光電子信息材料發(fā)展綜述

陳海洋 周炯

摘 要：文章主要圍繞光電子信息材料展開分析，其中對光電子信息材料的含義、發(fā)展以及類型等進行了簡單地介紹，然后針對光電子信息材料的應(yīng)用現(xiàn)狀進行了詳細研究，希望可以不斷推動光電子信息材料的發(fā)展進程，為我國相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展提供強大的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：光電子;信息材料;發(fā)展

中圖分類號：TB332 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）02-0251-02

0 引言

近幾年來，我國的經(jīng)濟發(fā)展水平迅速提升，很多行業(yè)都處于高速發(fā)展的過程中，其中信息、計算機等領(lǐng)域的發(fā)展更是快速，我們應(yīng)該明白光電子信息技術(shù)、材料和芯片等是其發(fā)展的基礎(chǔ)，因此，相關(guān)人員應(yīng)當(dāng)不斷提高注意力，推動光電子信息材料的能力建設(shè)。

1 光電子信息材料的含義

光電子信息材料主要是指被應(yīng)用在光電子、微電子以及一些新型的元器件基礎(chǔ)產(chǎn)品領(lǐng)域中的材料，內(nèi)部主要包括很多材料，其中半導(dǎo)體微電子材料的主要代表是單晶硅，光電子材料的主要代表是激光晶體、化合物半導(dǎo)體等，而電子陶瓷材料的代表主要是介質(zhì)陶瓷和熱敏陶瓷。隨著我國經(jīng)濟迅速發(fā)展，信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等領(lǐng)域都處于高速發(fā)展的過程，這些光電子信息材料就是其發(fā)展進步的基礎(chǔ)材料[1]。

2 光電子信息材料的發(fā)展

在1986年就已經(jīng)存在關(guān)于光電子激增的說法，并且很多領(lǐng)域的發(fā)展進步需要光電子信息材料作為基礎(chǔ)，砷化鎵半導(dǎo)體的銷售金額僅僅在1987年就已經(jīng)達到了4億多美元。世界很多國家都認(rèn)識到該領(lǐng)域研究的重要性，日本在光電子領(lǐng)域的研究進程始終保持在前沿狀態(tài)，其在研究中始終將光電信息工程和前沿的光芯片材料擺在發(fā)展的重要位置，而這些研究內(nèi)容中就包括了對光電子信息材料的開發(fā)[2]。

3 光電子信息材料的主要類型

3.1 硅微電子材料

目前，微電子技術(shù)的基礎(chǔ)材料就是硅，研究調(diào)查發(fā)現(xiàn)，硅材料直至21世紀(jì)中期都仍然是微電子技術(shù)的基礎(chǔ)。為了能夠提升微電子技術(shù)等的發(fā)展水平，相關(guān)人員會不斷提高硅集成電路ICs性能價格比，并且在硅單晶的發(fā)展趨勢上會始終將直拉硅單晶直徑的增加作為主要內(nèi)容。近幾年來，研究人員預(yù)計18英寸的硅單晶可能會被投入生產(chǎn)，雖然尺寸在不斷縮小，但是其整體速度和集成度都在不斷增加[3]。

3.2 化合物半導(dǎo)體基高效發(fā)光材料

在實際生產(chǎn)和生活中，相關(guān)人員一直追求通過化合物半導(dǎo)體來實現(xiàn)光電集成，因為光電集成工作需要其擁有很高的發(fā)光效率，所以研究人員將提升化合物半導(dǎo)體材料的發(fā)光效率作為工作的重點，近些年來，該項研究也取得了重要進展。主要的化合物半導(dǎo)體材料包括鎵砷、磷化銦、鋁鎵銦砷等化合物半導(dǎo)體材料體系。

3.3 寬帶隙半導(dǎo)體材料

目前，寬帶隙半導(dǎo)體材料已經(jīng)發(fā)展到了第三代，氧化鋅、碳化硅 以及金剛石等氮化物是其主要的材料，擁有了眾多新型材料的特性。這些半導(dǎo)體材料擁有耐高溫、耐高功率的特質(zhì)，在研究很多耐高溫、高頻大功率以及抗輻照等半導(dǎo)體微電子器件、電路的十分理想和優(yōu)良的基本材料。除此之外，氧化鋅等材料還可以作為短波長光電子材料存在，并在其它器件的制作中發(fā)揮作用[5]。

3.4 納米低維半導(dǎo)體材料

納米低維半導(dǎo)體材料是指自然界中不是天然存在的、現(xiàn)在被人們研究制造的新型材料，主要包括量子阱材料、二維超晶格、零維量子點材料以及一維量子線等，但是這些材料不包括體材料。納米低維半導(dǎo)體材料的研究、制作等工作是在MBE、MOCVD技術(shù)和微細加工技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用基礎(chǔ)上進行的，并且也給量子器件的研制帶來了機會，相關(guān)人員也在不斷地研究中，希望可以更加順利地投入生產(chǎn)[6]。

3.5 其它信息作用材料

在其它信息作用材料中，我們主要介紹存儲材料，當(dāng)前的存儲材料主要有磁記錄材料和信息存儲材料兩種，在使用磁記錄材料進行存儲的過程中，相關(guān)人員早在2006年的時候已經(jīng)實現(xiàn)了磁性材料中磁記錄單元尺寸的最大化。信息作用材料在生產(chǎn)到現(xiàn)在經(jīng)歷了一個長期的演變和發(fā)展過程，由體材料到超薄的微結(jié)構(gòu)材料再到作用集成芯片材料，最后朝著納米材料的方向不斷發(fā)展[7]。

4 光電子檢測和傳感材料

光電子檢測和傳感材料的主要功能就是將從外部獲得的一些電、光或者化學(xué)等目標(biāo)量，然后將這些進行轉(zhuǎn)化，最后成為一種使得操作可以更加便捷的信息形式，光電子檢測和傳感材料要求其對外部的感應(yīng)能力十分靈敏，并且對于抗干擾能力也有很高要求。

4.1 光電子探測和傳感器材料

光電探測器一直被相關(guān)人員應(yīng)用在光電倍增管中，需要在組建光電陰極面的時候依據(jù)波長情況選用合適的材料，同時還要通過玻璃纖維面板實現(xiàn)每一級增強器的溝通。光學(xué)纖維傳感器需要有較高的抗干擾性能和靈敏程度，目前，氟化物玻璃和低損耗石英玻璃是被廣泛應(yīng)用的光學(xué)纖維傳感材料。近幾年來，為了不斷提高光學(xué)纖維傳感器的靈敏性，研究人員逐漸展開對特性光纖的研究[8]。

4.2 激光材料

激光材料一般是激光器的生產(chǎn)原料，各種類型的激光材料被應(yīng)用在不同類型、不同波長激光器的生產(chǎn)過程中，半導(dǎo)體激光器是光電子信息技術(shù)使用中較為重要的一種器件。半導(dǎo)體激光器具有響應(yīng)時間較短、方便集成以及體積微小的特點，新興的調(diào)諧激光晶體屬于固體激光材料，而激光玻璃和激光晶體都是投入到大功率以及高能量固體激光器的研制中。

5 光存儲和顯示用材料光電子信息傳輸材料

5.1 磁記錄材料

當(dāng)前計算機內(nèi)部大多使用二進制數(shù)據(jù)存儲的方式，在內(nèi)部存儲的應(yīng)用中，相關(guān)人員廣泛使用半導(dǎo)體的動態(tài)存儲器。而外部存儲主要由磁記錄的方式實現(xiàn)，在外部存儲中主要包括硬磁盤和軟磁盤，這就是磁記錄材料在計算機存儲工作中的應(yīng)用和體現(xiàn)。

5.2 光存儲材料

在光學(xué)存儲信息的起步階段，照相微縮是主要的方式，隨著激光不斷發(fā)展，光全息存貯手法用于密集信息和三維信息的保存，但是沒有辦法滿足人們對于靈敏度等方面的要求?，F(xiàn)在，數(shù)字化光盤存儲技術(shù)最為先進，并且具有存儲周期長和可靠性高的優(yōu)點。

5.3 光電子顯示材料

計算機終端的顯示器是光電子顯示材料的主要應(yīng)用領(lǐng)域，近幾年來，相關(guān)人員加大了對電致發(fā)光材料方面的研究，對其發(fā)光亮度和電光轉(zhuǎn)換效率有了更高的要求，并且研究人員提出了使用稀土等過渡元素來提升性能的方式。

6 信息的運算和處理材料

非線性光學(xué)介質(zhì)需要按照外部的光、磁場、電以及聲音等目標(biāo)進行轉(zhuǎn)變才可以實現(xiàn)光電子的運轉(zhuǎn)，因此，相關(guān)人員主要針對非線性光學(xué)材料進行研究，其中包括非線性半導(dǎo)體材料和無機非線性光學(xué)材料兩種。

7 光電子信息材料的應(yīng)用現(xiàn)狀

7.1 光電半導(dǎo)體材料

光電材料、電子材料以及儀表材料都是由半導(dǎo)體材料組成的，而光電半導(dǎo)體材料主要被應(yīng)用在光電信息的獲取和傳輸中，硅單晶是最早被應(yīng)用在工業(yè)中的半導(dǎo)體材料，隨著光電半導(dǎo)體材料的不斷開發(fā)，越開越多的化合物半導(dǎo)體材料被研制，然后發(fā)揮著重要作用。

7.1.1 硅微電子技術(shù)材料

微電子技術(shù)是一種高新電子技術(shù)，它主要是將集成電路為核心的各種半導(dǎo)體器件作為基礎(chǔ)，在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)以及硅材料的發(fā)展、研究過程中，硅微電子技術(shù)材料被人們開發(fā)出來，具有可靠性高、質(zhì)量輕以及體積較小的優(yōu)勢，但是人們對于信息的需求量過大，所以硅微電子信息技術(shù)材料難以滿足人們的要求，相關(guān)人員還需要加強對其它材料的研究。

7.1.2 量子級聯(lián)激光器材料

超晶格和量子阱材料已經(jīng)在砷化鎵和磷化銦基的基礎(chǔ)上取得了較大的進步，并且在移動通信和光通信等領(lǐng)域中被廣泛應(yīng)用20世紀(jì)末，量子級聯(lián)激光器材料被發(fā)現(xiàn)，多年以來，其發(fā)展越來越成熟，在自由空間通信和遙控化學(xué)傳感等多方面擁有廣闊的應(yīng)用前景。

7.1.3 光子帶隙材料

光子帶隙材料的概念早在1987年被提出，并且一維光子晶體已經(jīng)被研制出來，近幾年來，隨著二維光子晶體的出現(xiàn)，例如硅基二維光子晶體等，相關(guān)人員將其應(yīng)用在計算機芯片的制作中，可以在很大程度上提高計算機的運行速度。

7.2 納米光電子材料

目前，越來越多的人意識到納米材料的優(yōu)越性和重要性，與此同時，相關(guān)人員展開了對納米磁性材料、納米陶瓷材料、納米信息材料、納米復(fù)合催化劑等多方面的研究，并且將取得的研究成果部分應(yīng)用于實踐，不斷提高其實用性。

7.2.1 納米光電材料的特性

納米材料由于其本身的尺度在宏觀物體和原子簇之間，所以其具有小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)以及量子尺寸效應(yīng)等，同時還會根據(jù)這些效應(yīng)出現(xiàn)眾多不同的特性，而納米光電材料的突出優(yōu)勢就是更具有催化活性。

7.2.2 納米光電材料的研究現(xiàn)狀

目前，在納米光電材料的研究過程中，納米光電子學(xué)逐漸出現(xiàn)在人們的視野中，它是以納米電子器件和納米半導(dǎo)體材料的發(fā)展為基礎(chǔ)，并且現(xiàn)在已經(jīng)成為納米光通信技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵支撐，同時越來越多的人投入到對納米材料的研究中。

8 結(jié)語

根據(jù)文章我們可以發(fā)現(xiàn)，光電子信息材料的發(fā)展已經(jīng)有了很大提升，并且國內(nèi)外都十分重視該領(lǐng)域的研究，我國在這方面的研究雖然落后于國際水平，但是也取得了很大成就，在一些領(lǐng)域中也逐漸加大對這些材料的應(yīng)用，期望光電子信息材料可以進一步發(fā)展。

參考文獻

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