时间：2023-07-24 16:32:57
导语：在半导体材料设计的撰写旅程中，学习并吸收他人佳作的精髓是一条宝贵的路径，好期刊汇集了九篇优秀范文，愿这些内容能够启发您的创作灵感，引领您探索更多的创作可能。
关键词：半导体制冷技术； 小型恒温箱； 应用
1.国内外研究概况
就我国而言，对于半导体制冷技术的研究最早开始于上世纪50年代末60年代初，爱60年代中期，我国的半导体材料研究取得了一定程度的进步，所研究的半导体材料的性能已经能够与国际水平相符合。然后，从上世纪60年代末期开始到80年代初期，这段时间是我国半导体制冷片技术发展的关键时期，在这这一时期之内，我国的半导体制冷技术研究取得了关键性的突破，主要表现在两个方面：一方面，半导体制冷材料的优值系数得到了一定程度上的提高；另一方面，就半导体制冷技术的应用方面而言，其应用层次更深，应用范围也更为广泛。
2.工作原理分析
在半导体制冷技术当中，有一个核心材料，即半导体制冷片，它又被称作为热点制冷片。其优点主要表现为半导体制冷片之中不含有滑动部件，且无制冷剂污染的场合。但是也存在着一定程度上的缺陷，主要表现为应用在一些空间会受到相应的限制。一般情况下，半导体制冷片的工作运转主要是通过直流电流为其进行供电，因此，它可以达到制冷以及加热的双重效果，而这一效果的主要是通过对直流电流的极性进行一定程度上的改变来进行有效实现的。对于一个单片制冷片而言，它主要是由两片陶瓷片组成，在陶瓷片的中间存在着相应的N型与P型的半导体材料。半导体制冷片之所以能够有效的运行，主要是通过以下的原理实现的：将一块N型半导体材料与一块P型半导体材料进行一定程度上的联结，这样一来，就形成了电偶对，当有直流电在这一电路中进行流通时，就会发生一定程度上的能量转移，电流从N型半导体材料流入到P型半导体材料的接头，并对热量进行一定程度的吸收，成为冷端；而当电流从P型半导体材料流入到N型半导体材料的接头并释放能量，就形成了热端。
3.原理方案设计及工艺流程
半导体制冷不需要制冷剂，所以不需要考虑破话坏臭氧层问题；由于没有运动构件，噪音非常小而且体积也很小。由于这两方面的突出优点，我们这里利用了半导体芯片，热交换器、隔热箱、风扇安装了小型恒温箱。
①芯片安装：芯片安装对一块半导体芯片进行一定程度上的使用；为了对冷热端断路进行有效的防止，在芯片的通过运用隔热板来达到隔热效果；散热板的安装。
②电路接线：芯片接线与风机采用并联形式，由电源直接进行一定程度的供电。除此之外，对无级调节电压进行了有效运用，这样一来，就可以根据温度的变化来对电压的高低进行一定程度的调节。
③外壳安装：外壳主要使用泡沫封装，只留封口和引线位置。尺寸是200mmX150mmX150mm3、用保温棉保温，同时在机箱外壳之上对散热装置进行了有效的设置。
4.半导体制冷系统的功能及特点分析
将半导体制冷技术应用于小型恒温箱之中，形成了一种新型的空调系统，较之于传统的功能系统，这种新型空调系统表现出较大的优越性，其特点主要表现在如下几个方面：
（1）在这一制冷系统当中，不再需要任何制冷剂，且当系统处于运行状态之中，具有较强的连续性。同时，正是不需要任何制冷剂，使得这一系统没有污染源、没有相应的旋转部件，这样一来，就不会产生回转效应，进而对减震抗噪的效果起到一定的促进作用。除此之外，这种制冷系统使用寿命较长，且安装过程简单方便。
（2）这一新型制冷系统中有效运用了半导体制冷片，因此能够对制冷与加热两种效果进行有效的实现。根据相关实践表明，这一系统的制冷效率一般不高，但在制热方面，系统发挥出十分高的效率，永远大于1.因此，只需要对一个片件进行有效的使用，就能够对分立的加热系统以及制冷系统进行一定程度上的替代。
（3）半导体制冷片是电流换能型片件，通过对输入电流进行一定程度上的控制，就可以对温度进行有效的控制，且这种控制能够达到高精度的要求。除此之外，再加之温度的检测与控制手段，就能够进一步对遥控、程控以及计算机控制进行有效的实现。这样一来，这一系统的自动化程度也得到了较大程度上的提升。
（4）对于半导体制冷片而言，它具有相对较小的热惯性，因此制冷系统的制冷、制热时间相对较快，在热端散热良好冷端空载的情况下，通电不到一分钟，制冷片就能达到最大温差。
（5）一般情况下，对于单个制冷元件而言，它难以发挥出很大的功率，但如果将之进行一定程度上的组合，使其成为一个电堆，用同类型的电堆串、并联的方法组合成制冷系统的话，就可以对其系统进行有效的扩大。正是因为这一原因，制冷系统的功率的范围非常大，既能是几毫瓦，也能是上万瓦。
5.结束语
本文主要针对半导体制冷技术在小型恒温箱的应用进行研究与分析。首先对国内外的研究状况进行了一定程度上的介绍，然后在此基础之上阐述了制冷系统的工作原理。最后重点分析了半导体制冷系统的功能及特点。希望我们的研究能够给读者提供参考并带来帮助。
参考文献：
[1] 王军，唐新峰，张清杰. p型Bi2Te3CoSb3系结构梯度热电材料性能研究[J]. 武汉理工大学学报. 2004（10）
[2] 马秋花，赵昆渝，李智东，刘国玺，葛伟萍. 热电材料综述[J]. 电工材料. 2004（01）
【关键词】有机电子器件 光探测器 光敏二极管 光敏晶体管
1 引言
随着科技的不断发展，大面积、低成本、柔性、轻巧便携成为人们对新一代电子器件的追求目标。π共轭有机小分子半导体和聚合物半导体由于可利用低成本高效率的印刷方式制备大面积柔性器件，目前已成为研究的热门材料。通过分子结构的设计，材料的光电性质也会随之改变，这也使得有机发光二极管（OLEDs），有机场效应晶体管（OFETs），有机光伏器件（OPVs），有机记忆存储器及有机传感器得到了很大的发展。
光探测是有机半导体材料的重大的应用之一。有机半导体的种类繁多，通过分子结构设计可以实现从紫外到近红外的全波段光的吸收或者特定波段光的吸收。有机半导体可低温制备的特性使得大面积柔性光电系统的发展成为可能。本文主要介绍了光敏二极管和光敏晶体管这两类光敏器件的研究现状，并通过对这两类光敏器件的研究和归纳展望光电系统的未来发展。
2 光敏二极管
2.1 可见光探测器
可见光范围的有机光探测器的研究在上个世纪90年代已有一些初期的报道，从那以后，越来越多的研究成功的制备出涵盖整个可见光范围的有机光探测器。无论是基于有机小分子还是聚合物，大部分器件都是建立在Donor/Acceptor （D/A）异质结的基础之上。对于有机小分子半导体器件而言，分子束沉积技术使得分子的纳米结构和形貌得到了良好的控制。较为复杂的是采用溶液法制备的光敏器件，其异质结的形貌很难在纳米尺度上进行控制，且相容性较好的D/A对的选择也起着关键的作用。其中为人熟知的溶液法制备的聚3-己基噻吩（P3HT）/富勒烯衍生物（PC61BM）异质结对，具有较宽的光谱吸收范围（从400nm到600nm），较高的载流子迁移率，其外量子效率（EQE）能达到70%。另外，有研究报道PC61BM的类似物PC71BM在可见光范围内具备更宽的光吸收。除此之外，新兴的导电高分子如聚芴的衍生物及其共聚化合物也可成为供体（D）或者受体（A）的替代材料。与蓝绿光的探测器相比，针对红光的光敏二极管的研究相对较少。这是由于对红光敏感的材料往往能带间隙比较小，其合成比较困难，其溶解性和稳定性较差。另外，由于能级间隙变小，要想找到能级匹配的D/A组合就变得更加困难。尽管如此，基于红光-近红外探测的器件在应用上仍然得到了较大的发展，比如在光通讯领域，远程控制，环境控制或者生物医疗领域。
2.2 全波段光探测器
由于半导体材料对太阳光的吸收性能是提高太阳能电池效率的关键因素，因此随着对光伏器件研究的加深，基于半导体材料光吸收性能的光敏二极管也得到了大力的发展。就聚合物而言，通过稠杂环的聚合反应可以得到能带间隙较窄的导电聚合物，用于制备全波段的光探测器。2007年，Yang课题组采用酯基改性的聚噻吩（PTT）与PC61BM形成异质结光敏探测器能探测900nm的光（800nm波长时EQE值达到40%）。用类似的方法，Gong等人使用窄带隙的聚合物PDDTT与PC61BM混合形成异质结制备出能探测300nm到1450nm的全波段光探测器（900nm波长时EQE值达到30%）。对于小分子而言，卟啉类小分子化合物在长波长范围内有良好的吸收特性。最近报道的采用溶液法制备的卟啉阵列光敏探测器，其中卟啉单元呈带状排列，器件的EQE值在1400nm波长时达到了10%。这样的光敏器件的制备一般需要找到能级匹配的D/A对，混合制备形成异质结。除此之外，若要实现对近红外部分的光探测一般需要引入杂化体系，如有机小分子与聚合物混合，或者有机材料与无机材料混合。2009年Arnold等人将碳纳米管与C60混合制备出了性能优异的光敏探测器，半导体性的碳纳米管受光照射激发产生的电子-空穴对在碳纳米管与C60的界面处被离解，增加了载流子密度，使光电流明显增大。在制备过程中，使用共轭聚合物（P3HT或者PPV）包裹碳纳米管增加其溶解性，使碳纳米管之间能相互分离，并在薄膜上均匀的分布。碳纳米管的直径的高度分散性使器件实现了宽范围的光吸收（从400nm到1600nm）。
除此之外，选择性光探测器是采用本身对光具有选择性吸收的半导体材料作为活性层制备而成，其中紫外光探测是光敏探测研究的一大重点，被广泛用于科学，商业和军事领域。但是由于紫外光能量较高，对有机半导体材料有破坏作用，因此对紫外探测器件的稳定性考量是器件制备过程中十分重要的一步。
3 有机光敏晶体管
起初，基于共轭有机小分子和聚合物半导体的光敏晶体管的报道并没有引起太大的关注，因为与无机光敏晶体管相比，这些有机晶体管的R值小，光敏开关比Ilight/Idark低，载流子迁移率也比较低。随后，Noh等人制备的基于BPTT半导体的改进型的光敏晶体管的开关比能达到无定型硅基光敏晶体管的100倍，这成为对有机光敏晶体管进行深入的研究与发展的开端。有机光敏晶体管常用的小分子材料有并五苯、酞菁铜等。采用并五苯与酞菁铜作为活性材料的光敏晶体管器件其R值分别是10-50A/W和1.5-2.4A/W。除了小分子有机光敏晶体管外，利用聚合物半导体作为活性层有望制备全有机的柔性光敏晶体管。Narayan等人采用P3OT作为半导体，PVA作为绝缘层制备的柔性器件，其在1μW时光敏开关比达到100倍，远高于传统的两端二极管器件。另外，D/A异质结也被引入用于光敏晶体管的制备。通常是将两种能级匹配的半导体材料混合作为晶体管的活性材料部分，由于晶体管的第三端作用往往会使光电流大大增加，使光敏晶体管器件的性能更好。
4 结论
有机光信号探测器作为一种极具成本效益的电子器件，可用于短范围内的数据传输，数码成像和传感等。它的优点是易调控，可集成和可实现对光波段的选择性。简单的制备方式，大量的有机半导体的材料储备，较高的量子产率和光响应速度使得有机光信号探测器具备广泛的应用前景。
关键词半导体材料量子线量子点材料光子晶体
1半导体材料的战略地位
上世纪中叶，单晶硅和半导体晶体管的发明及其硅集成电路的研制成功，导致了电子工业革命；上世纪70年代初石英光导纤维材料和GaAs激光器的发明，促进了光纤通信技术迅速发展并逐步形成了高新技术产业，使人类进入了信息时代。超晶格概念的提出及其半导体超晶格、量子阱材料的研制成功，彻底改变了光电器件的设计思想，使半导体器件的设计与制造从“杂质工程”发展到“能带工程”。纳米科学技术的发展和应用，将使人类能从原子、分子或纳米尺度水平上控制、操纵和制造功能强大的新型器件与电路，必将深刻地影响着世界的政治、经济格局和军事对抗的形式，彻底改变人们的生活方式。
2几种主要半导体材料的发展现状与趋势
2.1硅材料
从提高硅集成电路成品率，降低成本看，增大直拉硅（CZ－Si）单晶的直径和减小微缺陷的密度仍是今后CZ－Si发展的总趋势。目前直径为8英寸（200mm）的Si单晶已实现大规模工业生产，基于直径为12英寸（300mm）硅片的集成电路（IC‘s）技术正处在由实验室向工业生产转变中。目前300mm，0.18μm工艺的硅ULSI生产线已经投入生产，300mm，0.13μm工艺生产线也将在2003年完成评估。18英寸重达414公斤的硅单晶和18英寸的硅园片已在实验室研制成功，直径27英寸硅单晶研制也正在积极筹划中。
从进一步提高硅IC‘S的速度和集成度看，研制适合于硅深亚微米乃至纳米工艺所需的大直径硅外延片会成为硅材料发展的主流。另外，SOI材料，包括智能剥离（Smartcut）和SIMOX材料等也发展很快。目前，直径8英寸的硅外延片和SOI材料已研制成功，更大尺寸的片材也在开发中。
理论分析指出30nm左右将是硅MOS集成电路线宽的“极限”尺寸。这不仅是指量子尺寸效应对现有器件特性影响所带来的物理限制和光刻技术的限制问题，更重要的是将受硅、SiO2自身性质的限制。尽管人们正在积极寻找高K介电绝缘材料（如用Si3N4等来替代SiO2），低K介电互连材料，用Cu代替Al引线以及采用系统集成芯片技术等来提高ULSI的集成度、运算速度和功能，但硅将最终难以满足人类不断的对更大信息量需求。为此，人们除寻求基于全新原理的量子计算和DNA生物计算等之外，还把目光放在以GaAs、InP为基的化合物半导体材料，特别是二维超晶格、量子阱，一维量子线与零维量子点材料和可与硅平面工艺兼容GeSi合金材料等，这也是目前半导体材料研发的重点。
2.2GaAs和InP单晶材料
GaAs和InP与硅不同，它们都是直接带隙材料，具有电子饱和漂移速度高，耐高温，抗辐照等特点；在超高速、超高频、低功耗、低噪音器件和电路，特别在光电子器件和光电集成方面占有独特的优势。
目前，世界GaAs单晶的总年产量已超过200吨，其中以低位错密度的垂直梯度凝固法（VGF）和水平（HB）方法生长的2－3英寸的导电GaAs衬底材料为主；近年来，为满足高速移动通信的迫切需求，大直径（4，6和8英寸）的SI－GaAs发展很快。美国莫托罗拉公司正在筹建6英寸的SI－GaAs集成电路生产线。InP具有比GaAs更优越的高频性能，发展的速度更快，但研制直径3英寸以上大直径的InP单晶的关键技术尚未完全突破，价格居高不下。
GaAs和InP单晶的发展趋势是：
（1）。增大晶体直径，目前4英寸的SI－GaAs已用于生产，预计本世纪初的头几年直径为6英寸的SI－GaAs也将投入工业应用。
（2）。提高材料的电学和光学微区均匀性。
（3）。降低单晶的缺陷密度，特别是位错。
（4）。GaAs和InP单晶的VGF生长技术发展很快，很有可能成为主流技术。
2.3半导体超晶格、量子阱材料
半导体超薄层微结构材料是基于先进生长技术（MBE，MOCVD）的新一代人工构造材料。它以全新的概念改变着光电子和微电子器件的设计思想，出现了“电学和光学特性可剪裁”为特征的新范畴，是新一代固态量子器件的基础材料。
（1）Ⅲ－V族超晶格、量子阱材料。
GaAIAs／GaAs，GaInAs／GaAs，AIGaInP／GaAs；GalnAs／InP，AlInAs／InP，InGaAsP／InP等GaAs、InP基晶格匹配和应变补偿材料体系已发展得相当成熟，已成功地用来制造超高速，超高频微电子器件和单片集成电路。高电子迁移率晶体管（HEMT），赝配高电子迁移率晶体管（P－HEMT）器件最好水平已达fmax=600GHz，输出功率58mW，功率增益6.4db；双异质结双极晶体管（HBT）的最高频率fmax也已高达500GHz，HEMT逻辑电路研制也发展很快。基于上述材料体系的光通信用1.3μm和1.5μm的量子阱激光器和探测器，红、黄、橙光发光二极管和红光激光器以及大功率半导体量子阱激光器已商品化；表面光发射器件和光双稳器件等也已达到或接近达到实用化水平。目前，研制高质量的1.5μm分布反馈（DFB）激光器和电吸收（EA）调制器单片集成InP基多量子阱材料和超高速驱动电路所需的低维结构材料是解决光纤通信瓶颈问题的关键，在实验室西门子公司已完成了80×40Gbps传输40km的实验。另外，用于制造准连续兆瓦级大功率激光阵列的高质量量子阱材料也受到人们的重视。
虽然常规量子阱结构端面发射激光器是目前光电子领域占统治地位的有源器件，但由于其有源区极薄（～0.01μm）端面光电灾变损伤，大电流电热烧毁和光束质量差一直是此类激光器的性能改善和功率提高的难题。采用多有源区量子级联耦合是解决此难题的有效途径之一。我国早在1999年，就研制成功980nmInGaAs带间量子级联激光器，输出功率达5W以上；2000年初，法国汤姆逊公司又报道了单个激光器准连续输出功率超过10瓦好结果。最近，我国的科研工作者又提出并开展了多有源区纵向光耦合垂直腔面发射激光器研究，这是一种具有高增益、极低阈值、高功率和高光束质量的新型激光器，在未来光通信、光互联与光电信息处理方面有着良好的应用前景。
为克服PN结半导体激光器的能隙对激光器波长范围的限制，1994年美国贝尔实验室发明了基于量子阱内子带跃迁和阱间共振隧穿的量子级联激光器，突破了半导体能隙对波长的限制。自从1994年InGaAs／InAIAs／InP量子级联激光器（QCLs）发明以来，Bell实验室等的科学家，在过去的7年多的时间里，QCLs在向大功率、高温和单膜工作等研究方面取得了显着的进展。2001年瑞士Neuchatel大学的科学家采用双声子共振和三量子阱有源区结构使波长为9.1μm的QCLs的工作温度高达312K，连续输出功率3mW.量子级联激光器的工作波长已覆盖近红外到远红外波段（3－87μm），并在光通信、超高分辨光谱、超高灵敏气体传感器、高速调制器和无线光学连接等方面显示出重要的应用前景。中科院上海微系统和信息技术研究所于1999年研制成功120K5μm和250K8μm的量子级联激光器；中科院半导体研究所于2000年又研制成功3.7μm室温准连续应变补偿量子级联激光器，使我国成为能研制这类高质量激光器材料为数不多的几个国家之一。
目前，Ⅲ－V族超晶格、量子阱材料作为超薄层微结构材料发展的主流方向，正从直径3英寸向4英寸过渡；生产型的MBE和M0CVD设备已研制成功并投入使用，每台年生产能力可高达3.75×104片4英寸或1.5×104片6英寸。英国卡迪夫的MOCVD中心，法国的PicogigaMBE基地，美国的QED公司，Motorola公司，日本的富士通，NTT，索尼等都有这种外延材料出售。生产型MBE和MOCVD设备的成熟与应用，必然促进衬底材料设备和材料评价技术的发展。
（2）硅基应变异质结构材料。
硅基光、电器件集成一直是人们所追求的目标。但由于硅是间接带隙，如何提高硅基材料发光效率就成为一个亟待解决的问题。虽经多年研究，但进展缓慢。人们目前正致力于探索硅基纳米材料（纳米Si／SiO2），硅基SiGeC体系的Si1－yCy/Si1－xGex低维结构，Ge／Si量子点和量子点超晶格材料，Si／SiC量子点材料，GaN／BP／Si以及GaN／Si材料。最近，在GaN／Si上成功地研制出LED发光器件和有关纳米硅的受激放大现象的报道，使人们看到了一线希望。
另一方面，GeSi／Si应变层超晶格材料，因其在新一代移动通信上的重要应用前景，而成为目前硅基材料研究的主流。Si/GeSiMODFET和MOSFET的最高截止频率已达200GHz，HBT最高振荡频率为160GHz，噪音在10GHz下为0.9db，其性能可与GaAs器件相媲美。
尽管GaAs／Si和InP／Si是实现光电子集成理想的材料体系，但由于晶格失配和热膨胀系数等不同造成的高密度失配位错而导致器件性能退化和失效，防碍着它的使用化。最近，Motolora等公司宣称，他们在12英寸的硅衬底上，用钛酸锶作协变层（柔性层），成功的生长了器件级的GaAs外延薄膜，取得了突破性的进展。
2.4一维量子线、零维量子点半导体微结构材料
基于量子尺寸效应、量子干涉效应，量子隧穿效应和库仑阻效应以及非线性光学效应等的低维半导体材料是一种人工构造（通过能带工程实施）的新型半导体材料，是新一代微电子、光电子器件和电路的基础。它的发展与应用，极有可能触发新的技术革命。
目前低维半导体材料生长与制备主要集中在几个比较成熟的材料体系上，如GaAlAs／GaAs，In（Ga）As／GaAs，InGaAs／InAlAs／GaAs，InGaAs／InP，In（Ga）As／InAlAs／InP，InGaAsP／InAlAs／InP以及GeSi／Si等，并在纳米微电子和光电子研制方面取得了重大进展。俄罗斯约飞技术物理所MBE小组，柏林的俄德联合研制小组和中科院半导体所半导体材料科学重点实验室的MBE小组等研制成功的In（Ga）As／GaAs高功率量子点激光器，工作波长lμm左右，单管室温连续输出功率高达3.6～4W.特别应当指出的是我国上述的MBE小组，2001年通过在高功率量子点激光器的有源区材料结构中引入应力缓解层，抑制了缺陷和位错的产生，提高了量子点激光器的工作寿命，室温下连续输出功率为1W时工作寿命超过5000小时，这是大功率激光器的一个关键参数，至今未见国外报道。
在单电子晶体管和单电子存贮器及其电路的研制方面也获得了重大进展，1994年日本NTT就研制成功沟道长度为30nm纳米单电子晶体管，并在150K观察到栅控源－漏电流振荡；1997年美国又报道了可在室温工作的单电子开关器件，1998年Yauo等人采用0.25微米工艺技术实现了128Mb的单电子存贮器原型样机的制造，这是在单电子器件在高密度存贮电路的应用方面迈出的关键一步。目前，基于量子点的自适应网络计算机，单光子源和应用于量子计算的量子比特的构建等方面的研究也正在进行中。
与半导体超晶格和量子点结构的生长制备相比，高度有序的半导体量子线的制备技术难度较大。中科院半导体所半导体材料科学重点实验室的MBE小组，在继利用MBE技术和SK生长模式，成功地制备了高空间有序的InAs／InAI（Ga）As／InP的量子线和量子线超晶格结构的基础上，对InAs／InAlAs量子线超晶格的空间自对准（垂直或斜对准）的物理起因和生长控制进行了研究，取得了较大进展。
王中林教授领导的乔治亚理工大学的材料科学与工程系和化学与生物化学系的研究小组，基于无催化剂、控制生长条件的氧化物粉末的热蒸发技术，成功地合成了诸如ZnO、SnO2、In2O3和Ga2O3等一系列半导体氧化物纳米带，它们与具有圆柱对称截面的中空纳米管或纳米线不同，这些原生的纳米带呈现出高纯、结构均匀和单晶体，几乎无缺陷和位错；纳米线呈矩形截面，典型的宽度为20－300nm，宽厚比为5－10，长度可达数毫米。这种半导体氧化物纳米带是一个理想的材料体系，可以用来研究载流子维度受限的输运现象和基于它的功能器件制造。香港城市大学李述汤教授和瑞典隆德大学固体物理系纳米中心的LarsSamuelson教授领导的小组，分别在SiO2／Si和InAs／InP半导体量子线超晶格结构的生长制各方面也取得了重要进展。
低维半导体结构制备的方法很多，主要有：微结构材料生长和精细加工工艺相结合的方法，应变自组装量子线、量子点材料生长技术，图形化衬底和不同取向晶面选择生长技术，单原子操纵和加工技术，纳米结构的辐照制备技术，及其在沸石的笼子中、纳米碳管和溶液中等通过物理或化学方法制备量子点和量子线的技术等。目前发展的主要趋势是寻找原子级无损伤加工方法和纳米结构的应变自组装可控生长技术，以求获得大小、形状均匀、密度可控的无缺陷纳米结构。
2.5宽带隙半导体材料
宽带隙半导体材主要指的是金刚石，III族氮化物，碳化硅，立方氮化硼以及氧化物（ZnO等）及固溶体等，特别是SiC、GaN和金刚石薄膜等材料，因具有高热导率、高电子饱和漂移速度和大临界击穿电压等特点，成为研制高频大功率、耐高温、抗辐照半导体微电子器件和电路的理想材料；在通信、汽车、航空、航天、石油开采以及国防等方面有着广泛的应用前景。另外，III族氮化物也是很好的光电子材料，在蓝、绿光发光二极管（LED）和紫、蓝、绿光激光器（LD）以及紫外探测器等应用方面也显示了广泛的应用前景。随着1993年GaN材料的P型掺杂突破，GaN基材料成为蓝绿光发光材料的研究热点。目前，GaN基蓝绿光发光二极管己商品化，GaN基LD也有商品出售，最大输出功率为0.5W.在微电子器件研制方面，GaN基FET的最高工作频率（fmax）已达140GHz，fT=67GHz，跨导为260ms／mm；HEMT器件也相继问世，发展很快。此外，256×256GaN基紫外光电焦平面阵列探测器也已研制成功。特别值得提出的是，日本Sumitomo电子工业有限公司2000年宣称，他们采用热力学方法已研制成功2英寸GaN单晶材料，这将有力的推动蓝光激光器和GaN基电子器件的发展。另外，近年来具有反常带隙弯曲的窄禁带InAsN，InGaAsN，GaNP和GaNAsP材料的研制也受到了重视，这是因为它们在长波长光通信用高T0光源和太阳能电池等方面显示了重要应用前景。
以Cree公司为代表的体SiC单晶的研制已取得突破性进展，2英寸的4H和6HSiC单晶与外延片，以及3英寸的4HSiC单晶己有商品出售；以SiC为GaN基材料衬低的蓝绿光LED业已上市，并参于与以蓝宝石为衬低的GaN基发光器件的竟争。其他SiC相关高温器件的研制也取得了长足的进步。目前存在的主要问题是材料中的缺陷密度高，且价格昂贵。
II－VI族兰绿光材料研制在徘徊了近30年后，于1990年美国3M公司成功地解决了II－VI族的P型掺杂难点而得到迅速发展。1991年3M公司利用MBE技术率先宣布了电注入（Zn，Cd）Se／ZnSe兰光激光器在77K（495nm）脉冲输出功率100mW的消息，开始了II－VI族兰绿光半导体激光（材料）器件研制的。经过多年的努力，目前ZnSe基II－VI族兰绿光激光器的寿命虽已超过1000小时，但离使用差距尚大，加之GaN基材料的迅速发展和应用，使II－VI族兰绿光材料研制步伐有所变缓。提高有源区材料的完整性，特别是要降低由非化学配比导致的点缺陷密度和进一步降低失配位错和解决欧姆接触等问题，仍是该材料体系走向实用化前必须要解决的问题。
宽带隙半导体异质结构材料往往也是典型的大失配异质结构材料，所谓大失配异质结构材料是指晶格常数、热膨胀系数或晶体的对称性等物理参数有较大差异的材料体系，如GaN／蓝宝石（Sapphire），SiC／Si和GaN／Si等。大晶格失配引发界面处大量位错和缺陷的产生，极大地影响着微结构材料的光电性能及其器件应用。如何避免和消除这一负面影响，是目前材料制备中的一个迫切要解决的关键科学问题。这个问题的解泱，必将大大地拓宽材料的可选择余地，开辟新的应用领域。
目前，除SiC单晶衬低材料，GaN基蓝光LED材料和器件已有商品出售外，大多数高温半导体材料仍处在实验室研制阶段，不少影响这类材料发展的关键问题，如GaN衬底，ZnO单晶簿膜制备，P型掺杂和欧姆电极接触，单晶金刚石薄膜生长与N型掺杂，II－VI族材料的退化机理等仍是制约这些材料实用化的关键问题，国内外虽已做了大量的研究，至今尚未取得重大突破。
3光子晶体
光子晶体是一种人工微结构材料，介电常数周期的被调制在与工作波长相比拟的尺度，来自结构单元的散射波的多重干涉形成一个光子带隙，与半导体材料的电子能隙相似，并可用类似于固态晶体中的能带论来描述三维周期介电结构中光波的传播，相应光子晶体光带隙（禁带）能量的光波模式在其中的传播是被禁止的。如果光子晶体的周期性被破坏，那么在禁带中也会引入所谓的“施主”和“受主”模，光子态密度随光子晶体维度降低而量子化。如三维受限的“受主”掺杂的光子晶体有希望制成非常高Q值的单模微腔，从而为研制高质量微腔激光器开辟新的途径。光子晶体的制备方法主要有：聚焦离子束（FIB）结合脉冲激光蒸发方法，即先用脉冲激光蒸发制备如Ag/MnO多层膜，再用FIB注入隔离形成一维或二维平面阵列光子晶体；基于功能粒子（磁性纳米颗粒Fe2O3，发光纳米颗粒CdS和介电纳米颗粒TiO2）和共轭高分子的自组装方法，可形成适用于可光范围的三维纳米颗粒光子晶体；二维多空硅也可制作成一个理想的3－5μm和1.5μm光子带隙材料等。目前，二维光子晶体制造已取得很大进展，但三维光子晶体的研究，仍是一个具有挑战性的课题。最近，Campbell等人提出了全息光栅光刻的方法来制造三维光子晶体，取得了进展。
4量子比特构建与材料
随着微电子技术的发展，计算机芯片集成度不断增高，器件尺寸越来越小（nm尺度）并最终将受到器件工作原理和工艺技术限制，而无法满足人类对更大信息量的需求。为此，发展基于全新原理和结构的功能强大的计算机是21世纪人类面临的巨大挑战之一。1994年Shor基于量子态叠加性提出的量子并行算法并证明可轻而易举地破译目前广泛使用的公开密钥Rivest，Shamir和Adlman（RSA）体系，引起了人们的广泛重视。
所谓量子计算机是应用量子力学原理进行计的装置，理论上讲它比传统计算机有更快的运算速度，更大信息传递量和更高信息安全保障，有可能超越目前计算机理想极限。实现量子比特构造和量子计算机的设想方案很多，其中最引人注目的是Kane最近提出的一个实现大规模量子计算的方案。其核心是利用硅纳米电子器件中磷施主核自旋进行信息编码，通过外加电场控制核自旋间相互作用实现其逻辑运算，自旋测量是由自旋极化电子电流来完成，计算机要工作在mK的低温下。
这种量子计算机的最终实现依赖于与硅平面工艺兼容的硅纳米电子技术的发展。除此之外，为了避免杂质对磷核自旋的干扰，必需使用高纯（无杂质）和不存在核自旋不等于零的硅同位素（29Si）的硅单晶；减小SiO2绝缘层的无序涨落以及如何在硅里掺入规则的磷原子阵列等是实现量子计算的关键。量子态在传输，处理和存储过程中可能因环境的耦合（干扰），而从量子叠加态演化成经典的混合态，即所谓失去相干，特别是在大规模计算中能否始终保持量子态间的相干是量子计算机走向实用化前所必需克服的难题。
5发展我国半导体材料的几点建议
鉴于我国目前的工业基础，国力和半导体材料的发展水平，提出以下发展建议供参考。
5.1硅单晶和外延材料硅材料作为微电子技术的主导地位
至少到本世纪中叶都不会改变，至今国内各大集成电路制造厂家所需的硅片基本上是依赖进口。目前国内虽已可拉制8英寸的硅单晶和小批量生产6英寸的硅外延片，然而都未形成稳定的批量生产能力，更谈不上规模生产。建议国家集中人力和财力，首先开展8英寸硅单晶实用化和6英寸硅外延片研究开发，在“十五”的后期，争取做到8英寸集成电路生产线用硅单晶材料的国产化，并有6～8英寸硅片的批量供片能力。到2010年左右，我国应有8～12英寸硅单晶、片材和8英寸硅外延片的规模生产能力；更大直径的硅单晶、片材和外延片也应及时布点研制。另外，硅多晶材料生产基地及其相配套的高纯石英、气体和化学试剂等也必需同时给以重视，只有这样，才能逐步改观我国微电子技术的落后局面，进入世界发达国家之林。
5.2GaAs及其有关化合物半导体单晶材料发展建议
GaAs、InP等单晶材料同国外的差距主要表现在拉晶和晶片加工设备落后，没有形成生产能力。相信在国家各部委的统一组织、领导下，并争取企业介入，建立我国自己的研究、开发和生产联合体，取各家之长，分工协作，到2010年赶上世界先进水平是可能的。要达到上述目的，到“十五”末应形成以4英寸单晶为主2－3吨／年的SI－GaAs和3－5吨／年掺杂GaAs、InP单晶和开盒就用晶片的生产能力，以满足我国不断发展的微电子和光电子工业的需术。到2010年，应当实现4英寸GaAs生产线的国产化，并具有满足6英寸线的供片能力。
5.3发展超晶格、量子阱和一维、零维半导体微结构材料的建议
（1）超晶格、量子阱材料从目前我国国力和我们已有的基础出发，应以三基色（超高亮度红、绿和蓝光）材料和光通信材料为主攻方向，并兼顾新一代微电子器件和电路的需求，加强MBE和MOCVD两个基地的建设，引进必要的适合批量生产的工业型MBE和MOCVD设备并着重致力于GaAlAs／GaAs，InGaAlP／InGaP，GaN基蓝绿光材料，InGaAs／InP和InGaAsP／InP等材料体系的实用化研究是当务之急，争取在“十五”末，能满足国内2、3和4英寸GaAs生产线所需要的异质结材料。到2010年，每年能具备至少100万平方英寸MBE和MOCVD微电子和光电子微结构材料的生产能力。达到本世纪初的国际水平。
宽带隙高温半导体材料如SiC，GaN基微电子材料和单晶金刚石薄膜以及ZnO等材料也应择优布点，分别做好研究与开发工作。
（2）一维和零维半导体材料的发展设想。基于低维半导体微结构材料的固态纳米量子器件，目前虽然仍处在预研阶段，但极其重要，极有可能触发微电子、光电子技术新的革命。低维量子器件的制造依赖于低维结构材料生长和纳米加工技术的进步，而纳米结构材料的质量又很大程度上取决于生长和制备技术的水平。因而，集中人力、物力建设我国自己的纳米科学与技术研究发展中心就成为了成败的关键。具体目标是，“十五”末，在半导体量子线、量子点材料制备，量子器件研制和系统集成等若干个重要研究方向接近当时的国际先进水平；2010年在有实用化前景的量子点激光器，量子共振隧穿器件和单电子器件及其集成等研发方面，达到国际先进水平，并在国际该领域占有一席之地。可以预料，它的实施必将极大地增强我国的经济和国防实力。
1 实验设计思路
将本课题组已发表的SCI论文“一锅法合成氮杂螺芴氧杂蒽有机半导体材料”[5]改为本科实验，主要根据以下原则：
1.1 新颖性原则
螺芴类分子砌块具有共轭打断效应、刚性十字交叉构象和空间位阻效应，被广泛用于有机电致发光二极管、场效应晶体管以及太阳能染料敏化电池等领域[6]，成为一类重要的有机半导体材料。氮杂芴螺环芳烃由芴基螺环芳烃发展而来在继承螺芴的各类优势的基础上增加了氮杂芴基团的功能特性包括电子受体、金属配位、质子化以及超分子弱作用等。因此，具有广阔的发展前景[7-9]。
1.2 可行性原?t
所选的科研成果的反应类型是最经典的傅克反应，与学生所学的有机化学课本紧密联系。通过实验预习、讲解、操作以及总结，进一步巩固与加深对傅克反应的理解和运用。另外，该反应原料易得，合成步骤简单易行，无毒安全性高，可以在本科实验室开展。
1.3 综合性原则
氮杂螺芴氧杂蒽的合成操作涉及反应装置的搭建、TLC点样、柱层析等各类操作。在整个操作过程中，重点学习TLC点样和柱层析。产品表征利用核磁共振。
1.4 环保性原则
目前氮杂螺芴氧杂蒽大部分合成方法具有如下缺点：（1）底物范围拓展的限制和前体合成的困难；（2）合成步骤的冗长。我们课题组发展了一锅法合成氮杂螺芴氧杂蒽有机半导体材料。反应过程中依次构建了C-C， C-O和 C-C三支化学键，并高效合成了氮杂芴螺环芳烃，符合绿色化学的理念。
2 实验内容
实验名称：一锅法合成氮杂螺芴氧杂蒽有机半导体材料
实验仪器：磁力搅拌器，圆底烧瓶，回流冷凝管、电子天平、分液漏斗、锥形瓶、层析柱、核磁共振波谱仪。
药品：氮杂芴酮，对甲基苯酚，三氟甲磺酸，1，2-二氯苯，碳酸钾，二氯甲烷，无水硫酸镁，乙酸乙酯。
2.1 实验原理
该反应是典型的傅里德-克拉夫茨反应，简称傅-克反应，英文Friedel?CCrafts reaction，是一类芳香族亲电取代反应，1877年由法国化学家查尔斯?傅里德和美国化学家詹姆斯?克拉夫茨共同发现。本实验在酸性条件下反应，首先通过氮杂芴酮与苯酚的傅克反应生成中间体I，紧接着脱水形成三正电型超亲电体II，由于电荷间的排斥作用，导致氮杂芴9 号位的正电荷会通过共振方式迁移至酚羟基上，活化酚羟基的反应活性。随后另一苯酚分子以亲核进攻的方式与中间体III 发生反应，形成醚键。紧接着分子内的质子转移与脱水过程在苯环上再次生成碳正离子V。最后碳正离子重新迁移到氮杂芴的9 号位发生分子内的傅克合环反应，得到最终的目标产物氮杂螺芴氧杂蒽。
2.2 实验步骤
2.2.1 氮杂螺芴氧杂蒽的合成
先向圆底烧瓶中加入0.18克的氮杂芴酮，再分别加入2ml 1，2-二氯苯与0.8ml三氟甲磺酸。在室温下搅拌大约半小时后，向其中加入0.54克的对甲基苯酚。随后升高温度至 85度。通过TLC 板监控反应至氮杂芴酮反应完全。将反应降温至室温，用碳酸钾溶液淬灭此反应，之后用二氯甲烷萃取，收集有机相并用无水硫酸镁干燥，抽滤。最后柱层析分离提纯得到氮杂螺芴氧杂蒽。
2.2.2 螺环氧杂蒽的结构表征
使用核磁共振（NMR）对所得到的产物进行结构表征。通过与标准的氮杂螺芴氧杂蒽的氢谱和碳谱进行对比确认结构
2.2.3 实验报告
实验报告要全面总结实验，特别强调实验结果的分析，并对实验结果提出自己的观点。
3 教学效果
3.1 理论联系实际，深化理论知识
体现有机化学基础知识的综合性，在所设计的实验中涉及《有机化学》中典型的傅克反应。通过TLC板监测反应进度，有助于理解反应现象以及反应过程。通过核磁共振表征产物，可以了解核磁测试过程以及核磁共振表征原理。通过对氢谱的解析，理解化学位移、耦合常数以及自旋裂分等理论知识。
3.2 科研和教学结合，强化创新思维
将科研和教学相结合，促进了教学方法的改革和教学方式的创新，也培养了适应社会发展需要的高素质人才。实践证明，从事科学研究的教师能更准确地把握教学内容，更好地把科?W研究的方法贯穿到教学实践之中，是培养学生的创新思维和创新能力的重要途径。同时高水平、高层次的科研项目和平台也为本科生的培养创造了优越的条件。
3.3 实验与生活相结合，激发学习兴致
将制备的氮杂螺芴氧杂蒽作为电致发光材料，应用于有机电致发光二极管、存储器以及太阳能电池中。在整个实验过程中，详细说明每个操作与所学专业的内在联系，
让学生深刻体会到所学专业知识的重要性和必要性，激发学生的学习兴趣以及求知欲望和积极探索精神。在实验操作过程中，锻炼了学生的动手能力以及实践操作能力。通过科学实验报告的撰写，锻炼并加强了学生的写作能力。
4 结语
摘要：设计了两种不同散热方式的半导体制冷器，实验表明制冷性能良好，为太阳能驱动半导体制冷装置的优化设计提供依据、奠定基础。半导体制冷模块热端采用汽车发动机散热系统标准部件、采取水冷却，能在有限的空间内将高热流密度热量散发出去，有利于提高制冷性能。半导体制冷模块在等功率状态下工作，制冷量为半导体器件最大制冷量的55%；若倾向于获得较大制冷系数，制冷量按最大制冷量的40%进行设计，制冷系数ε达1·65。
关键词：汽车；半导体；制冷
1.引言
由于半导体制冷空调器具有抗振、耐压、无制冷剂泄漏和使用直流电等一系列优点，在多种特殊场合已获得成功应用。这些场合主要要求设备结构简单、高可靠性、无污染、无噪音、长寿命、可精确调节，能源的利用率并不是主要参考因素。半导体制冷用于普通民用空调，存在一系列重要技术问题有待研究，其中制冷效率和能源动力是一个非常值得关注的问题。半导体制冷与太阳能配合，有很好的时间匹配性，而且清洁环保、可再生，太阳能作为制冷能源有很大的优势，本文所要研究的是以太阳能为能源动力的半导体制冷器热端散热问题。传统半导体制冷器有最大制冷系数状态和最大制冷量两种状态。一般这两种状态并不统一，除非特殊应用领域的倾向性设计，一般民用领域应兼顾两者，既应有较好的经济效益又应有较大的制冷量。
2.半导体制冷的基本原理及其过程
半导体制冷器的基本元件是热电偶，热电偶由导体材料制成。一种为电子型（N型）半导体材料，一种为空穴型（P型）半导体材料。两种材料交替排列并用金属片相连，P型半导体靠空穴移动导电，N型半导体靠电子移动导电。当直流电源接通后，电子和空穴在外电场的作用下发生移动。由于空穴和电子在半导体中的势能比它们在金属中的势能大，当它们流过节点的时候会引起能量传递。当载流子从较高势能变为较低势能时，向外界放出热量。相反则吸收外界热量 。于是在两个接头处就会产生温差。若干个这样的热电偶对在电路上串联起来，在传热方面并联就构成一个常见的热电制冷组件（或称热电堆）。借助于热交换器等各种传热元件使热电制冷组件的热端不断散热，并保持一定的温度，把冷端放到工作环境中去吸热，从而达到了制冷的目的。
3、半导体制冷的优点和不足
半导体制冷是靠电子和空穴在运动中直接传递热量来实现的。与压缩机制冷系统相比，没有旋转部件，没有回转效应，没有滑动部件，无需制冷剂，可靠性高，无噪声，无污染，寿命长，安装容易。
半导体制冷器具有两种功能，不仅能制冷，也能加热，制冷效率一般不高，但致热效率很高，永远大于1。因此使用一个器件就可以代替分立的加热系统和制冷系统。半导体制冷器冷却速度和冷却温度可以通过改变工作电流和工作电压的大小任意调节，启动快，控制灵活，可实现高精度的温度控制。再加上温度检测和控制手段，很容易实现遥控、程控、计算机控制，便于组成自动控制系统。半导体制冷器热惯性非常小，制冷制热时间很快，在热端散热良好冷端空载的情况下，通电不到一分钟，制冷器就能达到最大温差。如今技术的发展使半导体制冷的优势显现出来。半导体式冷藏车在数十年前还只是一个梦想，现在已完全进入到了实用阶 段 。半导体制冷突出的优势，还在于可实现微小型制冷，功率可做到1 w 以下，且极轻极小（
4、汽车中半导体制冷的应用
4.1 半导体制冷在汽车空调中的应用
电动汽车因其绿色环保、节约能源日益受到各国学术界的关注。纯电动汽车的电能非常宝贵，如果仍然采用燃油车压缩式的空调，能耗高，对车载电源系统提出了新的挑战。采用半导体制冷技术设计冷风系统，既满足了人在车内的舒适性，同时又节能、环保。半导体制冷空调器与压缩式制冷空调器相比，具有以下优点：（1）结构简单，没有机械传动机构，工作时无噪声、无磨损、无震动、寿命长、维修方便，可靠性高；（2）不使用制冷剂，故无泄漏、无污染；（3）直流供电，电流方向转换方便，可冷热两用；（4）重量、尺寸较小，便于安装；（5）热惯性小，负荷可调性强，调节和控制方便；（6）工作状态不受重力场的影响。
在最近研究表明，与太阳能动力结合的半导体制冷空调积极推动新能源汽车的发 展 。如果改变半导体制冷装置的电流方向，可以作为取暖装置，能够用做汽车室内的暖空调，或者用于去除前挡风玻璃的霜冻，提高驾驶员的视觉效果。
4.2 在车载冰箱中的应用
半导体冰箱起源于俄罗斯在航天飞行上对飞行器的冷热需求而做的发明，制冷制热均可。在普遍情况下半导体冰箱制冷其最多能够达到零下5℃，但是其制热温度却能够达到65℃。这个冷热均制的优势使得半导体冰箱能够为长途开车的人带来极大的便利。用于出门旅游及野餐，可以充分发挥其轻便的优点。
4.3 汽车电子设备的散热
现代汽车随着电子技术及各类型车用电子装置的组装技术发展，成为了具有高度整合性的电子系统。目前汽车电子设备中所使用的功率元件，在经过一段长时间进行通电，导致设备内部或机壳的温度有可能会超过100℃，大大地增加车用电子设备的故障概率。因此采用半导体冷却系统可以使它们维持低温或恒温的工作条件。例如：对车内大规模集成电路、光敏器件、功率器件、高频晶体管等电子元器件的冷却或恒温。在现在汽车高精尖科技领域内，常对各种电子元器件的温度性能要求很高，半导体制冷其温控精度高的特点正可以满足其要求。（作者单位：江苏省精创电气股份有限公司）
参考文献
[1]徐胜德.半导体制冷与应用技术[M].上海：上海交通大学出版社.1992
关键词：有机废水处理 电化学 羟基自由基 电Fenton试剂 电解氧化 半导体光电催化
近年来，浓度高且结构稳定的有机废水不断出现，如何有效地去除这些难降解的有机废水已经成为水处理的热点问题。羟基自由基（·OH）因其有极高的氧化电位（2.8V），其氧化能力极强，与大多数有机污染物都可以发生快速的链式反应，无选择性地把有害物质氧化成CO2、H2O或矿物盐，无二次污染[1]。目前国内外有不少研究者进行利用·OH处理有机废水的研究。产生·OH的途径较多，主要有Fenton法[2]、氧化絮凝法[3]、臭氧法[4]、超声降解法[5]和光催化法[6]。近年来应用电化学法产生·OH处理有机废水获得了较大的进展，在降解和脱色上卓有成效。下面就对电生·OH的途径及其在有机废水处理中应用的最新进展进行评述。
1.电Fenton法
工艺上将Fe2+和H2O2的组合称为Fenton试剂。它能有效地氧化降解废水中的有机污染物，其实质是H2O2在Fe2+的催化下产生具有高反应活性的·OH。目前，Fenton法主要是通过光辐射、催化剂、电化学作用产生·OH。利用光催化或光辐射法产生·OH，存在H2O2及太阳能利用效率低等问题。而电Fenton法是H2O2和Fe2+均通过电化学法持续地产生[7]，它比一般化学Fenton试剂具有H2O2利用率高、费用低及反应速度快等优点。因此，通过电Fenton法产生·OH将成为主要途径之一。
应用电Fenton法产生·OH处理有机废水多数是以平板铁为阳极，多孔碳电极为阴极，在阴极通以氧气或空气。通电时，在阴阳两极上进行相同电化当量的电化学反应，在相同的时间内分别生成相同物质的量的Fe2+和H2O2，从而使得随后生成Fenton试剂的化学反应得以实现[8]。
溶液的pH值对氧阴极还原获得H2O2的反应有很大的影响[9]。研究表明，溶液的pH值不仅对阴极反应电位和槽电压有影响，还将决定着生成H2O2的电流效率，进而影响随后生成·OH的效率及与有机污染物的降解脱色反应。
然而，电解氧化法工业化应用仍存在着一些问题，如电流效率仍然偏低、能耗大、电催化降解反应器的效率较低、电化学催化降解有机污染物的机理还需要进一步探讨等[21]。加强对上述问题的研究，是该法今后发展的方向。
3. 半导体电催化法
由于某些半导体材料有良好的光化学特性和活泼的电化学行为，近年来，利用半导体材料制成电极在有机废水中的研究应用已引起众多研究者的重视[22]。
半导体催化材料在电场中有“空穴”效应[23]，即半导体处于一定强度的电场时，其价带电子会越过禁带进入导带，同时在价带上形成电激空穴，空穴有很强的俘获电子的能力，可以夺取半导体颗粒表面的有机物或溶剂中的电子发生氧化还原反应。在水溶液发生的电催化氧化反应中，水分子在半导体表面失去电子生成强氧化性的·OH，同时半导体催化剂和电极产生的H2O2等活性氧化物质也起协同作用，因此，在电催化反应体系中存在多种产生强氧化因子的途径，能有效地提高了催化降解的效率。在半导体电催化反应中，电压和电流强度都要达到一定的值。一般来说，随着外加电压的升高，体系产生·OH的速率增大，有机物的去除效率提高[24]。但也有研究发现，当外加电压达到一定值时，进一步升高电压会抑制自由基的生成，降低了催化效率[25]。
半导体电催化法在有机废水处理中的研究，主要以在掺杂半导体电极和纳米半导体材料电极作为阳极产生·OH处理有机废水。董海等[26]采用掺锑的SnO2粉制成的半导体电极，研究了含酚废水的电催化降解反应，对酚的降解率达90%。
4. 半导体光电催化法
在紫外光等照射下，并外加电场的作用下TiO2半导体内也会存在“空穴”效应，这种光电组合产生·OH的方法又称光电催化法。TiO2光电组合效应不但可以把导带电子的还原过程同价带空穴的氧化过程从空间位置上分开(与半导体微粒相比较)，明显地减少了简单复合，结果大大增加了半导体表面·OH的生成效率且防止了氧化中间产物在阴极上的再还原，而且导带电子能被引到阴极还原水中的H+，因此不需要向系统内鼓入作为电子俘获剂的O2[27]。
由于上述优势，光电催化技术在有机废水的研究工作得到了迅速发展，戴清等[28]利用TiO2薄膜电极作为工作电极，建立了电助光催化体系，以含氯苯酚(例如4-氯苯酚和2，4，6-三氯苯酚)废水作为降解对象，进行光电催化研究。 Cheng 等[29]用三维电极光电催化降解处理亚甲基兰废水，研究表明，其脱色率和COD的去除率分别为95%和87%。Waldne等[30]用TiO2半导体光电催化法进行降解4-氯苯酚的研究，取得较好处理效果。
目前，光电化学反应的研究工作还大多局限于实验室阶段，应用纳米TiO2半导体电极光电催化法处理大规模工业有机废水的报道还不多，主要是由于TiO2半导体重复利用率不高和光电催化反应器光电催化效率降低。因此，把TiO2经过改性、修饰制备成高效且能重复使用的电极，如在TiO2材料表面上进行贵金属沉积、掺杂金属离子、复合半导体、表面光敏化剂等[31]，已成为以TiO2为半导体电极进行光电催化降解有机污染物研究的热点。此外，这项技术的实用化必然涉及到反应器的结构和类型的确定，开发高效重复使用且费用较低的工业化光催化反应器，也将是纳米TiO2工业化应用的关键。
5.展望
尽管国内外电化学法处理有机废水技术已有了很大的发展，其中不少已达到工业化应用的水平，但电化学作为一门能在净化环境中有所作为的学科，还在不断发展中。电生·OH在有机废水处理中有其独特的特点，其应用的前景是很乐观的。但仍存在一些问题需要解决：
（1）目前，电Fenton法的研究还不是很成熟，电流效率低，设计合理电解池的结构和寻找新型的电极材料将是今后研究的方向。
（2）通过电解氧化法产生·OH处理有机废水处理，其降解效率受阳极材料和结构、电流密度、电解质及其传质能力等多种因素的影响。目前电解槽的传质问题影响电流效率的提高，如果要应用到实际生产中，还需提高产生·OH的电流效率，降低成本。因此，加强电解催化的机理的研究，研制开发各种高效电解催化反应器和高电化学活性及性能稳定的电极材料等，是今后急需解决的问题。
（3）用纳米半导体光电催化氧化法是目前研究的热点，如何获得并提高半导体材料光电催化活性，开发高效、稳定能重复使用、价格低廉的半导体电极材料和工业光电催化反应器是今后在该领域研究的热点，也是使纳米TiO2应用于工业化的关键。
[6] 许宜铭，陈文星，朱志杰. 苯酚及氯代苯酚化合物TiO2催化光致降解[J]. 环境科学，1990，9(6):13-18.
[9] 陈震，陈晓，郑曦，等. 溶液pH值及电流浓度对电化学生成羟基自由基的降解机制的影响[J].环境科学研究，2002，15(3):42-53.
[10] Hsiao Y ，Nobe K . Oxidative reactions of phenol and chlorobenzene with in situ electrogenerated fenton’s reagent[J]. Chem. Eng. Commom.，1993，126(1):97-110.
[11] 郑曦，陈日耀，兰瑞芳，等. 电生成Fenton试剂及其对染料降解脱色的研究[J].电化学，2003，9(1):98-103.
[12] 张乃东，彭永臻，李宁. 阳极氧化与 Fenton 法结合的可行性[J]. 中国环境科学，2004，24(1):68-71.
[13] Brillas E ，Calpe J C ，Casado J .Mineralization of 2，4-D by advanced electrochemical oxidation processes[J].Water Res，2000，34(8): 2256-2262.
[16] 宋卫峰，吴斌，马前，等. 电解法降解有机污染物机理及动力学的研究[J].化工环保，2001，21(3):131-136.
[17] 何春，安太成，熊亚，等. 三维电极电化学反应器对有机废水的降解研究[J].电化学，2002，8(3):327-332.
[18] 熊蓉春，贾成功，魏刚. 二维和三维电极法催化降解染料废水[J].北京化工大学学报，2002，29(5):34-37.
[19] 崔艳萍，杨昌柱. 复极性三维电极处理含酚废水的研究[J].能源环境保护，2004，18(1):23-26.
[21] 陈卫国，朱锡海.电催化产生H2O2和· OH机理及在有机物降解中的应用[J].水处理技术，1997，23(6):354-357.
[22] Dohrmann J K ，Chuan M ，Schaaf N S . Photocalorimetry at semiconductor electrodes:theory，technique and applications[J].Solar Energy Materials and Solar Cells，1996，43(3):273-296.
[23] 申哲民，王文华，贾金平，等. 电催化氧化中的三种催化材料处理酸性红B染料的比较研究[J].环境污染治理技术与设备，2001，2(1):55-58.
[24] 陈卫国，朱锡海. 电催化产生H2O2和·OH及去除废水中有机污染物的应用[J].中国环境科学，1998，18(2):148-150.
[25] Candal. Titanium-supported titania phtoelect-trodes made by sol-gel processes[J].J.Environ. Engin.，1990，10:906-912.
[26] 董海，郑志坚，郑成法，等. SnO2电极电催化降解废水中酚[J].复旦学报，1998，37(3):287-290.
[27] 郝晓刚，李一兵，樊彩梅，等. TiO2光电催化水处理技术研究进展[J].化学通报，2003，5:306-311.
关键词： 电子科学与技术 培养目标 课程体系建设
1.引言
常州工学院立足于常州，服务于长三角地区，该地区是国内电子行业和产业的发达地区之一，对电子类人才的需求量非常大。随着该地区经济发展和产业结构升级，社会对人才的需求逐步呈现出多样化和高层次化的要求。面对新形势的发展需要，培养适应社会经济发展和行业技术升级要求的应用型本科人才成为当务之急。电子科学与技术专业的人才培养需要符合口径宽、适应性强、基础扎实、发展潜力大等要求，因此课程体系的建设十分重要。
2.人才培养目标
培养方案和培养目标的制定要充分考虑相关高校、社会的需求，以及学校与专业的具体情况等各方面因素，并以行业技术进步、企事业单位需求和毕业生的反馈为参考依据。
通过对电子科学与技术专业的调研，以社会需求为导向，确定理论基础实、口径宽、实践能力强、知识结构合理的全面培养模式和培养目标，以综合素质培养和工程技术应用能力培养为主线，统筹编排课程体系，充分考虑和遵循学生的认知规律，以学生为主体，制定一套切实可行的、适合应用型本科人才的电子科学与技术专业培养方案和人才培养目标，以适应市场对电子工程技术人才的需求，提高学生的实践和创新能力，从而增强学生的就业竞争力。
电子科学与技术专业的人才培养目标为：适应信息产业化的发展需要，培养具有良好思想道德素质和科学文化素质的应用型本科人才，使学生具有扎实的基础知识和专业知识，具备设计、制造与生产实践能力，具有不断学习进步与更新知识的能力，能够及时跟踪并掌握新理论和新技术，在电子电路与系统、电子材料与元器件、半导体工艺等领域从事分析、设计、制造与测试等工作。为了实现以上人才培养目标，在培养计划的制订尤其是课程体系建设方面提出了更高要求。
3.课程体系建设
为了实现培养计划和人才培养目标，电子科学与技术专业的课程体系建设主要包括以下内容。
（1）课程体系模块化、层次化的应用能力培养体系。
课程体系以应用能力培养为核心，分为学校级、学院级和系部级三个层次。学校级通识课程模块层次教授电子科学与技术专业的基础知识，主要包括基本数学能力、英语能力、物理能力、计算机能力及思想道德法律等基本知识。构建以电气学院专业基础课程模块层次为电类一级学科为基础的知识结构培养体系，学院基础的培养为知识面的拓宽打下良好基础。系部级的电子科学与技术专业课程培养为毕业生的就业和继续深造提供专业技术知识。分级课程建设体系造就了毕业生基础知识扎实、理论知识雄厚、专业技术知识丰富、动手能力强等特点。
（2）理论与实际应用相结合的专业课程建设。
专业课程体系分为理论基础课程和实际应用课程两个层面，除了必备的工程数学与物理知识外，在专业知识方面，逐步建立电子材料、制造工艺、电子器件、基本单元电路、宏单元、子系统及系统的课程体系，打通自顶向下和自底向上的知识培养通路。以半导体物理和器件物理核心的课程体系构成了微电子学与固体电子学的理论基础，为制造工艺和电路设计提供知识的基本结构。以信号与系统、电路设计与测试的核心课程体系作为电路的理论基础，为电路方面能力的培养形成电子系统的知识基本结构。知识结构的分层次化、理论与实际相结合的培养体系覆盖了整个电子科学与技术专业的知识能力点，全方位培养毕业生的理论基础与工程实践能力，重点培养从系统角度审视具体电子技术的能力。
（3）以微电子技术为主干的专业课程体系。
电子科学与技术专业的知识以微电子技术为核心，可以划分为两大体系：第一是半导体材料、器件和制造工艺；第二是集成电路设计与测试。在半导体材料、器件和制造工艺上，除了传统与新型集成电路方面的应用，还与相关新型电光源、光伏材料与器件、光电材料与器件在知识结构上具有互通性。均以半导体材料为核心，引申到其他半导体材料与器件，在理论与实际应用和制造工艺上具有相似性。集成电路设计与测试涵盖了微电子和光电子技术的电路与测试方面的内容，在电路方面，新型电光源的器件、核心芯片、驱动电路等，光伏器件与电路、光电子电路与信号检测，与标准集成电路设计与应用具有共同性。在测试方面，涵盖了电学测试与可靠性测试，完整地建立了功能测试与性能测试的基本概念。电子科学与技术专业的另一个特色是在设计与应用电子系统时，具备其他专业所不具备的电路工艺与器件的底层知识，从而在电子系统的设计与分析中具备更强的理解能力。
（4）全方位的课程实践能力培养体系。
电子科学与技术专业的课程体系以理论与实践相结合为设置理念，在课内实验、课内实践、独立授课实验、课程设计、科研实践、实习及毕业设计等方面全方位构建实验实践体系，重点培养毕业生的动手能力和实践能力。除了电气学院的实验中心和实验室外，电子科学与技术专业有两个专业实验室：集成电路设计实验室和集成电路测试实验室。为教学、科研提供全方位的服务。集成电路设计实验室主要提供学生在系统设计、电路设计、器件与工艺实验等方面的专用软件。集成电路测试实验室主要提供电路测试、半导体材料、半导体器件、半导体工艺等各方面的实验。在电子技术的材料、器件、电路设计、制造、测试等流程方面提供全方位服务。在实验室开放上，实验室开放给所有教师与学生使用，鼓励学生进入实验室参与教师的科研与参与毕业设计。
（5）教学与科研结合，校企结合的工程技术能力培养体系。
电子科学与技术专业的教师承担了多项纵向与横向项目，系部鼓励教师与学生一起参与科研项目，为学生实验实践能力的培养提供良好的实验实践平台和科研平台，从而从项目角度提供给学生实训机会。在校企产学研联盟方面，电子科学与技术专业紧密联系常州和周边地区的企业，如银河电子、天合光能、常州普美、常州欧智等多家企业，形成校企联盟。参考卓越计划的实施，电子科学与技术专业经常邀请外校和企业专家对学生开展前沿性科学讲座与培训，为毕业生的能力培养和就业提供指导。
4.实践的效果
通过培养方案与人才培养目标的制定，重点进行电子科学与技术专业的课程体系建设，并通过多年教学与科研实践，进行以下方面的实践，取得了良好效果。
（1）完善电子科学与技术专业的课程体系，建立材料、器件、工艺、电路、测试和系统的能力点分布。
（2）从社会需求角度和人才知识结构出发，逐步对课程体系进行调整，增强课程体系之间的内在联系，减少或删除部分实用性不强的课程，增设社会急需的专业课程。
（3）强调应用能力培养，强化理论知识教学，增加实践教学环节，增强学生的实践应用能力，培养学生综合应用电子科学与技术专业知识的能力。
（4）探索开设提高学生动手能力和操作能力的集中性实践环节和创新环节，探讨校企结合培养人才的新模式。
根据对本校历届电子科学与技术专业本科毕业生的跟踪调查，九成以上的毕业生去向为长三角地区，平均每年有20%的毕业生进入国内知名高校读研继续深造，其余进入各企事业单位。通过对接收毕业生的各高校、企事业单位，以及毕业生进行的调查和反馈，本校电子科学与技术专业的课程体系建设能够培养学生扎实的理论知识和熟练的实践能力，有利于学生做好职业生涯规划，能够促进毕业生快速进入新领域和岗位，用人单位满意度高。
5.结语
通过几年对电子科学与技术专业课程体系的建设与实践，基础课、专业基础课和专业课的设置逐步得到了发展和优化，梳理清楚了本专业各方面能力的培养，知识点和能力点的分布更系统化和体系化，并通过实践进行了验证和完善，为毕业生的就业和进一步深造打下了坚实的基础。
参考文献：
[1]王伟，杨恒新，蔡祥宝，等.电子科学与技术专业“学、研”结合型人才培养方案的研究与实践.中国科技信息，2013（9）：218-220.
[2]杨东晓，章献民，韩雁，等.电子工程类卓越人才培养的实践.中国电子教育学会分会2010年论文集，P20-28.
[3]沈为民，孙翎，杨凯，楼俊.“电子科学与技术”多样性人才培养.电气电子教学学报，2009.9：66-72.
[4]张培昆.电子科学与技术专业课程设置的探索.信息与电脑，2013，03：200-201.
[5]阮凯斌，刘银春，张洪.电子科学与技术专业课程体系建设的研究与实施.时代教育，2012（11）：28-29.
[6]殷景华，曹江，宋明歆，等.电子科学与技术专业课程体系优化的研究.信息技术，2007（6）：17-19.
[7]邸志刚，贾春荣.电子科学与技术专业培养体系改革及构建.中国电力教育，2013（7）：59-60.
关键词：
制冷半导体；泡沫金属；交叉风道；制冷系统
中图分类号：
TB
文献标识码：A
文章编号：16723198（2013）21019702
0引言
随着电子集成技术的快速发展，电子器件也朝着小型化、轻量化、智能化方向迈进。然而，集成电子器件的小型化在增加功率密度的同时其散热量也越来越大，传统的冷却技术已很难满足其冷却要求，所以研究高热流密度的电子元件散热尤为重要。本文提出一种风冷散热方法，即在半导体制冷技术的基础上，结合泡沫金属散热器，设计制冷系统并通过实验模型对其制冷效果进行测试。
1理论基础与实验装置
半导体制冷片是一个热传递工具。当一块N型半导体材料和一块P型半导体材料联结成的热电偶对中有电流通过时，两端之间就会产生热量转移，从而产生温差形成冷热端。但是半导体自身存在电阻，当电流经过时会产生热量，影响热传递。两个极板之间的热量也会通过空气和半导体材料自身进行逆向热传递。当冷热端达到一定温差，两种热传递的量相等时，正逆向热传递相互抵消，此时冷热端的温度就不会继续发生变化。因此为了达到更低的温度，可采取散热等方式降低热端温度。
泡沫金属是孔隙度达到90%以上，具有一定强度和刚度的多孔金属材料。这类金属材料透气性高，孔隙表面积大，材料容重小。当气流穿过时拥有较大接触面积，利于换热。
制冷由半导体制冷片实现，考虑到半导体制冷片冷面与散热对象不能直接接触，且冷面的冷量向空气的自然对流传热效果不显著，故将其贴于泡沫金属表面，增加换热面积，达到强化冷量交换效果。制冷半导体和泡沫金属之间由硅脂粘结，减小接触热阻。部分气流带走冷量，形成冷风并对目标散热，热面也同样由气流带走热量排入环境。
实验用交叉连接双风道，其中一个用于导出冷风，一个用于导出热风。在冷热风道入口各对接风机以提供气流，并在加工风道时留下必要的测量空、安装孔等。
制冷半导体通电时产生温差，经过冷面的空气流被冷却成为冷风，经过热面的空气流对其降温并由热风道排出。热面温度越低，冷面温度则越低，冷却效果越好。冷风道出口处布有4个对称温度测点（实验中记为T5，T6，T7，T8，单位℃），4个风温计对称布置测出口风温，而进口风温由环境温度确定。安置风速仪进行出口处风速测量。另外与半导体冷面接触的泡沫金属表面布置中心对称的4个测点，将4个热电偶点焊在铜板上，用于测量泡沫金属底面所焊铜板温度，通过吉士利数据采集系统进行采集，采集100次，并分别取平均（实验中记为T1，T2，T3，T4，单位℃），用于计算制冷的相对换热系数。
此模型的冷风道温度场数值模拟结果：环境温度为298K（25℃），其中在400mm*100mm*40mm的模拟冷风道内，半导体制冷片工作在12V，6A的额定条件下，泡沫金属材料为铜，尺寸为100mm*100mm*40mm，且为5个ppi。从结果中可以肯定制冷的理论效果。
2实验过程
2.1实验器材
有机玻璃交叉风道1个，全铜芯80W调速离心风机2个，制冷半导体（额定工作条件12V，6A）50mm*50mm个，电子风速仪2个，电子风温计4支，玻璃温度计1支，铜质泡沫金属若干，PC机，铜康铜热电偶，冰瓶，吉士利2700数据采集系统，数据采集卡，线性稳压电源等。
2.3实验步骤
按设计搭建试验台，读取室温Ts（℃），为26.5℃。
风机由220V电源带动，制冷半导体由线性稳压电源供电，风速仪分别位于冷、热风道出风口处，测得风速V1（m/s），V2（m/s）。
保持热风道风机风速V2不变，调节制冷半导体的工作电压U或电流I，调节冷风道风机风速V1，依次读取T1～T8；再改变V2，调节制冷半导体的工作电压或电流，调节冷风道风机风速V1，依次读取T1～T8；如上重复，其中V2分别为0.5m/s，1.0m/s，2.0m/s，3.0m/s，4.0m/s，V1分别为0.5m/s，1.0m/s，1.5m/s，2.0m/s，2.5m/s，3.0m/s，3.5m/s，4.0m/s，（U，I）分别为（1.4V，1.0A），（3.1V，2.0A），（46V，3.0A），（6.3V，4.0A），（8.2V，5.0A）..
冷风道出口平均温度Tb=（T5+T6+T7+T8）/4，半导体冷面接触的泡沫金属底面铜板平均温度Ta=（T1+T2+T3+T4）/4；由公式h*ΔTa*S=Q=Cp*（m/t）*ΔTb，计算制冷功率Q及相对换热系数h，其中等式左边为冷面换热功率，右边为由空气冷却算出的制冷功率。S–泡沫金属底面面积，ΔTa=Ts-Ta，h为以S为换热面积的实际换热系数，Cp为空气室温下比热，取1.004KJ/
从图2～图4中得出，随着冷风道风速越低，出口风温越低，冷却效果越好。制冷片功率的越高，冷风道出口风温越低，但当功率达到实验最大时冷风道出口风温又会升高，因为热面的散热条件有限，温度升高，冷面的温度也相应回升。
由于实验受仪器、环境等影响，曲线虽有一定波动，但总体结论为随热风道风速V2的上升，冷风道出口风温Tb下降，冷却效果好。
经过实验数据计算，可得到以S为换热面积的冷面实际换热系数h，制冷功率Q，制冷半导体功率W。对数据分析得知，当仅改变冷风道出口风速流量，即q增大，则出口风温上升，制冷功率Q上升；当仅改变冷半导体功率，即W增大，则出口风温下降，制冷功率Q上升；当仅改变热风道风速，即V2增大，则出口风温下降，制冷功率Q上升。以S为换热面积的冷面实际换热系数h，h随V1增大而增大，随V2增大而增大；但当制冷半导体功率W增大，h逐渐减小。
实验中制冷功率Q最高值是在V2=3m/s，U=6.3V，I=4A，V1=4m/s状态下测得，证明制冷功率需综合考虑散热条件是否满足所对应功率、气流质量流量大小、散热风速等各种因素。
4结论
本文设计了运用泡沫金属半导体制冷系统的实验原型，根据实验效果，统计分析数据，得出如下结论：
（1）相同情况下，冷风风速越低，出口风温越低；制冷半导体电功率越高，出口风温越低；热风道风速上升，冷风道出口风温下降。
（2）相同情况下，冷风道出口风速增大，出口风温上升，制冷功率Q上升；冷半导体功率W增大，出口风温下降，制冷功率上升；热风道风速增大，出口风温下降，制冷功率上升。
（3）以S为换热面积的冷面实际换热系数h随V1增大而增大，随V2增大而增大；制冷半导体功率增大，h逐渐减小。
（4）对于较低制冷功率，可选择较低的冷风风速，较高的热风风速和电功率；对于较高制冷功率，则选择较高的冷风风速及热风速，较高电功率。
参考文献
[1]杨建敏.冷散热半导体制冷系统性能分析及实验研究[D].南昌：南昌大学，2009.
[2]唐应茂.泡沫金属矩形通道中对流换热的实验和模拟[J].中国电机工程学报，2010，30（14）.
[3]刘晓丹，冯妍卉，杨雪飞，张欣欣.泡沫金属矩形通道中对流换热的实验和模拟[J].中国电机工程学报，2010，（14）.
关键词：信息材料；案例教学
一、引言
信息材料是信息技术的基石，在现代材料科学中占有非常重要的地位，其研究和应用在进入21世纪后得到了蓬勃的发展。信息材料的涵盖非常广泛，包括信息的获取、处理、存储、显示整个信息链过程中涉及的各种材料。随着信息技术、材料技术的进步，信息材料处于越来越重要的地位，国内外一流大学，如美国麻省理工大学、哈佛大学，国内清华大学、上海交通大学、北京邮电大学等纷纷将信息材料类型课程纳入教学内容。信息材料的课程教学在研究生教育课程体系中，包含多门课程，如《功能材料》、《信息材料学》、《电子材料》、《半导体材料》等，形成了内容联系紧密的系列课程，占据了材料科学与工程教学课程体系中非常重要的部分。
信息材料紧贴信息技术，其学习过程中材料的成分、结构、工艺、性能教学主线必然要和相关的信息技术和电子器件密切结合。传统的信息材料相关课程课堂教学模式，以材料的基础理论的讲授为主，教学主线多围绕材料“成分-结构-工艺-性能”传统主线，与信息技术器件应用和最新科研成果的结合不够紧密，教学环节中的“应用性”、“研究性”、“探讨性”、“创新性”不够突出。
二、信息材料案例教学国内外研究现状
国外信息材料课程主要是适应近三十年来信息技术的突飞猛进，结合各自的科研特色所开设，其教学内容和教学模式多贴近各自科研实际和科研项目。如美国麻省理工学院（MIT）开设有《Electrical， Optical， and Magnetic Properties of Materials》和《Special Problems in Electronic， Photonic and Magnetic Materials》课程，哈佛大学开设有《An Introduction to Electronic Materials for Engineers》、奥克兰大学开设有《Electronic Materials and Their Applications》课程等。
国外案例教学的历史悠久。在古希腊、罗马时代，就萌发了原始形态的案例，产生了案例教学的雏形。著名的古希腊哲学家、教育家苏格拉底开创的“问答式"教学法，就带有创设问题情境引导学生思考如何解决问题的特点，这是案例教学的萌芽。19世纪后期，哈佛法学院在法学教育之中，使用的案例教学以法院判例为教学内容，在课堂上学生充分地参与讨论，考试是以假设的判例作为考试题目。这被认为是现代案例教学的开始。哈佛商学院于1921年正式推行案例教学。自此之后，案例教学在世界范围内受到了学术界和教育界的重视和支持，开始了近代对案例教学的研究。
在国外，信息材料课程在开设之初便引入了案例教学模式。美国麻省理工大学（MIT）在开设《Electrical， Optical， and Magnetic Properties of Materials》课程时，便在授课中采用了以电、光、磁特定电子器件的应用提出问题，从材料的结构分析问题，最终以材料的性能解答问题的教学模式。这便是案例教学组织教学内容的典型代表。奥克兰大学和哈佛大学都在教学课时中设置大量研讨课程，就具体案例进行针对性研讨，从中锻炼学生的自主思维和创新思维能力。由于案例教学的效果明显，而且国外大学在科研中成果突出，可借鉴的案例众多，促使国外各大学纷纷建设信息材料教学案例体系，用于辅助课程教学，成果显著。
国内的信息材料课程多在上世纪末才开始开设。如清华大学开设《电子材料导论》研究生课程，北京邮电大学开设《电子材料》研究生课程，上海交通大学开设《功能材料学》研究生课程等。国内各高校案例教学的推广较晚。国内最早的案例教学是在工商管理MBA教育中开展的。由于案例教学独特的教学效果，使得案例教学的功效日益为我国教育界所认同，近年来逐步纳入许多高校的教改计划，在许多学科教学中渐渐频繁运用，并取得一定成效。案例教学法成为教育理论界与实践界共同的“新宠”。但是，由于我国信息材料课程开设时间较短，且各学校信息材料课程多为门数较少，相互关联较弱，在案例教学引入时，往往只有较少的1-2个案例，作为课程的辅助部分，其案例教学的涵盖面太少，不成体系，效果并不明显。
三、信息材料案例教学体系设计思路
我国信息材料课程体系、课程案例教学、可采用的案例，较之国外大学还有较大的差距。主要问题在于信息材料课程不成体系、相互间联系不够密切、案例数目过少、没有系统的案例库。因此，在进行信息材料案例教学体系设计时，明确教学案例需要同时为涉及信息材料及其相关基础知识的多门课程提供支撑，如《材料物理》、《信息材料学》、《电子材料与器件》、《功能材料》等，建成可同时为多门课程提供案例教学素材的案例库。
在案例设计时，突出面向应用面向实践特色。信息材料的突出特色有以下两点：一是和信息技术以及电子器件的发展息息相关。二是和授课高校的科研实际密切相关。因此在信息材料的课程教学内容中必须突出面向应用，案例教学所采用的素材案例必须是最新并已经应用，在工业和生活中可见的技术及器件，此外应当结合本校科研实际，借助本校已有的科研条件，设计实践案例教学环节，让学生动手制备和表征信息材料，这样才能真正激发学生的兴趣，培养学生的创新能力和实际工程能力。
四、信息材料案例教学体系设计
（一）案例教学主线
围绕信息技术“信息获取-处理-存储-传递-显示信息链”主线，以每个信息链环节中涉及的典型器件为案例，再围绕材料的成分设计、制备工艺、应用特点、发展前景构建典型案例，形成案例体系，为信息材料系列课程案例教学服务。
信息材料教学内容围绕信息技术中所涉及的各种器件及其所用材料展开，因此按照信“信息链”主线组织案例教学体系是较好的教学模式。具体案例建设实例如围绕信息获取材料，建设红外辐射探测材料与器件、量子肼探测材料与器件、热探测材料与器件教学案例；围绕信息处理材料，建设半导体二极管集成电路材料、光子/声子晶体材料教学案例；围绕信息存储，建设铁氧体磁粉硬盘存储材料、硒碲化合物光盘存储材料教学案例；围绕信息传递材料，建设铝绞线电缆通信材料、石英光纤通信材料教学案例；围绕信息显示材料，建设电场发射显示材料、等离子激发显示材料、有机电子发光显示材料、液晶受光显示材料教学案例。每个案例按照材料的“成分-结构-工艺-性能-器件-应用”展开研讨式或者实验设计和实施实践教学。
（二）案例教学体系结构
信息材料系列课程，如《材料物理》、《信息材料学》、《电子材料与器件》、《功能材料》、《半导体材料》等，既有共叉教学内容，又根据授课目的各有侧重和区分，这是信息材料系列课程的固有特点。在案例教学体系中，既要争取同一案例素材可以为多门课程所用，又要针对各门课程，进行同一案例素材的特色建设。如半导体材料作为信息材料基石，典型半导体材料器件，如单晶硅p-n结，在《信息材料学》、《电子材料与器件》、《半导体材料》三门课程中都可以作为案例分析教学，但可根据课程特色，在同一个案例中分析教学侧重不同，按照侧重点为材料导电基本原理、材料成分结构分析、材料性能特点和材料器件应用特点细化建设案例，将之建设成为可以选择不同侧重点为不同课程服务。应当具体分析，明确可为多门课程服务的共性案例和为专门课程服务的特色案例之间的关系，两者在案例教学体系中所占比重应根据根据服务课程的体系结构设定。
（三）实践案例设置及比重
教学案例组成要素可分为三个：基础知识讲解、案例解析或研讨、案例实践。三者相互联系，只有三个要素各自在教学案例中所占权重合理，案例教学才能够收到较好的效果。现有的信息材料系列课程案例教学方法多以课堂授课、课堂研讨为主，不能很好的适应面向应用，注重工程实际的特点。因此，在案例教学体系设计中需要针对性重点开展实践案例建设。结合授课院校的现有科研条件、学生创新实践基地硬件条件和外部支撑条件（校企合作教学科研平台、各类重点实验室等），选取材料制备和应用难度较小的典型材料案例，如电介质材料及电容的制备、磁性材料的的制备及性能表征等，作为实践教学案例进行建设，分析实践环节中实验设计、实验实施、实验结果分析、实验和应用的联系评价四个环节在实践案例中的权重及相互关系，让学生自主研讨、设计材料成分、制备材料和简单器件、考核材料和器件性能、分析总结心得体会。通过实践案例教学更好的培养学生的动手、创新思维和面向应用的能力。实践案例在教学案例体系中所占比例应不低于30%。
五、信息材料案例教学体系建设办法
信息材料案例教学体系建设宜采用学习借鉴-结合科研-特色建设-研讨和实践结合的具体做法。第一，借鉴国外一流大学信息材料系列课程的案例，如麻省理工学院、奥克兰大学等学校信息材料教学案例，学习其组织形式、案例分析手段、教学目的和效果评价手段；第二，在进行案例建设前明确结合科研项目及科研方向指导思想，依托现有科研基础和科研条件建设课堂教学和实践教学案例；第三，建设过程中，结合高校自身信息材料系列课程的教学需求、人才培养需求和学科特色，突出教学案例体系特色建设；第四，在案例建设中，合理分配课堂研讨案例教学和动手实践案例教学的比例，重点建设实践案例教学，使案例体系更加符合面向应用需求。
六、结束语
案例教学已经成为我国高等院校信息材料系列课程教学的重要组成部分，但目前突出的问题是不成体系，效果不好。本文针对信息材料系列课程，论述了可同时服务多门课程的教学案例体系的设计基本思路、案例体系主线设计、体系结构设计、实践环节设置和建设办法。该教学案例体系可为多门信息材料课程教学服务，有助于强化课程与实际应用的联系，提高学生的科研能力、创新能力和解决实际问题的工程能力。
[参考文献]
[1]丁育林. 案例教学与创新人才培养[D]. 东南大学硕士学位论文， 2005。
[2]许丹. 案例教学中的学生行为分析[J]. 江西财经大学学报，2008， （6）： 113-117。
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