光電子市場(chǎng)調(diào)查報(bào)告.doc

光子學(xué)也可稱光電子學(xué)，它是研究以光子作為信息載體和能量載體的科學(xué)，主要研究光子是如何產(chǎn)生及其運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)化的規(guī)律。所謂光子技術(shù)，主要是研究光子的產(chǎn)生、傳輸、控制和探測(cè)的科學(xué)技術(shù)。光電子產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國(guó)防、科學(xué)技術(shù)、醫(yī)療衛(wèi)生、消費(fèi)等國(guó)民經(jīng)濟(jì)和人民生活等各領(lǐng)域。對(duì)于國(guó)民經(jīng)濟(jì)、科技和國(guó)防事業(yè)都具有重要的戰(zhàn)略意義。尤其是光電子晶體元器件行業(yè)屬于光電子產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)材料行業(yè)，擁有巨大的發(fā)展前景。下面介紹幾種市場(chǎng)上的激光器和光電子器件1、 液體激光器 液體激光器的工作物質(zhì)是一些有機(jī)染料溶液，如若丹明、香豆素、碳化青等，或是一些無(wú)機(jī)液體，如摻釹離子的三氯氧化磷等，也有以蒸氣狀態(tài)工作的。液體中的能帶寬，發(fā)出的激光波長(zhǎng)范圍寬達(dá)0.05m。利用如圖所示的裝置，調(diào)節(jié)光柵衍射角，只使某一波長(zhǎng)光在諧振腔縱軸方向產(chǎn)生衍射極大形成光振蕩，并最后輸出，以獲得單一波長(zhǎng)激光。因此，液體激光器輸出的波長(zhǎng)連續(xù)可調(diào)的，其輸出功率較高且穩(wěn)定，制備簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜。二氧化碳激光打標(biāo)機(jī)2、半導(dǎo)體激光器 半導(dǎo)體物理學(xué)的迅速發(fā)展及隨之而來(lái)的晶體管的發(fā)明，使科學(xué)家們?cè)缭?0年代就設(shè)想發(fā)明半導(dǎo)體激光器，60年代早期，很多小組競(jìng)相進(jìn)行這方面的研究。在理論分析方面，以莫斯科列別捷夫物理研究所的尼古拉巴索夫的工作最為杰出。足夠可靠的半導(dǎo)體激光器則直到70年代中期才出現(xiàn)。半導(dǎo)體激光器體積非常小，最小的只有米粒那樣大。工作波長(zhǎng)依賴于激光材料，一般為0.61.55微米，由于多種應(yīng)用的需要，更短波長(zhǎng)的器件在發(fā)展中。據(jù)報(bào)道，以價(jià)元素的化合物，如ZnSe為工作物質(zhì)的激光器，低溫下已得到0.46微米的輸出，而波長(zhǎng)0.500.51微米的室溫連續(xù)器件輸出功率已達(dá)10毫瓦以上。但迄今尚未實(shí)現(xiàn)商品化。 3、氣體激光器氣體激光器是應(yīng)用最廣泛的一種激光器，氣體激光器一般采用電激勵(lì)源，常使用在連續(xù)工作方式上。常見(jiàn)的氣體激光器有氦氖激光器，CO2激光器等。氣體激光器效率較高，能以脈沖和連續(xù)兩種方式工作，常用于精密測(cè)量、全息照相等領(lǐng)域。4、固體激光器（紅寶石激光器）固體激光器一般采用光激勵(lì)源。工作物質(zhì)多為摻有雜質(zhì)元素的晶體或玻璃。最常見(jiàn)的固體激光器有紅寶石激光器、釹玻璃激光器、摻釹釔鋁石榴石激光器等，固體激光器輸出能量高，小而堅(jiān)固，在激光設(shè)備、激光武器等方面有重要應(yīng)用能量高，輸出功率大，但工作物質(zhì)種類較少，而且單色性差。正向結(jié)光電子器件在正向大偏置下半導(dǎo)體PN結(jié)結(jié)區(qū)附近將注入大量非平衡載流子，利用復(fù)合發(fā)光效應(yīng)可制成各種顏色發(fā)光二極管。電子儀表上普遍使用的紅、綠色半導(dǎo)體指示燈、數(shù)碼管，就是用GaAsP、GaP、AlGaAs等材料制成的。固態(tài)發(fā)光管功耗低、體積小、壽命長(zhǎng)，已逐步取代真空管。用GaAs制成的發(fā)光管，發(fā)光效率很高，發(fā)射波長(zhǎng)約9000埃，屬人眼不靈敏的近紅外波段，廣泛用作光電控制和早期光通信的光源。第一只半導(dǎo)體激光器就是用高摻雜GaAs的PN結(jié)制成的，雖然現(xiàn)代半導(dǎo)體激光器已被異質(zhì)結(jié)器件所取代，但基本上仍屬正向結(jié)結(jié)構(gòu)。 反向結(jié)光電子器件PN結(jié)中由于兩側(cè)電荷的轉(zhuǎn)移在結(jié)區(qū)建立很強(qiáng)的內(nèi)場(chǎng)（達(dá)104伏/厘米以上），導(dǎo)致能帶彎曲，形成PN結(jié)勢(shì)壘。光生載流子一旦擴(kuò)散入結(jié)區(qū)即被內(nèi)場(chǎng)掃向兩側(cè)構(gòu)成光生電流。硅光電池和光敏二極管就是利用反向結(jié)特性工作的器件。硅光電池作為太陽(yáng)能電源在人造衛(wèi)星上已得到應(yīng)用，中國(guó)“東方紅”2號(hào)人造衛(wèi)星就使用了硅光電池。目前硅光電池能量轉(zhuǎn)換效率已接近15%的理論值。光敏二極管是廣泛使用的光檢測(cè)器件，為了提高量子效率和響應(yīng)速度，必須盡量擴(kuò)大耗盡區(qū)（即電場(chǎng)區(qū)），因此實(shí)用的半導(dǎo)體光電二極管都施加反向偏置，量子效率可達(dá)到80%以上，響應(yīng)時(shí)間可小于納秒，光纖通信系統(tǒng)使用的Si-PIN檢測(cè)器就是典型的一種。 如果施加足夠大的反向偏置，光生載流子在結(jié)附近某區(qū)域的強(qiáng)電場(chǎng)下加速，其能量可達(dá)到引起晶格碰撞電離的閾值。這種電離過(guò)程呈雪崩式鏈鎖反應(yīng)，因而可得到內(nèi)部增益。利用這種過(guò)程可制出快速靈敏的光檢測(cè)器，稱半導(dǎo)體雪崩光電二極管(APD)。它在長(zhǎng)距離、大容量光纖通信系統(tǒng)中得到應(yīng)用。 異質(zhì)結(jié)光電子器件60年代以來(lái)，半導(dǎo)體外延生長(zhǎng)技術(shù)迅速發(fā)展。利用外延生長(zhǎng)技術(shù)可以把不同半導(dǎo)體單晶薄膜控制生長(zhǎng)在一起，形成異質(zhì)結(jié)或異質(zhì)結(jié)構(gòu)。適當(dāng)選擇異質(zhì)結(jié)構(gòu)可以獲得一些新的電學(xué)特性，如單向注入特性、載流子定域限制效應(yīng)、負(fù)電子親和勢(shì)等，在光學(xué)上具有窗口效應(yīng)、光波導(dǎo)特性等。異質(zhì)結(jié)的新特性不僅使原有的光電子器件性能得到很大改善，同時(shí)還借以研制成許多新功能器件（如量子阱激光器、雙穩(wěn)態(tài)光器件等）。雙異質(zhì)結(jié)激光器的發(fā)明是異質(zhì)結(jié)研究方面的一個(gè)重大成就。采用異質(zhì)結(jié)構(gòu)以后，激光器有源區(qū)可精確控制在 0.1微米量級(jí)。把注入載流子和光都局限在這個(gè)薄層中，使激光器閾值電流密度降低23個(gè)量級(jí)，達(dá)到103安/厘米2以下，從而實(shí)現(xiàn)低功耗（毫瓦），長(zhǎng)命壽（外推百萬(wàn)小時(shí)）、室溫連續(xù)波工作等目的。異質(zhì)結(jié)在光電子學(xué)中的另一成就是70年代出現(xiàn)的半導(dǎo)體光陰極。以前采用的光陰極材料屬正電子親和勢(shì)材料 (如Cs3Sb-CsO等），量子產(chǎn)額很低，且基本上由熱電子弛豫時(shí)間決定（10-12秒量級(jí)）。利用半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)（如GaAs、InGaAsPCsO等）負(fù)電子親和勢(shì)，使量子產(chǎn)額提高3個(gè)數(shù)量級(jí)以上，量子產(chǎn)額由非平衡載流子壽命（10-8秒量級(jí)）決定；適當(dāng)選擇材料可使響應(yīng)波長(zhǎng)擴(kuò)展到紅外波段。這類負(fù)電子親和勢(shì)光陰極特別適用于軍事夜視。利用異質(zhì)結(jié)窗口效應(yīng)改善了太陽(yáng)電池的能量轉(zhuǎn)換效率。與硅光電池的理論極限相比，能量轉(zhuǎn)換效率得到成倍提高。在研制成的20種以上異質(zhì)結(jié)光電池中轉(zhuǎn)換效率最高的是AlGaAs/GaAs,達(dá)到23%。異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池雖成本較高，但適用于特殊用途（如空間應(yīng)用）。多結(jié)光電子器件根據(jù)器件功能設(shè)計(jì)的需要，可以連續(xù)生長(zhǎng)兩個(gè)以上多層異質(zhì)結(jié)。這種多結(jié)光電子器件可以是二端工作的，也可以是三端或多端的。AlGaAs/GaAsPNPN負(fù)阻激光器就是一種多結(jié)二端器件，它是將普通的PNPN閘流管和雙異質(zhì)激光器組合成一體的復(fù)合功能器件。為了兼顧電學(xué)上的全導(dǎo)通和激光器低閾值要求，通常制成NpPpnP結(jié)構(gòu)。其中大寫字母表示寬帶隙材料，小寫字母表示窄帶隙材料。這種負(fù)阻激光器適用于光電自動(dòng)控制方面。 【光晶體管是一種多層雙結(jié)三端器件，它也是一種有內(nèi)部電流增益的光電探測(cè)器。它不受碰撞電離噪聲的限制，因此在長(zhǎng)波長(zhǎng)低噪聲探測(cè)器應(yīng)用方面可與半導(dǎo)體雪崩光電二極管相媲美。 最典型的多結(jié)器件是量子阱激光器。量子阱激光器的有源區(qū)由多層超晶格材料構(gòu)成，在超晶格結(jié)構(gòu)中窄帶隙材料形成極薄二維電子（或空穴，或二者兼有）勢(shì)阱，導(dǎo)帶中的準(zhǔn)連續(xù)的電子態(tài)變成量子化，電子空穴的復(fù)合發(fā)光發(fā)生在這些量子化的分立狀態(tài)之間，所以能在相當(dāng)程度上克服半導(dǎo)體激光器能帶工作的弱點(diǎn)。譜線變窄，溫度系數(shù)變小，而且還可以通過(guò)注入電流密度的改變，對(duì)發(fā)射波長(zhǎng)進(jìn)行調(diào)諧。它將擴(kuò)展半導(dǎo)體激光器的應(yīng)用領(lǐng)域。 雖然光電產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景廣闊但是仍存在不利因素， （1）對(duì)下游行業(yè)的依賴光電子晶體材料是光電子產(chǎn)業(yè)的上游，產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于材料加工、美容醫(yī)療和軍事科研以及半導(dǎo)體照明等領(lǐng)域。光電子晶體材料行業(yè)的發(fā)展依賴下游應(yīng)用行業(yè)的不斷發(fā)展，如下游應(yīng)用行業(yè)萎縮，產(chǎn)品需求下降，將對(duì)光電子晶體材料行業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)帶來(lái)一定的不利影響。（2）研發(fā)技術(shù)要求不斷提高光電子晶體材料行業(yè)屬于技術(shù)密集型行業(yè)，技術(shù)實(shí)力和研發(fā)能力是光電子晶體材料企業(yè)維持較高利潤(rùn)率的保證。隨著光電子下游應(yīng)用行業(yè)迅速發(fā)展，技術(shù)進(jìn)步日新月異，客戶要求不斷提高，產(chǎn)品需求呈現(xiàn)專業(yè)化趨勢(shì)，企業(yè)必須時(shí)刻重視生產(chǎn)工藝的改進(jìn)和產(chǎn)品性能的提高，以滿足持續(xù)變化的市場(chǎng)需求。1、技術(shù)壁壘光電子晶體材料及元器件的生產(chǎn)由晶體生長(zhǎng)、晶體切割、晶體拋光、晶體鍵合、晶體鍍膜及產(chǎn)品檢測(cè)等多項(xiàng)復(fù)雜工藝環(huán)節(jié)構(gòu)成，每個(gè)環(huán)節(jié)均有較高的技術(shù)含量，任何一個(gè)環(huán)節(jié)的技術(shù)缺失都會(huì)影響光電子晶體元器件的質(zhì)量，存在較高的技術(shù)壁壘。以晶體元器件生產(chǎn)最關(guān)鍵的晶體生長(zhǎng)環(huán)節(jié)為例，晶體生長(zhǎng)包括原、輔材料的制備、晶體生長(zhǎng)機(jī)理、晶體生長(zhǎng)控制和晶體表征等諸多方面，體現(xiàn)了材料科學(xué)、凝聚態(tài)物理和固體化學(xué)等多學(xué)科交叉的特點(diǎn)。人工晶體類別較多，生長(zhǎng)狀態(tài)和條件差異較大，加上下游應(yīng)用對(duì)于晶體質(zhì)量的高品質(zhì)要求，使人工合成晶體方法和技術(shù)具有多樣性，生長(zhǎng)條件和設(shè)備具有復(fù)雜性。一種晶體采用何種生長(zhǎng)技術(shù)、生長(zhǎng)條件如何控制、相關(guān)生長(zhǎng)設(shè)備如何選擇，大規(guī)模批量生產(chǎn)后如何保持成品率的穩(wěn)定等，都成為影響后續(xù)加工環(huán)節(jié)乃至最終元器件質(zhì)量的重要因素。因此，光電子晶體材料及元器件的生產(chǎn)具有很高的技術(shù)含量，新進(jìn)入者在短時(shí)間內(nèi)很難掌握光電子晶體材料及元器件生產(chǎn)的相關(guān)技術(shù)，即便是采取引進(jìn)技術(shù)的方式，對(duì)技術(shù)的消化、吸收及創(chuàng)新也會(huì)消耗較多的人力物力，從而形成一定的技術(shù)壁壘。4、人才壁壘光電子晶體材料行業(yè)是當(dāng)今科學(xué)技術(shù)的前沿，需要配備晶體結(jié)構(gòu)、物理化學(xué)、電子學(xué)、光學(xué)、激光等多學(xué)科的高級(jí)專門人才，以及眾多掌握晶體生長(zhǎng)、拋光、鍵合、鍍膜工藝的高素質(zhì)技術(shù)人才。人才的培育需要較長(zhǎng)的周期，這給新進(jìn)入本行業(yè)者構(gòu)成了較高的人才壁壘。（1）拓展晶體生長(zhǎng)方法，改進(jìn)晶體生長(zhǎng)設(shè)備、提高生長(zhǎng)技術(shù)和生長(zhǎng)工藝，持續(xù)開(kāi)發(fā)出尺寸更大、內(nèi)部質(zhì)量更優(yōu)、光學(xué)均勻性更高的激光晶體、線性光學(xué)晶體、閃爍晶體材料；提升大尺寸、高光學(xué)質(zhì)量元器件的加工及檢測(cè)技術(shù)，以滿足固體激光器向高功率、高光束質(zhì)量、高可靠性、長(zhǎng)壽命發(fā)展的需求以及線性光學(xué)晶體、閃爍晶體高端應(yīng)用的需求。同時(shí)降低晶體生長(zhǎng)的成本，以滿足更多領(lǐng)域?qū)怆娮泳w材料的需求。（2）不斷開(kāi)