消字灵,又称去字灵,退字灵,消字液,抹字水,在我国台湾等地区称立可白。日常写作中出现一些写错或需要修改的地方,涂涂改改会显得文章很零乱,特别是有些写错的段落不想把痕迹留在原稿上,用橡皮擦也擦不掉,这时用“消字灵”将原来的字迹消除是最理想的方法。
消字灵的常见分类。碳素消字灵、多功能消字灵、好伙伴消字灵。碳素的主要是一些碳素的笔迹,像生活中的打印字迹。多功能的就是那些圆珠笔迹的。好伙伴的就是打印机碳素的圆珠笔的复写纸的油墨的字迹了。
为了消除多晶材料中各小晶体之间的晶粒间界对半导体材料特性参量的巨大影响,半导体器件的基体材料一般采用单晶体。单晶制备一般可分大体积单晶(即体单晶)制备和薄膜单晶的制备。体单晶的产量高,利用率高,比较经济。但很多的器件结构要求厚度为微米量级的薄层单晶。由于制备薄层单晶所需的温度较低,往往可以得到质量较好的单晶。具体的制备方法有:①从熔
体中拉制单晶:用与熔体相同材料的小单晶体作为籽晶,当籽晶与熔体接触并向上提拉时,熔体依靠表面张力也被拉出液面,同时结晶出与籽晶具有相同晶体取向的单晶体。②区域熔炼法制备单晶:用一籽晶与半导体锭条在头部熔接,随着熔区的移动则结晶部分即成单晶。③从溶液中再结晶。④从汽相中生长单晶。前两种方法用来生长体单晶,用提拉法已经能制备直径为200毫米,长度为1~2米的锗、硅单晶体。后两种方法主要用来生长薄层单晶。这种薄层单晶的生长一般称外延生长,薄层材料就生长在另一单晶材料上。这另一单晶材料称为衬底,一方面作为薄层材料的附着体,另一方面即为单晶生长所需的籽晶。衬底与外延层可以是同一种材料(同质外延),也可以是不同材料(异质外延)。采用从溶液中再结晶原理的外延生长方法称液相外延;采用从汽相中生长单晶原理的称汽相外延。液相外延就是将所需的外延层材料(作为溶质,例如GaAs),溶于某一溶剂(例如液态镓)成饱和溶液,然后将衬底浸入此溶液,逐渐降低其温度,溶质从过饱和溶液中不断析出,在衬底表面结晶出单晶薄层。汽相外延生长可以用包含所需材料为组分的某些化合物气体或蒸汽通过分解或还原等化学反应淀积于衬底上,也可以用所需材料为源材料,然后通过真空蒸发、溅射等物理过程使源材料变为气态,再在衬底上凝聚。分子束外延是一种经过改进的真空蒸发工艺。利用这种方法可以精确控制射向衬底的蒸气速率,能获得厚度只有几个原子厚的超薄单晶,并可得到不同材料不同厚度的互相交叠的多层外延材料。非晶态半导体虽然没有单晶制备的问题,但制备工艺与上述方法相似,一般常用的方法是从汽相中生长薄膜非晶材料。 氮化镓、碳化硅和氧化锌等都是宽带隙半导体材料,因为它的禁带宽度都在3个电子伏以上,在室温下不可能将价带电子激发到导带。器件的工作温度可以很高,比如说碳化硅可以工作到600摄氏度;金刚石如果做成半导体,温度可以更高,器件可用在石油钻探头上收集相关需要的信息。它们还在航空、航天等恶劣环境中有重要应用。广播电台、电视台,唯一的大功率发射管还是电子管,没有被半导体器件代替。这种电子管的寿命只有两三千小时,体积大,且非常耗电;如果用碳化硅的高功率发射器件,体积至少可以减少几十到上百倍,寿命也会大大增加,所以高温宽带隙半导体材料是非常重要的新型半导体材料。
这种材料非常难生长,硅上长硅,砷化镓上长GaAs,它可以长得很好。但是这种材料大多都没有块体材料,只得用其它材料做衬底去长。比如说氮化镓在蓝宝石衬底上生长,蓝宝石跟氮化镓的热膨胀系数和晶格常数相差很大,长出来的外延层的缺陷很多,这是最大的问题和难关。另外这种材料的加工、刻蚀也都比较困难。科学家正在着手解决这个问题,如果这个问题一旦解决,就可以提供一个非常广阔的发现新材料的空间。 实际上这里说的低维半导体材料就是纳米材料,之所以不愿意使用这个词,发展纳米科学技术的重要目的之一,就是人们能在原子、分子或者纳米的尺度水平上来控制和制造功能强大、性能优越的纳米电子、光电子器件和电路,纳米生物传感器件等,以造福人类。可以预料,纳米科学技术的发展和应用不仅将彻底改变人们的生产和生活方式,也必将改变社会政治格局和战争的对抗形式。这也是为什么人们对发展纳米半导体技术非常重视的原因。
电子在块体材料里,在三个维度的方向上都可以自由运动。但当材料的特征尺寸在一个维度上比电子的平均自由程相比更小的时候,电子在这个方向上的运动会受到限制,电子的能量不再是连续的,而是量子化的,我们称这种材料为超晶格、量子阱材料。量子线材料就是电子只能沿着量子线方向自由运动,另外两个方向上受到限制;量子点材料是指在材料三个维度上的尺寸都要比电子的平均自由程小,电子在三个方向上都不能自由运动,能量在三个方向上都是量子化的。
由于上述的原因,电子的态密度函数也发生了变化,块体材料是抛物线,电子在这上面可以自由运动;如果是量子点材料,它的态密度函数就像是单个的分子、原子那样,完全是孤立的 函数分布,基于这个特点,可制造功能强大的量子器件。
大规模集成电路的存储器是靠大量电子的充放电实现的。大量电子的流动需要消耗很多能量导致芯片发热,从而限制了集成度,如果采用单个电子或几个电子做成的存储器,不但集成度可以提高,而且功耗问题也可以解决。激光器效率不高,因为激光器的波长随着温度变化,一般来说随着温度增高波长要红移,所以光纤通信用的激光器都要控制温度。如果能用量子点激光器代替现有的量子阱激光器,这些问题就可迎刃而解了。
基于GaAs和InP基的超晶格、量子阱材料已经发展得很成熟,广泛地应用于光通信、移动通讯、微波通讯的领域。量子级联激光器是一个单极器件,是近十多年才发展起来的一种新型中、远红外光源,在自由空间通信、红外对抗和遥控化学传感等方面有着重要应用前景。它对MBE制备工艺要求很高,整个器件结构几百到上千层,每层的厚度都要控制在零点几个纳米的精度,中国在此领域做出了国际先进水平的成果;又如多有源区带间量子隧穿输运和光耦合量子阱激光器,它具有量子效率高、功率大和光束质量好的特点,中国已有很好的研究基础;在量子点(线)材料和量子点激光器等研究方面也取得了令国际同行瞩目的成绩。 杂质控制的方法大多数是在晶体生长过程中同时掺入一定类型一定数量的杂质原子。这些杂质原子最终在晶体中的分布,除了决定于生长方法本身以外,还决定于生长条件的选择。例如用提拉法生长时杂质分布除了受杂质分凝规律的影响外,还受到熔体中不规则对流的影响而产生杂质分布的起伏。此外,无论采用哪种晶体生长方法,生长过程中容器、加热器、环境气氛甚至衬底等都会引入杂质,这种情况称自掺杂。晶体缺陷控制也是通过控制晶体生长条件(例如晶体周围热场对称性、温度起伏、环境压力、生长速率等)来实现的。随着器件尺寸的日益缩小,对晶体中杂质分布的微区不均匀和尺寸为原子数量级的微小缺陷也要有所限制。因此如何精心设计,严格控制生长条件以满足对半导体材料中杂质、缺陷的各种要求是半导体材料工艺中的一个中心问题。
试想过你的生活缺少了数字是什么概念吗?那将是一个混乱的世界,无论是你的手机号码、你的身份z号码、还是你家的门牌号,这些全部都是用数字表达的!电子游戏、电子邮件、数码音乐、数码照片、多媒体光盘、网络会议、远程教学、网上购物、电子银行和电子货币……几乎一切的东西都可以用0和1来表示。电脑和互联网的出现让人们有了更大的想象和施展的空间,我们的生活就在这简单的“0”“1”之间变得丰富起来、灵活起来、愉悦起来,音像制品、手机、摄像机、数码相机、MP3、袖珍播放机、DVD播放机、PDA、多媒体、多功能游戏机、ISDN等新潮电子产品逐渐被人们所认识和接受,数字化被我们随身携带着,从而拥有了更加多变的视听新感受,音乐和感觉在数字化生活中静静流淌……数字生活已成为信息化时代的特征,它改变着人类生活的方方面面,在此背后,隐藏着新材料的巨大功勋,新材料是数字生活的“幕后英雄”。
计算机是数字生活中的重要设备,计算机的核心部件是中央处理器(CPU)和存储器(RAM),它们是以大规模集成电路为基础建造起来的,而这些集成电路都是由半导体材料做成的,Si片是第一代半导体材料,集成电路中采用的Si片必须要有大的直径、高的晶体完整性、高的几何精度和高的洁净度。为了使集成电路具有高效率、低能耗、高速度的性能,相继发展了GaAs、InP等第二代半导体单晶材料。SiC、GaN、ZnSe、金刚石等第三代宽禁带半导体材料、SiGe/Si、SOI(Silicon On Insulator)等新型硅基材料、超晶格量子阱材料可制作高温(300~500°C)、高频、高功率、抗辐射以及蓝绿光、紫外光的发光器件和探测器件,从而大幅度地提高原有硅集成电路的性能,是未来半导体材料的重要发展方向。
人机交换,常常需要将各种形式的信息,如文字、数据、图形、图像和活动图像显示出来。静止信息的显示手段最常用的如打印机、复印机、传真机和扫描仪等,一般称为信息的输出和输入设备。为提高分辨率以及输入和输出的速度,需要发展高灵敏度和稳定的感光材料,例如激光打印机和复印机上的感光鼓材料,目前使用的是无机的硒合金和有机的酞菁染料。显示活动图像信息的主要部件是阴极射线管(CRT),广泛地应用在计算机终端显示器和平面电视上,CRT目前采用的电致发光材料,大都使用稀土掺杂(Tb3+、Sn3+、Eu3+等)和过渡元素掺杂(Mn2+)的硫化物(ZnS、CdS等)和氧化物(Y2O3、YAlO3)等无机材料。
为了减小CRT庞大的体积,信息显示的趋势是高分辨率、大显示容量、平板化、薄型化和大型化,为此主要采用了液晶显示技术(LCD)、场致发射显示技术(FED)、等离子体显示技术(PDP)和发光二极管显示技术(LED)等平板显示技术,广泛应用在高清晰度电视(HDTV)、电视电话、计算机(台式或可移动式)显示器、汽车用及个人数字化终端显示等应用目标上,CRT不再是一支独秀,而是形成与各种平板显示器百花争艳的局面。
在液晶显示技术中采用的液晶材料早已在手表、计算器、笔记本电脑、摄像机中得到应用,液晶材料较早使用的是苯基环己烷类、环己基环己烷类、吡啶类等向列相和手征相材料,后来发展了铁电型(FE)液晶,响应时间在微秒级,但铁电液晶的稳定性差,只能用分支法(side-chain)来改进。目前趋向开发反铁电液晶,因为它们的稳定性较高。
液晶显示材料在大屏幕显示中有一定的困难,目前作为大屏幕显示的主要候选对象为等离子体显示器(PDP)和发光二极管(LED)。PDP所用的荧光粉为掺稀土的钡铝氧化物。用类金刚石材料作冷阴极和稀土离子掺杂的氧化物作发光材料,推动场发射显示(FED)的发展。制作高亮度发光二极管的半导体材料主要为发红、橙、黄色的GaAs基和GaP基外延材料、发蓝光的GaN基和ZnSe基外延材料等。
由于因特网和多媒体技术的迅速发展,人类要处理、传输和存储超高信息容量达太(兆兆)数字位(Tb,1012bits),超高速信息流每秒达太位(Tb/s),可以说人类已经进入了太位信息时代。现代的信息存储方式多种多样,以计算机系统存储为例,存储方式分为随机内存储、在线外存储、离线外存储和脱机存储。随机内存储器要求集成度高、数据存取速度快,因此一直以大规模集成的微电子技术为基础的半导体动态随机存储器(DRAM)为主,256兆位的随机动态存储器的晶体管超过2亿个。外存储大都采用磁记录方式,磁存储介质的主要形式为磁带、磁泡、软磁盘和硬磁盘。磁存储密度的提高主要依赖于磁介质材料的改进,相继采用了磁性氧化物(如g-Fe2O3、CrO2、金属磁粉等)、铁氧体系、超细磁性氧化物粉末、化学电镀钴镍合金或真空溅射蒸镀Co基合金连续磁性薄膜介质等材料,磁存储的信息存储量从而有了很大的提高。固体(闪)存储器(flash memory)是不挥发可擦写的存储器,是基于半导体二极管的集成电路,比较紧凑和坚固,可以在内存与外存间插入使用。记录磁头铁芯材料一般用饱和磁感大的软磁材料,如80Ni-20Fe、Co-Zr-Nb、Fe-Ta-C、45Ni-55Fe、Fe-Ni-N、Fe-Si、Fe-Si-Ni、67Co-10Ni-23Fe等。近年来发展起来的巨磁阻(GMR)材料,在一定的磁场下电阻急剧减小,一般减小幅度比通常磁性金属与合金的磁电阻数值约高10余倍。GMR一般由自由层/导电层/钉扎层/反强磁性层构成,其中自由层可为Ni-Fe、Ni-Fe/Co、Co-Fe等强磁体材料,在其两端安置有Co-Cr-Pt等永磁体薄膜,导电层为数nm的铜薄膜,钉扎层为数nm的软磁Co合金,磁化固定层用5~40nm的Ni-O、Ni-Mn、Mn-In、Fe-Cr-Pt、Cr-Mn-Pt、Fe-Mn等反强磁体,并加Ru/Co层的积层自由结构。采用GMR效应的读出磁头,将磁盘记录密度一下子提高了近二十倍,因此巨磁阻效应的研究对发展磁存储有着非常重要的意义。
声视领域内激光唱片和激光唱机的兴起,得益于光存储技术的巨大发展,光盘存贮是通过调制激光束以光点的形式把信息编码记录在光学圆盘镀膜介质中。与磁存储技术相比,光盘存储技术具有存储容量大、存储寿命长;非接触式读/写和擦,光头不会磨损或划伤盘面,因此光盘系统可靠,可以自由更换;经多次读写载噪比(CNR)不降低。光盘存储技术经过CD(Compact Disk)、DVD(Digital Versatile Disk)发展到将来的高密度DVD(HD-DVD)、超高密度DVD(SHD-DVD)过程中,存储介质材料是关键,一次写入的光盘材料以烧蚀型(Tc合金薄膜,Se-Tc非晶薄膜等)和相变型(Te-Ge-Sb非晶薄膜、AgInTeSb系薄膜、掺杂的ZnO薄膜、推拉型偶氮染料、亚酞菁染料)为主,可擦重写光盘材料以磁光型(GdCo、TeFe非晶薄膜、BiMnSiAl薄膜、稀土掺杂的石榴石系YIG、Co-Pt多层薄膜)为主。光盘存储的密度取决于激光管的波长,DVD盘使用的InGaAlP红色激光管(波长650nm)时,直径12cm的盘每面存储为4.7千兆字节(GB),而使用ZnSe(波长515nm)可达12GB,将来采用GaN激光管(波长410nm),存储密度可达18GB。要读写光盘里的信息,必须采用高功率半导体激光器,所用的激光二极管采用化合物半导体GaAs、GaN等材料。
激光器除了在光盘存储应用之外,在光通信中的作用也是众所周知的。由于有了低阈值、低功耗、长寿命及快响应的半导体激光器,使光纤通信成为现实。光通讯就是由电信号通过半导体激光器变为光信号,而后通过光导纤维作长距离传输,最后再由光信号变为电信号为人接收。光纤所传输的光信号是由激光器发出的,常用的为半导体激光器,所用材料为GaAs、GaAlAs、GaInAsP、InGaAlP、GaSb等。在接受端所用的光探测器也为半导体材料。缺少光导纤维,光通信也只能是“纸上谈兵”。低损耗的光学纤维是光纤通信的关键材料,目前所用的光学纤维传感材料主要有低损耗石英玻璃、氟化物玻璃和Ga2S3为基础的硫化物玻璃和塑料光纤等,1公斤石英为主的光纤可代替成吨的铜铝电缆。光纤通信的出现是信息传输的一场革命,信息容量大、重量轻、占用空间小、抗电磁干扰、串话少、保密性强,是光纤通信的优点。光纤通信的高速发展为现代信息高速公路的建设和开通起到了至关重要的作用。
除了有线传播外,信息的传播还采用无线的方式。在无线传播中最引人注目的发展是移动电话。移动电话的用户愈多,所使用的频率愈高,现在正向千兆周的频率过渡,电话机的微波发射与接收亦是靠半导体晶体管来实现,其中部分Si晶体管正在被GaAs晶体管所取代。在手机中广泛采用的高频声表面波SAW(Surface Acoustic Wave)及体声波BAW(Bulk Surface Acoustic Wave)器件中的压电材料为a-SiO2、LiNbO3、LiTaO3、Li2B4O7、KNbO3、La3Ga5SiO14等压电晶体及ZnO/Al2O3和SiO2/ZnO/DLC/Si等高声速薄膜材料,采用的微波介质陶瓷材料则集中在BaO-TiO2体系、BaO-Ln2O3-TiO2(Ln=La,Pr,Nd,Sm,Eu,Gd)体系、复合钙钛矿A(B1/3B¢2/3)O3体系(A=Ba,Sr;B=Mg,Zn,Co,Ni,Mn;B¢=Nb,Ta)和铅基复合钙钛矿体系等材料上。
随着智能化仪器仪表对高精度热敏器件需求的日益扩大,以及手持电话、掌上电脑PDA、笔记本电脑和其它便携式信息及通信设备的迅速普及,进一步带动了温度传感器和热敏电阻的大量需求,负温度系数(NTC)热敏电阻是由Co、Mn、Ni、Cu、Fe、Al等金属氧化物混合烧结而成,其阻值随温度的升高呈指数型下降,阻值-温度系数一般在百分之几,这一卓越的灵敏度使其能够探测极小的温度变化。正温度系数(PTC)热敏电阻一般都是由BaTiO3材料添加少量的稀土元素经高温烧结的敏感陶瓷制成的,这种材料在温度上升到居里温度点时,其阻值会以指数形式陡然增加,通常阻值-温度变化率在20~40%之间。前者大量使用在镍镉、镍氢及锂电池的快速充电、液晶显示器(LCD)图像对比度调节、蜂窝式电话和移动通信系统中大量采用使用的温度补偿型晶体振荡器等中,来进行温度补偿,以保证器件性能稳定;此外还在计算机中的微电机、照相机镜头聚焦电机、打印机的打印头、软盘的伺服控制器和袖珍播放机的驱动器等中,发现它的身影。后者可以用于过流保护、发热器、彩电和监视器的消磁、袖珍压缩机电机的启动延迟、防止笔记本电脑常效应管(FET)的热击穿等。
为了保证信息运行的通畅,还有许多材料在默默地作着贡献,例如,用于制作绿色电池的材料有:镍氢电池的正、负极材料用MH合金和Ni(OH)2材料、锂离子电池的正、负极用LiCoO2、LiMn2O4和MCMB碳材料等电极材料;移动电话、PC机以及诸如数码相机、MD播放机/录音机、DVD设备和游戏机等数字音/视频设备等中钽电容器所用材料;现代永磁材料Fe14Nd2B在制造永磁电极、磁性轴承、耳机及微波装置等方面有十分重要的用途;印刷电路板(PCB)及超薄高、低介电损耗的新型覆铜板(CCL)用材料;环氧模塑料、氧化铝和氮化铝陶瓷是半导体和集成电路芯片的封装材料;集成电路用关键结构与工艺辅助材料(高纯试剂、特种气体、塑封料、引线框架材料等),不一而足,这些在浩瀚的材料世界里星光灿烂的新材料,正在数字生活里发挥着不可或缺的作用。
随着科技的发展,大规模集成电路将迎来深亚微米(0.1mm)硅微电子技术时代,小于0.1mm的线条就属于纳米范畴,它的线宽就已与电子的德布罗意数相近,电子在器件内部的输运散射也将呈现量子化特性,因而器件的设计将面临一系列来自器件工作原理和工艺技术的棘手问题,导致常说的硅微电子技术的“极限”。由于光子的速度比电子速度快得多,光的频率比无线电的频率高得多,为提高传输速度和载波密度,信息的载体由电子到光子是必然趋势。目前已经发展了许多种激光晶体和光电子材料,如Nd:YAG、Nd:YLF、Ho:YAG、Er:YAG、Ho:Cr:Tm:YAG、Er:YAG、Ho:Cr:Tm:YLF、Ti:Al2O3、YVO4、Nd:YVO4、Ti:Al2O3、KDP、KTP、BBO、BGO、LBO、LiNbO3、K(Ta,Nb)O3、Fe:KnBO3、BaTiO3、LAP等,所有这些材料将为以光通信、光存储、光电显示为主的光电子技术产业作出贡献。随着信息材料由电子材料、微电子材料、光电子材料向光子材料发展,将会出现单电子存储器、纳米芯片、量子计算机、全光数字计算机、超导电脑、化学电脑、生物电脑和神经电脑等纳米电脑,将会极大地影响着人类的数字生活。
本世纪以来,以数字化通信(Digital Communication)、数字化交换(Digital Switching)、数字化处理(Digital Processing)技术为主的数字化生活(Digital Life)正在向我们招手,一步步地向我们走来——清晨,MP3音箱播放出悦耳的晨曲,催我们按时起床;上班途中,打开随身携带的笔记本电脑,进行新一天的工作安排;上班以后,通过互联网召开网络会议、开展远程教学和实时办公;在下班之前,我们远程启动家里的空调和湿度调节器,保证家中室温适宜;下班途中,打开手机,悠然自在观看精彩的影视节目;进家门前,我们接收网上订购的货物;回到家中,和有线电视台进行互动,观看和下载喜欢的影视节目和歌曲,制作多媒体,也可进入社区互联网,上网浏览新闻了解天气……这一切看上去是不是很奇妙?似乎遥不可及。其实它正在和将要发生在我们身边,随着新一代家用电脑和互联网的出现,如此美好数字生活将成为现实。当享受数字生活的同时,饮水思源,请不要忘记为此作出巨大贡献的功臣——绚丽多彩的新材料世界!
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