半導體概念范文

導語：如何才能寫好一篇半導體概念，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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【關鍵詞】版式設計 教學 整體原則

【中圖分類號】G712 【文獻標識碼】A 【文章編號】1006－9682（2009）02－0091－02

版式設計是設計師必不可少的專業基礎知識，版面設計的好壞直接影響平面設計的質量，所以提高對版面的修養及對版面各種形式語言的探索研究，將有助于更好地掌握設計語言及設計素質的協調發展，有利于學生創新能力的培養。高職藝術設計專業的版式設計課程是該專業的重點課程，通過學習使學生能夠了解版面設計在平面設計中的重要性。理解版面設計是將多種視覺傳達元素，按照審美法則和人們的視覺經驗進行編排組構的一種視覺表達形式。課程要求學生，掌握版面設計的方法和設計程序，以提高靈活運用各種表現手法設計版面的能力。本課程的重點是在案例教學中，培養學生整體把握版式設計中文字、圖形、色彩三要素的構成關系，通過課題設計理解黑、白、灰整體分區概念；點、線、面在版式設計中的運用；各種設計原則及表現。

在版式設計課程的學習中，學生容易關注版式設計中的一些細節，諸如變體字的造型、文字繞圖編排、圖形的特效、過多變化的色彩等，忽略了版面的整體構成，而這卻是版式設計最先應該建立的概念，所以在版式設計的課程教學中如何使學生建立設計的整體觀應該是教學的主要目的，而這些又必須貫徹在教學中，我們嘗試讓學生將編排元素抽象為點、線、面，運用黑、白、灰的構成原理進行整體布局；要求對優秀版式設計的形式語言進行分析；在具體教學環節的實施中強調設計原則的把握，成為版式設計課程教學的重點所在。

一、版式設計中的整體概念

“整體”是版式設計的前提，好的版式設計，最終目的是使版面具有條理性，更好的突出主題，達到最佳的訴求效果。如何幫助學生在版式設計中建立整體概念，我們應從以下兩方面來引導學生：

1．建立信息等級，以明確的主次關系傳遞設計主題。

素描可以通過明暗關系來強調畫面的主次；色彩也能通過冷暖色調的對比來表現空間與光影，突出對主體的烘托。版式設計中，我們同樣把主次關系放在首位，從而提示閱讀者哪些是重要的信息，在哪里能獲得重要的信息。面對紛亂繁雜的信息，版面設計就是要從混亂和隨意中找到條理，給閱讀者提供明確閱讀點。成功的版面設計應該使閱讀者知道哪個信息最重要，應按什么順序來閱讀從而知曉所要表達的主題，這種依信息主次的設計，稱為信息等級編排。即使在似乎偏愛表面視覺混亂的當代設計作品中，設計師也會運用信息等級編排使觀眾理解所要傳遞的主題，便于讀者可以很輕松地理解。

（1）信息等級的建立

在具體設計前，圍繞主題，對文本信息進行認真分析和提練，將文本中相互關聯的內容歸為一類，依信息主次建立起信息等級，編寫出“設計大綱”。例如，將一級標題、二級標題、三級標題、正文等進行樹狀排列，這樣便于設計時對各級標題及正文的字號、字型、色彩進行總體的把握。信息級別的尋找通常以三到四個級別為宜，過多會造成另一種混亂。事實上，“設計大綱”一旦編寫完成，明確的分區也就自然建立起來。

（2）表現元素的選擇

構成版式設計的標題、正文、圖形是版式中的可見元素、或稱正形；不可見的元素是空白空間，又稱負形。在對文本信息進行分類的前提下，選擇可見元素中適合傳遞主要信息的最佳元素，比如圖片或標題字等，在選擇時必須要隨時想到元素中哪些典型的方面或部分能夠集中地提示信息自身。只有通過對文本信息的具體分析，才能在設計中以獨特和精確的形式表現主題，使信息傳遞達到清晰連貫而不至于本末倒置。整體概念就是建立在主題思想的單純而突出的表達之中。

（3）將編排元素抽象化，用以研究黑、白、灰的整體布局。

抽象，就是大腦在完全超脫了具體事物的形象或完全不受它們約束的情況下所進行的組織活動。抽象的形便于我們拋開細枝末節從整體上去把握各編排元素間的構成關系，同時也便于我們運用平面構成中黑、白、灰的構成原理來分析版式中的整體布局。我們在作品分析中，強調將作為正形的編排元素與作為負形的空白空間在視覺上看成一個整體，將其統一歸納為黑、白、灰三種空間層次關系。通過黑、白、灰的明度對比，使主題元素更加突出，各編排元素之間建立起先后順序，使信息層次更加分明，在教學中以平面構成的原理來引導學生把握正負形之間的整體關系。

2．簡潔的圖形構成版式的整體感

整體而不雜亂的版式設計取決于三個方面：其一，編排元素所形成的外輪廓形；其二分區所形成的外輪廓形；其三，空白空間所形成的負形。形與形之間只有具備簡潔的外觀才能使版式呈現出整體的視覺效果。

設計中的簡潔不等于簡單。“簡單”，主要是從量的角度去考慮。它是指某一個式樣中只包含著很少幾個成分，而且成分與成分之間的關系很簡單。如果用這種簡單的形式傳達一種簡單的信息，肯定會產生出簡單的結果，在設計中，只能導致某種厭倦感和單調感。“簡潔”在設計中具有與“簡單”相對立的另一種含義。好的版式設計是把豐富的意義和多樣化的形式巧妙地組織在一個統一的結構中。在這個整體的結構中，所有的細節不僅各得其所，而且各有分工。任何簡潔的形式最終都要傳達出一種遠遠超出形式自身的意義，讓讀者有回味的余地。

構成簡潔的方法有以下幾種：

（1）使圖形具有對稱和規則的輪廓線

根據平面構成的原理，左右對稱的形較之左右不對稱的形容易成為圖，同時形的輪廓線越單純越易成為圖。在版式設計時，我們要習慣于將編排元素抽象化，將它們歸納為一定的抽象圖形，并使形的外輪廓呈現出對稱性和單純性。

（2）整體形應具有單純性

版式設計是由各編排元素的抽象形共同構成的整體結構，這個整體結構也同樣呈現出形的特征，只有當整體形的簡潔程度比各個組成部分的形的簡潔程度高，版式就顯得簡潔，整體就愈顯得統一。但是，如果各個組成部分的形的簡潔程度比整體的簡潔程度高，那么，這些部分形就會從整體中獨立出來，從而破壞整體形的簡潔性。

（3）空白空間應具有形的性質

版式中的空白空間是提供視覺休息的地方，位于圖形與文字之后，但它不僅僅是作為設計的背景而存在，空白空間決定版式設計的整體效果，它是一種實實在在的形狀，與其它編排元素共同構成版面中虛與實錯綜復雜的空間層次。空白空間“形”的性質越明確、形狀越有規律，襯托出其它編排元素相互間的構成就越整體。因此，空白空間應該被和諧、均勻地用在設計中，而不是被四分五裂的分割。設計過程中，要經常審視負形呈現出的整體形狀。

二、通過版式的語言分析建立整體概念

如何在版式設計中進行信息等級的處理以建立整體概念？如何將抽象化了的編排元素以研究黑、白、灰的整體布局呢？我們嘗試從優秀版式設計作品的分析入手，導入課程內容。

1．版式設計中，信息等級處理是成功設計的關鍵。

2．理解黑、白、灰關系在建立版式整體概念中的作用。

在分析作品中黑、白、灰關系時，首先要分析哪些是不變因素，哪些是可變因素。編排元素中，圖片是由攝影師提供給版式設計師的作品，通常為不可變的元素，因此，在有圖片的編排中，首先要分析圖片的明度關系，由此決定其他編排元素在版式中的明度關系，完成版式整體的黑、白、灰布局。

純文本信息包含標題字、副標題、引文、說明文、正文幾部分，是用來構成畫面黑、白、灰關系的主要編排元素。標題區的明度關系可以通過字型、大小、粗細、色彩來表現；正文區可以通過字號、字型、字間間距、行間間距的不同選擇來表現灰度層次，這些可變元素的靈活變化，營造出版面的美感和空間感。

某種程度上，平面設計就是形狀的安排和組織，通過分析作品來建立整體觀，必須在腦中拋開標題、文字、視覺資料和其他元素的含義，抽象的去看待它們，通過將編排元素歸納成幾何形，便于分析形與形之間黑、白、灰的構成關系，領悟如何將編排元素進行整體設計的思路。因此，分析一件設計作品，一定要從“整體”入手。

優秀的版式設計往往是將各種編排元素融為一體，以整體的形式與張力傳遞出視覺信息，從而突出作品的原創主題，使之更具有藝術感染力。我院藝術設計專業版式設計課把培養學生整體把握版式設計中文字、圖形、色彩三要素的構成關系作為課程的重點，難點是把握具體設計內容與形式表現之間的關系，譬如，文字與文字、文字與圖形之間整體與局部的構成關系。根據以上重、難點，我們在教學內容上做了細心的斟酌和篩選，以求有效的培養學生在版式設計中的整體意識。

參考文獻

1 曾 強.版式設計教程.西南師范大學出版社，2006

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關鍵詞：半導體，超晶格，集成電路，電子器件

 

1.半導體材料的概念與特性

當今，以半導體材料為芯片的各種產品普遍進入人們的生活，如電視機，電子計算機，電子表，半導體收音機等都已經成為我們日常所不可缺少的家用電器。半導體材料為什么在今天擁有如此巨大的作用，這需要我們從了解半導體材料的概念和特性開始。

半導體是導電能力介于導體和絕緣體之間的一類物質，在某些情形下具有導體的性質。半導體材料廣泛的應用源于它們獨特的性質。首先，一般的半導體材料的電導率隨溫度的升高迅速增大，各種熱敏電阻的開發就是利用了這個特性；其次，雜質參入對半導體的性質起著決定性的作用，它們可使半導體的特性多樣化，使得PN結形成，進而制作出各種二極管和三極管；再次，半導體的電學性質會因光照引起變化，光敏電阻隨之誕生；一些半導體具有較強的溫差效應，可以利用它制作半導體制冷器等；半導體基片可以實現元器件集中制作在一個芯片上，于是產生了各種規模的集成電路。這種種特性使得半導體獲得各種各樣的用途，在科技的發展和人們的生活中都起到十分重要的作用。

2.半導體材料的發展歷程

半導體材料從發現到發展，從使用到創新，也擁有著一段長久的歷史。在20世紀初期，就曾出現過點接觸礦石檢波器。1930年，氧化亞銅整流器制造成功并得到廣泛應用，使半導體材料開始受到重視。1947年鍺點接觸三極管制成，成為半導體的研究得到重大突破。50年代末，薄膜生長技術的開發和集成電路的發明，使得微電子技術得到進一步發展。60年代，砷化鎵材料制成半導體激光器，固溶體半導體材料在紅外線方面的研究發展，半導體材料的應用得到擴展。1969年超晶格概念的提出和超晶格量子阱的研究成功，使得半導體器件的設計與制造從“雜志工程”發展到“能帶工程”，將半導體材料的研究和應用推向了一個新的領域。90年代以來隨著移動通信技術的飛速發展，砷化鎵和磷化銦等半導體材料得成為焦點，用于制作高速、高頻、大功率及發光電子器件等；近些年，新型半導體材料的研究得到突破，以氮化鎵為代表的先進半導體材料開始體現出其超強優越性，被稱為IT產業新的發動機。

3.各類半導體材料的介紹與應用

半導體材料多種多樣，要對其進一步的學習，我們需要從不同的類別來認識和探究。通常半導體材料分為：元素半導體、化合物半導體、固溶體半導體、非晶半導體、有機半導體、超晶格半導體材料。不同的半導體材料擁有著獨自的特點，在它們適用的領域都起到重要的作用。

3.1元素半導體材料

元素半導體材料是指由單一元素構成的具有半導體性質的材料，分布于元素周期表三至五族元素之中，以硅和鍺為典型。硅在在地殼中的含量較為豐富，約占25%，僅次于氧氣。硅在當前的應用相當廣泛，它不僅是半導體集成電路、半導體器件和硅太陽能電池的基礎材料，而且用半導體制作的電子器件和產品已經大范圍的進入到人們的生活，人們的家用電器中所用到的電子器件80%以上元件都離不開硅材料。鍺是稀有元素，地殼中的含量較少，由于鍺的特有性質，使得它的應用主要集中于制作各種二極管，三極管等。而以鍺制作的其他器件如探測器，也具備著許多的優點，廣泛的應用于多個領域。

3.2化合物半導體材料

通常所說的化合物半導體多指晶態無機化合物半導體，即是指由兩種或兩種以上元素確定的原子配比形成的化合物，并具有確定的禁帶寬度和能帶結構的半導體性質。化合物半導體材料種類繁多，按元素在元素周期表族來分類，分為三五族（如砷化鎵、磷化銦等），二六族（如硒化鋅），四四族（如碳化硅）等。如今化合物半導體材料已經在太陽能電池、光電器件、超高速器件、微波等領域占據重要的位置，且不同種類具有不同的性質，也得到不同的應用。。

3.3固溶體半導體材料

固溶體半導體材料是某些元素半導體或者化合物半導體相互溶解而形成的一種具有半導體性質的固態溶液材料，又稱為混晶體半導體或者合金半導體。隨著每種成分在固溶體中所占百分比（X值）在一定范圍內連續地改變，固溶體半導體材料的各種性質（尤其是禁帶寬度）將會連續地改變，但這種變化不會引起原來半導體材料的晶格發生變化.利用固溶體半導體這種特性可以得到多種性能的材料。

3.4非晶半導體材料

非晶半導體材料是具有半導體特性的非晶體組成的材料，如α-硅、α-鍺、α-砷化鎵、α-硫化砷、α-硒等。。這類材料，原子排列短程有序，長程無序，又稱無定形半導體，部分稱作玻璃半導體。非晶半導體按鍵合力的性質分為共價鍵非晶半導體和離子鍵非晶半導體兩類，可用液相快冷方法和真空蒸發或濺射的方法制備。在工業上，非晶半導體材料主要用于制備像傳感器、太陽能電池薄膜晶體管等非晶半導體器件。

3.5有機半導體材料

有機半導體是導電能力介于金屬和絕緣體之間，具有熱激活電導率且電導率在10-10～100S·cm的負一次方范圍內的有機物，如萘蒽、聚丙烯和聚二乙烯苯以及堿金屬和蒽的絡合物等.其中聚丙烯腈等有機高分子半導體又稱塑料半導體。有機半導體可分為有機物、聚合物和給體-受體絡合物三類。相比于硅電子產品，有機半導體芯片等產品的生產能力較差，但是擁有加工處理更方便、結實耐用、成本低廉的獨特優點。目前，有機半導體材料及器件已廣泛應用于手機，筆記本電腦，數碼相機，有機太陽能電池等方面。

3.6超晶格微結構半導體材料

超晶格微結構半導體材料是指按所需特性設計的能帶結構，用分子束外延或金屬有機化學氣相沉積等超薄層生產技術制造出來的具有各種特異性能的超薄膜多層結構材料。由于載流子在超晶格微結構半導體中的特殊運動，使得其出現許多新的物理特性并以此開發了新一代半導體技術。。當前，對超晶格微結構半導體材料的研究和應用依然在研究之中，它的發展將不斷推動許多領域的提高和進步。

4.半導體材料的發展方向

隨著信息技術的快速發展和各種電子器件、產品等要求不斷的提高，半導體材料在未來的發展中依然起著重要的作用。在經過以Si、GaAs為代表的第一代、第二代半導體材料發展歷程后，第三代半導體材料的成為了當前的研究熱點。我們應當在兼顧第一代和第二代半導體發展的同時，加速發展第三代半導體材料。目前的半導體材料整體朝著高完整性、高均勻性、大尺寸、薄膜化、集成化、多功能化方向邁進。隨著微電子時代向光電子時代逐漸過渡，我們需要進一步提高半導體技術和產業的研究，開創出半導體材料的新領域。相信不久的將來，通過各種半導體材料的不斷探究和應用，我們的科技、產品、生活等方面定能得到巨大的提高和發展！

參考文獻

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[3]彭杰.淺析幾種半導體材料的應用與發展[J].硅谷, 2008,(10).

[4]半導體技術天地.2ic.cn/html/bbs.html.

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【關鍵詞】微小的間隙 接觸電阻 接觸電動勢 單向導電

1 前言

提起PN結，大家都知道它具有正向導通、反向截止的特性，但PN結為何具有單向導性呢？這個問題就復雜了，現在比較流行的是引入一個“空間電荷區”的概念來解釋的，這就需要從PN結的構造說起。

2 PN結的單向導電性

半導體具有摻雜性，P型和N型半導體就是利用在本征半導體也就是純凈的半導體中摻入不同價位的雜質元素而形成的。P型也叫空穴型半導體，它是在硅、鍺等4價元素中摻入3價的硼、鋁等受主雜質，在其共價鍵結構中缺少1個電子而形成空穴（見圖1）。N型半導體則在硅、鍺等4價元素中摻入5價的施主雜質磷、銻等，這時就會在共價鍵中多出一個電子而形成自由電子（見圖2），因此半導體就具有了兩種載流子――電子和空穴對。在P型半導體中空穴是多子、電子是少子；N型半導體則相反，電子是多子、空穴是少子。

如果通過光刻和雜質擴散等方法就能將一塊半導體分成P型半導體和N型半導體兩部分，它們之間就是一個PN結。它是構成半導體器件的基礎，其實一個二極管就是一個PN結。那么PN結是怎么具有單向導電性的呢？

通常的說法是在不加外電壓時，這個PN結中P區的多子是空穴，N區的多子是電子（通常只考慮多子），因為濃度差，載流子必然向濃度低的方向擴散。在擴散前，P區與N區的正負電荷是相等的，呈電中性。當P區空穴向N區移動時，就在PN結邊界處留下了不能移動的負離子，用帶藍圈的負電荷表示； 當N區自由電子向P區移動時， 就在PN結邊界處留下了不能移動的正離子，用帶紅圈的正電荷表示，這樣就在空間電荷區內產生了一個內建電場Upn，電場的方向是由N區指向P區的。在擴散作用下隨著Upn增大，載流子受到電場力Upn的作用而做漂移運動，它的方向與擴散運動相反，最終使載流子擴散與漂移達到動態平衡，形成了空間電荷區，如圖3所示。

當外加正向偏壓時，電源E提供大量的空穴和電子，E的電場方向與Upn的電場方向相反，空間電荷區被兩種載流子復合而消弱變窄，載流子容易通過擴散加強，呈現低阻狀態。

當外加反向偏壓時，它的電場方向與Upn的電場方向一致，空間電荷區被增厚變寬，載流子不易通過擴散減弱，呈現高阻狀態。此時僅有兩側的少子，也就是N區的空穴和P區的電子在Upn電場力作用下做漂移運動，形成較小的反向飽和電流IS，直至擊穿為止，其電流按二極管方程規律變化，這就是PN結的單向導電性原理。

在“空間電荷區”的概念里認為空穴和電子是可以自由移動的， PN結兩側的正負離子是不能移動的，“空間電荷區”的厚度決定了通過PN結電流的大小。但如果把“空間電荷區”看作是一個“微小的間隙”，即把它等效為一個接觸電阻，可能就更容易理解，更能反映PN結的單向導電性實質了。我們知道當電源E一定時，電流I的大小主要取決于導線電阻中能夠參與導電的載流子的多少，而在整個回路中PN結相對于其它導體原件能夠參與導電的載流子最少，也就像一道閘門，它的微小間距也就是它的接觸電阻決定了回路主要電流的大小。當PN結間隙小時接觸緊密，接觸電阻小；當PN結間隙大時接觸不緊密，接觸電阻大，因此PN結邊界處的接觸電阻是PN結導電的關鍵。

那么，PN結邊界處的接觸電阻又與誰有關呢？我們知道由于摻雜的原因，P區產生的空穴與N區產生的電子一定會相互吸引，它們必然向PN結邊界聚集，形成如圖4所示的接觸電動勢Epn。

當沒有外加電壓時，載流子要想通過PN結，就必須獲得足夠的能量，因此只有少部分高能的載流子才能夠穿過PN結與之復合，不能復合的空穴和電子就形成了一個由P區指向N區的接觸電動勢，其實質就是一個具有電源性質的接觸電動勢Epn，它與Upn方向相反。接觸電動勢Epn的存在是載流子擴散運動的結果。

當外加正向電壓時，電源E與接觸電動勢Epn方向相同，相互疊加。電源正極發出的正電荷與N區的自由電子相互吸引，電源負極發出的負電荷與P區的空穴相互吸引，PN結之間接觸更加緊密，它們之間的“微小的間隙”變窄，從而接觸電阻減小，PN結對外呈現低阻性。

當外加反向電壓時，電源E與接觸電動勢Epn方向相反，相互抵消。電源負極發出的負電荷與N區的電子相互排斥，電源正極發出的正電荷與P區的空穴相互排斥，PN結之間接觸不再緊密，它們之間的“微小的間隙”變寬了，從而接觸電阻增大，PN結對外呈現高阻性。

實際上，PN結由于各種材料的不同，它們的正反向電特性也即接觸電阻就會不完全對稱，這種材料的不對稱就造成了PN結正反向電阻值的差異，它會在一定的電壓范圍內呈現出較為明顯的不對稱性，也就是PN結的“單向導電性”。

3 總結

以上就是我對PN結單向導電性內部導電的原理分析，但對于“空間電荷區”的概念也有許多不同的理解，盡管關于PN結的那些推倒式也是基于導體內粒子的數學模型建立起來的，但對于那些令人匪夷所思的推倒式還是仁者見仁，智者見智。有人不認同“空穴”的存在，認為它是虛無縹緲的東西，是人為制造的名詞。有人認為既然只有半導體含有“電子空穴對”、導體只有自由電子，那金屬導線怎么傳輸空穴呢？只在半導體內部激發再復合嗎？還是……等等。盡管更多的人認為半導體中空穴不能移動，只是電子在導電，但這并不能否定空穴的存在，從物理學角度出發，電子應該與空穴是同時存在的，只是空穴就是一個空位，不能移動而已。因此，如果把空間電荷區看作是一個“微小的間隙”，引入一個接觸電阻或接觸電動勢的概念就能很好的解釋半導體PN結的單向導電性了。

以上就是我對PN結的單向導電性原理的分析與理解，由于水平有限，難免有認識上的錯誤，請同志們提出寶貴意見，共同探討。

參考文獻

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[2]清華大學電子工程、工業自動化系編.晶體管電路[M].北京：高等教育出版社，2013.

[3]謝嘉奎，宣月清，謝洪編.電子線路-線性部分[M].北京：高等教育出版社，2009.

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關鍵詞：半導體光電；研究型；實踐；教學探索

中圖分類號：G42 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）07-0123-02

近幾年來，隨著半導體電子產業和光學專業的快速發展，半導體光電正逐漸成為一門新興的學科。半導體光電技術是集現代半導體技術、電子學技術和光學信息處理技術等學科于一體的綜合性學科，要求學生具有扎實的半導體物理、光電子、數學和計算機等基礎知識。該學科作為光、機、電、算、材一體的交叉學科，專科課程較多，涉及知識面較廣，有其自身的課程特點：既要講授半導體相關的專業知識，又要補充光電專業的知識，還要加強數理基礎理論教學；既要圍繞半導體光電專業核心，又要涉足其他專業領域；既要重視教學方法，提高教學質量，又要加強前沿知識的學習和科研，不斷更新知識體系，將最新的行業信息灌輸給學生。同時，隨著近年來固態半導體LED照明技術、半導體激光、太陽能光伏和半導體探測器等高新行業的蓬勃發展，需要大量的具有創新研究能力的技術人才來從事半導體光電材料、器件以及系統的研究和開發。這就需要高校培養具有動手能力強，基礎知識扎實，綜合分析能力優秀的研究型人才。但是目前高校半導體光電學科的教學普遍停留在理論層面，缺乏實踐性內容的提升。因而作為一門實用性很強的專業，應著重加強理論與實踐相結合的全面教學，逐步開展研究性課程的教學探索，打破傳統的教學理念，以形成學生在課程學習中主動思考探索并重視創新叉研究的積極教學模式，為半導體光電學科建立一個全新的培養方式。

一、理論教學中創設前沿性課題，引導學生進行探究性學習

在傳統的教學模式中，專業課程的講授主要依靠講解概念、分析原理、推導公式、得出結論。而學生就是按部就班地記筆記、做習題、應付考試。課堂教學效果完全取決于教師的教學經驗，最終學生所接受的知識也僅僅停留在課本的層面，這完全達不到迅猛發展的高新的半導體光電學科的培養要求。這就需要教師打破傳統的教學理念，開展研究性的教學方式。研究性教學是以學生的探究性學習為基礎，教師提出一些創新性的問題，以及與專業相關的一些前沿性科技專題報道，學生在創新性的問題中，借助課本提供的基礎理論和教師提供的相關資料，借鑒科學研究的方法，或獨立探索、或協作討論，通過探究學習、合作學習、自主學習等方式最終找到解決問題的方案，甚至提出更具有創新性的思路。因此，在教學過程中，我們應嘗試減少課堂講授時間、增加課堂討論時間，有意識地提出一些較深層次的問題：如提高太陽能電池的光電轉換效率的方法、新型的半導體材料制作光電器件的優異性等，有針對性地組織專題討論。考核方式以課程設計或者專題論文的形式進行，以培養學生的思考和創新研究能力。此外，要重視階段性總結和檢查工作，培養學生綜合素質和能力。教師在注重教學方式改進的同時，也要重視學生學習效果的階段性檢查和總結。傳統的課堂教學是以作業為考察標準，這種考察的弊端是給學生提供了抄襲作業的機會，學習效果不佳。因此應考慮采取多元化的檢查方式，增加檢查手段。可以讓學生將多媒體課件與教材和參考書相結合，根據教師在課堂教學中指出的難點和重點，單獨總結出學習筆記，并進行定期檢查。

二、建立半導體專業與光電專業協同的教學環境

半導體光電從理論上來講是研究半導體中光子與電子的相互作用、光能與電能相互轉換的一門科學，涉及量子力學、固體物理、半導體物理等一些基礎學科；從實踐層面來講，也關聯著半導體光電材料、光電探測器、異質結光電器件及其相關系統的研究。因此，在理論上應鼓勵教師根據教學情況，編寫有針對性的，并且包含基礎物理學、半導體電子學、光學和系統設計等具有交叉性理論的教材和講義，提升學生在半導體光電交叉領域的理論基礎。同時需要組織和調動各層次教師，建設教學研究中心。結合老教師的經驗和青年教師的創意，共同進行教學改革探索。另外，實現半導體光電學科的教學探索，不僅需要專業教師改進和完善課堂教學措施，提升教學水平和質量，同時也需要專業的半導體光電材料生長、器件制備和檢測設備，以及專業設計軟件供教學和科研使用。該學科的性質決定了教學的內容不能僅僅局限于理論方面，還需要實驗方面的補充和實踐，從而可以從軟件和硬件雙方面實現協同的教學環境。在具體的操作過程中，以光譜分析為例，傳統的光譜分析光源采用的是一些氣體激光器，我們可以在教學中利用新型的半導體固體激光器來替代傳統的氣體激光器，將半導體光電器件和光學系統有機結合起來，提供兩者協同的新型設備。指導學生在實驗中分析新型的光譜系統和傳統系統的優劣性，以及如何在現有的基礎上改進系統，提高系統的使用性能，在教學中鍛煉學生的協同學科的技能性訓練。進一步可以引入顯微鏡成像技術，采用簡易的一些光學元器件，在實驗室內讓學生動手搭建顯微成像設備，鍛煉學生對光學系統的整體認知能力，并且可以提升傳統設備的應用范圍。這一系列交叉協同教學實驗的建立有利于打破教學和研究的界限，打破學科的界限，突出半導體光電學科的交叉性特點，促進學生知識的全面性掌握，為研究型的教學模式開辟新的途徑。

三、建立前沿性半導體光電專業實驗教學平臺

半導體光電涉及的領域很廣泛，單純的理論教學不能滿足學生對于高新的工程應用的直觀認識，許多設備和器件只闡述其工作原理，概念比較抽象，學生不易理解。因而需要重視研究型實踐教學。在條件允許的情況的，將半導體材料生長和器件制造設備引入課堂，讓學生深刻掌握器件的制造流程。同時可以引入先進的光電檢測設備，讓學生開展一些器件的檢測實驗，在實驗過程中熟悉器件和光電系統的工作原理，可以起到事半功倍的作用。同時還可以讓學生在實踐中不斷思考和探索一些前瞻性的科學研究問題。以半導體LED光電器件為例：由于LED材料和器件制造設備較為精密、價格昂貴、不易獲取。在理論課程后，可以引用適當的LED材料生長設備MOCVD的一些生長過程的實物圖片和視頻，以及半導體器件制備的薄膜沉積、光刻制作和刻蝕工藝的流程圖和視頻，讓學生盡可能地將抽象的理論與具體實踐聯系起來。此外，購置現成的LED器件和光電檢測設備，利用光電測試設備對LED器件開展一些電學和光學性能的檢測，在測試過程中讓學生對LED光電轉換基本原理和不同測試條件對器件光電性能影響的物理機制開展探索性研究。對于阻礙LED發展的一些前沿性難題進行深刻的思考和分析，提出合理的改進和解決方案。基于學科的科研實驗條件，我們還可以提出項目教學法，把教學內容通過“實踐項目”的形式進行教學，為了能夠一個半導體和光電專業相協同的實驗平臺，可以設置一個系統的實驗項目包含多門課程的知識。項目教學是在教師的指導下，將相對獨立的教學內容相關的項目交由學生自己處理。信息的收集，方案的設計，項目實施及最終評價報告，都由學生負責完成，學生通過該項目的進行，了解并把握實驗制造和檢測得整個過程及每一個環節的基本要求，教師在整個過程中主要起引導作用。以此來培養學生的實踐性、研究性學習能力，讓學生扮演項目研究者的角色，在研究項目情景的刺激下及教師的指導下主動開展探究活動，并在探究過程中掌握知識和學習分析問題、解決問題的方法，從而達到提高分析問題、解決問題能力的目的。這樣才具備一門前沿性的學科所應該達到的理想效果。

四、建立專業校企合作基地

半導體光電專業需結合地域經濟發展特點，建立專業的校企合作基地。校企合作是高校培養高素質技能型人才的重要模式，是實現高校培養目標的基本途徑。以江南大學為例，可以依據無錫當地工業的發展中心，與半導體光電類企業，如無錫尚德太陽能股份有限公司、江蘇新廣聯LED器件制造企業、LED照明企業實益達、萬潤光子等公司進行深入合作，建立企業實訓創新基地及本科生、研究生工作站。定期組織學生去企業進行參觀，了解半導體光電類產品的產線制造過程。還可以安排有興趣的學生在學有余力的同時進入企業進行實習，使學生能夠將課堂的理論知識應用到實際的應用生產中，并且可以利用理論知識來解決實際生產中所遇到的一些問題。以實際產線的需求分析為基礎，結合理論教學的要求，建立以工作體系為基礎的課程內容體系；實施綜合化、一體化的課程內容，構建以合作為主題的新型課堂模式，做到教室、實驗室和生產車間三者結合的教學場所。最終積累一定的合作經驗后，校企可以合作開發教材，聘請行業專家和學校專業教師針對課程的特點，結合課堂基礎和生產實踐的要求，結合學生在相關企業實訓實習的進展，編寫出符合高校教學和企業生產需求的新型校企雙用教材。

綜上所述，要開展研究型半導體光電類課程的教學探索，首先要突破傳統的理論教學模式，根據課堂教學需求，改善課堂教學措施，形成有創意、有個性化的課堂特色，旨在培養學生的創新思維能力。

參考文獻：

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關鍵詞 半導體物理學 課程探索

中圖分類號：G642.421 文獻標識碼：A 文章編號：1002-7661（2016）02-0001-01

信息技術的基礎是微電子技術，隨著半導體和集成電路的迅猛發展，微電子技術已經滲透到電子信息學科的各個領域，電子、通信、控制等諸多學科都融合了微電子科學的基礎知識。《半導體物理學》是微電子技術的理論基礎，是電子科學與技術、微電子學等專業重要的專業基礎課，其教學質量直接關系到后續課程的學習效果以及學生未來的就業和發展。但是，《半導體物理學》具有理論性強、教學模式單一、教學內容更新慢等特點，使得學生在學習過程中存在一定的難度。因此，本文從課堂教學實踐出發，針對目前教學過程中存在的問題與不足，對微電子專業的《半導體物理學》課程進行探索。

一、教學內容的設置

重慶郵電大學采用的教材為電子工業出版社劉恩科主編的《半導體物理學》，該教材具有知識體系完善、涉及知識點多、理論推導復雜、學科交叉性強等特點，需要學生有扎實的固體物理、量子力學、統計物理以及數學物理方法等多門前置學科的基礎知識。另外，我們開設的學生對象為微電子相近專業的學生，因而在課程內容設置時有必要考慮學生知識水平及其知識結構等問題。雖然微電子學相近專業開設了大學物理等課程，但是大部分專業未開設量子力學、固體物理及熱力學統計物理等前置課程，學生缺少相應的背景知識。因此，我們在《半導體物理學》課程內容設置上，需要將部分量子力學、固體物理學及統計物理學等相關知識融合貫穿在教學中，避免學生在認識上產生跳躍。

從內容上，依據課程大綱《半導體物理學》主要分為兩大部分，前半部分著重介紹半導體的電子狀態及對應的能帶結構，電子有效質量、雜質和缺陷能級、載流子的統計分布，半導體的導電性與非平衡載流子，在此基礎上進一步闡述了費米能級、遷移率、非平衡載流子壽命等基本概念；后半部分對典型的半導體元器件及其性能進行了深入分析。基于以上分析，半導體物理課程對授課教師要求較高，需要教師采用多樣化的教學手段，優化整合教學內容，注重理論推導與結論同相關電子元器件的實際相結合，使學生較好地理解并掌握相關知識。

二、教學方法與教學手段

為了讓學生能較好地掌握《半導體物理學》中涉及的理論及模型，需要采用多樣化的教學方法和手段。基于《半導體物理學》課程的特點，在傳統黑板板書基礎上，充分利用PPT、Flash等多媒體軟件，實物模型等多種信息化教學手段，模擬微觀過程，使教學信息具體化，邏輯思維形象化，增強教學的直觀性和主動性，從而達到提高課堂教學質量的目的。

三、考核方式的改革

為了客觀地評價教學效果和教學質量，改革考核方式是十分必要的。針對《半導體物理學》課程特點，對考核方式作如下嘗試：（1）在授課過程中，針對課程的某些重點知識點，設計幾個小題目，進行課堂討論，從而增強學生上課積極性及獨立思考能力；（2）學期末提交針對課程總結的課程論文，使學生在對課程有更深入了解的同時激發學生的創造積極性。

《半導體物理學》是微電子技術專業重要的專業基礎課，為后續專業課程的學習打下理論基礎。要實現《半導體物理學》這門課的全面深入的改革，還有待與同仁一道共同努力。

參考文獻：

[1]湯乃云.微電子專業“半導體物理”教學改革的探索[J].中國電力教育，2012，（13）.

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本征半導體摻雜后就是雜質半導體，非四價原子與四價原子在形成共價鍵中，得到電子成為負離子，失去電子成為正離子。N型半導體就是本征半導體摻入施主雜質所形成的，一個施主雜質原子在形成一個自由電子過程中變成了一個固定而不能移動的正離子，電子則為多數載流子，而本征激發產生的空穴只是少數載流子。相反，P型半導體則是本征半導體摻入受主雜質形成的，一個受主雜質原子在形成一個空穴過程中變成了一個固定而不能移動的負離子，空穴則為多數載流子，而本征激發產生的電子只是少數載流子。正是本征半導體摻雜后的得與失，使得雜質半導體的載流子數量有了量以及性質的改變，相對本征半導體的導電能力有了一定的提高，但并沒有帶來質的改變，所以，一般不會作為普通導體應用。

二、PN結的失與得

PN結就是得與失的產物。P型半導體與N型半導體的交界面因多子極型以及濃度差別，形成多子擴散運動，N區的電子擴散到P區，P區的空穴擴散到N區，在交界區域原有的電中性被破壞，P區失去空穴留下了不能移動的雜質負離子，N區失去電子留下不能移動的雜質正離子。這些不能移動的帶電粒子集中在P區與N區交界面附近，形成空間電荷區。空間電荷區的逐步建立削弱了多子的擴散，而增強了少子的漂移。當多子擴散運動與少子漂移運動保持一種動態平衡時，交界面形成穩定的空間電荷區，即PN結。兩種不同極型的雜質半導體在交界面失去多子的過程，得到了一種導電性能獨特于雜質半導體導電能力的介質，帶來了半導體導電能力質的突變，這就是PN結的單向導電性，即正向偏置導通，反向偏置截止。復合的PN結，在制作工藝上的差別，分別有雙極型晶體管與單極型晶體管。晶體管在合理偏置下導電性能表現了特有的控制性能，即電流控制型的雙極型晶體管和電壓控制型的單極型晶體管。

三、放大電路的得與失

晶體管器件在“合理偏置以及順暢的交流通道”原則下就可以構建一個放大電路，一個微弱的輸入信號從輸入端引入，在輸出端得到一個幅值足夠的輸出信號，表現了小幅度的模擬量通過放大電路后得到了大幅值的模擬量，淋漓盡致地表現出信號幅值放大的概念。殊不知，這種放大電路的“放大”理解是表面的，是片面的，只看到“得”的現象，而沒看到“失”的本質。在放大電路中，工作電源不僅僅只是提供合理的偏置，更主要擔負著能源作用。放大電路僅僅只是一個信號幅值變換的平臺，微弱的輸入信號能源通過晶體管的控制作用改變著工作電源在輸出負載上的能量消耗。最常見的一個事例就是人們日常使用的收音機，收音機就是一個典型的放大電路。手持式收音機沒有電池，不可能發聲，裝上電池后就可以接收電臺信號，伴隨聽的時間與音量的大小，電池的消耗程度或使用時間就會不同。沒有收音機，人們不可能感受到空中的電磁波能量，有了收音機而沒有電源也聽不到悅耳的音樂，電池能耗使用殆盡了也享受不了。所以，嚴格意義上的放大電路是一個能源控制電路，放大電路的本質是弱小能量對大能量的控制。放大電路表面上得到了信號的幅值增大，實質上消耗了電源電能。

四、差分電路的失與得

單級放大電路的放大能力是有限的，總期望多級放大。多級放大電路是由若干級單級放大電路所組成，這樣單級放大電路之間就存在耦合關系，直接耦合是多級放大電路的典型結構形式，直接耦合的多級放大電路最突出的弊端就是零點漂移，零點漂移最核心的表現形式就是溫漂，解決零點漂移最有效的手段就是差分電路。差分電路由兩個特性完全一致的單級放大電路復合而成，表現在晶體管的特性一致，晶體管偏置電路器件參數一致。差分電路從理論到實用經歷了三個演變，即基本式差分電路、長尾式差分電路、帶恒流源的差分電路，這三個演變唯一不變的就是基本結構不變。通過電路分析不難得出結論，差分放大電路的差模增益與單級放大電路的增益是一樣的，然而，差分電路的共模增益接近零，有較大的共模抑制比，可以很好地抑制溫漂，而單級放大電路就無法解決溫漂問題。第一級放大電路溫漂決定了多級放大電路的溫漂，所以，集成運放的第一級總是差分輸入級。可見，差分電路通過“失去”硬件（增加結構等價的電路，增大電路成本），得到了對共模信號的抑制能力，而并不改變對差模信號的放大能力。

五、帶寬增益積的得與失

考核放大電路的性能表現在增益、峰峰值、輸入電阻、輸出電阻、帶寬、失真度、輸出功率與效率等參數中，它們取決于放大電路組態、晶體管特性、電源以及應用的方式。在放大電路的時域分析過程中，總是期望放大電路的放大倍數越大越好，一級放大能力不夠就采取多級放大，以提高放大增益；在放大電路的頻域分析過程中，總是期望放大電路有很小的下限頻率和很大的上限頻率，頻率響應范圍越寬越好，即帶寬值越大越好。帶寬是上限頻率與下限頻率的差值，提高帶寬的有限手段就是盡可能提高放大電路的上限頻率值。通過電路的頻域分析可以發現，提高上限頻率與提高放大電路的增益是矛盾的，一旦當放大電路的晶體管選定之后，帶寬與增益之積是一個常數，放大電路的放大倍數增大幾倍，相應地該電路的帶寬就會減小幾倍，實際中，既要提高放大電路的增益又要擴展放大電路的帶寬，總是選取基區體電阻小、發射結與集電結電容效應小的高頻放大管。可見，放大電路帶寬增益積概念表現了得與失的理念，欲想得到較大的增益，必然失去頻率響應的范圍。

六、反饋放大電路的得與失

反饋是自動控制的一個重要概念，反饋放大電路是提高放大電路放大性能的重要手段，在電子技術應用中運用極為普遍。負反饋放大電路中，輸出信號部分或全部反送到輸入端削弱輸入信號，使得閉環增益相對開環增益減小了反饋深度倍，表面上損失了放大電路的增益，然而，對放大電路的其他性能技術指標得到了極大的改善，表現在增益的穩定性得到了提高；環內的噪聲干擾抑制能力以及非線性失真得到了改善；電路的帶寬得到了擴展；輸入電阻與輸出電阻得到了相應的改善。如電壓串聯負反饋放大電路，增大了輸入電阻，有助于電壓輸入信號的放大；減少了輸出電阻，有利于輸出電壓的穩定性。正反饋放大電路中，輸出信號部分或全部反送到輸入端增強輸入信號，閉環增益相對開環增益進一步增大，這是信號發生電路擾動起振的必然要求。信號發生器不會有輸入信號或者說就是一個零輸入電路，電路接通電源瞬間形成電路換路情形，通過正反饋選頻網絡（RC或LC選頻網絡）把輸出端的信號有頻率選擇性地反送到輸入端不斷放大，這種無止境的放大也必然帶來輸出信號的非線性失真，所以在電路中為了防止輸出信號的非線性失真，總是需要設置輸出穩幅網絡。可見，信號發生電路由放大電路、正反饋選頻網絡、穩幅網絡三部分組成。穩幅的有效措施就是負反饋，所以，信號發生電路必須維持正反饋特性與負反饋特性的動態平衡。負反饋放大電路失去了增益，得到了電路性能技術指標的改善；正反饋放大電路得到了增益的“膨脹”，失去了輸出信號的線性度，實際中為了挽回這種“失”，再次引入負反饋特性。

七、橋式整流的得與失

小功率直流穩壓電源中整流的任務就是把交流電轉換成直流電，衡量整流電路性能的主要參數表現在兩個方面：（1）表征整流電路質量的參數，有輸出電壓和脈動系數；（2）表征整流電路對整流元件要求的參數，有正向工作電流和反向峰值耐壓。半波整流輸出電壓低，脈動系數大；全波整流輸出電壓高，脈動系數小。然而，全波整流不僅需要降壓變壓器的副邊引出中間抽頭，更主要對整流元件的反向耐壓提出了苛刻的要求，它是半波整流對整流元件反向耐壓值要求的兩倍。實際中，既要提高整流輸出電壓并減少紋波系數，又要對整流元件反向耐壓的要求不苛刻，有效的技術手段就是橋式整流，橋式整流相比全波整流，在電路結構上只是增加了兩個整流元件，但輸出效果等同于全波整流電路的整流；橋式整流電路對整流元件的要求等同于半波整流電路對整流元件的要求，把半波整流與全波整流各自的優勢整合在一個應用電路中。可見，橋式整流電路通過“失去”硬件（增加電路成本），得到了優于半波與全波整流電路的整流性能。

八、結語

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關鍵詞：半導體；發光；二極管；照明科技；研究

2010年，上海因世界博覽會的成功舉辦被世界各國人士銘記。在上海世界博覽會開展階段，光輝爛漫的夜晚景色是一大特色。這項光榮而艱巨的夜景展示，采用了節約能源、保護生態、絢麗多姿的LED發光二極管。通過調查與研究，整屆世界博覽會使用了10.3億粒LED芯片。夜晚景色照明整體設計的負責人指出，LED發光二極管讓世界博覽會被照亮。本文中將對LED發光二極管的特征以及在具體生活中的運用進行闡述。

一、LED的概念

LED即指發光二極管，是一類半導體發光元件。其將固體半導體芯片當成發光原料，基礎結構是一種發光的半導體原料，被堆放在裝備引線的支持架上，周圍使用環氧樹脂封存，從而保護內芯不受損傷。

發光二極管的核心元件是P型半導體與N型半導體構成的晶片，一側的P型半導體中空穴是核心部件；另一側的N型半導體通常是電子。在其中存在一類過渡層，叫作P-N結。當正向電流流經電線對晶片形成影響后，電子會被移動到P區域，在P區域內，電子與空穴重合，之后通過光子散發電能，這就是眾所周知的LED二極管的原理。

二、半導體發光二極管的特征

LED是半導體部件透過PN結完成光電互換，其具備以下特征：

1.穩定，節約能源，保護生態

發光二極管正向作業電壓不大，通常是1.5～3.0伏，作業電流是5～150毫安，所以作業沒有太大的風險。伴隨科技的日新月異，其逐漸取代了傳統的照明設備。當前，LED的光效已攀升到40lm/W，比日光燈高，比熒光燈稍微要小。目前運用的日光燈在運轉階段，會消耗大量的熱能，對環境氣溫的敏感度較強；而熒光燈中有對身體健康有負面影響的汞。而LED照明是節能的、環保的，因此沒有這方面的缺陷。

2.使用周期長，反應迅速

通常情況下，日光燈的使用周期大概是1000小時，熒光燈的使用周期是10000小時，LED的使用周期是2萬～10萬小時。通過對比，孰優孰劣一目了然。此外，LED發光反應迅速，其反應速率能夠用納秒來計算，熒光燈則通常是以毫秒來計算。

三、LED在各行業的運用

1.LED在屏顯行業的運用

為了讓LED應用更為便利，通常將LED排序為矩陣或筆段，設置為達標尺寸的LED模塊；或將2根或10數根LED封裝為1根LED集束管。其被當作一類象素，通過將LED模塊或集束管依照具體尺寸需求排序為矩陣，并配套專業的屏顯電路、直流穩壓設備、軟件、框架等，就完成了一部LED屏顯的安裝。

2.LED在背光源行業的運用

LED以計算機、移動設備等小尺寸液晶面板背光源I域完成了普及，利用手機界面、按鈕、閃光燈中的LED來照明變得極為普遍。伴隨科學技術的進步，移動設備的售價會降低，而一款移動設備平均要使用若干的表貼類LED，這表明移動設備市場需求量龐大。所以，LED在移動設備領域的運用效果一目了然。

另外，在筆記本背光源行業，LED也逐步替代了冷陰極管背光源，成為占據市場份額最多的產品。據可靠消息，通過檢測，使用LED取代傳統的冷陰極熒光設備，新的筆記本相較于以往的筆記本能夠節約電能接近50%，并且不存在對人身體有危害、對生態造成破壞的重金屬汞，而LED背光源商品的售價和CCFI背光模塊基本持平，是時下最流行的照明設備。

四、結束語

綜上所述，LED是一類新照明設備，近年來取得了一定的營銷成績。當然，其在運用層面依然有著技術缺陷，比如光通量不佳，散發的光與天然光依然有區別等。然而，這也無法否定LED照明科技革命帶來的影響。

參考文獻：

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怡達股份是芯片概念股，公司產品可用于芯片和半導體領域，主要應用于芯片和半導體領域的基材部分，怡達股份是集最小市值芯片，光刻膠，OLED熱門概念于一身的股份。

江蘇怡達化學股份有限公司是國家火炬計劃重點高新技術企業，經營范圍包括醇醚、醇醚醋酸酯系列產品的生產；危險化學品經營；醇醚、醇醚醋酸酯系列產品的生產；機動車制動液、汽車發動機冷卻液產品的生產、銷售；化工產品及原料的銷售；化工產品及其生產技術的研究、開發；自營和各類商品及技術的進出口業務；售電業務。江蘇怡達化學股份有限公司對外投資10家公司，具有3處分支機構。先后承擔了多項國家級、省部級火炬計劃項目。

（來源：文章屋網 ）

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作為信息通信技術相關產品的制造大國，中國本土元器件企業雖然普遍起步較晚，但卻面臨較好的機遇。對于設備制造商來說，本土采購元器件一方面如關稅、運輸費用等附加成本較低，另一方面，本土元器件企業對小規模定制等采購方式的響應速度較快也較為積極。

在元器件中，最為重要的是兩類：新型平板顯示器件和高性能集成電路。這兩個行業又有一個共同的特點，那就是對資金有較高的要求。因而，上市也是這類企業發展過程中很重要的節點。

液晶面板期待產業復蘇

自2008年以來，持續的價格走低已經讓面板企業不堪重負，以至今年4月大尺寸液晶面板價格1美元的上漲就能夠作為重頭新聞出現。

液晶面板價格回升的消息影響最大的就是國內液晶面板的龍頭企業京東方了。作為國內生產線最多的液晶面板企業，京東方2011年通過一系列資本運作艱難地實現盈利。2011年，京東方主營業務收入1274141.36萬元，浮虧69981.53萬元。企業扭虧主要靠460477.51萬元的投資收益，其中很大一部分是轉讓鄂爾多斯市京東方能源投資有限公司股權所獲得的。

為了扭虧，京東方在2011年做出了一系列舉措，其中，調整公司第五代TFT-LCD生產線產品結構就是舉措之一。從2011年中期報告中可以看出，中小尺寸TFT-LCD業務較之大尺寸TFT-LCD業務表現優秀許多。2011年上半年，公司中小尺寸TFT-LCD業務營收為101818萬元，毛利率10.00%；而大尺寸TFT-LCD業務營收304857萬元，毛利率為-19.56%。全年，公司液晶面板業務毛利率為-7.10%。公司大尺寸業務之所以毛利率較低，一方面是由于公司8.5代線處于產能爬坡期，另一方面，大尺寸液晶面板價格一直在低位徘徊也是重要原因。

與京東方相比，主要經營中小尺寸液晶面板的深天馬的境況就好了許多。深天馬2011年保持了11.87%的較高毛利率，全年營收達461496.72萬元，實現凈利潤10113.33萬元。

2012年上半年，京東方產品結構調整初見成效，一系列新產品的推出也許能夠幫助主營業務獲得更好表現。例如，4月京東方推出了5.0英寸超高像素顯示屏，其分辨率為720×1280，像素密度達到了294PPI，達到了高端智能手機清晰度的最高標準。該類產品的推出將有助于提升公司主營業務毛利率，從而改善公司財務狀況。

除了液晶面板之外，我國圍繞液晶面板的周邊元器件供應能力也在不斷提升。例如，除京東方、深天馬等具備液晶面板生產能力的企業外，士蘭微、三安光電等提供LED背光模組的企業，萊寶高科、長信科技等提供電容式觸摸屏技術的企業，乃至初步具備液晶面板用平板玻璃供應能力的彩虹股份也是A股中液晶面板相關企業的重要組成部分。

集成電路須向上做出突破

我國在集成電路技術上屬于后來者。不過，作為一個后來者，我國集成電路市場規模的復合增長率可達16%以上，高于全球平均水平。然而，目前我國集成電路產品普遍較為低端，高端集成電路產業仍然處于成長期，多為供電、外設驅動等周邊器件，或是提供測試等相關服務。目前在A股上市的企業也大部分屬于這一類別。同時，由于國內集成電路企業規模普遍較小，較集中在中小企業板和三板，上市時間也并不長。

2011年，A股上市的一些半導體企業經營狀況尚可。以安全芯片類產品為主的國民技術全年實現營業收入57137.62萬元，毛利率達到42.63%，實現凈利10771.46萬元；以功率芯片為主的士蘭微2011年實現營收154598.87萬元，其中集成電路產品占比達45.21%，毛利率29.86%；在航天航空專用嵌入式芯片領域頗有建樹的歐比特2011年度合計營收17808.71萬元，毛利率達到38.77%，實現凈利3251.17萬元。

由于這些半導體企業規模較小，產品較單一，其增長速度并不快。其中，國民技術2011年營收同比下跌了18.71%，士蘭微2011年營收同比增長1.84%，歐比特2011年營收同比增長2.03%，均處于較低水平。

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半導體器件的發光現象從原理上來說可以大致分為三種:光致發光,電致發光,陰極射線發光,其中第一種發光形式是當一定數量的光線照射到半導體上面的時候,半導體本身的電子和空穴吸收了光的能量而發光的現象。第二種發光形式是當在半導體器件上施加正向電壓的時候,電子和空穴由于得到了能量而運動,進而激發了發光現象。

陰極射線發光是當某些射線照射到半導體上面的時候,半導體的載流子吸收了能量,進而產生復合發光的發光現象。

LED本身也屬于半導體器件,LED的自發性發光是由于電子和空穴之間的復合運動而產生的。它的發光原理是基于電致發光的發光原理,而沒有采用與傳統光源諸如白熾燈,節能燈等相似的發光原理。LED最重要的部分是P-N結-個由N型半導體和P型半導體組成,并且在P型半導體和N型半導體之間形成一層薄薄的真空耗盡層。P-N結的發光過程大體上可以分為三個過程:其處于正向電壓下的載流子注入,復合輻射的方式,光能傳輸。體積非常小的半導體晶體全部被封裝在干凈的環氧樹脂之中,當其中的電子途徑晶片的時候,電子游離到空穴區并和它們復合,此時,空穴和電子同時消失并出現光子。電子與空穴由于復合運動產生的光子的能量與電子和空穴二者本身是成正比的。然而復合運動所產生的光子的能量同時又是和光子所產生的光的顏色是一一對應的,一般來講,在可見光的頻譜范圍之內,不同頻率的光譜所攜帶的能量是不同的。紫色光,藍色光所帶有的能量在通常的情況下是最多的,而紅色光,桔色光所帶有的能量往往是最少的。正是由于不同的材料之間帶隙的差別,才造成了不同的材料可以發出不同顏色的光的現象。

2 大功率LED照明燈具成像光學

LED作為一種新型的固態冷光源,具有體積小,壽命長,發光效率高,節能環保等優點。大功率LED照明燈具廣闊的市場前景引發了對于LED應用的研究,特別是在大功率照明應用方面,但是由于LED芯片發出的光呈Lambertian分布,這樣的光場分布如果不經過二次光學設計而直接應用到實際的大功率照明中應用的話,將會造成嚴重的光浪費,LED二次光學設計問題成了限制LED在照明應用方面進一步推廣的主要問題。傳統的照明設計方法不能進行錯誤預估的缺點,采用了將非成像光學理論,照明設計軟件和計算機編程相結合的方法來進行大功率LED照明燈具的二次光學設計,根據非成像光學中經典的光學擴展度守恒以及邊緣光線原理,得到透鏡的曲面方程,然后利用Matlab編程計算出自由曲面透鏡的離散點,進行三維建模,并在Tracepro中進行仿真驗證了設計的正確性。而LED的基本封裝結構是將一塊結構是電致發光的半導體模塊封裝在環氧樹脂之中,通過引腳作為正負電極起到支撐的作用,LED結構主要由支架,銀膠,晶片,金線,環氧樹脂五種物料組成,一個已經封裝好的大功率LED燈珠的結構如圖1所示:

大功率LED照明燈具成像光學在成像光學設計中,光學系統是作為主要的成像工具,主要通過幾何光線的概念來研究光線傳播的規律,對于光線傳播中能量的傳遞產生的變化缺乏相應的研究,然而非成像光學則與成像光學是不同的,其從物理學的角度認為,光線在傳播的過程之中攜帶著相應的輻射能,那么光線傳播的方向也就是所對應的輻射能的傳播方向。因此,當從研究能量變化的角度出發,光學系統本身也是傳遞對應的輻射能量的介質,光線的傳播過程本身也就是是對應的能量的傳輸過程,非成像光學理論主要從這種能量傳播的規律的角度對整個光學系統進行研究。非成像光學理論應用的主要目的是研究整個照明系統,但是這個照明系統本身是對光線傳播過程中的光能的傳遞起到一種控制作用,而不是類似于成像光學理論中起到成像的作用,但是成像問題并不能被排除在非成像設計之外,非成像光學理論是主要是為了解決兩大類問題而產生的,一類是如何使所傳遞的能量最大化,另一類是如何在目標平面上得到符合照明要求的照度分布,此兩個問題在通用照明領域通常被稱作集光和照明。聚光器通常可以分為兩類,一類稱為三維聚光器,另一類是二維聚光器,二維聚光器又可稱為線性聚光器,線性聚光器的匯聚比通常用橫斷面上的輸入與輸出尺寸的比值表示。對于二維聚光器和三維聚光器(具有軸對稱特性)來說,可以求得c的最大值,假設輸入和輸出媒介都有相同的折射率,當圓形光源在無窮遠處以iθ的發散角發射光線。當通過光學系統的時候,匯聚比的最大值maxC達到21/siniθ,當出射光的角度和出射面匯聚成像二次配光。光學擴展量具有一定的物理意義:光學擴展量可以用來評價光學元件對于整個光學系統的能量利用率的影響,也可以用來描述光束本身的特性,對于具體的光學元件而言,光學擴展量則代表了光學元件對于光束的收束能力,利用光學擴展量的概念,可以判斷出照明系統和成像系統的匹配程度。

3 大功率LED照明燈具透鏡模型

對于理想的光學系統而言,當不考慮反射,折射,散射等損失的情況下,則光束經過該光學系統之后光學擴展度守恒,在非成像光學設計之中,這是在設計過程之中需要考慮的一個非常重要的因素,要從兩個方面來講,對于光源來說,光學擴展度越小越好,然而對于光學元件來說,情況卻恰恰相反,光學擴展度對于光學元件而言應該是越大越好,當然光學擴展度也并不是越大越好的,因為隨著光學擴展度的增加并不一定能為整個光學系統帶來相同程度的能量效率的提高,反而會引起光學系統設計復雜度和生產成本的大幅度提升,因此當進行非成像光學系統設計的時候,應該合理的利用光學擴展度這個概念,控制光線的走勢,實現光學擴展度的守恒,以便獲得理想的光能利用率并且滿足照明均勻性指標的要求將該曲線繞旋轉一周即可得到透鏡實體模型,大功率LED照明燈具透鏡模型的外表面即為所求的自由曲面如圖2所示:

4 大功率LED散熱器的設計

大功率LED照明燈具的傳熱是物質在溫度差作用下所發生的熱量傳遞過程,無論在一個物體內部或者一些物體之間,只要存在溫差,熱量就將以某一種或某幾種方式自發地從高溫處傳向低溫處。熱量傳遞有三種基本方式:熱傳導(導熱)、熱對流、熱輻射與傳統光源相比,LED的突出特點是體積小、結構緊湊、方便嵌入各種燈具。作為光源的載體,燈具的散熱設計對LED發揮其優勢至關重要。若燈具的散熱效率設計較高,不但可以延長LED的使用壽命,還可以減輕燈具的重量,拓展其應用范圍。反之,則會影響LED優勢的發揮,甚至成為其應用的瓶頸。

因此本章重點討論散熱器的設計。我們知道散熱方式通常有兩種:第一種是主動式散熱,即通過外加風扇、水冷或者熱管回路、微通道致冷、半導體致冷等強迫致冷的方法等來進行散熱,其特點是散熱效率高,散熱器體積小,結構緊湊。缺點是會增加額外的功耗,并且考慮到燈具有防護等級等要求,還會增加燈具設計的難度;第二種是被動式散熱,主要依靠空氣的自然對流,通過散熱片將熱源產生的熱量自然散發到空氣中,其散熱的效果與散熱片大小相關。這種方式結構簡單,但散熱效率比較低。對于照明系統來說,由于該散熱方式容易和燈具結構相結合,結構相對比較簡單,并且不需要額外的功耗,同時出于加工、材料成本,維護系數等方面的綜合考慮,所以使用被動散熱的整體成本相對較低。目前主流方向還是采取第二種方式,通過合理設計散熱器來最大限度的滿足照明系統的散熱要求,同時最大限度地節約成本。本