半导体光电材料是什么

光电材料是指用于制造各种光电设备（主要包括各种主、被动光电传感器光信息处理和存储装置及光通信等）的材料，主要包括红外材料、激光材料、光纤材料、非线性光学材料等。

红外探测材料

包括硫化铅、锑化铟、锗掺杂（金、汞）、碲锡铅、碲镉汞、硫酸三甘酞、钽酸锂、锗酸铅、氧化镁等一系列材料，锑化铟和碲镉汞是目前军用红外光电系统采用的主要红外探测材料，特别是碲镉汞（Hg-Cd-Te）材料，是当前较成熟也是各国侧重研究发展的主要红外材料。它可应用于从近红外、中红外、到远红外很宽的波长范围，还具有以光电导、光伏特及光磁电等多种工作方式工作的优点，但该材料也存在化学稳定性差、难于制成大尺寸单晶、大面积均匀性差等缺点，Hg-Cd-Te现已进入薄膜材料研制和应用阶段，为了克服该材料上述的缺点，国际上探索了新的技术途径： （1）用各种薄膜外延技术制备大尺寸晶片，这些技术包括分子束外延（MBE）、液相外延（LPE）和金属有机化合物气相淀积（MOCVD）等。特别是用MOCVD可以制出大面积、组分均匀、表面状态好的Hg-Cd-Te薄膜，用于制备大面积焦平面阵列红外探测器。国外用MOCVD法已制成面积大于5cm2、均匀性良好、Δx=0.2±0.005、工艺重复性好的碲镉汞单晶薄膜，64×64焦平面器件已用于型号系统、512×512已有样品。 （2）寻找高性能新红外材料取代Hg-Cd-Te，主要包括：①Hg-Mn-Te和Hg-Zn-Te，美国和乌克兰等国从80年代中就开展了这方面的研究，研究表明，Hg1-xZnxTe和Hg1-x CdxZnyTe的光学特性和碲镉汞很相似，但较容易获得大尺寸、低缺陷的单晶，化学稳定性也更高。Hg1-xMnxTe是磁性半导体材料，在磁场中的光伏特性与碲镉汞几乎相同，但它克服了Hg-Te弱键引起的问题。②高温超导材料，现处于研究开发阶段，已有开发成功的产品。 ③Ⅲ-V超晶格量子阱化合物材料，可用于8～14μm远红外探测器，如：InAs/GaSb（应变层超晶格）、GaAs/AlGaAs（量子阱结构）等。 ④SiGe材料，由于SiGe材料具有许多独特的物理性质和重要的应用价值，又与Si平面工艺相容，因此引起了微电子及光电子产业的高度重视。SiGe材料通过控制层厚、组分、应变等，可自由调节材料的光电性能，开辟了硅材料人工设计和能带工程的新纪元，形成国际性研究热潮。Si/GeSi异质结构应用于红外探测器有如下优点：截止波长可在3～30μm较大范围内调节，能保证截止波长有利于优化响应和探测器的冷却要求。Si/GeSi材料的缺点在于量子效率很低，目前利用多个SiGe层来解决这一问题。 〔6〕1996年美国国防部国防技术领域计划将开发先进红外焦平面阵列的工作重点确定为：研制在各种情况下应用（包括监视和夜间/不利气象条件下使用的红外焦平面阵列）的红外探测器材料，其中包括以如下三种材料为基础的薄膜和结构：具有芯片上处理能力的GgCdTe单片薄膜、InAs/GaSb超晶格和SiGe（肖特基势垒器件）。这三种材料也正是当前红外探测材料发展和研究的热点。

红外透波材料

主要用作红外探测器和飞行器中的窗口、头罩或整流罩等，它的最新进展和发展方向如下：（1）目前，在中红外波段采用的红外透过材料有锗盐玻璃、人工多晶锗、氟化镁（MgF2）、人工蓝宝石和氮酸铝等，特别是多晶氟化镁，被认为是综合性能比较好的材料。远红外材料是红外透过材料当前研究发展的重点之一，8～14μm长波红外透过材料有：硫化锌（ZnS）、硒化锌（ZnSe）、硫化镧钙（CaLa2S4）、砷化镓（GaAs）、磷化镓（GaP）和锗（Ge）等。ZnS被认为是一种较好的远红外透过材料，在3～12μm范围，厚2mm时，平均透过率大于70%，无吸收峰，采取特殊措施，最大红外透过率达95.8%。国外已采用ZnS作为远红外窗口和头罩材料，象美国的LANTRIRN红外吊舱窗口，Learjel飞机窗口等。美国Norton国际公司先进材料部每年生产上千个ZnS头罩。ZnS多晶体的制备方法主要有两种：热压法与化学气相淀积法（CVD），CVD法制备的材料性能较好。 红外透过材料发展的另一个重要方向是：耐高温红外透过材料的研究。高速飞行器在飞行过程中会对红外窗口和罩材产生高温、高压、强烈的风砂雨水的冲刷和浸蚀，影响红外透过材料的性能，因此需要一系列新型的耐高温、具有综合光学、物理、机械、化学性能的新材料。这些条件下使用的理想材料从室温到1000℃应具有下列特性：在使用波段内具有高透过，低热辐射、散射及双折射，高强度，高导热系数，低热膨胀系数，抗风砂雨水的冲击和浸蚀，耐超声波辐射等。最近研究较多的耐高温红外透过材料有镁铝尖晶石、兰宝石、氧化钇、镧增强氧化钇和铝氧氮化物ALON等。镁铝尖晶石是近年来研究最多的最优秀的红外光学材料之一，它能在高温、高湿、高压、雨水、风砂冲击及太阳暴晒下仍保持其性质，因而是优先选用的耐高温红外透过材料，它可透过200nm到6μm的紫外、可见光及红外光。单晶监宝石也是一种耐高温红外材料，它可透过从远紫外0.17μm到6.5μm的红外光，用新研制的热交换法晶体生长过程可以制造直径达25cm的大尺寸蓝宝石。氧化钇和镧增强氧化钇的透过波长为8μm，在氧化钇中掺入氧化镧，材料强度提高30%，光学特性不变。由于高温下具有很高的硬度，所以它具有很好的抗冲击、抗浸蚀性能。严格的说到目前还没有一种理想的材料能完全满足上述要求。但包括上述材料在内的不少材料具有较理想的综合性质。红外透过材料的第三个发展方向是：红外/毫米波双模材料，这是为适应红外/毫米波双模复合材料制导技术的需要。目前，还没有一种材料能满足红外/毫米波双模材料既要有高的远红外透过率又有小的介电常数和损耗角正切的要求，高性能的红外/毫米波双模材料尚待进一步研究发展。红外材料的应用：包括各种导d的制导、红外预警（包括探测、识别和跟踪、预警卫星、预警飞机、各种侦察机等）、观察瞄准（高能束拦截武器等）。

编辑本段激光材料

目前固体激光器正寻求在可见和近可见光谱范围波长可调，为此而发现的可调谐激光晶体已有30多种，其中，Cr3 离子掺杂新晶体具有较高受激辐射截面和低饱和能量密度，它们的波长范围是：Cr3 :LiCaAlF3为0.72～0.84μm、Cr3 :LiSrAlF6为0.78～1.01μm，特别是Cr:LiSAF，它的饱和能量密度为5J/cm2，在激光调谐范围，荧光寿命、激光效率、热透镜效应等方面具有良好的性能。

编辑本段军事应用

军用光电材料研究的目的是将研究成果应用于新一代高技术光电子装备系统，提高电子进攻和防卫综合电子战的能力。军用光电材料是军用光电子技术的重要基础，对军用光电子装备系统有重要的赋能和倍增作用。以红外材料为基础的光电成像夜视技术能增强坦克、装甲车、飞机、军舰及步兵的夜战能力，为航空、卫星侦察、预警提供重要手段，成像制导技术可大大提高导d的命中率和抗干扰能力。以新型固体激光材料为基础的激光测距、激光致盲武器和火控制系统等使作战能力大大加强。可调谐激光晶体为从可见光到红外波段可调谐激光系统提供工作物质可提高激光雷达、空中传感和水下探测等军用激光系统的领域监视、侦察能力。利用光纤材料、宽带、抗电磁和强核电磁脉冲干扰、保密、体积小、环境适应性强和抗辐照等优点，可实现地面武器系统无人远距离传感阵和有人控制站之间的GB/s级信息传输；舰船指挥可以通过光纤为远距离舰队发送信号，进行指挥；飞机将能发射光纤携绳的机载无人加强飞机或靶机；以往的武器有线制导将被光纤制导所取代；军用运载体的惯性导航系统将被光纤陀螺所取代；战略武器发射的C3I系统也将启用光纤C3I网络等等。总之，军用光纤系统的应用，将远远超越话音和低速率数据通信的范围，而进入传感、海上或空中武器平台及各种高速率传输系统。

有三种 看我找来的资料

紫外线

1802年，德国物理学家里特（Ritte）发现了紫外线。紫外线一般是指波长在 400－ 180nm之间的电磁辐射线，具有波粒二象性。紫外线和可见光一样是一种包含着各种波长、相位、振幅的光，具有光的干涉、衍射、色散等现象，属于“非相干性光”。紫外线也沿直线传播遵守光的反射定律、折射定律和透镜成像原理；紫外线是由许多光量子组成的，每个光量于都具有一定的能量，不同波长的光量子的能量不同。紫外线的光量子能量比可见光的光量子能量大。

荧光效应

由于紫外线光量子具有较大的能量，所以当紫外线照射到很多物质上时使分子受激而发射荧光。这些物质辐射荧光的现象就称为紫外线的荧光效应。紫外线的荧光效应是一种光致发光。当紫外线照射到某些物质时，这些物质有选择地吸收后发射出不同波长和不同强度的可见光来。当紫外线停止照射后，荧光也随之消矢。实际上，当紫外线照射到荧光物质上时，会发生3种情况：一部分紫外线被反射，一部分被荧光物质吸收，另一部分透射出去。其中只有被荧光物质吸收的这部分紫外线才对发光起作用。当荧光物质吸收了紫外线后，内部的分子会发生能量状态的变化，在不同能级间跃迁，发射出荧光。

物质表面所发射的荧光能反映该物质的特性，凭此可对该物质进行定性和定量分析。在机械制造工业中，以前对零件的探伤常采用超声波X光等方法，但都不如用荧光法简便。荧光探伤就是把被检测的零件在荧光物质的溶液中浸泡一定时间，取出后用毛刷把零件表而的荧光物质刷掉。由于浸入零件裂缝中的荧光物质不可能被刷掉，经过这样处理的零件放入暗室里，用不透明玻壳的紫外线高压汞灯照射零件表面，残存在裂缝内部的荧光物质将发射出荧光来，这样就可以找出有伤痕的零件。

光电效应

当紫外线照射到金属的表面时，金属内部的自由电子会逸出金属表面，这种紫外线的光致电子发射构成了紫外线光电效应的一部分。紫外线的光电效应是光能转换为电能的一种方式。光电效应分为外光电效应、内光电效应和光生伏特效应。紫外线照射能产生光电效应的材料除了金属、半导体外，还有某些气体和一些化学物质，人与动植物被照射后也能产生光电效应。

光化学效应

紫外线照射某些物质时能产生光化学反应。波长在200－400纳米的紫外线所具有的能量（3－6e V）正是许多物质（化学键能也在 3－ 6e V的范围内）吸收后产生光化学反应所需的能量。尤其是短波紫外线的光子能量较大，对光化学反应特别有效，能直接引起一些物质的化合和分解。

我们知道同位素分离，是从天然的同位素混合物中分离出某种纯同位素来，或者把其中某一种同位素的浓度提高。同一种元素的同位素，其物理化学性质很相似，这就造成了分离同位素的困难。过去分离同位素是利用同位素质量不同来实现的，例如用气体的扩散法和离心法来分离同位素。但这些方法成本高，效率低。用紫外线光量子的能量可只激发同位素当中的一种而其他不被激发，然后用物理或化学的方法把它同未被激发的同位素分离开来。用紫外线分离同位素的方法成本低，效率高，可节省很多投资。

半导体公司的产品多是基础元件如晶体管（计算机中最基础的组件），以此延伸的终端则涉及各个领域，通讯、科研、计算机、航天等都有。半导体另一种产品就是太阳能电池板，用于新能源的开发。光电公司多是致力于绿色光源的开发，节能照明、LED显示、紫外线产品、射线消毒器材等与光线有关的都是光电科技公司的发展领域及产出产品。

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