低维半导体结构材料及其器件应用研究进展_王占国

低维材料的新研究进展近年来，低维材料领域的研究备受瞩目。

低维材料是一种特殊的材料，具有非常薄的结构。

传统的三维材料将原子或分子密密麻麻地堆叠在一起，而低维材料则可以从中分离出一定数量的层，使其在表面区域中呈现出非常薄的结构。

由于低维材料具有许多特殊的物理和化学性能，因此在新型器件和技术的研究中呈现出巨大的潜力。

当前，对于低维材料的研究主要集中在二维材料、一维纳米线及零维纳米点等方向上。

其中二维材料是研究最为广泛的一类低维材料。

二维材料具有极高的比表面积和优异的机械强度，且是一类非常薄的材料，因此在能源、电子学、传感器等方向的研究中有着广泛应用。

Graphene是最早被发现的二维材料之一，可以形成高效的电子输运媒介和光学波导。

如果将几层或数十层的Graphene层状堆叠起来，就构成了一种叫做石墨烯多层片（Graphene Multilayer）的材料。

对于石墨烯多层片的研究目前正在进行中，研究人员尝试着用其替代石墨烯，从而更好地实现导电和隔热。

(1)除了Graphene，其他二维材料也备受关注。

MoS2是一种类石墨烯的二维材料，拥有非常高的电子迁移率。

当MoS2单层为p型半导体质量时，其具有非常好的理论性能。

人们重点研究了MoS2应用于场效应晶体管（FET）和光电器件的相关性质。

(2)除此以外，黑磷（Black Phosphorus）也是一种正在研究的二维材料。

黑磷是一种多种颜色的材料，其薄层结构有望在DNA分子、有机半导体和（有）机太阳能电池等领域得到广泛应用。

(3)与二维材料的研究相比，纳米线及纳米点的研究发展较慢，但也在逐步开展。

一维纳米线是指直径缩小到一维尺度的材料。

由于其与其外界环境的各项特性不同，因此似乎具有一些特殊的变化。

人们尝试从纳米线电极、基于核壳结构的静电聚集物、基于纳米线的半导体关元器件以及纳米线催化合成等方向对其进行研究。

(4)整体而言，近年来低维材料的研究进展迅速。

虽然这些新材料相对于传统材料更加具有难点和挑战，但是其独特的物性特征非常适合于许多新型科学技术的发展。

半导体热电材料的应用及研究进展物理与电子工程学院物理学（物理）专业 2009级袁仲富指导教师田德祥摘要：本文首先简单介绍了热电材料的三种效应以及半导体热电材料在热电发电和制冷方面的应用，然后重点介绍半导体热电材料国内外的研究进展及其方向。

关键词：半导体热电材料；塞贝克系数；电导率；热导率；热电优值Abstract:This paper first introduces the three effect of thermoelectric materials and semiconductor thermoelectric materials on thermoelectric power generation and refrigeration applications，and then focuses on the semiconductor thermoelectric materials at home and abroad research progress and its direction..Key word:Semiconductor thermoelectric materials；The seebeck coefficient；Electrical conductivity；Thermal conductivity；Thermal power optimal value1 引言从1823年，Thoums Seebeck 发现了热电效应(即塞贝克效应[1])，人们开始了解热电材料，经过一百多年的研究，人们对热点材料的研究已经取得了长足的进展。

20世纪50—60年代，由于人们在热能电能相互转化特别是制冷方面的迫切要求，人们研究了很多有价值的热电材料，其中有很多热电材料得到了广泛的应用。

70年代以来，由于氟利昂制冷技术的发展，热电材料的研究几乎处于停顿状态。

近年来，氟利昂对环境尤其是对臭氧层的破坏被人们所认识，制造无污染，无噪声的制冷机成为了制冷技术的目标。

光电子低维结构材料和器件的发展近几十年来，光电子学领域得到了迅速发展，而光电子低维结构材料和器件作为其中的重要组成部分，也得到了越来越多的关注。

光电子低维结构材料和器件的开发，为光电子学的发展开辟了新的道路，具有广阔的应用前景。

光电子低维结构材料是指其厚度或尺寸在纳米和亚纳米尺度范围内的材料，包括二维材料（如石墨烯、二硫化钼等）、纳米线材料（如金属纳米线、半导体纳米线等）以及量子点材料。

这些材料具有特殊的电子结构和光学性质，因此在光电子学领域具有广泛的应用潜力。

首先，光电子低维结构材料在光电转换器件中的应用已经取得了重要的突破。

石墨烯作为最著名的二维材料之一，具有优异的电子传输性能和光学特性，可以用于制备高效的光伏电池和光电探测器。

此外，二硫化钼等二维材料也具有良好的光电特性，可以用于制备高性能的光电器件。

其次，光电子低维结构材料还在光电子器件中发挥重要的作用。

纳米线材料是一种具有高表面积和量子限制效应的材料，可以用于制备高效的光电子器件，如光电晶体管和太阳能电池。

另外，量子点材料是一种尺寸在纳米尺度的半导体团簇，具有量子限制效应和可调制的光学性质，已经在显示器、光电探测器和生物标记物等领域得到了广泛应用。

除了在器件中的应用，光电子低维结构材料还具有广泛的基础科学研究价值。

由于其特殊的电子结构和光学性质，这些材料在光电子学、量子电子学和纳米科学等领域的基础研究中具有重要的作用。

研究人员通过制备和改进光电子低维结构材料，并利用其独特的性质，可以揭示光与物质相互作用的本质，并为光电子学领域的进一步发展提供新的思路和方法。

然而，光电子低维结构材料和器件的发展面临一些挑战。

首先，如何制备大面积、高质量的低维结构材料仍然是一个难题。

虽然有许多制备技术已经被提出并取得了一定的进展，但仍然存在着一系列的制备难题，例如如何控制材料的厚度和尺寸，如何避免杂质的存在等。

其次，如何在器件中实现光电转换的最大效率仍然是一个挑战。

低维材料的光电物性及其应用研究低维材料指的是几何尺寸在纳米级别以下的材料，包括二维材料和一维材料。

由于其超薄的厚度和巨大的表面积，这些材料展现出了独特的光电物性，引起了科学家们的广泛研究兴趣。

本文将探讨低维材料的光电物性及其应用研究。

一、二维材料的光电物性1. 光学性质由于其强烈的量子尺寸效应，二维材料表现出了与体材料截然不同的光学性质。

例如，石墨烯的吸收系数极低，仅为0.5%，但其导电率却非常高。

因此，石墨烯被广泛应用于光学检测和传感器等领域。

2. 电学性质二维材料的电学性质也很特殊。

例如，石墨烯的电导率非常高，是铜的40倍，而且在低温下还表现出了电子无质量的行为，即狄拉克费米子。

这种特殊的电学性质使得石墨烯被广泛应用于电子器件领域。

3. 声学性质二维材料的声学性质也受到了广泛关注。

例如，石墨烯的机械性能非常好，其杨氏模量甚至比金刚石还高。

这种强度和韧性使得石墨烯被视为一种理想的非常规声学材料。

二、一维材料的光电物性1. 光学性质一维材料的光学性质也很有意思。

例如，纳米线的光学吸收率非常高，这可以用于制备高效的光伏电池。

此外，纳米线还可以通过表面等离子激元共振来实现超高增透率和增透角，从而有望用于制造高效的纳米光学器件。

2. 电学性质一维材料的电学性质也很有趣。

例如，碳纳米管的电导率极高，可以用于制备高性能的半导体器件。

此外，近年来，人们还发现了碳纳米管的“热电效应”，即在温差作用下，会产生电荷分离，用于制造高效的热电机。

3. 声学性质一维材料的声学性质也值得研究。

例如，纳米线和纳米管的声速非常高，这使得它们成为一种理想的声波导体和滤波器。

三、低维材料的应用研究1. 光电器件基于低维材料的光电器件有很多种，例如传感器、光伏电池、发光二极管等。

特别是石墨烯和碳纳米管，在光电器件领域有着非常广泛的应用前景。

2. 电子器件由于低维材料的独特电学性质，它们也被广泛应用于电子器件领域。

如基于石墨烯的场效应晶体管、基于碳纳米管的晶体管、以及一些新型存储器件。

低维半导体材料的制备及其性质研究一、引言半导体材料是一类常见的电子材料，在现代电子技术和信息技术领域广泛使用。

在这一领域，低维半导体材料具有广阔的应用前景。

低维半导体材料是指在两个或三个维度上具有特殊性质的半导体材料，如二维（2D）材料和纳米线等。

本文将从低维半导体材料的制备方法、其物理和化学特性、及其在电子学和光学等领域的应用等方面进行深入探讨。

二、低维半导体材料的制备方法低维半导体材料的制备方法总结起来主要有以下几种：1. 手动剥离法手动剥离法是将单层的低维半导体材料从高质量晶体中用机械剥离的方法获取。

这种方法需要具有高质量单晶材料、宽带隙和可裂性等特殊性质。

2. 化学气相沉积法化学气相沉积法可以通过将低维半导体材料的前体化合物转化为气体形式，然后在衬底上沉积固体材料来制备低维半导体材料。

这种方法可以控制低维半导体材料的厚度、晶体质量和晶格取向等参数。

3. 海绵法海绵法是一种通过电势屏蔽、光化学反应或热化学反应等方法，将低维半导体材料以薄层的形式沉积在未处理衬底上的方法。

这种方法具有制备过程简单、成本低、适用于大面积制备等特点。

4. 真空热蒸发法真空热蒸发法是通过将低维半导体材料的前体材料在真空蒸发的条件下，冷凝在末端衬底的表面上，从而制备薄膜。

这种方法通常需要高真空环境、高温度和长时间的加热等条件。

三、低维半导体材料的物理和化学特性1. 电学性质低维半导体材料具有优异的电学性能，如高载流子迁移率、高电感、低噪音、高速度、低功率等。

这些优异的性能使得低维半导体材料在晶体管、传感器、以及超大规模集成电路等领域具有潜在的应用前景。

2. 光学性质低维半导体材料在光学领域具有独特的性质，如高光电响应、高塞贝克系数、高量子效率等。

这些性能使低维半导体材料成为具有活性的光学元件的理想选择。

3. 热学性质低维半导体材料具有良好的热学稳定性，通常具有高热导率、低热膨胀系数和优良的热稳定性能。

这使得低维半导体材料通常用于高功率电子设备的散热材料或高温电子元件。

低维材料的研究进展及其应用随着人类科技的不断进步，人们对于材料的研究也在不断深入。

在材料科学领域中，低维材料正变得越来越受到关注。

本文将从低维材料的概念、研究进展以及应用前景三个方面对低维材料进行探讨。

一、低维材料的概念“低维”是一个相对概念，它与“高维”相对。

在材料科学领域中，通常把三维结构称为高维结构，而二维和一维结构则是低维结构。

所以，低维材料通常是指二维或一维材料。

从材料学的角度来看，低维材料是指平面和一维链（或管）构成的材料，包括2D 材料（如石墨烯、硼氮化物等）、1D 纳米线（如半导体纳米线、碳纳米管等）等。

由于低维材料的特殊结构，它们拥有较大的比表面积、更多的表面活性位点、更强的光学、电学特性等。

二、低维材料的研究进展低维材料起源于半导体工业，但近年来，随着石墨烯的发现，低维材料研究成为科学研究的热点。

石墨烯是由单层碳原子构成的二维材料，具有很好的导电性、机械性和光学特性。

石墨烯的发现，推动了低维材料研究的快速发展。

近年来，研究人员不断探索各种低维材料的结构、性质及其应用，涌现出无数令人惊叹的研究成果。

（1）石墨烯以及类石墨烯材料作为最基本的低维材料之一，石墨烯的研究备受人们关注。

除了石墨烯以外，其他的类石墨烯材料（如硼氮化物、六角硼氮化物等）也受到了广泛的关注。

它们不仅具有机械强度和导电性等方面的优异性能，而且在光电领域的应用前景也非常广阔。

（2）二维金属氧化物二维金属氧化物（MXene）是由Mn+1XnTx片层构成的材料，其中M代表过渡金属，X代表碳、氮或氧，T代表表面官能团。

MXene材料的热稳定性、导电性、光学效应都非常优异，适用于电池、传感器等领域。

（3）1D 纳米线在低维材料中，1D 纳米线得到了广泛的应用。

由于其较小的直径和表面积以及良好的晶体品质，纳米线材料对于光学、电学和热学性质的改进效果显著，正成为新型传感器、光电传输设备和生物医学领域的前沿研究方向。

（4）其他低维材料此外，除了上述三类低维材料外，还有很多其他的低维材料也在持续探索中，如石墨烯氧化物、过渡金属二硫属化物等。

半导体材料的历史现状及研究进展(精)半导体材料的研究进展摘要:随着全球科技的快速发展,当今世界已经进入了信息时代,作为信息领域的命脉,光电子技术和微电子技术无疑成为了科技发展的焦点。

半导体材料凭借着自身的性能特点也在迅速地扩大着它的使用领域。

本文重点对半导体材料的发展历程、性能、种类和主要的半导体材料进行了讨论,并对半导体硅材料应用概况及其发展趋势作了概述。

关键词:半导体材料、性能、种类、应用概况、发展趋势一、半导体材料的发展历程半导体材料从发现到发展,从使用到创新,拥有这一段长久的历史。

宰二十世纪初,就曾出现过点接触矿石检波器。

1930年,氧化亚铜整流器制造成功并得到广泛应用,是半导体材料开始受到重视。

1947年锗点接触三极管制成,成为半导体的研究成果的重大突破。

50年代末,薄膜生长激素的开发和集成电路的发明,是的微电子技术得到进一步发展。

60年代,砷化镓材料制成半导体激光器,固溶体半导体此阿里奥在红外线方面的研究发展,半导体材料的应用得到扩展。

1969年超晶格概念的提出和超晶格量子阱的研制成功,是的半导体器件的设计与制造从杂志工程发展到能带工程,将半导体材料的研究和应用推向了一个新的领域。

90年代以来随着移动通信技术的飞速发展,砷化镓和磷化烟等半导体材料成为焦点,用于制作高速高频大功率激发光电子器件等;近些年,新型半导体材料的研究得到突破,以氮化镓为代表的先进半导体材料开始体现出超强优越性,被称为IT产业的新发动机。

新型半导体材料的研究和突破,常常导致新的技术革命和新兴产业的发展.以氮化镓为代表的第三代半导体材料,是继第一代半导体材料(以硅基半导体为代表和第二代半导体材料(以砷化镓和磷化铟为代表之后,在近10年发展起来的新型宽带半导体材料.作为第一代半导体材料,硅基半导体材料及其集成电路的发展导致了微型计算机的出现和整个计算机产业的飞跃,并广泛应用于信息处理、自动控制等领域,对人类社会的发展起了极大的促进作用.硅基半导体材料虽然在微电子领域得到广泛应用,但硅材料本身间接能带结构的特点限制了其在光电子领域的应用.随着以光通状态所需的能量。

低维结构材料的制备及其性能研究低维结构材料是指材料在某一维度上具有显著的表面或者几何约束，从而具备与普通材料不同的物理和化学性质。

常见的低维结构材料有二维（2D）石墨烯、二维过渡金属二硫化物等，以及一维（1D）碳纳米管、一维纳米线等。

这些材料在新能源、电子、催化化学、生物医学等领域有着广泛的应用。

本文将介绍低维结构材料的制备及研究进展。

一、二维材料制备方法1.机械剥离法机械剥离法是最早使用的制备二维材料的方法之一，其主要原理是将三维材料通过机械剥离的方式分离出单层或几层薄片。

石墨烯便是通过该方法被分离出来的。

该方法简单易行，但是需要先知道目标材料的层数，且材料的能量吸附和粘接力要足够强，否则会剥离失败。

2.化学气相沉积法化学气相沉积法通常是利用两种气体在高温下产生化学反应，形成材料沉积在衬底表面上的方法。

对于2D材料，这种方法以石墨烯CVD为代表，其优点是可控性强，且制备的薄膜质量高，是制备大面积石墨烯薄膜的常用方法之一。

3.化学还原法化学还原法是通过还原剂将单质化合物还原成单层或几层石墨烯的方法。

该方法具有成本低、制备简单、适用性强等优点。

但是该方法也有缺点，例如副产物难以处理等问题。

二、低维材料的性质及应用1.石墨烯石墨烯是目前最为著名的二维材料之一。

石墨烯的特殊性质包括高的电子迁移率、极高的导电性、高的形变能力、长程的结构和化学稳定性等。

由于这些特殊的性质，石墨烯在电子学、光电学、催化化学、生物医学等领域有着广泛的应用。

2.过渡金属二硫化物过渡金属二硫化物具有天然的层状结构，高可调的电子输运性能和光电特性等特殊的理化特性。

这些特殊的性质使得它们在新型电子器件的开发、能源存储、催化化学、生物分析等领域有着广泛的应用。

3.碳纳米管碳纳米管具有极高的机械性能、高的导电性和导热性等特点，在材料、能源、生物医学领域中应用广泛。

其中，碳纳米管的应用主要有强化材料、传感器、导电纤维、药物递送等方面。

4.一维纳米线一维纳米线主要包括金属氧化物纳米线、半导体纳米线、金属纳米线、高分子纳米线等。

低维半导体材料及其应用研究近年来，低维半导体材料成为了材料科学领域里备受瞩目的研究方向。

低维半导体材料是一种在三个空间维度中至少有一维度受到了限制的材料，这种限制一般是在一维或两维中实现的。

低维半导体材料的种类较多，如二维材料中的石墨烯、硒化铜，一维半导体纳米线等。

由于这些材料本质的特性以及受到限制的量子效应，低维半导体材料在电子学、光学以及能量转换等领域中有着广泛的应用前景。

一、低维半导体材料的性质提到低维半导体材料，就不得不提它与高维半导体材料的区别。

高维半导体材料是指在三个空间维度都可以自由发展的材料，比如硅、锗等。

而低维半导体材料只有一维或两维可以自由发展。

由于受到维度限制，低维半导体材料的物理、电学以及光学性质都与高维半导体材料有所不同。

在低维半导体材料中，二维材料中的石墨烯是最为典型的一个例子。

石墨烯由单层碳原子构成，由于其呈现出的特殊的异形结构，使得石墨烯拥有了很多高峰值的声子光谱，其热导率也比其他材料高，是理论研究和实际应用的重要材料之一。

在一维半导体材料中，纳米线是常见的例子。

纳米线中电子运动受到限制，仅在一维中自由发展。

这导致了纳米线的电学性质与高维半导体材料有所不同。

同时，由于受到量子限制，纳米线中电子的能量级也发生了一些改变。

除此之外，低维半导体材料还拥有一些独特的性质，如拓扑绝缘态、量子隧穿效应、多项式波、约束及自旋电子运动等，这些性质均可以为低维半导体材料在电子学、光学以及能量转换等领域中的应用提供新的思路和方法。

二、低维半导体材料在电子学中的应用低维半导体材料在电子学中的应用通常表现在电子器件上。

石墨烯、二硫化钼等二维材料被广泛应用在场效应晶体管（FETs）中，并在电子传输方面取得显著进展。

由于石墨烯在光电领域中的优异性质，还有在集成电路、生物传感器及显示器等领域的应用。

在一维半导体材料中，纳米线被广泛应用在电子器件中，比如在纳米晶、激光二极管、场致发光器件以及传感器等领域中。

低维半导体材料的生长与性能研究随着科技的不断发展和人们对于节能环保理念的日益强烈意识，对于新型半导体材料的研究也变得越来越重要。

低维半导体材料作为其中的一种新型半导体材料，备受关注。

一、低维半导体材料概述低维半导体材料是指一种宽带隙半导体材料，它在磊晶生长过程中的一个或多个尺度被限制在纳米级别。

这种材料呈现出非常特殊的光电性能，主要表现在：具有高载流子流动率、较小的载流子有效质量、超高自由载流子寿命以及较高的量子效率等方面。

由于低维半导体材料具有优异的性能，一些研究机构将其定义为“下一代新型半导体材料”。

二、低维半导体材料的生长低维半导体材料的生长是指将低维半导体材料从气体相、液相或固相转化成晶体的过程。

通常采用的生长方法有气相外延、液相外延、分子束外延以及溅射等方法。

其中气相外延是最常采用的低维半导体材料生长方法之一。

该方法通过控制气相物种与衬底表面反应，使半导体材料在衬底表面上生长而成。

气相外延还有一些衍生的方法，如金属有机气相外延、分子束流外延等。

液相外延是利用熔融合金与触晶棒之间相互扩散的方式，在触晶棒表面上生长低维半导体材料。

该方法相对于气相外延具有比较高的可生长面积和所需的设备成本低等优点。

溅射生长是通过离子轰击的方式，将靶材上的原子或离子释放到衬底表面上生成原子薄膜的生长方法。

此方法也是可生长面积较大、设备成本相对较低的方法，因此在低维晶体材料的生长中也得到广泛应用。

三、低维半导体材料的研究1. 光电性能低维半导体材料的光电性能是指材料对于光的响应及其光电特性，这也是低维半导体材料研究中的重要方面。

对于低维半导体材料而言，其载流子运动受到约束，因此载流子的寿命会变长。

同时，由于低维半导体材料表面积小，表面反应活性很强，因此极易出现表面态。

这些表面态往往会对材料的光电性能产生重要影响。

低维半导体材料的光电性能研究对于进一步了解材料的特性、提升材料的性能以及开发新型光电器件有着重要意义。

低维功能材料的制备与应用研究近年来，低维功能材料作为一种新型的功能材料，备受研究人员的关注。

其在能量转换、储存、传输、光学、电子学、生物学等领域具有广泛的应用前景。

本文展开对低维功能材料的制备与应用研究的探索。

一、低维功能材料的概念所谓低维功能材料，即制造过程中所得到的材料在其中至少有一维尺寸小于100纳米，因此它常被称为纳米材料。

低维功能材料包括二维材料、一维材料和零维材料。

具体来看，二维材料指平面材料，如石墨烯和过渡金属二硫化物；一维材料指纤维状物质，如纳米线、纳米管和纳米棒；零维材料指微球、量子点和纳米粒子。

低维功能材料由于其结构尺寸的微观尺度效应，才呈现出一系列独特的物理、化学和生物学特性，因此在研究上有着广泛的应用。

二、低维功能材料的制备技术制备低维功能材料的技术主要包括物理、化学和生物制备法。

1. 物理制备法物理制备法主要通过物理方法获得纳米级别的材料，包括机械剥离法、溅射法、热蒸发法、物理气相沉积法等。

这些方法制备的低维功能材料通常具有较高的可以重复生长的特点，而且具有较高的质量和晶体结构完整性。

例如，机械剥离法是通过剥离超薄的材料获得二维材料，如石墨烯。

而溅射法主要用于制备金属和半导体薄膜。

热蒸发法则主要用于制备薄膜。

物理气相沉积法通常用于制造一维纳米线和纳米管。

2. 化学制备法化学制备法主要通过化学反应来获得材料，包括溶剂沉淀法、水热法、微波合成法等。

这些方法制备的低维功能材料通常具有更高的比表面积和更大的反应活性，从而可以被广泛应用于分析、催化和生物学等领域。

例如，溶剂沉淀法常用于合成纳米粒子和量子点。

水热法常用于制备金属氧化物、金属磷酸盐等材料。

微波合成法则常用于合成金属氧化物、纳米碳管等。

3. 生物制备法生物制备法是指使用细胞或分子进行合成，通过这种方式获得的低维功能材料通常也具有更大的比表面积和更大的反应活性。

生物制备法也是一种低成本的制备方式。

例如，利用微生物等细胞进行生物制备，可以获得纳米材料。

F．极端条件下的低维材料与器件分会主席：戴亚平、唐永建、陈鸿、王占山、资剑F-01戴亚平；中物院激光聚变研究中心F-02极端添加下的低维材料体系与器件汪小琳；中国工程物理研究院科技委副主任极端条件是指极低温、超强电磁场（如强激光、40T以上的磁场）和超高压等外部环境。

涉及的学科和专业包括微纳米加工技术、低维凝聚态物理、纳米材料科学与技术和低维材料的分析表征等，具有较强的多学科交叉性和综合性。

低维材料体系和器件是当前最活跃的研究领域之一，尤其是在超强电磁场、超高压和超强辐射等强外场作用下低维体系的特殊现象和效应的产生与应用是人们关注的重点。

F-03自清洁减反射技术：从表面工程到功能表面贺军辉；中国科学院理化技术研究所本报告主要介绍近年来自清洁减反射技术的研究进展，包括设计原理、研究进展和应用前景，将重点介绍作者所在课题组在自清洁减反射技术方面所做的部分努力。

同时，将指出自清洁减反射技术研究和应用目前面临的问题和挑战以及今后可能的研究方向。

最后，报告将展望自清洁减反射技术潜在的应用前景。

致谢：本报告中介绍的研究工作是在国家高技术研究发展计划(863计划)项目(No.2011AA050525)、中国科学院知识创新工程重要方向项目(KGCX2-YW-370, KGCX2-EW-304-2)、国家自然科学基金项目(No. 21271177)，中国科学院基金项目(CXJJ-14-M38)支持下完成的，特此致谢。

F-04基于Parylene薄膜的可植入柔性MEMS神经接口器件研究刘景全,康晓洋, 田鸿昌,芮岳峰；上海交通大学微纳电子系微米纳米加工技术国家级重点实验室随着医疗电子器件的发展，基于柔性MEMS的可植入器件取得了快速发展。

体内环境极端恶劣，植入器件不仅要有良好的生物相容性，而且要耐受体内各种酶的侵蚀。

Parylene 薄膜具有良好的生物相容性和生物惰性，经过FDA认证属于美国药典USP 6级材料，属于长期可植入材料。

低维半导体材料的光电性质及其应用近年来，低维半导体材料由于其独特的电子结构和优异的光学性质，在科学研究和技术应用中备受关注。

尤其是，二维纳米材料（例如石墨烯、过渡族金属二硫化物等）具有很高的载流子迁移率、高发光效率和可调控的光电性质，是研究新型光电器件和量子信息处理材料的重要候选材料。

一、低维半导体材料的光电性质低维半导体材料的光电性质往往受到其电子结构和几何结构的限制。

以石墨烯为例，由于其零维的带隙态（Dirac锥），导致其光吸收系数较低，且仅限于红外波段；而石墨烯的带电载流子、扭曲石墨烯和化学修饰石墨烯的复合体系则能够通过调控其电子结构和能带结构，实现新型光电器件的功能。

过渡族金属二硫化物（MX2，M=Mo、W；X=S、Se）则具有层状的晶体结构，因此具有较大的内聚能和柔性，且在纵向和横向宽度的长度尺度下，都呈现出不同的电子结构特性。

多层MX2材料的层间相互作用弱化，导致其带隙在数量级上降低，从而提高了光伏转换年度。

单层MX2材料的带隙由于量子限制和电子的相互作用引起，其带隙宽度与晶格参数紧密相关，可在不同光谱区域内实现高吸收和低反射。

同时，MX2材料表面的长寿命缺陷态也使其成为研究宽带光发射和高效光电转换的优美材料。

二、低维半导体材料的应用低维半导体材料具有优异的光电性质和独特的结构特性，可以用于多种光电器件的应用。

其中，可见光和红外光区域的导电性材料、高效的光伏材料和新型的可见光晶体管等是研究热点和应用前景较好的方向。

1. 红外探测和制冷近年来，红外探测器的研究受到了广泛关注。

传统探测器材料的响应局限于狭窄的波段，而低维半导体材料具有超宽的光谱响应范围和高的特异性，具有较大的应用潜力。

例如，单层石墨烯和多层MoS2薄膜则被广泛研究作为红外探测器的候选材料。

它们具有高的光电响应率、高的噪声等级、卓越的换能效率等优异的光电性质。

2. 光伏电池低维半导体材料也可以作为光伏电池材料，用于光电转换。

2011年8月第23期科技视界SCIENCE &TECHNOLOGY VISION 科技视界Science &Technology Vision作者简历:李世国(1978.04—),博士,深圳信息职业技术学院讲师,主要从事半导体低维光电材料与器件方面的研究。

半导体量子点及其应用概述李世国王新中范金坪夏林中张春晓杜军(深圳信息职业技术学院广东深圳518029)【摘要】半导体量子点是由少量原子组成的准零维的纳米量子结构,表现出较其它维度的结构的半导体材料更优越的性能,被广泛应用于量子计算、量子生物医学、量子光伏器件、量子发光器件和量子探测器中,是现在前沿科学研究的热门课题之一。

【关键词】量子点;纳米结构;量子效应;量子点应用0引言近年来半导体材料科学主要朝两个方向发展:一方面是不断探索扩展新的半导体材料,即所谓材料工程;另一方面是逐步从高维到低维深入研究己知半导体材料体系,这就是能带工程。

半导体量子点就是通过改变其尺寸实现能级的改变,达到应用的目的,这就是半导体量子点能带工程。

半导体量子点是由少量原子组成的准零维纳米量子结构,原子数目通常在几个到几百个之间,三个维度的尺寸都小于100纳米。

载流子在量子点的三个维度上运动受尺寸效应限制,量子效应非常显著。

在量子点中,由于量子限制效应作用,其载流子的能级类似原子有不连续的能级结构,所以量子点又叫人造原子。

由于特殊能级结构,使得量子点表现出独特的物理性质,如量子尺寸效应、量子遂穿效应、库仑阻塞效应、表面量子效应、量子干涉效应、多体相关和非线性光学效应等,它对于基础物理研究和新型电子和光电器件都有很重要的意义,量子点材料生长和器件应用研究一直是科学界的热点之一[1]。

1量子点制备方法目前对量子点的制备有很多方法,主要有外延技术生长法、溶胶-凝胶法(Sol-gel)和化学腐蚀法等,下面简单介绍这几种制备方法:1.1外延技术法外延技术法制备半导体量子点,主要是利用当前先进的分子束外延(MBE)、金属有机物分子束外延(MOCVD)和化学束外延(CBE)等技术通过自组装生长机理,在特定的生长条件下,在晶格失配的半导体衬底上通过异质外延来实现半导体量子点的生长,在异质外延外延中,当外延材料的生长达到一定厚度后,为了释放外延材料晶格失配产生的应力能,外延材料就会形成半导体量子点,其大小跟材料的晶格失配度、外延过程中的条件控制有很大的关系,外延技术这是目前获得高质量半导体量子点比较普遍的方法,缺点是对半导体量子点的生长都是在高真空或超高真空下进行,使得材料生长成本非常高。

低维半导体材料制备及其物性研究近年来，随着科技的发展，低维半导体材料逐渐成为了新一代材料研究的热点。

这种材料相对于传统的材料具有结构简单、物性特殊、能带调控等优点，在光电子器件、化学传感器、能源转化等领域有着广泛的应用前景。

然而，低维半导体材料的制备和物性研究依旧是一个具有挑战性的课题，在这篇文章中我们将深入探讨这个领域的相关知识和研究进展。

一、低维半导体材料的概念及种类低维半导体材料是指在三维空间中，至少有一个方向上纳米尺度取向，如二维材料（如石墨烯、稀土十五烷基硫酸盐等）、一维材料（如纳米线、纳米棒、纳米管等）和零维材料（如纳米颗粒、量子点等）等。

这些材料具有极低的维度，因此在物理、化学等方面表现出了独特的性质，如全息图效应、表面等离子体共振效应、拓扑自由度等。

二、低维半导体材料的制备方法目前，低维半导体材料的制备方法可以分为自下而上和自上而下两种，具体方法如下：1、自下而上法这种方法是将原子、分子或团簇作为单位，通过化学反应制备出半导体纳米颗粒、纳米线、纳米棒等低维材料，常用的自下而上法包括溶液法、热分解法、气相沉积法等，并可以通过有机化学合成、水相合成等方式实现。

2、自上而下法这种方法是从半导体单晶造型开始，通过化学腐蚀、离子束刻蚀等方法实现制备低维材料的方法。

常用的自上而下方法包括分子束外延、化学气相沉积等。

三、低维半导体材料的物性研究低维半导体材料由于其简单的结构和特殊的物理性质，因此引起了研究人员的广泛关注。

目前，有关半导体低维物性研究主要包括以下几个方面：1、功函数和势垒的理论研究半导体低维材料的功函数与势垒，决定了电子和空穴在材料内部的输运行为。

因此，研究这些基本物理参数对于理解材料的物性和设计高效器件有着重要的作用。

2、电子输运特性的实验研究电子输运特性包括材料的载流子浓度、迁移率、电导率等参数，通过实验方法可以得到这些参数的详细信息，从而为理解材料的物质特性和优化材料设计提供帮助。

低维材料的电子性质与应用研究低维材料是指纬度小于3的材料，包括一维纳米线、二维薄膜和量子点等。

这类材料因其独特的电子结构和表面效应，在应用领域具有广泛的应用前景。

在本文中，我们将介绍低维材料的电子性质与应用研究的最新进展。

一、低维材料的电子结构特点低维材料的电子结构与体材料有很大的差别。

一维纳米线和二维薄膜的电子结构中含有显著的表面态，这些表面态对于电传输和光电性质具有重要的影响。

量子点由于其尺寸小于电子波长，电子量子限制效应显著，导致其电子结构与晶体材料有很大的不同。

因此，低维材料的电子性质不同于体材料，主要表现在以下几个方面：1. 电容效应低维材料具有较大的比表面积，可以增加电容效应，从而提高电化学传感器的灵敏度和选择性。

2. 有效质量低维材料的电子有效质量较小，电子在其内部运动自由度更强，因此电子迁移率较高，这对于半导体电学性能的提升具有重要意义。

3. 电荷转移由于低维材料表面的化学性质不同于体材料，大量的表面态能够吸附物质，从而发生电荷转移，这可以用于光电催化、气敏传感等领域。

二、低维材料的应用1. 光电传感器低维材料在光电传感器方面具有广泛的应用前景。

一维纳米材料具有高灵敏度和快速响应时间，可以用于光电探测和气体传感器。

二维材料的光伏器件效率较高，可以用于太阳能电池等。

量子点具有宽广的吸收谱和尺寸调控能力，可以用于实现单光子检测等高灵敏度检测。

2. 纳米电子器件低维材料的电子传输性质与体材料有很大的不同，因此可以制备出特殊的纳米电子器件。

例如，将一维纳米线作为传感器，可以实现天线、数据传输和生物传感器等应用。

二维材料作为场效应晶体管的通道层可以实现“黑磷”、石墨烯等材料的逻辑门，这类材料还可以制备出高频谐振器、光电晶体管、量子点激光器等器件。

3. 能量转换和储存低维材料在能量转换和储存方面具有较高的效率和可控性。

一维纳米线、二维薄膜的较大的比表面积可以增加电介质的储能密度，从而制备出高容量的电容器。

低维材料与器件低维材料与器件是当前材料科学研究领域的热点之一。

它基于纳米科技的发展，研究各种低维结构的材料，并将其应用于各种器件中。

低维材料与器件的出现，不仅极大地推动了科技的进步，也带来了许多新颖的应用和发展前景。

一、低维材料的定义和特点低维材料，顾名思义，是指在一个或多个维度上尺寸受限的材料。

一般来说，低维材料可以分为二维材料和一维材料两类。

二维材料是指在平面上尺寸受限，只具有两个维度的材料。

最具代表性的二维材料当属石墨烯，它由一个原子层组成，具有优异的导电性、热导性和机械强度。

一维材料是指在空间中只有一个维度受限，例如一维纳米线、纳米管等。

由于尺寸的限制，一维材料具有独特的电子、光学和磁学性质，被广泛应用于纳电子器件和传感器等领域。

低维材料的特点主要体现在三个方面：1. 尺寸效应：由于尺寸的限制，低维材料的性质会发生显著变化。

例如，低维材料的电子结构和光学性质与体材料不同，具有独特的能带结构和光谱响应。

2. 增强表面效应：低维材料具有大比表面积，表面原子数目较多，从而使其与外界的相互作用增强。

这种增强的表面效应在催化、吸附等领域有着广泛应用。

3. 可调控性：低维材料具有多样的结构和组成，可以通过调控材料的合成方法和工艺参数来实现对其性质的调控。

这使得低维材料成为一种理想的器件材料。

二、低维材料在器件应用中的研究进展低维材料由于其独特的性质，在各种器件中得到了广泛的应用。

以下分别介绍了低维材料在电子器件、光电器件和传感器等领域的研究进展。

1. 电子器件低维材料在电子器件中的应用主要包括场效应晶体管、透明导电膜和柔性电子器件等。

例如，石墨烯作为一种超薄半导体材料，可以用于制造高性能的场效应晶体管，具有优异的电子迁移率和开关特性。

2. 光电器件低维材料在光电器件中的应用主要包括光伏材料、光探测器和光发射器等。

石墨烯由于其高度的光学吸收和光电转换效率，被广泛应用于太阳能电池和光电探测器等领域。

3. 传感器低维材料在传感器中的应用也十分广泛。