生的電勢差為光伏效應，W.G.Adams在1876年最先觀察到這一現象。1948年以后，半導體領域的開拓使得光伏效應成為一種檢測手段，并應用于半導體材料特征參數的表征上。不同于穩態表面光電壓（SPS）檢測在連續波長的光激發下的光生載流子（電子或空穴）的分離結果，瞬態光伏技術檢測的是在極短的光（納秒ns或飛秒fs級別）激發后的光生載流子的產生、分離、復合等一系列動力學行為。

1瞬態光伏技術的發展

瞬態光伏的說法源于英文Transientphotovoltage。這種檢測方法也有許多其他的表達方式，如時間分辨光伏等。最早利用瞬態光伏技術的是E.O.Johanson［1］，1957年Johnson通過此技術探索了多種半導體中少數載流子的壽命。瞬態光伏技術的發展依賴檢測儀器中光源的使用，Johnson采用的光源為電火花隙（Sparkgap），它的時間分辨率在微秒范圍內。J.Hlavka和R.Svehla［2］使用發光二極管作為光源，將測試裝置從等效電路上進行分析，得到的時間分辨率為100ns。這一技術的改進對未來瞬態光伏技術的迅速發展起到了至關重要的推動作用。隨著具有超快時間分辨率的脈沖激光器作為光源，瞬態光伏的時間分辨率也逐漸提高，在各類型的半導體材料中都有應用，探索這些半導體材料的光電性質，獲得了很多優異的成果。例如2004年，B.Mahrov等人研究了空穴導體CuSCN等和電子導體TiO2等的瞬態光伏，分析得知不同的半導體類型（空穴或電子導體）導致了電荷注入方式不同［3］。

在利用瞬態光伏技術作為研究手段的工作中，德國Th.Dittrich研究小組獲得了令人矚目的成績。他們不僅檢測到時間分辨率為納秒級的光伏結果，同時研究了不同類型半導體材料的瞬態光伏性質，建立了多種模型［4］。V.Duzhko博士在低電導材料方面也做了大量的工作，從單一的Si器件到現在的復雜器件，如染料敏化的TiO2器件、量子點電池器件等［5］。此外，瑞士的AndersHagfeldt小組［6］，英國的BrianC.O'Regan小組［7］和日本的KunioAwaga小組［8］也對半導體材料的瞬態光伏性質有卓越的研究。在國內復旦大學應用表面物理國家重點實驗室的侯曉遠教授課題組和吉林大學光化學與光物理實驗室的王德軍教授領導的科研小組對瞬態光伏技術的研究都取得非常好的研究成果。侯曉遠教授課題組從有機薄膜半導體等瞬態光伏結果發現了極快激子解離過程［9］。王德軍教授課題組在研究功能半導體材料，如TiO2、ZnO、Fe3O4、BiVO4等新興的半導體材料的瞬態光電性質有重要發現［10-13］。

2瞬態光伏技術的裝置及獲得的信息

理想的光伏測試技術可以調節不同的參數對半導體功能材料進行測試，例如，調節系統的溫度、壓力、氣氛等一系列參數，也可以選擇不同的光源（連續光源或者脈沖激光源）進行瞬態光伏（時間分辨的光電壓）的測量，如圖1a中所示。作為一種無損檢測設備，瞬態光伏系統的搭建通常是按照圖1b中的簡圖自組裝搭建。光源為脈沖激光器，測試過程中經過衰減的激光可以通過漸變圓形中性濾光片進行調節，衰減后的激光通過反光鏡直接照射到樣品池中。樣品池的被測信號經過信號放大器，由數字示波器進行檢測記錄。光生電荷的產生是一個極其快速的過程，相比之下，光生電荷載流子的分離、擴散、轉移和復合則較慢，一般時間分辨率在納秒、微秒甚至更長的時間，光生載流子在不同時間分辨率內的傳輸動力學行為對半導體功能材料的活性有著重要的影響。例如，半導體的光電轉換效率就受到半導體光生電子空穴對的分離程度影響；光生載流子的傳輸方向影響功能材料的性質及其應用；同時光生載流子的壽命及其具有的能量可以決定體系的氧化還原性等。因此，通過瞬態光伏技術可以獲得半導體功能材料光生電荷的分離效率、獲得光生載流子（電子或空穴）的擴散方向、光生載流子的擴散壽命等微觀動力學信息。通過這些信息，我們可以分析半導體功能材料的物理化學性質，以及這些性質與材料活性之間的關系，這對進一步提高和優化功能材料的性能是非常重要的。

3瞬態光伏獲得材料類型和載流子傳輸方向

利用瞬態光伏技術可以判斷功能材料的類型。例如圖2所示，2a中為n型Si的瞬態光伏譜圖。它顯示當材料的表面受到光照以后，n型半導體的瞬態光伏信號為正，光生電子向材料的體相遷移，光生空穴向表面遷移，并在表面大量聚集，因此表現為正信號。2b中p型Si的瞬態光伏信號為負。當p型材料受到光激發以后，光生電子向材料的表面移動，光生空穴向體相移動，因此信號為負［14］。

4瞬態光伏技術比較材料的分離效率及壽命

利用瞬態光伏技術可以分析半導體功能材料的光生電荷分離效率和光生載流子的擴散壽命。在光催化應用中，光生載流子的分離效率及壽命影響著催化劑的活性。光生電子-空穴對的分離效率越高，載流子的壽命越長，說明在光催化降解過程中參與氧化還原反應的載流子越多，催化活性越高。如在C摻雜的TiO2材料（C-TiO2）中［10］，不同的煅燒溫度獲得的樣品，由于光電性質的不同，催化活性具有明顯差異。如圖3a所示，瞬態光伏信號在最大值處（P2峰）歸因于光生電荷載流子的擴散，與P25的瞬態光電壓曲線相比，在130℃、150℃、180℃煅燒溫度制備下C摻雜TiO2樣品P2峰位的響應時間分別是19ms、32ms、30ms，C的摻雜使得樣品的擴散光伏壽命明顯延長，說明C-TiO2的光生載流子的分離效率更高，光生載流子的復合更慢，因此有更多的載流子參與光催化的氧化還原反應，催化活性更高，如圖3b。

5瞬態光伏技術的未來及展望

半導體光電技術范文第2篇

關鍵詞：太陽能光電轉換；半導體制冷制熱;節能

中圖分類號：TE08文獻標識碼： A

引 言

太陽能半導體結合板是利用半導體珀爾帖效應，將半導體材料組成P-N結，通入直流電來制冷或制熱的熱電效應[1]。太陽光最強的時候，氣溫最高，太陽能光電轉換板輸出的電能與半導體制冷所需電能具有很好的一致性[2]。

半導體制冷技術始于50年代，制冷系數隨著制冷技術的發展由50 年代初的0.9提升至“2.5¯2.8”[3]。2008年中國光伏電池產量達到2000MW，位居世界第一[4]。中國科學院確定了2015年分布式利用、2025年替代利用、2035年規模利用三個階段目標[5]。太陽能制冷技術包括主動制冷和被動制冷,主動式太陽能制冷因其可操作性強成為了研究熱點[6]。

清華大學金剛善等人[7]利用太陽能對制冷制熱元件模塊化處理，但未對太陽能發電系統與半導體制冷系統的結合方式進行研究。東南大學張鳴等人[8]分析了半導體熱電制冷的性能、最佳制冷系數工況以及耗能。埃及太陽能研究中心的N．M．Khattab[9]研究太陽能溫差發電驅動熱電制冷的運行，分析了熱電轉換的可行性，計算太陽能發電與半導體熱電制冷的最適比。

國內外目前對太陽能制冷制熱系統的研究多集中在理論研究方面，對系統的實驗研究、市場化推廣及實用性方面研究較少。就此本文研制一種將太陽能光電轉換板與半導體制冷（制熱）片有效結合，以百葉窗的形式調節室內溫度的太陽能半導體空調窗，以減少電能消耗。

1 太陽能-半導體制冷（制熱）結合百葉窗的制作結構

以沈陽地區15的朝南房間為例，窗體結構設為1500mm×1800mm，窗墻比為0.5，室外陽臺為1500mm×400mm，夏季所需冷負荷50w/。根據窗戶面積2.25及窗臺面積0.6確定太陽能電池板最大使用面積。太陽能電池板選用APM36M50W型，通過串聯最大可提供130V、3A的電量。根據電量選擇TES1-07103型制冷片，其電壓為5V，電流為3A，制冷功率為14.4W,串聯使用制成半導體板。百葉窗的半導體板共三條，每條串聯制冷片17片，制冷功率約為250W。

太陽能半導體結合百葉窗主要包括太陽能電池板，半導體制冷制熱板，蓄電池和變壓器。半導體板在百葉窗內的上端，共三條；太陽能光電板在半導體板下方，共十條，通過轉動達到遮陽效果。白天太陽能提供部分電能，陰天或傍晚外接電源負擔全部電能。由于過渡季節負荷較小，可實現太陽能完全擔負所需電量。冬夏季節轉換時，將半導體制冷板翻轉，使制熱端轉向室內，下方太陽能板無需翻轉，實現冬夏制熱制冷的轉換。

圖1太陽能半導體結合百葉窗的結構示意圖

2 實驗儀器設備與測試分析

2.1 太陽能半導體室內環境調節窗性能測驗

實驗取沈陽地區9朝南房間，計算所需制冷量為450W。將9片TEC1-12706型制冷片并聯，通過開關電源連接220V交流電。制冷片由導熱硅膠連接導冷片及散熱片，將冷端置于室內，熱端置于窗外。將溫度表置于距地1.5m人體活動區域，記錄一天中每小時室內溫度，并同時測量正常開窗通風房間室內溫度，進行對比。

2.2 室內能耗及效率計算

實驗對小空間溫度進行測量，以對比分析太陽能半導體制冷系統制冷效果；能耗計算以沈陽地區15的朝南房間為標準，充分分析計算建筑室內實際能耗。實驗房間與典型房間制冷設計標準相同，制冷量為50W/。太陽能板擔負系統能耗效率計算公式為：

η=Us/U×100％（1）

式中，η為半導體制冷時太陽能所能擔負的百分比，Us為太陽能電池板所提供的電壓，V；U為系統運行所耗總電壓，V。

3 結果與分析

3.1 室內溫度變化與分析

經測試得正常開窗通風房間內溫度最大值為30℃，最小值為26℃。經半導體制冷的房間最大溫度為28℃，最小溫度為25.8℃。21時以后，半導體制冷效果明顯下降；0時至次日5時，制冷房間與通風房間溫度區別不大，甚至相等。由測試數據可知，白天室外空氣溫度高，太陽能半導體制冷對室內空氣有顯著降溫作用；夜間由于晝夜溫差較大，相對于半導體制冷，自然通風不但能調節室溫，改善室內空氣品質，而且大大節約能源。

圖2室內溫度變化曲線圖

3.2 室內能耗分析

太陽能電池板經串聯最大提供130V電壓，3.16A電流。通常1匹壓縮機的電功率735W，并且由于風扇及其他電機耗電，1匹的空調機組電功率可達1000W，每小時耗電約1度。根據能耗效率計算，太陽能最大負擔45％的耗電量，每小時節電0.45度。過渡季節所需負荷小，太陽能電池板可擔負所需全部電能，無需外接電源。

4 結論

1）太陽能半導體室內環境調節窗上部為半導體制冷制熱板，下部為太陽能電池板，能有效吸收太陽能，減少窗臺及窗框遮擋。冬夏季節只需翻轉半導體板來進行冷熱轉換，可根據需要旋轉太陽能板，達到百葉窗作用。

2）太陽能半導體室內環境調節窗能有效降低夏季室內溫度，在白天最大能降低室內2℃；在夜間，由于室外晝夜溫差大，半導體制冷效果與通過開窗自然通風效果相近。根據節能要求，太陽能半導體室內環境調節窗在白天使用時室內降溫效果明顯；在夜間，利用自然通風調節室內空氣溫度，節能環保。

3）太陽能光電轉換電能在冬夏季節最大承擔室內半導體制冷所需能耗的45％，每小時可節電0.45度，用電高峰時可有效分擔室內電能消耗；在春秋季節所需負荷小，太陽能可負擔全部能耗。

參考文獻

[1] 徐德勝．半導體制冷與應用技術[M]．上海交通大學出版社，1992．

[2] 沈輝，曾祖勤．太陽能光伏發電技術[M]．化學工業出版社．2009,12.

[3] 鐘承堯 ,嚴世勝.太陽能半導體空調的應用前景[J].海南大學學報自然科學版，2000,18（6），123-125.

[4] 王長貴.中國光伏產業發展現狀與挑戰[J]．新材料產業．2009，9：16-20.

[5] 王林. 太陽能空調的研究發展和應用[J].陽光下的現代未來.

[6] 王如竹，代彥軍．太陽能制冷[M]．北京：化學工業出版社，2007，4-7.

[7] 金剛善．太陽能半導體制冷／制熱系統的實驗研究[D]．清華大學．2004，6：45-70.

半導體光電技術范文第3篇

關鍵詞：電子科學與技術；實驗教學體系；微電子人才

作者簡介：周遠明（1984-），男，湖北仙桃人，湖北工業大學電氣與電子工程學院，講師；梅菲（1980-），女，湖北武漢人，湖北工業大學電氣與電子工程學院，副教授。（湖北 武漢 430068）

中圖分類號：G642.423 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）29-0089-02

電子科學與技術是一個理論和應用性都很強的專業，因此人才培養必須堅持“理論聯系實際”的原則。專業實驗教學是培養學生實踐能力和創新能力的重要教學環節，對于學生綜合素質的培養具有不可替代的作用，是高等學校培養人才這一系統工程中的一個重要環節。[1，2]

一、學科背景及問題分析

1.學科背景

21世紀被稱為信息時代，信息科學的基礎是微電子技術，它屬于教育部本科專業目錄中的一級學科“電子科學與技術”。微電子技術一般是指以集成電路技術為代表，制造和使用微小型電子元器件和電路，實現電子系統功能的新型技術學科，主要涉及研究集成電路的設計、制造、封裝相關的技術與工藝。[3]由于實現信息化的網絡、計算機和各種電子設備的基礎是集成電路，因此微電子技術是電子信息技術的核心技術和戰略性技術，是信息社會的基石。此外，從地方發展來看，武漢東湖高新區正在全力推進國家光電子信息產業基地建設，形成了以光通信、移動通信為主導，激光、光電顯示、光伏及半導體照明、集成電路等競相發展的產業格局，電子信息產業在湖北省經濟建設中的地位日益突出，而區域經濟發展對人才的素質也提出了更高的要求。

湖北工業大學電子科學與技術專業成立于2007年，完全適應國家、地區經濟和產業發展過程中對人才的需求，建設專業方向為微電子技術，畢業生可以從事電子元器件、集成電路和光電子器件、系統（激光器、太能電池、發光二極管等）的設計、制造、封裝、測試以及相應的新產品、新技術、新工藝的研究與開發等相關工作。電子科學與技術專業自成立以來，始終堅持以微電子產業的人才需求為牽引，遵循微電子科學的內在客觀規律和發展脈絡，堅持理論教學與實驗教學緊密結合，致力于培養基礎扎實、知識面廣、實踐能力強、綜合素質高的微電子專門人才，以滿足我國國民經濟發展和國防建設對微電子人才的迫切需求。

2.存在的問題與影響分析

電子科學與技術是一個理論和應用性都很強的專業，因此培養創新型和實用型人才必須堅持“理論聯系實際”的原則。要想培養合格的應用型人才，就必須建設配套的實驗教學平臺。然而目前人才培養有“產學研”脫節的趨勢，學生參與實踐活動不論是在時間上還是在空間上都較少。建立完善的專業實驗教學體系是電子科學與技術專業可持續發展的客觀前提。

二、建設思路

電子科學與技術專業實驗教學體系包括基礎課程實驗平臺和專業課程實驗平臺?；A課程實驗平臺主要包括大學物理實驗、電子實驗和計算機類實驗；專業課程實驗平臺即微電子實驗中心，是本文要重點介紹的部分。在實驗教學體系探索過程中重點考慮到以下幾個方面的問題：

第一，突出“厚基礎、寬口徑、重應用、強創新”的微電子人才培養理念。微電子人才既要求具備扎實的理論基礎（包括基礎物理、固體物理、器件物理、集成電路設計、微電子工藝原理等），又要求具有較寬廣的系統知識（包括計算機、通信、信息處理等基礎知識），同時還要具備較強的實踐創新能力。因此微電子實驗教學環節強調基礎理論與實踐能力的緊密結合，同時兼顧本學科實踐能力與創新能力的協同訓練，將培養具有創新能力和競爭力的高素質人才作為實驗教學改革的目標。

第二，構建科學合理的微電子實驗教學體系，將“物理實驗”、“計算機類實驗”、“專業基礎實驗”、“微電子工藝”、“光電子器件”、“半導體器件課程設計”、“集成電路課程設計”、“微電子專業實驗”、“集成電路專業實驗”、“生產實習”和“畢業設計”等實驗實踐環節緊密結合，相互貫通，有機銜接，搭建以提高實踐應用能力和創新能力為主體的“基本實驗技能訓練實踐應用能力訓練創新能力訓練”實踐教學體系。

第三，兼顧半導體工藝與集成電路設計對人才的不同要求。半導體的產業鏈涉及到設計、材料、工藝、封裝、測試等不同領域，各個領域對人才的要求既有共性，也有個性。為了擴展大學生知識和技能的適應范圍，實驗教學必須涵蓋微電子技術的主要方面，特別是目前人才需求最為迫切的集成電路設計和半導體工藝兩個領域。

第四，實驗教學與科學研究緊密結合，推動實驗教學的內容和形式與國內外科技同步發展。倡導教學與科研協調發展，教研相長，鼓勵教師將科研成果及時融化到教學內容之中，以此提升實驗教學質量。

三、建設內容

微電子是現代電子信息產業的基石，是我國高新技術發展的重中之重，但我國微電子技術人才緊缺，尤其是集成電路相關人才嚴重不足，培養高質量的微電子技術人才是我國現代化建設的迫切需要。微電子學科實踐性強，培養的人才需要具備相關的測試分析技能和半導體器件、集成電路的設計、制造等綜合性的實踐能力及創新意識。

電子科學與技術專業將利用經費支持建設一個微電子實驗教學中心，具體包括四個教學實驗室：半導體材料特性與微電子技術工藝參數測試分析實驗室、微電子器件和集成電路性能參數測試與應用實驗室、集成電路設計實驗室、科技創新實踐實驗室。使學生具備半導體材料特性與微電子技術工藝參數測試分析、微電子器件、光電器件參數測試與應用、集成電路設計、LED封裝測試等方面的實踐動手和設計能力，鞏固和強化現代微電子技術和集成電路設計相關知識，提升學生在微電子技術領域的競爭力，培養學生具備半導體材料、器件、集成電路等基本物理與電學屬性的測試分析能力。同時，本實驗平臺主要服務的本科專業為“電子科學與技術”，同時可以承擔“通信工程”、“電子信息工程”、“計算機科學與技術”、“電子信息科學與技術”、“材料科學與工程”、“光信息科學與技術”等10余個本科專業的部分實踐教學任務。

（1）半導體材料特性與微電子技術工藝參數測試分析實驗室側重于半導體材料基本屬性的測試與分析方法，目的是加深學生對半導體基本理論的理解，掌握相關的測試方法與技能，包括半導體材料層錯位錯觀測、半導體材料電阻率的四探針法測量及其EXCEL數據處理、半導體材料的霍爾效應測試、半導體少數載流子壽命測量、高頻MOS C-V特性測試、PN結顯示與結深測量、橢偏法測量薄膜厚度、PN結正向壓降溫度特性實驗等實驗項目。完成形式包括半導體專業實驗課、理論課程的實驗課時等。

（2）微電子器件和集成電路性能參數測試與應用實驗室側重于半導體器件與集成電路基本特性、微電子工藝參數等的測試與分析方法，目的是加深學生對半導體基本理論、器件參數與性能、工藝等的理解，掌握相關的技能，包括器件解剖分析、用圖示儀測量晶體管的交（直）流參數、MOS場效應管參數的測量、晶體管參數的測量、集成運算放大器參數的測試、晶體管特征頻率的測量、半導體器件實驗、光伏效應實驗、光電導實驗、光電探測原理綜合實驗、光電倍增管綜合實驗、LD/LED光源特性實驗、半導體激光器實驗、電光調制實驗、聲光調制實驗等實驗項目。完成形式包括半導體專業實驗課、理論課程的實驗課時、課程設計、創新實踐、畢業設計等。

（3）集成電路設計實驗室側重于培養學生初步掌握集成電路設計的硬件描述語言、Cadence等典型的器件與電路及工藝設計軟件的使用方法、設計流程等，并通過半導體器件、模擬集成電路、數字集成電路的仿真、驗證和版圖設計等實踐過程具備集成電路設計的能力，目的是培養學生半導體器件、集成電路的設計能力。以美國Cadence公司專業集成電路設計軟件為載體，完成集成電路的電路設計、版圖設計、工藝設計等訓練課程。完成形式包括理論課程的實驗課時、集成電路設計類課程和理論課程的上機實踐等。

（4）科技創新實踐實驗室則向學生提供發揮他們才智的空間，為他們提供驗證和實現自由命題或進行科研的軟硬件條件，充分發揮他們的想象力，目的是培養學生的創新意識與能力，包括LED封裝、測試與設計應用實訓和光電技術創新實訓。要求學生自己動手完成所設計器件或電路的研制并通過測試分析，制造出滿足指標要求的器件或電路。目的是對學生進行理論聯系實際的系統訓練，加深對所需知識的接收與理解，初步掌握半導體器件與集成電路的設計方法和對工藝技術及流程的認知與感知。完成形式包括理論課程的實驗課時、創新實踐環節、生產實踐、畢業設計、參與教師科研課題和國家級、省級和校級的各類科技競賽及課外科技學術活動等。

四、總結

本實驗室以我國微電子科學與技術的人才需求為指引，遵循微電子科學的發展規律，通過實驗教學來促進理論聯系實際，培養學生的科學思維和創新意識，系統了解與掌握半導體材料、器件、集成電路的測試分析和半導體器件、集成電路的設計、工藝技術等技能，最終實現培養基礎扎實、知識面寬、實踐能力強、綜合素質高、適應范圍廣的具有較強競爭力的微電子專門人才的目標，以滿足我國國民經濟發展和國防建設對微電子人才的迫切需求。

參考文獻：

[1]劉瑞，伍登學.創建培養微電子人才教學實驗基地的探索與實踐[J].實驗室研究與探索，2004，（5）：6-9.

半導體光電技術范文第4篇

關鍵詞：自由空間光通訊；激光器；光電探測器；光學濾波器

中圖分類號：TN929.11

自由空間的光通信技術是一種以激光為主要的信息載體的通信技術，按不同的傳輸介質可以分為大氣激光和星際激光通信。而且由于自由空間光擁有速率高和頻帶以及安裝方便，還有一定的高度保密性等的特點，近年來已經受到了人們的重視，得到了很好的發展。大氣激光通信因為受到大氣的信道和不良環境的影響，所以一般只能是作為短距離間的通信和應急的通信手段，因為宇宙空間是在真空的狀態下的，所以激光束在這個空間是受不到任何的干擾的，所以星際的激光通信就越來越受到人們的關注，許多的國家都開始在加大對星際激光通信的研究，也取得了許多好的成果。由于通信技術的不斷的發展，保密通信也開始運用到現代化的戰爭中，以前的有線和無線技術的保密性都夠強，容易泄露軍事機密，而自由空間的光通信是一種保密性嫉妒強的通訊技術。本文主要就是分析自由空間光通信技術中的主要的光電器件的現狀。

1 自由空間光通信系統中的激光器

自由空間光通信系統中的激光器的作用就是產生激光信號并且形成一道光束發射到空中，激光器是整自由空間光通信系統中關鍵性的器件，自由空間光通信系統中的激光器的好壞會直接的影響到通信的可以達到的最遠距離，還會對通信的質量造成很大的影響，對于整個通信系統的整體的性能也有較大的影響，所以選擇好的激光器是十分的重要的。一般對于激光器的要求首先就是要有良好的輸出功率，而發射出的波長要與傳輸的介質的低耗能區相配，其次發射的頻率必須性對穩定，調節與設置比較的方便，有比較大的調制速率，最后就是體積一定要輕，重量要比較輕，耗電量要最少，使用壽命要長，運行的效率要高，還要方便集成和保養維護。當下在光通信中的最常見的激光器是CO2激光器和半導體的激光器等。

1.1 CO2激光器

CO2激光器是一種輝光放電混合體性質的激光器，它的激光輻射不僅僅是可以很好的透過大氣傳進行遠距離的輸送，它光束的相干性也十分的好。CO2激光器發射光的頻率十分的穩定，還可以實現單模式的運行，它可以進行連續不斷的輻射，還可以進行脈沖式的輻射。CO2激光器因為對能量有良好的轉換效率，而且發射出的光束的質量好，運行的功率大，又可以連續的輸出以及脈沖式的輸出，運行所需的費用也比較的低，所以成為用途最廣泛的一種激光器。伴隨著對CO2激光器的不斷研發，新的技術也開始運用到其中，將會研發出體積更小和功率更強以及光束質量更好的不同類型的CO2激光器。

1.2 半導體激光器

已有的半導體的激光工作物質有幾十種，而且對其的研究也已經十分的成熟，比如砷化鎵和摻鋁砷化鎵等。和其他的不同種類的激光器相比，這種半導體式的激光器是經由電子―光子的轉換器，所以它的轉換效率是極高的，而且半導體式的激光器可以覆蓋的波段的范圍也是十分的廣泛的[1]。利用不同的半導體有源材料和多遠化合物半導體不同的組分，可以得到更廣的激光輻射波長，所以可以滿足不同的需求。隨著半導體激光器輻射的波長的不斷的增大，半導體的使用的壽命也會增長許多，最長的使用壽命可以達到106個小時，因為半導體激光的體積和重量都很小，所以整個的半導體的激光器的制作工藝是可以和半導體的電子器件與集成電路的生產工藝進行結合的，這就給其他的器件實現單片光電子集成提供了很大的便利性。最近這幾年隨著對超晶格技術和器件結構研究的不斷成熟，半導體激光器可以連續輸出的功率增加到了120瓦，目前半導體激光器因為體積和重量小，還有對電光裝換的效率極其的高，使用的壽命也長并且比較容易調節控制等一系列的優點已經成為了激光大氣通信的首先激光器。半導體式的激光器有一個明顯的缺點就是容易受到環境溫度的影響。

2 自由空間光通信系統中的光電探測器

光電探測器是激光通信系統中的核心的部件，它是利用干光信號進行接收與轉換的，一般對光通信系統候中光電探測器的要求就是能夠對所有的光波有高度的敏感度，要與光源進行發射的譜線相匹配，而且要有足夠的頻帶寬度可以滿足接收的光信號的帶寬，在對信號接收的整個的過程中，接受的信號中所夾雜的噪聲要小，而且對于外界的環境的敏感度不可以太高，也就是在外界的環境有所改變時還是要保持一定的穩定性。

Si光電二極管是光伏探測器的一種，光伏探測器在對比較微弱的快速的光信號探測方面有很好的效果，而且伴隨著光電技術的不斷的發展，光信號在探測的靈敏度與頻率等方面都有很好的提高，Si光電二極管擁有效率高和噪聲小以及反映快等優點，而且它的耗電量少并且體積小壽命長，結構也十分的簡單，使用起來也很方便。雖然它的光―電轉換的速度緩慢以及探測是進行調制的頻率也比較的低，但是還是利大于弊的。

3 自由空間光通信中的光學濾波器

自由空間中光通信中的光學濾波器可以對光源發出的光場進行接收時，可以最大限度的減少噪聲。在光電通信系統中，對光學濾波器的要求有，首先是要有良好的波長，還要與激光器相適應。由于激光器的波長會隨著溫度的變化而改變，在對溫度沒有進行控制的情況下，如果外界的環境發生較大的改變，那么就會影響到激光器的波長產生改變，最終會影響對信號的有效接收。

干涉濾波器主要是運用反射的波之間的相互延長與抵消來提供選擇性的濾波，這種光學濾波器可以設計成在某些波長的內部反射中，而且在波長上還可以進行相互的抵消，這種干涉濾波器可以被設計成很多的不同種類的多層的介質濾波器，經過適當的對折射率的安排，可以從襯底上反射的場所需要的波長進行一定程度的波長加強。一般的帶有尖銳的干涉濾波器只是會沿著準直軸進入到濾波器的聚光的設計中，一般適度的相移都是經過材料的不同的厚度來維持的[2]。

在空間的激光通信的過程中，有許多的隨機和持續性的干擾，一些太陽的輻射在進行通訊的過程中就會利用星際和其他的散射體的散射在進入接受天線的過程中，就會造成很強的噪音。在整個的通信過程中，因為光通信信道已經建立了，所以使得通信激光的額發散角變小。在這種情況下，只有通過空間的濾波，才可以使得少量的背景光可以進入到接收機內，而且進入到接收機內的通信激光是比較的強的。所以在通信機中運用納米寬帶的干涉濾光器能夠很好的消除背景光的干擾。

4 結束語

通過對自由空間光通信中光電子器件的現狀的分析，可以看出目前在光通信中經常使用的激光器是CO2激光器，它是達到遠距離的通信效果的首先設備。半導體的激光器因為其在方向性和相干性等方面比較的弱，所以是近距離之間的通信光源的首先。光電探測器是整個激光通信系統的核心部件，Si光電二極管因為光電轉換速度較慢和探測調制頻率較低等缺陷，所以比較的適應與小容量的光通信系統中。干涉濾光器是空間通信中十分常見的一種濾波器，它可以有效的減少背景光的干擾，可以很高的對準系統，可以接受的信號的噪比十分的高。自由空間光通信技術在將來會成為一種十分有效的通信手段。

參考文獻：

[1]黃德修，劉雪峰.半導體激光器及其應用[M].北京：國防工業出版社，2009.

[2]楊祥林.光纖通信系統[M].北京：國防工業出版社，2010.

半導體光電技術范文第5篇

光電子產業包括信息光電子、能量光電子、消費光電子、軍事光電子、軟件與網絡等領域。光電子技術不僅全面繼承兼容電子技術,而且具有微電子無法比擬的優越性能，更廣闊應用范圍，光電子產業成為21世紀最具魅力的朝陽產業。

科學家預言，隨著光電子潛力的發掘，這一行業的產值將在2010年達到50000億美元，成為21世紀最大產業。

新型液晶顯示器背光源制備及全色顯示器研究

項目簡介：該項目合成了高效且寬帶光譜的白光材料（Zn(BTZ)2），確定其光致發光主峰及范圍；制備了兩類新型單一發光層的白色有機電致發光器件（OLED）：摻雜型Zn(BTZ)2器件和混合型LPPP器件；進行了器件發光性能研究，研究了產生白光的激發過程和提高效率的途徑；進行了器件用于液晶顯示的背光源的研究，做出兩類較大面積均勻的背光源，達到可使用水平；將器件與光學濾色片結合得到全色顯示，測量了所得三基色發光強度、色度與光譜，混色后獲彩色光；進行了柔性OLED研究，并做出相應的器件。

超高亮LED

項目簡介：超高亮LED是指用四元系材料AlGaInP生產的紅、橙、黃色超高亮度LED和用四元系材料AlGaInN（亦稱為GaN基材料）生產的藍色、綠色、紫色和紫外光超高亮度LED。產品的主要技術性能如下：超高發光強度，Iv最高可達10cd以上。比傳統LED的光強高出幾十倍，可作為小型照明光源。發光顏色全：包括紅、黃、綠、藍、白、紫等可見光區域的各個波段， 波長λD：400～660nm。功耗?。鹤鳛檎彰鞴庠?，超高亮LED與傳統光源相比，功耗僅為傳統光源的十分之一。抗靜電能力強，GaN基LED的ESD值為500V以上。指向性好，半強度角θ1/2可達120度以上。

LED非點陣大面積平面發光技術

項目簡介：LED非點陣大面積平面發光技術術采用了先進的半導體光源、獨特的光學設計和工藝材料，形成高效導光系統，制成了平板化、大面積、均勻發光的器件。該成果工作原理正確，思路新穎，選材科學，在國內率先實現了LED由點光源向大面積平面光源的轉換，具有創新性，達到了國內先進技術水平。

網絡直聯式農藥殘留測定儀及分布式監控系統

項目簡介：該課題針對農藥殘毒速測儀的應用環境和政府對農藥殘毒進行監測的需求專門設計簡便可靠的農藥殘毒速測儀，并采用新型半導體光源，不需要濾光片，避免了使用傳統的鹵素燈加慮光片作為光源，光源壽命短而且濾光片容易長霉的缺點，而且能夠達到快速檢測的功能，1分鐘可完成檢測，可即時輸出檢測數據并能保存歷史數據，并集成圖形點陣液晶顯示屏、具備高速微型打印機、大容量存儲器。

意義：該課題研制的網絡直聯式農藥殘留測定儀及分布式監控系統靈敏度高、穩定性好，檢測結果準確可靠，完全滿足了農殘檢測需要，其質量和性能在國內同類產品中居領先水平。

貼片式大功率LED信號燈

項目簡介：該項目是一項采用貼片式大功率LED光源，綜合了光學設計、結構設計以及電子設計的新型交通信號燈產品。采用新材料、新光源，生產工藝簡單，提高了發光效率，降低了能耗。在光學設計上打破傳統LED一一對應的配光方式，采用反射與折射相結合、聚散結合、光束重組的方式，達到利用率高、均勻性好的特點，無以往信號燈產品易產生暗斑這一致命缺陷。由于整燈光源管數小，因此其生產工藝比之普通LED信號燈大大簡單。能容許較大范圍的電流，能適應不太穩定的電網波動。既保證了散熱效果，又保證了密封性能，較好的解決了兩者矛盾。使用壽命長，免于維護。

1W聚光型白光功率半導體發光二極管

項目簡介：聚光型白光功率半導體發光二極管結構主要是由功率型LED芯片、熱沉底座和光學系統組成，藍色發光芯片裝于散熱良好的引線框架上，光學透鏡覆蓋芯片上形成一定的光學空間分布，同時保護芯片，透鏡與芯片之間填充柔性硅膠以保護芯片和金絲。該項目采用蘭色芯片上涂覆YAG熒光粉，通過混光后產生白光，制備方法比較簡單，成本也相對較低。

意義：功率型超高亮LED是一種高效的環保的綠色固體光源，具有壽命長，功耗小，亮度高，低維護等特點，將取代白熾燈和熒光燈等傳統玻殼照明光源。

一種自動調節光亮的數碼攝像頭

項目簡介：該成果公開了一種自動調節光亮的數碼攝像頭。其技術方案的要點是，數碼攝像頭主體是一個“”字形結構，在其兩側安裝發光二極管以照射光亮，光源感光器安裝在上部，機芯內部加入一個光亮度調節器，由于自帶光源，因此能在沒有光亮的環境下，可以正常攝取被拍攝人物的影像。數碼攝像頭體積小，重量輕、耗電省、壽命長，制造成本低，經濟實用，便于在網吧，學校，家庭和辦公環境中使用。

分子基和有機/無機復合光電子材料的設計、合成及應用

項目簡介：該項目的實施包括從配體、配合物的設計、合成與篩選，無機和有機材料的制備與功能團的修飾、結構確定、光物理性質、光致和電致發光研究以及分子組裝及材料的應用開發。其設計合成羥基、雙鍵或炔基等配體與金屬銅、鋅、金、鉑形成的單體、多核和高聚物分子基光電子材料，通過進行X射線衍射結構確定、光致和電致發光測定、發射和猝滅與環境的關系研究、激發光譜和瞬態時間分辨吸收光譜測定，來探討發生的起源、激發態的結構、收買、譜學規律以及電荷轉移和能量轉移規律。

意義：在此基礎上，設計和合成出高量子效率，有較佳應用價值的發光材料。

激光與光電子技術在生物組織光學特性測量中的應用及其醫用新技術

項目簡介：該項目主要內容包括：創建生物組織光學新體系，開拓人體組織光學性質的新測定方法和新技術。激光熒光法肺癌定位的彩圖像技術與系統，采用“共軸微光－熒光肺癌診斷和定位儀器”技術，研制激光熒光法肺癌定位彩圖像裝置。激光血管外照射技術與儀器，開拓激光血管外照射治療技術，完成治療用激光劑量參數的活體測量，研制半導體激光治療機。

意義：組織光學體系獨創性的構建與論述以及測定人體組織光學性質的新方法與新技術，為開拓激光技術在醫學領域的新應用建立了基礎。“激光熒光法肺癌定位的彩圖像裝置”實現了肺癌早期診斷與實時定位。

可協變硅絕緣襯底上生長寬禁帶半導體碳化硅外延材料及器件制備

項目簡介：該項目屬新材料領域的半導體新型基底晶體材料，是在非晶層上的納米晶體薄膜上，制備寬禁帶半導體碳化硅外延薄膜。其核心技術是采用低維化的納米晶體薄膜其晶格常數的可協變性，來提高其上生長的外延薄膜的晶體質量。該項目技術思想具有重大的原始創新性，屬于國際領先的技術。項目正在開發自主知識產權的核心專利。項目將解決在價格低廉的硅可協變基底上，生長稀有半導體如碳化硅等寬禁帶材料。項目將推動我國在高頻、高溫、大功率和紫外光電子等領域的發展。

意義：該項目的可協變硅襯底技術，可以大幅度提高傳統硅襯底材料的附加值；在其上生長的碳化硅等寬禁帶半導體材料，在高頻、高溫、大功率、及藍光和紫外光電子領域有廣泛應用。

HWD11201多功能溫控系統MTCS數據采集電路

項目簡介：HWD11201多功能溫控系統MTCS數據采集電路是一小型、安全、精密的單片溫度控制電路。其功能完善，具備有：9600bit/s固定波特率的通信串口，與HWD1709數字編碼感溫電路專用單總線口，內部模糊處理邏輯塊，高低溫報警觸發器，一個基準壓源、一個8位的A/D轉換器以及內部邏輯控制電路。該片可完成溫度控制、報警輸出的全部控制功能。它主要用于珀爾帖效應模塊的控制。它可維持±0.35°C 的溫度穩定性，具備電壓超限保護。主要應用于激光器、半導體激光二極管、EDFA光放大器以及各類環境控制、過程監控系統中。

意義：該電路的需求量較大，應用前景廣泛。目前, 半導體激光器的應用覆蓋了整個光電子學領域，全世界的激光器市場每年的份額達數百億美元。其技術已成為當今光電子科學的核心技術，在工業、醫療、信息顯示等領域具有廣泛的應用前景，對軍事領域的跟蹤、制導、武器模擬、點火引爆、雷達等諸多方面更具有重要作用。

新型光電化學太陽能電池

項目簡介：新型光電化學太陽能電池是上個世紀90年代初期出現的一類新型太陽能電池。本課題組研制出新型太陽能電池多種。電解質材料的設計方面：采用聚乙二醇等作為溶劑在高溫下溶解I^-/I^(3-)電解質，在室溫下固化。采用丙烯酸單體溶解電解質，在催化劑作用下，室溫自交聯，形成固體電解質。二氧化鈦多孔膜制備方面：采用水熱法生長出符合要求的二氧化鈦納米晶，通過酸處理，改善二氧化鈦納米多孔膜的表面結構活性；載流子傳輸機理方面：提出了空穴向對陰極（正極）的遷移是通過電子-離子氧化還原過程實現。在器件組裝方面：組裝了幾種光電化學太陽能電池。

意義：研究結果在新材料設計、新型半導體材料、光電功能材料、光電子學、光電子器件等方面具有重要的科學意義，在太陽能開發方面具有良好的應用前景。

新型GaAs基近紅外低維結構半導體光電材料與器件

項目簡介：該項目全面開展了GaAs基1.0-1.6微米材料生長、低維結構物理、激光器與探測器制備等研究工作，得到國家科技部、自然科學基金委、中科院創新工程等的支持，取得一系列具有國際反響的研究成果：GaAs基近紅外材料能帶結構、發光物理特性理論研究；GaAs基近紅外低維材料生長、發光物理特性實驗研究；GaAs基近紅外激光器和探測器實驗研究。上

意義：述研究成果標志著我國砷化鎵基近紅外光電子材料與器件研究水平進入世界先進行列。

SOI光波導單模條件研究及特殊功能光波導器件設計制備技術

項目簡介：該項目為SOI光子集成，它的首要問題是確定精確的單模傳輸條件、設計制備性能優異的特種功能光波導器件結構、解決同單模光纖的高效率耦合以及縮小芯片尺寸提高集成度。單模傳輸條件是一切光波導器件設計的基礎，精確單模條件的獲得對于指導光波導器件的設計具有重要意義。

意義：該項目在SOI光子集成和光電子集成方面進行了系統而深入的研究工作，特別是在特殊功能新型SOI光波導器件的設計制備及大規模光子集成芯片研制方面，均有多項創新性成果，始終走在國際的前列。

大規模SOI光波導光開關陣列集成技術

項目簡介：該項目為研究性能優異的光開關，它是實現高速大容量全光網的首要問題之一。該項目在國際上首次將模斑變換器和微型反射鏡集成到SOI光開關陣列中，首次研制成功了集成度為8×8和16×16 的SOI光波導開關陣列，其綜合技術指標在國際上處于領先地位，由于研制的SOI光開關陣列其制備工藝同目前發展十分成熟的微電子標準CMOS工藝完全兼容，因此制造成本非常低廉。

意義：與國際上已經商用的MEMS光開關、聚合物及SiO2波導光開關相比，SOI波導光開關在開關速率、長期使用可靠性、制造成本方面具有很大的優勢，特別是SOI波導光開關具備同硅基光電子器件，因此SOI波導光開關陣列的研制成功具有很大的技術推動意義。

多媒體高清晰教學及多用途背投顯示設備

項目簡介：該項目采用高倍短焦鏡頭，使1.5米內屏幕顯示100英寸，而且四角邊沿畫面清晰不變形；光學反光器件采用高尖端紫外線濾過技術，純色光達到90%以上，避免紫外線對人體及眼睛的傷害；高效節能電源、追光電子元件的開發，使500W的電源達到1500W的光效；光源發光持久，延緩衰減，使使用壽命從原來的1000小時延長到8000小時；自動溫控，預期達到自動調溫，使整機連續工作百小時以上無障礙。

意義：該顯示設備是是現代化建設必要設備，發展前景非常廣闊。

PON用突發式光模塊

項目簡介：該模塊主要包括BPON ONU突發式光模塊、EPON ONU突發式模塊、EPON OLT突發式光模塊。該系列模塊主要應用于以PON（無源光網絡）接入技術為主的寬帶光接入網，從而實現光纖到戶。突發模式光收發模塊是PON系統中的物理層器件。BPON/EPON ONU側的光模塊能夠迅速打開/開斷激光器。而OLT側的光模塊是要求能夠在短時間內正確恢復不同ONU發送的不同功率的光信號。

意義：OLT模塊最關鍵的指標是突發接收時北京時間，光接收靈敏度、飽和光功率，及相鄰光信號所允許的動態范圍。

寬帶可調諧半導體激光器

項目簡介：該課題研究了四種基于InP材料的單片集成技術，實現了基于InP襯底的較靈活的能帶剪裁，為光電子器件的多功能單片集成打下了基礎；采用量子阱混雜技術，成功實現了75nm的量子阱帶隙波長藍移量，在此基礎上實現了取樣光柵分布布拉格反射寬帶可調諧激光器，在增益區電流為150mA時，激光器芯片的輸出功率達到了9mW，單模調諧范圍最高達41nm，寬帶可調諧激光器組件輸出功率大于0dBm；成功研制出一套基于LabVIEW軟件平臺的自動化的寬帶可調諧SG-DBR激光器波長測試控制系統，提出了一種利用輸出光的邊模抑制比，從調諧數據庫中篩選出激光器模式穩定工作點的算法，應用該系統對研制的SG-DBR激光器進行大量實驗測試和波長查詢，實驗結果表明本系統穩定、可靠、波長控制精度高，波長控制誤差不超過±0.02nm；還研制了可調諧半導體激光器的多路程控電流源，為寬帶可調諧激光器的實用化奠定了基礎。

CMOS圖像傳感器

項目簡介：該項目調整CMOS工藝和結構，設計出N型襯底的CMOS圖像傳感器，采用0.18um工藝，并成攻流片；襯底和外延層使用不同類型的半導體材料，構成一個PN結，在反偏時會在襯底和電荷收集區之間形成勢壘，阻礙襯底中的噪聲電荷通過外延層流向電荷收集區，抑制像素之間的串擾。在除感光單元陣列的電路下注入深層的P阱或者N阱，防止襯底和電路之間發生閂鎖效應；提出新結構的光電二極管來提高其量子效應、降低噪聲、提高光電子轉化效率；采用sensor架構，有效減少串擾；進行了顏色糾正；對A/D轉換器的結構進行調整，電路幾乎沒有靜態電量消耗。采用了高精度的A/D模塊、相關雙采樣(CDS)、FPN消除算法，能夠使圖像更為平滑。

紅外傳感全自檢光電保護裝置

項目簡介：該項目主要研究和解決了小型化的電子電路原理和結構、對接擴展技術―模塊化電路結構、提高檢測精度技術、保證適當檢測距離―保護長度的技術、抗干擾技術、濾波技術、光電子技術、光學技術、多種安裝技術、減振技術、安全可靠性能―全自檢技術等相關技術。通過解決了一系列問題，使成果技術達到了較高檢測精度，保證適當的檢測距離，全自檢安全可靠性能，安裝使用方便，外形小巧美觀，價格較為經濟的市場期望。

意義：該項目技術成果的市場前景是相當廣闊和有生命力的。

硅基發光材料研究

項目簡介：該成果采用摻鈦化學腐蝕法成功制備了發光穩定和發光均勻的多孔硅，采用H_2O_2催化方法制備了形貌更平整、細密、均勻的多孔硅。并通過對多孔硅在不同激光功率下的Raman光譜和光致發光譜的研究，發現當激光功率增大到某一值時，晶格畸變使多孔硅由線性轉變為光致非線性材料，引起非線性吸收系數增大，導致光致發光譜的明顯增強。

意義：研究成果對于硅基發光材料的理論研究和應用基礎研究具有顯著的實際意義，對推動硅基光電子集成技術的發展具有重要意義。

單片集成光器件關鍵技術研究

該項目簡介：項目采用自主開發軟件建立了一套集模擬仿真與CAD功能于一體的光電集成器件設計軟件平臺；開發了包括MOCVD外延、光刻、腐蝕、光柵等各道工藝的RWG、DC-PBH類型單片集成芯片關鍵工藝技術和光電集成相關的凸點flip chip倒裝焊技術，建立并完善了單片/混合集成器件OEIC工藝技術制作平臺，并具備了批量生產能力；對所設計的混合集成器件進行工藝驗證，建立并完善了設計和制作平臺，發展相應的工藝制作、耦合封裝和模塊設計技術。

意義：該成果完成了針對典型的混合集成光電子(OEIC)器件2.5Gb/s混合集成光發射機與光接收機模塊進行的設計開發和工藝驗證，提高了我國集成光器件整體制作技術水平，處于國內領先、國際先進水平。

紅外電子材料的優化設計研究

項目簡介：該項目的最重要特色就是將研究目的設定在解決我國國防戰略性高技術發展中紅外光電子材料這類瓶頸性技術上單一的跟蹤性工藝研究模式。具體是在我國紅外光電子材料發展中提出針對制備工藝中遇到的基本物理問題進行系統的研究，逐步地提出與工藝研究一起建立可優化材料的設計平臺。而最重要的創新點是提出了材料芯片這一最新發展起來的技術在項目研究中的開拓性應用。

在藍寶石襯底上研制ZnO同質pn結及其電致發光

項目簡介：該項目利用分子束外延設備研制高載流子濃度的P型ZnO材料及ZnO P-N結紫外發光二極管和激光器。該項目選擇在價格適宜、工藝成熟的藍寶石（Al_2O_3）襯底上開展p型ZnO的制備及相關結型器件的研究工作，在國內首次獲得了室溫下光泵浦的紫外受激發射；制備出低阻p型ZnO薄膜材料，載流子濃度最高達到10^(19)/cm^3；研制了ZnO同質pn結，在室溫下觀測到了來自同質結電泵藍紫色發光。

意義：該成果達到和國外同步發展，在國內器件研制方面處于領先水平，對于探索制備實用型ZnO結型發光和激光器件的途徑，具有重要研究價值。

新型微片激光材料與器件研究