半导体的应用

半导体的应用, 半导体有哪些常见的应用

半导体一般指矽晶体,它的导电性介于导体和绝缘体之间。

半导体是指导电能力介于金属和绝缘体之间的固体材料。按内部电子结构区分，半导体与绝缘体相似，它们所含的价电子数恰好能填满价带，并由禁带和上面的导带隔开。半导体与绝缘体的区别是禁带较窄，在2～3电子伏以下。

典型的半导体是以共价键结合为主的，比如晶体矽和锗。半导体靠导带中的电子或价带中的空穴导电。它的导电性一般通过掺入杂质原子取代原来的原子来控制。掺入的原子如果比原来的原子多一个价电子，则产生电子导电；如果掺入的杂质原子比原来的原子少一个价电子，则产生空穴导电。

半导体的应用十分广泛，主要是制成有特殊功能的元器件，如电晶体、积体电路、整流器、镭射器以及各种光电探测器件、微波器件等。

半导体的应用的问题

1楼2楼耸人听闻，哪有那么严重。在半导体材料投入使用以前二战都已经结束了，大量采用电子管的电器装置已经投入民用。众所周知的事实是前苏联半导体材料发展极度落后，无论米格-25歼击机还是联盟号宇宙飞船都还使用着电子管装置，直到九十年代以后俄罗斯才逐步跟上来。

对日常生活的影响，简单地说——

一切使用微控制器也就是所谓“电脑板”的电器都重归机械控制；

不会出现微型计算机，只有巨型机/大型机/小型机，即便有了个人电脑也要衣柜那么大个，耗电量惊人，绝对奢侈品，笔记本就更不用说了；

没有微机当然更没有游戏机了，玩魂斗罗超级玛丽警察抓小偷永远是幻想；

收音机最小也要新华词典那么大，注意：是辞典不是字典；

电视机仍然是阴极射线管的，因为根本生产不出液晶板，不过幸好还能看到彩电；

微波炉可能要洗碗柜那么大吧？因为电子管是很占体积的；

洗衣机是半自动型的，使用机械定时器——微波炉也是。

冰箱一定是外形大大，立升小小，噪音隆隆，前苏联就有那种玩意的实物；

照相机继续用胶卷的，什么数码DC/DV统统不存在；

摄像机会相当笨重，只能用录影带；

您好！这里是邮电局，打电话请用拨盘拨号，如需拨往外地请让我为您转接……呃，这位同志，程控交换机是什么东西？——某人工接线员；

不存在什么VCD、DVD，录影机/放像机也不太会普及——太大、太贵；

没有了微型计算机你会感觉到练得一笔好字的必要性；

飞机导d卫星飞船空间站照样满天飞，战舰航母潜艇坦克照样满世界溜达；

网际网路可能会有，但那将是各国官方、军方和科研机构御用的玩意，跟咱老百姓没啥关系；

……能想起来的差不多都写上了。

半导体的应用，最好说详细点。

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、多媒体光碟、网路会议、远端教学、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。电脑和网际网路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……

数字生活已成为资讯化时代的特征，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装置，计算机的核心部件是中央处理器（CPU）和储存器（RAM），它们是以大规模积体电路为基础建造起来的，而这些积体电路都是由半导体材料做成的，Si片是第一代半导体材料，积体电路中采用的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。为了使积体电路具有高效率、低能耗、高速度的效能，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）等新型矽基材料、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矽积体电路的效能，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资讯，如文字、资料、图形、影象和活动影象显示出来。静止资讯的显示手段最常用的如印表机、影印机、传真机和扫描器等，一般称为资讯的输出和输入装置。为提高解析度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，例如镭射印表机和影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。显示活动影象资讯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，资讯显示的趋势是高解析度、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）和发光二极体显示技术（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、膝上型电脑、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。

液晶显示材料在大萤幕显示中有一定的困难，目前作为大萤幕显示的主要候选物件为等离子体显示器（PDP）和发光二极体（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体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、传输和储存超高资讯容量达太（兆兆）数字位（Tb，1012bits），超高速资讯流每秒达太位（Tb/s），可以说人类已经进入了太位资讯时代。现代的资讯储存方式多种多样，以计算机系统储存为例，储存方式分为随机记忆体储、线上外储存、离线外储存和离线储存。随机记忆体储器要求整合度高、资料存取速度快，因此一直以大规模整合的微电子技术为基础的半导体动态随机储存器（DRAM）为主，256兆位的随机动态储存器的电晶体超过2亿个。外储存大都采用磁记录方式，磁储存介质的主要形式为磁带、磁泡、软磁碟和硬磁碟。磁储存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，磁储存的资讯储存量从而有了很大的提高。固体（闪）储存器（flash memory）是不挥发可擦写的储存器，是基于半导体二极体的积体电路，比较紧凑和坚固，可以在记忆体与外存间插入使用。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，将磁碟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储存有着非常重要的意义。

半导体的具体应用

最常见的：半导体收音机、掌上计算器、电脑内的主机板显示卡等硬体都要用道半导体、电视机里的部件也要用半导体晶片、手机内部的部件、汽车内也要用到的一些部件。目前大部分将用电器都要用到数字晶片，而不是模拟的（DSP），这些晶片说白了就是用半导体做成的。

半导体镭射器的应用

半导体二极体镭射器在镭射通讯、光储存、光陀螺、镭射列印、测距以及雷达等方面以及获得了广泛的应用

还可以作为固体镭射器的泵浦源，安防领域照明光源，现在应用的领域非常广了

半导体的三个广泛应用：

一、在无线电收音机（Radio）及电视机（Television）中，作为“讯号放大器/整流器”用。

二、近来发展太阳能（Solar Power），也用在光电池（Solar Cell）中。

三、半导体可以用来测量温度，测温范围可以达到生产、生活、医疗卫生、科研教学等应用的70%的领域，有较高的准确度和稳定性，解析度可达0.1℃，甚至达到0.01℃也不是不可能，线性度0.2%，测温范围-100~+300℃，是价效比极高的一种测温元件。

参考百度百科，仅供参考！

半导体在生活中的应用

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、多媒体光碟、网路会议、远端教学、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。电脑和网际网路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……

数字生活已成为资讯化时代的特征，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装置，计算机的核心部件是中央处理器（CPU）和储存器（RAM），它们是以大规模积体电路为基础建造起来的，而这些积体电路都是由半导体材料做成的，Si片是第一代半导体材料，积体电路中采用的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。为了使积体电路具有高效率、低能耗、高速度的效能，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）等新型矽基材料、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矽积体电路的效能，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资讯，如文字、资料、图形、影象和活动影象显示出来。静止资讯的显示手段最常用的如印表机、影印机、传真机和扫描器等，一般称为资讯的输出和输入装置。为提高解析度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，例如镭射印表机和影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。显示活动影象资讯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，资讯显示的趋势是高解析度、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）和发光二极体显示技术（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、膝上型电脑、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。

液晶显示材料在大萤幕显示中有一定的困难，目前作为大萤幕显示的主要候选物件为等离子体显示器（PDP）和发光二极体（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体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、传输和储存超高资讯容量达太（兆兆）数字位（Tb，1012bits），超高速资讯流每秒达太位（Tb/s），可以说人类已经进入了太位资讯时代。现代的资讯储存方式多种多样，以计算机系统储存为例，储存方式分为随机记忆体储、线上外储存、离线外储存和离线储存。随机记忆体储器要求整合度高、资料存取速度快，因此一直以大规模整合的微电子技术为基础的半导体动态随机储存器（DRAM）为主，256兆位的随机动态储存器的电晶体超过2亿个。外储存大都采用磁记录方式，磁储存介质的主要形式为磁带、磁泡、软磁碟和硬磁碟。磁储存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，磁储存的资讯储存量从而有了很大的提高。固体（闪）储存器（flash memory）是不挥发可擦写的储存器，是基于半导体二极体的积体电路，比较紧凑和坚固，可以在记忆体与外存间插入使用。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，将磁碟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储存有着非常重要的意义。

声视领域内镭射唱片和镭射唱机的兴起，得益于光储存技术的巨大发展，光碟存贮是通过调制镭射束以光点的形式把资讯编码记录在光学圆盘镀膜介质中。与磁储存技术相比，光碟储存技术具有储存容量大、储存寿命长；非接触式读/写和擦，光头不会磨损或划伤盘面，因此光碟系统可靠，可以自由更换；经多次读写载噪比（CNR）不降低。光碟储存技术经过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，储存介质材料是关键，一次写入的光碟材料以烧蚀型（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，可擦重写光碟材料以磁光型（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。光碟储存的密度取决于镭射管的波长，DVD盘使用的InGaAlP红色镭射管（波长650nm）时，直径12cm的盘每面储存为4.7千兆位元组（GB），而使用ZnSe（波长515nm）可达12GB，将来采用GaN镭射管（波长410nm），储存密度可达18GB。要读写光盘里的资讯，必须采用高功率半导体镭射器，所用的镭射二极体采用化合物半导体GaAs、GaN等材料。

镭射器除了在光碟储存应用之外，在光通讯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镭射器，使光纤通讯成为现实。光通讯就是由电讯号通过半导体镭射器变为光讯号，而后通过光导纤维作长距离传输，最后再由光讯号变为电讯号为人接收。光纤所传输的光讯号是由镭射器发出的，常用的为半导体镭射器，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，光通讯也只能是“纸上谈兵”。低损耗的光学纤维是光纤通讯的关键材料，目前所用的光学纤维感测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。光纤通讯的出现是资讯传输的一场革命，资讯容量大、重量轻、占用空间小、抗电磁干扰、串话少、保密性强，是光纤通讯的优点。光纤通讯的高速发展为现代资讯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，资讯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行动电话。行动电话的使用者愈多，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电晶体来实现，其中部分Si电晶体正在被GaAs电晶体所取代。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。

随着智慧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、膝上型电脑和其它行动式资讯及通讯装置的迅速普及，进一步带动了温度感测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材料新增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）影象对比度调节、蜂窝式电话和移动通讯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，以保证器件效能稳定；此外还在计算机中的微电机、照相机镜头聚焦电机、印表机的列印头、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、防止膝上型电脑常效应管（FET）的热击穿等。

为了保证资讯执行的通畅，还有许多材料在默默地作著贡献，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；行动电话、PC机以及诸如数码相机、MD播放机/录音机、DVD装置和游戏机等数字音/视讯装置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积体电路晶片的封装材料；积体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，大规模积体电路将迎来深亚微米（0.1mm）矽微电子技术时代，小于0.1mm的线条就属于奈米范畴，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，导致常说的矽微电子技术的“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，资讯的载体由电子到光子是必然趋势。目前已经发展了许多种镭射晶体和光电子材料，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讯、光储存、光电显示为主的光电子技术产业作出贡献。随着资讯材料由电子材料、微电子材料、光电子材料向光子材料发展，将会出现单电子储存器、奈米晶片、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奈米电脑，将会极大地影响着人类的数字生活。

本世纪以来，以数字化通讯（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，开启随身携带的膝上型电脑，进行新一天的工作安排；上班以后，通过网际网路召开网路会议、开展远端教学和实时办公；在下班之前，我们远端启动家里的空调和溼度调节器，保证家中室温适宜；下班途中，开启手机，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，也可进入社群网际网路，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网际网路的出现，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！

(2)将化学气相输运(CVT)技术应用于高真空系统,利用金属原子簇催化方法在氧化铝(Al2O3(0001))等衬底上制备ZnO,GaN等直接带隙宽禁带半导体材料的量子点,纳米线及其异质超晶格结构,探讨利用高真空系统制备低维量子点和纳米线的技术.CVT是制备量子点和纳米线最广泛和最有效的技术之一,已经成功用于高真空分子束外延系统,并合成了直径约40nm,具有原子级界面的InAs/InP半导体纳米线超晶格结构.研究表明,在高真空系统中能够更好地控制衬底的平滑度和清洁度,金属催化剂的粒度和均匀性分布,从而实现对量子点的大小,纳米线的直径和均匀性分布以及纳米线生长取向的控制.

(3)用同步辐射电子能谱,光谱等相关技术研究低维ZnO,GaN等宽带隙半导体材料的性能和结构,获取量子点,纳米线等低维结构的基本特征.同步辐射在宽带隙半导体材料低维结构研究方面有不可替代的技术优势:①在低维结构中包含了材料大量的表面和界面信息,费米能级的电子态密度和能带色散对材料或器件的性质起着决定性的作用,而对表面敏感的同步辐射光电子能谱就是研究这类问题最强有力的工具.随着超高真空系统的应用,原位制备的低维结构形成和量子效应的研究已成为可行.②宽带隙半导体的有效激发波长通常位于紫外或真空紫外区,在此波段无合适的常规光源,因此特别适合利用同步辐射光谱技术研究宽带隙半导体的激发,发射等光谱特性.

(4)在国家同步辐射实验室建立专门的材料研究室和低维结构同步辐射应用研究平台,探索用同步辐射研究纳米材料的新实验方法和技术.软X射线波长恰好在纳米量级的范围,其探测深度也决定了它所激发的光电子只来自于最外层的纳米级表面,发展与纳米结构尺寸相近的软X射线实验技术,可以得到纳米体系的原子结构特征.

(5)通过建立专门的高水平材料研究室和低维结构同步辐射应用研究平台的建立,吸引和培养更多优秀的,国家科技发展需要的创新型人才.

2."利用同步辐射技术研究金属蛋白质的结构"子课题的主要建设内容:

同步辐射光源以其高准直性,高光通量和波长连续可调等特点在蛋白质晶体结构研究中具有不可替代的优点.在国际上所有的同步辐射装置中,应用于研究蛋白质晶体结构领域的线站是用户最多,成果最突出的线站之一.合肥同步辐射光源经过二期工程改造,光源质量经初步测试已基本满足常规衍射数据和部分反常散射数据收集的需要.以我校生命科学学院为牵头单位开展的中国科学院结构基因组学研究已被列入国家基金委重点项目,863专项和中科院重大行动计划.随着我国结构生物学的不断发展,

其他研究单位的蛋白质晶体结构研究对同步辐射光源的需求也不断增加.为此,改造国家同步辐射实验室的X射线衍射与散射光束线的聚焦系统,将目前光束线出口处加毛细管聚焦系统,以进一步缩小聚焦点处的光斑尺寸,提高样品处的通量密度.充分利用二维探测器迅速发展的高,新科技成果,在国家同步辐射试验室X射线衍射与散射实验站的Mar 345成像板系统和Huber Y衍射仪上增添高效,快速的电荷耦合器件(CCD)探测器,以减少数据收集时间.通过以上两项工作进一步完善国家同步辐射实验室的X射线衍射与散射实验站的数据收集系统的硬件设施,以满足同步辐射X射线进行生物大分子晶体结构数据收集高通量的需要.

X射线吸收精细结构谱学(EXAFS)是近年来兴起并且正在发展中的测定金属蛋白质分子局域精细结构的新方法(称为BioXAS),它的最大特点是对样品不需要特殊处理(如结晶和标记),并且在局域精细结构的测定中具有超过大部分晶体结构的高分辨率.目前国际上正在发展此项技术研究金属蛋白质的金属配位中心的区域结构.金属原子在氧化还原和与底物成键反应过程中的结构变化通常小于0.1 .迄今,还没有一项实验技术能够获得金属原子周围的精细结构信息,但XAFS是研究这种微小结构变化的理想工具.通过研究金属格点的几何结构和电子结构,XAFS结果可以用于指导选择性氧化反应的新型催化剂的设计和某些新药物的设计,对了解酶的催化,免疫响应,光合作用等过程有着关键作用.它不但对于基础研究,而且对于医药产业的开发也有极为重大的直接关系.如神经变性疾病老年性痴呆(Alzheimer,Creutzfeldt-Jakob)是一种对人类危害较大的疾病,现在的研究推测Cu2+和其它金属元素Zn,Mn等在上述病变中起着很大的作用.目前,只有通过XAFS方法可以获得这些金属原子周围的结构信息.

由于生物分子比较复杂,以及活性样品的浓度极低,需要BioXAS在实验技术(数据采集,信号提取)和理论分析上都必须发展得很完善才能满足要求.XAFS实验只能在同步辐射装置上进行,而且需要研究者和同步辐射装置专业人员的协作.正是这些原因导致BioXAS对生物样品的研究发展缓慢.但最近两年国外的BioXAFS研究已有了迅速的发展,特别是在实验技术和解谱方法方面.尽管我国在这一领域的整体研究几乎还没有开展,但由于部分科学家通过积极参与国际合作已掌握其核心理论和实验技术,离国际上研究前沿不远,为我国在此领域赶超世界先进水平进而占据世界领先地位提供了很好的机会.通过该项目的建设,在国家同步辐射实验室XAFS实验站建立起适合蛋白质溶液样品的实验装置和计算软件.

3."同步辐射光学工程研究室"子课题的主要建设内容:

光束线是连接同步辐射储存环和实验站的桥梁,是同步辐射仪器的重要组成部分,是同步辐射应用的基础.在世界上大多数同步辐射实验室中,都大力发展有关光束线方面的专门研究,以适应同步光源发展,适应科学的发展.

国家同步辐射实验室已经在一期工程,国家八.五计划和九.五计划中分别建设了五条,一条和八条光束线,包括了红外,真空紫外,软X-光和X-光波段的不同类型的光束线.在上述工作中,实验室培养了一只技术队伍,在光学,精密机械,超高真空,测试及系统调试等各主要技术环节有一定的技术积累.

为了实验室光束线的维护和改造,为了国内先进同步光源的发展,为了同步辐射应用人才培养,提出设立国内第一个同步辐射光学工程技术的研究室,建立光束线光学设计,元件研制及测量,总体调试的技术系统,开展同步辐射光学系统研究,关键单元技术的研发,光束线系统集成和人才培养等工作.

4."光阴极微波电子q的研究"子课题的主要建设内容:

随着同步辐射应用的发展,对光源亮度的要求越来越高,其解决办法是第四代光源——特别是基于直线加速的自由电子激光,而自由电子激光对电子束流的品质提出了很高的要求:更高的电子束亮度,更低的束流发射度,更低的束流能散,更高的峰值流强和更高的电子密度.由于缺乏阻尼机制,直线加速供给的束流的品质直接依赖于由注入器产生的束流的品质.对于基于直线加速的自由电子激光,由自由电子激光物理可知,只有电子束流的发射度满足的条件,自由电子激光的光场和电子束的耦合作用才会达到最佳的效果,其中是自由电子激光波长.略大的发射度要求相应地加长波荡器的长度.增加造价.因此为了满足发射度要求,很重要的一个环节是必须改进粒子注入器的性能.一般要求其发射度在几派毫米.毫弧度量级,脉冲束流上百安培.为达到这一要求,光阴极微波电子q被认为是最佳方案.如何获得短脉冲,高流强,低发射度,稳定性很高的电子源,近年来不少实验室在开展研究,并已取得较好的研究成果.

微波电子q和现在使用的直流q相比具有显著的优越性.因为击穿场强随着电磁波频率的升高而变大.最高的直流场强在不到几个兆电子伏特每米的情况下就会发生击穿.而在S波段的微波腔中,场强可达上百兆电子伏特每米.如此高的加速电场可以将电子在几个厘米的距离内加速到相对论速度.众所周知,空间电荷力的大小与γ2成反比,从而大大地减小了空间电荷效应对电子束初始发射度的影响.

C.H.Lee提出的用激光驱动的光阴极微波电子q.光阴极发射的电流脉冲结构由驱动激光器的脉冲结构所决定,可以使得电子脉冲的宽度窄到皮秒量级,在相空间中占空比较小,从而无须聚束装置进行聚束,其电荷量由激光束的强度决定,因此可以通过调整激光功率调整束流强度,也就是说电子束的时间特性和强度可以通过激光器的脉冲结构调整而进行.因此光阴极微波电子q可以得到更高的峰值电流密度,脉冲结构灵活可调.同时又因为微波电子q高场强特性,采用适当的发射度压缩技术,可以获得非常低的发射度.

目前几种电子q的比较:

电荷量(nc)

归一化横向发射度

(πmm.mrad)

rms束团长度

(ps)

γ

热阴极直流电子q

(Beoing Corporation)

1.2

6.4

5

20

光阴极直流电子q(SLAC)

8

100

5

80

热阴极微波电子q(SSRL)

0.3

30

1

4

光阴极微波电子q(BNL/ATF)

1

2.5

4.5

80

从表中可以看出,光阴极微波电子q明显好于其它类型电子q.

本子课题主要的建设内容:

设计并制作一个光阴极微波电子q腔体,该光阴极微波电子q腔体设计使用1.6腔的微波电子q,工作在2856MHz,π模式,铜阴极,在腔的出口采用螺线管进行发射度压缩.预计峰值加速场强120MV,电荷量1nc,峰值流强100A,在场横纵向均匀分布的入射激光激励下,可以获得1πmm.mrad左右发射度的电子束,对高斯分布激光束可以获得2～3πmm.mrad发射度的电子束,.

本项任务的要解决的三个难点:

(1)发射度的压缩,采用光阴极微波电子q就是为了获得低发射度,为达到这个目的,将采用螺线管进行发射度压缩,并对高强度激光脉冲进行整形.

(2)激光与高频微波高精度同步技术

(3)对光阴极微波电子q的电荷量抖动和时间抖动的灵敏度提出了较高要求,这些由激光器决定.

5."合肥储存环束流横向不稳定性的研究与抑制"子课题的主要建设内容:

建立一套束流横向不稳定性的研究与抑制的高速横向逐束团反馈系统,开展束流横向不稳定性的研究,并进行束流横向不稳定性的抑制.

高速束团反馈系统需要实时跟踪每个束团的横向位置信息,在适当的时候送出反馈信号.

高速横向逐束团反馈系统主要由三部分组成:

(1)检测单元:用来测量束流位置和横向振荡幅度,为系统提供误差信号

(2)信号处理单元:产生对束流激励的校正信号.它可以频域或时域实现,前者称为mode-by-mode 反馈,后者称为bunch-by-bunch反馈.由于数字技术的发展,采用数字方法具有经济有效等优点,所以人们常用数字方法实现bunch-by-bunch反馈,它包括A/D,DSP和D/A

(3)激励单元:由宽带功率放大器和激励器组成,对束流进行作用,从而实现束流横向不稳定性的抑制.

该系统的核心是RF前端检测器,高速的数字信号处理和激励器的研制.系统带宽由最小束团间隔决定.对于HLS,系统带宽约为100MHz.

6."等离子体约束和输运"子课题的主要建设内容:

以高温等离子体,低温等离子体,尘埃等离子体和非中性等离子体为研究载体,研究"等离子体约束和输运"这一等离子体物理各研究领域中带共性的亟待解决的前沿课题,带动和促进等离子体物理学科的进一步发展.具体内容有:(1)通过建立宽频带电磁波耦合激发等离子体和脉冲高流强电子发射注入激发,探索最优激发和耦合条件,研究环形磁约束准稳态等离子体的形成和维持,准稳态等离子体极向流与环向流的驱动问题研究准稳态下等离子体电流调制下的约束输运物理和技术,探索环形螺旋系统下,等离子体碰撞损失机制与直线近似的差别,静电和电磁湍流对粒子和能量的输运与约束的影响.(2)拟建立多功能ECR等离子体发生器,通过这一平台,开展低温等离子体输运过程的研究,进一步的期望通过输运过程的调节来控制等离子体加工,我们将开展对加工等离子体的空间分辨特性的研究.通过这些了解等离子体的输运过程特征.研究外界的电场,磁场,与热源相关的温度场等对输运过程的影响, 研究等离子体的电子温度的改变激发不同的化学反应对输运过程的影响,将这些研究和加工结果结合起来,通过这些研究积累数据,最终实现加工过程的有效控制.

7."极端条件下的核物质形态的实验研究"子课题的主要建设内容:

通过该子项目的研究,增加并丰富核与粒子物理重点学科的研究内容和发展方向,每年培养硕士生5-8名,博士研究生3-5名,与国内外有关单位联合培养研究生1-2名.积极做好人才引进工作,努力建设新型探测器研发实验室和极端条件下物质形态实验数据分析中心,扩大并改进PC Farm规模和性能,提高实验数据分析能力和水平建立精密时间幅度测量谱仪,使探测器研发实验室达到国内领先,世界上同类实验室的水平.通过项目的完成,既出成果,又出人才,为继续保持并发展该重点学科的先进水平打下坚实的基础.

8. "能量可调的强流脉冲慢正电子束"子课题的主要建设内容:

在200 MeV Linac基础上,建立能量可调的脉冲束正电子束,具体建设内容有:

(1)辐射转换和慢正电子束的产生

高能电子轰击辐射体时会产生高能正电子.充分退火的钨箔对高能正电子有较高的慢化转换效率,采用25 μ m的钨箔制成百叶窗式的慢化体.在慢化体的后面安置加有负电压的栅极对再发射的慢正电子进行收集,聚集电极进一步将其加速到100 eV并聚焦,形成慢正电子束.

(2)慢正电子束的输运及环境磁场补偿

正电子在磁场中会沿磁场方向作螺旋运动,不同初始横向动量的正电子具有不同的运动半径.对能量为50-100eV的正电子,磁场强度需100-150Gs,就可使束流半径小于10 mm.轴向磁场可由螺线管或Helmholz线圈产生用于慢正电子束的输运.

由于正电子能量低,输运路径长,地磁场等环境磁场会引起束流偏离管道轴线,因此必须用补偿磁场抵销束流的漂移.

(3)脉冲正电子束延伸为准直流束

Linac电子束脉重复频率低,每个脉冲产生的正电子数量大,会在探测器中引起堆积效应,因此必须将脉冲正电子束延伸为准直流束.采用三电极Pennins-trap装置可形成准直流单能正电子束.

(4) 能量可调的脉冲束正电子束

正电子在固体中的寿命约为几百PS,因此正电子脉冲宽度(FWHM)要求大约为200ps.要得到脉冲宽度足够小,束斑不大的正电子束,必须分三步对束流进行切割和聚束.先由三栅极组成斩波器,将准直流正电子来改造为脉冲宽度5ns的束团予聚束谐振腔内将束团予聚束到2ns 最后,在主聚束腔将束团成形为FWHM为200ps的脉冲.在靶上加可调负高压,就形成能量可调的脉冲正电子束.

(5)用于表面和近表面测量的正电子寿命谱仪

以脉冲正电子在样品中湮没产生的511 keV γ射线作为时幅转换(TAC)的起始信号,主聚束输出的时间信号延迟后作终止信号,TAC的输出由多道分析器(MCA)进行记录得到正电子注入样品后不同深度的寿命谱.

(6)辐射防护,束流监控,安全连锁系统

高能电子打靶产生的高能γ光子及其发生的(γ,n)反应产生的大量中子辐射必需屏蔽到安全水平,所以必需建立辐射防护,束流监控,安全连锁系统.以确保人身安全.

二,建设效益

通过该项目的建设,拟达到以下预期效益:

1."低维结构宽带隙半导体材料的制备和同步辐射研究"子课题

(1)自行设计,研制和建立一套量子点和纳米线等低维结构直接带隙宽禁带半导体材料制备系统.

(2)通过该项目的建设,并与其它项目的联合在国家同步辐射实验室组建专门的材料研究室,以利于材料低维结构同步辐射的深入研究,与同步辐射用户更广泛的交流以及更好地开展国际合作交流.拟开展国际合作交流课题1项,申请国家或省部级科研基金1-2项.

(3)制备ZnO和GaN等直接带隙宽禁带半导体材料的量子点,纳米线及其异质超晶格结构.

(4)取得ZnO和GaN等直接带隙宽禁带半导体材料的量子点,纳米线及其异质超晶格结构同步辐射电子能谱,光谱等的初步信息.

(5)拟发表相关的高水平研究论文10-15篇,培养研究生10名左右.争取申请专利1-2项.

2."利用同步辐射技术研究金属蛋白质的结构"子课题

通过以上几项的建设工作进一步完善国家同步辐射实验室X射线衍射与散射实验站的数据收集系统的硬件设施,以满足同步辐射X射线进行生物大分子晶体结构数据收集高通量的需要.

(1) 完成国家同步辐射试验室二期工程的基础上,建立和发展用于结构生物学的同步辐射X射线衍射技术,主要包括:

① 以同步辐射的高通量为基础的快速,高通量的数据收集手段.

② 利用同步辐射的波长连续可调特性,通过单波长反常散射方法解生物大分子晶体结构的相角问题.探索多波长反常散射在国家同步辐射实验室的X射线衍射与散射实验站上的可行性.

③ 建立多光束同步辐射X射线衍射测定结构因子相角的方法.在数据分析方面,将多光束衍射测定的多重结构因子相角结构不变量作为原始数值,利用直接法进行进一步的推引,修正,从而得到更多正确的相角.

(2) 配置图像工作站,安装蛋白质晶体结构分析常见软件,为用户提供及时的数据处理和结构分析条件,使用户及时了解衍射数据质量并现场调整数据收集方案.配置大容量硬盘以满足多用户的数据存储.

(3) 建立和发展应用同步辐射收集生物大分子晶体结构数据,以及单波长,多波长反常散射实验和多光束同步辐射X射线衍射实验所需的数据分析方法及相应的分析软件.

(4) 建立测定金属蛋白质局域精细结构测定的EXAFS理论和技术.

3."同步辐射光学工程研究室"子课题

(1)通过建立同步辐射光学工程研究室,系统开展光束线光学工程中的理论与技术研发工作,为同步辐射应用仪器研发提供技术支持,为国内先进同步光源的发展提供技术支持,为同步辐射应用人才培养提供支持.

(2)开展光束线单元技术的研究,在光学元件的变形设计,控制和检测方面开展研究工作,为弧矢聚焦晶体单色器,可变参数光学元件的设计等方面提供技术基础.

(3)根据光栅的像差理论和光学系统的要求,建立全息光栅像差矫正系统的优化方法,设计出像差矫正全息光栅.

(4)通过自己的技术力量改造光电子能谱光束线(软-X光波段),使它在效率和分辨率方面达到原设计指标,以便充分发挥该实验站的效益.

(5)完成同步辐射光学工程专业教材编写,设计相应实验,为同步辐射应用培养人才.

4."光阴极微波电子q的研究"子课题

(1)设计并制作一个光阴极微波电子q腔体,达到可以进行实用的地步.

(2)研究高强度激光脉冲整形技术,能够调整其结构分布,适合于光阴极微波电子q实验.

(3)发展激光与高频微波高精度同步技术,发展脉冲稳定的技术.

(4)发射度压缩技术研究.

(5)发展高功率束调管作为微波功率源.

(6)发展发射度测量技术.

(7)发展计算与处理分析的方法和技术.

(8)光阴极材料研究.

通过这项工作的完成,将使我们可以跟踪国际先进的加速水平,并在此基础上进一步发展高亮度的第四代光源.

5."合肥储存环束流横向不稳定性的研究与抑制"子课题

(1)研究分析束流横向不稳定性模式,进行束流横向不稳定性模式的理论研究

(2)利用研制的高速横向逐束团反馈系统进行束流横向不稳定性的抑制,提高束流流强,减小束流横向尺寸,降低束流发射度,从而提高束流品质,为光束线提供高品质和高稳定光源

(3)发展分析和处理不稳定性测量数据的计算方法及相应软件

(4)培养青年研究人员若干名.

6."等离子体约束和输运"子课题

通过本课题建设

建立一套(在国际上独)具特点的电磁波耦合激发等离子体和脉冲高流强电子发射激发注入的环形磁约束准稳态等离子体系统,将带动准稳态等离子体参数测量诊断等新技术和方法(例如,具有等离子体湍流研究必须的宽频带,低漂移,抗干扰的高性能信号隔离技术,和高时间高空间分辨海量实验数据压缩和处理技术等),更有效地开展磁化等离子体与特征波段电磁波相互作用机制与能量输运性质,磁场形态影响,与电流注入有关的碰撞输运等有关的基础物理问题研究.

建立多功能ECR等离子体发生器,可开展低温等离子体物理和应用研究,研究典型低温等离子体加工过程中(如薄膜的沉积过程),粒子流输运特征,离子体的能量的输运特征,外界源场如电场,磁场,温度场以及体系内可能的化学反应对输运过程的影响, 研究等离子体输运过程的动力学特征等.提高加工的效率, 积累数据,最终实现等离子体材料加工过程的有效控制.

7."极端条件下的核物质形态的实验研究"子课题

通过该子项目的实施,立足国内,加强国内外合作研究,建设实验核与粒子物理人才培养基地和新型探测器研发实验室,加强学科建设和人才队伍建设.

(1)增加并丰富核与粒子物理重点学科的研究内容和发展方向

(2)建设实验核与粒子物理人才培养基地,每年培养硕士生5-8名,博士研究生3-5名,与国内外有关单位联合培养研究生1-2名

(3)积极做好人才引进工作

(4)努力建设极端条件下物质形态实验数据分析中心,扩大并改进PC Farm规模和性能,提高实验数据分析能力和水平

(5)建设发展新型探测器研发实验室,建立精密时间幅度测量谱仪,使探测器研发实验室达到国内领先,世界上同类实验室的水平

通过项目的完成,既出成果,又出人才,为继续保持并发展该重点学科的先进水平打下坚实的基础.

8. "能量可调的强流脉冲慢正电子束"子课题

21世纪科学的发展将是微观与宏观的相互渗透与密切结合,凝聚态物理,材料科学等的研究,将由

现在的宏观统计方法(包括宏观量子统计)深入发展到物质的原子层次物性研究,微观粒子的量子效应越来越显示出重要作用,这些研究将对物质科学,信息科学及计算机等学科的发展起到关键作用.

由于上述课题涉及微观体系的多粒子问题,加之材料样品在制备过程中条件复杂,且难于精确控制,造成原子所处环境多变,微结构复杂,使得所研究的问题变得复杂而困难,必须采用多种手段从各不同角度观测,再综合分析,才能获得满意的结果.探测微观信息的手段已有不少,例如各种电镜,卢瑟福背散射,中子衍射,深能级瞬发谱,二次离子谱等,虽然各自给出了许多有价值的结果,但这些方法基本上不能给出原子尺度局域缺陷及微观物相变化的信息,也无法探测表面最外面几层原子的状况,并且多为破坏性测量或造成较大的辐照损伤.慢正电子技术恰好弥补了这些手段的不足.

慢正电子技术有如下特点:①对缺陷及原子尺度的微结构变化极为灵敏②无损探测③可探测真实表面(几个原子层)的物理化学信息④探测物体内部局域电子密度及动量分布⑤正电子,电子偶素探针可以获得电子探针无法得到的更多的物理信息⑥慢正电子技术具有能量可调性,因而可获得缺陷或结构不均匀性沿样品深度的分布,加之正电子具有分辨不同原子密度区域的能力,使慢正电子技术对复杂材料的分析有明显的优越性,因此有着十分广泛的应用,并不断发展新技术和拓宽应用领域.

预期效益

正电子对晶体的完整性及固体相变的高度灵敏性,是通过正电子捕获效应反映出来的. 可以用正电子湮没能谱多普勒展宽技术, 也可用正电子寿命定量测量来提供点阵缺陷的浓度,类型和内部结构等许多信息,而且应用范围广泛. 能量可调且单色性好的脉冲正电子束,使得对近表面及薄膜不同深度的寿命谱测量成为可能,这进一步扩充了研究范围.特别在以下几方面,可以充分发挥慢正电子束的特长.

表面和近表面缺陷研究用慢正电子束测量半导体缺陷有两大优点:

① 对空位有独特的灵敏度使之可以直接鉴别② 不受材料的掺杂与导电性的影响.

(2)表面和近表面微结构研究

凝聚态物理,材料科学的深入研究已经涉及到原子层次的微结构问题,包括电子结构和费米面形貌.工业界的生产也急需微结构与物性相关的知识,如微结构对大规模集成芯片的影响.量子点特性,表面界面微结构的变化,固体浅表面界面,离子注入区,各种应变层等非均匀结构系统和微结构变化,包括缺陷的种类,浓度,大小空洞的成长,成团,迁移和离解位错的结构和密度等.用俄歇电子能谱,透射电镜,卢瑟福背散射等测试手段都已成熟,但慢正电子束技术对缺陷灵敏性及无损检验等特性具有独到之处.

(3)异质结构膜,表面及界面

在材料科学和电子工程中,异质结构膜,表面及界面的性质有着重要的作用.另外界面的微结构对材料的物理特性也有着至关重要的影响.高Tc超导薄膜已进入应用阶段,对其薄膜及界面的缺陷和微结构的定量研究可以改善制备工艺,以获得高性能的器件.各种多层膜已被广泛地研究和应用,慢正电子束是一个理想的研究各种膜与界面的微结构的技术.

以上是凝聚态物理应用基础研究.

(4)材料科学

用于各种功能材料薄膜微结构的研究,例如:半导体(离子注入缺陷,金属/半导体界面,本征缺陷等)纳米材料超导薄膜高聚物材料防护膜涂层铁电,铁磁薄膜介孔材料等

综合上述, 本装置在学科建设和人才培养方面的效益可归纳为:

(1) 复杂材料的微结构与电子性质的研究提供新的分析测试平台.

(2) 学科建设:

① 扩展"粒子物理与核物理"重点学科的教学及科研领域,使本学科及相关的其他学科(凝聚态物理,材料科学等)交叉领域中进行高水平的基础和应用基础研究,培养复合型人才.

② 为其它许多学科的发展和提高研究水平提供了新的实验方法及研究手段.

(3) 队伍建设,人才培养:

① 在设备研制过程中培养高质量的大型科学仪器研发人才.

② 在应用研究过程中培养高质量的交叉学科研究人才.

三,验收指标

1."低维结构宽带隙半导体材料的制备和同步辐射研究"子课题

(1)低维结构材料制备系统一套,要求主室静态真空度达到10-11 torr量级,预室真空度达到10-10 torr量级.蒸发源温度达到1200℃以上,衬底温度可达到1000℃以上.

(2)与其它项目联合,在国家同步辐射实验室组建一个专门的同步辐射材料研究室.

(3)发表与低维结构材料生长和研究相关的高水平研究论文10-15篇,培养研究生10名左右.

(4)申请国家或省部级科研基金1-2项,国际合作交流课题1项.

2."利用同步辐射技术研究金属蛋白质的结构"子课题

(1)在国家同步辐射实验室X射线衍射与散射实验站,通过毛细管聚焦系统聚焦点处的光斑尺寸,将通量密度提高一个数量级以上(经费另筹),和更新CCD探测器方法以缩短每幅的阅读时间(约一秒左右),使总的数据采集时间减少一半以上.

(2)为了提高荧光探测效率在XAFS实验站建立27元固体探测器阵列装置(经费另筹),使探

用专用的陶瓷精雕机加工即可，所谓专用的陶瓷精雕机就是针对陶瓷等硬脆材料而升级改造的新机型。这款陶瓷精雕机除了比传统的机床转速更高，还具备十分出色的防护性能，能够将陶瓷粉尘很好的隔绝开从而有效的保护机床。陶瓷精雕机具有较高的主轴转速，而且精度较高。

陶瓷加工专用机床陶瓷雕铣机

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