信息功能材料與器件專業(yè)介紹

1、開設的主要專業(yè)課程：材料熱力學、固體材料學、器件物理、納米電子學、信息存儲與顯示、計算物理、掃描隧道顯微學、薄膜物理與技術、高等結構分析、固體電子譜與離子譜等。21 世紀是以信息產業(yè)為核心的知識經濟時代。隨著信息技術向數字化、網絡化的迅速發(fā)展，超大容量信息傳輸、超快實時信息處理和超高密度信息存儲已成為信息技術追求的目標。信息的載體正由電子向光電子結合和光子方向發(fā)展；與此相應，信息材料也從體材料發(fā)展到薄層、超薄層微結構材料，并正向光電信息功能集成芯片和有機/無機復合材料以及納米結構材料方向發(fā)展。歷史發(fā)展表明，信息功能材料是信息技術發(fā)展的基礎和先導；沒有硅材料和硅集成芯片的問世，就不會有今天微電子

2、技術；沒有光學纖維材料的發(fā)明，神化錢材料的突破，超晶格、量子阱材料的研制成功，以及半導體激光器和超高速器件的發(fā)展，就不會有今天先進的光通信、移動通信和數字化高速信息網絡技術；可以預料，基于量子效應的納米信息功能材料的發(fā)展和應用，人類必將進入一個變幻莫測、奇妙無比的量子世界，必將徹底地改變世界政治、經濟格局和軍事對抗形式，也將對人類的生產和生活方式產生深遠的影響。信息功能材料與器件是一個科學內涵極豐富、創(chuàng)新性極強、應用前景極廣闊、社會經濟效益巨大的領域，極有可能觸發(fā)新的信息技術革命。建議將下述關鍵信息功能材料與器件研發(fā)內容，列入國家中長期科學與技術發(fā)展規(guī)劃，給以重點支持，符合國家長遠利益和國家發(fā)

3、展戰(zhàn)略。(1)微納電子材料和器件：微納電子材料和器件是信息產業(yè)的基礎和核心，它的發(fā)展對帶動我國相關產業(yè)實現(xiàn)技術跨越，提升我國經濟和產業(yè)的國際競爭力，實現(xiàn)我國經濟社會的可持續(xù)發(fā)展和保障國家安全等都有著不可替代的作用。研究內容主要包括：ULSI 用 12-18 英寸硅晶片和外延材料，SOI 材料，高 K 和低 K 介質，金屬互連，框架、封裝材料以及基于納米特征尺度的超大規(guī)模集成電路設計和集成芯片制造技術等。(2)光電子材料與器件：光電子材料和器件是光通信、移動通信和高速信息網絡的基礎，它的發(fā)展和應用將極大地提高人民的生活質量，并對保障國家安全，提升我國高技術產業(yè)的國際競爭力具有至關重要作用。大直徑

4、(6-8 英寸)GaAs、InP 單晶和片材規(guī)模生產、制備技術，GaAs、InP 基為代表的 mV 族化合物半導體微結構材料、器件和集成芯片批量制造技術，硅基高效發(fā)光材料和硅基混合光電集成芯片材料與電路以及有機半導體光電子材料與器件的研發(fā)等為主要研發(fā)內容。(3)第三代(高溫寬帶隙)半導體材料與器件：以氮化錢和碳化硅等為代表的第三代半導體材料，以其優(yōu)異的物理和化學性能在國防、航空、航天、石油勘探、光存儲、顯示以及白光照明等領域有著重要應用前景，市場潛力巨大。主要研究內容包括：GaN 襯底和 GaN 基異質結構材料、器件與電路制備技術；大尺寸、無微管缺陷的 SiC 單晶和異質外延材料制備和器件開發(fā)

5、研究；單晶金剛石薄膜生長和 N 型摻雜；ZnO 基單晶、單晶薄膜制備和 P 型摻雜；大失配異質結構材料體系柔性襯底理論與制備技術等。（4）納米電（光）子材料和器件：基于量子尺寸效應、量子干涉效應，量子隧穿效應和庫侖阻效應以及非線性光學效應等的低維結構是一種人工設計、制造的新材料，是新一代量子器件的基礎。這類量子器件以其固有的超高速、超高頻（1000GHz）、高集成度（1010 電子器件/cm2）,高效低功耗和極低閾值電流（亞微安）、極高量子效率、極高增益、極高調制帶寬、極窄線寬和高的特征溫度以及微微焦耳功耗等特點在未來的納米電子學、光子學和量子計算與密碼通信等方面有著極其重要應用背景，極有可能

6、觸發(fā)新的技術革命。探索、建立高效、快速的原子級無損傷加工方法和納米結構的自組裝可控生長及其評價技術，實現(xiàn)無缺陷納米結構的生長；研制單電子器件、單光子光源、量子點激光器、探測器和量子點光放大器和自旋電子器件，探索其功能集成與應用；固態(tài)量子比特構筑及其應用等，是目前研發(fā)的主要內容。（5）海量存儲材料與器件：雖然磁記錄材料仍是目前最重要的信息存儲材料，但預計到 2006 年， 磁材料中磁記錄單元 （磁晶） 的尺寸將達到其記錄狀態(tài)的物理極限。GaN 基藍、紫光激光器件的出現(xiàn)，加快了光存儲技術的發(fā)展，然而，光存儲技術的面密度也已接近光學衍射極限；因而尋求發(fā)展基于新原理的新型海量存儲、三維光存儲材料、器件

7、與系統(tǒng)；全息存儲和近場光存儲技術以及光學燒孔和 STM 熱化學燒孔存儲技術等，已成為目前國際研發(fā)的熱點。（6）平面顯示材料、器件與系統(tǒng)集成：大屏幕、高清晰度顯示材料、器件與系統(tǒng)，如有機料、納米碳管等平面顯示，我國有一定基礎。（7）全固態(tài)激光材料和激光技術：全固態(tài)激光器是人工晶體與大功率量子阱泵浦激光器結合的產物，在全色顯示、激光加工、三維光存儲、光刻、醫(yī)療、激光核聚變、激光同位素分離、激光武器、激光制導靈巧炸彈、激光雷達等方面有著重要的應用前景，經濟和社會效益巨大。大直徑、高光學質量激光晶體，非線性光學晶體批量生產和晶片制備與高損傷閾值光學鍍膜關鍵技術；大功率半導體激光材料，特別是無鋁半導體激

8、光材料，激光器、列陣與光纖模塊批量生產技術；大功率全固態(tài)紅、藍、綠（RGB）激光器和 RGB 激光顯示技術以及基于全固態(tài)激光的高功率激光器，如激光核聚變、激光武器和激光加工等；紫外、深紫外非線性光學晶體與紫外、深紫外光刻光源等是目前國際研發(fā)的重點領域。（8）半導體照明工程照明光源的革命：上世紀 90 年代初中期，GaN 基藍、紫光料，特別是 P 型摻雜技術的突破，為全固態(tài)全色顯示和白光照明技術的迅速發(fā)展，打下了科學與技術基礎。目前，高亮度 GaN 基藍、綠光二極管（LED）已形成高技術產業(yè)，2002 年 GaN 基 LED 的世界市場已達 18 億美元，并以年 50%的速度增長，市場潛力巨大。

9、低成本、大功率、超高亮度 GaN 基藍、紫光 LED造技術的突破，將觸發(fā)照明光源的革命，受到世界各國的重視，是目前研發(fā)的重點。半導體燈不僅可以節(jié)省能源，有利于可持續(xù)發(fā)展，而且也被認為是綠色照明的首選，有利于環(huán)保。我國是近似于美國的世界第二發(fā)電大國，使用的能源的 3/4 為燃煤，造成空氣和環(huán)境的嚴重污染。2002 年我國照明用電約占我國 1.65 萬億度總發(fā)電量的 12%,約 2000 億度，相當于三峽總發(fā)電量的二倍多，照明節(jié)電的潛力很大。如果采用半導體燈”替代傳統(tǒng)光源，按節(jié)能 45%計，可少建一個三峽電站！應當看到，要實現(xiàn)這個極具挑戰(zhàn)性的、代表人類光源的又一次革命的雄偉目標，難度很大。這就需要我們從現(xiàn)在起，集中產、學、研優(yōu)勢力量，在國家的統(tǒng)一部署和領導下，協(xié)同作戰(zhàn)，攻克高質量 GaN 基異質外延材料（包括襯底材料）生長和芯片制備技術， 高