關(guān)于半導(dǎo)體光電信息和功能材料的研究

翁心昊

（湖北第二師范學(xué)院 湖北 武漢 430205）

1 引言

隨著光電信息技術(shù)的發(fā)展成熟，如今光電信息技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于社會(huì)生產(chǎn)領(lǐng)域以及工業(yè)領(lǐng)域，對(duì)于社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展有著重要意義。在光電信息技術(shù)的發(fā)展過(guò)程中，光電信息材料的選擇及材料加工技術(shù)的進(jìn)步對(duì)于光電信息技術(shù)的發(fā)展具有重要意義。

2 光電信息功能材料概述

材料技術(shù)作為各種技術(shù)的研發(fā)先導(dǎo)，對(duì)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和前進(jìn)起著支撐作用，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)于材料的功能提出了更高的要求，而傳統(tǒng)的金屬材料并不具有光子材料特征和電子材料特征，因此，相關(guān)材料研究人員開始尋找具有特殊功能的光電信息材料，最終成功發(fā)現(xiàn)了半導(dǎo)體光電信息材料、納米光電功能材料和光折變功能材料，這些功能性材料的發(fā)現(xiàn)對(duì)于促進(jìn)光電信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有關(guān)鍵意義。

3 光電信息材料的種類

3.1 半導(dǎo)體光電信息材料

半導(dǎo)體材料介于導(dǎo)電體和絕緣體之間，具備將電能轉(zhuǎn)化為光能，將光能轉(zhuǎn)化為電能的特征[1]。加之通過(guò)對(duì)半導(dǎo)體材料進(jìn)行處理還能夠加強(qiáng)放大光電信號(hào)，半導(dǎo)體材料成為近年來(lái)材料研究、領(lǐng)域研究的熱門話題，然而當(dāng)前半導(dǎo)體材料在光電能轉(zhuǎn)化過(guò)程中效率不高，這是制約半導(dǎo)體材料取得進(jìn)一步發(fā)展的主要障礙。在當(dāng)前的半導(dǎo)體材料使用過(guò)程中，又分為以下三種材料類型。

3.1.1 硅材料 硅材料當(dāng)前在光電信息領(lǐng)域中的應(yīng)用比較廣泛，一方面硅材料具有良好的光能轉(zhuǎn)為電能的能力，因此在太陽(yáng)能發(fā)電板的制造過(guò)程中主要是采用硅材料進(jìn)行生產(chǎn)[2]；另一方面，由于硅材料具有良好的信息存儲(chǔ)能力，而且硅結(jié)構(gòu)穩(wěn)定可靠，且質(zhì)量較輕，便于攜帶，因此硅材料在電子信息領(lǐng)域也具有重要作用，成為制造集成電路的主要材料之一，對(duì)于集成電路的質(zhì)量提升發(fā)揮了重要的作用，然而不可忽視的是硅材料具有尺寸方面的限制，尺寸較小的硅材料在信息存儲(chǔ)量和存儲(chǔ)效率方面存在缺陷。而加大硅材料的尺寸則會(huì)導(dǎo)致材料的均勻性下降，因此硅材料這樣的特性無(wú)法滿足當(dāng)前時(shí)代對(duì)于信息傳輸速度的要求，納米級(jí)電子技術(shù)才是未來(lái)電子信息材料新的發(fā)展方向。

3.1.2 量子級(jí)連激光器材料 隨著我國(guó)電子通信行業(yè)的發(fā)展，我國(guó)互聯(lián)網(wǎng)用戶以及移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)用戶數(shù)量激增，不僅如此，用戶們對(duì)電子通信的傳輸速度以及通信傳輸穩(wěn)定性提出了更高的要求，在這樣的背景下量子級(jí)連激光器材料在電子通信領(lǐng)域有了廣泛的應(yīng)用[3]。量子級(jí)連激光材料克服了半導(dǎo)體在應(yīng)用上的部分難題，在軍事以及通信領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用空間。

3.1.3 光子帶隙功能材料 光子帶隙功能材料是晶體材料的一種，光子帶隙功能材料區(qū)別于其他晶體材料的是光子帶隙這一材料中的運(yùn)動(dòng)是按照一定的函數(shù)規(guī)律運(yùn)動(dòng)的，正是基于光子帶隙功能材料這樣的特征，光子帶隙功能材料開始被應(yīng)用于制造計(jì)算芯片，光子帶隙功能材料制造的計(jì)算機(jī)處理芯片與傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)處理芯片相比，傳輸和運(yùn)算數(shù)據(jù)的速度都要快很多，然而光子帶隙功能材料在計(jì)算機(jī)芯片中暫時(shí)未能得到廣泛的應(yīng)用，這主要是由于光子帶隙功能材料的制造難度大、生產(chǎn)成本高導(dǎo)致的。

3.2 納米光電功能材料

納米光電功能材料是當(dāng)前光電通信領(lǐng)域研究的一大重點(diǎn)，納米級(jí)的光電材料與一般的材料相比在光、電、熱方面有了全新的特征，不僅如此由于納米光電功能材料具有小尺寸效應(yīng)，在較小的單位體積內(nèi)有較多的粒子，因此納米級(jí)光電功能材料十分輕便，加之其光電轉(zhuǎn)化效率高，納米光電功能材料在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域以及電子通信領(lǐng)域都具有較為廣泛的應(yīng)用前景。

3.3 光折變功能材料

光折變功能材料是利用光電效應(yīng)的原理改變光在這種功能材料中折射率的一種新型功能材料，光折變功能材料在應(yīng)用過(guò)程中僅需要較小的功率就可以快速對(duì)光學(xué)信息進(jìn)行快速處理和存儲(chǔ)，這使得光折變功能材料在圖像信息處理以及光信號(hào)處理等領(lǐng)域具備應(yīng)用的潛力。

4 光電信息材料的加工工藝

在光信息材料的制作過(guò)程中幾乎都是采用氣相沉積法，但根據(jù)氣相沉積法的不同原理，氣相沉積法又分為以下三種類型。

4.1 物理氣相沉積法

物理氣相沉積法是指將原材料作為待沉積材料，將其放入制備的儀器中，然后用等離子體高速撞擊待沉積材料，在高速撞擊下待沉積材料會(huì)發(fā)生濺射效應(yīng)，而從待沉積材料上濺射出來(lái)的原子將沉積在制備儀器中的基片上，并在基片的表面形成薄膜，而這一薄膜便是光電信息材料成品。物理氣相沉積法目前在半導(dǎo)體材料的生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)用比較多，通過(guò)這一方式能夠成功制作多種質(zhì)量較高的光電信息材料。

4.2 化學(xué)氣相沉積法

盡管化學(xué)氣相沉積法也需要用原材料作為待沉積材料，但與物理氣相沉積法使用高速撞擊待沉積材料不同的是，化學(xué)氣相沉積法是將待沉積材料放置到密閉的容器中，然后向容器中注入與待沉積材料發(fā)生反應(yīng)的氣體，最終生成所需要的光電信息材料。使用化學(xué)氣相沉積法制造光電信息材料的條件較為嚴(yán)格，通常需要在密閉且高溫的環(huán)境下才能夠完成。

4.3 等離子體化學(xué)氣相沉積法

等離子體化學(xué)氣相沉積技術(shù)是借助等離子體使含有薄膜組成原子的氣態(tài)物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，通過(guò)這一方式能夠大大提升化學(xué)反應(yīng)的活性，獲得納米級(jí)的光電信息材料，例如：硅納米復(fù)合薄膜就是通過(guò)這一技術(shù)制造而成的。

5 結(jié)語(yǔ)

光電信息材料是光電通信技術(shù)發(fā)展和前進(jìn)的一大關(guān)鍵性因素，盡管當(dāng)前納米級(jí)光電功能材料、光折變功能材料已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)，為光電信息的進(jìn)一步發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)，然而當(dāng)前科研人員制造和獲取這類光電信息材料的成本還比較高，難以被廣泛地應(yīng)用到社會(huì)生產(chǎn)中去，因此在未來(lái)努力提升光電信息材料制造水平，降低其生產(chǎn)成本也是未來(lái)光電信息材料研究需要努力的一大方向。