摘要本文重點對半導(dǎo)體硅材料，GaAs和InP單晶材料，半導(dǎo)體超晶格、量子阱材料，一維量子線、零維量子點半導(dǎo)體微結(jié)構(gòu)材料，寬帶隙半導(dǎo)體材料，光子晶體材料，量子比特構(gòu)建與材料等目前達到的水平和器件應(yīng)用概況及其發(fā)展趨勢作了概述。最后，提出了發(fā)展我國半導(dǎo)體材料的建議。

關(guān)鍵詞半導(dǎo)體材料量子線量子點材料光子晶體

1半導(dǎo)體材料的戰(zhàn)略地位

上世紀(jì)中葉，單晶硅和半導(dǎo)體晶體管的發(fā)明及其硅集成電路的研制成功，導(dǎo)致了電子工業(yè)革命；上世紀(jì)70年代初石英光導(dǎo)纖維材料和GaAs激光器的發(fā)明，促進了光纖通信技術(shù)迅速發(fā)展并逐步形成了高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，使人類進入了信息時代。超晶格概念的提出及其半導(dǎo)體超晶格、量子阱材料的研制成功，徹底改變了光電器件的設(shè)計思想，使半導(dǎo)體器件的設(shè)計與制造從“雜質(zhì)工程”發(fā)展到“能帶工程”。納米科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，將使人類能從原子、分子或納米尺度水平上控制、操縱和制造功能強大的新型器件與電路，必將深刻地影響著世界的政治、經(jīng)濟格局和軍事對抗的形式，徹底改變?nèi)藗兊纳罘绞健?/p>

2幾種主要半導(dǎo)體材料的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢

2.1硅材料

1980年前，我國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)已經(jīng)形成較完整的包括設(shè)備、原料、制造、工藝等方面的科研和生產(chǎn)體系，主要分布于原電子部（信息產(chǎn)業(yè)部）、中國科學(xué)院和航天部系統(tǒng)。

改革開放以來，經(jīng)過大規(guī)模引進消化和90年代的重點建設(shè)，目前我國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)已具備了一定的規(guī)模和基礎(chǔ)，包括已穩(wěn)定生產(chǎn)的7個芯片生產(chǎn)骨干廠、20多個封裝企業(yè)，幾十家具有規(guī)模的設(shè)計企業(yè)以及若干個關(guān)鍵材料及專用設(shè)備儀器制造廠組成的產(chǎn)業(yè)群體，大體集中于京津、滬蘇浙、粵閩三地。

我國歷年對半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的總投入約260億元人民幣（含126億元外資）?，F(xiàn)有集成電路生產(chǎn)技術(shù)主要來源于國外技術(shù)轉(zhuǎn)讓，其中相當(dāng)部分集成電路前道工序和封裝廠是與美、日、韓公司合資設(shè)立。其中三資企業(yè)的銷售額約占總銷售額的88%（1998年）。民營的集成電路企業(yè)開始萌芽。

設(shè)計：集成電路的設(shè)計匯集電路、器件、物理、工藝、算法、系統(tǒng)等不同技術(shù)領(lǐng)域的背景，是最尖端的技術(shù)之一。我國目前以各種形態(tài)存在的集成電路設(shè)計公司、設(shè)計中心等約80個，工程師隊伍還不足3000人。2000年，集成電路設(shè)計業(yè)銷售額超過300萬元的企業(yè)有20多家，其中超過1000萬的約10家。超過1億的4家（華大、矽科、大唐微電子和士蘭公司）?？備N售額10億元左右。年平均設(shè)計300種左右（其中不到200種形成批量）。

現(xiàn)主要利用外商提供的EDA工具，運用門陣列、標(biāo)準(zhǔn)單元，全定制等多種方法進行設(shè)計。并開始采用基于機構(gòu)級的高層次設(shè)計技術(shù)、VHDL，和可測性設(shè)計技術(shù)等先進設(shè)計方法。設(shè)計最高水平為0.25微米，700萬元件，3層金屬布線，主線設(shè)計線寬0.8-1.5微米，雙層布線。[1]目前，我國在通信類集成電路設(shè)計有一定的突破。自行設(shè)計開發(fā)的熊貓2000系列CAD軟件系統(tǒng)已開發(fā)成功并正在推廣。這個系統(tǒng)的開發(fā)成功，使我國繼美國、歐共體、日本之后，第四個成為能夠開發(fā)大型的集成電路設(shè)計軟件系統(tǒng)的國家。目前邏輯電路、數(shù)字電路100萬門左右的產(chǎn)品已可以用此設(shè)計。

前工序制造：1990年代以來，國家通過投資實施“908”、“909”工程，形成了國家控股的骨干生產(chǎn)企業(yè)。其中，中日合資、中方控股的華虹NEC（8英寸硅片，0.35-0.25微米，月投片2萬片），總投資10億美元，以18個月的國際標(biāo)準(zhǔn)速度建成，99年9月試投片，現(xiàn)已達產(chǎn)。該工程使我國芯片制造進入世界主流技術(shù)水平，增強了國內(nèi)外產(chǎn)業(yè)界對我國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)能力的信心。

1會議概況

工業(yè)激光和生物醫(yī)學(xué)光學(xué)國際學(xué)術(shù)會議于1999年10月25~27日在華中科技大學(xué)學(xué)術(shù)交流中心舉行。H.wcber教授和干福熹院士擔(dān)任大會主席，來自14個國家和地區(qū)的221位代表(境外代表46人)出席了會議。會議得到美國SPIE的支持，正式出版了會議論文集SPIE(工業(yè)激光論文集卜3862和SPIE(生物醫(yī)學(xué)光學(xué)論文集關(guān)3863.前者共收錄論文121篇，其中，國外作者論文13篇;后者共收錄論文95篇，其中國外作者論文31篇。大會特邀了世界激光和生物醫(yī)學(xué)光學(xué)領(lǐng)域的著名學(xué)者作主題報告，全體大會4個特邀報告，工業(yè)激光分會8個邀請報告，生物醫(yī)學(xué)光學(xué)分會4個邀請報告，這些特邀報告和邀請報告學(xué)術(shù)水平高，均反映了當(dāng)前國內(nèi)外研究的前沿課題。

2工業(yè)激光研究的最新熱點

在工業(yè)激光器領(lǐng)域，由于半導(dǎo)體激光器迅速發(fā)展，準(zhǔn)連續(xù)器件已達到4kw.因此，在許多應(yīng)用領(lǐng)域均有采用半導(dǎo)體激光器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的氣體激光器及固體激光器的發(fā)展趨勢。但是，由于半導(dǎo)體激光器目前光束質(zhì)量較差，作為過渡的發(fā)展階段是大量采用半導(dǎo)體激光器泵浦的固體激光器，其激光輸出功率也已達到4kw級，光束質(zhì)量獲得明顯改善。因此，在世界市場上，1998年固體激光器的銷售金額，首次超過了CO:激光器。據(jù)估計，近期激光技術(shù)的應(yīng)用在高功率激光器方面仍然會以COZ激光器和固體激光器為主。在激光應(yīng)用領(lǐng)域，除了高功率激光應(yīng)用以外，國外已經(jīng)在激光精密加工領(lǐng)域開展了深入的研究工作，如法國利用準(zhǔn)分子激光超精密打孔、劃線，精度非常高，孔徑圓整、光滑，在陶瓷如S13N;，A12O3等方面的精密處理方面已有深人的研究。本次會議涉及到準(zhǔn)分子激光應(yīng)用的文章有15篇，涉及領(lǐng)域有激光淀積超導(dǎo)薄膜，金剛石薄膜、非晶金剛石薄膜等，激光制備光柵，激光制備納米顆粒。我國大陸學(xué)者主要把準(zhǔn)分子激光用于制備薄膜，臺灣大學(xué)是用準(zhǔn)分子激光制備光柵，法國學(xué)者用激光制備納米顆粒?？梢妵庥脺?zhǔn)分子激光加工開展面比我國廣泛。從本次會議看，國外今后重點發(fā)展研究領(lǐng)域和前沿課題包括:高功率半導(dǎo)體激光器，近五年內(nèi)千瓦級器件將會實現(xiàn)實用化;半導(dǎo)體激光泵浦固體激光器，特別是盤片固體激光器近五年內(nèi)也將會突破千瓦級;半導(dǎo)體激光泵浦全固體化紫外激光器已突破3W，如果能提高一個量級，將會逐步取代紫外氣體激光器;利用準(zhǔn)分子激光對電子元器件處理作了很深入的研究，在這些方面已成為激光超精密加工應(yīng)用的重要發(fā)展方向。國內(nèi)外在激光制備薄膜方面的研究始終是一大熱點。我國半導(dǎo)體工業(yè)基礎(chǔ)差，不僅在集成電路發(fā)展方面吃了大虧，現(xiàn)在看來在光電子工業(yè)的發(fā)展方面又要重復(fù)以前的錯誤。國內(nèi)有幾個單位發(fā)展半導(dǎo)體激光器，主要側(cè)重在通訊應(yīng)用。高功率半導(dǎo)體激光器及短波長半導(dǎo)體激光器差距很大，應(yīng)予以足夠的重視。在發(fā)展高功率激光器件，包括氣體和固體與國際水平差距更大。從會上兩個非常有代表的報告可知，其一是英國He:i。t一watt大學(xué)的D.R.Hall教授報告的平板波導(dǎo)高功率激光器件.代表了當(dāng)代國際先進水平，從基本原理到結(jié)構(gòu)特性，均報告得比較詳細，內(nèi)容也很豐富。其二是德國柏林技術(shù)大學(xué)H.Webe:教授報告的激光二極管泵浦的固體激光器，特別是針對激光二極管泵浦源的特點，提出了一種新型的腔體結(jié)構(gòu)，很有特色與創(chuàng)新，在他的論文中有比較精辟的論述。此外，德國斯圖加特宇航技術(shù)物理研究所主任Willyl，.Bohn博士，介紹了他們的激光二極管泵浦圓盤型固體激光器，在一片直徑5mm，厚度不足1mm的激光介質(zhì)上，可取得500W的激光輸出。部分代表與他討論了與此有關(guān)的問題:①增益長度短為何能獲得這么高的激光輸出?②高摻雜晶體將產(chǎn)生晶格缺陷，直徑5mm，厚度不足1mm的激光介質(zhì)是如何制備出來的?③泵浦光如何進人激光介質(zhì)，怎樣實現(xiàn)均勻的泵浦?④是否可用更多的圓盤串在諧振腔光路上獲得更大的輸出?目前德國已解決了前三個問題。對于大于5kw輸出的固體激光器介質(zhì)熱畸度仍不可忽略，輸出光束質(zhì)量大大下降，還有待進一步研究解決方法。在激光與材料相互作用方面，我們的研究大多注意在諸如激光的光斑直徑、功率、照射時間、速度等參數(shù)和工藝的研究上。而對激光與材料相互作用的機理研究尚不夠，如激光照射到材料表面后，激光是如何燒蝕材料表面的，材料對激光的吸收與反射，材料表面吸熱后如何進行傳熱?對材料表面組織結(jié)構(gòu)改變及其形成機制，缺乏深人的研究。在激光與材料相互作用機理方面應(yīng)加強研究力度。對這些基礎(chǔ)研究有一定深度后，在激光加工應(yīng)用中的工藝就有了理論依據(jù)。

3生物醫(yī)學(xué)光學(xué)研究的最新熱點

本次會議還涉及到光學(xué)層析成像及光譜學(xué)的理論與模型、生物監(jiān)測的光學(xué)成像與光譜學(xué)、適用于生物醫(yī)學(xué)和臨床的相干域光學(xué)方法、生物光譜學(xué)和顯微學(xué)、激光與組織的相互作用、激光醫(yī)療等方面。以下就生物醫(yī)學(xué)光學(xué)研究的一些最新進展和熱點問題作一概述。(l)光學(xué)層析成像及光譜學(xué)技術(shù)的理論與模型。關(guān)于生物組織光學(xué)層析成像和光譜學(xué)技術(shù)的理論與建模研究一直是國際生物醫(yī)學(xué)光學(xué)的研究重點。由BrittionChanee博士主持的“Optiealtomographyandspeetroseopy:theoryandmode1s”專題會議吸引了眾多聽眾。來自各國的科學(xué)家報道了該領(lǐng)域的最新研究成果和應(yīng)用。俄羅斯valeryv.Tuchin教授報道了活組織光學(xué)特性參數(shù)控制的有關(guān)成果，其離體和在體的實驗均證明了通過使用葡萄糖、trazograph等滲透活性助劑可改變?nèi)搜垤柲?、皮膚等纖維組織的光散射特性。美國StevenIJ.Jacques教授做了《生物組織科學(xué)和工程中的光學(xué)技術(shù)》的特邀報告，J.R.M。盯ant教授介紹了生物組織中光散射的基本機理研究的進展。麻省理工學(xué)院的李興德博士報道了衍射層析成像技術(shù)的最新進展，提出了一種用于高散射介質(zhì)中擴散光子密度波快速、近場衍射層析成像的角譜算法，該算法可用于有限大小介質(zhì)，并能同時重建吸收和散射系數(shù)。賓夕法尼亞大學(xué)的張思豪博士報告了基于混濁介質(zhì)中，用動態(tài)光散射技術(shù)測量深層組織中血流的一種方法，該方法可用于深層組織中的血流動力學(xué)圖像的重建。華中科技大學(xué)的張智報道了用分形理論進行人眼角膜內(nèi)皮細胞圖像分析的初步結(jié)果。(2)生物組織的光學(xué)成像和用于生物監(jiān)測的光譜學(xué)技術(shù)。九十年代以來，美國、歐洲、日本等國都在該領(lǐng)域投人了大量的人力和資金，本次會議共有26篇論文涉及此項專題。其內(nèi)容包括組織光學(xué)成像和組織光學(xué)參數(shù)測量、光學(xué)腦功能成像、近紅外光譜術(shù)的血流動力學(xué)測量、組織超微弱發(fā)光檢測、擴散光子密度波和X射線層析成像等。

編者按：本文主要從如何選擇問題；如何做文獻綜述；如何撰寫開題報告，對研究生畢業(yè)論文開題報告進行講述。其中，主要包括：我一起縈繞于懷的，是在寫博士論文開題報告的一年多時間里，導(dǎo)師薛瀾教授反復(fù)追問的一個問題：“你的puzzle是什么？”多少次我不假思索地回答“我的問題就是，中國的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)為什么發(fā)展不起來。”薛老師問題以其特有的儲蓄，笑而不答。我在心中既惱火又懊喪：這么簡單的道理，這么明顯的答案，到底哪兒不對了、首先需要將“文獻綜述（LiteratureReview)”與“背景描述(BackupgroundDescription)”區(qū)分開來、問題清楚了，文獻綜述也做過了，開題報告便呼之欲出。事實也是如此，一個清晰的問題，往往已經(jīng)隱含著論文的基本結(jié)論；對現(xiàn)有文獻的缺點的評論，也基本暗含著改進的方向，具體材料請詳見：

一、如何選擇問題

我一起縈繞于懷的，是在寫博士論文開題報告的一年多時間里，導(dǎo)師薛瀾教授反復(fù)追問的一個問題：“你的puzzle是什么？”多少次我不假思索地回答“我的問題就是，中國的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)為什么發(fā)展不起來?！毖蠋焼栴}以其特有的儲蓄，笑而不答。我在心中既惱火又懊喪：這么簡單的道理，這么明顯的答案，到底哪兒不對了？！

奧妙就在于提出問題的“層次”。不同于政策研究報告，學(xué)術(shù)文章聚集理論層面、解決理論問題。理論是由一系列前設(shè)和術(shù)語構(gòu)造的邏輯體系。特定領(lǐng)域的理論有其特定的概念、范疇和研究范式。只有在相同的概念、視角和范式下，理論才能夠?qū)υ挘恢挥型ㄟ^對話，理論才能夠發(fā)展。極少有碩博論文是創(chuàng)造新理論的，能這樣當(dāng)然最好，但難度很大。我們多數(shù)是在既有理論的基礎(chǔ)上加以發(fā)展，因此，在提出問題時，要以“內(nèi)行”看得懂的術(shù)語和明確的邏輯來表述。審視我最初提出的問題“中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)為什么發(fā)展不起來”，這僅僅是對現(xiàn)象的探詢，而非有待求證的理論命題。我的理論命題是：“中國產(chǎn)業(yè)政策過程是精英主導(dǎo)的共識過程嗎？”在這個命題中，“政策過程”、“精英政治”、“共識訴求”三個術(shù)語勾勒出研究的理論大體范圍和視角。

其次，選擇問題是一個“剝筍”的過程。理論問題總是深深地隱藏在紛繁復(fù)雜的現(xiàn)實背后，而發(fā)現(xiàn)理論問題，則需要運用理論思維的能力。理論思維的訓(xùn)練是一個長期積累的過程。不過初學(xué)者也不必望而卻步，大體上可以分“三步走”：第一步，先劃定一個“興趣范圍”，如半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)、信息產(chǎn)業(yè)、農(nóng)村醫(yī)療、高等教育體制等，廣泛瀏覽相關(guān)的媒體報道、政府文獻和學(xué)術(shù)文章，找到其中的“癥結(jié)”或“熱點”。第二步，總結(jié)以往的研究者大體從哪些理論視角來分析“癥結(jié)”或“熱點”、運用了哪些理論工具，如公共財政的視角、社會沖突范式等。第三步，考察問題的可研究性，也就是我們自己的研究空間和研究的可行性。例如，西方的理論是否無法解釋中國的問題？或者同一個問題能否用不同的理論來解釋？或者理論本身的前提假設(shè)、邏輯推演是否存在缺陷？通過回答這些問題，我們找到自己研究的立足點。不過還要注意我們研究在規(guī)定的一到兩年時間內(nèi)，是否可能完成？資料獲取是否可行？等等。

最后，如何陳述問題？陳述問題實質(zhì)上就是凝練核心觀點的過程。觀點應(yīng)當(dāng)來自對現(xiàn)實問題的思考和總結(jié)，而不是為了套理論而“削足適履”。中國的政治、經(jīng)濟和社會發(fā)展充滿動態(tài)的、豐富的景象，如何才能用恰當(dāng)?shù)男g(shù)語、準(zhǔn)確的邏輯表述出來呢？雄心勃勃的初學(xué)者往往提出宏偉的概念或框架，但我的建議是盡可能縮小研究范圍、明確研究對象，從而理清對象的內(nèi)存邏輯，保證能在有限的時間內(nèi)完成規(guī)范的學(xué)

編者按：本文主要從如何選擇問題；如何做文獻綜述；如何撰寫開題報告對論文開題報告寫作進行講述。其中，主要包括：瞄準(zhǔn)主流、隨時整理，如對文獻進行分類，記錄文獻信息和藏書地點、問題清楚了，文獻綜述也做過了，開題報告便呼之欲出，具體材料請詳見：

一、如何選擇問題

我一直縈繞于懷的，是在寫博士論文開題報告的一年多時間里，導(dǎo)師薛瀾教授反復(fù)追問的一個問題：“你的puzzle是什么？”多少次我不假思索地回答“我的問題就是，中國的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)為什么發(fā)展不起來?！毖蠋焼栴}以其特有的儲蓄，笑而不答。我在心中既惱火又懊喪：這么簡單的道理，這么明顯的答案，到底哪兒不對了？！

奧妙就在于提出問題的“層次”。不同于政策研究報告，學(xué)術(shù)文章聚集理論層面、解決理論問題。理論是由一系列前設(shè)和術(shù)語構(gòu)造的邏輯體系。特定領(lǐng)域的理論有其特定的概念、范疇和研究范式。只有在相同的概念、視角和范式下，理論才能夠?qū)υ挘恢挥型ㄟ^對話，理論才能夠發(fā)展。極少有碩博論文是創(chuàng)造新理論的，能這樣當(dāng)然最好，但難度很大。我們多數(shù)是在既有理論的基礎(chǔ)上加以發(fā)展，因此，在提出問題時，要以“內(nèi)行”看得懂的術(shù)語和明確的邏輯來表述。審視我最初提出的問題“中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)為什么發(fā)展不起來”，這僅僅是對現(xiàn)象的探詢，而非有待求證的理論命題。我的理論命題是：“中國產(chǎn)業(yè)政策過程是精英主導(dǎo)的共識過程嗎？”在這個命題中，“政策過程”、“精英政治”、“共識訴求”三個術(shù)語勾勒出研究的理論大體范圍和視角。

其次，選擇問題是一個“剝筍”的過程。理論問題總是深深地隱藏在紛繁復(fù)雜的現(xiàn)實背后，而發(fā)現(xiàn)理論問題，則需要運用理論思維的能力。理論思維的訓(xùn)練是一個長期積累的過程。不過初學(xué)者也不必望而卻步，大體上可以分“三步走”：第一步，先劃定一個“興趣范圍”，如半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)、信息產(chǎn)業(yè)、農(nóng)村醫(yī)療、高等教育體制等，廣泛瀏覽相關(guān)的媒體報道、政府文獻和學(xué)術(shù)文章，找到其中的“癥結(jié)”或“熱點”。第二步，總結(jié)以往的研究者大體從哪些理論視角來分析“癥結(jié)”或“熱點”、運用了哪些理論工具，如公共財政的視角、社會沖突范式等。第三步，考察問題的可研究性，也就是我們自己的研究空間和研究的可行性。例如，西方的理論是否無法解釋中國的問題？或者同一個問題能否用不同的理論來解釋？或者理論本身的前提假設(shè)、邏輯推演是否存在缺陷？通過回答這些問題，我們找到自己研究的立足點。不過還要注意我們研究在規(guī)定的一到兩年時間內(nèi)，是否可能完成？資料獲取是否可行？等等。

最后，如何陳述問題？陳述問題實質(zhì)上就是凝練核心觀點的過程。觀點應(yīng)當(dāng)來自對現(xiàn)實問題的思考和總結(jié)，而不是為了套理論而“削足適履”。中國的政治、經(jīng)濟和社會發(fā)展充滿動態(tài)的、豐富的景象，如何才能用恰當(dāng)?shù)男g(shù)語、準(zhǔn)確的邏輯表述出來呢？雄心勃勃的初學(xué)者往往提出宏偉的概念或框架，但我的建議是盡可能縮小研究范圍、明確研究對象，從而理清對象的內(nèi)存邏輯，保證能在有限的時間內(nèi)完成規(guī)范的學(xué)