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關鍵詞：半導體制冷技術； 小型恒溫箱； 應用
1.國內外研究概況
就我國而言，對于半導體制冷技術的研究最早開始于上世紀50年代末60年代初，愛60年代中期，我國的半導體材料研究取得了一定程度的進步，所研究的半導體材料的性能已經能夠與國際水平相符合。然后，從上世紀60年代末期開始到80年代初期，這段時間是我國半導體制冷片技術發展的關鍵時期，在這這一時期之內，我國的半導體制冷技術研究取得了關鍵性的突破，主要表現在兩個方面：一方面，半導體制冷材料的優值系數得到了一定程度上的提高；另一方面，就半導體制冷技術的應用方面而言，其應用層次更深，應用范圍也更為廣泛。
2.工作原理分析
在半導體制冷技術當中，有一個核心材料，即半導體制冷片，它又被稱作為熱點制冷片。其優點主要表現為半導體制冷片之中不含有滑動部件，且無制冷劑污染的場合。但是也存在著一定程度上的缺陷，主要表現為應用在一些空間會受到相應的限制。一般情況下，半導體制冷片的工作運轉主要是通過直流電流為其進行供電，因此，它可以達到制冷以及加熱的雙重效果，而這一效果的主要是通過對直流電流的極性進行一定程度上的改變來進行有效實現的。對于一個單片制冷片而言，它主要是由兩片陶瓷片組成，在陶瓷片的中間存在著相應的N型與P型的半導體材料。半導體制冷片之所以能夠有效的運行，主要是通過以下的原理實現的：將一塊N型半導體材料與一塊P型半導體材料進行一定程度上的聯結，這樣一來，就形成了電偶對，當有直流電在這一電路中進行流通時，就會發生一定程度上的能量轉移，電流從N型半導體材料流入到P型半導體材料的接頭，并對熱量進行一定程度的吸收，成為冷端；而當電流從P型半導體材料流入到N型半導體材料的接頭并釋放能量，就形成了熱端。
3.原理方案設計及工藝流程
半導體制冷不需要制冷劑，所以不需要考慮破話壞臭氧層問題；由于沒有運動構件，噪音非常小而且體積也很小。由于這兩方面的突出優點，我們這里利用了半導體芯片，熱交換器、隔熱箱、風扇安裝了小型恒溫箱。
①芯片安裝：芯片安裝對一塊半導體芯片進行一定程度上的使用；為了對冷熱端斷路進行有效的防止，在芯片的通過運用隔熱板來達到隔熱效果；散熱板的安裝。
②電路接線：芯片接線與風機采用并聯形式，由電源直接進行一定程度的供電。除此之外，對無級調節電壓進行了有效運用，這樣一來，就可以根據溫度的變化來對電壓的高低進行一定程度的調節。
③外殼安裝：外殼主要使用泡沫封裝，只留封口和引線位置。尺寸是200mmX150mmX150mm3、用保溫棉保溫，同時在機箱外殼之上對散熱裝置進行了有效的設置。
4.半導體制冷系統的功能及特點分析
將半導體制冷技術應用于小型恒溫箱之中，形成了一種新型的空調系統，較之于傳統的功能系統，這種新型空調系統表現出較大的優越性，其特點主要表現在如下幾個方面：
（1）在這一制冷系統當中，不再需要任何制冷劑，且當系統處于運行狀態之中，具有較強的連續性。同時，正是不需要任何制冷劑，使得這一系統沒有污染源、沒有相應的旋轉部件，這樣一來，就不會產生回轉效應，進而對減震抗噪的效果起到一定的促進作用。除此之外，這種制冷系統使用壽命較長，且安裝過程簡單方便。
（2）這一新型制冷系統中有效運用了半導體制冷片，因此能夠對制冷與加熱兩種效果進行有效的實現。根據相關實踐表明，這一系統的制冷效率一般不高，但在制熱方面，系統發揮出十分高的效率，永遠大于1.因此，只需要對一個片件進行有效的使用，就能夠對分立的加熱系統以及制冷系統進行一定程度上的替代。
（3）半導體制冷片是電流換能型片件，通過對輸入電流進行一定程度上的控制，就可以對溫度進行有效的控制，且這種控制能夠達到高精度的要求。除此之外，再加之溫度的檢測與控制手段，就能夠進一步對遙控、程控以及計算機控制進行有效的實現。這樣一來，這一系統的自動化程度也得到了較大程度上的提升。
（4）對于半導體制冷片而言，它具有相對較小的熱慣性，因此制冷系統的制冷、制熱時間相對較快，在熱端散熱良好冷端空載的情況下，通電不到一分鐘，制冷片就能達到最大溫差。
（5）一般情況下，對于單個制冷元件而言，它難以發揮出很大的功率，但如果將之進行一定程度上的組合，使其成為一個電堆，用同類型的電堆串、并聯的方法組合成制冷系統的話，就可以對其系統進行有效的擴大。正是因為這一原因，制冷系統的功率的范圍非常大，既能是幾毫瓦，也能是上萬瓦。
5.結束語
本文主要針對半導體制冷技術在小型恒溫箱的應用進行研究與分析。首先對國內外的研究狀況進行了一定程度上的介紹，然后在此基礎之上闡述了制冷系統的工作原理。最后重點分析了半導體制冷系統的功能及特點。希望我們的研究能夠給讀者提供參考并帶來幫助。
參考文獻：
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【關鍵詞】有機電子器件 光探測器 光敏二極管 光敏晶體管
1 引言
隨著科技的不斷發展，大面積、低成本、柔性、輕巧便攜成為人們對新一代電子器件的追求目標。π共軛有機小分子半導體和聚合物半導體由于可利用低成本高效率的印刷方式制備大面積柔性器件，目前已成為研究的熱門材料。通過分子結構的設計，材料的光電性質也會隨之改變，這也使得有機發光二極管（OLEDs），有機場效應晶體管（OFETs），有機光伏器件（OPVs），有機記憶存儲器及有機傳感器得到了很大的發展。
光探測是有機半導體材料的重大的應用之一。有機半導體的種類繁多，通過分子結構設計可以實現從紫外到近紅外的全波段光的吸收或者特定波段光的吸收。有機半導體可低溫制備的特性使得大面積柔性光電系統的發展成為可能。本文主要介紹了光敏二極管和光敏晶體管這兩類光敏器件的研究現狀，并通過對這兩類光敏器件的研究和歸納展望光電系統的未來發展。
2 光敏二極管
2.1 可見光探測器
可見光范圍的有機光探測器的研究在上個世紀90年代已有一些初期的報道，從那以后，越來越多的研究成功的制備出涵蓋整個可見光范圍的有機光探測器。無論是基于有機小分子還是聚合物，大部分器件都是建立在Donor/Acceptor （D/A）異質結的基礎之上。對于有機小分子半導體器件而言，分子束沉積技術使得分子的納米結構和形貌得到了良好的控制。較為復雜的是采用溶液法制備的光敏器件，其異質結的形貌很難在納米尺度上進行控制，且相容性較好的D/A對的選擇也起著關鍵的作用。其中為人熟知的溶液法制備的聚3-己基噻吩（P3HT）/富勒烯衍生物（PC61BM）異質結對，具有較寬的光譜吸收范圍（從400nm到600nm），較高的載流子遷移率，其外量子效率（EQE）能達到70%。另外，有研究報道PC61BM的類似物PC71BM在可見光范圍內具備更寬的光吸收。除此之外，新興的導電高分子如聚芴的衍生物及其共聚化合物也可成為供體（D）或者受體（A）的替代材料。與藍綠光的探測器相比，針對紅光的光敏二極管的研究相對較少。這是由于對紅光敏感的材料往往能帶間隙比較小，其合成比較困難，其溶解性和穩定性較差。另外，由于能級間隙變小，要想找到能級匹配的D/A組合就變得更加困難。盡管如此，基于紅光-近紅外探測的器件在應用上仍然得到了較大的發展，比如在光通訊領域，遠程控制，環境控制或者生物醫療領域。
2.2 全波段光探測器
由于半導體材料對太陽光的吸收性能是提高太陽能電池效率的關鍵因素，因此隨著對光伏器件研究的加深，基于半導體材料光吸收性能的光敏二極管也得到了大力的發展。就聚合物而言，通過稠雜環的聚合反應可以得到能帶間隙較窄的導電聚合物，用于制備全波段的光探測器。2007年，Yang課題組采用酯基改性的聚噻吩（PTT）與PC61BM形成異質結光敏探測器能探測900nm的光（800nm波長時EQE值達到40%）。用類似的方法，Gong等人使用窄帶隙的聚合物PDDTT與PC61BM混合形成異質結制備出能探測300nm到1450nm的全波段光探測器（900nm波長時EQE值達到30%）。對于小分子而言，卟啉類小分子化合物在長波長范圍內有良好的吸收特性。最近報道的采用溶液法制備的卟啉陣列光敏探測器，其中卟啉單元呈帶狀排列，器件的EQE值在1400nm波長時達到了10%。這樣的光敏器件的制備一般需要找到能級匹配的D/A對，混合制備形成異質結。除此之外，若要實現對近紅外部分的光探測一般需要引入雜化體系，如有機小分子與聚合物混合，或者有機材料與無機材料混合。2009年Arnold等人將碳納米管與C60混合制備出了性能優異的光敏探測器，半導體性的碳納米管受光照射激發產生的電子-空穴對在碳納米管與C60的界面處被離解，增加了載流子密度，使光電流明顯增大。在制備過程中，使用共軛聚合物（P3HT或者PPV）包裹碳納米管增加其溶解性，使碳納米管之間能相互分離，并在薄膜上均勻的分布。碳納米管的直徑的高度分散性使器件實現了寬范圍的光吸收（從400nm到1600nm）。
除此之外，選擇性光探測器是采用本身對光具有選擇性吸收的半導體材料作為活性層制備而成，其中紫外光探測是光敏探測研究的一大重點，被廣泛用于科學，商業和軍事領域。但是由于紫外光能量較高，對有機半導體材料有破壞作用，因此對紫外探測器件的穩定性考量是器件制備過程中十分重要的一步。
3 有機光敏晶體管
起初，基于共軛有機小分子和聚合物半導體的光敏晶體管的報道并沒有引起太大的關注，因為與無機光敏晶體管相比，這些有機晶體管的R值小，光敏開關比Ilight/Idark低，載流子遷移率也比較低。隨后，Noh等人制備的基于BPTT半導體的改進型的光敏晶體管的開關比能達到無定型硅基光敏晶體管的100倍，這成為對有機光敏晶體管進行深入的研究與發展的開端。有機光敏晶體管常用的小分子材料有并五苯、酞菁銅等。采用并五苯與酞菁銅作為活性材料的光敏晶體管器件其R值分別是10-50A/W和1.5-2.4A/W。除了小分子有機光敏晶體管外，利用聚合物半導體作為活性層有望制備全有機的柔性光敏晶體管。Narayan等人采用P3OT作為半導體，PVA作為絕緣層制備的柔性器件，其在1μW時光敏開關比達到100倍，遠高于傳統的兩端二極管器件。另外，D/A異質結也被引入用于光敏晶體管的制備。通常是將兩種能級匹配的半導體材料混合作為晶體管的活性材料部分，由于晶體管的第三端作用往往會使光電流大大增加，使光敏晶體管器件的性能更好。
4 結論
有機光信號探測器作為一種極具成本效益的電子器件，可用于短范圍內的數據傳輸，數碼成像和傳感等。它的優點是易調控，可集成和可實現對光波段的選擇性。簡單的制備方式，大量的有機半導體的材料儲備，較高的量子產率和光響應速度使得有機光信號探測器具備廣泛的應用前景。
關鍵詞半導體材料量子線量子點材料光子晶體
1半導體材料的戰略地位
上世紀中葉，單晶硅和半導體晶體管的發明及其硅集成電路的研制成功，導致了電子工業革命；上世紀70年代初石英光導纖維材料和GaAs激光器的發明，促進了光纖通信技術迅速發展并逐步形成了高新技術產業，使人類進入了信息時代。超晶格概念的提出及其半導體超晶格、量子阱材料的研制成功，徹底改變了光電器件的設計思想，使半導體器件的設計與制造從“雜質工程”發展到“能帶工程”。納米科學技術的發展和應用，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、經濟格局和軍事對抗的形式，徹底改變人們的生活方式。
2幾種主要半導體材料的發展現狀與趨勢
2.1硅材料
從提高硅集成電路成品率，降低成本看，增大直拉硅（CZ－Si）單晶的直徑和減小微缺陷的密度仍是今后CZ－Si發展的總趨勢。目前直徑為8英寸（200mm）的Si單晶已實現大規模工業生產，基于直徑為12英寸（300mm）硅片的集成電路（IC‘s）技術正處在由實驗室向工業生產轉變中。目前300mm，0.18μm工藝的硅ULSI生產線已經投入生產，300mm，0.13μm工藝生產線也將在2003年完成評估。18英寸重達414公斤的硅單晶和18英寸的硅園片已在實驗室研制成功，直徑27英寸硅單晶研制也正在積極籌劃中。
從進一步提高硅IC‘S的速度和集成度看，研制適合于硅深亞微米乃至納米工藝所需的大直徑硅外延片會成為硅材料發展的主流。另外，SOI材料，包括智能剝離（Smartcut）和SIMOX材料等也發展很快。目前，直徑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開發中。
理論分析指出30nm左右將是硅MOS集成電路線寬的“極限”尺寸。這不僅是指量子尺寸效應對現有器件特性影響所帶來的物理限制和光刻技術的限制問題，更重要的是將受硅、SiO2自身性質的限制。盡管人們正在積極尋找高K介電絕緣材料（如用Si3N4等來替代SiO2），低K介電互連材料，用Cu代替Al引線以及采用系統集成芯片技術等來提高ULSI的集成度、運算速度和功能，但硅將最終難以滿足人類不斷的對更大信息量需求。為此，人們除尋求基于全新原理的量子計算和DNA生物計算等之外，還把目光放在以GaAs、InP為基的化合物半導體材料，特別是二維超晶格、量子阱，一維量子線與零維量子點材料和可與硅平面工藝兼容GeSi合金材料等，這也是目前半導體材料研發的重點。
2.2GaAs和InP單晶材料
GaAs和InP與硅不同，它們都是直接帶隙材料，具有電子飽和漂移速度高，耐高溫，抗輻照等特點；在超高速、超高頻、低功耗、低噪音器件和電路，特別在光電子器件和光電集成方面占有獨特的優勢。
目前，世界GaAs單晶的總年產量已超過200噸，其中以低位錯密度的垂直梯度凝固法（VGF）和水平（HB）方法生長的2－3英寸的導電GaAs襯底材料為主；近年來，為滿足高速移動通信的迫切需求，大直徑（4，6和8英寸）的SI－GaAs發展很快。美國莫托羅拉公司正在籌建6英寸的SI－GaAs集成電路生產線。InP具有比GaAs更優越的高頻性能，發展的速度更快，但研制直徑3英寸以上大直徑的InP單晶的關鍵技術尚未完全突破，價格居高不下。
GaAs和InP單晶的發展趨勢是：
（1）。增大晶體直徑，目前4英寸的SI－GaAs已用于生產，預計本世紀初的頭幾年直徑為6英寸的SI－GaAs也將投入工業應用。
（2）。提高材料的電學和光學微區均勻性。
（3）。降低單晶的缺陷密度，特別是位錯。
（4）。GaAs和InP單晶的VGF生長技術發展很快，很有可能成為主流技術。
2.3半導體超晶格、量子阱材料
半導體超薄層微結構材料是基于先進生長技術（MBE，MOCVD）的新一代人工構造材料。它以全新的概念改變著光電子和微電子器件的設計思想，出現了“電學和光學特性可剪裁”為特征的新范疇，是新一代固態量子器件的基礎材料。
（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基晶格匹配和應變補償材料體系已發展得相當成熟，已成功地用來制造超高速，超高頻微電子器件和單片集成電路。高電子遷移率晶體管（HEMT），贗配高電子遷移率晶體管（P－HEMT）器件最好水平已達fmax=600GHz，輸出功率58mW，功率增益6.4db；雙異質結雙極晶體管（HBT）的最高頻率fmax也已高達500GHz，HEMT邏輯電路研制也發展很快。基于上述材料體系的光通信用1.3μm和1.5μm的量子阱激光器和探測器，紅、黃、橙光發光二極管和紅光激光器以及大功率半導體量子阱激光器已商品化；表面光發射器件和光雙穩器件等也已達到或接近達到實用化水平。目前，研制高質量的1.5μm分布反饋（DFB）激光器和電吸收（EA）調制器單片集成InP基多量子阱材料和超高速驅動電路所需的低維結構材料是解決光纖通信瓶頸問題的關鍵，在實驗室西門子公司已完成了80×40Gbps傳輸40km的實驗。另外，用于制造準連續兆瓦級大功率激光陣列的高質量量子阱材料也受到人們的重視。
雖然常規量子阱結構端面發射激光器是目前光電子領域占統治地位的有源器件，但由于其有源區極薄（～0.01μm）端面光電災變損傷，大電流電熱燒毀和光束質量差一直是此類激光器的性能改善和功率提高的難題。采用多有源區量子級聯耦合是解決此難題的有效途徑之一。我國早在1999年，就研制成功980nmInGaAs帶間量子級聯激光器，輸出功率達5W以上；2000年初，法國湯姆遜公司又報道了單個激光器準連續輸出功率超過10瓦好結果。最近，我國的科研工作者又提出并開展了多有源區縱向光耦合垂直腔面發射激光器研究，這是一種具有高增益、極低閾值、高功率和高光束質量的新型激光器，在未來光通信、光互聯與光電信息處理方面有著良好的應用前景。
為克服PN結半導體激光器的能隙對激光器波長范圍的限制，1994年美國貝爾實驗室發明了基于量子阱內子帶躍遷和阱間共振隧穿的量子級聯激光器，突破了半導體能隙對波長的限制。自從1994年InGaAs／InAIAs／InP量子級聯激光器（QCLs）發明以來，Bell實驗室等的科學家，在過去的7年多的時間里，QCLs在向大功率、高溫和單膜工作等研究方面取得了顯著的進展。2001年瑞士Neuchatel大學的科學家采用雙聲子共振和三量子阱有源區結構使波長為9.1μm的QCLs的工作溫度高達312K，連續輸出功率3mW.量子級聯激光器的工作波長已覆蓋近紅外到遠紅外波段（3－87μm），并在光通信、超高分辨光譜、超高靈敏氣體傳感器、高速調制器和無線光學連接等方面顯示出重要的應用前景。中科院上海微系統和信息技術研究所于1999年研制成功120K5μm和250K8μm的量子級聯激光器；中科院半導體研究所于2000年又研制成功3.7μm室溫準連續應變補償量子級聯激光器，使我國成為能研制這類高質量激光器材料為數不多的幾個國家之一。
目前，Ⅲ－V族超晶格、量子阱材料作為超薄層微結構材料發展的主流方向，正從直徑3英寸向4英寸過渡；生產型的MBE和M0CVD設備已研制成功并投入使用，每臺年生產能力可高達3.75×104片4英寸或1.5×104片6英寸。英國卡迪夫的MOCVD中心，法國的PicogigaMBE基地，美國的QED公司，Motorola公司，日本的富士通，NTT，索尼等都有這種外延材料出售。生產型MBE和MOCVD設備的成熟與應用，必然促進襯底材料設備和材料評價技術的發展。
（2）硅基應變異質結構材料。
硅基光、電器件集成一直是人們所追求的目標。但由于硅是間接帶隙，如何提高硅基材料發光效率就成為一個亟待解決的問題。雖經多年研究，但進展緩慢。人們目前正致力于探索硅基納米材料（納米Si／SiO2），硅基SiGeC體系的Si1－yCy/Si1－xGex低維結構，Ge／Si量子點和量子點超晶格材料，Si／SiC量子點材料，GaN／BP／Si以及GaN／Si材料。最近，在GaN／Si上成功地研制出LED發光器件和有關納米硅的受激放大現象的報道，使人們看到了一線希望。
另一方面，GeSi／Si應變層超晶格材料，因其在新一代移動通信上的重要應用前景，而成為目前硅基材料研究的主流。Si/GeSiMODFET和MOSFET的最高截止頻率已達200GHz，HBT最高振蕩頻率為160GHz，噪音在10GHz下為0.9db，其性能可與GaAs器件相媲美。
盡管GaAs／Si和InP／Si是實現光電子集成理想的材料體系，但由于晶格失配和熱膨脹系數等不同造成的高密度失配位錯而導致器件性能退化和失效，防礙著它的使用化。最近，Motolora等公司宣稱，他們在12英寸的硅襯底上，用鈦酸鍶作協變層（柔性層），成功的生長了器件級的GaAs外延薄膜，取得了突破性的進展。
2.4一維量子線、零維量子點半導體微結構材料
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半導體材料是一種人工構造（通過能帶工程實施）的新型半導體材料，是新一代微電子、光電子器件和電路的基礎。它的發展與應用，極有可能觸發新的技術革命。
目前低維半導體材料生長與制備主要集中在幾個比較成熟的材料體系上，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，并在納米微電子和光電子研制方面取得了重大進展。俄羅斯約飛技術物理所MBE小組，柏林的俄德聯合研制小組和中科院半導體所半導體材料科學重點實驗室的MBE小組等研制成功的In（Ga）As／GaAs高功率量子點激光器，工作波長lμm左右，單管室溫連續輸出功率高達3.6～4W.特別應當指出的是我國上述的MBE小組，2001年通過在高功率量子點激光器的有源區材料結構中引入應力緩解層，抑制了缺陷和位錯的產生，提高了量子點激光器的工作壽命，室溫下連續輸出功率為1W時工作壽命超過5000小時，這是大功率激光器的一個關鍵參數，至今未見國外報道。
在單電子晶體管和單電子存貯器及其電路的研制方面也獲得了重大進展，1994年日本NTT就研制成功溝道長度為30nm納米單電子晶體管，并在150K觀察到柵控源－漏電流振蕩；1997年美國又報道了可在室溫工作的單電子開關器件，1998年Yauo等人采用0.25微米工藝技術實現了128Mb的單電子存貯器原型樣機的制造，這是在單電子器件在高密度存貯電路的應用方面邁出的關鍵一步。目前，基于量子點的自適應網絡計算機，單光子源和應用于量子計算的量子比特的構建等方面的研究也正在進行中。
與半導體超晶格和量子點結構的生長制備相比，高度有序的半導體量子線的制備技術難度較大。中科院半導體所半導體材料科學重點實驗室的MBE小組，在繼利用MBE技術和SK生長模式，成功地制備了高空間有序的InAs／InAI（Ga）As／InP的量子線和量子線超晶格結構的基礎上，對InAs／InAlAs量子線超晶格的空間自對準（垂直或斜對準）的物理起因和生長控制進行了研究，取得了較大進展。
王中林教授領導的喬治亞理工大學的材料科學與工程系和化學與生物化學系的研究小組，基于無催化劑、控制生長條件的氧化物粉末的熱蒸發技術，成功地合成了諸如ZnO、SnO2、In2O3和Ga2O3等一系列半導體氧化物納米帶，它們與具有圓柱對稱截面的中空納米管或納米線不同，這些原生的納米帶呈現出高純、結構均勻和單晶體，幾乎無缺陷和位錯；納米線呈矩形截面，典型的寬度為20－300nm，寬厚比為5－10，長度可達數毫米。這種半導體氧化物納米帶是一個理想的材料體系，可以用來研究載流子維度受限的輸運現象和基于它的功能器件制造。香港城市大學李述湯教授和瑞典隆德大學固體物理系納米中心的LarsSamuelson教授領導的小組，分別在SiO2／Si和InAs／InP半導體量子線超晶格結構的生長制各方面也取得了重要進展。
低維半導體結構制備的方法很多，主要有：微結構材料生長和精細加工工藝相結合的方法，應變自組裝量子線、量子點材料生長技術，圖形化襯底和不同取向晶面選擇生長技術，單原子操縱和加工技術，納米結構的輻照制備技術，及其在沸石的籠子中、納米碳管和溶液中等通過物理或化學方法制備量子點和量子線的技術等。目前發展的主要趨勢是尋找原子級無損傷加工方法和納米結構的應變自組裝可控生長技術，以求獲得大小、形狀均勻、密度可控的無缺陷納米結構。
2.5寬帶隙半導體材料
寬帶隙半導體材主要指的是金剛石，III族氮化物，碳化硅，立方氮化硼以及氧化物（ZnO等）及固溶體等，特別是SiC、GaN和金剛石薄膜等材料，因具有高熱導率、高電子飽和漂移速度和大臨界擊穿電壓等特點，成為研制高頻大功率、耐高溫、抗輻照半導體微電子器件和電路的理想材料；在通信、汽車、航空、航天、石油開采以及國防等方面有著廣泛的應用前景。另外，III族氮化物也是很好的光電子材料，在藍、綠光發光二極管（LED）和紫、藍、綠光激光器（LD）以及紫外探測器等應用方面也顯示了廣泛的應用前景。隨著1993年GaN材料的P型摻雜突破，GaN基材料成為藍綠光發光材料的研究熱點。目前，GaN基藍綠光發光二極管己商品化，GaN基LD也有商品出售，最大輸出功率為0.5W.在微電子器件研制方面，GaN基FET的最高工作頻率（fmax）已達140GHz，fT=67GHz，跨導為260ms／mm；HEMT器件也相繼問世，發展很快。此外，256×256GaN基紫外光電焦平面陣列探測器也已研制成功。特別值得提出的是，日本Sumitomo電子工業有限公司2000年宣稱，他們采用熱力學方法已研制成功2英寸GaN單晶材料，這將有力的推動藍光激光器和GaN基電子器件的發展。另外，近年來具有反常帶隙彎曲的窄禁帶InAsN，InGaAsN，GaNP和GaNAsP材料的研制也受到了重視，這是因為它們在長波長光通信用高T0光源和太陽能電池等方面顯示了重要應用前景。
以Cree公司為代表的體SiC單晶的研制已取得突破性進展，2英寸的4H和6HSiC單晶與外延片，以及3英寸的4HSiC單晶己有商品出售；以SiC為GaN基材料襯低的藍綠光LED業已上市，并參于與以藍寶石為襯低的GaN基發光器件的竟爭。其他SiC相關高溫器件的研制也取得了長足的進步。目前存在的主要問題是材料中的缺陷密度高，且價格昂貴。
II－VI族蘭綠光材料研制在徘徊了近30年后，于1990年美國3M公司成功地解決了II－VI族的P型摻雜難點而得到迅速發展。1991年3M公司利用MBE技術率先宣布了電注入（Zn，Cd）Se／ZnSe蘭光激光器在77K（495nm）脈沖輸出功率100mW的消息，開始了II－VI族蘭綠光半導體激光（材料）器件研制的。經過多年的努力，目前ZnSe基II－VI族蘭綠光激光器的壽命雖已超過1000小時，但離使用差距尚大，加之GaN基材料的迅速發展和應用，使II－VI族蘭綠光材料研制步伐有所變緩。提高有源區材料的完整性，特別是要降低由非化學配比導致的點缺陷密度和進一步降低失配位錯和解決歐姆接觸等問題，仍是該材料體系走向實用化前必須要解決的問題。
寬帶隙半導體異質結構材料往往也是典型的大失配異質結構材料，所謂大失配異質結構材料是指晶格常數、熱膨脹系數或晶體的對稱性等物理參數有較大差異的材料體系，如GaN／藍寶石（Sapphire），SiC／Si和GaN／Si等。大晶格失配引發界面處大量位錯和缺陷的產生，極大地影響著微結構材料的光電性能及其器件應用。如何避免和消除這一負面影響，是目前材料制備中的一個迫切要解決的關鍵科學問題。這個問題的解泱，必將大大地拓寬材料的可選擇余地，開辟新的應用領域。
目前，除SiC單晶襯低材料，GaN基藍光LED材料和器件已有商品出售外，大多數高溫半導體材料仍處在實驗室研制階段，不少影響這類材料發展的關鍵問題，如GaN襯底，ZnO單晶簿膜制備，P型摻雜和歐姆電極接觸，單晶金剛石薄膜生長與N型摻雜，II－VI族材料的退化機理等仍是制約這些材料實用化的關鍵問題，國內外雖已做了大量的研究，至今尚未取得重大突破。
3光子晶體
光子晶體是一種人工微結構材料，介電常數周期的被調制在與工作波長相比擬的尺度，來自結構單元的散射波的多重干涉形成一個光子帶隙，與半導體材料的電子能隙相似，并可用類似于固態晶體中的能帶論來描述三維周期介電結構中光波的傳播，相應光子晶體光帶隙（禁帶）能量的光波模式在其中的傳播是被禁止的。如果光子晶體的周期性被破壞，那么在禁帶中也會引入所謂的“施主”和“受主”模，光子態密度隨光子晶體維度降低而量子化。如三維受限的“受主”摻雜的光子晶體有希望制成非常高Q值的單模微腔，從而為研制高質量微腔激光器開辟新的途徑。光子晶體的制備方法主要有：聚焦離子束（FIB）結合脈沖激光蒸發方法，即先用脈沖激光蒸發制備如Ag/MnO多層膜，再用FIB注入隔離形成一維或二維平面陣列光子晶體；基于功能粒子（磁性納米顆粒Fe2O3，發光納米顆粒CdS和介電納米顆粒TiO2）和共軛高分子的自組裝方法，可形成適用于可光范圍的三維納米顆粒光子晶體；二維多空硅也可制作成一個理想的3－5μm和1.5μm光子帶隙材料等。目前，二維光子晶體制造已取得很大進展，但三維光子晶體的研究，仍是一個具有挑戰性的課題。最近，Campbell等人提出了全息光柵光刻的方法來制造三維光子晶體，取得了進展。
4量子比特構建與材料
隨著微電子技術的發展，計算機芯片集成度不斷增高，器件尺寸越來越小（nm尺度）并最終將受到器件工作原理和工藝技術限制，而無法滿足人類對更大信息量的需求。為此，發展基于全新原理和結構的功能強大的計算機是21世紀人類面臨的巨大挑戰之一。1994年Shor基于量子態疊加性提出的量子并行算法并證明可輕而易舉地破譯目前廣泛使用的公開密鑰Rivest，Shamir和Adlman（RSA）體系，引起了人們的廣泛重視。
所謂量子計算機是應用量子力學原理進行計的裝置，理論上講它比傳統計算機有更快的運算速度，更大信息傳遞量和更高信息安全保障，有可能超越目前計算機理想極限。實現量子比特構造和量子計算機的設想方案很多，其中最引人注目的是Kane最近提出的一個實現大規模量子計算的方案。其核心是利用硅納米電子器件中磷施主核自旋進行信息編碼，通過外加電場控制核自旋間相互作用實現其邏輯運算，自旋測量是由自旋極化電子電流來完成，計算機要工作在mK的低溫下。
這種量子計算機的最終實現依賴于與硅平面工藝兼容的硅納米電子技術的發展。除此之外，為了避免雜質對磷核自旋的干擾，必需使用高純（無雜質）和不存在核自旋不等于零的硅同位素（29Si）的硅單晶；減小SiO2絕緣層的無序漲落以及如何在硅里摻入規則的磷原子陣列等是實現量子計算的關鍵。量子態在傳輸，處理和存儲過程中可能因環境的耦合（干擾），而從量子疊加態演化成經典的混合態，即所謂失去相干，特別是在大規模計算中能否始終保持量子態間的相干是量子計算機走向實用化前所必需克服的難題。
5發展我國半導體材料的幾點建議
鑒于我國目前的工業基礎，國力和半導體材料的發展水平，提出以下發展建議供參考。
5.1硅單晶和外延材料硅材料作為微電子技術的主導地位
至少到本世紀中葉都不會改變，至今國內各大集成電路制造廠家所需的硅片基本上是依賴進口。目前國內雖已可拉制8英寸的硅單晶和小批量生產6英寸的硅外延片，然而都未形成穩定的批量生產能力，更談不上規模生產。建議國家集中人力和財力，首先開展8英寸硅單晶實用化和6英寸硅外延片研究開發，在“十五”的后期，爭取做到8英寸集成電路生產線用硅單晶材料的國產化，并有6～8英寸硅片的批量供片能力。到2010年左右，我國應有8～12英寸硅單晶、片材和8英寸硅外延片的規模生產能力；更大直徑的硅單晶、片材和外延片也應及時布點研制。另外，硅多晶材料生產基地及其相配套的高純石英、氣體和化學試劑等也必需同時給以重視，只有這樣，才能逐步改觀我國微電子技術的落后局面，進入世界發達國家之林。
5.2GaAs及其有關化合物半導體單晶材料發展建議
GaAs、InP等單晶材料同國外的差距主要表現在拉晶和晶片加工設備落后，沒有形成生產能力。相信在國家各部委的統一組織、領導下，并爭取企業介入，建立我國自己的研究、開發和生產聯合體，取各家之長，分工協作，到2010年趕上世界先進水平是可能的。要達到上述目的，到“十五”末應形成以4英寸單晶為主2－3噸／年的SI－GaAs和3－5噸／年摻雜GaAs、InP單晶和開盒就用晶片的生產能力，以滿足我國不斷發展的微電子和光電子工業的需術。到2010年，應當實現4英寸GaAs生產線的國產化，并具有滿足6英寸線的供片能力。
5.3發展超晶格、量子阱和一維、零維半導體微結構材料的建議
（1）超晶格、量子阱材料從目前我國國力和我們已有的基礎出發，應以三基色（超高亮度紅、綠和藍光）材料和光通信材料為主攻方向，并兼顧新一代微電子器件和電路的需求，加強MBE和MOCVD兩個基地的建設，引進必要的適合批量生產的工業型MBE和MOCVD設備并著重致力于GaAlAs／GaAs，InGaAlP／InGaP，GaN基藍綠光材料，InGaAs／InP和InGaAsP／InP等材料體系的實用化研究是當務之急，爭取在“十五”末，能滿足國內2、3和4英寸GaAs生產線所需要的異質結材料。到2010年，每年能具備至少100萬平方英寸MBE和MOCVD微電子和光電子微結構材料的生產能力。達到本世紀初的國際水平。
寬帶隙高溫半導體材料如SiC，GaN基微電子材料和單晶金剛石薄膜以及ZnO等材料也應擇優布點，分別做好研究與開發工作。
（2）一維和零維半導體材料的發展設想。基于低維半導體微結構材料的固態納米量子器件，目前雖然仍處在預研階段，但極其重要，極有可能觸發微電子、光電子技術新的革命。低維量子器件的制造依賴于低維結構材料生長和納米加工技術的進步，而納米結構材料的質量又很大程度上取決于生長和制備技術的水平。因而，集中人力、物力建設我國自己的納米科學與技術研究發展中心就成為了成敗的關鍵。具體目標是，“十五”末，在半導體量子線、量子點材料制備，量子器件研制和系統集成等若干個重要研究方向接近當時的國際先進水平；2010年在有實用化前景的量子點激光器，量子共振隧穿器件和單電子器件及其集成等研發方面，達到國際先進水平，并在國際該領域占有一席之地。可以預料，它的實施必將極大地增強我國的經濟和國防實力。
1 實驗設計思路
將本課題組已發表的SCI論文“一鍋法合成氮雜螺芴氧雜蒽有機半導體材料”[5]改為本科實驗，主要根據以下原則：
1.1 新穎性原則
螺芴類分子砌塊具有共軛打斷效應、剛性十字交叉構象和空間位阻效應，被廣泛用于有機電致發光二極管、場效應晶體管以及太陽能染料敏化電池等領域[6]，成為一類重要的有機半導體材料。氮雜芴螺環芳烴由芴基螺環芳烴發展而來在繼承螺芴的各類優勢的基礎上增加了氮雜芴基團的功能特性包括電子受體、金屬配位、質子化以及超分子弱作用等。因此，具有廣闊的發展前景[7-9]。
1.2 可行性原?t
所選的科研成果的反應類型是最經典的傅克反應，與學生所學的有機化學課本緊密聯系。通過實驗預習、講解、操作以及總結，進一步鞏固與加深對傅克反應的理解和運用。另外，該反應原料易得，合成步驟簡單易行，無毒安全性高，可以在本科實驗室開展。
1.3 綜合性原則
氮雜螺芴氧雜蒽的合成操作涉及反應裝置的搭建、TLC點樣、柱層析等各類操作。在整個操作過程中，重點學習TLC點樣和柱層析。產品表征利用核磁共振。
1.4 環保性原則
目前氮雜螺芴氧雜蒽大部分合成方法具有如下缺點：（1）底物范圍拓展的限制和前體合成的困難；（2）合成步驟的冗長。我們課題組發展了一鍋法合成氮雜螺芴氧雜蒽有機半導體材料。反應過程中依次構建了C-C， C-O和 C-C三支化學鍵，并高效合成了氮雜芴螺環芳烴，符合綠色化學的理念。
2 實驗內容
實驗名稱：一鍋法合成氮雜螺芴氧雜蒽有機半導體材料
實驗儀器：磁力攪拌器，圓底燒瓶，回流冷凝管、電子天平、分液漏斗、錐形瓶、層析柱、核磁共振波譜儀。
藥品：氮雜芴酮，對甲基苯酚，三氟甲磺酸，1，2-二氯苯，碳酸鉀，二氯甲烷，無水硫酸鎂，乙酸乙酯。
2.1 實驗原理
該反應是典型的傅里德-克拉夫茨反應，簡稱傅-克反應，英文Friedel?CCrafts reaction，是一類芳香族親電取代反應，1877年由法國化學家查爾斯?傅里德和美國化學家詹姆斯?克拉夫茨共同發現。本實驗在酸性條件下反應，首先通過氮雜芴酮與苯酚的傅克反應生成中間體I，緊接著脫水形成三正電型超親電體II，由于電荷間的排斥作用，導致氮雜芴9 號位的正電荷會通過共振方式遷移至酚羥基上，活化酚羥基的反應活性。隨后另一苯酚分子以親核進攻的方式與中間體III 發生反應，形成醚鍵。緊接著分子內的質子轉移與脫水過程在苯環上再次生成碳正離子V。最后碳正離子重新遷移到氮雜芴的9 號位發生分子內的傅克合環反應，得到最終的目標產物氮雜螺芴氧雜蒽。
2.2 實驗步驟
2.2.1 氮雜螺芴氧雜蒽的合成
先向圓底燒瓶中加入0.18克的氮雜芴酮，再分別加入2ml 1，2-二氯苯與0.8ml三氟甲磺酸。在室溫下攪拌大約半小時后，向其中加入0.54克的對甲基苯酚。隨后升高溫度至 85度。通過TLC 板監控反應至氮雜芴酮反應完全。將反應降溫至室溫，用碳酸鉀溶液淬滅此反應，之后用二氯甲烷萃取，收集有機相并用無水硫酸鎂干燥，抽濾。最后柱層析分離提純得到氮雜螺芴氧雜蒽。
2.2.2 螺環氧雜蒽的結構表征
使用核磁共振（NMR）對所得到的產物進行結構表征。通過與標準的氮雜螺芴氧雜蒽的氫譜和碳譜進行對比確認結構
2.2.3 實驗報告
實驗報告要全面總結實驗，特別強調實驗結果的分析，并對實驗結果提出自己的觀點。
3 教學效果
3.1 理論聯系實際，深化理論知識
體現有機化學基礎知識的綜合性，在所設計的實驗中涉及《有機化學》中典型的傅克反應。通過TLC板監測反應進度，有助于理解反應現象以及反應過程。通過核磁共振表征產物，可以了解核磁測試過程以及核磁共振表征原理。通過對氫譜的解析，理解化學位移、耦合常數以及自旋裂分等理論知識。
3.2 科研和教學結合，強化創新思維
將科研和教學相結合，促進了教學方法的改革和教學方式的創新，也培養了適應社會發展需要的高素質人才。實踐證明，從事科學研究的教師能更準確地把握教學內容，更好地把科?W研究的方法貫穿到教學實踐之中，是培養學生的創新思維和創新能力的重要途徑。同時高水平、高層次的科研項目和平臺也為本科生的培養創造了優越的條件。
3.3 實驗與生活相結合，激發學習興致
將制備的氮雜螺芴氧雜蒽作為電致發光材料，應用于有機電致發光二極管、存儲器以及太陽能電池中。在整個實驗過程中，詳細說明每個操作與所學專業的內在聯系，
讓學生深刻體會到所學專業知識的重要性和必要性，激發學生的學習興趣以及求知欲望和積極探索精神。在實驗操作過程中，鍛煉了學生的動手能力以及實踐操作能力。通過科學實驗報告的撰寫，鍛煉并加強了學生的寫作能力。
4 結語
摘要：設計了兩種不同散熱方式的半導體制冷器，實驗表明制冷性能良好，為太陽能驅動半導體制冷裝置的優化設計提供依據、奠定基礎。半導體制冷模塊熱端采用汽車發動機散熱系統標準部件、采取水冷卻，能在有限的空間內將高熱流密度熱量散發出去，有利于提高制冷性能。半導體制冷模塊在等功率狀態下工作，制冷量為半導體器件最大制冷量的55%；若傾向于獲得較大制冷系數，制冷量按最大制冷量的40%進行設計，制冷系數ε達1·65。
關鍵詞：汽車；半導體；制冷
1.引言
由于半導體制冷空調器具有抗振、耐壓、無制冷劑泄漏和使用直流電等一系列優點，在多種特殊場合已獲得成功應用。這些場合主要要求設備結構簡單、高可靠性、無污染、無噪音、長壽命、可精確調節，能源的利用率并不是主要參考因素。半導體制冷用于普通民用空調，存在一系列重要技術問題有待研究，其中制冷效率和能源動力是一個非常值得關注的問題。半導體制冷與太陽能配合，有很好的時間匹配性，而且清潔環保、可再生，太陽能作為制冷能源有很大的優勢，本文所要研究的是以太陽能為能源動力的半導體制冷器熱端散熱問題。傳統半導體制冷器有最大制冷系數狀態和最大制冷量兩種狀態。一般這兩種狀態并不統一，除非特殊應用領域的傾向性設計，一般民用領域應兼顧兩者，既應有較好的經濟效益又應有較大的制冷量。
2.半導體制冷的基本原理及其過程
半導體制冷器的基本元件是熱電偶，熱電偶由導體材料制成。一種為電子型（N型）半導體材料，一種為空穴型（P型）半導體材料。兩種材料交替排列并用金屬片相連，P型半導體靠空穴移動導電，N型半導體靠電子移動導電。當直流電源接通后，電子和空穴在外電場的作用下發生移動。由于空穴和電子在半導體中的勢能比它們在金屬中的勢能大，當它們流過節點的時候會引起能量傳遞。當載流子從較高勢能變為較低勢能時，向外界放出熱量。相反則吸收外界熱量 。于是在兩個接頭處就會產生溫差。若干個這樣的熱電偶對在電路上串聯起來，在傳熱方面并聯就構成一個常見的熱電制冷組件（或稱熱電堆）。借助于熱交換器等各種傳熱元件使熱電制冷組件的熱端不斷散熱，并保持一定的溫度，把冷端放到工作環境中去吸熱，從而達到了制冷的目的。
3、半導體制冷的優點和不足
半導體制冷是靠電子和空穴在運動中直接傳遞熱量來實現的。與壓縮機制冷系統相比，沒有旋轉部件，沒有回轉效應，沒有滑動部件，無需制冷劑，可靠性高，無噪聲，無污染，壽命長，安裝容易。
半導體制冷器具有兩種功能，不僅能制冷，也能加熱，制冷效率一般不高，但致熱效率很高，永遠大于1。因此使用一個器件就可以代替分立的加熱系統和制冷系統。半導體制冷器冷卻速度和冷卻溫度可以通過改變工作電流和工作電壓的大小任意調節，啟動快，控制靈活，可實現高精度的溫度控制。再加上溫度檢測和控制手段，很容易實現遙控、程控、計算機控制，便于組成自動控制系統。半導體制冷器熱慣性非常小，制冷制熱時間很快，在熱端散熱良好冷端空載的情況下，通電不到一分鐘，制冷器就能達到最大溫差。如今技術的發展使半導體制冷的優勢顯現出來。半導體式冷藏車在數十年前還只是一個夢想，現在已完全進入到了實用階 段 。半導體制冷突出的優勢，還在于可實現微小型制冷，功率可做到1 w 以下，且極輕極小（
4、汽車中半導體制冷的應用
4.1 半導體制冷在汽車空調中的應用
電動汽車因其綠色環保、節約能源日益受到各國學術界的關注。純電動汽車的電能非常寶貴，如果仍然采用燃油車壓縮式的空調，能耗高，對車載電源系統提出了新的挑戰。采用半導體制冷技術設計冷風系統，既滿足了人在車內的舒適性，同時又節能、環保。半導體制冷空調器與壓縮式制冷空調器相比，具有以下優點：（1）結構簡單，沒有機械傳動機構，工作時無噪聲、無磨損、無震動、壽命長、維修方便，可靠性高；（2）不使用制冷劑，故無泄漏、無污染；（3）直流供電，電流方向轉換方便，可冷熱兩用；（4）重量、尺寸較小，便于安裝；（5）熱慣性小，負荷可調性強，調節和控制方便；（6）工作狀態不受重力場的影響。
在最近研究表明，與太陽能動力結合的半導體制冷空調積極推動新能源汽車的發 展 。如果改變半導體制冷裝置的電流方向，可以作為取暖裝置，能夠用做汽車室內的暖空調，或者用于去除前擋風玻璃的霜凍，提高駕駛員的視覺效果。
4.2 在車載冰箱中的應用
半導體冰箱起源于俄羅斯在航天飛行上對飛行器的冷熱需求而做的發明，制冷制熱均可。在普遍情況下半導體冰箱制冷其最多能夠達到零下5℃，但是其制熱溫度卻能夠達到65℃。這個冷熱均制的優勢使得半導體冰箱能夠為長途開車的人帶來極大的便利。用于出門旅游及野餐，可以充分發揮其輕便的優點。
4.3 汽車電子設備的散熱
現代汽車隨著電子技術及各類型車用電子裝置的組裝技術發展，成為了具有高度整合性的電子系統。目前汽車電子設備中所使用的功率元件，在經過一段長時間進行通電，導致設備內部或機殼的溫度有可能會超過100℃，大大地增加車用電子設備的故障概率。因此采用半導體冷卻系統可以使它們維持低溫或恒溫的工作條件。例如：對車內大規模集成電路、光敏器件、功率器件、高頻晶體管等電子元器件的冷卻或恒溫。在現在汽車高精尖科技領域內，常對各種電子元器件的溫度性能要求很高，半導體制冷其溫控精度高的特點正可以滿足其要求。（作者單位：江蘇省精創電氣股份有限公司）
參考文獻
[1]徐勝德.半導體制冷與應用技術[M].上海：上海交通大學出版社.1992
關鍵詞：有機廢水處理 電化學 羥基自由基 電Fenton試劑 電解氧化 半導體光電催化
近年來，濃度高且結構穩定的有機廢水不斷出現，如何有效地去除這些難降解的有機廢水已經成為水處理的熱點問題。羥基自由基（·OH）因其有極高的氧化電位（2.8V），其氧化能力極強，與大多數有機污染物都可以發生快速的鏈式反應，無選擇性地把有害物質氧化成CO2、H2O或礦物鹽，無二次污染[1]。目前國內外有不少研究者進行利用·OH處理有機廢水的研究。產生·OH的途徑較多，主要有Fenton法[2]、氧化絮凝法[3]、臭氧法[4]、超聲降解法[5]和光催化法[6]。近年來應用電化學法產生·OH處理有機廢水獲得了較大的進展，在降解和脫色上卓有成效。下面就對電生·OH的途徑及其在有機廢水處理中應用的最新進展進行評述。
1.電Fenton法
工藝上將Fe2+和H2O2的組合稱為Fenton試劑。它能有效地氧化降解廢水中的有機污染物，其實質是H2O2在Fe2+的催化下產生具有高反應活性的·OH。目前，Fenton法主要是通過光輻射、催化劑、電化學作用產生·OH。利用光催化或光輻射法產生·OH，存在H2O2及太陽能利用效率低等問題。而電Fenton法是H2O2和Fe2+均通過電化學法持續地產生[7]，它比一般化學Fenton試劑具有H2O2利用率高、費用低及反應速度快等優點。因此，通過電Fenton法產生·OH將成為主要途徑之一。
應用電Fenton法產生·OH處理有機廢水多數是以平板鐵為陽極，多孔碳電極為陰極，在陰極通以氧氣或空氣。通電時，在陰陽兩極上進行相同電化當量的電化學反應，在相同的時間內分別生成相同物質的量的Fe2+和H2O2，從而使得隨后生成Fenton試劑的化學反應得以實現[8]。
溶液的pH值對氧陰極還原獲得H2O2的反應有很大的影響[9]。研究表明，溶液的pH值不僅對陰極反應電位和槽電壓有影響，還將決定著生成H2O2的電流效率，進而影響隨后生成·OH的效率及與有機污染物的降解脫色反應。
然而，電解氧化法工業化應用仍存在著一些問題，如電流效率仍然偏低、能耗大、電催化降解反應器的效率較低、電化學催化降解有機污染物的機理還需要進一步探討等[21]。加強對上述問題的研究，是該法今后發展的方向。
3. 半導體電催化法
由于某些半導體材料有良好的光化學特性和活潑的電化學行為，近年來，利用半導體材料制成電極在有機廢水中的研究應用已引起眾多研究者的重視[22]。
半導體催化材料在電場中有“空穴”效應[23]，即半導體處于一定強度的電場時，其價帶電子會越過禁帶進入導帶，同時在價帶上形成電激空穴，空穴有很強的俘獲電子的能力，可以奪取半導體顆粒表面的有機物或溶劑中的電子發生氧化還原反應。在水溶液發生的電催化氧化反應中，水分子在半導體表面失去電子生成強氧化性的·OH，同時半導體催化劑和電極產生的H2O2等活性氧化物質也起協同作用，因此，在電催化反應體系中存在多種產生強氧化因子的途徑，能有效地提高了催化降解的效率。在半導體電催化反應中，電壓和電流強度都要達到一定的值。一般來說，隨著外加電壓的升高，體系產生·OH的速率增大，有機物的去除效率提高[24]。但也有研究發現，當外加電壓達到一定值時，進一步升高電壓會抑制自由基的生成，降低了催化效率[25]。
半導體電催化法在有機廢水處理中的研究，主要以在摻雜半導體電極和納米半導體材料電極作為陽極產生·OH處理有機廢水。董海等[26]采用摻銻的SnO2粉制成的半導體電極，研究了含酚廢水的電催化降解反應，對酚的降解率達90%。
4. 半導體光電催化法
在紫外光等照射下，并外加電場的作用下TiO2半導體內也會存在“空穴”效應，這種光電組合產生·OH的方法又稱光電催化法。TiO2光電組合效應不但可以把導帶電子的還原過程同價帶空穴的氧化過程從空間位置上分開(與半導體微粒相比較)，明顯地減少了簡單復合，結果大大增加了半導體表面·OH的生成效率且防止了氧化中間產物在陰極上的再還原，而且導帶電子能被引到陰極還原水中的H+，因此不需要向系統內鼓入作為電子俘獲劑的O2[27]。
由于上述優勢，光電催化技術在有機廢水的研究工作得到了迅速發展，戴清等[28]利用TiO2薄膜電極作為工作電極，建立了電助光催化體系，以含氯苯酚(例如4-氯苯酚和2，4，6-三氯苯酚)廢水作為降解對象，進行光電催化研究。 Cheng 等[29]用三維電極光電催化降解處理亞甲基蘭廢水，研究表明，其脫色率和COD的去除率分別為95%和87%。Waldne等[30]用TiO2半導體光電催化法進行降解4-氯苯酚的研究，取得較好處理效果。
目前，光電化學反應的研究工作還大多局限于實驗室階段，應用納米TiO2半導體電極光電催化法處理大規模工業有機廢水的報道還不多，主要是由于TiO2半導體重復利用率不高和光電催化反應器光電催化效率降低。因此，把TiO2經過改性、修飾制備成高效且能重復使用的電極，如在TiO2材料表面上進行貴金屬沉積、摻雜金屬離子、復合半導體、表面光敏化劑等[31]，已成為以TiO2為半導體電極進行光電催化降解有機污染物研究的熱點。此外，這項技術的實用化必然涉及到反應器的結構和類型的確定，開發高效重復使用且費用較低的工業化光催化反應器，也將是納米TiO2工業化應用的關鍵。
5.展望
盡管國內外電化學法處理有機廢水技術已有了很大的發展，其中不少已達到工業化應用的水平，但電化學作為一門能在凈化環境中有所作為的學科，還在不斷發展中。電生·OH在有機廢水處理中有其獨特的特點，其應用的前景是很樂觀的。但仍存在一些問題需要解決：
（1）目前，電Fenton法的研究還不是很成熟，電流效率低，設計合理電解池的結構和尋找新型的電極材料將是今后研究的方向。
（2）通過電解氧化法產生·OH處理有機廢水處理，其降解效率受陽極材料和結構、電流密度、電解質及其傳質能力等多種因素的影響。目前電解槽的傳質問題影響電流效率的提高，如果要應用到實際生產中，還需提高產生·OH的電流效率，降低成本。因此，加強電解催化的機理的研究，研制開發各種高效電解催化反應器和高電化學活性及性能穩定的電極材料等，是今后急需解決的問題。
（3）用納米半導體光電催化氧化法是目前研究的熱點，如何獲得并提高半導體材料光電催化活性，開發高效、穩定能重復使用、價格低廉的半導體電極材料和工業光電催化反應器是今后在該領域研究的熱點，也是使納米TiO2應用于工業化的關鍵。
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關鍵詞： 電子科學與技術 培養目標 課程體系建設
1.引言
常州工學院立足于常州，服務于長三角地區，該地區是國內電子行業和產業的發達地區之一，對電子類人才的需求量非常大。隨著該地區經濟發展和產業結構升級，社會對人才的需求逐步呈現出多樣化和高層次化的要求。面對新形勢的發展需要，培養適應社會經濟發展和行業技術升級要求的應用型本科人才成為當務之急。電子科學與技術專業的人才培養需要符合口徑寬、適應性強、基礎扎實、發展潛力大等要求，因此課程體系的建設十分重要。
2.人才培養目標
培養方案和培養目標的制定要充分考慮相關高校、社會的需求，以及學校與專業的具體情況等各方面因素，并以行業技術進步、企事業單位需求和畢業生的反饋為參考依據。
通過對電子科學與技術專業的調研，以社會需求為導向，確定理論基礎實、口徑寬、實踐能力強、知識結構合理的全面培養模式和培養目標，以綜合素質培養和工程技術應用能力培養為主線，統籌編排課程體系，充分考慮和遵循學生的認知規律，以學生為主體，制定一套切實可行的、適合應用型本科人才的電子科學與技術專業培養方案和人才培養目標，以適應市場對電子工程技術人才的需求，提高學生的實踐和創新能力，從而增強學生的就業競爭力。
電子科學與技術專業的人才培養目標為：適應信息產業化的發展需要，培養具有良好思想道德素質和科學文化素質的應用型本科人才，使學生具有扎實的基礎知識和專業知識，具備設計、制造與生產實踐能力，具有不斷學習進步與更新知識的能力，能夠及時跟蹤并掌握新理論和新技術，在電子電路與系統、電子材料與元器件、半導體工藝等領域從事分析、設計、制造與測試等工作。為了實現以上人才培養目標，在培養計劃的制訂尤其是課程體系建設方面提出了更高要求。
3.課程體系建設
為了實現培養計劃和人才培養目標，電子科學與技術專業的課程體系建設主要包括以下內容。
（1）課程體系模塊化、層次化的應用能力培養體系。
課程體系以應用能力培養為核心，分為學校級、學院級和系部級三個層次。學校級通識課程模塊層次教授電子科學與技術專業的基礎知識，主要包括基本數學能力、英語能力、物理能力、計算機能力及思想道德法律等基本知識。構建以電氣學院專業基礎課程模塊層次為電類一級學科為基礎的知識結構培養體系，學院基礎的培養為知識面的拓寬打下良好基礎。系部級的電子科學與技術專業課程培養為畢業生的就業和繼續深造提供專業技術知識。分級課程建設體系造就了畢業生基礎知識扎實、理論知識雄厚、專業技術知識豐富、動手能力強等特點。
（2）理論與實際應用相結合的專業課程建設。
專業課程體系分為理論基礎課程和實際應用課程兩個層面，除了必備的工程數學與物理知識外，在專業知識方面，逐步建立電子材料、制造工藝、電子器件、基本單元電路、宏單元、子系統及系統的課程體系，打通自頂向下和自底向上的知識培養通路。以半導體物理和器件物理核心的課程體系構成了微電子學與固體電子學的理論基礎，為制造工藝和電路設計提供知識的基本結構。以信號與系統、電路設計與測試的核心課程體系作為電路的理論基礎，為電路方面能力的培養形成電子系統的知識基本結構。知識結構的分層次化、理論與實際相結合的培養體系覆蓋了整個電子科學與技術專業的知識能力點，全方位培養畢業生的理論基礎與工程實踐能力，重點培養從系統角度審視具體電子技術的能力。
（3）以微電子技術為主干的專業課程體系。
電子科學與技術專業的知識以微電子技術為核心，可以劃分為兩大體系：第一是半導體材料、器件和制造工藝；第二是集成電路設計與測試。在半導體材料、器件和制造工藝上，除了傳統與新型集成電路方面的應用，還與相關新型電光源、光伏材料與器件、光電材料與器件在知識結構上具有互通性。均以半導體材料為核心，引申到其他半導體材料與器件，在理論與實際應用和制造工藝上具有相似性。集成電路設計與測試涵蓋了微電子和光電子技術的電路與測試方面的內容，在電路方面，新型電光源的器件、核心芯片、驅動電路等，光伏器件與電路、光電子電路與信號檢測，與標準集成電路設計與應用具有共同性。在測試方面，涵蓋了電學測試與可靠性測試，完整地建立了功能測試與性能測試的基本概念。電子科學與技術專業的另一個特色是在設計與應用電子系統時，具備其他專業所不具備的電路工藝與器件的底層知識，從而在電子系統的設計與分析中具備更強的理解能力。
（4）全方位的課程實踐能力培養體系。
電子科學與技術專業的課程體系以理論與實踐相結合為設置理念，在課內實驗、課內實踐、獨立授課實驗、課程設計、科研實踐、實習及畢業設計等方面全方位構建實驗實踐體系，重點培養畢業生的動手能力和實踐能力。除了電氣學院的實驗中心和實驗室外，電子科學與技術專業有兩個專業實驗室：集成電路設計實驗室和集成電路測試實驗室。為教學、科研提供全方位的服務。集成電路設計實驗室主要提供學生在系統設計、電路設計、器件與工藝實驗等方面的專用軟件。集成電路測試實驗室主要提供電路測試、半導體材料、半導體器件、半導體工藝等各方面的實驗。在電子技術的材料、器件、電路設計、制造、測試等流程方面提供全方位服務。在實驗室開放上，實驗室開放給所有教師與學生使用，鼓勵學生進入實驗室參與教師的科研與參與畢業設計。
（5）教學與科研結合，校企結合的工程技術能力培養體系。
電子科學與技術專業的教師承擔了多項縱向與橫向項目，系部鼓勵教師與學生一起參與科研項目，為學生實驗實踐能力的培養提供良好的實驗實踐平臺和科研平臺，從而從項目角度提供給學生實訓機會。在校企產學研聯盟方面，電子科學與技術專業緊密聯系常州和周邊地區的企業，如銀河電子、天合光能、常州普美、常州歐智等多家企業，形成校企聯盟。參考卓越計劃的實施，電子科學與技術專業經常邀請外校和企業專家對學生開展前沿性科學講座與培訓，為畢業生的能力培養和就業提供指導。
4.實踐的效果
通過培養方案與人才培養目標的制定，重點進行電子科學與技術專業的課程體系建設，并通過多年教學與科研實踐，進行以下方面的實踐，取得了良好效果。
（1）完善電子科學與技術專業的課程體系，建立材料、器件、工藝、電路、測試和系統的能力點分布。
（2）從社會需求角度和人才知識結構出發，逐步對課程體系進行調整，增強課程體系之間的內在聯系，減少或刪除部分實用性不強的課程，增設社會急需的專業課程。
（3）強調應用能力培養，強化理論知識教學，增加實踐教學環節，增強學生的實踐應用能力，培養學生綜合應用電子科學與技術專業知識的能力。
（4）探索開設提高學生動手能力和操作能力的集中性實踐環節和創新環節，探討校企結合培養人才的新模式。
根據對本校歷屆電子科學與技術專業本科畢業生的跟蹤調查，九成以上的畢業生去向為長三角地區，平均每年有20%的畢業生進入國內知名高校讀研繼續深造，其余進入各企事業單位。通過對接收畢業生的各高校、企事業單位，以及畢業生進行的調查和反饋，本校電子科學與技術專業的課程體系建設能夠培養學生扎實的理論知識和熟練的實踐能力，有利于學生做好職業生涯規劃，能夠促進畢業生快速進入新領域和崗位，用人單位滿意度高。
5.結語
通過幾年對電子科學與技術專業課程體系的建設與實踐，基礎課、專業基礎課和專業課的設置逐步得到了發展和優化，梳理清楚了本專業各方面能力的培養，知識點和能力點的分布更系統化和體系化，并通過實踐進行了驗證和完善，為畢業生的就業和進一步深造打下了堅實的基礎。
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關鍵詞：
制冷半導體；泡沫金屬；交叉風道；制冷系統
中圖分類號：
TB
文獻標識碼：A
文章編號：16723198（2013）21019702
0引言
隨著電子集成技術的快速發展，電子器件也朝著小型化、輕量化、智能化方向邁進。然而，集成電子器件的小型化在增加功率密度的同時其散熱量也越來越大，傳統的冷卻技術已很難滿足其冷卻要求，所以研究高熱流密度的電子元件散熱尤為重要。本文提出一種風冷散熱方法，即在半導體制冷技術的基礎上，結合泡沫金屬散熱器，設計制冷系統并通過實驗模型對其制冷效果進行測試。
1理論基礎與實驗裝置
半導體制冷片是一個熱傳遞工具。當一塊N型半導體材料和一塊P型半導體材料聯結成的熱電偶對中有電流通過時，兩端之間就會產生熱量轉移，從而產生溫差形成冷熱端。但是半導體自身存在電阻，當電流經過時會產生熱量，影響熱傳遞。兩個極板之間的熱量也會通過空氣和半導體材料自身進行逆向熱傳遞。當冷熱端達到一定溫差，兩種熱傳遞的量相等時，正逆向熱傳遞相互抵消，此時冷熱端的溫度就不會繼續發生變化。因此為了達到更低的溫度，可采取散熱等方式降低熱端溫度。
泡沫金屬是孔隙度達到90%以上，具有一定強度和剛度的多孔金屬材料。這類金屬材料透氣性高，孔隙表面積大，材料容重小。當氣流穿過時擁有較大接觸面積，利于換熱。
制冷由半導體制冷片實現，考慮到半導體制冷片冷面與散熱對象不能直接接觸，且冷面的冷量向空氣的自然對流傳熱效果不顯著，故將其貼于泡沫金屬表面，增加換熱面積，達到強化冷量交換效果。制冷半導體和泡沫金屬之間由硅脂粘結，減小接觸熱阻。部分氣流帶走冷量，形成冷風并對目標散熱，熱面也同樣由氣流帶走熱量排入環境。
實驗用交叉連接雙風道，其中一個用于導出冷風，一個用于導出熱風。在冷熱風道入口各對接風機以提供氣流，并在加工風道時留下必要的測量空、安裝孔等。
制冷半導體通電時產生溫差，經過冷面的空氣流被冷卻成為冷風，經過熱面的空氣流對其降溫并由熱風道排出。熱面溫度越低，冷面溫度則越低，冷卻效果越好。冷風道出口處布有4個對稱溫度測點（實驗中記為T5，T6，T7，T8，單位℃），4個風溫計對稱布置測出口風溫，而進口風溫由環境溫度確定。安置風速儀進行出口處風速測量。另外與半導體冷面接觸的泡沫金屬表面布置中心對稱的4個測點，將4個熱電偶點焊在銅板上，用于測量泡沫金屬底面所焊銅板溫度，通過吉士利數據采集系統進行采集，采集100次，并分別取平均（實驗中記為T1，T2，T3，T4，單位℃），用于計算制冷的相對換熱系數。
此模型的冷風道溫度場數值模擬結果：環境溫度為298K（25℃），其中在400mm*100mm*40mm的模擬冷風道內，半導體制冷片工作在12V，6A的額定條件下，泡沫金屬材料為銅，尺寸為100mm*100mm*40mm，且為5個ppi。從結果中可以肯定制冷的理論效果。
2實驗過程
2.1實驗器材
有機玻璃交叉風道1個，全銅芯80W調速離心風機2個，制冷半導體（額定工作條件12V，6A）50mm*50mm個，電子風速儀2個，電子風溫計4支，玻璃溫度計1支，銅質泡沫金屬若干，PC機，銅康銅熱電偶，冰瓶，吉士利2700數據采集系統，數據采集卡，線性穩壓電源等。
2.3實驗步驟
按設計搭建試驗臺，讀取室溫Ts（℃），為26.5℃。
風機由220V電源帶動，制冷半導體由線性穩壓電源供電，風速儀分別位于冷、熱風道出風口處，測得風速V1（m/s），V2（m/s）。
保持熱風道風機風速V2不變，調節制冷半導體的工作電壓U或電流I，調節冷風道風機風速V1，依次讀取T1～T8；再改變V2，調節制冷半導體的工作電壓或電流，調節冷風道風機風速V1，依次讀取T1～T8；如上重復，其中V2分別為0.5m/s，1.0m/s，2.0m/s，3.0m/s，4.0m/s，V1分別為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）分別為（1.4V，1.0A），（3.1V，2.0A），（46V，3.0A），（6.3V，4.0A），（8.2V，5.0A）..
冷風道出口平均溫度Tb=（T5+T6+T7+T8）/4，半導體冷面接觸的泡沫金屬底面銅板平均溫度Ta=（T1+T2+T3+T4）/4；由公式h*ΔTa*S=Q=Cp*（m/t）*ΔTb，計算制冷功率Q及相對換熱系數h，其中等式左邊為冷面換熱功率，右邊為由空氣冷卻算出的制冷功率。S–泡沫金屬底面面積，ΔTa=Ts-Ta，h為以S為換熱面積的實際換熱系數，Cp為空氣室溫下比熱，取1.004KJ/
從圖2～圖4中得出，隨著冷風道風速越低，出口風溫越低，冷卻效果越好。制冷片功率的越高，冷風道出口風溫越低，但當功率達到實驗最大時冷風道出口風溫又會升高，因為熱面的散熱條件有限，溫度升高，冷面的溫度也相應回升。
由于實驗受儀器、環境等影響，曲線雖有一定波動，但總體結論為隨熱風道風速V2的上升，冷風道出口風溫Tb下降，冷卻效果好。
經過實驗數據計算，可得到以S為換熱面積的冷面實際換熱系數h，制冷功率Q，制冷半導體功率W。對數據分析得知，當僅改變冷風道出口風速流量，即q增大，則出口風溫上升，制冷功率Q上升；當僅改變冷半導體功率，即W增大，則出口風溫下降，制冷功率Q上升；當僅改變熱風道風速，即V2增大，則出口風溫下降，制冷功率Q上升。以S為換熱面積的冷面實際換熱系數h，h隨V1增大而增大，隨V2增大而增大；但當制冷半導體功率W增大，h逐漸減小。
實驗中制冷功率Q最高值是在V2=3m/s，U=6.3V，I=4A，V1=4m/s狀態下測得，證明制冷功率需綜合考慮散熱條件是否滿足所對應功率、氣流質量流量大小、散熱風速等各種因素。
4結論
本文設計了運用泡沫金屬半導體制冷系統的實驗原型，根據實驗效果，統計分析數據，得出如下結論：
（1）相同情況下，冷風風速越低，出口風溫越低；制冷半導體電功率越高，出口風溫越低；熱風道風速上升，冷風道出口風溫下降。
（2）相同情況下，冷風道出口風速增大，出口風溫上升，制冷功率Q上升；冷半導體功率W增大，出口風溫下降，制冷功率上升；熱風道風速增大，出口風溫下降，制冷功率上升。
（3）以S為換熱面積的冷面實際換熱系數h隨V1增大而增大，隨V2增大而增大；制冷半導體功率增大，h逐漸減小。
（4）對于較低制冷功率，可選擇較低的冷風風速，較高的熱風風速和電功率；對于較高制冷功率，則選擇較高的冷風風速及熱風速，較高電功率。
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關鍵詞：信息材料；案例教學
一、引言
信息材料是信息技術的基石，在現代材料科學中占有非常重要的地位，其研究和應用在進入21世紀后得到了蓬勃的發展。信息材料的涵蓋非常廣泛，包括信息的獲取、處理、存儲、顯示整個信息鏈過程中涉及的各種材料。隨著信息技術、材料技術的進步，信息材料處于越來越重要的地位，國內外一流大學，如美國麻省理工大學、哈佛大學，國內清華大學、上海交通大學、北京郵電大學等紛紛將信息材料類型課程納入教學內容。信息材料的課程教學在研究生教育課程體系中，包含多門課程，如《功能材料》、《信息材料學》、《電子材料》、《半導體材料》等，形成了內容聯系緊密的系列課程，占據了材料科學與工程教學課程體系中非常重要的部分。
信息材料緊貼信息技術，其學習過程中材料的成分、結構、工藝、性能教學主線必然要和相關的信息技術和電子器件密切結合。傳統的信息材料相關課程課堂教學模式，以材料的基礎理論的講授為主，教學主線多圍繞材料“成分-結構-工藝-性能”傳統主線，與信息技術器件應用和最新科研成果的結合不夠緊密，教學環節中的“應用性”、“研究性”、“探討性”、“創新性”不夠突出。
二、信息材料案例教學國內外研究現狀
國外信息材料課程主要是適應近三十年來信息技術的突飛猛進，結合各自的科研特色所開設，其教學內容和教學模式多貼近各自科研實際和科研項目。如美國麻省理工學院（MIT）開設有《Electrical， Optical， and Magnetic Properties of Materials》和《Special Problems in Electronic， Photonic and Magnetic Materials》課程，哈佛大學開設有《An Introduction to Electronic Materials for Engineers》、奧克蘭大學開設有《Electronic Materials and Their Applications》課程等。
國外案例教學的歷史悠久。在古希臘、羅馬時代，就萌發了原始形態的案例，產生了案例教學的雛形。著名的古希臘哲學家、教育家蘇格拉底開創的“問答式"教學法，就帶有創設問題情境引導學生思考如何解決問題的特點，這是案例教學的萌芽。19世紀后期，哈佛法學院在法學教育之中，使用的案例教學以法院判例為教學內容，在課堂上學生充分地參與討論，考試是以假設的判例作為考試題目。這被認為是現代案例教學的開始。哈佛商學院于1921年正式推行案例教學。自此之后，案例教學在世界范圍內受到了學術界和教育界的重視和支持，開始了近代對案例教學的研究。
在國外，信息材料課程在開設之初便引入了案例教學模式。美國麻省理工大學（MIT）在開設《Electrical， Optical， and Magnetic Properties of Materials》課程時，便在授課中采用了以電、光、磁特定電子器件的應用提出問題，從材料的結構分析問題，最終以材料的性能解答問題的教學模式。這便是案例教學組織教學內容的典型代表。奧克蘭大學和哈佛大學都在教學課時中設置大量研討課程，就具體案例進行針對性研討，從中鍛煉學生的自主思維和創新思維能力。由于案例教學的效果明顯，而且國外大學在科研中成果突出，可借鑒的案例眾多，促使國外各大學紛紛建設信息材料教學案例體系，用于輔助課程教學，成果顯著。
國內的信息材料課程多在上世紀末才開始開設。如清華大學開設《電子材料導論》研究生課程，北京郵電大學開設《電子材料》研究生課程，上海交通大學開設《功能材料學》研究生課程等。國內各高校案例教學的推廣較晚。國內最早的案例教學是在工商管理MBA教育中開展的。由于案例教學獨特的教學效果，使得案例教學的功效日益為我國教育界所認同，近年來逐步納入許多高校的教改計劃，在許多學科教學中漸漸頻繁運用，并取得一定成效。案例教學法成為教育理論界與實踐界共同的“新寵”。但是，由于我國信息材料課程開設時間較短，且各學校信息材料課程多為門數較少，相互關聯較弱，在案例教學引入時，往往只有較少的1-2個案例，作為課程的輔助部分，其案例教學的涵蓋面太少，不成體系，效果并不明顯。
三、信息材料案例教學體系設計思路
我國信息材料課程體系、課程案例教學、可采用的案例，較之國外大學還有較大的差距。主要問題在于信息材料課程不成體系、相互間聯系不夠密切、案例數目過少、沒有系統的案例庫。因此，在進行信息材料案例教學體系設計時，明確教學案例需要同時為涉及信息材料及其相關基礎知識的多門課程提供支撐，如《材料物理》、《信息材料學》、《電子材料與器件》、《功能材料》等，建成可同時為多門課程提供案例教學素材的案例庫。
在案例設計時，突出面向應用面向實踐特色。信息材料的突出特色有以下兩點：一是和信息技術以及電子器件的發展息息相關。二是和授課高校的科研實際密切相關。因此在信息材料的課程教學內容中必須突出面向應用，案例教學所采用的素材案例必須是最新并已經應用，在工業和生活中可見的技術及器件，此外應當結合本校科研實際，借助本校已有的科研條件，設計實踐案例教學環節，讓學生動手制備和表征信息材料，這樣才能真正激發學生的興趣，培養學生的創新能力和實際工程能力。
四、信息材料案例教學體系設計
（一）案例教學主線
圍繞信息技術“信息獲取-處理-存儲-傳遞-顯示信息鏈”主線，以每個信息鏈環節中涉及的典型器件為案例，再圍繞材料的成分設計、制備工藝、應用特點、發展前景構建典型案例，形成案例體系，為信息材料系列課程案例教學服務。
信息材料教學內容圍繞信息技術中所涉及的各種器件及其所用材料展開，因此按照信“信息鏈”主線組織案例教學體系是較好的教學模式。具體案例建設實例如圍繞信息獲取材料，建設紅外輻射探測材料與器件、量子肼探測材料與器件、熱探測材料與器件教學案例；圍繞信息處理材料，建設半導體二極管集成電路材料、光子/聲子晶體材料教學案例；圍繞信息存儲，建設鐵氧體磁粉硬盤存儲材料、硒碲化合物光盤存儲材料教學案例；圍繞信息傳遞材料，建設鋁絞線電纜通信材料、石英光纖通信材料教學案例；圍繞信息顯示材料，建設電場發射顯示材料、等離子激發顯示材料、有機電子發光顯示材料、液晶受光顯示材料教學案例。每個案例按照材料的“成分-結構-工藝-性能-器件-應用”展開研討式或者實驗設計和實施實踐教學。
（二）案例教學體系結構
信息材料系列課程，如《材料物理》、《信息材料學》、《電子材料與器件》、《功能材料》、《半導體材料》等，既有共叉教學內容，又根據授課目的各有側重和區分，這是信息材料系列課程的固有特點。在案例教學體系中，既要爭取同一案例素材可以為多門課程所用，又要針對各門課程，進行同一案例素材的特色建設。如半導體材料作為信息材料基石，典型半導體材料器件，如單晶硅p-n結，在《信息材料學》、《電子材料與器件》、《半導體材料》三門課程中都可以作為案例分析教學，但可根據課程特色，在同一個案例中分析教學側重不同，按照側重點為材料導電基本原理、材料成分結構分析、材料性能特點和材料器件應用特點細化建設案例，將之建設成為可以選擇不同側重點為不同課程服務。應當具體分析，明確可為多門課程服務的共性案例和為專門課程服務的特色案例之間的關系，兩者在案例教學體系中所占比重應根據根據服務課程的體系結構設定。
（三）實踐案例設置及比重
教學案例組成要素可分為三個：基礎知識講解、案例解析或研討、案例實踐。三者相互聯系，只有三個要素各自在教學案例中所占權重合理，案例教學才能夠收到較好的效果。現有的信息材料系列課程案例教學方法多以課堂授課、課堂研討為主，不能很好的適應面向應用，注重工程實際的特點。因此，在案例教學體系設計中需要針對性重點開展實踐案例建設。結合授課院校的現有科研條件、學生創新實踐基地硬件條件和外部支撐條件（校企合作教學科研平臺、各類重點實驗室等），選取材料制備和應用難度較小的典型材料案例，如電介質材料及電容的制備、磁性材料的的制備及性能表征等，作為實踐教學案例進行建設，分析實踐環節中實驗設計、實驗實施、實驗結果分析、實驗和應用的聯系評價四個環節在實踐案例中的權重及相互關系，讓學生自主研討、設計材料成分、制備材料和簡單器件、考核材料和器件性能、分析總結心得體會。通過實踐案例教學更好的培養學生的動手、創新思維和面向應用的能力。實踐案例在教學案例體系中所占比例應不低于30%。
五、信息材料案例教學體系建設辦法
信息材料案例教學體系建設宜采用學習借鑒-結合科研-特色建設-研討和實踐結合的具體做法。第一，借鑒國外一流大學信息材料系列課程的案例，如麻省理工學院、奧克蘭大學等學校信息材料教學案例，學習其組織形式、案例分析手段、教學目的和效果評價手段；第二，在進行案例建設前明確結合科研項目及科研方向指導思想，依托現有科研基礎和科研條件建設課堂教學和實踐教學案例；第三，建設過程中，結合高校自身信息材料系列課程的教學需求、人才培養需求和學科特色，突出教學案例體系特色建設；第四，在案例建設中，合理分配課堂研討案例教學和動手實踐案例教學的比例，重點建設實踐案例教學，使案例體系更加符合面向應用需求。
六、結束語
案例教學已經成為我國高等院校信息材料系列課程教學的重要組成部分，但目前突出的問題是不成體系，效果不好。本文針對信息材料系列課程，論述了可同時服務多門課程的教學案例體系的設計基本思路、案例體系主線設計、體系結構設計、實踐環節設置和建設辦法。該教學案例體系可為多門信息材料課程教學服務，有助于強化課程與實際應用的聯系，提高學生的科研能力、創新能力和解決實際問題的工程能力。
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