關于半導體光電信息和功能材料的研究

翁心昊

（湖北第二師范學院 湖北 武漢 430205）

1 引言

隨著光電信息技術的發展成熟，如今光電信息技術已經被廣泛應用于社會生產領域以及工業領域，對于社會經濟的發展有著重要意義。在光電信息技術的發展過程中，光電信息材料的選擇及材料加工技術的進步對于光電信息技術的發展具有重要意義。

2 光電信息功能材料概述

材料技術作為各種技術的研發先導，對科學技術的發展和前進起著支撐作用，隨著社會經濟的發展，人們對于材料的功能提出了更高的要求，而傳統的金屬材料并不具有光子材料特征和電子材料特征，因此，相關材料研究人員開始尋找具有特殊功能的光電信息材料，最終成功發現了半導體光電信息材料、納米光電功能材料和光折變功能材料，這些功能性材料的發現對于促進光電信息產業的發展具有關鍵意義。

3 光電信息材料的種類

3.1 半導體光電信息材料

半導體材料介于導電體和絕緣體之間，具備將電能轉化為光能，將光能轉化為電能的特征[1]。加之通過對半導體材料進行處理還能夠加強放大光電信號，半導體材料成為近年來材料研究、領域研究的熱門話題，然而當前半導體材料在光電能轉化過程中效率不高，這是制約半導體材料取得進一步發展的主要障礙。在當前的半導體材料使用過程中，又分為以下三種材料類型。

3.1.1 硅材料 硅材料當前在光電信息領域中的應用比較廣泛，一方面硅材料具有良好的光能轉為電能的能力，因此在太陽能發電板的制造過程中主要是采用硅材料進行生產[2]；另一方面，由于硅材料具有良好的信息存儲能力，而且硅結構穩定可靠，且質量較輕，便于攜帶，因此硅材料在電子信息領域也具有重要作用，成為制造集成電路的主要材料之一，對于集成電路的質量提升發揮了重要的作用，然而不可忽視的是硅材料具有尺寸方面的限制，尺寸較小的硅材料在信息存儲量和存儲效率方面存在缺陷。而加大硅材料的尺寸則會導致材料的均勻性下降，因此硅材料這樣的特性無法滿足當前時代對于信息傳輸速度的要求，納米級電子技術才是未來電子信息材料新的發展方向。

3.1.2 量子級連激光器材料 隨著我國電子通信行業的發展，我國互聯網用戶以及移動互聯網用戶數量激增，不僅如此，用戶們對電子通信的傳輸速度以及通信傳輸穩定性提出了更高的要求，在這樣的背景下量子級連激光器材料在電子通信領域有了廣泛的應用[3]。量子級連激光材料克服了半導體在應用上的部分難題，在軍事以及通信領域都有著廣泛的應用空間。

3.1.3 光子帶隙功能材料 光子帶隙功能材料是晶體材料的一種，光子帶隙功能材料區別于其他晶體材料的是光子帶隙這一材料中的運動是按照一定的函數規律運動的，正是基于光子帶隙功能材料這樣的特征，光子帶隙功能材料開始被應用于制造計算芯片，光子帶隙功能材料制造的計算機處理芯片與傳統的計算機處理芯片相比，傳輸和運算數據的速度都要快很多，然而光子帶隙功能材料在計算機芯片中暫時未能得到廣泛的應用，這主要是由于光子帶隙功能材料的制造難度大、生產成本高導致的。

3.2 納米光電功能材料

納米光電功能材料是當前光電通信領域研究的一大重點，納米級的光電材料與一般的材料相比在光、電、熱方面有了全新的特征，不僅如此由于納米光電功能材料具有小尺寸效應，在較小的單位體積內有較多的粒子，因此納米級光電功能材料十分輕便，加之其光電轉化效率高，納米光電功能材料在計算機領域以及電子通信領域都具有較為廣泛的應用前景。

3.3 光折變功能材料

光折變功能材料是利用光電效應的原理改變光在這種功能材料中折射率的一種新型功能材料，光折變功能材料在應用過程中僅需要較小的功率就可以快速對光學信息進行快速處理和存儲，這使得光折變功能材料在圖像信息處理以及光信號處理等領域具備應用的潛力。

4 光電信息材料的加工工藝

在光信息材料的制作過程中幾乎都是采用氣相沉積法，但根據氣相沉積法的不同原理，氣相沉積法又分為以下三種類型。

4.1 物理氣相沉積法

物理氣相沉積法是指將原材料作為待沉積材料，將其放入制備的儀器中，然后用等離子體高速撞擊待沉積材料，在高速撞擊下待沉積材料會發生濺射效應，而從待沉積材料上濺射出來的原子將沉積在制備儀器中的基片上，并在基片的表面形成薄膜，而這一薄膜便是光電信息材料成品。物理氣相沉積法目前在半導體材料的生產過程中應用比較多，通過這一方式能夠成功制作多種質量較高的光電信息材料。

4.2 化學氣相沉積法

盡管化學氣相沉積法也需要用原材料作為待沉積材料，但與物理氣相沉積法使用高速撞擊待沉積材料不同的是，化學氣相沉積法是將待沉積材料放置到密閉的容器中，然后向容器中注入與待沉積材料發生反應的氣體，最終生成所需要的光電信息材料。使用化學氣相沉積法制造光電信息材料的條件較為嚴格，通常需要在密閉且高溫的環境下才能夠完成。

4.3 等離子體化學氣相沉積法

等離子體化學氣相沉積技術是借助等離子體使含有薄膜組成原子的氣態物質發生化學反應，通過這一方式能夠大大提升化學反應的活性，獲得納米級的光電信息材料，例如：硅納米復合薄膜就是通過這一技術制造而成的。

5 結語

光電信息材料是光電通信技術發展和前進的一大關鍵性因素，盡管當前納米級光電功能材料、光折變功能材料已經被發現，為光電信息的進一步發展奠定了良好的基礎，然而當前科研人員制造和獲取這類光電信息材料的成本還比較高，難以被廣泛地應用到社會生產中去，因此在未來努力提升光電信息材料制造水平，降低其生產成本也是未來光電信息材料研究需要努力的一大方向。