光电子学范文

光电子学篇1

纳米电子学是纳米科学和技术的核心，纳米技术的飞速发展带来了一场新的电子技术革命。纳米电子学研究将从根本上帮助微电子技术突破瓶颈，超越目前集成电路发展中遇到的物理和工艺极限，发展全新的集成电路设计和制作方法。纳米电子技术虽然兴起还没有多久，但是它已经显示出巨大的生命力和可以预见的伟大前景，这集中体现在短短几十年里所产生的各种各样的特征独特的纳米电子产品中。纳米光子技术将在信息领域、生物领域、材料领域与能源领域获得广泛的应用。从目前纳米光子学的发展过程来看，纳米光子学是基于纳米电子学和光子学的基础，伴随着纳米光子技术的形成而至纳米光子工程的介入进而会形成一个纳米光子产业。本书涵盖了用于电子学和光学两方面的最新型纳米材料和纳米器件。

全书共分两大部分，第一部分是纳米材料和纳米结构在电子学中的应用，主要包括以下几章：采用原子力显微镜组装单电子铁磁晶体管；采用纳米多孔氧化铝模版制备纳米线电子设备；单壁碳纳米管晶体管；碳纳米管薄膜作为冷却装置；双向电泳法排列氮化镓纳米线制备电子器件；对大面积、高密度、良排列的三维纳米结构的设计、加工以及应用；采用金刚石状碳材料作为印章的紫外纳米压印技术；通过铟的掺杂使纳米氧化锌结构在纳米线和纳米带之间转变；一维纳米碳化硅的场发射性质。第二部分是纳米材料和纳米结构在光子学中的应用，主要包括以下几章：调控个体的和排列整齐的纳米金塔状金颗粒的光学性质；纳米金天线在近红外区的性质；三维全息聚合光子晶体在光通信视窗中的应用；利用连续滚动型纳米压印技术制备大尺度的纳米、微米结构；二维纳米氧化锌光子结构的加工与表征；低温生长的复合硅薄膜中纳米硅颗粒对可见光的发射。

本书作者先后在加州理工大学、Cry-press半导体公司从事研究，现供职于英国格拉斯哥大学电气工程系，有着17年制备纳米级半导体器件的研发经验。

本书不但适用于各大学、科研院所的学生老师，同时对相关科技公司的研发人员也能起到很大的帮助。

光电子学篇2

 

1 光电子技术科学的概述

 

1.1 光电子技术科学的概念

 

光电子技术自从在20世纪60年代诞生开始之后，在各个领域中得到了广泛的应用。具体来说，光电子技术科学是一项将光子、电子两项技术进行有效结合的高新技术科学，与微电子技术相对，光电子技术具有一定的优点。而光电子技术科学包括了光电子学、电子学、光学和计算机技术等众多学科，其将各学科进行相互的融合、渗透，是光电信息产业的基本和核心。

 

1.2 我国光电子技术科学的发展现状

 

随着我国信息技术产业的不断发展和规模的扩大，在各地中大量的兴建产业园区，为国家经济结构的调整起到了保障的作用，尤其是在我国加入了 WTO之后，对于光电信息产业的发展和规模提出了更加严峻的考验。目前在我国的各个地域中都建立了具有合理性的光电子产业园区，使我国的光电子产业格局得到初步的确定，但是对于光电子产业园区来说，其仍然处在发展阶段中。在时代和社会不断发展的环境下，尤其是信息时代的来临，光电子技术在众多领域中起到了重要的作用，并且对我国的科技水平和综合国力具有非常重要的意义。

 

2 光电子技术科学的实际应用(见图1)

 

图1 光电子技术科学的应用

 

2.1 光电子技术科学应用于民用领域

 

(1)液晶显示器。利用光电子技术对有源阵列液晶显示器进行制造，其主要是利用光刻技术，对薄膜晶体管着、色滤波器的阵列进行制作，并且通过对光学检测技术的利用，对显示器产品进行最后的监视。在显示器的制作中，光电子技术一直贯穿着整个过程，尤其是在诊断工艺的时候，对微粒的控制和检测则利用光学之后，还利用紫外光解决液晶在密封上的问题，最后，在对加工中存在的缺陷问题上利用了激光对其进行查找定位、处理。(2)信息储存。在进行信息储存的时候，主要采用的是DVD、CD等方式，其主要采用的技术就是利用光储存信号来进行储存的，而储存的容量大小则需要由写入的光源来进行决定，光盘储存量则和光斑之间具有反比的关系。从刚开始的时候，对于光电子激光器来说，主要采取的是气体激光器，随着社会的发展，逐渐发展成为半导体激光器。此时，当写入的光源产生的光斑则会与激光波的平方产生反比例的关系，使VCD、CD的储存量得到有效扩大。(3)通信技术。在通信技术领域中，应用光电子技术具有保密性高、信号容量大、结构轻便、通信距离远等优点，主要是利用激光技术，将信息都加载于激光束之上，利用激光束快速传播的方式来进行通信，与无线电技术相比，激光通信多了光电和光电转换过程，经由信号的转变其，将已有的影像、声音等进行转换，使其转成为电信号之后，将信号利用调制器进行调制成为一束激光，由于此调制成的激光参数会受到信号控制的影响，从而使信号在激光上得到加载。此时将激光利用发射端进行发射，在接收端进行接收，利用光检测器对电信号检测，最终使用调节器对信号进行还原。

 

2.2 光电子技术科学应用于军事领域

 

(1)激光测距仪。在飞机、坦克、火炮和舰艇中，激光测距仪是这些武器装备的重要组成技术装备，使各战术武器装备在系统上具有更强的攻击力，并且具有更高的准确性。通常情况下，能够使其首发的命中率高于80%，使各武器装备能够充分发挥自身的作用。(2)热摄像仪。在目前的热摄像仪中，GaAlAs/GaAa QW IRFPA是热摄像仪应用最为广泛的技术，而非制冷IRFPA的热摄像技术，不仅使在极度低温冷却的工作问题得到解决，而且还使热像仪在密度和成本上更具优势。在目前，非制冷热像仪主要应用在低中挡的传感器中，其所采用的阵列主要分为640×480、320×240，其可以进行探测的温差为0.05K。(3)预警和干扰设备。利用飞机对目标进行一系列的侦测，其主要利用的是加载在飞机上的光电子预警设备，其可以对空间坐标、技术参数等进行确定和侦测，经过相关判断之后，对存在的危险目标进行预警。其主要是利用在不同的物质上、背景上所产生的光电子电磁波存在不一致的反射，将四周反射出来的电磁波与目标进行差异性的比较，以此来得以识别和发现目标之后对其进行跟踪、预警。目前在火箭、导弹中的红外预警器得到应用。

 

3 结语

 

综上所述，光电子技术科学作为一项新兴的高新技术，其是在微电子技术之后进行发展的，可以说，光电子技术科学主要的重心点和中心点是光子学的研究，而为其进行支撑的则是电子学的研究。由于光电子技术科学的产生能够促进产业结构和技术的调整和改造，因此在民用领域和军用领域中得到普遍的应用，对社会经济发展、军事现代化作战中起到了促进作用。

 

光电子学篇3

关键词：微电子；二元光学器件；制作工艺

随着二元光学技术的发展，二元光学器件已经广泛用于光学传感、光通信、光计算、数据存储等诸多领域。这类器件主要用于像差校正和消色差，通常的方法是在球面折射镜的一个面上刻蚀衍射图案，实现折射和衍射混合消像差和较宽波段上的消色差。此外，二元光学器件能产生任意波面以实现许多特殊功能，从而具有重要的应用价值。

1.二元光学器件及其发展概述

二元光学是基于光波衍射理论发展起来的一个新兴光学分支，是光学与微电子技术相互渗透、交叉而形成的前沿学科。基于计算机辅助设计和微米级加工技术制成的平面浮雕型二元光学器件具有重量轻、易复制、造价低等特点，并能实现传统光学难以完成的微小、阵列、集成及任意波面变换等新功能，从而使光学工程与技术在诸如空间技术、激光加工、计算技术与信息处理、光纤通信及生物医学等现代国防科技与工业的众多领域中显示出前所未有的重要作用及广阔的应用前景。

随着近代光学和光电子技术的迅速发展，光电子仪器及其元件都发生了深刻而巨大的变化。光学零件已经不仅仅是折射透镜、棱镜和反射镜。诸如微透镜阵列、全息透镜、衍射光学元件和梯度折射率透镜等新型光学元件也越来越多地应用在各种光电子仪器中，使光电子仪器及其零部件更加小型化、阵列化和集成化。微光学元件是制造小型光电子系统的关键元件，它具有体积小、质量轻、造价低等优点，并且能够实现普通光学元件难以实现的微小、阵列、集成、成像和波面转换等新功能。

2.二元光学器件的应用现状

随着二元光学技术的发展，二元光学元件已广泛用于光学传感、光通信、光计算、数据存储、激光医学、娱乐消费以及其他特殊的系统中。也许可以说，它的发展已经经历了三代。第一代，人们采用二元光学技术来改进传统的折射光学元件，以提高它们的常规性能，并实现普通光学元件无法实现的特殊功能。这类元件主 要用于相差校正和消色差。通常是在球面折射透镜的一个面上刻蚀衍射图案，实现折/衍复合消像差和较宽波段上的消色差。此外，二元光学元件能产生任意波面以实现许多特殊功能，而具有重要的应用价值。如材料加工和表面热处理中的光束整形元件、光学并行处理系统中的光互连元件以及辐射聚焦器等。

目前，二元光学瞄准了多层或三维集成微光学，在成像和复杂的光互连中进行光束变换和控制。多层微光学能够将光的变换、探测和处理集成在一体，构成一种多功能的集成化光电处理器，这一进展将使一种能按不同光强进行适应性调整、探测出目标的运动并自动确定目标在背景中的位置的图像传感器成为可能。这是一种焦平面预处理技术，它以二元光学元件提供灵活反馈和非线性预处理能力。探测器硅基片上的微透镜阵列将入射信号光聚焦到阵列探测器的激活区，该基片的集成电路则利用会聚光激发砷化镓铟二极管发光，其发射光波第二层平面石英基底两面的衍射元件引导到第三层面硅基底的阵列探测器上，最终得到处理后的信号。这种多层焦平面预处理器的每一层之间则利用微光学阵列实现互连耦合，它为传感器的微型化、集成化和智能化开辟了新的途径。发展趋势二元光学是建立在衍射理论、计算机辅助设计和微细加工技术基础上的光学领域的前沿科学之一，超精细结构衍射元件的设计与加工是发展二元光学的关键技术。二元光学的发展不仅使光学系统的设计和加工工艺发生深刻的变革，而且其总体发展趋势是未来微光学、微电子学和微机械的集成技术和高性能的集成系统

3.二元光学器件的制作工艺

3.1二元光学器件的制作原理

二元光学元件的设计问题十分类似于光学变换系统中的相位恢复问题：已知成像系统中入射场和输出平面上光场分布，如何计算输入平面上相位调制元件的相 位分布，使得它正确地调制入射波场，高精度地给出预期输出图样，实现所需功能。近几年来，随着制作工艺水平的发展和衍射元件应用领域的扩展，二元光学元件 特征尺寸进一步缩小，其设计理论已逐渐从标量衍射理论向矢量衍射理论发展。通常情况下，当二元光学元件的衍射特征尺寸大于光波波长时，可以采用标量衍射理 论进行设计。计算全息就是利用光的标量衍射理论和傅里叶光学进行分析的，关于二元光学元件衍射效率与相位阶数之间的数学表达式也是标量衍射理论的结果。在 此范围内，可将二元光学元件的设计看作是一个逆衍射问题，即由给定的入射光场和所要求的出射光场求衍射屏的透过率函数。

二元光学元件的特征 尺寸为波长量级或亚波长量级，刻蚀深度也较大（达到几个波长量级），标量衍射理论中的假设和近似便不再成立，此时，光波的偏振性质和不同偏振光之间的相互 作用对光的衍射结果起着重大作用，必须发展严格的矢量衍射理论及其设计方法。矢量衍射理论基于电磁场理论，须在适当的边界条件上严格地求解麦克斯韦方程 组，已经发展几种有关的设计理论，如积分法、微分法、模态法和耦合波法。前两种方法虽然可以得到精确的结果，但是很难理解和实现，并需要复杂的数值计算； 比较起来，模态法和耦合波法的数学过程相对简单些，实现也较容易

3.2二元光学器件的制作工艺

二元光学元件的基本制作工艺是超大规模集成电路中的微电子加工技术。但是，微电子加工属薄膜图形加工，主要需控制的是二维的薄膜图形；而二元光学元件则是一种表面三维浮雕结构，需要同时控制平面图形的精细尺寸和纵向深度，其加工难度更大。近几年来，在VLSI加工技术、电子、离子刻蚀技术发展的推动 下，二元光学制作工艺方面取得的进展集中表现在：从二值化相位元件向多阶相位元件、甚至连续分布相位元件发展；从掩模套刻技术向无掩模直写技术发展。最早的二元光学制作工艺是用图形发生器和VLSI技术制作二阶相位型衍射光学元件。

随着高分辨率掩模版制作技术的发展，掩模套刻、多次沉积薄膜的对中精度的提高，可以制作多阶相位二元光学元件，大大提高了衍射效率。但是离散化的相位以及掩模的对准误差，仍影响二元光学元件的制作精度和衍射效率的提高。由直写技术的应用，省去掩模制作工序，直接利用激光和电子束在基底材料上写入所需的二维或三维浮雕图案。利用这种直写技术，通过控制电子束在不同位置处的曝光量，或调制激光束强度，可以刻蚀多阶相位乃至连续分布的表面浮雕结构。无掩模直写技术较适于制作单件的二元或多阶相位元件，或简单的连续轮廓，而利用激光掩模和套刻制作更适合于复杂轮廓和成批生产。在掩模图案的刻蚀技术中，主要采用高分辨率的反应离子刻蚀、薄膜沉积技术。其中离子束刻蚀的分辨率高达0.1μm，且图案边缘陡直准确，是一种较为理想的加工手段。

结束语：

随着二元光学技术的发展，二元光学器件已经广泛用于光学传感、光通信、光计算、数据存储等诸多领域。这种技术的应用使得很多领域得到了快速的发展，为社会的进步做出了很大贡献。总之，我国的发展要依靠科技的进步，所以国家还要进一步的发展科技，最终实现我国社会主义现代化建设的伟大宏愿。

参考文献：

[1] 雷刚.数字光刻制作微光学器件的评价研究[D].南昌：南昌航空大学，2011

[2] 王迎松.微光学件制造技术[J].激光与光电子学进展，2000

光电子学篇4

【关键词】发光学与发光材料；有机电子与信息显示；教学改革

发光学与发光材料是光子学与材料学交叉形成的一门新兴学科。随着科学技术的迅猛发展，特别是材料学，材料物理学，高分子学等学科的快速发展，越来越多的高校在内容和教学形式上都在进行发光学与发光材料课程教学改革的有益探索。但各个学校和专业的特点和背景不同，教学模式和侧重点也有所差异，尤其对于地方高校发光学与发光材料课程教学体系的改革还未有成熟经验可供借鉴。所以，如何通过教学改革使该课程的教学方式能够现代与经典结合，使学生在规定的课时内掌握的光电知识与时展的步调一致，满足社会发展的需求是当前发光学与发光材料课程教学改革应思考的问题。

1 《发光学与发光材料》教学中遇到的问题

1.1 教材选择问题

目前发光材料已成为了当今世界最重要的功能材料之一。由于发光材料的种类繁多，分类方法各异，随着材料科学的发展，许多新的具有发光特性的新材料不断出现，因此发光材料的研究内容非常庞杂，其教材内容应该做到内容精练，注重基础，兼前沿。目前，《发光学与发光材料》这门课程可选择的优秀教材较少，同时现有的教材偏重点各有不同，要根据各个学校的专业特色及创新型人才的培养目标具体加以选择。同时，光电材料领域具有新材料不断涌现，知识更新飞快的特点，这也给教材选择带来很大的难度，往往对于发光原理讲解比较深入的教材，在内容的新颖性和前沿性上就比较欠缺。

1.2 教学模式和教学方法陈旧

目前，发光学与发光材料课程的教学过程由于受传统教学思想束缚，在教学方法上教师主要运用多媒体教学手段，以讲授法、演示法讲授理论知识，教师仍居于主导地位。这种传统的教学模式，虽然能有助于学生跟着教师的讲解、演示学习理论知识，但忽视了学生的认知主体作用，学生是被动地接受教学，不利于培养学生的实践能力和创新能力。根据现在大学生的培养目标，要求教学内容涉及面要广，而且教学内容要新，并能与实际生产生活中的问题相结合，这一教育理念也应当反映到发光学与发光材料课程的教学内容和教材建设中来。这就要求教师突破传统，建立现代教学理念，应用现代教育手段实现高素质高级人才培养目标。

2 《发光学与发光材料》课程教学方法优化与创新

2.1 教材建设

教材是进行教学活动的基本工具，教材质量的优劣在一定程度上会影响教学质量的好坏。教材建设工作是高等院校的一项基本建设工作，是进一步深化教学改革、巩固教学改革成果、提高教学质量、培养高级创新型人才的重要部分。针对发光学与发光材料教材选择问题，需要选择一种内容较新且比较全面的教材作为主要参考教材，同时使发光学与发光材料课程内容体系呈现多样化趋势，如2O12年电子科技大学出版社的《发光原理与发光材料》。同时，还可以提供4-6种中外文参考书目，供学生自学，以加深理解，并扩大知识面。各学校还可以根据自身特色，自编教材 ，从而课程内容可以有其各自的特点和创新之处。同时教材内容应及时结合科研项目，补充本领域的前沿技术，使基础知识与科技发展互相补充，这种理论结合前沿和实际的多元教材体系对培养学生的兴趣和思考能力很有帮助，可以让材料专业学生了解和认识该类材料，并培养他们在发光材料方面的创新能力，对照明、光电转换器件、光学检测和传感领域储备创新型人才的培养具有非常重要的意义。

2.2 改进教学方法和手段

在《发光学与发光材料》这门课的教授中，对传统的教学方法进行改革，努力在教学方式上做了一些尝试，主要探索了启发式和互动式教学方法、多媒体技术和传统板书相结合在发光学与发光材料课程教学中的应用。互动式教学模式，就是把教学过程看作是一个动态发展着的教与学统一的交互影响和交互活动过程，在这个过程中，达到不同观点碰撞交融，进而激发教学双方的主动性和探索性，以产生教学共振，达到提高教学效果的一种教学结构模式。首先教师从整体上对发光材料类型、发光机理进行理论讲解，同时留出一部分内容让学生自学教材，通过营造多边互动的教学环境，结合自身科研经历，与学生讨论当前光电功能材料的科学前沿和实际应用，并要求学生查阅一定的参考资料，对该技术的现状及发展前景给出自己的看法与理由，帮助学生理解和掌握课程知识。还可以将学生分为几个研究小组，不同小组自由选择相关的专题内容，然后组织各个小组就自己所研究专题做一个较为详尽的综述报告，鼓励学生之间就相关研究问题进行讨论，学生在此过程中会发现新的现象并提出新的问题，在活跃课堂气氛的同时，还可加深理解。

3 结语

综上所述，教学改革是一项长期的系统工程，需要在实践过程中进行不断探索，才能形成一种科学、合理、有效的教学新模式。在《发光学与发光材料》的教学中，结合我院材料化学、材料物理、高分子材料与工程三个化学类本科专业的特点，从教学大纲的修订、教学内容的更新、教学方法与手段的改进等方面对发光学与发光材料课程进行了一系列的改革和改造，打破传统的填鸭式教学模式，整合了教学内容，有效提高了教学质量，使发光学与发光材料课程真正体现“基础性、综合性、实践性、创新性”的特点。同时，发光学与发光材料该课程还存在很多值得进一步改进之处，将在今后的工作中进一步地探析和改革。

【参考文献】

[1]徐叙.发光学的回顾与进展[J].物理与工程，2001，11（2）：1-5.

[2]胡胜亮，杨金龙，董英鸽，等.发光材料研究性实验教学方案的构建与实践[J].实验技术与管理，2012，29（3）：176-177.

[3]张薇.光电子发光与显示技术课程教学改革的探索与实践[J].科技创新导报，2013（22）：156-157.

[4]刘冠辰，耿树东，陈连发，等.初探材料化学专业材料科学基础课程的教学改革[J].吉林化工学院学报，2015，32（10）：42-44.

光电子学篇5

关键词：电阻率、光学穿透深度、掺杂浓度、少子寿命

中图分类号：P631.3+22文献标识码： A 文章编号：

0引言

硅的少子寿命是越长越好（客户会要求少子寿命不能小于多少），而硅的少子寿命受到掺杂浓度的影响；生产的硅片多为P型，特殊客户有要求为N型的，P型或N型都要求在掺杂环节算好掺杂浓度，而掺杂浓度会影响到硅的电阻率（客户要求硅的电阻率要在一定的范围）；硅的电阻率又会影响到硅的光学穿透深度（硅片的厚度），目前国内采用多线切割技术切割的硅片厚度在110-120，太厚会增加成本，太薄，一是技术上达不到或不成熟，二是硅并不能吸收全波段的光，当硅的光吸收跃迁几率减少，吸收的能量就减少，以后做成的太阳能电池的光电转换效率就会降低。理论计算并考虑客户要求的情况下硅片还有切薄的空间。

1位移电流

在电介质中，位移电流取决于电场强度的改变：，假设电场强，则，而传导电流。

对硅而言，，，时，。对于导体而言，而对半导体而言，，因此在硅片中，主要产生的是位移电流，无法用数字万用表测量其电阻率，应该采用范德堡（Van der paw）电阻率公式计算，可以用四探针电阻率测试仪或涡流法无接触电阻率测试仪测量其电阻率。

2 反射系数R

电磁波在电介质中的入射波和反射波平均能流密度分别表示为

反射系数R为

其中

如果在以后做成的太阳能电池表面存在一层减反膜， 的介电常数，可以算出光波在光电池中的反射系数为10.7%。但如果第一介质为空气，可以算出光波在电池表面的反射系数为30.1%。

3光学穿透深度

电磁波振幅降至原值1/e时，电磁波在电介质中走的距离称为穿透深度。

这样我们就得到了光学穿透深度和电阻率的关系式，通过这个关系式就可以知道一定厚度的硅片，电阻率是多少。对于硅n取3.4，计算结果如 (表一)：

4 间接跃迁的吸收系数

吸收系数是光学穿透深度的倒数，它是频率或波长λ的函数，并且有一个普朗克常数，因此要用量子力学的方法计算，计算公式如下，和分别代表禁带能量和声子能量。硅的光吸收系数和波长的关系如图（二）。用光谱仪可以分析硅的光吸收系数，用光谱仪也可以得到和分析硅的其他许多试验结果。

5 非平衡载流子寿命（少子寿命）

把两粒硅原子看做一个电偶极谐振子做简谐振动，坐标分别为（x，0,0）, (-x,0,0),用小代表电偶极矩，，,则，于是电偶极辐射功率

电偶极振子辐射功率时间平均值

已知等离子体振荡角频率

对于硅，电子振动的角频率为，代入，根据上式辐射功率为(将能量J转化为eV)。硅原子中的电子从导带跳到价带所放出的能量为1.12eV，所以其寿命为。

硅是间接能隙半导体，其体内主要进行的是非平衡载流子的间接复合，以r表示电子-空穴复合概率（单位）, 表示复合中心浓度，硅的本证载流子浓度约为，非重掺硼杂质后P型硅的空穴浓度约为，的硅原子数为，所以硅内部的非平衡载流子寿命为

6 电阻率

对于P型半导体：，对于N型半导体：，为硅的空穴迁移率，为硅的电子迁移率，,、为载流子浓度，为电子电量，为电阻率。

7 结论

本文以多晶硅或多晶硅片作为试验样品，计算了其电阻率、硅片厚度（光学穿透深度）、掺杂浓度、少子寿命等参数，本文指出这些参数并不是孤立的，它们之间存在着密切的联系；本文对生产实践有一定的参考价值。

参考文献：

[1]邓稼先著．邓稼先文集（电动力学部分）．安徽：安徽教育出版社，2003．

[2]刘恩科、朱秉升、罗普生等编著．半导体物理学．西安：西安交通大学出版社，1998．

[3]杨德仁编著，太阳能电池材料．北京：化学工业出版社，2007．

[4]钟锡华编著．现代光学基础．北京：北京大学出版社，2007．

光电子学篇6

【关键词】电子式;光学经纬仪;使用技巧;维护 探讨

1.GYR1型电子式光学测风经纬仪的特点

经纬仪是一种精密的光学仪器，是用来观测气球在空中的角坐标值（仰角、方位角），根据气球在空中位置的变化计算出不同高度的风向、风速，是高空测风的装备之一。过去气象台站使用的经纬仪主要有：五八式、六三式、CFJ-1型、CFJ-2型等，与现在逐渐普及的GYR1型电子光学测风经纬仪相比，后者有着使用方便和自动化程度高的优点。GYR1型经纬仪能自动存录观测数据，不需人工读数和记录，不但节省人力，还减轻劳动强度，解决了过去既要跟踪操作又要读数容易发生丢球的烦恼。GYR1型经纬仪采用先进的光栅编码和计算机技术，能自动定时采集气球的仰角、方位角数据，观测结果不但自动存储，还可用语音播报，也可以通过经纬仪的输出接口用通迅线缆将采集的数据传输到计算机，且从数据采集到数据处理等工作全部实现自动化。

2.电子经纬仪使用技巧

2.1经纬仪方位的标定

在进行高空气象探测中，经纬仪是非常重要的探测设备，它的标定是否精确直接影响探测资料的“三性”要求。经纬仪方位角定向所采用的方法有北极星法、固定目标物法和磁针法。选用的固定目标物须用北极星进行方位角的测定，测量出并获得该固定目标物与正北之间的方位角角度差值。由于北极星的位置并非固定不动，而是随时绕着天球在北极旋转，在建站初期标定固定目标物时，应在不同时刻进行测定。一般的标定方法是在天气晴朗的夜间，利用对准北极星来标定零点。由于北极星为一恒星，地球绕地轴旋转，地球地轴与北极星之间约有1°的偏角，因此，1天之内北极星位置发生变化的最大偏差可能达到2°。要使标定更加精确，可以分别在21时、24时、03时、06时等几个时刻，观测北极星的实际方位，然后求其平均值进行标定，也可以查对天文年历进行校正。订正方法如下：如查天文年历表得某站22时北极星的实际位置为0.8°，用经纬仪对准北极星，调整方位角角度值使其为0.8°，然后结束定向。随即可将望远镜对准选定的固定目标物，使该目标物落在分划板十字线中心，测出其角度值，以后在白天使用经纬仪时就可利用该固定目标物来进行定向了。选择的固定目标物，必须显著、固定，距经纬仪250m以外高大建筑物的尖端，为了减小误差，选择的固定目标物体积应尽量小一些。

2.3经纬仪的架设

经纬仪都配有三脚架，三脚架的高低调整、架设与观测者的身高和架设点的地形有很大关系。若架设时三脚架顶部平台不水平，很不利于经纬仪的水平调整，影响了观测准备工作的速度，特别是补放小球时，若得不到及时补放，有可能造成部分记录缺测的后果。因此，若是固定台站，在雷达旁边用水泥或钢管做一个固定墩，将经纬仪架在上面，有利于经纬仪的水平调整，比使用三脚架调整水平节约时间3-5分钟，而且能有效避免脚架滑动，摔坏经纬仪。

2.4经纬仪的定向

在架设好经纬仪调好水平后，对准固定目标物、开机自检、定向，就可以进行观测了。但在操作的过程中经常遇到在定向时用加、减键进行固定目标物方位角度值的调整时，调到一定程度，会出现加、减键失去作用，再也无法继续调整的现象。追踪其原因，发现最初经纬仪的定向是以正北为目标物，使用说明书中强调可加减的最大数值为180°，既固定目标物在正北的东边（或西边），用加键（或减键）都只能调整到180°的数据位置，既调整时不能跨越180°。比如固定目标物从75°调整到232°，在用加减键时只能用减的方式（过正北）而不能用加的方式（过正南）。

2.5经纬仪观测气球

经纬仪观测气球，最难的就是开始抓球的步骤，特别是补放小球，必须要在第一分钟内抓到球。因为不是经常使用，大部分观测员的抓球技术不是很熟练。除了经常练习使用，掌握技巧外，还应注意在开始时使用小物镜，这样视角宽，更容易抓到球，抓到球后转用大物镜，以减小误差。经纬仪观测前，还应求取其器差，做订正用。

2.6改变经纬仪采样间隔

（1）先按住“观测”键再按下“开机”键，进入采样间隔的设置。

（2）用“+”或“-”键选取所要的采样间隔。

（3）选好采样间隔，按下“关机”键关机。所选定的采样间隔即成为经纬仪开机默认的采样间隔。再次使用时，只有采样时间间隔有改变时，才需按上述方法重新设定。

3.维护

3.1机械维护

（1）经纬仪结构紧凑、精密，架设和操作应轻缓，不要用力过猛。

（2）经纬仪轴系是测量准确的保证，使用中要防止磕碰和撞击，避免轴系变形。

（3）扳动物镜时不要撞击到仰角两侧的限位。

（4）自箱内取出经纬仪后，要随即将仪器箱盖好，以免沙土杂草进入箱内。经纬仪用毕，装箱前，可用软毛刷轻拂经纬仪表面的尘土。

3.2光学镜头维护

（1）光学镜头是经纬仪重要构件，没有检测调校的仪器、设备和专用工具，没有洁净的操作环境，务必不要自行拆卸，否则会影响正常使用，甚至损坏经纬仪。

（2）使用中应避免触及物镜和目镜等光学部件，以免沾污，影响力成像质量。观测结束后应及时盖上镜头盖。

（3）当镜片沾有灰尘时，应用医用洗耳球吹去，或用软毛刷刷除。

（4）沾上油脂时，应使用长纤维棉球沾少许酒精自镜片中心一圈一圈向外轻轻擦拭。擦拭过一次的棉球上会沾上灰尘颗粒，不要再用。绝对不允许用手指和手帕去擦仪器的目镜、物镜等光学部件。

【参考文献】

［1］GYR1型电子式光学测缝经纬仪使用与维护.南京众华通电子有限责任公司.2010.

［2］L波段高空气象探测系统维护、维修手册.中国气象局监测网络司发.2004.

［3］樊振德，刘凤琴，徐磊.L波段（1型）高空气象探测系统业务操作手册[M].气象出版社，2005.

［4］高空气象观测手册-高空风观测部份 [M].中央气象局.1976.

［5］L波段（1型）高空气象探测系统工作原理及使用方法[M].南京大桥机器厂.2005.

光电子学篇7

关键词：表面抛光；化学机械抛光；电子材料

中图分类号：TG662 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2012）07-0056-03

一、简介

半导体行业需要不停地发展新的和先进的加工技术来应付新兴材料用于各种设备。因为与时俱进快速变化的半导体器件市场，当前挑战并创造新电子材料变得不可缺少。快速增长的半导体处理技术增加其应用的极限。

抛光技术已成为半导体制造的一项关键技术因为电子材料需要抛光以去除表面的污渍、实现的单晶后的基片表面沉积过程。对于表面缺陷的电子材料，常规机械抛光技术已经进化成一个使用化学反应的混合抛光技术。随着互连尺寸比例缩减，一种由IBM公司引进的化学机械抛光（CMP）技术快速增长，因其拥有在单晶深亚微米集成电路制造、超细加工电子材料的最强大的技术。CMP技术分别使用磨具和化学泥浆进行机械和化学移除。即使这些CMP技术被应用于半导体制造，一些去除机制仍然是模糊的，因为它是几乎不可能观察到晶圆片之间的接口，在抛光护垫过程。不幸的是，因为这个原因在很大程度上取决于CMP制程工程师的实验敏捷。此外，机械化学抛光技术面临着加工新的电子材料的挑战。

在CMP，磨料的选择和化学试剂决定了去质能力和表面靶材质量。因此，很重要的一点就是要了解目标材料的材料性能和选择适合自己的磨料磨具和化学工艺。本文我们主要讨论CMP反应中化学和机械之间平衡及其应付各种电子产品材料的能力。

二、电子材料

图1显示了电子材料的分类。对这些材料的材料性能进行了分类：容易研磨的组合（ETA），很难研磨（DTA），易反应（ETR）和难以反应（DTR）。本文这些电子材料分类如下：

1．ETA-ETR材料：导体材料，如铜、铝、W等易被硅溶胶模壳工艺和浆解散化学品粘附，分为ETA-ETR材料。

2．DTA-ETR材料：绝缘氧化物分为DTA -ETR材料。它不容易通过硅溶胶与二氧化硅表面产生研磨，然而，它们很容易地被碱性药物水合或氧化。

3．ETA-DTR材料：用于集成电路和微机电系统（MEMS）的绝缘聚合体是ETA-DTR材料。SU-8是一种厚的兼有化学稳定和热稳定性的基于环氧的光刻胶（PR），它主用于微细加工。

4．DTA-DTR材料：宽带隙的化合物，如SiC和GaN都属于DTA-DTR材料，具有硬度高和化学惰性特点。

三、电子材料的抛光

（一）ETA-ETR材料

铝和铜作为互连线材料，一般都比在CMP泥浆中作为磨料的硅胶更柔和，而且硅胶会在这些金属表面留下划痕。因此，在金属CMP，消除目标材料是成膜、膜磨和再钝化的重复过程的结果。

在铜CMP。使用氧化铝磨料或硅。最近，硅溶胶研磨已经被广泛用于创建一个无缺损的表层，由于氧化铝磨料太难了，在铜表面产生深划痕。铜被化学药品和浆轻微蚀刻和表面的粗糙度如何恶化。铜的粗糙表面）与硅胶轻机械磨损得到改善。图2所示的研磨的作用浓度的铜CMP对材料去除率浆（MRR）。压力、旋转速度、浆流量分别为20.7kPa，80rmp，150ml/min。无损浆低相对于一般类型含有磨料磨料的浆显示了更少的MRR。增加硅溶胶增加MRR，通过抚平化学反应的铜表面降低表面粗糙度。

ETA-ETR材料的CMP在很大程度上取决于化工反应泥浆和目标之间的材料。然而，高化学移除和生成一个钝化层导致目标材料表面粗糙。因此，在CMP浆中使用软磨料轻微研磨与化学试剂的正确选择是制备ETA-ETR材料无缺陷表面中不可缺少的。

（二）DTA-ETR材料

二氧化硅CMP的主要机制是氧化膜在CMP中产生的摩擦力造成的升温而形成的破裂或软化，同时还伴随着二氧化硅的塑性变形。软化了的氧化膜，被碱性溶液水合，随后被磨料耕作。在二氧化硅CMP中用的最广泛的磨料是二氧化硅和CeO2。二氧化硅去除氧化面的水合层通过缩合和耕作二氧化硅膜。库克提出了一种“化学牙”二氧化硅表面和CeO2颗粒将做一个CeOSi连接，CeOSi（OH）除去表面，然后也将进行Si（OH）解散。因此，ceria浆比硅浆的MRR高。DTA-ETR材料，如二氧化硅，应由一种化学反应表面通过软磨料进行机械抛光，以便得到无缺陷表面。

（三）DTA-DTR材料

6H-SiC是一个具有代表性的为高性能电子设备的基体材料，是一个典型的DTA-DTR材料。很难用硅胶对碳化硅表面抛光因为单晶SiC的Mohs硬度是9～9.5，而且比硅溶胶更硬（Mohs6.5～7），另外，高inter-atomic连接的能量使SiC稳定高温和化学性活跃。熔岩KOH（T>450暖）最常应用于SiC为了实现优先蚀刻。

应用压力、旋转速度、浆流量分别为120kPa、100rpm和150mL/min。一个硅溶胶浆和混合磨料浆（MAS），混合了硅溶胶（平均直径：120nm）和钻石（平均直径：30nm）用于6H-SiC的CMP。硅溶胶浆相对于MAS显示出更低的MRR。这结果来源于higher MRR and CMP withMASshowa上级的表面质量。

为了验证了碳化硅去除的机理、高度降低凹nano-indentation测量后留下了原子力显微镜（AFM）。这些散布的胶体硅浆的高度降低缩进，然而它加宽了缩进宽度通过切除了应力诱发缩进的边缘区域。MAS的高度的降低在不增加缩进它的宽度。很可能钻石（金刚石）产品的表面刮伤或解除SiC机械和应力诱发表面的反应起来相当容易用化学物质。在多的硅溶胶模壳扮演这样的角色6H-SiC光滑的表面。因此，机械应力发现在硬磨料磨具和表面平滑化学污染用软产品表面反应需要的CMP DTA -DTR材料。也就是说，增强应力的CMP正是DTA-DTR CMP的材料所需的。

（四）ETA-DTR材料

目前，微机电系统（MEMS）的CMP使用正在增加是为了减小尺寸，实现设备的高度集成结构。在湿法腐蚀的过程，SU-8过氧化氢作为一种在100～130分解有机杂质氧化剂的暖。然而，CMP制程在室温下进行，就这样那化学反应是约束与非常慢在CMP。

因此，需要机械磨损表面去除SU-8。资料显示了抛光处理硅溶胶浆的MRRs样本SU-8，过氧化氢和过氧化氢溶液，基础硅溶胶模壳基础氧化铝浆泥浆和过氧化氢。抛光压力，旋转速度、浆流量分别为30kPa、80rpm和150mL/min。CMP中苯甲醇泥浆比常规硅溶胶泥浆显示了更高的MRR。这SU-8抛光和的MRR基础氧化铝浆过氧化氢更高比抛光和硅溶胶浆过氧化氢为基础。然而，氧化铝浆留下了太多的划痕在表面上SU-8的。因此优良的产品适合CMP以减少SU-8划痕。

ETA-DTR材料的材料去除很大程度上取决于ETA-DTR材料机械磨损用作增强化学反应在DTA-DTR材料。 然而，机械研磨与优良的硬磨料是制备无缺陷表面和ETA-DTR材料高MRR所必不可少的，以克服化学惰性特征的物质。

四、电子材料抛光中化学和机械的平衡

在抛光技术中，制备电子材料无缺陷表面时应考虑化学和机械的平衡。图3表现出种种抛光方法和适当的化学和机械电子平衡的条件材料。电子材料很大程度上被分为两种组：ETR组和DTR组。ETA-ETR材料，容易与化学物质反应，要求有很高的化学反应和轻微机械磨损以产生良好的表面。DTA-ETR材料，如二氧化硅，应磨光机械磨损，一种化学反应层用软磨料。DTR组由于CMP技术其化学惰性的特点是一个具有挑战性的地区。因此， DTR的CMP主要依靠机械磨损。机械磨损和化学硬磨料对于制备ETA-DTR材料无缺陷表面是必需的。DTA-DTR材料通过一般CMP过程很难去除表面由于其化学和机械稳定性。强机械应力应采用表面研磨好DTA-DTR材料以营造一种良好的化学反应。因此，增强应力的CMP适用于表面缺陷DTA-DTR材料。

五、结语

光电子学篇8

关键词：噬菌体展示抗体； 相思子毒素； 电化学发光； 免疫传感器

1 引 言

电化学发光（Electrochemiluminescence，ECL）免疫传感器检测蛋白类生物大分子多是以传感器表面固定抗体为捕获探针，以发光标记物如联吡啶钌[Ru（bpy）2+3]标记抗体为发光探针，在靶标存在的情况下，形成“捕获探针-靶标-发光探针”复合物，在电极表面发生ECL反应，以此测定靶标浓度[1～5]。抗体活性以及标记物的量将直接影响检测的灵敏度。对于传统抗体，分子表面可供标记的基团有限，而且多位点标记也可能影响其结合活性，这限制了灵敏度的进一步提高。

噬菌体展示抗体是通过噬菌体展示技术获得的一种可溶性抗体片段或是表面展示有抗体片段的噬菌体[6]，对于后者，其表面除了展示的抗体片段外就是大量的衣壳蛋白。以展示有单链抗体（Single chain variable fragments，scFv）的M13噬菌体为例，M13为丝状，长约900 nm，宽约8 nm，衣壳约由2800拷贝的5 kDa的主要衣壳蛋白pⅧ组成[7]，scFv融合表达在位于一端的约5拷贝的次要衣壳蛋白pⅢ中的1个拷贝上。若进行标记，会有更多的标记物连接在数量庞大的衣壳蛋白上[8]，展示抗体仅仅是“躲在”一端的一个小角落里，从而被标记上较少的标记物，可最大限度避免多位点标记造成的活性降低或消失。因此，噬菌体展示抗体做标记探针能大大增加标记物数量，而又最小程度影响结合活性，从而起到放大信号作用。

本研究以剧毒生物毒素相思子毒素（Abrin）为检测目标，以Abrin多克隆抗体（多抗）包被的磁微球为捕获探针，以Ru（bpy）2+3标记的Abrin噬菌体展示抗体为发光探针，将磁性微球分离富集与噬菌体展示抗体大量负载发光标记物放大ECL信号相结合，建立了一种检测Abrin的新方法，有效放大了检测信号，提高了检测灵敏度。

2 实验部分

2.1 仪器与试剂

磁免疫电化学发光传感检测平台（本实验室与西安瑞迈分析仪器有限责任公司联合研制），MPI-E型电化学发光检测仪（西安瑞迈分析仪器有限责任公司）；BIOMATE 3S紫外可见分光光度计（美国赛默飞世尔科技）；HS-3垂直混合器（宁波新芝生物科技股份有限责任公司）；磁分离架（美国Promega公司）。

三联吡啶钌N-羟基琥珀酰亚胺酯（Ru（bpy）2+3-NHS ester，美国Sigma公司），活化生物素（Biotin-NHS ester，美国Sigma公司）；链亲和素包被磁微球（New England BioLabs公司，直径2.0 μm），Abrin、Abrin多抗、Abrin单抗、Abrin噬菌体展示抗体、蓖麻毒素（Ricin）、葡萄球菌肠毒素B（SEB，本实验室）；发光检测液与CleanCell清洗液（北京百隆腾科技发展有限公司）；牛血清白蛋白（BSA，上海国药集团有限公司）；磷酸盐缓冲溶液（PBS）用0.1 mol/L Na2HPO4，0.1 mol/L KH2PO4和0.1 mol/L KCl配制而成；实验用水均为去离子水，其它所用化学品和试剂均为分析纯。

2.2.2 捕获探针制备 （1）Abrin多抗生物素化 用1 mL DMSO 溶解活化生物素1 mg，向1 mL Abrin多抗溶液（1 mg/mL）中加入120 μL 活化生物素溶液（即含活化生物素 120 μg）；在室温下持续搅拌，保温2～4 h；加入9.6 μL 1 mol/L NH4Cl（每25 μg 活化生物素加1 μL），在室温下搅拌10 min；超滤除去未结合的活化生物素，以PBS重悬至1 mL。（2）磁微球捕获探针构建 将生物素化的abrin多抗 20 μL加入1 mL（1 g/L）亲和素包被的磁微球中，室温振荡孵育1 h，置于磁分离架上用PBST（含0.15% Tween-20的PBS）清洗两次，PBS清洗两次除去未结合的Abrin多抗，余下结合了Abrin多抗的磁微球，加PBS重悬至1 mL， 4 ℃保存备用。

2.2.3 ECL检测 将Abrin多抗包被的磁微球50 μL与50 μL样品混合， 室温振荡孵育15 min，置于磁分离架上用PBS清洗两次，再加入50μL 标记探针混合后室温振荡孵育1 h，结合磁分离用PBS清洗两次，用发光检测液重悬后加入检测池，磁微球复合物磁铁作用下沉积在工作电极表面，在给定工作电极与参比电极之间恒定电压1.4 V下，标记在噬菌体上的Ru（bpy）2+3就和发光检测液中的三丙胺（TPA）发生ECL反应，光信号由光电倍增管（PMT）检测。整个检测过程如图1所示。ECL反应结束后，将磁铁位置移至离电极最远处，先用去离子水、CleanCell清洗液结合电化学阶跃脉冲清洗检测池与电极，再用去离子水和ProCell发光检测液冲洗，直至ECL值恢复至基线水平（空白信号）后进行下一轮检测。

3 结果与讨论

3.1 发光探针性质

3.1.1 发光探针紫外-可见光谱 如图2所示，Abrin噬菌体展示抗体经标记后其紫外-可见光谱发生改变，a为abrin噬菌体展示抗体光谱图，在269 nm处有一个特征吸收峰，因为噬菌体颗粒为衣壳蛋白内包裹着核酸，269 nm处反映的是DNA的吸收峰；b为标记物Ru（bpy）2+3-NHS ester的图谱，联吡啶钌在220～600 nm之间有3个特征吸收峰，其中可见光457 nm处的吸收对应于金属Ru到bpy配体dππ*电荷跃迁， 紫外区287 nm处的吸收是以配体为中心的ππ*跃迁，紫外区的另一个吸收峰在245 nm处，也是金属Ru到bpy配体的dππ*电荷跃迁[11]； c为Ru（bpy）2+3标记Abrin噬菌体展示抗体的光谱图，位于285 nm吸收峰应对应于联吡啶钌287 nm的吸收峰，254 nm处吸收应对应于联吡啶钌245 nm处的吸收，稍红移，457 nm处为联吡啶钌的特征吸收，这表明Ru（bpy）2+3-NHS ester已经标记到噬菌体展示抗体上。

3.2 孵育时间的确定

因Abrin单链抗体展示于M13噬菌体表面，且M13较大，且为长丝状，其运动相对抗体来说非常缓慢，又因scFv位于一端，这降低了M13与Abrin接触的几率，有必要对孵育时间进行考察。Abrin浓度为50 μg/L时，在加入Ru（bpy）2+3标记的Abrin噬菌体展示抗体后分别孵育10， 20， 30， 40， 50， 60， 70和80 min，随孵育时间增加，电化学发光强度的变化见图4。孵育时间小于60 min时，随孵育时间增加发光强度逐渐增强；孵育时间大于60 min时，发光强度趋于平稳。说明室温下的M13参与的结合反应在60 min后基本达到饱和。因此，加入标记探针后孵育时间定位 60 min。

4 结 论