對半導體的認識范文

導語：如何才能寫好一篇對半導體的認識，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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【關鍵詞】半導體材料；發展；現狀

半導體材料這一概念第一次被提出是在二十世紀，被維斯和他的伙伴考尼白格首次提及并使用，半導體材料從那時起便不斷的進步發展，伴隨著現代化的生活方式對一些數字產品的應用需求，社會對半導體材料推出了更高的要求，這使得半導體材料得到了飛躍性的發展【1】。本篇論文就半導體材料的概念性理解，半導體材料的歷史性發展，新一代半導體材料的舉例以及發展應用現狀等方面展開了基本論述，談論我國在半導體材料這一領域的應用與發展的實際情形。

1.對半導體材料的概念性理解

對半導體材料的理解不能脫離當今二十一世紀這個有著高需求和高速度特點的時代，這個時代同時也是崇尚環保觀念，倡導能源節約的時代，因此新的信息時代下半導體的發展要脫離以往傳統的發展模式，向新的目標邁進。

首先，我們要了解什么是半導體材料，這將為接下來的論述打下概念性的基礎。眾所周知，氣體，液體，固體等狀態都可稱之為物質的存在狀態，還有一些絕緣體，絕緣體是指導熱性或者導電性較差的物質，比如陶瓷和琥珀，通常把F，銀，金，銅等導熱性和導電性較好的一類物質成為導體，所以顧名思義，半導體既不屬于絕緣體，也不屬于導體，它是介于導體和絕緣體性質之間的一種物質【2】。半導體沒有導體和絕緣體發現的時間早，大約在二十世紀三十年代左右才被發現，這也是由于技術原因，因為鑒定物質的導熱性和導電性的技術到了一定的時期才得到發展，而且對半導體材料的鑒定需要利用到提純技術，因此，當對物質材料的提純技術得到升級到一定水平之后，半導體的存在才真正意義上在學術界和社會上被認可。

2.半導體材料的歷史發展及早期應用

對半導體材料的現代化研究離不開對這一材料領域的歷史性探究，只有知道半導體材料是怎樣，如何從什么樣的情形下發展至今的，才能對當今現代半導體材料形成完整的認識體系。對半導體材料的接觸雛形是先認識到了半導體材料的四個特性。論文接下來將會具體介紹，并對半導體材料早期應用做出詳細解釋。

2.1半導體材料發現之初的特性

半導體材料第一個被發現的特性，在一般的情況之下，金屬材料的電阻都是隨著溫度的升高而增加的，但是巴拉迪，這位英國的科學研究學者發現硫化銀這一物質的電阻隨著溫度的升高出現了降低的情況，這就是對半導體材料特性的首次探索，也是第一個特性。

半導體材料的第二個特性是由貝克萊爾，一位偉大的法國科學技術研究者發現的，他發現電解質和半導體接觸之后形成的結會在施加光照條件之下產生一個電壓，這是后來人們熟知的光生伏特效應的前身，也是半導體材料最初被發現的第二個特性。

半導體材料的第三個特性是由德國的科學研究學者布勞恩發現的，他發現一些硫化物的電導和所加電場的方向有著緊密的聯系，也就是說某些硫化物的導電是有方向性的，如果在兩端同時施加正向的電壓，就能夠互相導通，如果極性倒置就不能實現這一過程，這也就是我們現在知道的整流效應，也是半導體材料的第三個特性。

半導體材料的第四個特性是由英國的史密斯提出的，硒晶體材料在光照環境下電導會增加，這被稱作光電導效應，也是半導體材料在早期被發現的第四個特性【3】。

2.2半導體材料在早期的應用情況

半導體材料在早期被應用在一些檢測性質的設備上，比如由于半導體材料的整流效應，半導體材料被應用在檢波器領域。除此之外，大家熟知的光伏電池也應用了早期的半導體材料，還有一些紅外探測儀器，總之，早期被發現的半導體材料的四個重要的特性都被應用在了社會中的各個領域，半導體材料得到初步的發展。

直到晶體管的發明，使得半導體材料在應用領域被提升到一個新的高度，不再僅僅是應用在簡單的檢測性質的設備中或者是電池上，晶體管的發明引起了電子工業革命，在當今來看，晶體管的發明并不僅僅只是帶來了這一電子革命，最大的貢獻在于它改變著我們的生活方式，細數我們現在使用的各種電器產品，都是有晶體管參與的。因此晶體管的發明在半導體材料的早期應用發展上有著舉足輕重的位置，同時也為今后半導體材料的深入發展做足了準備，具有里程碑式的意義與貢獻【4】。

3.現代半導體材料的發展情況

以上論文簡單的介紹了半導體材料以及其早期的發現與應用，接下來就要具體探討第三代半導體材料這一新時代背景下的產物。第三代半導體材料是在第一和第二代半導體材料的發展基礎之上衍生出的更加適應時代要求和社會需要的微電子技術產物。本篇論文接下來將介紹我國半導體材料領域的發展情況，并介紹一些新型的半導體材料的應用與發展情況。

3.1我國半導體材料領域的發展情形

半導體材料的發展屬于微電子行業，針對我國的國情和社會現狀，我國微電子行業的發展不能急于求成，這將會是一個很復雜的過程，也必定是一個長期性的工程。從現在半導體材料發展的情況來看，想要使半導體材料更加滿足受眾的需求，關鍵要在技術層面上尋求突破。我國大陸目前擁有的有關半導體材料的技術，比如IC技術還只能達到0.5微米，6英寸的程度，相較于國際上的先進水平還有較大的差距。

雖然我國目前在半導體材料領域的發展水平與國際先進水平存在著較大的差距，但是這也同時意味著我國在半導體材料領域有著更大的發展空間和更好的前景，而且當今不論是國內環境還是國際環境，又或者是政治環境影響下的我國的綜合性發展方面而言，對中國微電子行業半導體領域的發展還是十分有利的，相信我國在半導體材料這一領域一定會在未來有長足的發展。

3.2新型半導體材料的發展介紹

前文提到，第三代半導體材料如今已經成為半導體材料領域的主要發展潮流，論文接下來將會選取幾種關鍵的三代半導體材料展開論述。

第一種是碳化硅材料。它屬于一種硅基化合物半導體材料，這一類材料的優越性體現在其較其他種類半導體材料有著更強的熱導性能。因此被應用在廣泛的領域，比如軍工領域，，也會被應用在太陽能電池，衛星通信等領域。

第二種是氧化鋅材料。氧化鋅材料被廣泛的應用到了傳感器和光學材料領域中，這是因為它具備一些關鍵性的特性，集成度高，靈敏度高，響應速度快等，這些特征恰恰是傳感等應用范圍廣泛的領域中所看中的關鍵點，不僅如此，氧化鋅半導體材料不僅性能好，而且這類材料的原料豐富，所以價格低廉，還具有較好的環保性能【5】。

4.結語

近年來，半導體照明產業得到了飛躍式的發展，被越來越廣泛的應用到人們的日常生活中，而支撐這一產業的核心材料正是以碳化硅等半導體材料為主的某些微電子材料，半導體材料利用下的各項技術已經在全球范圍內占領者新的戰略高地。我國半導體材料領域雖然起步晚，發展水平較國際水平有差距，但是前景光明，尤其是第三代半導體材料的出現和應用，在人們的生活中有著更加廣泛和有建設性的應用，改變著人們的生活方式，不斷推動著半導體材料的發展。

參考文獻：

[1]甘倩.淺談LED路燈在城市道路照明中的應用[J].建筑工程技術與設計，2014，（12）：477-477.

[2]黃裕賢.淺談157nm激光微加工工藝及自動化編程[J].科學與財富，2015，（7）：560-560.

[3]胡鳳霞.淺談半導體材料的性能與應用前景[J].新教育時代電子雜志（教師版），2016，（13）：267.

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關鍵詞：半導體；設備；應用

引言

中國作為制造業大國，在全球已躍居為頭號IC消費國家，消耗了大約世界上全部芯片的25%，但這樣的需求，國內生產只能滿足其總量的30%，“缺芯”困境依然存在。為解決上述問題，政府出臺了一系列的政策法規來推動半導體產業的快速發展。當前國內大部分半導體芯片生產線總體上還是以200 mm線為主，150 mm線逐步減少，300 mm將成為未來的主流。各生產商在建廠、運營過程中對局部增添設備有各種不同的需求，如新產品開發、原有產品升級換代、產能擴充等等，對產品的工藝需求不同，生產線的技術檔次以及需要配置的設備也各不相同?？紤]到國內廠商的實際情況，同時為了減少投資資金以及設備折舊費用，成本低廉的設備顯然比價格高昂的新設備更具有吸引力。本文通過具體分析，針對半導體設備在集成電路產業中的應用進行了探討。

1 設備優勢分析

隨著半導體設備在國內的大量使用，其價值越來越得以體現。國內的半導體廠商選擇設備，主要是因為設備具有如下的優勢。首先，生產線的好壞不在于新設備還是舊設備，關鍵是能否滿足使用要求。國內的集成電路水平參差不齊，高端的45 nm水平已量產，而低端的1 μm水平以上的也有需求。針對不同的工藝要求，設備尤其是根據客戶使用要求經過專業翻新的設備，性價比高，成為更多客戶的考慮對象。其次，半導體設備的特殊使用環境，也為設備的下線狀態提供了很好的保障。半導體設備都運行在恒溫恒濕超凈化的環境，設備使用了10 年甚至更長時間，狀態還依然保持良好，特別是歐美下線的設備，甚至外觀也保養如新，通過翻新幾乎能達到全新設備的指標，滿足客戶在線使用需求。第三，設備相對全新設備價格便宜，一般為新設備的1/5 ，加上翻新成本，設備的價格還是能控制到原機的1/2 以下。對于φ200 mm以下的設備，已是設備原廠商的非主流產品，全新設備原廠已不再生產，對于特殊需求的設備，定做新設備非常昂貴，在設備的基礎上改造以達到使用要求是最為理想的結果。

2設備供應鏈分析

隨著半導體行業的不斷發展，許多半導體供應商應運而生，為半導體設備的價值再利用起到了很好的支撐作用。許多設備制造商已經重視設備業務，開始回收市場上自己生產的設備并重新翻新再銷售，為設備的再利用提供了保障。目前市場上設備供應商的情況如下：

（1 ）原設備制造商。許多原設備制造商開始認識和接受了翻新設備的價值，增加了設備翻新業務，并加入二級設備供應鏈，如AM（美國應用材料）公司、ASML公司、Canon USA公司、FSI公司等。原廠在技術能力、備件供應等方面具有不可比擬的優勢，尤其是ASML的光刻機，其TWINSCAN系列是目前世界上精度最高、生產效率最高、應用最為廣泛的高端光刻機型，因為機臺緊張，一有設備流出原廠便立即收回，由于其光源部分的備件和OEM商有獨家供應協議，導致其他翻新商無法涉足，裸機價格也因原廠的介入水漲船高。

（2 ）原設備使用商。原設備使用商即原設備的買方，設備的實際使用方，因為產能富余、產線結構調整等原因，選擇單臺或整線出售設備，成為設備的賣方。因其設備一直處于使用狀態，業內稱為熱機下線，或在工藝間內保存良好，設備性能良好，可恢復性更好，且因沒有經過第三方轉手，價格更具優勢。整線競拍設備的價格更低，僅相當于設備原價的5%。2017 年，北京首剛NEC的一條6 英寸線，以4800 萬元競價成交，僅其中5 臺設備就以3000 萬元的價格成功再銷售。整線競拍會因產線的不完全匹配，造成部分設備的庫存積壓，競拍前需做好充分的事前評估。

（3 ）個體經紀人。一兩個有專業背景、技術特長的工程師，有可靠的市場人脈，一定的資金實力就可以成立一個公司，從事設備的經紀業務。因其公司成本低，通過市場低價競爭獲得訂單和收益。也有采取裸機轉手銷售，在市場行情看好的情況下，囤積市場常用設備，待有市場需求時轉手銷售，賺取時間差或機會差，加快資金周轉，降低設備翻新調試風險。由于資金問題，對于近千萬的大金額設備，如PVD、DSP或高端光刻機，這些公司多半不太涉及。

3 設備選用技巧

3.1 選擇可信供應商

設備的翻新不是任何一家公司都能做到的，它必須同時具備精湛的技術支持和優秀的服務體系和資源支撐，翻新公司的可信度、售后服務及技術人員的經驗和專業技術水平是選擇翻新公司的標準之一，對用戶負責是最基本的選擇。在滿足技術需求的條件下，本地的專業翻新公司應該是優選。

3.2 售后服務有保障

由于設備的性能相對不如全新設備，售后服務非常重要。要考慮備件及相關耗材的供應情況，避免買得起、用不起的現象發生。要注意市場的通用性及普及性，萬一發生備件或耗材短缺時，可以同行拆借。在提翻新要求時，不必苛求所有的備件及耗材為原廠，在RFQ里，可以有選擇地選用OEM商或成熟的SECOND SOURCE備件，降低后續運行成本。獲得原廠的支持及翻新商滿意的售后服務和快速反應能力，也是選擇翻新商時的條件之一。

3.3 指標設定要合理

選擇使用設備，要有清醒的認識，采購的設備關鍵指標應該高于實際工藝需求，這樣在翻新后既能滿足生產又能充分發揮設備的作用。設備驗收指標要合理，有些廠家對設備提出了比新設備更高更嚴的要求，導致翻新成本急劇增加仍達不到要求，嚴重影響了生產，給自己和翻新商都增加了超額成本支出。

3.4 設備狀態要了解

采購設備時，對設備的實際狀態要有準確的了解，包括設備下線前的使用情況、下線日期、保存條件。有條件實地考察時，派專業的技術人員現場察看，也可以多角度多方位拍些照片，確認設備序列號、軟件版本號、新舊狀態、設備配置、關鍵部件是否缺失，做好記錄備存，并通過官方CCIC的裝運前預檢驗及屬地的商檢法檢，獲取官方認可保障。包裝運輸必須嚴格按照專業規范操作，減少運輸對設備性能造成的影響；對于光刻機等精密設備，需采用專業運輸公司全程恒溫恒濕防震運輸。

結束語

設備的性價比高，總體而言對半導體廠商還是合算的，但對于設備的風險也要有清醒的認識，要選擇合適的供應商和專業的翻新公司，在設備采購、翻新的全過程與翻新公司密切合作。翻新公司在設備翻新的前、中、后階段，要和用戶有效溝通，對用戶負責，成為和用戶風險共擔的利益共同體。同時，在翻新過程中要注意消化吸收國外技術，掌握核心知識產權，實現研發與創新，改變受制于人的狀況，實現關鍵設備的國產化，發展我們自己的設備制造工業。

參考文獻

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關鍵詞：半導體;半導體設備;涂膠顯影機;晶圓傳送方法;產能計算 文獻標識碼：A

中圖分類號：TN305 文章編號：1009-2374（2016）04-0071-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2016.04.036

1 概述

半導體設備涂膠顯影機是一種將不同工藝制程的機臺整合在一起，作為一個整體的制程裝備。該設備由載片系統、傳送系統和制程系統三部分構成。典型的半導體集束型裝備Track機是半導體前道工序設備中黃光區設備之一，其主要功能是光刻膠在晶圓表面的涂敷和顯影。隨著半導體裝備光刻機新技術的發展，光刻機產能也在快速提高，特別是ASML公司的TWINSCAN技術以及未來基于傳統TWINSCAN平臺的雙重曝光等新興技術的成熟，更進一步提高了光刻機的產能，而涂膠顯影設備作為與之協作的連線設備，為了匹配高產能力，半導體生產線也對機器人晶圓傳送方法提出了更為嚴苛的要求。

2 晶圓傳送發展歷程

晶圓傳送方法和集束型裝備的布局有很大關系，根據其布局的不同，分為以下兩類：

2.1 早期軌道式布局

式中：TPi為單元工藝加工時間;TR為單元間傳送時間;Ti為空閑系數。

2.2 改良軌道式布局

早期軌道式裝備的產能主要受加工單元布局制約，單元加工時間遠大于晶圓傳送時間，因此產能瓶頸是單元加工時間，為了平衡單元加工時間，提高主單元的利用率，產生了二代軌道式設備，如圖2所示：

產能計算公式：

（2）

式中：TPi為單元工藝加工時間;TR為單元間傳送時間;C為一次工作的晶圓數;TPmF為第一片獨占設備時間;TPmL為最后一片獨占設備時間。

3 復雜型集束設備TRACK的傳片結構設計

改良軌道式布局的主單元利用率增加，單個軌道輸出產能基本固定，當生產線產能要求很高時，軌道數需要成倍增加，由于是平面設備，空間利用率極低、軌道加工第一片上片和最后一片獨占設備時間不能忽略、傳送系統效率低下、空閑時間過高等問題突出，因此現在主流設備都采用復雜式布局設備。

復雜型集束設備TRACK，采用立體式設計，傳片系統由2個自由度增加到4～5個自由度，可傳送單元增加，提高了加工單元的利用率。同時載片系統采用2～4個上片工位，可不間斷上片，消除了第一片上片時間帶來的產能降低。傳片結構如圖3所示：

產能計算公式：

（3）

式中：TPi為單元工藝加工時間;TR為單元間傳送時間;Tk為調度算法調整系數。

復雜式設備的立體布局，不僅制程單元向堆疊式發展，同時傳送系統也由簡單線性傳送變成了復雜路徑擇優選擇，由于載片系統增加到了4個，每個加工任務（Job）的工藝加工制程順序由用戶配置成加工流程配方（Cluster Recipe），因此傳送系統的傳送路徑選擇也必須兼顧多個載片系統同時工作的情況，使得傳片的調度必須由專用算法來實現，即傳送調度算法。

4 傳片調度算法

傳片系統調度算法最初產生的目的就是要提高設備使用效率（Uptime，在線時間），提高設備的產能，防止設備發呆情況的發生。

傳片調度算法根據不同的機械手（Robot）和緩沖單元（Buffer）確定傳送路徑，通過循環遍歷程序來檢查傳送路徑上的空位，依次進行晶圓配方工藝流程和最佳的傳送路徑的選擇和確定。這種調度算法采用的是實時判斷條件、事件/消息驅動的模式，因此又稱為實時調度算法。調度流程如圖4所示：

其中：“晶圓流片分析”開始分析晶圓工藝配方流程;“最優選擇”選擇最佳傳送路徑?！白顑炦x擇”即調度算法核心部分。在實時調度算法的基礎上，為了滿足不同批次工作并行，能得到較好的產能等苛刻情況，增加了單元傳送優先級設定、傳送時間自優化，機械手取送優先級設定、機械手預移動等方法來提高產能，降低裝備應用成本。

5 未來展望

未來的設備研發還在向著更高更多的應用方向發展，對于晶圓產能提高的期望成為客戶和工藝共同的目標，進一步地壓縮調度算法占用的時間成本，提高調度算法的優化比率，已經是迫切的需求。未來的晶圓傳送調度算法，將向著傳送時間日志化、顯示化、傳送路徑預生成、傳送路徑用戶自整定的趨勢發展。

5.1 傳送時間日志化、顯示化

晶圓傳送調度算法在一個調度周期內的傳送時間記錄成日志文件，并且將這種日志通過可視的圖形方式顯示給用戶，讓用戶對特定某次的調度算法有一個直觀的認識，這就是調度算法中傳送時間的日志化顯示化。如圖5所示：

圖示為具有兩個robot、兩個工藝單元的集束裝備上片過程的傳送時間日志文件的圖形顯示。

5.2 路徑預生成

多個傳送時間日志文件集合成數據庫，在一個調度周期開始前預先根據這些數據庫的記錄生成傳送路徑，這種調度周期預生成，預固定的方式，將調度算法由全運算方式更改為查表方式和運算方式的結合，可以節約運算時間，直接提供可借鑒的優化路徑選擇。結合傳送時間日志顯示化，能夠讓用戶在生產前就直觀地了解到設備中晶圓的傳送情況，并且根據數據庫記載和當前的情況的對比，可以預測設備的健康狀況，確定設備的維護周期和生命周期。另外，由于傳送時間日志文件可以應用在同型號的同類設備上，因此這種文件形成的數據庫將為設備增添高附加值，提高品牌價值。

5.3 傳送路徑用戶自整定

半導體工藝是半導體行業的核心技術之一，半導體裝備制造商的客戶都有其獨有工藝設計。這些工藝上帶來的特定要求將會給傳片系統帶來不同程度的影響。鑒于這種特定要求是用戶核心技術，不但不能推廣使用，而且還要求裝備制造商為其客戶保密，因此允許客戶對傳送路徑的適度修改是比較好的解決辦法之一，這樣的好處是避免了調度算法因為設計盲區造成裝備的某些加工單元較低的利用率，提高了半導體裝備對半導體工藝的適應性。由于這種調整完全由客戶自主完成，也有利于其核心技術的保護。

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摘要：筆者從幾年的“微電子工藝”教學實踐中提出了7點關于課堂教學改革方法：布置思考問題，引導學生預習；板書與多媒體教學相結合；現場小實驗和實物展示；播放實地拍攝的錄像；理論計算與工藝模擬相結合；專題討論以及安排綜合訓練任務。通過一系列的改革措施，學生對這門課程從理論到實踐都具有比較深刻的認識。

關鍵詞：微電子工藝；課堂教學；教學改革

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）49-0212-02

微電子工藝課程是為電子與信息工程學院電子科學技術專業設立的一門必修課。通過對本課程學習，使學生對半導體集成電路制造工藝流程及工藝原理有一個較為完整和系統的概念，并具有一定工藝分析、工藝設計以及解決工藝問題和提高產品質量的能力。

一、課堂教學改革整體思路

根據以往的授課經驗，如果學生能夠提前預習下節課內容，就會對將要講授的內容有所思考，并且會提出問題，這樣聽課的時候更會抓住重點；如果能參與課堂討論，將對知識點理解的更為透徹。因此，在本輪教學中每節課將針對下節課內容預留思考題，這些問題將會在授課時結合知識點給予回答，或者將其作為討論內容。由此，對“微電子工藝”課程的課堂教學從以下幾方面進行了改革：

1.每節課后設置思考題。例如，引言之后設置思考題：晶體中，不同晶向性質不同，如何定義晶向？制造不同類型的集成電路選用不同晶向的材料，材料的晶向由什么來決定？回答了這個問題，將會引入關于晶體生長的內容，而這部分內容與《半導體物理》中的晶向、晶體結構的知識點相關，也是對所學知識的復習。又如，晶體生長之后設置思考題：半導體生產要求一個非常潔凈的環境，特別是工藝越先進，集成度越高，環境的潔凈度也越高，那么這樣的環境我們需要考慮哪幾大方面呢？凈化級別又如何定義呢？回答了這個問題，將會引入關于“工藝中的氣體、化試、水、環境和硅片清洗[1]”中環境凈化的內容。這些問題的作用更像是預習作業，為學習下節課內容做好準備。

2.板書與多媒體教學相結合。微電子工藝教學中，像氧化、擴散、光刻以及工藝集成如果僅僅憑著畫圖講解很難有一個直觀的理解，如果結合多媒體中精準的俯視圖、剖面圖、動畫展示，會給學生以直觀、清楚的認識。例如，雜質原子在硅片中的擴散過程、單個硅原子在硅片表面運動形成硅外延層的生長過程等。

3.現場小實驗和實物展示。教學中思考的最多的是如何吸引學生的聽課興趣，因此當講到某個知識點時，話題中盡量引用與實際相關的例子或拿來實物展示。比如講到去離子水，就聯系到生活中純凈水的制備；講到文氏管，就現場做一個小實驗來講解文氏管的原理；講到硅片的制備，就拿來硅片實物；講到光刻，就拿來掩膜版給學生展示，加深對知識點的理解。

4.播放半導體生產的錄像。因為微電子工藝生產有其特殊性，要求環境潔凈度非常高，如果帶領學生實地去工廠參觀，會影響正常的生產，因此，聯系相P的工廠，拍攝各個工藝的錄像短片，講到對應知識點的時候播放給學生看，并加上詳盡的講解，這樣學生有一個非常直觀的認識。

5.理論計算與工藝模擬相結合。本輪教學中，氧化、擴散、離子注入、化學氣相沉積等工藝除了以往的理論計算之外，還加入了工藝模擬來對理論計算進行驗證和調整，使之與實際的工作過程更加接近[2]。

例1：晶向的硅樣品，摻硼，濃度2×1015cm-3，淀積0.4um厚度的氮化硅作為掩蔽，其中一部分刻蝕出窗口，進行磷離子注入，注入能量為50keV、劑量為3×1015cm-2。然后將氮化硅全部刻蝕掉。進行1000℃、10分鐘的濕氧氧化，提取注入磷區和沒有注入磷區氧化層厚度[3]。通過編寫程序，運用silvaco軟件模擬結果如圖1所示，氧化膜的厚度可以從運行文件中得到。

例2：n型、晶向的硅片上進行15分鐘的硼預擴散（溫度為850℃），如果硅襯底摻雜磷的濃度在1016cm-3量級，模擬硼摻雜分布和結深。雜質分布模擬結果如圖2所示，結深參數從模擬運行文件中得到。

6.專題討論。為了使學生對課堂講授內容有所延伸，針對重點內容設立專題討論課。討論一：雙大馬士革銅金屬化工藝。這次討論是針對課上講授的傳統金屬化工藝的延伸，結合已學內容，通過查找資料，對于先進的銅金屬化工藝進行討論。討論二：BiCMOS工藝討論。這次討論是針對課上講授的雙極工藝和CMOS工藝的延伸。雙極和CMOS工藝的結合并不是簡單的疊加，要求是工藝的兼容性、成本的最小化和性能的優化。

7.綜合訓練。在課程的尾聲，要求完成一個集版圖、工藝、仿真的綜合設計，以檢驗對微電子工藝課程的理解和掌握程度。

例如：設計一套CMOS反相器版圖和與版圖對應的工藝流程[4][5]。要求：（1）畫出版圖，完成金屬布線。（2）對應每塊版畫出工藝步驟的剖面圖，在圖中標明所用材料和工藝。并對每個剖面做出說明。（3）根據表1給出的工藝條件設計nmos管，使它的閾值電壓=0.4V，并測量源區、漏區的結深，方塊電阻，雜質分布。給出仿真結果。

二、課堂教學改革效果分析

課堂授課過程中，能夠感受到上課聽講的人多了，并且能夠有效的互動；因為討論和綜合設計需要人人畫圖、講解、回答問題，所以絕大多數同學都能積極進行準備，也能夠在答辯過程中提出遇到的問題；有很多同學在之后的課程設計中提出自己的分析問題的方法。

反思多年的課堂教學過程，以及和同學們交流，有以下幾點需要不斷的改進：①對于定量計算的內容，有一部分同學接受較慢，在很大程度上影響了之后的學習效果。解決方法：把集中講解的習題課打散，把習題緊隨相應的知識點之后進行講解，用習題來加強對繁瑣理論計算的理解。②關于課堂互動。并非每堂課都能輕松愉快，在一些較難的知識點上，學生的反映會比較鈍一些。解決方法：強調重點，明確知識點之間的層次與關聯；難點慢講，細講；增加提問和課上小測驗。③討論和綜合訓練答辯時間的掌握。無論是討論還是綜合答辯，都是非常耗費時間的，因為每個同學都要自述、提出問題、回答問題。解決方法：根據學生人數，留出足夠的時間。比如今年是50個學生，分10組，每次討論答辯大概3小時，綜合答辯4個小時左右。

結束語：通過不斷的教學實踐摸索，使學生更好的理解和掌握微電子工藝中硅片制備、工藝環境的獲得和硅片的清洗、氧化、擴散、離子注入、薄膜淀積、光刻、刻蝕、金屬化工藝以及工藝集成等內容，也使學生具有了一定工藝分析、工藝設計以及解決工藝問題和提高產品質量的能力。

參考文獻：

[1]Michael Quirk，等.半導體制造技術[M].北京：電子工業出版社，2015.

[2]高文煥，著.計算機分析與設計[M].北京：清華大學出版社，2001.

[3]施敏，著.半導體制造工藝基礎[M].合肥：安徽大學出版社，2011.

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關鍵詞： 《集成電路工藝》 教學方法 實踐改革

1.引言

21世紀是科技飛速發展的世紀，集成電路制造業是一項戰略性的基礎產業，《集成電路工藝》是電子科學與技術專業重要的專業課，其目的是使學生學習和掌握VLSI的主要工藝技術與原理，熟悉工藝設備的特點，培養工藝設計及解決工藝問題的能力。課程具有實踐性很強、理論與實踐結合緊密的特點，為學生以后進行工程設計和科研工作打下良好基礎。本課程的目的是使學生對微電子關鍵工藝及其原理有較為完整和系統的概念，并具有一定工藝設計、分析和解決工藝問題的能力。結合多年教學工作實際，我提出了幾點教學改革設想［1］［2］。

2.教學內容的選取

2.1教材的選取。

本課程首選教材是《硅集成電路工藝》。該書有三個優點：一是內容全面豐富。不僅詳細介紹了芯片制造中的各項關鍵工藝，而且介紹了支持這些工藝的設備，以及每一道工藝的質量檢測和故障排除。二是工藝技術先進。該書吸收了當今最發達技術資料，如化學機械拋光、淺槽隔離等工藝，因此本教材是一本很全面、很先進和可讀性非常強的專業書籍。

2.2教學內容的選取。

本課程的目的是使學生掌握半導體芯片制造的工藝和基本原理，并具有一定的工藝設計和分析能力。本課程32學時，而教材內容章節很多，所以課堂授課內容需要精心選擇。一方面，選擇性地使用教材內容。對非關鍵工藝，如教材中的4―6章主要介紹半導體制造中的空穴及缺陷等內容，要舍棄，可供學生課后自己閱讀。另一方面，查閱相關資料，對教材內容做必要的補充。由于教材側重技術介紹，在工藝原理方面涉及甚少，作為電子科學技術專業的本科生，有必要掌握關鍵工藝的物理基礎和原理，因此任課老師需要廣泛查閱相關資料，對教材內容做必要的、有益的補充。如離子注入摻雜工藝，選用的教材僅作為一節簡單介紹，其基礎和原理更是少之又少，必須找出相應詳細的介紹。再者，氧化過程中雜質的再分布對器件特性影響是不容忽視的，工藝過程需要考慮，也需要做相應補充，《集成電路工藝基礎》中這部分內容有較大價值［3］。

3.豐富多彩的教學方式

3.1多媒體教學，事半功倍。

多媒體教學方式如今已廣泛使用，在本課程教學中使用多媒體教學符合教學內容特點的要求，因為有大量的工藝流程和工藝實施后的硅片剖面圖，只有通過多媒體才能使學生有直觀、清楚的認識。教材中提供了大量結構剖面圖和設備圖，如果完全靠老師板書，教學內容和效果將不易理解，而采用多媒體教學則能達到事半功倍的效果。

3.2教學互動，讓學生走上講臺。

教學互動非常重要。學生對動態和前沿比較感興趣，易激發其求知欲，抓住學生這一特點，可以給學生布置幾個與集成電路工藝動態和前沿相關的題目，讓學生課后查閱、整理資料，寫成專題小論文，還可開設專題小論壇，每一專題請一位有興趣的同學制作課件在課堂上給大家講解。這種方式將課堂時間和空間進行延伸，使學生由課堂被動聽講變為課后主動學習、消化。這樣一方面能培養學生通過網絡學習工藝知識的習慣，并在不斷查閱資料中積累、豐富了專業知識。另一方面能鍛煉學生走上講臺“準教師”的思維能力和語言表達能力。

3.3加強實驗教學，理論用于實踐。

在教學過程中，要堅持理論和實踐相結合的原則。建議開設最基本的半導體平面工藝實驗，如氧化、擴散、離子注入、光刻沉積。實驗要求每組學生用拋光硅片，通過氧化、光刻、等工序制備晶體管，是一個典型的綜合性、研究型實驗。通過實驗教學，學生既能培養動手能力，又能掌握科學的分析問題的方法，加深對半導體平面工藝技術和原理的理解，激發學習興趣。本課程在大學三年級下學期開設。

3.4將專家學者請進高校課堂。

我們充分利用與國內外高等院校和科研單位進行研究合作與學術交流的同時，在專業課授課過程中，還邀請有一定知名度的專家學者來我校作專題學術報告。由于他們長期從事某一領域的科學研究，十分熟悉該領域的最新發展趨勢，因此可以系統地將這些信息傳遞給學生。這樣做不僅大大擴充了學生的知識面，提高了他們的思維能力，而且進一步激發了他們的專業課學習熱情和強烈的進取心。近五年來，我們先后邀請包括中科院半導體等單位多名專家為我校的客座教授或兼職教授，分別做了關于微電子方面的多場專題學術報告，均受到了廣大教師與學生的一致好評。

4.結語

《集成電路工藝》是電子科學與技術專業本科生的一門重要的專業課程，本課程的目的是使學生掌握集成電路制造工藝和基本原理。學生專業知識和能力的獲取，一方面是通過將理論應用于實驗來驗證和強化，另一方面通過理論課學習獲得。通過開發多媒體教學軟件，精心選擇優秀教材、及時更新教學內容、開設綜合性實驗、布置設計性作業、安排專題報告、改革考核方式等環節，提高課程教學質量，培養具有創新能力、滿足21世紀所需的專業技術人才。

參考文獻：

［1］王陽元，關旭東，馬俊如.集成電路工藝基礎［M］.北京：高等教育出版社，1991.

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一、硬度

硬度是指材料局部抵抗硬物壓入其表面的能力.根據不同的實驗方法,硬度值的物理意義有所不同.

1822年,德國礦物學家摩斯提出用10種礦物來衡量世界上最硬的和最軟的物體,按照軟硬程度分為十級:它們依次為滑石、石膏、方解石、螢石、磷灰石、正長石、石英、黃玉、剛玉、金剛石,這就是所謂的摩氏硬度計.

利用摩氏硬度計測定礦物硬度的方法很簡單.將預測礦物和硬度計中某一礦物相互刻劃,如某一礦物能劃動方解石,說明其硬度大于方解石,但又能被螢石所劃動,說明其硬度小于螢石,則該礦物的硬度為3到4之間,可寫成3-4.日常生活中,我們也可以根據上述方法用指甲(硬度為2.5)和小刀(硬度為5.5)來粗略的劃分物體的硬度.因而物體的硬度可粗略分為:小于指甲(5.5)三個級別.牙齒是人體中最堅硬的部分,牙釉質的物理硬度高達9.這種測定硬度的方法叫刻劃法.

知道了物質的硬度,人們運用硬度值大的材料制作刀具、模具和耐磨性要求高的零件等.如人們利用自然界最硬材料――金剛石,制作劃玻璃的刀具,制作鉆井用的鉆頭等.人們還利用硬度大的材料制成的磨具對金屬材料、硬質合金制品、陶瓷材料、寶石等進行打磨加工成所需要的產品.另外一些硬度較小的物質也有廣泛的用途,如制作鉛筆芯用的石墨、制作導線用的銅、制作門窗用的鋁合金等等.

二、透明度

透明度指物體透過可見光波的能力.

自然界沒有絕對透明或絕對不透明的物體.例如極薄的金屬箔也能透過一部分光,極深的水也可表現為不透明.(陽光無法穿過200米深的海水)

生活中評價一顆鉆石的價值,其潔凈度就是透明度的一種表現.完全純正的鉆石應該是透明無色的,而許多鉆石因為有雜質而有所偏差,鉆石偏向不同的顏色會影響它的價值.絕大多數鉆石都是因為帶有氮原子而偏黃,白鉆越偏黃,價值就越低,而顏色偏向粉紅或藍的鉆石價格越高.

人們在汽車兩側的玻璃上貼上一層半透明的車用膜,此時的玻璃呈半透明狀,由于車內光線減弱,車內的人可看清車外的景物,而車外的人卻看不清車內,這種車用膜還具有隔熱、防紫外線、防眩光等性能,大大提高了行車的安全性.

三、磁性

磁性指能吸引鐵、鈷、鎳等物質的性質.

據記載,早在戰國時代,我國就已經知道利用磁石來辨別方向.在漢武帝的時候,欒大首先制造棋子形的磁鐵,當作宮廷中的玩具.后人用鋼針摩擦磁石,或者加熱鋼針,一直到通紅以后,再把兩頭順著南北方向,浸入冷水中,這兩種方法,都能使鋼針變成磁針.人們根據它的這一特性制作了指南針.古時候的指南針叫“司南”,它是我國四大發明之一.它的出現使海上航行有了方向,促進了航海事業的發展.

我們的生活每時每刻都和磁性有關.沒有它,我們就無法看電視、聽收音機、打電話;沒有它,甚至連夜晚都是一片漆黑. 人類雖然很早就認識到磁現象,但直到了現代,人們對磁現象的認識才逐漸系統化,發明了不計其數的電磁儀器,像電話、無線電、發電機、電動機等.如今,磁技術已經滲透到了我們的日常生活和工農業技術的各個方面,我們已經越來越離不開磁性材料的廣泛應用.

傳統工業中的磁應用:如果沒有磁性材料,電氣化就不可能實現,因為發電要用到發電機、輸電要用到變壓器、電力機械要用到電動機、電話機、收音機和電視機中要用到揚聲器.眾多儀器儀表都要用到磁鋼線圈結構. 人們發現有些物質通過電流后也會產生磁性.人們根據物質的這種性質制作出了磁性起重機來搬運鐵等物品(如下圖1).磁體之間“同名磁極相互排斥、異名磁極相互吸引”,根據“同名磁極相互排斥”這一特性,科學家們將它應用于鐵路,發明了磁懸浮列車(如下圖2).

生物界和醫學界的磁應用:信鴿愛好者都知道,如果把鴿子放飛到數百公里以外,它們還會自動歸巢.鴿子為什么有這么好的認家本領呢?原來,鴿子對地球的磁場很敏感,它們可以利用地球磁場的變化找到自己的家.如果在鴿子的頭部綁上一塊磁鐵,鴿子就會迷航.如果鴿子飛過無線電發射塔,強大的電磁波干擾也會使它們迷失方向.

在醫學上,利用核磁共振可以診斷人體異常組織,判斷疾病,這就是我們比較熟悉的核磁共振成像技術,效果最佳的是顱腦,及其脊髓、心臟大血管、關節骨骼、軟組織及盆腔等.

磁不僅可以診斷,而且能夠幫助治療疾病.磁石是古老中醫的一味藥材.現在,人們利用血液中不同成分的磁性差別來分離紅細胞和白細胞.另外,磁場與人體經絡的相互作用可以實現磁療,在治療多種疾病方面有獨到的作用,已經有磁療枕、磁療腰帶等應用.

軍事領域的磁應用:磁性材料在軍事領域同樣得到了廣泛應用.例如,普通的水雷或者地雷只能在接觸目標時爆炸,因此作用有限.而如果在水雷或地雷上安裝磁性傳感器,由于坦克或者軍艦都是鋼鐵制造的,在它們接近(無須接觸目標)時,傳感器就可以探測到磁場的變化使水雷或地雷爆炸,提高了殺傷力.

在現代戰爭中,制空權是奪得戰役勝利的關鍵之一.但飛機在飛行過程中很容易被敵方的雷達偵測到,從而具有較大的危險性.為了躲避敵方雷達的監測,可以在飛機表面涂一層特殊的磁性材料-吸波材料,它可以吸收雷達發射的電磁波,使得雷達電磁波很少發生反射,因此敵方雷達無法探測到雷達回波,不能發現飛機,這就使飛機達到了隱身的目的.這就是大名鼎鼎的 “隱形飛機”.隱身技術是目前世界軍事科研領域的一大熱點.美國的 F117 隱形戰斗機便是一個成功運用隱身技術的例子.

四、導電性

導電性是指物質傳導電流的能力.

有一些物質容易導電,而有些物質不容易導電.為了表示材料的導電難易,我們常用電阻率來表示.良絕緣體的電阻率比良導體的要大1025倍.常見的良導體有鋁、銅、銀等.在常溫下銀的電阻率最小.為了減少因電阻所損耗的電能,人們常用鋁、銅、銀這類電阻率小的材料來做導線,以輸送電能,或傳遞聲音、圖像等信息的電信號.

材料的電阻還會隨著溫度而變化.一般說來,溫度越高,電阻越大;溫度越低,電阻越小.不少材料的電阻在接近絕對零度的某個溫度上就會降到零,此時材料就變成了沒有電阻的超導體.普通的白熾燈的燈絲將它置于低溫的液氦中時,其電阻全部失去,通電后燈泡發出強烈的亮光;相比之下,燈絲置于常溫中時,燈泡則發光微弱.超導材料最誘人的應用是發電、輸電和儲能. 由于超導材料在超導狀態下具有零電阻和完全的抗磁性,因此只需消耗極少的電能,就可以獲得10萬高斯以上的穩態強磁場.而用常規導體做磁體,要產生這么大的磁場,需要消耗3.5兆瓦的電能及大量的冷卻水,投資巨大.超導磁體可用于制作交流超導發電機、磁流體發電機和超導輸電線路等.

導電性能不好的材料我們稱之為絕緣體,絕緣體的種類很多,固體的如塑料、橡膠、玻璃、陶瓷等;液體的如各種天然礦物油、硅油等;氣體如空氣、二氧化碳等.在通常情況下,氣體是良好的絕緣體.絕緣體通常用來做用電器外殼電工手套開關以及電容器等.

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摘要：混合式教學是當前高校課堂教學改革的一個重要研究方向，模擬電子技術課程混合式教學融合了模擬電子技術課程網絡教學平臺和集教學與實驗于一體的數字教室的優點，在教學過程中引入專題調研、網絡教學平臺使用、機動靈活的討論以及實驗等，實踐證明這些措施提高了學生的應用能力和創新能力。

關鍵詞：模擬電子技術；混合式教學；網絡教學平臺；數字教室

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）49-0089-02

一、引言

目前，許多高等學校以及教師都在積極探索“互聯網+”背景下高等教育的發展路徑，將信息技術逐漸融合于教育教學進行教學改革，倡導研究性教學。測控技術與儀器專業正在我校實施專業研究性教學，《模擬電子技術基礎》課程是該專業的核心基礎課程，本文作者按照教育部提出的素質教育改革的要求，吸收先進的教育教學理念，根據自己的授課經驗，并結合模擬電子技術基礎課程工程實踐性強的特點以及學生的學習實際情況等，創造了一套適合模電課程的混合式教學方式。

模擬電子課程混合式教學主要是利用模擬電子技術基礎課程的網絡教學平臺以及網絡其他資源，結合學院提供的數字教室，采用理論教學與實踐教學相融合的教學方式。具體過程是學生在網絡教學平臺學習概念性知識或操作方法，還要完成老師布置的各類任務如專題調研、問題討論、軟件仿真驗證、實驗結果匯報等，在課堂上與老師和同學討論解決課上布置的討論題目和課下自學遇到的各種問題等，還可以在課堂上做實驗或者設計等進行相應的實踐活動。后面小節作者將在教學過程對學生能力提高和對教師教學效果提升很有幫助的幾個方面做詳細敘述。

二、專題調研

學生學習一門新課常有如下疑問：“這門課有什么用？”“這門課主要學什么？”為提高學生學習模擬電子課程的興趣，該課程開始前布置電子技術發展與應用大綜合課題供學生調研并撰寫報告，學生可以自行選擇感興趣的方向進行調研，如半導體器件的發展、電子技術在通訊方面的應用等，然后以小組為單位討論匯總并制作成課件由一人講臺上匯報，如此既能提高學生學習興趣又培養學生對材料的歸納總結能力，還有部分學生的表達能力等。

許多學生反映模擬電子課程入門難，主要難在對“陌生”的半導體器件的學習上，因此在第一章半導體知識教學過程中，教師根據教學內容布置“二極管類型、型號及參數”、“三極管類型、型號及參數”、“場效應管類型、型號及參數”等幾個專題調研，通過學生課外搜集匯總相關知識，加深對半導體器件的理解，使其盡快熟悉半導體器件，并能夠熟練使用這些器件。

各種實用模擬電路大都由集成運放組成，為加深學生對集成運放及其應用的了解、提高學生分析模擬電路的能力和設計模擬電路的靈活性，在課程學習過程中布置常用集成電路器件識別、適用范圍及引腳辨別等調研課題。學生在使用集成運放做實驗和設計電路時可以很快入手，至少不會再出現不知哪個引腳接輸出、哪個引腳接輸入等簡單問題。

三、網絡教學平臺構建

“模電”網絡課程學習平臺分為教師平臺和學生平臺，學生平臺主要有教學資源、課程學習、教學互動三大部分。教學資源主要是教師上傳的教學課件、課后習題答案、典型例題解析以及各種相關的視頻和文檔學習資料等，課程學習主要由課程討論、常見問題、課程作業等，為了合理規劃教與學兩個過程，作者又創建了教學互動欄目如圖1所示。教師平臺則多了課程管理、課程建設等對課程的維護和設計等項目如圖2所示。

模擬電子課程網絡教學平臺突破了課堂的時空限制，使得教師的教和學生的學更加自如，另外還可以將專題調研、問題討論、軟件仿真等各類學生參與的活動適時地展現于網絡平臺上供學生與教師進行再學習及教學反思。前述各個專題調研的總結作業以及后敘實驗仿真作業都可以通過網絡教學平臺的課程作業欄目提交如圖1所示，教師批改后可以給出成績，該平臺可對學生平時作業成績統計匯總，另一方面，網絡教學平臺為學生和教師之間的交流提供了一個共享的平臺，課程討論使得教師可以及時的了解學生學習情況，知曉學生的疑問，同時教師還可以將常見問題匯總并在網上答疑。模電網絡教學平臺教師平臺下的課程討論區見圖2。

四、課堂討論

課堂討論是實現互動的有效方式，可以充分發揮學生的主觀能動性?！澳ｋ姟闭n堂討論針對不同內容有不同的方式，對于復雜的前后關聯的綜合問題，分步驟讓學生討論并讓不同的學生回答問題；對于典型重點問題，可以多個學生同時在黑板上解答，其他學生對照查找問題；對于某些重要但是不難理解的內容，讓學生根據老師事先給出的問題提前預習，課上教師會根據學生的解答再提出深層次問題供學生討論解答。

五、課內課外實踐

《模擬電子技術基礎》課程注重工程素質培養和實踐環節訓練，因此實驗課程的改革也是我們課程改革的任務之一。為了能夠更加有效地進行模電課程的混合式教學，我們學院創建了結合軟硬件教學資源的數字教室即創新學堂教室，該教室除進行課堂教學討論外，還由教師根據授課內容機動靈活的添加各種軟硬件實驗、電子設計等實踐環節，為使學生具有良好的硬件學習環境，教室采用大六角桌并配備實驗儀器等，學生既可以自帶筆記本電腦進行仿真實驗，也可以進行操作實驗，如圖3所示。一般的教學思路是先進行理論教學，然后拋出問題讓學生進行理論分析推導，再然后是仿真實驗通過虛擬的儀器儀表將實驗結果與理論進行對照并對結果進行討論，最后則是操作實驗并與前兩項結果進行比對，如此既提高了學生對理論知識的深刻理解也增強了實踐動手能力。

對于不同內容教學方法和思路也略有不同，例如，為加強學生對模擬電路相關元器件的熟悉，學期開始將一些元器件發放到學生手中，作者在第一章半導體器件講述中，讓學生從中拿出對應的二極管、三極管等進行認識和識別，再結合專題調研讓學生對不同類別、不同種類的器件更加了解，通過做作業題掌握其工作原理，再通過Multisim仿真驗證，學生則對各個環節的結果、遇到的問題等在網絡平臺上討論，如此能夠充分調動學生的積極性，解決學生學習本課程入門難的問題，加快學生對本課程的學習步伐。

六、結論

在“互聯網+”時代背景下，信息技術與教育教學逐漸融合，各種形式的教學創新層出不窮。本文作者參考“互聯網+”時代課堂教學方式創新的關鍵，根學校提供的軟硬件環境、自己的授課經驗、所受課程的特點以及學生的學習實際情況等，創造一套適合《模擬電子技術基礎》課程的混合式教學方式，以達到學生發展和教師發展的雙重促進。

參考文獻：

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【關鍵詞】交聯聚乙烯;抗水樹交聚乙烯;電纜料;水樹

0.引言

XLPE自五十年代問世以來,因其性能卓越、制造工藝簡單、維修容易等優點，在輸配電系統中得到了廣泛應用。在20世紀70年代開始大規模使用XLPE時，人們普遍認為XLPE絕緣電纜能夠長時間的使用，同時電性能保持在良好的水平。但在上世紀70年代后期，XLPE和其他聚合物一樣，在電纜運行中，有降解現象產生，稱為“水樹化”。隨著對XLPE水樹現象研究的進一步深入，人們發現水樹是引起XLPE電纜老化擊穿從而降低使用壽命的重要原因。近十年的研究和運行經驗表明：聚乙烯絕緣層的破壞原因，主要是樹枝化，從而降低了電纜的使用壽命。

抗水樹電纜料的機理是在XLPE中加入水樹抑制劑或通過改性聚合物達到減少或消除水樹的目的。經過抗水樹處理的電纜其使用壽命比傳統電纜有了大幅度的提高，平均壽命可達40年?？顾畼潆娎|料已經在國外得到了大量的應用，在西方發達國家，抗水樹電纜料已經基本替代了傳統的XLPE電纜料。本文將對水樹在電纜料中形成的特點進行討論，并著重研究抗水樹電纜料的應用現狀。

1.水樹的相關概念

1.1水樹的含義和形成

關于電纜料中的水樹，國外許多研究機構已經進行了大量的描述，一般認為，水樹是聚合物的一種降解結構，它是電纜絕緣層在交流電場、濕氣、時間和離子等各種因素綜合作用下的結果，因其呈樹枝狀，故稱其為水樹。

水樹生長在絕緣料的電場應力點，應力點處在絕緣料有微孔、污染物、或粗糙處的地方。在污染物的微孔處，水樹在應力點（核）的對面，最終形成了像蝴蝶結形狀的水樹，稱之為蝴蝶結水樹。在界面中引發，以灌木的形狀往一個方向生長的水樹被稱為通風型水樹。上述兩種水樹，根據它們對許多抗水劑的不同反應來看，其引發機理和生長機理是不一樣的。

1.2水樹的特征

相對于電樹枝和化學樹枝而言，水樹枝的產生有以下特點：（a）水的存在是水樹枝產生的前提；（b）相對于產生電樹而言, 產生水樹枝所需的電場很低（c）水樹增長緩慢，有水樹枝的電纜絕緣仍有一定耐電強度, 電纜不會馬上擊穿。（d）水樹枝在達到一定尺寸會轉化為電樹枝，最終導致電纜擊穿。

2.全球抗水樹電纜料技術及市場情況

目前國際上主要有兩種不同的方法來解決水樹問題，一種是通過在XLPE電纜料中加入特殊添加劑抑制水樹的產生。另一種是用接枝或共聚方法添加劑來提高電纜的抗水樹性能, 這類電纜料稱為TR-XLPE。其中TR-XLPE的設計和制造主要原理有兩種, －是在XLPE中加入極性物質, 吸附滲透進絕緣的水分子, 使水分子在電場作用下不發生遷移、積聚形成微滴；二是加入可與水分作用產生無害物質的添加劑。

2.1北美地區

北美地區從1983年開始使用抗水樹電纜，到1987年只用了4年時間，抗水樹XLPE中壓電纜的使用量已經占到中壓電纜一半的比例，到2000年已經全部使用抗水樹電纜。

這種TR-XLPE在1983年北美地區投入使用并保證了23年的可靠穩定運行以后，已經成為北美地區地下電力輸送電纜的主要絕緣材料。

2.2歐洲地區

北美地區使用的抗水樹技術在二十世紀八十年代以后引入歐洲，長期老化試驗表明北美的TR-XLPE技術在某些性能方面超過了歐洲原有的Copolymer XLPE共聚技術，逐漸占據了歐洲市場的主導地位。

最近，意大利已經用抗水樹電纜完全替代了EPR橡膠電纜，其他幾個東歐國家也已經認識到使用抗水樹電纜料對于電纜長期穩定運行的重要性，開始制定相關的標準來推動抗水樹電纜料在該地區的使用。

2.3中國

在中國抗水樹中壓電纜還未普及，但是需求已經形成，在秦山核電站、青島海底電纜等大型項目中已經開始使用。但由于目前抗水樹中壓電纜使用較少，有關的使用標準仍然是參考國外相關標準。

國內對抗水樹電纜料的研究從上個世紀80年代就已經開始了，但是一直停留在試驗階段，由于市場及技術等多方面的原因，一直沒有進入產業化階段。隨著國內有關電力部門的重視，抗水樹電纜料的應用已經提到了議事日程上，國內廠家和相關研究機構加快了研制抗水樹電纜料的步伐。

浙江萬馬高分子材料有限公司于2006年建立了抗水樹電纜料研究實驗室，專門成立研究小組著手進行抗水樹電纜料的開發，推動抗水樹電纜料在國內的產業化，目前已經取得了階段性的成果。根據美國ASTM D6097－01a標準，對抗水樹電纜料進行周期為30天的高頻高壓試驗，取得了良好的效果。研究小組還對絕緣層和半導體屏蔽料之間引發的通風型水樹進行了針對半導體屏蔽料的抗水樹性能研究，并取得了良好的效果。

3.結束語

了解抗水樹電纜料在國內外的應用、發展情況對于我國推進抗水樹電纜料產業化發展具有重要意義，隨著人們對電纜水樹危害性認識的進一步加強，抗水樹電纜材料在電纜中的應用將會越來越被電力部門所接受?！科]

【參考文獻】

［1］J.L.Chen and J.C.Filippini.The Morphology and Behavior of the water Tree[J].IEEE,Trans.on DEI.1993,(2):27l～290．

［2］黨智敏,亢婕,屠德民.聚合物中水樹的研究現狀[J].電線電纜,2001(8):4.

［3］陳濤,魏娜娜,陳守娥.交聯聚乙烯電力電纜水樹產生機理、檢測及預防[J].電線電纜,2009(8):4.

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關鍵詞：納米TiO2；光催化降解；太陽能；環境污染

文章編號：1005－6629(2008)07－0046－03中圖分類號：G614.41 文獻標識碼：E

當前，環境污染問題日益嚴峻，尤其是水污染、大氣污染問題不僅密切關系到各類動植物的生存，也關系到人類自身。如果能將污染物降解成無毒無害的H2O、CO2及無害的無機離子，就能有效地解決污染問題。光催化是一種新興的環境凈化技術，由于采用TiO2材料制成的催化劑無毒、廉價、高效、性能穩定，納米TiO2光催化技術成為解決環境污染問題的一種有效途徑[1,2]。

1納米TiO2光催化技術

1.1納米TiO2光催化降解機理

人們很早就認識到TiO2銳鈦礦相具有光催化性。TiO2半導體的帶隙能為3.2eV，當用λ

hv(光照)+SC(催化劑表面TiO2粒子)e-(電子)p+(正電荷空穴)

A(催化劑吸附的電子接受體)+e-(電子)A-(ads)

D(催化劑吸附的反應物分子)+p+(正電荷空穴)D+(ads)

圖1 TiO2粒子光催化過程簡圖

圖2 電子和空穴的結合示意圖

光催化反應效率的高低是用光催化反應的量子效率來衡量的，但電子和空穴在催化劑粒子表面的再結合降低了量子效率，對半導體光催化降解污染物很不利，所以為了在光催化劑表面上能有效地轉移電荷引發降解污染物反應，必須抑制或消除光激發電子和空穴的再結合，如圖2所示。

e-+p+N+E

其中N為中性位，E是結合釋放的能量[3]。

在20世紀70年代，納米量級TiO2的光催化特性被發現，它同時具有銳鈦礦相和金紅石相兩相，但以銳鈦礦相為主[4]。選用納米級TiO2為光催化劑，主要考慮以下兩方面的影響：一方面從光催化機理上分析，物質的降解速度必然與光生載流子電子和空穴的濃度有關，而納米級的TiO2隨著粒徑的減小，表面原子數迅速增加，光吸收效率提高，從而增加表面光生載流子的濃度；另一方面催化反應的速率與物質在催化劑上的吸附量有關，隨著晶粒尺寸的減小，比表面增大，表面鍵態和電子態與顆粒內部不同, 表面原子的配位不全導致表面活性位置增多, 因而與大粒徑的同種材料相比, 活性更高, 有利于反應物的吸附, 從而增大反應幾率。

在制備納米TiO2時，焙燒溫度對納米材料尺寸和晶相(圖3)影響很大，在500℃焙燒時獲得的納米TiO2尺寸較均勻, 由XRD衍射峰知晶相也以催化效果最佳的比例存在(銳鈦礦型: 金紅石型=70∶30)。

圖3 不同焙燒溫度下的納米TiO2的TEM(透射電鏡)圖

(a)400℃；(b)500℃；(c)600℃

1.2 納米TiO2光催化劑的制備

納米TiO2的制備方法多種多樣，始發原料可以是TiCl4、 Ti(OR)4、 TiO(OH)2或TiOSO4、 Ti(SO4)2以及Ti和普通粒級的TiO2等。本文簡單介紹一些最常用的制備方法。

1.2.1 溶膠-凝膠法(Sol-Gel)

以Ti(OR)4為原料制備TiO2納米微粒時， Ti(OR)4發生如下水解和聚結反應： Ti(OR)4+4H2O=Ti(OH)4+4ROH； Ti(OH)4=TiO2(S)+2H2O。 制備操作：室溫下將10mL Ti(OBu)4(C.P.)于劇烈攪拌下，滴加到30mL無水CH3CH2OH(A.R.)中，經過15min-20min的攪拌，可得到淡黃色透明的溶液(1)；將5mL H2O二次蒸餾水和10mL無水CH3CH2OH(A.R.)配成的溶液于劇烈攪拌下緩慢滴加15滴HNO3(A.R.)， 得到pH=3的溶液(2)；再于劇烈攪拌下將溶液(1)以約1滴/秒的速率緩慢滴加到溶液(2)中， 得到均勻透明的溶膠，繼續攪拌，得到半透明的濕凝膠；濕凝膠在100℃下干燥2h，得到淡黃色晶狀體，研磨后500℃煅燒2h，得到納米TiO2。

1.2.2 TiCl4水解法

TiCl4水解反應： TiCl4+4NH3+(n+2)H2O=TiO?nH2O+4NH4Cl。制備操作：冰水浴強力攪拌下，將一定量的TiCl4滴加到溶有HCl和(NH4)2SO4的冰的TiCl4水溶液中， 控制TiCl4溶度為1.1mol?L-1， n(Ti4+)/n(H+)=15，混合完畢，撤去冰浴，逐步升溫至95℃，恒溫水解1h后，滴加NH3?H2O，調節溶液pH約為6，自然冷卻至室溫，停止攪拌，陳化約12h，過濾，產物經水洗至幾乎無Cl-、SO42-后，用乙醇洗滌3遍，80℃烘干，500℃煅燒2h，制備納米TiO2。

1.3影響TiO2光催化作用的因素

對納米TiO2催化劑催化性能的影響因素很多，如表1-1所示

表1-1 影響TiO2光催化作用的因素和原因

2 新型納米TiO2光催化劑的應用

2.1空氣凈化中的應用

光催化空氣凈化技術能通過光催化反應，將污染物不可逆地轉化為物理、化學性質完全不同的H2O、CO2等無毒無害的無機小分子，被譽為是當代最先進的空氣凈化技術。目前這一技術中普遍使用的催化劑為寬禁帶的TiO2半導體催化劑。

有關資料表明：人類賴以度過70%-90%生命時間的室內環境(亦稱小環境)中空氣污染的程度高出室外空間十幾倍乃至幾十倍[5]， 由于室內空氣污染所引起的發病率為50%-60%，室內污染病變所造成的死亡率約占總死亡率的20%-30%。因此，發展室內空氣污染治理技術及開發相應的環保產品，對提高人民健康水平、促進經濟發展，具有重要的經濟效益和社會效益。

納米TiO2光催化及應用技術已經成功應用于新型光催化空氣凈化機，對甲醛(HCHO)、 苯(C6H6)和總揮發性有機物(TVOC)等有害物質降解率均達到90%以上，可望在煙氣污染凈化、裝修污染治理等領域有明顯效果和廣泛應用前景。

2.2 納米TiO2光催化技術在凈化水質方面的應用

已有研究報道指出，納米TiO2光催化技術在凈化水質方面有較廣泛的應用[6,7]。

2.2.1飲用水的處理應用

目前我國樓房自來水供水系統一般采用水泵加水箱或儲水池組成，若維護不當常會導致水中細菌含量過高。此外，在自來水中已鑒定出2000多種有機物，其中有的是致癌的或可疑致癌的物質。為了保證正常的供水，解決生活用水中的細菌問題和有機物的凈化問題成為了關鍵問題。在樓房供水系統中采用光催化技術，不僅可以在不用氯的情況下對儲水進行殺菌凈化，抑制細菌的繁殖并且還可以把自來水中的各種有毒有機污染物進行凈化，提高飲用水的質量和口感。

2.2.2工農業廢水的處理應用

(1)工業廢水的處理

a.染料廢水的處理

近年來，在染料的脫色、降解等方面的研究日益增多，如陽離子藍X-GRRL、孔雀綠、甲基橙、汽巴克染綠、直接大紅、陽離子紅等。國外Hinda等報道了在紫外燈照射下，納米TiO2對5種染料(茜素S、藏花橙G、甲基紅、剛果紅、亞甲藍)降解的可行性做了詳細的探討，在紫外光和催化劑的共同作用下，無論是葸醌類(茜素S)、 偶氮類(藏花橙G、甲基紅、剛果紅)或是雜多芳香族類(亞甲基藍)染料都能迅速脫色，并完全礦化為CO2、SO42-、NH4+或NO3-。

b.造紙廢水的處理

1976年，John H.Garry發現TiO2光催化氧化可以使多氯聯苯全部脫Cl。中間產物沒有聯苯。有研究表明：納米TiO2光催化氧化漂白廢水可降解氯代酚等氯代芳香族化合物、用含氯漂白紙漿可形成劇毒的氯代二苯并對二惡英CDDs，TiO2/O2/UV過程對這類劇毒致癌有機物有快速降解作用。在處理含高分子木素的制漿廢水時。用納米TiO2光催化氧化處理后，濁度完全消失。自制的納米TiO2光催化處理造紙廢水有很好的效果。COD去除率可達94%，濁度和色度去除率分別為97%和98%。

c.含其他有機化合物廢水的處理

對水體質量影響較大的有毒有害有機物還包括烴類(CnHn+2)、 醛類(-CHO)、 酚類(-OH直接和苯環連接)、鹵代物、多環芳烴及雜環化合物等，近年來國內外學者對此也做了大量研究。如Raffaele等利用TiO2光催化膜，降解廢水中4-硝基苯酚、腐殖酸；另外，氯仿(CHCl3)、氯代二苯并-對二惡英、多氯代二苯并對二惡英二氯甲烷(CH2Cl2)等也有光降解報告。

(2)農業農藥廢水的處理

農業生產中施用的除草劑和殺蟲劑，只有少量附著在農作物上，其余絕大部分長時間停留于在大氣、水、土壤中，而農藥廢水則主要通過噴施農藥、地表徑流及農藥工廠的廢水排放而形成，國內外研究人員已對如敵敵畏、溴氰菊脂、馬拉硫磷、甲拌磷、2,2-二氯乙烯基二甲基磷酸脂(DDVP)等光降解效果做了研究。 Ioannis等選擇了s-三嗪類5種除草劑和有機磷類5種殺蟲劑作為TiO2光催化降解對象，采用GC(氣相色譜)、 GC-MS(氣質連用)分析，監測這10種農藥的降解及中間物的生成，指出其降解途徑與其它三嗪類或有機磷類農藥類似。

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關鍵詞：河南油田；通信管理；模式分析

對于任何一個油田企業而言，通信網絡的建立都至關重要；企業內部只有具有完善的通信網絡體系，才能及時獲得最新的科技信息，為企業的生產過程提供重要保證。在社會主義市場經濟多樣化的大背景下，社會競爭異常激烈，所以，石油企業要想在激烈的競爭者脫穎而出，就必須加大對新業務的開發，而通信信息業務則是許多企業選擇開發的重點對象。

一、河南油田通信管理模式現狀

1.河南油田的發展歷程

早在20世紀70年代，河南油田就開始了石油勘探業務的開展；從20世紀70年代到21世紀初的30年間，河南油田實現了平穩有序的發展，首先在南陽盆地發現工業油氣流，然后又成立了南陽石油勘探指揮部，在20世紀末，石油、石化兩大公司重組時劃歸中國石化集團公司；經過了近30年的發展，河南油田已經發展成為國內著名的石油開采企業。盡管發展迅速，但是與國內其他大型的石油企業相比，河南油田在許多新業務的拓展方面還做得不足，需要進一步發展。

2.河南油田的通信管理現狀

進入21世紀以來，隨著各種通信業務的涌入，南陽地區的通信市場出現了異常激烈的競爭狀態。首先，地方電信局的固定通信業務一直都是油田通信的最大競爭對手；其次，隨著中國移動和中國聯通的涌入，油田通信的數據業務也受到了較大程度的擠壓；再次，河南油田通信的內部也沒有形成完善的通信管理模式，不僅缺乏人才，而且許多管理和維修工作也做得十分不到位，等等，這些都是影響河南油田通信管理業務發展的重要因素。所以，在這樣的市場形勢下，河南油田通信要想占據有利的經濟發展優勢，就必須在通信和信息化的應用上不斷進行創新，合理分配企業內部可以利用的網絡資源，爭取以最少的資源獲取最大的經濟效益，如此，才能給企業的發展提供更加廣闊的空間。

二、河南油田完善通信管理模式的措施

在當前信息時代的大背景下，河南油田要想在通信管理業務上取得較大的進展，就必須不斷完善其通信管理模式。河南油田的通信管理模式還處于初級階段，只有打好初級階段的基礎，才能保證以后的工作能夠平穩進行。為實現通信管理模式的不斷完善，筆者認為可以從以下幾方面入手。

1.加強對人才的培養

合格的管理人才是通信管理工作能夠順利進行的關鍵，所以，河南油田應該充分地認識到人才對管理工作的重要性，并且加大對人才的培養。信息時代下的油田管理工作對人才的要求很高，工作人員不僅要懂計算機技術，而且還要了解通信業務上的相關信息，所以，為了把工作人員培養成管理工作中的專業人才，應該加大對工作人員的培訓力度。油田企業內部可以定期對技術人員開展培訓工作，尤其是對其進行今年開展的河南油田“兩化”建設中的操作技術和管理工作的培訓，建立起一支由專業技術人才組成的隊伍，如此，才能從根本上保證管理工作的正常進行。

2.重視職工對實用軟件、技術的開發

河南油田在信息化的建設過程中，要不斷提高員工的積極性。小軟件的開發所需的資金很少，所以，可以鼓勵員工進行軟件系統的研發，這樣不僅能夠為工作人員提供較好的平臺，而且在研發過程中也鍛煉了工作人員的思維。為了帶動大家的積極性，油田的相關部門也應該建立相應的獎勵機制，如果有員工設計出在生產管理中起到很大作用的項目，油田的相關部門應該給予設計者相應的物質獎勵；在進行相關通信業務的開展時，要充分結合不同的員工對通信管理模式的研究結果，促進通信管理工作的有效開展。

3.加強對通信設備的管理和維修

在日常的工作中，要保證維修人員能夠及時上崗。首先，在機房內為了防止靜電，避免靜電對半導體元件產生損害，應該加大對木質材料的引用?？梢栽诘孛嫔箱佋O地板，對墻壁進行防靜電的處理。其次工作人員應該定期對線路進行巡查，及時了解線路的運行狀況，并且做好記錄，并且每過一個周期都應該對這些數據進行分析，做到發現問題及時解決。最后，還要做好電源設備的檢修工作。工作人員應該保證蓄電池在空調機房中的正常放置，而且還要定期檢查電池組和單體的電壓，如果設備異常就應該及時做好更換工作。為了避免雷電等自然因素對電源設備的干擾，還應該做好防雷設施的安裝和接地工作，如此，才能保證通信設備的正常運作。

三、結語

綜上所述，河南油田的信息化發展在這幾年十分迅速，但是在通信管理方面還有很多不足，所以，在我國逐漸趨向信息化的大背景下，河南油田應該實事求是，腳踏實地，進保證通信管理模式的不斷完善，如此，河南油田才能在“兩化”融合的實踐中走在其他油田的前面。

參考文獻

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