关于半导体光电信息和功能材料的研究

翁心昊

（湖北第二师范学院 湖北 武汉 430205）

1 引言

随着光电信息技术的发展成熟，如今光电信息技术已经被广泛应用于社会生产领域以及工业领域，对于社会经济的发展有着重要意义。在光电信息技术的发展过程中，光电信息材料的选择及材料加工技术的进步对于光电信息技术的发展具有重要意义。

2 光电信息功能材料概述

材料技术作为各种技术的研发先导，对科学技术的发展和前进起着支撑作用，随着社会经济的发展，人们对于材料的功能提出了更高的要求，而传统的金属材料并不具有光子材料特征和电子材料特征，因此，相关材料研究人员开始寻找具有特殊功能的光电信息材料，最终成功发现了半导体光电信息材料、纳米光电功能材料和光折变功能材料，这些功能性材料的发现对于促进光电信息产业的发展具有关键意义。

3 光电信息材料的种类

3.1 半导体光电信息材料

半导体材料介于导电体和绝缘体之间，具备将电能转化为光能，将光能转化为电能的特征[1]。加之通过对半导体材料进行处理还能够加强放大光电信号，半导体材料成为近年来材料研究、领域研究的热门话题，然而当前半导体材料在光电能转化过程中效率不高，这是制约半导体材料取得进一步发展的主要障碍。在当前的半导体材料使用过程中，又分为以下三种材料类型。

3.1.1 硅材料 硅材料当前在光电信息领域中的应用比较广泛，一方面硅材料具有良好的光能转为电能的能力，因此在太阳能发电板的制造过程中主要是采用硅材料进行生产[2]；另一方面，由于硅材料具有良好的信息存储能力，而且硅结构稳定可靠，且质量较轻，便于携带，因此硅材料在电子信息领域也具有重要作用，成为制造集成电路的主要材料之一，对于集成电路的质量提升发挥了重要的作用，然而不可忽视的是硅材料具有尺寸方面的限制，尺寸较小的硅材料在信息存储量和存储效率方面存在缺陷。而加大硅材料的尺寸则会导致材料的均匀性下降，因此硅材料这样的特性无法满足当前时代对于信息传输速度的要求，纳米级电子技术才是未来电子信息材料新的发展方向。

3.1.2 量子级连激光器材料 随着我国电子通信行业的发展，我国互联网用户以及移动互联网用户数量激增，不仅如此，用户们对电子通信的传输速度以及通信传输稳定性提出了更高的要求，在这样的背景下量子级连激光器材料在电子通信领域有了广泛的应用[3]。量子级连激光材料克服了半导体在应用上的部分难题，在军事以及通信领域都有着广泛的应用空间。

3.1.3 光子带隙功能材料 光子带隙功能材料是晶体材料的一种，光子带隙功能材料区别于其他晶体材料的是光子带隙这一材料中的运动是按照一定的函数规律运动的，正是基于光子带隙功能材料这样的特征，光子带隙功能材料开始被应用于制造计算芯片，光子带隙功能材料制造的计算机处理芯片与传统的计算机处理芯片相比，传输和运算数据的速度都要快很多，然而光子带隙功能材料在计算机芯片中暂时未能得到广泛的应用，这主要是由于光子带隙功能材料的制造难度大、生产成本高导致的。

3.2 纳米光电功能材料

纳米光电功能材料是当前光电通信领域研究的一大重点，纳米级的光电材料与一般的材料相比在光、电、热方面有了全新的特征，不仅如此由于纳米光电功能材料具有小尺寸效应，在较小的单位体积内有较多的粒子，因此纳米级光电功能材料十分轻便，加之其光电转化效率高，纳米光电功能材料在计算机领域以及电子通信领域都具有较为广泛的应用前景。

3.3 光折变功能材料

光折变功能材料是利用光电效应的原理改变光在这种功能材料中折射率的一种新型功能材料，光折变功能材料在应用过程中仅需要较小的功率就可以快速对光学信息进行快速处理和存储，这使得光折变功能材料在图像信息处理以及光信号处理等领域具备应用的潜力。

4 光电信息材料的加工工艺

在光信息材料的制作过程中几乎都是采用气相沉积法，但根据气相沉积法的不同原理，气相沉积法又分为以下三种类型。

4.1 物理气相沉积法

物理气相沉积法是指将原材料作为待沉积材料，将其放入制备的仪器中，然后用等离子体高速撞击待沉积材料，在高速撞击下待沉积材料会发生溅射效应，而从待沉积材料上溅射出来的原子将沉积在制备仪器中的基片上，并在基片的表面形成薄膜，而这一薄膜便是光电信息材料成品。物理气相沉积法目前在半导体材料的生产过程中应用比较多，通过这一方式能够成功制作多种质量较高的光电信息材料。

4.2 化学气相沉积法

尽管化学气相沉积法也需要用原材料作为待沉积材料，但与物理气相沉积法使用高速撞击待沉积材料不同的是，化学气相沉积法是将待沉积材料放置到密闭的容器中，然后向容器中注入与待沉积材料发生反应的气体，最终生成所需要的光电信息材料。使用化学气相沉积法制造光电信息材料的条件较为严格，通常需要在密闭且高温的环境下才能够完成。

4.3 等离子体化学气相沉积法

等离子体化学气相沉积技术是借助等离子体使含有薄膜组成原子的气态物质发生化学反应，通过这一方式能够大大提升化学反应的活性，获得纳米级的光电信息材料，例如：硅纳米复合薄膜就是通过这一技术制造而成的。

5 结语

光电信息材料是光电通信技术发展和前进的一大关键性因素，尽管当前纳米级光电功能材料、光折变功能材料已经被发现，为光电信息的进一步发展奠定了良好的基础，然而当前科研人员制造和获取这类光电信息材料的成本还比较高，难以被广泛地应用到社会生产中去，因此在未来努力提升光电信息材料制造水平，降低其生产成本也是未来光电信息材料研究需要努力的一大方向。