半导体材料论文篇1

关键词：氧化锌，稀磁半导体，铁磁性

0.引言

当代和未来信息技术都占据着重要的地位，因此随着社会的不断发展,对信息的处理、传输和存储将要求更大的规模和速度。半导体材料在信息处理和传输中有着重要的作用，半导体技术应用了电子的电荷属性；磁性材料在信息存储有着重要的应用，磁性技术利用了电子的自旋属性。但是半导体材料都不具有磁性,磁性材料及其化合物都不具有半导体的性质，因此人们想到了通过掺入磁性离子来获得磁性的方法，即在GaAs、GaN、ZnO等半导体中掺杂引入过渡金属（或稀土金属）等磁性离子，这种通过掺杂而产生的磁性与本征磁性有一定的区别，人们称其为稀磁性。在化合物半导体中，由磁性离子部分地代替非磁性离子所形成的一类新型半导体材料，称之为稀磁半导体。

1.发展现状

1.1掺杂具有室温铁磁性的Fe、Co、Ni等过渡磁性金属离子

在ZnO中掺杂引入磁性离子可以使样品产生磁性，因此人们在ZnO中掺入了具有室温铁磁性的Fe、Co、Ni等过渡磁性金属离子，结果发现样品的室温铁磁性对制备技术、生长条件等都有很大的依赖关系。侯登录等人[1]采用磁控溅射法在Si基底上制备Fe掺杂的样品，发现铁磁性是其本征性质。。Liu等人用化学气相沉积法制备了Co掺杂的样品，分析发现掺杂Co的ZnO样品铁磁性与Co的不纯相ZnCo2O4无关。Akdogan等人用射频磁控溅射法制备了掺杂不同Co离子浓度的的样品，分析得出氧原子的自旋极化对样品长程铁磁序的形成有重要作用，且Co原子的掺杂引起了ZnO的本征铁磁性。Parra-Palomino等人研究发现样品的铁磁性与ZnO中的缺陷有关。

1.2掺杂具有低温铁磁性的Mn、Cr等过渡磁性金属离子

在ZnO中掺杂引入磁性离子可以使样品产生磁性，因此人们在ZnO中掺入了具有低温铁磁性的Mn、Cr等过渡磁性金属离子，于宙等人[2]用化学方法制备了Mn掺杂的ZnO基稀磁半导体材料，分析发现该材料的铁磁性是由Mn离子对ZnO中Zn离子的替代作用引起的。Robert等用射频磁控溅射法制备了掺杂Cr的ZnO样品。分析发现H原子占据了O的位置并产生了一个深的施主缺陷从而增强了自由载流子数和铁磁的超交换作用，进而导致了样品的铁磁性。

1.3掺入不具有室温铁磁性的Al、Cu等金属离子

研究发现在ZnO样品中掺入不具有室温铁磁性的Al、Cu等离子样品也可以显示出室温铁磁性。刘惠莲等[3]用柠檬酸盐法合成了一系列掺Cu样品，研究发现铁磁性是其本征性质。Ma等人用脉冲激光沉积法制备了掺杂Al的ZnO样品，发现样品铁磁性与Al原子和Zn之间的电荷传输有关。

1.4多元素掺杂ZnO基稀磁半导体

邱东江等人[4]用电子束反应蒸发法生长了Mn和N共掺杂的薄膜，发现样品的室温铁磁性很可能源于束缚磁极化子的形成。Gu等人用射频磁控溅射法制备了掺杂Mn和N的ZnO样品。分析发现样品为室温铁磁性,这可能与N原子的掺入使空穴的浓度增加有关。Shim等人用标准固态反应法制备了掺杂Fe、Cu的ZnO样品，发现掺杂Fe、Cu的ZnO的铁磁性起源于第二相。且Fe原子进入ZnO并取代Zn原子是产生铁磁性的主要原因。宋海岸等人[5]在Si(100)衬底上制备了Ni掺杂和(Ni、Li)共掺ZnO薄膜样品。研究发现铁磁性的起源可以用电子调制的机制来解释,Ni-ZnO中的施主电子形成了束缚磁极化子,束缚磁极化子能级的交叠形成自旋-自旋杂质能带,通过这些施主电子耦合即Ni2+原子之间的远程交换相互作用导致了铁磁性。

由于掺杂ZnO是一个新兴的研究方向，因此人们对其研究结果不尽相同有的甚至相反，例如对于Fe掺杂的ZnO基稀磁半导体，Parra-Palomino等人发现掺杂Fe的样品的铁磁性可以用载流子交换机制来解释，侯登录等人[1]发现掺杂Fe的样品的铁磁性可以用局域磁偶极子作用机制来解释。又如对于掺杂样品的铁磁性是样品的本征性质还是非本征性质方面人们的观点也不尽相同，Shim等人发现铁磁性是掺杂Ni的ZnO样品的非本征性质。Akdogan等人发现Co原子的掺杂引起了样品的本征铁磁性。对于掺杂所引起的样品磁性方面，Liu等人研究发现掺杂Co的ZnO样品具有铁磁性，而Tortosa等人发现掺杂Co的ZnO样品是顺磁性的。研究发现样品的铁磁性与制备方法、生长的气体环境、气体压强、生长时间、退火温度、退火时间、掺杂剂量、掺杂元素的种类以及相对含量均有很大的关系。

2.结论

目前,对于ZnO基稀磁半导体材料的研究主要集中在两个方面:(1)优化生长参数,获得高质量的薄膜。。(2)选择不同掺杂元素与掺杂量,通过单掺杂或共掺杂,提高薄膜的居里温度,奠定其应用基础。

通过对单掺杂金属的ZnO样品及共掺杂的样品的结构分析、以及电学、磁学、导电性等性质的分析，发现对于相同的掺杂，样品铁磁性的强弱不同，有的结论甚至相反。这与样品的制备技术不同、以及不同的生长环境有关。通过各种制备方法及不同制备工艺得到的ZnO薄膜的性能存在较大的差异,而且可重复率比较低。铁磁性来源和机理分析还需要进一步的系统性研究。。对样品的铁磁性起源理论众多。目前关于稀磁半导体材料铁磁性根源的解释有多种，有载流子交换机制(可以解释具有室温铁磁性的Fe、Co、Ni、V、Cr、Cu、Al等元素掺杂的情况）。载流子导致的铁磁性与反铁磁性竞争机制（可以解释Mn、Cr、Co等元素掺杂的情况）。局域磁偶极子之间相互作用机制（可以解释V、Ni等元素掺杂的情况）。

在实验和理论的统一方面还存在有许多的矛盾之处,而且每种理论都只得到了部分实验证实.因此对ZnO基稀磁半导体的磁性机理的认识还需进一步的提高。可以在以下几个方面开展进一步的更深入的研究。一是改善样品的制备工艺，许多试验重复率很低说明样品的制备过程中有许多影响因素，有待于对其发现并掌握。二是改变掺杂的金属元素，传统的掺杂只对过渡金属进行了大量研究对于非过渡金属的相关研究很少。而且由单掺杂向共掺杂转变是一条很好的思路。

参考文献

[1]侯登录,赵瑞斌.氧空位对Fe掺杂ZnO的铁磁性的影响.商丘学报.2008,24(12):1-6.

[2]于宙,李祥,龙雪等.Mn掺杂ZnO稀磁半导体材料的制备和磁性,物理学报.2008,57,7(4539-4544):1-6

[3]刘惠莲,杨景海，张永军，等.Cu掺杂ZnO纳米结构的室温铁磁性研究[J].半导体学报,2008,29(11):2257-2260.

[4]邱东江,王俊,丁扣宝.退火对Mn和N共掺杂的Zn0.88Mn0.12O:N薄膜特性的影响.物理学报,2008,57(8):5249-5255.

[5]宋海岸,叶小娟,钟伟等.(Ni、Li)掺杂ZnO薄膜的制备及其性能.纳米材料与界构.2008,45(12):698-702.

半导体材料论文篇2

【关键词】量子化学；电致发光材料；合成

0引言

有机及配合物电致发光（EL）和非线性光学材料在高新技术中的广泛应用，受到人们的关注并得到积极的研究[1-3]。近30年来，随着量子化学计算方法和分子模拟技术、以及计算机技术的飞速发展，对材料科学的发展产生了深刻影响。利用量子化学计算方法方法研究EL材料的电子结构和光谱性质，以全自由度优化几何结构为基础，计算化合物的电子光谱。对研究此类材料的性质及合成有指导性意义计算结果是实验结果基本吻合。本文主要介绍量子化学在EL材料研究中的应用及进展。

1量子化学研究EL材料的方法及原理

就量子化学的几种计算方法来看，从头算法虽然有严谨的理论支持，能得到较好的计算结果，但是当遇到诸如酶、聚合物、蛋白质等大分子体系时，计算很耗时，其计算代价无法承受[4]。为了在计算时间和计算精度上找到一个平衡点。采用量子化学半经验方法AMI进行了理论计算包括构型优化、振动分析电子光谱计算。科学家们以从头算法为基础，忽略一些计算量极大，但是对结果影响极小的积分，或者引用一些来自实验的参数，从而近似求解薛定谔方程，就诞生了半经验算法。如：AM1，PM3，MNDO，CNDO，ZDO等[5，6]。目前，对多类EL材料的研究大部分都是基于量子化学的半经验方法。

2光谱性能的量子化学半经验计算

EL材料的发光颜色与材料的荧光光谱有密切的关系，荧光即是电子由第一激发单重态跃迁回基态所产生的降级辐射。目前对光谱性能的量子化学计算多半基于量子化学半经验方法PM3和AM1，先对化合物的几何构型进行了全参数优化，得到其稳定构型，再进行振动分析，在此基础上利用单激发态组态相互作用方法（CIS）计算它们的电子光谱。

比如苏宇，廖显威[7]等人采用量子化学半经验方法PM3对三种黄酮类化合物的荧光光谱进行了理论研究。对各化合物优化后的构型作了振动分析，均未出现虚频率。在此基础上，采用单激发组态相互作用方法（CIS）计算荧光光谱，所有计算结果与实验值基本吻合。廖显威，李来才[8]采用单激发组态相互作用（CIS）方法，分别计算了4种稠环芳烃的电子光谱，选了801个组态进行计算，所得结果与实验值基本吻合。他们还对几种含氮芳烃化合物有机EL材料，对FL-4、FL-7、FL-10和FL-12的光谱进行研究，计算结果与实验值基本相符合。薛照明，张宣军[9]等用PM3/SCI方法计算了三个分子的电子吸收光谱，测定了三个分子的电子吸收光谱和荧光光谱（DMF溶液）。结果表明理论计算值与实验值相当吻合。高洪泽，石绍庆等利用量子化学半经验AM1及INDO/SCI方法研究了B与8-羟基喹啉的螯合（LiBq4）的电子结构和光谱性质，计算得到基态到各激发态的垂直跃迁能和振子强度，获得电子光谱。分析出由于配体中苯酚环、吡啶环对不同前线轨道的贡献不一样，所以在吡啶环和苯酚环上引入取代基会对光谱发生影响，为分子设计提供理论指导。

3量子化学对EL材料结构的分析

结构与性能的关系一直是量子化学的主要研究领域，它涉及的范围非常广泛，从无机小分子、有机分子到高聚物和生物大分子，从人为设计的理想模型分子到实用的药物分子和材料分子等[10]。通过结构与性能的研究，人们可以逐类地对一些化学现象进行统一的解释，得出一般性的规律，进而预言一新的化学事实，指导设计新的实验。目前国际上关心的课题主要有：重要新型无机分子、有机分子和原子簇化合物的化学键本质的研究；重金属、稀土元素化合物的成键规律；（半）导体材料、磁性材料、光电材料等。

高洪泽，石绍庆[11]等通过量子化学半经验方法研究了蓝色有机薄膜电致发光材料LiBq4电子结构，国外研究人员在这方面已做了不少努力，合成了很多类型的蓝色发光材料并且制备了相关器件[12-15]，但多数都没有获得突出的结果。由于LiBq4体系相对分子质量较大，迄今未见有对其进行理论研究的报道.他们通过计算结果表明，各个喹啉环基本保持各自的面共轭结构。计算得到的稳定几何结构和的主要键长。为探讨其发光机理及B和Li元素在其中所起的作用及M―N键的共价性、离子性对发光的影响，为进一步探索合成与设计具有优良性能的蓝色发光材料提供理论依据和指导。

4振动分析

判断分子是否处于稳定构型的一个重要方法是看它的振动光谱是否出现虚频率[16]。刘芳玲，张红梅[17]等对萘及其卤代化合物在B3LYP/6-31G水平下优化了4种化合物的几何构型，在振动分析中，其振动光谱均未出现虚频率，说明构型优化基本合理性。

5前景与展望

近些年来虽然量子化学在研究和分析EL材料方面，解释了一些实验现象，揭示了不少前期未被理解的机理，甚至预期了一些结构性能关系。但量子化学的应用远不止这些。随着量子化学理论不断发展和应用领域的逐渐拓宽，研究方法的不断创新，今后将对电致发光材料的合成和选择提供更好的理论依据和指导。将量子化学与EL材料的性质分析结合起来，才能更好的选择EL材料的构成，合成性能更好的EL材料。

【参考文献】

[1]D.B.Mitzi.Synthesis，structureandpropertiesoforganic-inorganicperovskitesandrelatedmaterials[J].Prog.Inorg.Chem.，1999，48：123.

[2]O.M.Yaghi，H.Li，C.Davis，D.Richardson，T.L.Groy.Syntheticstructure，patternsandemergingpropertiesinthechemistryofmodularporoussolids[J].Acc.Chem.Res.，1998，31：474.

[3]W.Su，M.C.Hong，J.B.Weng，R.Cao，S.F.Lu.Asemiconductinglamellapolymer[Ag（C5H4NS）ln]withagraphite-likeanayofsilver（Ⅰ）ionsanditsanaloguewithalayeredstructure[J].Angew.Chem.Int.Ed.，2000，39：2911.

[4]张勇.生物活性分子的结构和相互作用的理论研究[D].郑州大学，2005.

[5]笪良国，张倩茹.量子化学计算方法及其在结构化学中的应用[J].淮南师范学院学报，07，9（3）：101.

[6]DewarM.J.S，ThesemipiricalApproachtoChemistry[J].IntJQuantumChem，1992，44：427.

[7]苏宇，廖显威，刘珊，邓嘉莉.光谱学与光谱分析[J].2006，26（6）.

[8]廖显威，李来才.几种稠环芳烃EL材料的量子化学研究[J].1999，12（6）.

[9]薛照明，张宣军，田玉鹏，吩噻嗪衍生物EL材料的结构、光谱研究及量子化学计算[J].2002，19（3）.

[10]徐昕，王南钦，吕鑫，张乾.二量子化学的研究现状发展趋势与展望[J].1996，8（1）.

[11]高洪泽，石绍庆，阚玉和.蓝色有机薄膜电致发光材料LiBq4电子结构与电子光谱的量子化学研究[J].2005，37（3）.

[12]AdachiC，TsutsuiT，SaitoS.Bluelitht-emittingorganicelectroluminescentdevices[J].ApplPhysLett，1990，56（9）：293-296.

[13]张晓宏，吴世康，高志强，等.几种吡啉衍生物的光致发光和电致发光特性研究[J].化学学报，1999，58（3）：293-296.

[14]TaoXT，SuzukiH，WadaT，etal.Highlyefficientblueelectroluminescencelithiumtetra-（2-methyl-8-hydroxy-quinolinato）boron[J].JAmChemSoc，1999，121（40）：9447-9448.

[15]GaoZQ，LeeCS，LeeST，etal.Bright-blueelectroluminescencefromasilyl-substitutedter-（phenylene[Z].

半导体材料论文篇3

关键词：半导体，超晶格，集成电路，电子器件

1.半导体材料的概念与特性

当今，以半导体材料为芯片的各种产品普遍进入人们的生活，如电视机，电子计算机，电子表，半导体收音机等都已经成为我们日常所不可缺少的家用电器。半导体材料为什么在今天拥有如此巨大的作用，这需要我们从了解半导体材料的概念和特性开始。

半导体是导电能力介于导体和绝缘体之间的一类物质，在某些情形下具有导体的性质。半导体材料广泛的应用源于它们独特的性质。首先，一般的半导体材料的电导率随温度的升高迅速增大，各种热敏电阻的开发就是利用了这个特性；其次，杂质参入对半导体的性质起着决定性的作用，它们可使半导体的特性多样化，使得PN结形成，进而制作出各种二极管和三极管；再次，半导体的电学性质会因光照引起变化，光敏电阻随之诞生；一些半导体具有较强的温差效应，可以利用它制作半导体制冷器等；半导体基片可以实现元器件集中制作在一个芯片上，于是产生了各种规模的集成电路。这种种特性使得半导体获得各种各样的用途，在科技的发展和人们的生活中都起到十分重要的作用。

2.半导体材料的发展历程

半导体材料从发现到发展，从使用到创新，也拥有着一段长久的历史。在20世纪初期，就曾出现过点接触矿石检波器。1930年，氧化亚铜整流器制造成功并得到广泛应用，使半导体材料开始受到重视。1947年锗点接触三极管制成，成为半导体的研究得到重大突破。50年代末，薄膜生长技术的开发和集成电路的发明，使得微电子技术得到进一步发展。60年代，砷化镓材料制成半导体激光器，固溶体半导体材料在红外线方面的研究发展，半导体材料的应用得到扩展。1969年超晶格概念的提出和超晶格量子阱的研究成功，使得半导体器件的设计与制造从“杂志工程发展到“能带工程，将半导体材料的研究和应用推向了一个新的领域。90年代以来随着移动通信技术的飞速发展，砷化镓和磷化铟等半导体材料得成为焦点，用于制作高速、高频、大功率及发光电子器件等；近些年，新型半导体材料的研究得到突破，以氮化镓为代表的先进半导体材料开始体现出其超强优越性，被称为IT产业新的发动机。

3.各类半导体材料的介绍与应用

半导体材料多种多样，要对其进一步的学习，我们需要从不同的类别来认识和探究。通常半导体材料分为：元素半导体、化合物半导体、固溶体半导体、非晶半导体、有机半导体、超晶格半导体材料。不同的半导体材料拥有着独自的特点，在它们适用的领域都起到重要的作用。

3.1元素半导体材料

元素半导体材料是指由单一元素构成的具有半导体性质的材料，分布于元素周期表三至五族元素之中，以硅和锗为典型。硅在在地壳中的含量较为丰富，约占25%，仅次于氧气。硅在当前的应用相当广泛，它不仅是半导体集成电路、半导体器件和硅太阳能电池的基础材料，而且用半导体制作的电子器件和产品已经大范围的进入到人们的生活，人们的家用电器中所用到的电子器件80%以上元件都离不开硅材料。锗是稀有元素，地壳中的含量较少，由于锗的特有性质，使得它的应用主要集中于制作各种二极管，三极管等。而以锗制作的其他器件如探测器，也具备着许多的优点，广泛的应用于多个领域。

3.2化合物半导体材料

通常所说的化合物半导体多指晶态无机化合物半导体，即是指由两种或两种以上元素确定的原子配比形成的化合物，并具有确定的禁带宽度和能带结构的半导体性质。化合物半导体材料种类繁多，按元素在元素周期表族来分类，分为三五族（如砷化镓、磷化铟等），二六族（如硒化锌），四四族（如碳化硅）等。如今化合物半导体材料已经在太阳能电池、光电器件、超高速器件、微波等领域占据重要的位置，且不同种类具有不同的性质，也得到不同的应用。。

3.3固溶体半导体材料

固溶体半导体材料是某些元素半导体或者化合物半导体相互溶解而形成的一种具有半导体性质的固态溶液材料，又称为混晶体半导体或者合金半导体。随着每种成分在固溶体中所占百分比（X值）在一定范围内连续地改变，固溶体半导体材料的各种性质（尤其是禁带宽度）将会连续地改变，但这种变化不会引起原来半导体材料的晶格发生变化.利用固溶体半导体这种特性可以得到多种性能的材料。

3.4非晶半导体材料

非晶半导体材料是具有半导体特性的非晶体组成的材料，如α-硅、α-锗、α-砷化镓、α-硫化砷、α-硒等。。这类材料，原子排列短程有序，长程无序，又称无定形半导体，部分称作玻璃半导体。非晶半导体按键合力的性质分为共价键非晶半导体和离子键非晶半导体两类，可用液相快冷方法和真空蒸发或溅射的方法制备。在工业上，非晶半导体材料主要用于制备像传感器、太阳能电池薄膜晶体管等非晶半导体器件。

3.5有机半导体材料

有机半导体是导电能力介于金属和绝缘体之间，具有热激活电导率且电导率在10-10～100S·cm的负一次方范围内的有机物，如萘蒽、聚丙烯和聚二乙烯苯以及碱金属和蒽的络合物等.其中聚丙烯腈等有机高分子半导体又称塑料半导体。有机半导体可分为有机物、聚合物和给体-受体络合物三类。相比于硅电子产品，有机半导体芯片等产品的生产能力较差，但是拥有加工处理更方便、结实耐用、成本低廉的独特优点。目前，有机半导体材料及器件已广泛应用于手机，笔记本电脑，数码相机，有机太阳能电池等方面。

3.6超晶格微结构半导体材料

超晶格微结构半导体材料是指按所需特性设计的能带结构，用分子束外延或金属有机化学气相沉积等超薄层生产技术制造出来的具有各种特异性能的超薄膜多层结构材料。由于载流子在超晶格微结构半导体中的特殊运动，使得其出现许多新的物理特性并以此开发了新一代半导体技术。。当前，对超晶格微结构半导体材料的研究和应用依然在研究之中，它的发展将不断推动许多领域的提高和进步。

4.半导体材料的发展方向

随着信息技术的快速发展和各种电子器件、产品等要求不断的提高，半导体材料在未来的发展中依然起着重要的作用。在经过以Si、GaAs为代表的第一代、第二代半导体材料发展历程后，第三代半导体材料的成为了当前的研究热点。我们应当在兼顾第一代和第二代半导体发展的同时，加速发展第三代半导体材料。目前的半导体材料整体朝着高完整性、高均匀性、大尺寸、薄膜化、集成化、多功能化方向迈进。随着微电子时代向光电子时代逐渐过渡，我们需要进一步提高半导体技术和产业的研究，开创出半导体材料的新领域。相信不久的将来，通过各种半导体材料的不断探究和应用，我们的科技、产品、生活等方面定能得到巨大的提高和发展！

参考文献

[1]沈能珏,孙同年,余声明,张臣.现代电子材料技术.信息装备的基石[M].北京：国防工业出版社,2002.

[2]靳晓宇.半导体材料的应用与发展研究[J].大众商务,2009,(102).

[3]彭杰.浅析几种半导体材料的应用与发展[J].硅谷,2008,(10).

[4]半导体技术天地.2ic.cn/html/bbs.html.

半导体材料论文篇4

1渐进均匀化理论及其离散形

均匀化方法是针对周期性分布的复合材料的，首先应假定在宏观上非均匀的复合材料在细观尺度上呈周期性变化，如图1所示。且细观单胞尺度Y相对于宏观结构尺度X是一个很小的量μ，即Y=X/μ(0＜μ＜1)。图中Ω表示宏观区域，结构体受到体积力f，结构体的边界Γt上受到表面力t，Γu为位移被固定的边界。为了方便对均匀化方法进行数值计算，我们将其从张量形式转化成离散形式。宏观有效弹性常数计算式(2)和χkli的求解式(3)经有限元离散后为中:上标e表示单胞的有限元单元;［D］e是单元材料弹性性能矩阵;［B］e是单元的几何矩阵;［χkl］e是相对应单元节点的位移矩阵。

2微结构拓扑优化模型

本文对微结构进行有限元离散后，采用各向同性惩罚(SIMP)材料插值模型，对每个单元设定一个表示单元密度的连续变量x，以x为设计变量，且x∈［0，1］。则单元弹性矩阵与设计变量的关系为对上式参考复合函数微分性质以及周期性函的性质，得到均匀化等效弹性模量的计算公式，具推导过程见文献［9，10］。

3数值算例

微结构的拓扑优化设计区域为一正方形，单胞的三种边界条件如图2所示。实体材料的弹性模量E0=1000，泊松比v=0.3;材料为正交各向异性设计类型选取为平面应变问题，选用正方形四节等参单元。1)过滤半径对优化结构的影响优化目标为maxD11时，即取w=［1，0，0］，网格为20×20，材料体积约束取0.5，取不同的过滤半径进行灵敏度过滤的结果如图3所示。由图3可以看出材料呈水平纤维状，得到的结构水平方向的抗拉性能最优。由迭代收敛曲线及优化结果可以看出，选取过滤半径较小(f=1.4，微观单元边长为1)时，优化结果的棋盘格式有所改善但未完全消除;选取过滤半径f=2.0时，其优化结果最好且收敛速度快;选取过滤半径较大(f=5.0)时，优化构型出现模糊边界，且最优抗拉性能不及f=2.0时得到的最优解。通过引入灵敏度过滤技术棋盘格式得到了抑制，说明本文选用的敏度过滤法可以很好的消除网格依赖缺陷，优化构型。2)网格密度对优化结果的影响优化目标为maxD66，即取w=［0，0，1］，材料体积约束取0.5，网格划分分别取20×20、30×30和40×40得到的优化结果如图4所示。由图4可看出材料沿45°分布，可充分发挥材料的抗剪切能力，即材料获得最大剪切模量。不同的网格密度所得到的优化构型与最大剪切模量基本相等，说明网格疏密对最终拓扑结构的影响不大。网格细化对于得到的最优性能稍微有所提高但影响也不是很大。所以采用20×20的网格就可得到理想的优化结果，且运算时间较短。本文得到的优化构型与文献［11］采用MMA算法计算优化模型所得构型相比，材料分布规律基本相同。)惩罚因子对优化结果的影响优化目标为maxD66，惩罚因子p分别为2、3、4、5和6时，优化迭代曲线如图5所示，分别迭代为44、23、24、22和24步。由图5可知，随着惩罚因子的增加，目标函数收敛加快，但是最优值也随之减小。通过比较分析，惩罚因子为3时，即可加快收敛速度，又能得到较理想的目标函数最优值。本文中目标函数随惩罚因子变化的趋势与文献［13］中最刚微结构优化设计中趋势相似。

4周期性冲孔板设计

冲孔板广泛应用于建筑、机械等领域，如消音设备、制冷设备、音箱、滤清设备等，因而其种类繁多、形状各异。本文将弹性性能作为优化目标对铝合金冲孔板孔型(材料分布)进行设计，使其在不同工况下具有能发挥材料最大潜力的结构。有2A11铝合金(E=0.7×105MPa，ν=0.33)冲孔板孔洞百分比为40%，优化得到冲孔板的双向抗拉性能成一定比例w(w1=max0.5D11+0.5D22，图6a));w2=max0.6D11+0.4D22，图6b)以及最大剪切模量G(图6c))的构型及其优化迭代次数收敛曲线。双向均衡拉伸模量相等时，材料平均分布;当水平方向的比重增加时，材料在水平方向分布量也之增多。通过本文设计的优化模型，在保证材料限定用量的情况下，得到了具有期望力学性能的构件。

半导体材料论文篇5

关键词：光照；电阻率；半导体；光子能量

中图分类号：O611文献标识码：A文章编号：1009-2374（2012）26-0060-02

1概述

电阻率是半导体材料的重要特性参数之一。微区薄层电阻的均匀性和电学特性受到越来越多的关注，因此这对材料电阻率测量的精度就有了更高的要求。我们通常使用四探针测试仪测量半导体材料的电阻率。造成测试仪测量产生误差的原因有很多方面，如测试环境的影响、探针的问题、测试设备的校准以及被测对象自身的影响等。本文主要分析光照对测量精度的影响。

2光的吸收

半导体材料通常能强烈地吸收光能，具有数量级约为105cm-1的吸收系数。吸收系数的大小可以反映半导体材料吸收光能的能力，通常用α来表示。材料吸收光的能力常常与入射光子能量有关。若外界有稳定的一定波长的光照作用在被测硅片表面，半导体材料吸收光辐射能量，从而导致价带中的电子获得足够能量从价带跃迁到导带，在价带中留下空穴，这样在半导体中产生了电子-空穴对，这个过程也被称为本征吸收。要使半导体材料发生本征吸收，入射光子的能量需要满足hν≥Eg的条件，否则电子的跃迁则不能发生。被测硅片样品对不同能量的光子的吸收能力是不同的。图1所示的是硅材料的吸收系数α和入射光子能量hν之间的关系。

3测试条件

测试所用样品的外延层和衬底之间要有pn结隔离，或者外延层的电阻率要比衬底的电阻率小得多。测试仪探针的导电性能要好，与被测材料的接触电势差要小，同时，探针的位置要固定，防止探针游移。

在测量过程中，电流源提供的电流的相对变化不能超过0.05%。工作电流的选择主要取决于被测样品的电阻率大小。如果选取的工作电流过小，则测量电压的难度将提升；选取较大的工作电流可以测得较高的电压值，这可以提高测量的精确性，但是工作电流过大会使得被测样品发热，样品的电阻率随之发生变化，这又降低了测量的精度。所以为了选取合适的工作电流，需要先获得被测样品的I-V特性关系，根据I-V关系将工作电流控制在线性较好的范围内，这样被测样品的电阻率就不会随着电流的变化有过大变化，测量的精度可以得到保证。

一般来说，对于具有较大电阻率的样品，工作电流要选得小一些，而电阻率较小的样品则工作电流可以选得大一些。而在确保电流和电压有足够测量精度的前提下，工作电流应当尽可能选得小一些。

5光照对测试结果影响的分析

6结语

总体而言，随着入射光子能量的增加，硅样品的吸收系数逐渐增大，即表示材料对光子能量较大或频率较大的光吸收能力较强。当入射的光子能量较大，被测硅样品越能吸收入射光的能量，这样则能产生越多的光生载流子，从而使被测样品的电导率升高，电阻率和方块电阻减小，这样就使得电阻率实际的测量值越偏离标称值。当入射光子能量较小或频率较小时，情况则正好相反。另外当入射光频率一定，光强越强产生的光生载流子也越多，也可以使被测样品的实测电阻值小于标称值。正因为在实际测量时，半导体样品不可避免地会处在一定光照条件下，测量过程中光照条件不一样就会使测量电阻率出现的测量误差有所差异。

参考文献

[1]宗祥福，李川.电子材料实验[M].上海：复旦大学出版社，2004.

[2]刘恩科，朱秉升，罗晋生，等.半导体物理学（第四版）[M].北京：国防工业出版社，1994.

[3]DonaldA.Neamen，赵毅强，等.半导体物理与器件（第三版）[M].北京：电子工业出版社，2005.