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半導體的特性范文1
中圖分類號：TB383.1 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）07（b）-0095-02
自組裝是一種較為復雜的分子之間的協同作用，該技術的主要內容為，在非共價鍵的相互之間的作用之下，分子會自發的形成一種結構，該種結構具有一定的有序性，分子在進行自組裝的過程中，影響最終的組裝效果既有分子自身性質等內在因素，也存在一定的外在因素的影響，如分子所處的環境中化學因素及物理因素的影響，不同結構的納米結構能夠應用于不同的領域。卟啉酞菁是一種共軛的大環體系，其結構非常的穩定，其穩定性遠遠高出了其他的有機半導體材料，這種半導體材料的應用前景越來越廣泛，越來越多的研究人員開始投入到卟啉酞菁化合物的設計合成的研究中來，該文就將針對卟啉酞菁化合物的設計合成、自組裝納米結構及有機半導體特性進行簡單的分析研究。
1 卟啉酞菁類化合物的自組裝納米結構的研究現狀
在化學的研究中有一個重要的分支為超分子化學，其主要的研究內容是分子之間的化學鍵的研究及分子組裝的研究，其最重要的幾個特性表現為：自復制、自組織、自組裝，當顆粒的尺寸處于一千納米之內時，超分子的性質會發生非常顯著的改變，這種性質在磁學性能、電學性能、光學性能、力學性能等領域具有非常鮮明的體現，由此而誕生了納米化學，納米技術是目前的研究中非常流行、應用廣泛的技術，但是在納米級尺寸的器件的制備過程中，其合成方法是較大的難題，分子的自組裝技術逐漸引起人們的關注。
通過超分子的自組裝技術，能夠合成出各種結構復雜的納米材料，根據其性能的不同，具有各種不同的用途，卟啉、酞菁類的化合物具有非常典型的大環共軛結構，廣泛的應用于分子存儲材料、分子磁體、有機場效應管、傳感器、電子學等領域，根據各種卟啉酞菁類化合物的取代基的不同，可以采用不同的自組裝方法得到各種不同的組裝體，近年來，有很多研究，通過一定的納米自組裝技術將卟啉酞菁類化合物制備成各種不同的、有序的納米結構，然后根據用途的不同將其制成各種納米器件，這已經演變成為超分子化學研究過程中的一個重要的分支，為實際應用中的超分子聚集體的研究提供了更多的有力依據。
2 不對稱的八取代酞菁自組裝納米結構的研究
2.1 酞菁分子的設計及合成
酞菁分子的結構時非常典型的共軛電子結構，分子之間主要存在的相互作用力是π-π作用力，想要調節這類化合物的分子之間的相互作用力，只需要在酞菁分子的引入適當的官能團，就能很好的解決這一問題，本次研究中，在酞菁分子的β位置引入二甲基氨基乙氧基，通過醋酸鋅.2H2O及自由酞菁在DMF中進行回流反應能夠得到鋅酞菁Zn{Pc（OC4H9）7[OC2H4N（CH3）2]}，標記為化合物1，，根據相關的文獻能夠制備得到自由酞菁H2{Pc（OC4H9）7[OC2H4N（CH3）2]}，標記為化合物2，實驗過程中通過柱層析進行反復的分離，能夠得到元素的核磁、質譜、分析等結果。
2.2 酞菁自組裝納米結構的電子吸收光譜
通過實驗發現，以上制備的兩種化合物在氯仿中并沒有發生聚集反應，自由酞菁存在著一個非常強的吸收帶，表示為Q帶，并且具有很好的C2h分子的對稱性，鋅酞菁的分子對稱性與自由酞菁分子的對稱性相比有一定程度的增加，變為D4h，兩種化合物分散于氯仿中及甲醇中的吸收能力有一定的區別，由于分子之間強烈的相互作用，在組裝體中形成了非常明顯的寬鋒，兩種化合物分散與甲醇中形成的主要的吸收峰與分散于氯仿中的吸收峰相比，出現了藍移現象，這主要是因為化合物分子之間所存在的強烈的π-π的相互作用，使化合物中形成了H型的面對面的聚集模式。
2.3 傅立葉變換的紅外光譜表征
在自由酞菁的紅外光譜中，自由酞菁中的吡咯環中的N-H鍵的收縮振動，表現為自由酞菁的吸收峰，在自由酞菁化合物的組裝體中，側鏈的二甲氨基乙氧基中的氮原子會與相鄰的酞菁分子的中心的氫原子結合形成一個氫鍵，這會使伸縮振動峰在組裝體中的作用變寬、變弱，使得其與水峰的重疊區域無法區分開來。在鋅酞菁化合物中，其納米結構的紅外光譜中，其振動峰裂分為肩峰與主峰，這種現象表明，在其聚集體中存在著Zn-N的配位作用。
2.4 聚集體的形貌表征
為了得到酞菁化合物的聚集體的形成機理，在實驗中，對不同聚集時間下的自由酞菁化合物的形貌進行了測試，將自由酞菁化合物注入到甲醇中，靜置一個小時的時間，能夠觀察到大量的空心球狀的聚集體，也含有少量的帶狀的聚集體，將其靜置兩個小時的時間，能夠觀察到大量的空心納米管及螺旋狀的納米帶，并且他們的螺旋角及螺距是不同的，在聚集剛剛開始時，聚集發生的最主要的驅動力為酞菁分子對甲醇疏溶劑的作用，所以會形成大量的空心球，而當N-H配位鍵形成之后，會形成平直的納米帶，納米帶的繼續生長會產生傾斜的形變，納米帶會產生彎曲，這就形成了螺旋結構。將鋅酞菁化合物置于甲醇中，經過分子的自組裝作用，會形成多根一維的納米線所組成的納米束，通過分析得知，這些納米束是由酞菁二聚體沿著納米線的長軸的方向面對面的堆積而成的。
3 卟啉自組裝微米管及其半導體特性的研究
隨著第一根碳納米管的制造，人們逐漸認識到其巨大的潛在價值，隨后各種各樣的微米管及納米管被研究出來，制備納米管的材料也開始變得多種多樣，聚合物、無機物等材料都開始應用于納米管的制造中，制造納米管的方法也是多種多樣的，在本次研究中，將自由卟啉采用自組裝技術將其制備成微米級的樹枝狀的微米管及葉片狀的聚集體，下面予以簡單的分析。
3.1 電子光譜的吸收
通過實驗發現，將自由卟啉放置于氯仿中，并沒有發生聚集，這一特征是自由卟啉的典型特征，將其置于正己烷中，由于其分子的緊密排列，出現了明顯的寬鋒，而在氯仿中只出現了一個變寬的S帶，在正己烷及氯仿的氣氛中形成的聚集體表現出了一個變寬、裂分的S帶，出現這種情況主要是因為相鄰的卟啉之間有一定的激子耦合作用，在氯仿中形成的聚集體及在正己烷中形成的聚集體都出現了一定的紅移現象，但是二者出現紅移的程度是有一定的區別的，這說明在自由卟啉化合物的自組裝過程中，形成聚集體的主要的推動作用是卟啉分子與溶劑之間的相互的作用。
3.2 聚集體的形貌表征
對化合物自組裝所形成的聚集體的形貌進行觀察時，采用掃描電競來進行觀察，將自由卟啉化合物分別置于正己烷氣氛中、氯仿氣氛中，所形成的的自組裝聚集體具有不同的形貌，在氯仿氣氛中主要形成方向一致的納米管，這說明自由卟啉化合物的分子間的排列是有序的，這一特性非常適合應用于場效應晶體管及光電晶體管中，在正己烷氣氛中，主要形成葉片狀的納米結構。
4 兩親性三層卟啉酞菁化合物的設計合成及其有機半導體特性的研究
自從第一次在有機場效應管中應用有機的半導體，已經在這方面取得了很大的進步，相比于無機的半導體材料，有機的光電設備具有柔軟性好、成本低、輕便等諸多的優點，卟啉酞菁類化合物自身具有很好的電學性質及化學性質，很早就將其應用于有機的場效應晶體管材料的制造中，本次研究中主要闡述Eu2[Pc（15C5）4]2[T（C10H21）4P]標記為化合物1與Eu2[Pc（15C5）4]2[TPOPP]標記為化合物2，兩種典型的兩親性的三層分子卟啉化合物的有機半導體特性。
通過實驗得到兩種化合物的紅外光譜圖，二者都出現吸收峰，可以認為是其側鏈上的甲基上C-H對稱彎曲所形成的的吸收峰，同時其C-O-C鍵的對稱、不對稱收縮都會形成相應的吸收峰。
本次實驗中，以烷鏈作為疏水層，生成的兩親性三層三明治型的卟啉酞菁化合物，這是一種新型的有機半導體材料，用其LB膜所制成的場效應晶體管器件具有很好的遷移率，為設計、制造場效應晶體管器件的分子材料，提供了很好的依據。
5 結語
隨著超分子化學、納米科技的發展，越來越的研究將有機半導體分子的自組裝特性應用于納米材料、器件的制造中，該文中例舉了幾種典型的酞菁類化合物、卟啉類化合物、酞菁卟啉類化合物，對其基本的性能進行了簡單的介紹，對于納米材料及器件的研發、制造，有一定的參照作用。
參考文獻
[1] 高穎寧.卟啉酞菁類化合物的設計合成及性質與自組裝納米結構[D].山東大學：無機化學，2010.
半導體的特性范文2
去年，蘇聯的有些城市的街道上，出現了這樣一種路燈，這種路燈沒有什么電線通向電源，可以說是自己就會發光的。而且天一暗下來自己就會自動發光，照明街道，天亮了也會自動“關上”，不用人管理。
更有趣的，還出現了一種沒有真空管的收音機，只有一兩斤重，小得可以放到口袋或衣袖里去，用起來真是像小筆記本那么方便。不論你走到那里，就是到了荒山或沙漠地帶，只要你高興，就可以拿出來聽北京的廣播，莫斯科的音樂?！?/p>
說到這里，或許讀者要問，怎么會出現這樣的“奇跡”呢？原來，科學家們發現了某些物質的特性，利用這些物質就可以發電不用機器，可以自動控制機器，可以用來代替無線電的電子真空管，還可用來作其他許多奇妙的東西。
這些物質就叫做“半導體”。
什么叫半導體？
把物體分為導體與非導體是很早以前的事了。誰都知道，能導電的銅、銀等金屬元素叫做導體；玻璃、木頭、橡皮等物質不能導電，就被稱為非導體（即絕緣體）。
半導體是介於導體與非導體之間的物質，既不像導體那樣容易導電，又不像非導體（絕緣體）不能或者說幾乎不能導電。像矽、鑰、碲、硼、砷、磷以及不少的氧化物與硫化物都是半導體。目前應用最普遍的和最重要的是：稀有金屬“鍺”和世界上數量最多的“矽”。
半導體所以能夠創造許多奇跡，不僅因為它的導電能力介於導體與非導體之間，更重要的是它的導電能力與光和熱有著極其密切的關系。當半導體的溫度增高或受光線照射較強時，它的導電能力就顯著增加；反之，溫度降低或光線照射較弱時，半導體的導電能力就急劇減少。而導體與非導體則沒有這種特性。這也就是半導體不同於其他物質的最主要的特性。
為什么半導體的導電能力介於導體與非導體之間？為什么會因光和熱的變化而改變自己的導電能力呢？
原來，任何物體都是由許許多多原子構成的。每個原子都是由一個原子核和圍繞著原子核轉動的一定數量的電子組成。在非導體中電子和原子核結合得非常牢固；而在導體中，幾乎全部電子與它的原子核結合很不牢固，甚至能離開原子核而自由地在導體內跑來跑去。這種電子叫做“自由電子”。所謂電流現象，就是許多電子順著一定的方向流動。所以，當兩個不同電壓的電極中間連以導體，導體中的“自由電子，”就向一定方向移動，把電由一極導向另一極，這就是產生了電流。如果連以非導體，因為沒有“自由電子”就沒有電子的移動，也就沒有電流現象。導體所以能導電，非導體所以不能導電，道理就在這里。半導體中的電子與原子核的結合既不像導體那樣松弛自由，也不像非導體那樣牢固。因而它們的導電能力也就介於導體與非導體之間了。
我們知道，任何物體內的原子都是不停地振動著；物體受光和熱多時，原子振動劇烈，受光和熱少時則振動緩慢。當半導體中的原子在光和熱的影響下振動劇烈時，它們周圍的電子就互相碰撞，有些電子與原子核結合得不甚牢固，於是就被撞出來成為“自由電子”；在受到光和熱較少時，原子振動緩慢，就很少有電子被撞出來。這就是為什么半導體因光與熱的強弱多寡而增加或減少導電能力的緣故。導體中本來就有自由電子，光與熱對它的影響不大；非導體中的電子與原子核結合得非常牢固，不管原子振動怎樣劇烈，電子也很難被撞出來。所以它們就沒有或者極少隨著光熱的變化而改變自已導電能力的特性。
根據這些特性，就可以讓半導體幫助我們做許許多多的過去不能做的事情。
發電不用機器
在任何一個發電站里，不論它的動力是水力、火力還是原子能，都要具有龐大復雜的機器設備。
可是，半導體卻幫助我們不用機器也能夠來發電。我們把兩塊半導體用導線連接起來，把其中一塊加熱，於是這塊半導體內就產生了很多“自由電子”，與未加熱的一塊，就形成了一個電位差，這樣，溫度高的那塊半導體內的“自由電子”，就向溫度低的那塊半導體流去，電流就產生了。我們只要把兩塊半導體的另外兩端裝上電極聯以導線，并保持這兩塊半導體之間的溫度差，這一些簡單的東西就成為一個完整的半導體發電器了。
利用半導體來發電，會使整個電力工業引起革命。首先，我們能夠直接利用熱能來發電，實現了許多年來的蘿想。過去，工廠里的熱能有80％從鍋爐的煙囪中逃逸出去，要是利用半導體就可以把這些熱能變成電能。其次，“半導體發電器”不需要火力發電那樣的鍋爐、輸機等一套龐大的機器，使發電成本大為降低。而且這種“半導體發電器”特別方便，最輕巧的可以放到一盞煤油燈的燈罩上，利用煤油燈散發出來的熱發出的電力足夠供給一架收音機的使用。蘇聯已經大量生產這種精巧的發電器了。
光與熱一樣，對半導體是有影響的，因而使我們有可能直接利用太陽光來發電了。目前已有這樣的半導體，在陽光照射之下，每一平方公尺大小就能發出50—100瓦的電力，能夠點亮一盞五十支光的電燈。用半導體制成的路燈，在白天能把太陽光變成電能儲蓄起來，到晚上就用這些電能來照明，使整個城市大放光明。
半導體通電后，一端就強烈地發熱，另一端卻冷得結冰，所以半導體可以制成裝置簡單經久耐用的電冰箱，它耗電極少，效能很大。這種裝置與暖氣設備結合起來，不用燒鍋爐，一年四季可以自動地調節室內的溫度，夏天變得涼爽，冬天溫暖如春。
靈敏的“電眼”
半導體的特性范文3
關鍵詞：智能半導體；溫差發電裝置；設計；應用
引言
電力是各領域運行以及各電子產品功能實現所需的重要能源，就目前的情況看，火力發電屬于主要發電方法，會造成一定的能源浪費。智能半導體溫差發電裝置的設計，能夠有效解決上述問題，對可持續發展戰略的落實具有重要價值，同時也是發電技術發展的主要方向。
1 智能半導體溫差發電原理
多功能綠色溫差電源是利用溫差產生電能的新型便攜式綠色能源發電裝置。它分為吸熱、吸冷兩面，當有夭畈生時，就能實現電能的輸出。它可獨立使用，也可嵌入有溫差的產品上，同時還能推廣應用到國民經濟的諸多領域，如道路交通指示系統，夜景工程，廣告裝潢等。
2 智能半導體溫差發電裝置的設計
2.1 智能半導體溫差發電裝置功能
（1）溫度采集。溫度采集是智能半導體溫差發電裝置的主要功能之一，同時也是發電功能實現的第一步。裝置的吸熱與吸冷兩面，可分別吸收不同的溫度，實現溫度的采集。采集后的溫度，可被自動計算出溫差，并顯示出來。
（2）能量轉換。能量轉換是智能半導體溫差發電裝置實現發電的第二步。在采集并計算出溫差之后，裝置能夠將其轉換為電能，進而使其能夠供我們日常使用。
（3）電能傳輸。溫差所轉換成的電能，能夠實現傳輸，以為使用者對能量的應用提供途徑。電能傳輸過程是將裝置與使用者相連接的關鍵，一旦傳輸出現問題，溫差所轉換的電能則無法被利用。
（4）儲存電能。為避免無法立即被利用的電力被浪費，該裝置還能夠實現儲存電能的功能。如溫差所產生的電能在使用過后存在剩余，可以被存儲在裝置之中，在使用者需要時，可以隨時加以使用，極大的提高了便利性。
（5）外觀。智能半導體溫差發電裝置具有體積小巧的特點，因此攜帶較為方便，為使用者帶來了極大的便利性，可將其隨意應用到各個場合。上述特點也擴大的改設備的應用范圍。
2.2 裝置構成
智能半導體溫差發電裝置主要由以下模塊構成：（1）PTC陶瓷加熱模塊。（2）半導體溫差發電模塊。（3）水冷散熱模塊。（4）單片機溫差控制模塊。（5）數據采集模塊。
不同模塊功能不同。PTC陶瓷加熱模塊的功能在于實現加熱，以增加裝置的溫度，實現吸熱。水冷散熱模塊的功能在于完成散熱過程，實現吸冷。數據采集模塊的功能在于對最高溫度與最低溫度進行測量，進而計算出兩者之間的差值并將其顯示。單片機溫差控制模塊的功能在于對溫差進行控制，避免超過裝置所能承受的極限值，確保發電過程能夠順利實現。半導體溫差發電模塊的功能在于真正實現發電，以供使用。
2.3 裝置溫度控制流程
裝置溫度控制工作流程從初始化開始：
（1）裝置開始工作，完成初始化。
（2）設定溫度上限，繼電器常閉。
（3）開啟加熱器，并檢測熱端溫度。
（4）溫差控制，判斷當前溫差是否大于熱端所能承受的最大溫度。
（5）如當前溫度大于熱端所能承受的最大溫度，則指示燈熄滅，加熱裝置斷開。
（6）如當前溫度小于熱端所能承受的最大溫度，則加熱器工作。
2.4 設計效果
為判斷該裝置性能，采用實驗的方法，分別在20℃、40℃等溫差下，對其開路輸出特性與不同負載下的輸出特性進行了分析，結果如下：
2.4.1 開路輸出特性
通過對該裝置開路輸出特性的分析發現，在不同溫差下，裝置的輸出特性也有所不同：在溫差為20℃的情況下，開路電壓為8.67v，短路電流為0.29A，功率為2.5144W。在溫差為40℃的情況下，開路電壓為13v，短路電流為0.39A，功率為5.07W。在溫差為60℃的情況下，開路電壓為16v，短路電流為0.45A，功率為7.2W。在溫差為80℃的情況下，開路電壓為16.9v，短路電流為0.48A，功率為8.112W。在溫差為100℃的情況下，開路電壓為17.3v，短路電流為0.48A，功率為8.304W。在溫差為120℃的情況下，開路電壓為18.1v，短路電流為0.48A，功率為8.688W。
觀察上述數據可以發現：隨著溫差的不斷增加，裝置的開路電壓與功率也一直在增加，兩者與溫差的變化情況呈正比。對于裝置的短路電流而言，在溫差在20℃―80℃之間時，其數值一直呈增加的趨勢，但在80℃（包括80℃）其數值再無增長，一直保持在0.48A的標準。
2.4.2 不同負載下的輸出特性
通過對不同負載下的輸出特性的觀察發現：隨著溫差的不斷增加，裝置的輸出功率一直不斷增大，兩者呈正比，在溫差達到60℃時，負載從1Ω增加到2.2Ω，此時裝置的輸出功率從0.173W增加到了0.471W，基本達到了最大值。在裝置的溫差達到60℃以上之后，裝置的輸出功率雖仍呈增加趨勢，但增加程度較小，變化趨勢較小。通過對不同負載下裝置輸出特性的分析發現，在電阻達到4.7Ω的時候，該裝置的輸出特性達到最佳狀態。
3 智能半導體溫差發電裝置的應用
智能半導體溫差發電裝置可以用于交通指示系統、夜景工程、廣告裝潢等多領域當中。以交通指示系統為例，為確保交通的順暢，避免發生交通事故，需保證夜間行車駕駛者能夠清楚的看見交通指示系統，因此必須保證系統常亮。如以傳統電力作為主要電力資源供應，會造成極大的能源浪費，與可持續發展戰略的要求相違背。采用智能半導體溫差發電裝置，作為其電力能源來源，可以達到有效節約傳統電力資源的目的，不僅能夠維持交通的正常運轉，同時能夠達到節約能源的目的，是綠色發電裝置的主要代表，同時也是可持續發展戰略下發電裝置發展的主要方向。除此之外，還可將該裝置應用到夜景工程和廣告裝潢之中，以使龐大的夜景工程能夠實現綠色電力供應，使廣告裝潢能夠節約更多的電力資源。
需要注意的是，在上述裝置設計完成之后，為確保其性能能夠正常發揮，有必要采用實驗的方法對裝置的輸出特性等進行分析，以避免裝置在應用過程中出現故障。與此同時，要加強對裝置的維護，以提高其使用性能，延長其使用壽命，使其能夠為社會的發展帶來更大的價值。
4 結束語
綜上，智能半導體溫差發電裝置可應用于交通指示系統、夜景工程以及廣告裝潢等領域，該裝置可將冷熱溫差轉換為電能，通過輸出，使電能被使用，具有較高的環保價值，從長遠的角度看，應將改裝置擴大的使用，以使綠色發電能夠更好的實現，為社會以及國家的長遠發展奠定基礎。
參考文獻
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半導體的特性范文4
關鍵詞：PN結半導體；伏安特性；理論分析
所謂非線性電阻元器件是指流過元件的電流不隨元件兩端電壓的增加而線性增加的元器件， 兩端的電壓與流過的電流的比值不是一個常量的電阻元器件。如生活中的白熾燈、光敏電阻、熱敏電阻、半導體二極管等。在大學物理實驗中“非線性電阻伏安特性曲線測量”的內容主要闡述了非線性元件的電流電壓的關系。而在高中和大學的物理實驗[1]中我們只對線性元器件的伏安特性的測量較為了解，對非線性元件測量出的伏安特性曲線的結果卻難以理解，從中學到大學的物理實驗教材中，對于非線性元器件的伏安特性的解釋也較少。為了幫助學生更好地理解非線性電阻的伏安特性，我們從PN結半導體的導電原理，測量出PN結半導體的伏安特性曲線并分析實驗結果，以此幫助讀者理解非線性元件的伏安特性曲線的測量結果。
1 PN結導電原理
2 PN結的伏安特性曲線
通過對PN結（硅材料半導體）加正向電壓或反向電壓測得其電流隨電壓的變化值，最后畫出如下圖1的伏安特性曲線圖。
圖中B區電流隨電壓的變化保持為零 稱為正向施加電壓時表現出來的二極管的死區，A區為正向導通電壓區；C區為反向截止區，在這一區域內隨著所加反向電壓的減少，電流為一個穩定值，這個電流值為二極管的反向飽和電流，其中可以看到反向電流非常的小，這是因為在這一區域內，反向飽和電流是由于少數載流子漂移而產生的，然而載流子的密度極小故導致反向飽和電流值非常?。籇區為反向擊穿區，在反向電壓增加到足夠大時就會將二極管擊穿，此時反向電流就會隨反向電壓的增加而迅速增加。
根據理論分析結果可知，在二極管兩端加正向電壓時， ，由（9）式可知PN結電流密度變化隨電壓的變化呈指數變化趨勢，這與如圖1中的BA區電流變化趨勢一致。同理因為 ，所以在加反向電壓時電流密度隨方向電壓的增加而衰減并稱指數變化，這與圖一中CD區曲線的變化完全一直。因此通過計算二極管中加正反向電壓時的電流密度表達式，就可以對“二極管伏安特性曲線”進行解釋。
3 總結
通過上面的推導和實驗圖像我們可以知道，二極管的伏安特性曲線變化與二極管兩端施加正反電壓時PN結內電流密度的變化有關，即當加正向電壓時電流密度 ，當加反向電壓時電流密度 ，并且無論是施加正向電壓還是反向電壓，電流密度的變化都可相應近似地視為指數變化，這與實驗得出的二極管的伏安特性曲線完全一致。因此可以利用電流密度與電壓的關系來解釋“二極管的伏安特性曲線”。
[參考文獻]
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半導體的特性范文5
由于原子力顯微鏡的應用范圍比較廣泛，所以在實驗課中不可能涉及到所有的應用領域，可以針對本校的專業設置和原子力顯微鏡的應用情況來設置實驗內容，并且可以根據本校的經濟條件，現在原子力顯微鏡應用較多的專業和院系開設，逐步向更多的有關院系和專業的學生開設原子力顯微鏡的有關實驗課。我校是首先在物理和材料專業開設該課程，后逐漸增加到其他專業的學生，取得了比較好的效果。實驗的內容主要包括儀器的結構介紹、操作演示、軟件使用、實際操作、圖片處理幾項內容。學生自己準備樣品，這樣不同專業的學生都能通過原子力顯微鏡觀測到與自己專業相關的樣品，不僅可以熟悉原子力顯微鏡的操作，而且對本專業的學習也有極大的幫助。下面以分析半導體ZnO薄膜的形貌特性為例，對于原子力顯微鏡在大學物理實驗中的實驗內容設計作個簡要介紹。對于實驗所用的薄膜樣品，若是一個綜合性的創新實驗，可以讓學生自己制備薄膜(比如用溶膠-凝膠法等)，然后再用原子力顯微鏡等儀器分析薄膜的物理特性，中科大已經設置了這方面的創新性實驗包括從薄膜樣品的制備到光電磁性能分析，形成一個綜合性的實驗項目。若是一個普通物理實驗，教師需要提供薄膜樣品，最好是采用不同技術制備的多個樣品，這樣的話就可以進行對比研究。在這里使用的樣品是采用溶膠-凝膠法制備出來的ZnO納米薄膜。
1．1半導體薄膜表面形貌特征研究
實驗在AFM上對樣品表面進行了多處掃描，獲得樣品表面的一系列圖像。在介觀尺度下，半導體ZnO薄膜表面具有極為凹凸不平的特征，有很多形狀不一、大小較為均勻的洼坑和突起。該樣品的表面二維形貌圖，圖片的掃描范圍為3000×3000nm。顏色的深淺不同表明了半導體ZnO薄膜表面的粗糙不平的特點，樣品表面顏色深的位置代表凹坑深，顏色淺的位置表示該處表面突起。煤樣的三維表面形貌，從另一個角度反映了介觀尺度下薄膜表面的凹凸不同的形貌。
1．2半導體薄膜樣表面顆粒研究
后處理軟件對AFM形貌圖進行處理，選取高度閾值，并剔除10%的最大和最小顆粒，得到半導體ZnO薄膜的表面顆粒分析結果。比例圖代表各個面積尺度的顆粒百分比，每一條線段代表某個尺度(面積)顆粒的百分比。系統所識別到的所有顆粒狀況，黑色區域為表面凹陷部分，灰白相間部分為所識別到的顆粒。從顆粒分析得到的粒度分布。總顆粒數為889，平均粒徑為40．1nm。其中近90%的顆粒粒徑小于56nm?？梢姡捎肁FM掃描，獲得了該樣納米級的表面形貌特征。
1．3半導體薄膜樣表面粗糙度研究
表面粗糙度是表面結構的主要特征之一。表征表面粗糙度的參數有幅度參數(Amplitudeparameters)、混合參數(HybridParameters)和功能參數(FunctionParameters)。其中混合參數是影響表面摩擦性能的重要因素。功能參數是表征表面某些特殊的性能，如表示表面支承性能的表面支承指數Sbi等。該實驗側重于研究半導體ZnO薄膜表面形貌特性。幅度性能是表面形貌的主要特征之一，幅度參數大多與高度相關。幅度參數主要表征表面高度的三個方面的特性:(1)統計特性;(2)極值特性;(3)高度分布的形狀。。半導體ZnO薄膜表面形貌的均方根偏差Sq(統計幅度參數)的數值達8．26nm，說明在AFM掃描區域內，該樣表面粗糙度偏離參考基準的統計值。表面偏斜度Ssk=－0．149＜0，表明該樣表面的分布在基準面之上較為均勻。對于表征表面高度的峭度Sku=2．31＜3，說明該樣形貌高度分布分散，沒有集中在表面的中心部分。
1．4半導體薄膜樣表面的功率譜分析研究
AFM掃描獲得的半導體ZnO薄膜樣品信息，經后處理軟件處理，得到掃描曲線，再經過傅里葉轉換獲得頻譜和功率譜密度函數。不同的薄膜樣品得到的功率譜密度圖各異。表達了不同的頻率對應的功率譜密度值。結合分形理論，通過計算可得到該樣的分形維數D。分形維數是表征表面結構的特征參數。采用功率譜法計算分形維數，有助于進一步研究薄膜樣品表面的分形特征。
2結論
半導體的特性范文6
關鍵詞：激光器驅動電路；微波光子雷達技術；研制
引言
雷達是20世紀人類在電子工程領域的偉大發明之一[1]，它利用無線電波在傳播時遇到障礙物后反射的特性確定目標方位、距離、高度等信息，如今已經廣泛應用于軍用與民用的諸多領域，并發揮著重要作用。信號源是雷達發射機與接收機必須具備的模塊，其性能決定著雷達的探測精度、距離等。盡管電子技術發展成熟，但隨著下一代雷達對更高載波頻率、更大工作帶寬等的需求逐漸迫切，實現信號產生的電子器件在高頻的工作帶寬窄并且噪聲特性差，這從源頭上限制了雷達性能的提升。
近些年新興的微波光子學，利用光子技術實現微波信號的產生與處理，具有高精度和大帶寬等優勢，可以直接實現毫米波頻段的高穩定本振和任意波形產生，避免倍頻及上變頻操作引起的信號質量下降[2-4]。微波光子學賦予了雷達更加蓬勃的生命力，并有望改變雷達體制。作為微波光子雷達系統的關鍵性器件，半導體激光器具有體積小、重量輕、耗電省、結構簡單、價格低等優點。目前半導體激光器光頻調諧的主要方式是電流調制方式，其調制精度直接關系著光頻調諧精度，最終關系到微波光子雷達的探測精度，因此設計出抗干擾能力強，恒流穩定的驅動電路十分重要。基于國內外的研究現狀，文章設計了一款半導體激光器恒流源驅動電路，并通過TINA軟件仿真和實驗來驗證電路的有效性。
1 恒流源驅動電路的工作原理
半導體激光器是一種在電流注入下能夠發出相干輻射光的光電子器件，注入電流與輸出光頻在一定范圍內呈線性關系[5]，因此注入電流的穩定性對半導體激光器的光頻輸出有直接影響。驅動電路的主要任務是為激光器提供一個低紋波的穩恒電流。文章利用電流負反饋的原理，設計了一款壓控恒流源電路，可實現對激光器的恒流驅動，原理框圖如圖1所示。該恒流源驅動電路主要包括基準電壓源、誤差放大器、跨阻放大器、電流采樣電阻和功率場效應管五個部分。
選用ADR440作為基準電壓源，為誤差放大器提供高精密度、低溫漂、低噪聲的電壓參考。其工作電流為5mA，提供2.5V電壓基準，然后通過電阻分壓得到VF1送誤差放大器MAX4475同相端，控制半導體激光器驅動電流的大小。
半導體激光器和采樣電阻Rs相串聯，作為負載串聯在晶體管FZT651的發射極。采樣電阻跨接在跨阻放大器INA118兩個輸入端，將流經半導體激光器的電流ILD轉換成電壓，通過增益電阻Rg放大后得到V0送入誤差放大器MAX4475的反相輸入端。同時，反相端電壓V0跟隨同向端VF1，形成閉環負反饋控制。最后，誤差放大器的輸出端驅動晶體管基極，使流經發射極的電流為一個穩恒電流。采樣電阻應選擇功率大，精密度高，阻值小的電阻，它決定著激光器驅動電流ILD的精度。在實際電路中，采樣電阻為2.6Ω/10W。這樣，就可以實現電壓VF1對半導體激光器驅動電流的線性控制，如公式（1）所示。
VF1=V0=ILD*Rs*（1+50/Rg） （1）
2 電路原理圖及仿真結果
在實際電路制作之前，利用TINA電路仿真軟件對電路進行了搭建與仿真，仿真電路原理圖如圖2所示。根據實驗選用的半導體激光的技術參數，選用了與此等效的發光二極管LD串聯電阻R2（1Ω）進行了等效，由于仿真電路中的電源均為理想的電壓源，故將實際電路中基準電壓源直接用理想直流電壓VREF2.05替代。VREF2.05通過電阻R5，R7分壓得到VF1送誤差放大器U1（MAX4475）同相端。設置R5，R7的分壓比，使VF1=1.83V，仿真結果如圖3（a）所示。此時，流經半導體激光器的電流ILD=306.71mA。仿真結果跟采用公式（1）理論計算得到的結果完全一致。根據公式（1）可知，當電阻參數不變時，半導體激光器輸出電流與電壓VF1值成正比，也就是說電流隨著VF1的增大而線性增大。對恒流源驅動電路進行了直流掃描分析，仿真結果如圖3（b）所示。從圖3（b）可以看到，半導體激光器的驅動電流ILD0A～350mA連續可調；VF1和ILD之間呈線性關系，線性度達99.3%。
3 結束語
文章介紹了一種采用高功率晶體管作電流控制元件，運用負反饋原理，實現壓控恒流源的半導體激光器驅動電路的設計。采用TINA電路仿真軟件對恒流源電路進行了電流測試、直流掃描分析的仿真實驗。仿真結果表明，電路的驅動電流與控制電壓成線性關系，且線性度達到99.3%，實現了驅動電流ILD0A～350mA連續可調。文章為微波光子雷達技術中的半導體激光器驅動電路的研制提供了一定的參考價值。
參考文獻
[1]Skolnik M I.Introduction to radar[M].New York：McGraw Hill Profassional， 1962：1-29.
[2]Capmany J，Novak D. Microwave photonics combines two world [J]. Nature Photinics， 2007，1（6）：319-330.
[3]Yao J. Microwave photonics[J].Journal of Lightwave Technology，2009，27（3）：314-335.