半导体器件简介及详细资料

简介

半导体器件(semiconductor device)通常，利用不同的半导体材料、采用不同的工艺和几何结构，已研制出种类繁多、功能用途各异的多种晶体二极体，晶体二极体的频率覆盖范围可从低频、高频、微波、毫米波、红外直至光波。三端器件一 般是有源器件，典型代表是各种电晶体(又称晶体三极体)。电晶体又可以分为双极型电晶体和场效应电晶体两 类。根据用途的不同，电晶体可分为功率电晶体微波电晶体和低噪声电晶体。除了作为放大、振荡、开关用的 一般电晶体外，还有一些特殊用途的电晶体，如光电晶体、磁敏电晶体，场效应感测器等。这些器件既能把一些 环境因素的信息转换为电信号，又有一般电晶体的放大作用得到较大的输出信号。此外，还有一些特殊器件，如单结电晶体可用于产生锯齿波，可控矽可用于各种大电流的控制电路，电荷耦合器件可用作摄橡器件或信息存 储器件等。在通信和雷达等军事装备中，主要靠高灵敏度、低噪声的半导体接收器件接收微弱信号。随着微波 通信技术的迅速发展，微波半导件低噪声器件发展很快，工作频率不断提高，而噪声系数不断下降。微波半导体 器件由于性能优异、体积小、重量轻和功耗低等特性，在防空反导、电子战、C(U3)I等系统中已得到广泛的套用 。

分类 晶体二极体

晶体二极体的基本结构是由一块 P型半导体和一块N型半导体结合在一起形成一个 PN结。在PN结的交界面处，由于P型半导体中的空穴和N型半导体中的电子要相互向对方扩散而形成一个具有空间电荷的偶极层。这偶极层阻止了空穴和电子的继续扩散而使PN结达到平衡状态。当PN结的P端(P型半导体那边)接电源的正极而另一端接负极时，空穴和电子都向偶极层流动而使偶极层变薄，电流很快上升。如果把电源的方向反过来接，则空穴和电子都背离偶极层流动而使偶极层变厚，同时电流被限制在一个很小的饱和值内(称反向饱和电流)。因此，PN结具有单向导电性。此外，PN结的偶极层还起一个电容的作用，这电容随着外加电压的变化而变化。在偶极层内部电场很强。当外加反向电压达到一定阈值时，偶极层内部会发生雪崩击穿而使电流突然增加几个数量级。利用PN结的这些特性在各种套用领域内制成的二极体有:整流二极体、检波二极体、变频二极体、变容二极体、开关二极体、稳压二极体(曾讷二极体)、崩越二极体(碰撞雪崩渡越二极体)和俘越二极体(俘获电浆雪崩渡越时间二极体)等。此外，还有利用PN结特殊效应的隧道二极体，以及没有PN结的肖脱基二极体和耿氏二极体等。

双极型电晶体

它是由两个PN结构成，其中一个PN结称为发射结，另一个称为集电结。两个结之间的一薄层半导体材料称为基区。接在发射结一端和集电结一端的两个电极分别称为发射极和集电极。接在基区上的电极称为基极。在套用时，发射结处于正向偏置，集电极处于反向偏置。通过发射结的电流使大量的少数载流子注入到基区里，这些少数载流子靠扩散迁移到集电结而形成集电极电流，只有极少量的少数载流子在基区内复合而形成基极电流。集电极电流与基极电流之比称为共发射极电流放大系数?。在共发射极电路中，微小的基极电流变化可以控制很大的集电极电流变化，这就是双极型电晶体的电流放大效应。双极型电晶体可分为NPN型和PNP型两类。

场效应电晶体

它依靠一块薄层半导体受横向电场影响而改变其电阻(简称场效应)，使具有放大信号的功能。这薄层半导体的两端接两个电极称为源和漏。控制横向电场的电极称为栅。

根据栅的结构,场效应电晶体可以分为三种:

①结型场效应管(用PN结构成栅极)

②MOS场效应管(用金属-氧化物-半导体构成栅极,见金属-绝缘体-半导体系统)

③MES场效应管(用金属与半导体接触构成栅极)其中MOS场效应管使用最广泛。尤其在大规模积体电路的发展中,MOS大规模积体电路具有特殊的优越性。MES场效应管一般用在GaAs微波电晶体上。

在MOS器件的基础上,又发展出一种电荷耦合器件 (CCD)，它是以半导体表面附近存储的电荷作为信息，控制表面附近的势阱使电荷在表面附近向某一方向转移。这种器件通常可以用作延迟线和存储器等配上光电二极体列阵，可用作摄像管。

命名方法

中国半导体器件型号命名方法

半导体器件型号由五部分(场效应器件、半导体特殊器件、复合管、PIN型管、雷射器件的型号命名只有第三、四、五部分)组成。五个部分意义如下:

第一部分:用数字表示半导体器件有效电极数目。2-二极体、3-三极体

第二部分:用汉语拼音字母表示半导体器件的材料和极性。表示二极体时:A-N型锗材料、B-P型锗材料、C-N型矽材料、D-P型矽材料。表示三极体时:A-PNP型锗材料、B-NPN型锗材料、C-PNP型矽材料、D-NPN型矽材料。

第三部分:用汉语拼音字母表示半导体器件的类型。P-普通管、V-微波管、W-稳压管、C-参量管、Z-整流管、L-整流堆、S-隧道管、N-阻尼管、U-光电器件、K-开关管、X-低频小功率管(F<3MHz,Pc3MHz,Pc<1W)、D-低频大功率管(f1W)、A-高频大功率管(f>3MHz,Pc>1W)、T-半导体晶闸管(可控整流器)、Y-体效应器件、B-雪崩管、J-阶跃恢复管、CS-场效应管、BT-半导体特殊器件、FH-复合管、PIN-PIN型管、JG-雷射器件。

第四部分:用数字表示序号

第五部分:用汉语拼音字母表示规格号

例如:3DG18表示NPN型矽材料高频三极体

日本半导体分立器件型号命名方法

日本生产的半导体分立器件，由五至七部分组成。通常只用到前五个部分，其各部分的符号意义如下:

第一部分:用数字表示器件有效电极数目或类型。0-光电(即光敏)二极体三极体及上述器件的组合管、1-二极体、2三极或具有两个pn结的其他器件、3-具有四个有效电极或具有三个pn结的其他器件、┄┄依此类推。

第二部分:日本电子工业协会JEIA注册标志。S-表示已在日本电子工业协会JEIA注册登记的半导体分立器件。

第三部分:用字母表示器件使用材料极性和类型。A-PNP型高频管、B-PNP型低频管、C-NPN型高频管、D-NPN型低频管、F-P控制极可控矽、G-N控制极可控矽、H-N基极单结电晶体、J-P沟道场效应管、K-N 沟道场效应管、M-双向可控矽。

第四部分:用数字表示在日本电子工业协会JEIA登记的顺序号。两位以上的整数-从"11"开始，表示在日本电子工业协会JEIA登记的顺序号不同公司的性能相同的器件可以使用同一顺序号数字越大，越是产品。

第五部分: 用字母表示同一型号的改进型产品标志。A、B、C、D、E、F表示这一器件是原型号产品的改进产品。

美国半导体分立器件型号命名方法

美国电晶体或其他半导体器件的命名法较混乱。美国电子工业协会半导体分立器件命名方法如下:

第一部分:用符号表示器件用途的类型。JAN-军级、JANTX-特军级、JANTXV-超特军级、JANS-宇航级、(无)-非军用品。

第二部分:用数字表示pn结数目。1-二极体、2=三极体、3-三个pn结器件、n-n个pn结器件。

第三部分:美国电子工业协会(EIA)注册标志。N-该器件已在美国电子工业协会(EIA)注册登记。

第四部分:美国电子工业协会登记顺序号。多位数字-该器件在美国电子工业协会登记的顺序号。

第五部分:用字母表示器件分档。A、B、C、D、┄┄-同一型号器件的不同档别。如:JAN2N3251A表示PNP矽高频小功率开关三极体，JAN-军级、2-三极体、N-EIA 注册标志、3251-EIA登记顺序号、A-2N3251A档。

国际电子联合会半导体器件型号命名方法

德国、法国、义大利、荷兰、比利时等欧洲国家以及匈牙利、罗马尼亚、南斯拉夫、波兰等东欧国家，大都采用国际电子联合会半导体分立器件型号命名方法。这种命名方法由四个基本部分组成，各部分的符号及意义如下:

第一部分:用字母表示器件使用的材料。A-器件使用材料的禁频宽度Eg=0.6~1.0eV 如锗、B-器件使用材料的Eg=1.0~1.3eV 如矽、C-器件使用材料的Eg>1.3eV 如砷化镓、D-器件使用材料的Eg<0.6eV 如锑化铟、E-器件使用复合材料及光电池使用的材料

第二部分:用字母表示器件的类型及主要特征。A-检波开关混频二极体、B-变容二极体、C-低频小功率三极体、D-低频大功率三极体、E-隧道二极体、F-高频小功率三极体、G-复合器件及其他器件、H-磁敏二极体、K-开放磁路中的霍尔元件、L-高频大功率三极体、M-封闭磁路中的霍尔元件、P-光敏器件、Q-发光器件、R-小功率晶闸管、S-小功率开关管、T-大功率晶闸管、U-大功率开关管、X-倍增二极体、Y-整流二极体、Z-稳压二极体。

第三部分:用数字或字母加数字表示登记号。三位数字-代表通用半导体器件的登记序号、一个字母加二位数字-表示专用半导体器件的登记序号。

第四部分:用字母对同一类型号器件进行分档。A、B、C、D、E┄┄-表示同一型号的器件按某一参数进行分档的标志。

除四个基本部分外，有时还加后缀，以区别特性或进一步分类。常见后缀如下:

1、稳压二极体型号的后缀。其后缀的第一部分是一个字母，表示稳定电压值的容许误差范围，字母A、B、C、D、E分别表示容许误差为±1%、±2%、±5%、±10%、±15%其后缀第二部分是数字，表示标称稳定电压的整数数值后缀的第三部分是字母V，代表小数点，字母V之后的数字为稳压管标称稳定电压的小数值。

2、整流二极体后缀是数字，表示器件的最大反向峰值耐压值，单位是伏特。

3、晶闸管型号的后缀也是数字，通常标出最大反向峰值耐压值和最大反向关断电压中数值较小的那个电压值。

如:BDX51-表示NPN矽低频大功率三极体，AF239S-表示PNP锗高频小功率三极体。

积体电路

把晶体二极体、三极体以及电阻电容都制作在同一块矽晶片上，称为积体电路。一块矽晶片上集成的元件数小于 100个的称为小规模积体电路，从 100个元件到1000 个元件的称为中规模积体电路，从1000 个元件到100000 个元件的称为大规模积体电路，100000 个元件以上的称为超大规模积体电路。积体电路是当前发展计算机所必需的基础电子器件。许多工业先进国家都十分重视积体电路工业的发展。积体电路的集成度以每年增加一倍的速度在增长。每个晶片上集成256千位的MOS随机存储器已研制成功，正在向1兆位 MOS随机存储器探索。

光电器件 光电探测器

光电探测器的功能是把微弱的光信号转换成电信号，然后经过放大器将电信号放大，从而达到检测光信号的目的。光敏电阻是最早发展的一种光电探测器。它利用了半导体受光照后电阻变小的效应。此外，光电二极体、光电池都可以用作光电探测元件。十分微弱的光信号，可以用雪崩光电二极体来探测。它是把一个PN结偏置在接近雪崩的偏压下，微弱光信号所激发的少量载流子通过接近雪崩的强场区，由于碰撞电离而数量倍增，因而得到一个较大的电信号。除了光电探测器外，还有与它类似的用半导体制成的粒子探测器。

半导体发光二极体

半导体发光二极体的结构是一个PN结，它正向通电流时，注入的少数载流子靠复合而发光。它可以发出绿光、黄光、红光和红外线等。所用的材料有 GaP、GaAs、GaAs1-xPx、Ga1-xAlxAs、In1-xGaxAs1-yPy等。

半导体雷射器

如果使高效率的半导体发光管的发光区处在一个光学谐振腔内，则可以得到雷射输出。这种器件称为半导体雷射器或注入式雷射器。最早的半导体雷射器所用的PN结是同质结，以后采用双异质结结构。双异质结雷射器的优点在于它可以使注入的少数载流子被限制在很薄的一层有源区内复合发光，同时由双异质结结构组成的光导管又可以使产生的光子也被限制在这层有源区内。因此双异质结雷射器有较低的阈值电流密度，可以在室温下连续工作。

光电池

当光线投射到一个PN结上时，由光激发的电子空穴对受到PN结附近的内在电场的作用而向相反方向分离，因此在PN结两端产生一个电动势，这就成为一个光电池。把日光转换成电能的日光电池很受人们重视。最先套用的日光电池都是用矽单晶制造的，成本太高，不能大量推广使用。国际上都在寻找成本低的日光电池，用的材料有多晶矽和无定形矽等。

其它

利用半导体的其他特性做成的器件还有热敏电阻、霍耳器件、压敏元件、气敏电晶体和表面波器件等。

未来发展

今年是摩尔法则(Moore'slaw)问世50周年，这一法则的诞生是半导体技术发展史上的一个里程碑。

这50年里，摩尔法则成为了信息技术发展的指路明灯。计算机从神秘不可近的庞然大物变成多数人都不可或缺的工具，信息技术由实验室进入无数个普通家庭，网际网路将全世界联系起来，多媒体视听设备丰富著每个人的生活。这一法则决定了信息技术的变化在加速，产品的变化也越来越快。人们已看到，技术与产品的创新大致按照它的节奏，超前者多数成为先锋，而落后者容易被淘汰。

这一切背后的动力都是半导体晶片。如果按照旧有方式将电晶体、电阻和电容分别安装在电路板上，那么不仅个人电脑和移动通信不会出现，连基因组研究、计算机辅助设计和制造等新科技更不可能问世。有关专家指出,摩尔法则已不仅仅是针对晶片技术的法则不久的将来，它有可能扩展到无线技术、光学技术、感测器技术等领域，成为人们在未知领域探索和创新的指导思想。

毫无疑问，摩尔法则对整个世界意义深远。不过，随着电晶体电路逐渐接近性能极限，这一法则将会走到尽头。摩尔法则何时失效?专家们对此众说纷纭。早在1995年在芝加哥举行信息技术国际研讨会上，美国科学家和工程师杰克·基尔比表示，5纳米处理器的出现或将终结摩尔法则。中国科学家和未来学家周海中在此次研讨会上预言，由于纳米技术的快速发展，30年后摩尔法则很可能就会失效。2012年，日裔美籍理论物理学家加来道雄在接受智囊网站采访时称，"在10年左右的时间内，我们将看到摩尔法则崩溃。"前不久，摩尔本人认为这一法则到2020年的时候就会黯然失色。一些专家指出，即使摩尔法则寿终正寝，信息技术前进的步伐也不会变慢。

图书信息

书 名: 半导体器件

作 者:布伦南高建军刘新宇

出版社:机械工业出版社

出版时间: 2010年05月

ISBN: 9787111298366

定价: 36元

内容简介

《半导体器件:计算和电信中的套用》从半导体基础开始，介绍了电信和计算产业中半导体器件的发展现状，在器件方面为电子工程提供了坚实的基础。内容涵盖未来计算硬体和射频功率放大器的实现方法，阐述了计算和电信的发展趋势和系统要求对半导体器件的选择、设计及工作特性的影响。

《半导体器件:计算和电信中的套用》首先讨论了半导体的基本特性接着介绍了基本的场效应器件MODFET和M0SFET，以及器件尺寸不断缩小所带来的短沟道效应和面临的挑战最后讨论了光波和无线电信系统中半导体器件的结构、特性及其工作条件。

作者简介

Kevin F Brennan曾获得美国国家科学基金会的青年科学家奖。2002年被乔治亚理工大学ECE学院任命为杰出教授，同年还获得特别贡献奖，以表彰他对研究生教育所作出的贡献。2003年，他获得乔治亚理工大学教职会员最高荣誉--杰出教授奖。他还是IEEE电子器件学会杰出讲师。

图书目录

译者序

前言

第1章 半导体基础

1.1 半导体的定义

1.2 平衡载流子浓度与本征材料

1.3 杂质半导体材料

思考题

第2章 载流子的运动

2.1 载流子的漂移运动与扩散运动

2.2 产生-复合

2.3 连续性方程及其解

思考题

第3章 结

3.1 处于平衡状态的pn结

3.2 不同偏压下的同质pn结

3.3 理想二极体行为的偏离

3.4 载流子的注入、拉出、电荷控制分析及电容

3.5 肖特基势垒

思考题

第4章 双极结型电晶体

4.1 BJT工作原理

4.2 BJT的二阶效应

4.2.1 基区漂移

4.2.2 基区宽度调制/Early效应

4.2.3 雪崩击穿

4.3 BJT的高频特性

思考题

第5章结型场效应电晶体和金属半导体场效应电晶体

5.1 JFE

张玉君

（中国地质科学院物探所）

一、何谓中子活化分析？其优点如何？

中子活化分析是一种物理分析方法，其基本原理是用中子照射稳定同位素，经过核转化而产生放射性核素，通过测定放射性核素的辐射特性（如γ、β射线的能量和强度，半寿期），对被照射样品中元素进行定性和定量的推断。

定量测定可以进行相对测量，也可以进行绝对测量。对地质样品的活化分析，通常使用相对测量。绝对测定中计算样品待测元素的含量的公式如下：

张玉君地质勘查新方法研究论文集

式中：g—所分析元素的含量；

M—所分析元素的原子量；

A—测得的待测元素的反应产物的放射性强度；

δ—反应截面；

φ—中子通量；

θ—同位素丰度；

N0—亚佛加得罗常数；

t1—照射时间；

t2—冷却时间，即停止照射至开始测量的时间间隔；

λ—衰变常数；

；Tl/2为半寿期；

η—探测器的探测效率；

α—探测辐射测量的绝对丰度（即衰变网图因子）。

激活放射性核素的辐射强度与所分析元素的含量、反应截面、中子通量、同位素丰度等成正比。

中子活化分析的优点是灵敏度高， *** 作简便，可用小型电子计算机配合，实现分析自动化，样品制备简单，可同时进行多种元素的分析。由于这些优点，中子活化分析近几年发展很快，应用越来越广。

现在以钒为例，说明中子活化分析的灵敏度。钒有两个稳定同位素： 和 。其天然丰度分别为0.24%和99.76%。受中子照射后，经过（n,y）反应，V50变为 V51（反应截面δ＝250靶）。V51为稳定同位素；V51变为 V52（反应截面δ＝4.5靶），V52是β－衰变放射性同位素，放射能量为2.73兆电子伏的β射线和能量为1.45兆电子伏的y射线，半寿期为3.8分。通过对这些放射性的测定可以确定V52的存在，对1.45兆电子伏γ射线进行定量测定，即可推断出样品中钒的含量。在钒的中子活化分析中，当中子通量为1×1013中子/厘米2·秒时，照射1分，冷却1分，其灵敏度为2.0×10-11克；照射30分，冷却1分，其灵敏度为3.4×10-2克；照射到饱和，其灵敏度为2.9×10-12克。这个灵敏度是其他方法所达不到的。

中子活化分析利用y射线能谱测量做为判断和测定70种以上元素的分析指示核素的主要手段。β粒子的测量通常用得很少。有时还需兼用放射化学提纯和半寿期的测定。

中子通量正比地影响中子活化分析的灵敏度。活化分析中希望采用较高的中子通量，选择截面较大的反应和半寿期较适当（不是太长也不太短）的放射性产物。

活化分析的灵敏度还与样品成分的复杂程度有关，各种组分之间往往互相干扰。过去常常需要用化学分离配合，而这是个很慢的过程。自从Ge（Li）半导体探测器的出现和应用大大提高了能谱仪的分辨率，使得有可能减少或不用化学处理就可以经一次照射同时分析出几十种元素的很低的含量。

中子活化分析常用的是热中子（由反应堆、加速或同位素中子源产生）和14兆电子伏的中子（由加速T（D,n）He4反应产生）。有些情况下也使用3兆电子伏的中子（由加速D（D, n）He8反应产生）。

表1至3分别给出热中子、14兆电子伏中子和3兆电子伏中子活化分析中对单一元素的灵敏度或探测极限。

表1　热中子活化分析的灵敏度（克）

表1为热中子活化分析的灵敏度（克）。中子通量为1×1013中子/厘米2·秒。用4吋×3吋NaJ（T1）晶体闪烁计数器探测。样品照射时间分别为1分和30分，冷却时间皆为1分钟。磷（P）、铅（Pb），铊（T1），钇（Y）四种元素经（n，γ）反应后的产物，均为纯β放射性未列入表内。

表2　14兆电子伏中子活化分析灵敏度（克）

表2为14兆电子伏中子活化分析的灵敏度（克）。由T（D,n）He4反应所得到的中子通量为1×1010中子/厘米2·秒。用3吋×3吋NaJ（T1）晶体闪烁计数器探测。当产物半寿期小于1分时，照射时间为三倍半寿期，冷却时间为一倍半寿期，计数时间为三倍半寿期。当产物半寿期大于1分时，照射时间为5分，冷却时间为1分，计数时间为5分。

表3　3兆电子伏中子活化分析灵敏度（克）

表3为3兆电子伏中子活化分析灵敏度（克）。中子通量为1×108中子/厘米2·秒，对碳（C）、氮（N）、氧（O）、硫（S），铋（Bi）不能进行分析，其他未列入表内之元素皆不能达到1960年分析会议汇编中所提出的要求。

二、国外用中子活化方法于地质找矿的发展简况

中子活化在地质与勘探方面的应用，从早期试验到现在，有20年历史，但生产应用的时间并不长。由于近几年半导体探测器、新型中子源、小型计算机和多道能谱仪等新技术的应用，国外在发展现场中子活化分析方面受到较大重视，并已在生产中得出显著的使用效果。

在1951年美国F·E森夫脱尔（F·E.Senftle）开始用Ra-Be中子源和盖格计数管对银进行中子活化测定试验。1954年苏联斯维尔德洛夫矿业学院T.C.伐兹杰依契可夫（Т.С.Возженников）开始在铜矿上进行中子活化测井试验，所使用的是Po-Be中子源和盖格计数管。1957年以后苏联有几个单位如乌拉尔科学分院的地球物理所、乌兹别克科学院原子核物理所、莫斯科全苏核子地球化学地球物理研究所等在铝土矿、锰矿、萤石矿、铜矿上进行了频繁的活化测井试验，采用的是Po-Be中子源、NaJ（T1）晶体和单道能谱仪（也有用电子管百道能谱仪），但是由于所用中子源通量过低，探测器分辨本领低和能谱仪体积庞大，虽然不断有试验结果的报导，并认为在这些矿上将可以进行部分不取芯钻进，但十多年来并未见到这些试验应用于生产的报导。

张玉君地质勘查新方法研究论文集

在1964年前后，苏联作为快速分析矿石的方法，在非放射性矿种和对非放射性元素试验使用中子活化法、X－射线荧光分析和中子测铍法，取得良好效果，特别是在召开第一次活化分析工作座谈会后，核子技术在地质勘探方面的应用范围有所扩大。

在1968年前后，由于原子能工业、核子技术、电子技术及半导体技术发展的影响，中子活化分析在地质和勘探上的应用有了较明显的变化，引起这些变化的重重要新技术有：高分辨能力的Ge（Li）半导体探测器开始用于地质工作，其分辨率较NaJ（T1）高数十倍，这对非破坏性分析和不经化学处理的分析提供了新的可能；小型多道能谱仪的应用，试制成功了轻便小型矿物分析仪；利用小型电子计算机进行数据处理，数分钟即可得到分析结果；新型中子源Cf262在地质上的应用，提供了新的可能，他们认为这是一个“极大的突破”。锎Cf252通过自发裂变放射出大量的中子，0.1毫克的Cf252每秒产生2.34×108中子，这相当于一个小型中子发生器。Cf252的体积小，γ射线剂量低，使用简单。这种源可用于野外矿石、岩石露头上直接测定多种元素，海底中子活化直接找矿，月球探测等。

从1968年以后国外核子技术在地质与勘探上的应用试验十分广泛，美国、加拿大、英国等相继召开专业会议，出版专著。1965年、1968年召开了国际专业会议；苏联在1970年在塔什干又召开了座谈会，大力推广中子活化和X－射线荧光分析等分析方法。1968年11月在阿根廷，1969年12月在波兰分别召开了关于核子技术与矿物资源的技术讨论会。在1969年波兰召开的核子技术与矿物资源小组委员会的技术论文汇编《矿物勘探和矿物开发用的核子技术》中，介绍了加拿大中子活化与X－射线荧光分析联合流动分析装置、核子技术在金属矿物勘探与采矿、非石油矿物资源的勘探与开发、地球化学研究以及在选矿工艺流程分析中的应用；菲律宾还用中子活化分析圈定金矿区；印度、西班牙介绍本国在应用核子技术开发矿物资源的计划。

1970年以来国外中子活化分析用于地质方面的重要进展为：研制并在野外试验了用于井中的Ge（Li）探头，瑞典装成了外径为89毫米，长1600毫米的测井用Ge（Li）探头。所用Ge（Li）探测器体积为22厘米3，用液氮冷却，可工作10小时；探头的能量分辨率为2.3千电子伏（对122千电子伏光子）和2.6千电子伏（对133千电子伏）。此探头已用于兰斯塔德铀矿山的地面试验和钻孔模型中对中子活化谱进行研究。此外用中子活化进行海底地质填图及直接找矿方面的试验也有一定进展。

三、几个实例

1.中子活化分析是其他分析方法的有力补充手段，在许多情况下可以解决其他方法的某些困难。

（1）珍贵样品微量分析：

有些地质样品，如陨石、月球样品、登山运动员采回的样品等。样品量甚少，但极为珍贵，有些目的元素含量甚低，常规分析对这类样品是有困难的。

1970年有人报导了分析地球岩石及陨石中微量元素的热中子活化分析技术，此研究着重于最大限度地减少化学程序，并最大限度地利用Ge（Li）γ能谱测量及计算机数据处理，对三个球粒陨石分析了下述元素：As、Au、Co、Cs、Ga、Ge、Hg、Mo、Os、Re、Sb、Sc、Se、Te等。

同年还有人报导了分析重量仅为0.5克的珍贵地质样品中39个元素的中子活化分析方法。样品照射后，用化学手段分离为12个组，用一个NaJ（T1）晶体、两个Ge（Li）探测器进行放射性测量。39个元素中有半数的分析精度超过±5%，少于1/5的元素的分析精度劣于±25%。

（2）少用或不用化学分离的综合分析：

对于具有地质意义的样品的实验室中子活化综合分析的报导是不少的，其中一个重要研究目的在于努力减少甚至不用化学处理。

例如1970年有人报导了一个仅用一次化学处理测定岩石样品中32个元素的中子活化分析方法。用高分辨率的Ge（Li）γ能谱测量分析了七个含广泛成分的U.S.G.S标准样品。分析过程分为三步：首先测定短寿期核素（10＂～1’），用来测定Sc、Hf、Dr、Mg、Al、Co、Ti、V（和Na）；然后将活化后的样品用五氧化锑水溶液溶解，目的是为了去除Na24，之后测定中寿期核素，得出K、Cu、Zn、Ga、Sr、Ba、La、Eu、Sm（及Mn）等元素的含量；最后测定长寿期核素以分析Sc、Cr、Fe、Co、Zr、Rb、Sb、Cs、Ba、Ce、Eu、Yb、Tb、Lu、Hf、Ta和Th等元素。此方法仅采用一次针对Na24的放射化学处理。

（3）岩石中稀土含量的非破碎性测定：

由于镧族元素的化学分析存在困难，因此有不少人研究稀土族的中子活化分析问题，在这些报导中有一篇特别引起注意的文献。1967年科布（Cobb）成功地应用了Ge（Li）探测器对岩石中镧族含量做非破碎性测定，完全不用任何化学处理。所测出的稀土含量多数能与应用化学分离方法所做数据很好吻合，试验中考虑了八种不同的岩石类型。

2.野外流动实验室

为了减少送样往返时间，解决远离反应堆、加速及中心实验室所造成的分析条件的困难，国外近几年试制成功移动式中子活化分析设备，效果很好。现以加拿大的一套可以运到现场使用的中子活化分析设备为例来说明此问题。

加拿大面积较大，而且矿产大多分布在边远地带。因为从边远地区运送样品到反应堆所在地进行分析太费时间，不能满足地质工作的要求，因而在1966年制造了一套安装在汽车上的中子活化分析设备，相当于一个流动的中子活化分析实验室。到1968年已经去过25个地方，进行了大量的分析工作。这样的装置对地质工作是很有用的。

这套设备采用Sb-Be同位素中子源，用6000居里的Sb124,Sb源放在Be块内，外面是水反射层和43厘米的中子及γ射线屏蔽。整个中子源的直径约1米，重量为5吨，中子通量2×108中子/厘米2·秒，有四个照射位置。由于Sb124的半寿期只有60天，每年要更换Sb124源两三次。

这个中子源装在12米长的拖车上，车上的其他设备还有12千瓦的发电机、空气压缩机、小型电子计算机、1024道分析器，以及带铅屏蔽（内径25厘米，厚10厘米，全长1.2米）的Ge（Li）半导体探测器和NaJ（Tl）闪烁计数器。

中子源与探测器间的距离9米，样品以压缩空气为动力进行传递，样品照射、测量以及数据处理均由电子计算机自动控制。

除Pb、Si、P、S以外的矿物中认为重要的元素都可以足够的精确度进行分析。

每24小时可分析200个以上样品。单元素的测定就更快了，Ag为7000个，Au为200个，Cu为5000个，Zn为4000个。虽然这套装备每年平均花费3万美元，但由于生产效率高，每个样品的花费低于1美元，每个测定的成本就更低了。

在地质中的应用有：

水中U和Th的测定1×10-8克/克

Au晕圈图1×10-8克/克

矿石中As的测定　1×10-4克/克

Zr砂中Hf的测定　3×10-5克/克

与U共生的稀土元素的测定　1×10-2克/克

岩石的相关分析　1×10-6～1×10-4克/克

矿源鉴定　1×10-7～1×10-3克/克

水中铀的测定是为了确定湖或河与铀矿的关系；低Hf含量的锆对原子能工业十分重要，由于Hf与Zr很难分离，故寻找低Hf含量的锆砂就特别重要；As是重要的有害组分。高灵敏度的分析对于地质构造也是极为有用的。

苏联可移动中子活化装置主要是用Po-Be中子源，中子产额通常为107中子/秒，而孔道中的通量就更低了，仅为102～104中子/厘米2·秒。这对地质效果是有影响的。

美国曾用12个Am241—Cm242-Be源共约4000居里安装了通量为9×107中子/厘米2·秒的中子装置，据报道可做73个元素的分析。F.E.森夫脱尔和R.W.珀金（R.W.Perkin）等人在1970年前后用Cf252及Ge（Li）探测器，可在1～2分钟内测定出有经济意义含量的0.1～0.0l以下的绝大多数元素的含量。

3.地面中子活化直接找矿

1964年美国地质调查所为了验证利用中子活化方法在地表露头进行直接找矿的可能性，用加速安装了两台汽车中子活化装置，可产生流强为108中子/厘米2·秒的中子流，整个设计可使中子流较集中地对准地面照射，照射后，可在数秒钟内换上NaJ（Tl）闪烁探头，联接多道分析器进行记录，元素的确定根据能量和半衰期。用这种装置做的试验表明中子活化技术作为一个野外地面勘探方法至少对30种以上元素是有可能的。方法的本质缺点是穿透厚度不能令人满意，仅为1呎左右。此外装置也嫌太笨重。1967年发表了利用上述装置对贵金属和半贵金属的试验。计算了Ru、Rh、Pd、Ag、Re、Os、Ir、Pt和Au受通量为108中子/厘米2·秒的热中子照射所产生的激活放射性强度，较高的有Rh、Ag和Ir。在Arminius矿上对银进行了野外试验，在含银约为1.5盎司/吨的黄铁矿富集带上进行了活化测定，Ag110的确定是根据其能量（0.66兆电子伏）和半寿期（23.5秒）。文中估计此方法的灵敏度还能提高到0.1～0.2盎司/吨。测量时间仅需数分钟。对于Au也进行了模型和野外试验，但结果不如Ag。对贵金属的试验表明，银和金的现场中子活化方法是一个可以实现的找矿方法。

苏联曾对F和Cu进行了地面中子活化测定。前者是为圈定F晕以寻找萤石、磷灰石及稀土矿。在地表进行活化时，将表土挖去25厘米深，20×20厘米见方，中子源用3—6居里的 Po—Be中子源，每隔10米测一个点，二人组成的小组每班可测100～120点。F测定的灵敏阈为0.05%。此外还对矿山工程进行了F的测定。Cu的野外地面中子活化分析，用2×107中子/秒的Po-Be源可测出0.2%～0.4%的Cu，相对误差为10%～15%。

从1970年前后起美国地质调查所进行了大量的研究工作，试图用Cf252进行地面及海底中子活化工作。特别应注意，后者是争夺海域战略的重要动态。

原载《地球化学探矿分析方法译文集》，1977。

【简介】

谢希德（1921年3月19日－2000年3月4日），女，福建泉州人，中国物理学家，中国科学院院士、第三世界科学院院士，丈夫为著名生物化学家曹天钦。谢希德1946年毕业于厦门大学数理学系，1951年美国麻省理工学院博士毕业，1952年10月回国到复旦大学任教，1983—1988年复旦大学校长。专长表面物理和半导体物理的理论研究，取得多项重要成果，并是这些方面科学研究的主要倡导者和组织者之一。90年代主要从事半导体表面和界面、短周期超晶格的声子谱的研究并取得重要成果。.撰有《半导体物理学》、《固体物理学》等专著4部。谢希德是1949年后中国大陆第一位大学女校长，她把握改革开放新时期的机遇，为复旦大学的发展作出了极大的贡献，和前任校长苏步青开创了复旦辉煌的“苏谢时代”。

生平经历

   1921年3月19日出生于泉州市蚶江镇赤湖乡。那年她的父亲谢玉铭被母校燕京大学请回教物理课程，他一边教书，一边进修高等物理，准备出国深造。1923年，他得到洛克斐勒基金社的奖学金赴美国留学，母亲郭瑜瑾则在厦门大学念书。在谢希德4岁时不幸母亲患病去世，此时，父亲正在美国芝加哥大学攻读物理博士学位，幼小的谢希德在祖母无微不至的照料下成长。1926年谢玉铭学成回国，应聘在燕京大学物理系执教。谢希德7岁时，父亲与燕京大学数学系毕业生张舜英结婚。继母对她十分疼爱，使她的心灵得到极大抚慰。11岁时进入燕大附中，在那里认识同班念书的曹天钦。后来转到贝满女中读书，“敬业乐群”的校训给她深刻的教育。至今也常怀念当年对学生既严格要求又和蔼可亲的师长们。

   1937年卢沟桥事变后，谢玉铭举家南下，应邀在湖南大学任教。谢希德相继在武汉圣希理达女中和长沙福湘女中读完高三。1938年夏天，日本侵略军的炮火日益逼近武汉、长沙，但当时仍举行高考统一招生。谢希德报考湖南大学数学系，不久长沙告急，全家搬到贵阳。谢玉铭只身回到迁往辰溪的湖南大学。好不容易转移到贵阳后，谢希德住进医院切除扁桃腺，加上又腿痛难忍，因此虽然接到录取通知，不得不申请在家休学一年。后来经医生诊断她的腿痛系股关节结核。那时没有治结核病的特效药，生了这种病与被判无期徒刑差不多。当时日本侵略军的飞机狂轰滥炸，需时常躲避空袭，不得安宁。但她是一个意志坚强的青年，在治病和休养期间，大量阅读英文小说，这对她后来的发展很有帮助。1942年夏她又考上迁至贵州省湄潭县的浙江大学物理系，但由于父亲不同意而放弃。后来全家从贵州搬到福建长汀县，父亲应聘为厦门大学数理系教授，并兼任系主任、理学院院长和教务长。在萨本栋校长和谢玉铭、傅鹰等各教授的共同努力下，厦大成为当时东南首屈一指的大学。就在这时，谢希德考入厦大数理系。她勤奋好学，训练严格，基础扎实。尤其是在父辈们的亲切熏陶下养成了优良的学风。1946年秋她大学毕业后，来到上海市沪江大学任助教。连绵不断的战火，辗转不定的生活，艰难困苦的环境，使她成为具有强烈爱国心的青年，立志继承父业，出国深造，为祖国未来奉献力量。

复旦工作

原在上海交通大学的周同庆曾请谢希德去交大任教，由于院系调整，她同周同庆一起来到复旦大学物理系。在这里，她承担了极其繁重的教学任务，从1952年到1956年，先后主讲6门基础课和专业课，且都编写了教材和讲义。她善于组织课程内容，讲课切合学生实际，由浅入深，信息量大，条理清晰，语言流畅，使学生们深得教益。现在中国许多中年科技骨干，如方守贤、丁大钊、王启明等都是她当年的门生。在她努力下，复旦大学于1955 年开设了固体物理专门化，致力于半导体物理的发展。1960～1962年间，她同方俊鑫合作，编写了《固体物理学》（上、下册）一书，由上海科学技术出版社出版，深受国内各大学师生欢迎。80 年代，这部书重新修订，谢希德增写了《非晶态物质》一章，保持原书特色，既系统讲述本学科的基础内容，又介绍各主要分支的发展概况。1988年被国家教委评为优秀教材。

　  　1956年秋，为了实现国家12年科学发展规划，北大、复旦、南京大学、厦大、吉大等5所大学的物理系的部分师生汇集于北大，共同创办半导体物理专门化。黄昆任教研组主任，谢希德任副主任。他们通力合作，撰写了一部专著《半导体物理学》，1958年由科学出版社出版。这在当时国际上是一部学术水平很高的权威性著作，为中国培养一大批半导体科技骨干人才及时作出了贡献。令人钦敬的是她为了科学事业，放下出生才5个月的小孩，交给爱人曹天钦照料，毅然去北大工作。

　  　在科研方面，她也是白手起家，于1958年创办上海技术物理研究所，并任副所长（1958～1966）。在她精心指导和组织下，坚持应用技术和基础研究并重，为上海半导体工业发展和基础研究创建了必要的条件，培养了一支队伍。当时实验技术人员非常缺乏，为此她建立了上海技术物理中专，培养实验员，后来这批人都补齐了大学课程，成为得力的科技人才。当年提前毕业参加建所的大学生中有很有成就的沈学础。

　  　60年代初，国际上硅平面工艺兴起，她和黄昆敏锐地看到这将促进半导体技术和物理的迅猛发展，联名建议开展固体能谱研究，并由北京大学、复旦大学、南京大学共同承担。1962年11月，她晋升为教授。在她指导下，复旦建立了顺磁共振等当时先进的实验技术。她招收研究生，开设“半导体理论”和“群论”课，编写讲义，指导研究生从事空间群矩阵元选择定则、应变条件下半导体载流子回旋共振理论、间接隧道效应理论、半导体能带计算等项科研课题。1966年夏，在北京召开的暑期物理讨论会上，她作了能带计算成果的报告，与各国学者进行交流。1986年在原有讲义基础上又进行改写，出版了专著《群论及其在物理学中的应用》，此书现已成为国内许多大学研究生的教材，使学生较容易掌握群论这样抽象的数学工具，受到师生们的好评。

突出贡献

 谢希德1976年10月粉碎“四人帮”后，祖国又有了希望。1977年8月，当时分管科学教育的邓小平，在科学教育工作座谈会上指出：建国后17年，教育战线、科研战线的主导方面是红线，中国知识分子绝大多数是自觉地为社会主义服务。我们要尊重脑力劳动，尊重人才。1978年3月在全国科学大会上，邓小平强调了“科学技术是生产力”和知识分子已经是工人阶级的一部分的观点，给知识分子莫大的鼓舞。正如郭沫若所说的迎来了科学的春天。

  在1977年底的全国自然科学规划会上，谢希德报告了她的科学调研，以殷实的材料说明在固体物理、材料科学和量子化学之间正在形成新的边缘科学即表面科学，其基础是表面物理，基本内容包含三个部分：一是确定表面的原子成分；二是表面原子结构和成键性质；三是表面电子态和各种特殊的物理性质。她还阐明了表面物理同高新技术和科学发展以及与国民经济之间的重要关系，提出在中国发展表面物理的倡议。这个报告得到与会科学家的赞赏。她的倡议得到国家科委和高教部的支持，返校后，她立即着手筹建以表面物理为研究重点的复旦大学现代物理研究所。在短时间内，在原有物理系和核科学系的基础上建立了8个研究室。

1978年9月，谢希德又拟订计划，组织两个系列的学术报告讨论会，一是表面物理，系统讲述表面物理的基础内容和发展前景；二是固体能带理论。她安排好报告人并开列参考文献供报告人准备之用。7个多月，她带病亲自组织报告30多次。在此基础上还举办了全国性的表面物理讨论班。

中国科学院和教育部委托复旦大学物理系和现代物理研究所举办的固体理论讨论班，1979年3月在复旦举行，由副校长兼现代物理研究所所长谢希德主持并亲自作几个学术报告，来自全国20多个省、市、自治区84所高校和科研单位的170多位代表参加了讨论班，主题是“群论”和“固体能带理论”，时间长达一个月之久，收到很好的效果。

1982年，美国物理学家、1998年诺贝尔化学奖获得者，W.科恩（Kohn）来华讲学，回国后评论说：“谢希德教授作了明智的选择，在复旦大学开展表面物理研究”。多年的努力和在国家科委和国家自然科学基金会的支持下，现代物理研究所的表面物理实验室于1990年经国家计委组织专家评审，被确定为国家应用表面物理开放实验室。在谢希德指导和王迅的努力下，该实验室在化合物半导体GaAs和InP的极性表面结构和电子态，表面界面结构，Si/Ge超晶格的生长机制和红外探测器件、多孔硅发蓝色光、蓝色激光材料研制，锗量子点的生长和研究，磁性物质超晶格等方面取得出色成果。

由于她与同事们坚持不懈的努力，1985年、1987年、1990年和1997年，谢希德和张开明、叶令及蒋平等共取得4项科研成果。这就是“半导体表面电子态理论与实验之一”、“镍硅化合物和硅界面理论研究”、“金属在半导体表面吸附及金属与半导体界面电子特性研究”和“量子器件与异质结构电子性质的理论研究”，分别获得国家教委科技进步二等奖。在指导研究生方面，据不完全统计，自1978年以来，已培养了博士15名，硕士10多名。发表学术论文近百篇。她是1997年何梁何利科技进步奖的获得者之一。

80年代初，美国著名科学家，两次诺贝尔物理学奖获得者J.巴丁（Bardeen）率团访华。他回国后称赞说：“在中国科学界中，谢希德教授是属于最有影响的人士之一。”

由于谢希德的科研成就和国际学术交流方面的卓越贡献，使她得到国内外学术界的赞誉，享有崇高的声望。她被选为中国物理学会副理事长（1978～1991），中国科学院数理学部委员（院士）、两度当选中国科学院学部主席团成员（1981年和1992年）。美、英、日、加、香港地区的13所大学分别授予她名誉科学博士、名誉工学博士和人文科学博士1987年6月接受美国纽约州立大学Alabany分校授予名誉博士时，《今日美国》报社记者采访她，称她为“中国的哈佛大学校长”。1986年她被选为美国物理学会的名誉会员（Fellow）。1988年她又当选为第三世界科学院院士。1990年被选为美国文理科学院外国院士。《表面科学》等6种国际学术杂志请她担任顾问和编委。她也是国际纯粹和应用物理联合会（IUPAP）半导体委员会委员（1987～1993），先后担任国际半导体物理会议的顾问和程序委员会委员，1990年当选为在北京召开的第二十一届国际半导体物理会议主席。会议于1992年8月召开，中外专家500余人出席这届大会，报送的论文达900多篇。这是第一次在亚洲发展中国家召开的国际半导体物理会议。这次会议为中国半导体物理学界提供了一个直接接触国际科技前沿领域的良机，对中国半导体学科的发展以及青年人才的培养，起到很好的推动作用。

谢希德在与国际科技界友好往来和学术交流中，显示了特有的智慧和才干，为振兴中华、建设祖国作出了重大贡献。自1983 年起她每年都参加美国物理学会的三月会议，回来后必向物理系师生作介绍，并撰文讲述当年物理学前沿的重要发展。她多次应邀出国参加各种会议，作有关半导体物理、表面物理学术报告外，还作有关中国科学、教育、妇女、人口和环境等方面的报告，足迹遍及美、英、法、德、意、日、俄、波兰、匈牙利、希腊、泰国、委内瑞拉等国。

谢希德是中国半导体物理学和表面物理学研究的开拓者之一，成就卓著，深受学术界、教育界的尊敬。1991年3月19日欣逢她七十大寿，又值她在复旦大学执教40年。国家科委主任宋健和中国科学院院长周光召联名发来贺电。国际著名的3位诺贝尔物理学奖获得者杨振宁、李政道和A.萨拉姆（Aalam）分别发来贺电。国家教委也致电祝贺。中国物理学会理事长冯端寄来热情洋溢的贺信。国内外知名学者撰写了26篇学术论文，汇编成《表面物理学及有关课题》文集，以热烈和由衷的庆贺，由新加坡世界科学出版社出版。

人物评价

   谢希德谢希德不但是一位国内外知名的物理学家，也是一位杰出的教育家和社会活动家。在高教事业方面，谢希德的贡献是突出的。她先后担任复旦大学副校长（1978～1983）和校长（1983～1988）长达10年之久，建树累累。她率先在国内打破综合大学只有文科、理科的前苏联模式，根据复旦大学的条件增设了技术科学、生命科学、管理科学等5个学院。她大力提倡师生的创造性和科研工作，加强国内外的学术交流。教学质量和科研水平与日俱增，复旦的声誉在增长。她深知抓好教师队伍建设的重大意义，采用破格提升的方法，鼓励学科带头人脱颖而出。她注意发挥教师在教书育人中的指导作用，1956年秋在复旦推行导师制。导师们深入学生中间，指导学生学习，针对各种问题晓之以理、动之以情，效果很好。设立“校长信箱”、“校长论坛”、“新闻发布会”沟通校内各方面情况，使存在的问题得以及时解决，师生和职工们感到比较满意。她在师生中大力提倡好的学风，严谨治学，严格要求。

   谢希德也是一位出色的社会活动家。1982年9月当选为中国共产党第十二届中央委员会委员，1987年10月当选为中国共产党第十三届中央委员会委员，1988年5月当选为中国人民政治协商会议上海市第七届委员会主席。在中共十三大开会期间，谢希德与浙大校长路甬祥、厦大副校长王路林一同出席中外记者会，她老练地回答了记者们的各种提问。作为上海市政协主席，她的视野宽阔，极为关注浦东新区的开发，对浦东的高等教育提出新的见识，后来又担任了校址设在浦东的杉达大学的校长。她不仅关注全市的教育、科技方面的工作，也关注文化、社会风气、农业等等。人们可以从电视新闻中看到她带领政协委员下工厂、农村了解情况和慰问的动人场面。她关心科普教育，主编一本《阿爸教科学》的新书，给青少年增添了许多新知识。

   在复旦校园里，她曾接待过来访的法国总统德斯坦，美国总统里根以及国务卿舒尔茨等外国领导人。她代表复旦授予一批世界上著名的学者、教授为复旦大学名誉教授、顾问教授的称号。1998 年美国总统克林顿和夫人来华访问时，谢希德作为知名人士参加了克林顿总统在上海的座谈会。

   1998年11月4日美国半导体产业协会（Semicondueter Indartry associaleer）出资在复旦大学美国研究中心设立谢希德奖金以鼓励有关领域的科学研究。谢希德在团结各界人士、特别是教育界和科技界、国际友人、海外学子和侨胞中，为振兴中华、建设祖国做出了重大贡献。

【大事年表】

1921年3月19日 生于福建省泉州市。

1942～1946年 在厦门大学数理系学习，获理学士学位。

1946～1947年 任上海沪江大学数理系助教。

1947～1949年 美国史密斯学院物理系研究生兼助教，1949年获理学硕士学位。

1949～1952年 在麻省理工学院物理系攻读博士学位，1951年获哲学博士学位。毕业后留校研究一年。

1952～ 在复旦大学先后任物理讲师（1952～1956）、副教授（1956～1962）、教授（1962～）。固体物理教研室主任（1954～1961）。

1956～1958年 在北京任北大、复旦、南大、吉大、厦大五校联合半导体物理教研室副主任。

1958～1966年 筹建上海技术物理所，任副所长。

1978年～ 任复旦大学现代物理研究所所长。

1978～1988年 任复旦大学副校长（1978～1983）、校长（1983～1988）、复旦大学美国研究中心主任（1985～）。

1978～1991年 任中国物理学会副理事长。

1980年 当选为中国科学院数理学部委员（院士）。

1989年 当选为第三世界科学院院士。

1990年 当选为美国文理科学院外国院士。

1997年 任上海浦东杉达大学校长。

2000年3月4日 逝世于上海

2012年有的考区的高考实用类文本阅读就是——《谢希德的诚与真》，您可以自行查阅一下这篇文章

---