信息功能材料與器件專業(yè)介紹

1、開設(shè)的主要專業(yè)課程：材料熱力學(xué)、固體材料學(xué)、器件物理、納米電子學(xué)、信息存儲與顯示、計算物理、掃描隧道顯微學(xué)、薄膜物理與技術(shù)、高等結(jié)構(gòu)分析、固體電子譜與離子譜等。21 世紀(jì)是以信息產(chǎn)業(yè)為核心的知識經(jīng)濟(jì)時代。隨著信息技術(shù)向數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)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(shù)追求的目標(biāo)。信息的載體正由電子向光電子結(jié)合和光子方向發(fā)展；與此相應(yīng)，信息材料也從體材料發(fā)展到薄層、超薄層微結(jié)構(gòu)材料，并正向光電信息功能集成芯片和有機(jī)/無機(jī)復(fù)合材料以及納米結(jié)構(gòu)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(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)和先導(dǎo)；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(shù)；沒有光學(xué)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(dǎo)體激光器和超高速器件的發(fā)展，就不會有今天先進(jìn)的光通信、移動通信和數(shù)字化高速信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)；可以預(yù)料，基于量子效應(yīng)的納米信息功能材料的發(fā)展和應(yīng)用，人類必將進(jìn)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(jīng)濟(jì)格局和軍事對抗形式，也將對人類的生產(chǎn)和生活方式產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。信息功能材料與器件是一個科學(xué)內(nèi)涵極豐富、創(chuàng)新性極強(qiáng)、應(yīng)用前景極廣闊、社會經(jīng)濟(jì)效益巨大的領(lǐng)域，極有可能觸發(fā)新的信息技術(shù)革命。建議將下述關(guān)鍵信息功能材料與器件研發(fā)內(nèi)容，列入國家中長期科學(xué)與技術(shù)發(fā)展規(guī)劃，給以重點支持，符合國家長遠(yuǎn)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(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)和核心，它的發(fā)展對帶動我國相關(guān)產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)技術(shù)跨越，提升我國經(jīng)濟(jì)和產(chǎn)業(yè)的國際競爭力，實現(xiàn)我國經(jīng)濟(jì)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(nèi)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(zhì)，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(shè)計和集成芯片制造技術(shù)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(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，它的發(fā)展和應(yīng)用將極大地提高人民的生活質(zhì)量，并對保障國家安全，提升我國高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的國際競爭力具有至關(guān)重要作用。大直徑

4、(6-8 英寸)GaAs、InP 單晶和片材規(guī)模生產(chǎn)、制備技術(shù)，GaAs、InP 基為代表的 mV 族化合物半導(dǎo)體微結(jié)構(gòu)材料、器件和集成芯片批量制造技術(shù)，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(jī)半導(dǎo)體光電子材料與器件的研發(fā)等為主要研發(fā)內(nèi)容。(3)第三代(高溫寬帶隙)半導(dǎo)體材料與器件：以氮化錢和碳化硅等為代表的第三代半導(dǎo)體材料，以其優(yōu)異的物理和化學(xué)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(lǐng)域有著重要應(yīng)用前景，市場潛力巨大。主要研究內(nèi)容包括：GaN 襯底和 GaN 基異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料、器件與電路制備技術(shù)；大尺寸、無微管缺陷的 SiC 單晶和異質(zhì)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(zhì)結(jié)構(gòu)材料體系柔性襯底理論與制備技術(shù)等。（4）納米電（光）子材料和器件：基于量子尺寸效應(yīng)、量子干涉效應(yīng)，量子隧穿效應(yīng)和庫侖阻效應(yīng)以及非線性光學(xué)效應(yīng)等的低維結(jié)構(gòu)是一種人工設(shè)計、制造的新材料，是新一代量子器件的基礎(chǔ)。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(diào)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(xué)、光子學(xué)和量子計算與密碼通信等方面有著極其重要應(yīng)用背景，極有可能

6、觸發(fā)新的技術(shù)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(jié)構(gòu)的自組裝可控生長及其評價技術(shù)，實現(xiàn)無缺陷納米結(jié)構(gòu)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(yīng)用；固態(tài)量子比特構(gòu)筑及其應(yīng)用等，是目前研發(fā)的主要內(nèi)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(yù)計到 2006 年， 磁材料中磁記錄單元 （磁晶） 的尺寸將達(dá)到其記錄狀態(tài)的物理極限。GaN 基藍(lán)、紫光激光器件的出現(xiàn)，加快了光存儲技術(shù)的發(fā)展，然而，光存儲技術(shù)的面密度也已接近光學(xué)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(shù)以及光學(xué)燒孔和 STM 熱化學(xué)燒孔存儲技術(shù)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(jī)料、納米碳管等平面顯示，我國有一定基礎(chǔ)。（7）全固態(tài)激光材料和激光技術(shù)：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(jié)合的產(chǎn)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(dǎo)靈巧炸彈、激光雷達(dá)等方面有著重要的應(yīng)用前景，經(jīng)濟(jì)和社會效益巨大。大直徑、高光學(xué)質(zhì)量激光晶體，非線性光學(xué)晶體批量生產(chǎn)和晶片制備與高損傷閾值光學(xué)鍍膜關(guān)鍵技術(shù)；大功率半導(dǎo)體激光材料，特別是無鋁半導(dǎo)體激

8、光材料，激光器、列陣與光纖模塊批量生產(chǎn)技術(shù)；大功率全固態(tài)紅、藍(lán)、綠（RGB）激光器和 RGB 激光顯示技術(shù)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(xué)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(lǐng)域。（8）半導(dǎo)體照明工程照明光源的革命：上世紀(jì) 90 年代初中期，GaN 基藍(lán)、紫光料，特別是 P 型摻雜技術(shù)的突破，為全固態(tài)全色顯示和白光照明技術(shù)的迅速發(fā)展，打下了科學(xué)與技術(shù)基礎(chǔ)。目前，高亮度 GaN 基藍(lán)、綠光二極管（LED）已形成高技術(shù)產(chǎn)業(yè)，2002 年 GaN 基 LED 的世界市場已達(dá) 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(lán)、紫光 LED造技術(shù)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(dǎo)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(rèn)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(yán)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(dāng)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(dǎo)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(yīng)當(dāng)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(biāo)，難度很大。這就需要我們從現(xiàn)在起，集中產(chǎn)、學(xué)、研優(yōu)勢力量，在國家的統(tǒng)一部署和領(lǐng)導(dǎo)下，協(xié)同作戰(zhàn)，攻克高質(zhì)量 GaN 基異質(zhì)外延材料（包括襯底材料）生長和芯片制備技術(shù)， 高