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硅基一体化光子芯片的设计和应用随着信息技术的发展，对通信技术、计算机技术、生物技术等领域的需求越来越高，光通信技术的未来发展也成为人们关注的焦点。
而硅基一体化光子芯片作为一种新型光子器件，具有制造工艺复杂度低、成本低、功耗小、尺寸小的优势，已经成为光通信的重要组成部分。
本文将从硅基一体化光子芯片的特点、设计原理和应用场景三个方面探讨其发展和应用。
一、硅基一体化光子芯片的特点硅基一体化光子芯片是基于硅材料的微纳加工技术，将硅芯片加工成一些结构尺寸和波长相当的器件，利用光的特性实现光信息的传输和处理。
相较于传统的光器件，硅基一体化光子芯片有以下特点。
1. 制造工艺复杂度低传统的光器件需要采用多种多样的材料制作，而硅基一体化光子芯片只需用一种材料，就可以实现多种不同的光学功能。
在制造过程中，只需要使用标准的微纳加工技术，可以在晶片上加工出一些微型结构，通过这些结构就可以实现光学功能，大大降低了制造成本。
2. 成本低硅基一体化光子芯片的高度集成化可以提高芯片的利用效率，减少材料的浪费，同时采用标准的微纳加工工艺，也可以降低成本。
3. 功耗小硅基一体化光子芯片可以实现光的传输和处理，不需要通过电信号去转换成光信号，节省了电能。
而且硅的光导率比一般非晶态物质要高得多，能有效减少信号衰减，降低信号误码率，提高信号传输速率。
4. 尺寸小与传统的光器件相比，硅基一体化光子芯片的体积要小得多，一张芯片上可以集成数量众多的器件，可以帮助实现更加高速、高密度的光通信。
二、硅基一体化光子芯片的设计原理硅基一体化光子芯片是使用硅作为基底，经过多层微细处理、刻蚀等工艺加工实现各种不同的光学功能。
具体来说，硅基一体化光子芯片的设计原理包括三个方面：1. 光耦合器设计光耦合器是光学耦合器的一种，是将光纤的光信号经过一定的传输路径后，转换为芯片内部传输的器件。
光耦合器的核心问题是通过光纤和硅基一体化芯片内部的光波导器件之间的相互作用，实现双方光能的转换。
硅基光电材料的研究与开发近年来，随着信息技术的飞速发展，人们对光电材料的需求不断增加。
其中，硅基光电材料作为一种重要的功能材料，具有广泛的应用前景。
本文将探讨硅基光电材料的研究与开发，并对其未来发展进行展望。
1. 硅基光电材料的特点与应用硅基光电材料是一类以硅为基底的材料，具有许多独特的特点。
首先，硅基光电材料具有良好的光电特性，能够将光信号转化为电信号，实现能量的转换与传输。
其次，硅基光电材料的制备工艺成熟，生产成本低廉，适应了大规模生产的需求。
此外，硅基材料还具有可塑性好、稳定性高等优点，能够适应不同场合的需求。
硅基光电材料在各个领域都有广泛的应用。
在电子工业中，硅基光电材料可用于制备光电器件，如太阳能电池、光电传感器等。
在医学领域，硅基光电材料可用于制备生物传感器，实现对生物分子的便捷检测。
在光通信领域，硅基光电材料可用于光纤通信与光波导的制备，提高传输效率与稳定性。
2. 硅基光电材料的研究进展近年来，随着科学技术的不断进步，对硅基光电材料的研究也越发深入。
研究人员通过对硅基材料的改性与掺杂，提高了其光电性能。
例如，研究人员通过对硅基材料进行微纳加工，制备了纳米结构材料，进一步提高了其光电转化效率。
此外，研究人员还研发了一系列基于硅基材料的新型光电器件。
例如，利用硅基材料的光致发光效应，研究人员成功制备了硅基发光二极管，实现了基于硅材料的光发光器件的突破。
同时，硅基光电材料的研究还推动了光通信技术的发展，使其在高速传输与大容量数据存储方面取得了重要突破。
3. 硅基光电材料的未来发展在未来，硅基光电材料有望在多个领域得到广泛应用。
首先，在太阳能领域，硅基光电材料的高效转换性能将有助于提高太阳能电池的能量转换效率，推动可再生能源的发展。
其次，在信息通信领域，硅基光电材料的突破性进展将推动光通信技术的飞速发展，提高数据传输的速率与稳定性。
此外，硅基光电材料在医学诊断与治疗领域也具有广阔的前景。
随着人们对生命科学的深入研究，硅基生物传感器的需求不断增加，其在生物分子检测、疾病诊断与治疗等方面的应用将逐步扩大。
专题报告-1硅基光电子学（光子学）研究概况网络信息中心文献情报服务2007年6月硅基光电子学研究概况编者按：本文介绍了硅基光电子技术的研究现状、重点研究方向、技术难点以及国内外主要研究机构的基本情况。
希望能为我所学科布局的发展提供一些参考。
一、技术概述硅基半导体是现代微电子产业的基石，但其发展已接近极限。
而光电子技术则正处在高速发展阶段，现在的半导体发光器件多利用化合物材料制备，与硅微电子工艺不兼容，因此，将光子技术和微电子技术集合起来，发展硅基光电子科学和技术意义重大。
近年来，硅基光电子的研究在国内外不断取得引人注目的重要突破，世界各发达国家都把硅基光电子作为长远发展目标。
硅基光电子学包括硅基光子材料、硅基光子器件和硅基光子集成三个主要方面。
分别介绍如下：1. 硅基光子材料（1）硅基纳米发光材料目前的研究重点是如何有效地控制硅纳米晶粒的尺寸和密度，以形成具有小尺寸和高密度的有序纳米结构。
制备方法有：通过独立控制固体表面上的成核位置和成核过程实现自组织生长；在掩蔽图形衬底上的纳米结构生长；扫描探针显微术的表面纳米加工；全息光刻技术的纳米图形制备以及激光定域晶化的有序纳米阵列形成等。
（2）硅基光子晶体光子晶体具有合成的微结构、周期性变化的折射率以及与半导体潜在电子带隙相近的光子带隙。
根据能隙空间分布的特点，可以将其分为一维、二维和三维光子晶体。
光子晶体的实际应用是人们所关注的焦点，而与成熟的硅工艺相结合是人们非常看好的方向，可出现全硅基光电子器件和全硅基光子器件，因此制备硅基光子晶体及其应用将是以后的研究重点。
在所有光子晶体制备方法中，运用多光束干涉的全息光刻法有着许多优点：通过照射过程能够制成大体积一致的周期性结构，并能自由控制结构多次。
通过控制光强、偏振方向和相位延迟，制成不同的结构。
2. 硅基光子器件（1）硅基发光二极管作为硅基光电子集成中的光源，硅基发光二极管（Si-LED）的实现是硅基光电子学研究中的一个主攻方向。
硅基光子学的原理与光学器件研究光子学作为一门研究光的行为和性质的学科，一直以来都备受关注。
而在光子学的发展过程中，硅基光子学成为了一个热门的研究领域。
本文将介绍硅基光子学的原理和光学器件研究，探讨其未来的发展前景。
硅基光子学的理论基础源于硅的特殊物理性质。
硅是一种广泛应用于集成电路制造的材料，它具有高折射率、高导热性和低色散等优势。
这些特性使得硅材料非常适合用于光学器件的制造，尤其是在通信领域。
在硅基光子学中，硅波导是一种常见且重要的元件。
硅波导可以通过制造一定形状和深度的结构来控制光的传播。
通过光波在波导内部的传播，可以实现光的引导和耦合，从而实现光的传输和调控。
硅波导的制造通常使用微电子加工工艺，与集成电路的制造方式类似。
硅波导还可以实现光的调制。
通过将电信号转化为光信号，然后通过控制光的强度来实现信号的调制。
这种调制方式被广泛应用于光通信系统中，能够实现高速、大容量的数据传输。
硅基光子学在光通信领域有着巨大的应用潜力。
除了硅波导，硅基光子学还涉及到其他一些重要的器件，如光调制器、光开关和光放大器等。
光调制器可以通过控制光的相位和强度来实现光信号的调制。
光开关可以在不同的路径之间切换光的传输，实现光信号的路由和分配。
光放大器可以将光信号放大，增强光的信号强度。
硅基光子学的研究还涉及到一些新兴的领域，如量子光学和光子计算等。
量子光学研究光与物质之间的相互作用，利用光的量子特性来实现量子计算和通信。
硅基光子学可以提供一个制备和控制光量子态的平台，为量子信息处理提供了新的可能。
光子计算是一种新颖的计算方式，利用光的优势来实现快速、高效的计算。
硅基光子学可以提供光子计算中所需的光源、耦合器和光学器件等基础设施。
光子计算的潜力巨大，有望成为未来计算的重要技术之一。
虽然硅基光子学有着广泛的应用前景，但也面临着一些挑战。
例如，硅材料的光学非线性较弱，这在一定程度上限制了硅基器件的性能。
此外，硅基光子学的制造成本较高，这也限制了它在某些领域的应用。
硅光子晶体微腔中光学非线性效应研究随着信息技术的飞速发展，人们对于快速、高效、低能耗的传输、数据存储需求越来越高。
而硅光子晶体微腔作为一种新型的微纳光学器件，具有微小尺寸、高品质因子、可集成性等优点，被广泛应用于光学传输、微型激光器等领域。
而在硅光子晶体微腔中，我们可以观察到一系列非线性光学效应，包括非线性激光增益、光学调制、光学饱和吸收等。
其中最为常见的非线性效应是光学 Kerr 效应，即光场的幅度对介质折射率的影响，导致光场在内部传输过程中的相位、强度发生变化。
硅光子晶体微腔中的 Kerr 非线性效应的存在，为实现微型调制器、光路开关等微纳光学器件提供了基础。
同时，利用 Kerr 非线性效应还可以实现微型整流器、光学频率梳等高速数据处理应用。
在研究硅光子晶体微腔中的 Kerr 非线性效应时，最重要的参数之一是品质因子，简称 Q 值。
品质因子越高，意味着光子在腔内的寿命越长、光场能量损失越小，从而能够更好地观察到光子-光子耦合效应、光子-声子耦合效应等微观现象。
因此，如何提高硅光子晶体微腔的品质因子，是学者们一直探索的热点问题。
其中，最常用的方法是采用“空气悬浮”技术，将硅芯片悬浮在半导体基底上，避免了与基底接触所带来的能量损失。
另外，通过在芯片表面涂覆氧化硅等材料，形成硅氧化物光子晶体微腔，也能够提高其品质因子。
除品质因子外，另一个影响 Kerr 非线性效应的重要参数是泵浦光功率。
在硅光子晶体微腔中，泵浦光的折射率与腔内模式导致相位匹配，从而使得 Kerr 非线性效应加强。
同时，高功率的泵浦光也可能导致折射率的变化引起吸收、散射效应，从而影响腔内的能量传输。
因此，在研究硅光子晶体微腔中 Kerr 非线性效应时，需要对泵浦光功率、波长、时间延迟等参数进行细致调控，并结合理论模型进行分析和验证。
最近，越来越多的学者将非线性光学效应引入到超冷原子物理、非线性量子信息处理等领域。
例如，在硅光子晶体微腔中引入量子点等量子粒子，利用其与光子间的非线性相互作用，实现光子态的量子态转换。
硅光子晶体相关材料的应用研究随着科技的不断进步和发展，高科技材料也不断被研发和发明。
这些高科技材料不仅有着广泛的应用，而且在不同的领域拥有着巨大的潜力。
其中，硅光子晶体相关材料是一种具有很大潜力的材料。
硅光子晶体相关材料是一种由人工制造的晶体结构，具有光学性质。
虽然硅光子晶体在自然界中并不存在，但它却是人类通过不断的研究和尝试，通过仿生学和纳米技术而得到的非常有趣和有用的物质。
硅光子晶体具有许多优异的物理性质，可以作为高科技领域中的重要材料之一，广泛应用于纳米技术、光子学、生物医学、通讯技术等领域。
硅光子晶体相关材料具有以下几个特点：一、光子带隙硅光子晶体的最大特点就是具有光子带隙。
通过控制硅光子晶体的晶格结构，可以调整它们的波长范围，使它们满足特定的光谱要求。
硅光子晶体的光子带隙可以被用作频率选择和光信号微调器。
二、自组装硅光子晶体具有自组装的能力，可以通过一定的晶体结构，自组装形成非常漂亮的结构。
这种自组装的能力为制造微小器件提供了一个非常有用的途径。
同时，硅光子晶体的自组装能力也能够为制造高性能的电子器件提供有力的支持。
三、低散射硅光子晶体相关材料可以降低线路和器件的散射，这是实现高速通讯和微处理器的关键。
硅光子晶体的低散射性可以优化光信息处理过程中的信噪比，从而防止误码率的增加。
四、生物医学硅光子晶体相关材料有很多生物医学方面的应用。
它们可以作为高灵敏度光学生物传感器，用于检测DNA、蛋白质等生物分子。
同时，硅光子晶体材料也可以用于制造光学成像器材、药物载体等医学器械，有着广阔的应用前景。
通过以上对硅光子晶体相关材料的介绍，可以看出，硅光子晶体材料在高科技领域中的应用前景非常广阔。
目前，人们对硅光子晶体相关材料的研究已经取得了许多成果，尤其是在光电子学领域中，硅光子晶体材料已经开始逐渐得到应用。
硅光子晶体相关材料的发展还有许多难题和挑战。
例如，硅光子晶体的制备过程需要高精度的化学处理、光刻、金属蒸镀等复杂的工艺，成本也比较高。
万方数据 万方数据３期燕路等：硅基光子器件研究进展及其在光陀螺与光通信中的应用５４９的ｐ－ｉ—ｎ结构有效地降低了自由载流子的有效寿命，他们采用标准微电子工艺制作了第一个连续波长硅基拉曼激光器。
激光器结构如图１所示［２７。
脊型波导是在未掺杂的ＳＯＩ结构Ｓｉ的［１００１表面上：通过标准的光刻和蚀刻工艺制成，在其两侧的平板分别注入硼和磷形成ｐ－ｉ—ｎ结构，反偏的ｐ－ｉ—ｎ二极管大大降低了ＴＰＡ引发的载流子吸收。
当给它加反偏电压时，ＴＰＡ产生的电子一空穴由于受到ｐ－ｉ－ｎ结构的电场作用，被迅速地清除出了波导区，因此有效载流子寿命随着反偏压的增强而减小。
这一结构成功得到｜ｒ稳定的边模抑制比为５５ｄＢ，线宽小于８０ＭＨｚ的单模激光输出。
其激光阈值依赖于反偏电压，波长可通过改变抽运波长调节。
图１第一个连续硅基拉曼激光器结构示意图∞３Ｆｉｇ．１ＳｃｈｅｍｅｏｆｔｈｅｆｉｒｓｔＣＷｓｉｌｉｃｏｎＲａｍａｎｌａｓｅｒＣ２７】硅基拉曼激光的实现是硅激光领域内的重要突破，但足它仍然只实现了红外波段激光，未能实现可见光波段激光。
在Ｉｎｔｅｌ报道了他们的拉曼激光后，Ｓｔｅｃｌｄ研究组阳８］寅布，他们研制成功世界卜第一个可见光波段的硅激光器。
他们在硅衬底上用分子束外延技术生长了Ｅｕ３＋掺杂的多层ＡＩＧａＮ结构，实现了室温下阈值约为１１７ｋＷ／ｃｒｎ２，波长６２０ｎｌｎ的激光输出。
２００８年，Ｒｏｎｇ研究组乜列又报道了级联式拉曼激光，利用受激拉曼散射的级联效应将硅基拉曼激光波长拓展至１６８６ｎｍ和１８４８ｎｍ。
这一激光器采用环形谐振腔和１５５０ｎｍ光抽运，实现了稳定的、连续的、输出功率超过５ｍＷ、线宽小于２．５ＭＨｚ的１８４８ｎｍ二阶级联激光，为实现更高阶拉曼激光铺平了道路。
尽管上述研究已经取得突破性进展，但是仍然面临一个问题：即以上述及的激光器都需要抽运光激发，若想将硅基激光器完全地单片集成，就必须实现载流子注入（电抽运）形式的激光光源。
SiO2光子晶体的自组装制备及其光子带隙性质研究SiO2光子晶体的自组装制备及其光子带隙性质研究引言：光子晶体作为近年来研究的热点之一，在光学领域中得到了广泛应用。
光子晶体具有类似于电子禁带的光子禁带结构，这种结构能够阻止特定波长的光传播，具有重要的光学特性和应用潜力。
目前，人们主要通过自组装技术来制备光子晶体，以实现光子禁带效应。
本文将介绍SiO2光子晶体的自组装制备方法，并对其光子带隙性质进行研究。
一、SiO2光子晶体的自组装制备方法SiO2光子晶体的自组装制备主要采用溶液自组装法。
首先，将适量的SiO2纳米颗粒与溶剂混合，形成稀释均匀的溶液。
然后，在适当的温度下，将溶液滴在平坦基底上，通过挥发溶剂，使得SiO2颗粒沉积在基底表面。
在此过程中，SiO2颗粒通过自组装现象，形成有序的结构，最终形成SiO2光子晶体。
二、SiO2光子晶体的光子带隙性质研究SiO2光子晶体的光子带隙性质是其最重要的特性之一，通过研究光子带隙性质，可以了解光子晶体的光学性能和应用潜力。
光子带隙是光子晶体中能量区域，可以阻止特定波长的光通过。
通过调节光子晶体的结构参数，如颗粒直径、周期、填充因子等，可以调控光子带隙的位置、宽度和形状。
在实验中，可以通过光谱分析的方法来研究光子带隙性质。
一种常用的方法是透射光谱测量，通过照射不同波长的光源，测量样品的透射光谱。
光子带隙出现为透射谱中的带隙区域，即波长范围内的传输光强低于其他波长范围。
进一步研究SiO2光子晶体的光子带隙性质，可以通过改变SiO2颗粒的尺寸，实现带隙的调控。
当SiO2颗粒尺寸发生变化时，光子晶体的周期也会改变，从而影响光子带隙。
通过调整SiO2颗粒的直径，可以改变光子晶体的带隙位置，实现特定波长的光阻隔。
此外，在实验过程中，可以通过控制溶液浓度、沉积速度等参数，来调控SiO2光子晶体的填充因子。
填充因子是指光子晶体中实际占据体积与理论球堆积体积之比。
通过调节填充因子，可以进一步改变光子带隙的形状和宽度。
光子晶体实验方案实验目的：以硅为原料，通过离子束刻蚀(EBL)、干法刻蚀(dry-etching)、电化学腐蚀等方法在制备大孔硅的基础上，通过理论分析、设计和模拟，制备具有特殊要求的二维光子晶体。
参数如下：平板硅（11.56），空气孔，晶格周期a=300um，孔半径为144um实验原理：介电常数周期性改变的材料会出现对光子的局域作用，会产生类似于电子在半导体中的带隙结构。
实验材料：所有试验材料参见“光子晶体试验设备报表”实验方案：借助传统的半导体的工艺，完成三角晶格多孔硅的试验制备方法实验步骤：1、对硅片表面的氧化物、金属及其他杂志进行清洗，主要使用氧化剂H2O2和丙酮溶剂。
2、使用镀膜机在硅的表面镀一层氮化硅掩膜，再在氮化硅掩膜上使用旋转涂覆的方法甩上一层600nm厚度的光刻胶3、通过显影技术将预先设计好的正方形格子复制到光刻胶上，进而传递到光刻胶下的氮化硅层4、干法刻蚀氮化硅层到硅片5、使用KOH溶液(35wt%~40wt%,~60℃)在硅片表面形成倒金字塔尖端6、电化学腐蚀的方法腐蚀出深孔硅对于电化学腐蚀：6.1、完成实验步骤第5步后，将已经形成腐蚀尖端的硅片的背面通过铜片与腐蚀电极的阳极相连6.2、将硅片固定在铁氟龙夹具中，注意密封，保证不会有腐蚀液透过密封槽到另一侧6.3、将完成密封的铁氟龙夹具放到培养皿中，确保有倒金字塔尖端的一侧与腐蚀液完全接触。
6.4、将体积比大概为1：1的氢氟酸和乙醇混合溶液500ml倒入腐蚀槽中，保证电解液的温度在20℃左右。
6.5、铂丝与腐蚀电极的阴极相连后放入到腐蚀溶液中，连接导线从腐蚀槽顶端接出6.6、开始腐蚀，10分钟后完成腐蚀6.7、清洗试验后的硅片实验分析：一、分析影响试验的因素1、光照强度与腐蚀速率的关系，光强与孔隙率的关系2、电解的电流密度与腐蚀的关系3、电解液的配比与腐蚀的关系4、腐蚀时间与结果的关系5、产生的氢气气泡对大孔硅的影响6、光照波长对多孔硅生长的影响二、试验中应注意事项1、有毒性的化学药剂一览：丙酮：吸入后可引起头痛，支气管炎等症状。
硅基光子晶体的研究从真空管到超大规模集成电路，人类跨出了巨大的一步、半个世纪以来，电子器件的迅猛发展使其广泛应用于生活和工作的各个领域，它尤其促进了通讯和计算机产业的发展。
然而，进一步小型化以及在减小能耗下提高运作速度，几乎是一种挑战、由于电子器件是基于电子在物质中的运动，在纳米区域内，量子和热的波动使它的运作变得不可靠了，人们感到了电子产业的发展极限。
由于光子是以光速运动的粒子，以光子为载体的光子器件有比电子器件高得多的运行速度，光子在电介质传播每秒可以携带更多的信息，其传输带宽要远大于金属导线，并且光子受到的相互作用远小于电子，因而光子器件的能量损耗小、效率高，人们转而把目光投向了光子，提出了用光子作为信息裁体代替电子的设想。
类似于电子产业中的半导体材料，光子产业中也存在着一种基础材料——光子晶体（Photonic Crystals ）。
光子晶体（Photonic Crystals ）是由具有不同介电常数（折射率）的材料按照某种空间有序排列的的其周期可与光波长相比的人工微结构。
介电函数的周期性变化能够调制材料中光子的状态模式，使光子带隙出现，当光的频率位于光子带隙范围内，它将不能在光子晶体中的任何方向传播。
因此，光子晶体也常称为光子带隙材料（Phtonic Band Gap Materials ）。
光子晶体将成为光电集成、光子集成、光通讯的关键性基础材料，所以光子晶体又成为“光学半导体”。
它广阔的应用前景使光子晶体成为当今世界范围的一个研究热点，得到了迅速的发展。
硅材料是现代集成电路工业的基础性材料，是人类制备工艺最成熟、研究最深入、了解最清楚的材料之一。
硅的折射率 较高（在波长为1.1μm 时n=3.53），满足完全光子带隙的光子晶体的要求，且硅对通信领域所采用的两个波长1.3μm 和1.55μm 来说是透明的，所以硅材料是制备光子晶体的良好材料。
近几年硅基光电集成取得了一些突破，研究硅基光子晶体，将大大促进硅基光电集成，全光集成技术的发展。
本研究方向着重研究硅基光子晶体和二氧化硅蛋白石光子晶体的制备和性质，研究采用自组装方法获得的蛋白石胶体晶体为模板，制备硅的反蛋白石结构，理论计算表明三维周期结构只具有赝光子带隙，这种由数百纳米的单分散二氧化硅小球自组装面心密排堆积而成的反蛋白石结构具有完全的光子带隙。
光子晶体的广阔的应用前景使其成为当今世界范围的一个研究热点铸造多晶硅及其他光电转换材料现代工业的发展，一方面加大对能源的需求，引发能源危机；另一方面在常规能源的使用中释放出大量的二氧化碳气体，导致全球性的“温室效应”。
为此各国力图摆脱对常规能源的依赖，加速发展可再生能源。
作为最理想的可再生能源，太阳能具有“取之不尽，用之不竭”的特点，而利用太阳能发电具有环保等优点，而且不必考虑其安全性问题。
所以在发达国家得到了高度重视，欧洲联盟国家计划在２０１０年太阳能光电转换的电力占所有总电力的1.5％，美国启动了“百万屋顶”计划。
在能源短缺，环境保护问题日益严重的我国，低成本高效率地利用太阳能尤为重要。
太阳能电池就是利用光伏效应将太阳能直接转换为电能的一种装置。
常规太阳电池简单装置如图1所示。
当N型和P型两种不同型号的半导体材料接触后，由于扩散和漂移作用，在界面处形成由P型指向N型的内建电场。
当光照在太阳电池的表面后，能量大于禁带宽度的光子便激发出电子和空穴对，这些非平衡的少数载流子在内电场的作用下分离开，在电池的上下两极累积，这样电池便可以给外界负载提供电流。
从本世纪70年代中期开始了地面用太阳电池商品化以来，晶体硅就作为基本的电池材料占据着统治地位，而且可以确信这种状况在今后20年中不会发生根本的转变。
以晶体硅材料制备的太阳能电池主要包括：单晶硅太阳电池，铸造多晶硅太阳能电池，非晶硅太阳能电池和薄膜晶体硅电池。
单晶硅电池具有电池转换效率高，稳定性好，但是成本较高；非晶硅太阳电池则具有生产效率高，成本低廉，但是转换效率较低，而且效率衰减得比较厉害；铸造多晶硅太阳能电池则具有稳定得转换的效率，而且性能价格比最高；薄膜晶体硅太阳能电池则现在还只能处在研发阶段。
目前，铸造多晶硅太阳能电池已经取代直拉单晶硅成为最主要的光伏材料。
但是铸造多晶硅太阳能电池的转换效率略低于直拉单晶硅太阳能电池，材料中的各种缺陷，如晶界、位错、微缺陷，和材料中的杂质碳和氧，以及工艺过程中玷污的过渡族金属被认为是电池转换效率较低的关键原因，因此关于铸造多晶硅中缺陷和杂质规律的研究，以及工艺中采用合适的吸杂，钝化工艺是进一步提高铸造多晶硅电池的关键。
另外，寻找适合铸造多晶硅表面织构化的湿化学腐蚀方法也是目前低成本制备高效率电池的重要工艺。
从固体物理学上讲，硅材料并不是最理想的光伏材料，这主要是因为硅是间接能带半导体材料，其光吸收系数较低，所以研究其他光伏材料成为一种趋势。
其中，碲化镉(CdTe)和铜铟硒(CuInSe2)被认识是两种非常有前途的光伏材料，而且目前已经取得一定的进展，但是距离大规模生产，并与晶体硅太阳电池抗衡需要大量的工作去做。
本实验室该研究方向主要集中在对太阳能用直拉硅单晶和铸造多晶硅中杂质和缺陷规律的研究，表面绒面的制备和性质， SiNx减反射和钝化膜的制备，以及碲化镉(CdTe)和铜铟硒(CuInSe2)等化合物太阳能电池材料的制备。
一维纳米半导体材料的研究纳米材料特别是纳米半导体材料研究是目前材料学研究的一个热点，被公认为是21世纪最有前途的学科之一。
欧盟委员会最近的调查认为纳米技术在10年后有可能成为仅次于计算机芯片制造的第二大制造业，科学家们认为，纳米技术的深远意义可与18世纪的工业革命相媲美。
如果说微电子技术推动了信息技术的高度发展，那么纳米光电子技术将在信息时代的下一阶段占据中心地位，并将发挥革命性的作用。
而在半导体材料中，半导体硅是一种非常重要的微电子材料，由于它的光电性能已经在微电子器件各个方面有了广泛的应用，对于它的研究也已经广泛而深刻。
但是当硅的尺寸到了纳米级以后，由于量子限域效应、尺寸效应等作用，使它在光电方面、机械方面表现出与常规硅材料不同的优异性能。
因此一维纳米硅材料以及其它一维纳米半导体材料将在场发射、扫描电镜探头、发光器件、单电子晶体管、可转换电池电极、以及MOS器件等领域中发挥重要作用。
我们采用低温气相沉积法、电化学和化学方法研究和制备一维纳米半导体材料，我们在高温高压条件下或运用阵列化氧化铝模板作为衬底，生长出符合半导体器件要求的阵列化可控纳米硅丝（硅管）以及CdS, ZnO, SiO2等其它一维纳米丝，其长度、直径和生长方向可以简单的调节。
同时，研究一维纳米半导体材料的生长机理、Raman 位移、PL光谱等性能。
对于它们的结晶性能的改善、掺杂、I-V特性、光波导、以及P-N结二极管特性方面也进行了一定的研究和探讨。
我们所需要的测试仪器包括：TEM、SEM、FESEM、AFM、STM、XPS、Raman Spectrum、PL、XRD、EDX、I-V测试仪等等。
超大规模集成电路用硅单晶材料的制备和缺陷工程人类经历了石器时代，铜器时代和铁器时代，在本世纪的六十年代进入了硅时代。
在硅材料基础上微电子工业的崛起，对本世纪世界经济和科技的高速发展起了决定性的作用。
在人类跨入21世纪的时候，超大规模集成电路的发展依旧很快，并仍然按照摩尔（Moore）定律发展，目前，国际微电子工业已进入深亚微米时代，主流硅晶片的直径是200毫米，特征线宽是0.18微米，生产着256M 的DRAM。
微电子已成为国民经济的支柱产业，在国家经济、国防和科技的现代化上起着举足轻重的作用。
毫无疑问，硅材料是微电子的基础材料，在过去的四十年，硅材料的发展直接促进了集成电路和整个微电子产业的进步。
国际半导体材料专家们共同认为，在本世纪前20－50年，硅材料作为微电子的基础材料是不会改变的。
在经济和技术发展的推动下，超大规模集成电路将“更快、更好、更便宜”，技术特征上将出现“硅片直径更大，特征线宽更小”。
深亚微米集成电路的超速发展对硅材料的科学研究和技术进步提出了新的挑战，它要求硅单晶材料“大直径、无缺陷”。
集成电路和硅单晶材料的大直径化的根本动力在于经济成本，国际市场竞争激烈，虽然从200毫米到300毫米的转变，整个工业界需要花费150-500亿美圆，但直径的增加，可以使每一硅片上的芯片数增加2.5倍，整体成本可以降低20-30%，因此，硅单晶材料的大直径研制和发展是必然的。
随着线宽的变小，在早期不成严重问题的微缺陷问题更加突现，如200毫米硅材料中出现的void微缺陷的尺寸在100纳米左右，对集成电路已形成致命的影响。
实际上，当单个缺陷的尺寸达到最小特征线宽的二分之一或三分之一时，将导致线路的失效。
因此，硅材料的发展，在今后20年中，其技术特征是大直径化，其关键的问题则是：晶体的完整性。
这完整性包括三方面，一是晶体生长中体材料的晶格完整，无缺陷。
二是晶体加工过程中表面的完整性。
三是器件制造过程中，器件有源区的晶格完整性。
本实验室从50年代初就开始半导体硅材料研究，至今已取得了一系列重要成果。
在硅单晶生长技术，探测器级高纯硅单晶，硅单晶中碳、氧的控制，以及硅单晶的电学测量等方面取得过重大成果，在国际上首创了减压充氮硅单晶生长技术获得国家发明二等奖l项，三等奖2项，省部级科技进步奖十余项。
本研究方向主要研究8－12英寸超大规模集成电路用硅单晶的制备、加工和缺陷工程。
揭示8-12英寸超（特）大规模硅集成电路（ULSI）用硅材料中轻元素杂质和缺陷性质以及相互作用规律，它们在热处理工艺中的演变，和对材料电学和力学性能的作用。
利用缺陷工程，减少或消除对超（特）大规模硅集成电路（ULSI）用硅材料的缺陷，提高和优化材料性能，为超（特）大规模硅集成电路（ULSI）的设计和制备提供理论依据和优质硅材料。
