集成光电子学的现状与发展前景分析
集成光电子学的现状与分析
摘要
集成光电子学是当今光电子学领域的发展前沿之一，随着光电子器件的发展与广泛应用，光电子集成也随即发展起来。而光电子集成也是光子学发展的必由之路和高级阶段。本论文将主要介绍光电集成器件、光电集成材料以及光电集成技术的发展现状及其前景。
关键词：光电子器件、光电子集成（OEIC）技术、OEIC光发射机器件、OEIC光接收机器件、光中继器件、GaAs光电子集成技术、InP光电子集成技术、硅基光电子集成技术。
一、引言
集成光电子学是当今光电子学领域的发展前沿之一，它主要研究集成在一个平面上的光电子学器件和光电子系统的理论、技术与应用，是光子学发展的必由之路和高级阶段。集成光电子学以半导体激光器等光电子元件为核心集成起来，并以具有一定功能的体系为标志。目前，主要是研究和开发光通信、光传感、光学信息处理和光子计算机所需的多功能、稳定、可靠的光集成体系和光电子集成体系(OEIC: optical-electronic integrated circuit)；光学器件与电子器件集成在一起，则构成复合光电子集成体系。光电子集成（OEIC）技术和光子集成技术是光电子技术的基础，自从20世纪光电子集成的概念被提出以后，光电子集成技术的发展已经取得了一系列重大的突破。随着光电子集成器件的发展，其制造工艺不断向着简约化、标准化、系列化和自动化发展。集成光电子学的理论基础是光学和光电子学，涉及波动光学与信息光学、非线性光学和、半导体光电子学、晶体光学、薄膜光学、导波光学、耦合模与参量作用理论、薄膜光波导器件和体系等多方面的现代光学和光电子学内容；其工艺基础则主要是薄膜技术和微电子工艺技术。集成光电子学的应用领域非常广泛，除了光纤通信、光纤传感技术、光学信息处理、光计算机与光存储等之外，还在向其他领域，如材料科学研究、光学仪器、光谱研究等方面渗透。
二、典型的光电子器件简介[1]
1、有源器件
1)半导体发光二级管LED（lighting emitting diode）
早期的光纤通讯使用过LED作为光源。现在LED仍然广泛应用于许多领域，如大屏幕显示、交通指示灯等等。LED是基于半导体有源区材料自发辐射的光源，结构简单，制作方便，但是频谱很宽，且光束方向性差，功率小。
2)半导体激光器LD（laser diode）
发展到今天，半导体激光器已经成为光纤通信系统的必选光源。它具有很多优势：体积小，功率转换效率高，激光单色性好，调制速度高。半导体激光器波长目前已经覆盖了从360nm到几十um的范围。半导体激光器的基本结构如图1。
3)半导体光放大器SOA
SOA的结构几乎和LD相同，其本质区别在于SOA的两个端面都是完全抗反镀膜，即SOA没有谐振腔。由于不存在光的端面反馈，所以光在器件中以行波方式通过。SOA可用于宽带放大，3dB带宽可达40—50nm。虽然掺饵光纤放大器的出现限制了SOA的应用，但是SOA仍具有很强的优势：体积小，价格便宜，宽带放大，可用于制作光开关及列阵等。
4)半导体光调制器
半导体光调制器可分为强度调制器件和相位调制器件。由于目前光纤调制系统主要采用
强度检测方式，所以强度光调制器占有绝大多数的份额。半导体强度调制器主要有两种，利用量子限制的斯塔克的电吸收调制器件和Mach-Zehnder（M-Z）型光调制器件。
无外加偏压时，电吸收型调制器的吸收峰处于被调制光波长的短波长方向，光波吸收较少；外加反偏压时，电吸收型调制器的吸收峰向长波长方向移动，使被调制光的吸收增大。
M-Z型光调制器有两个波导臂，其中一个加有电极，当电极加上电压后，这个臂上波导的折射率会发生改变，通过该臂的光的相位会发生变化。M-Z型光调制器结构示意图如图2所示。
2、无源器件
1)半导体光耦合器
半导体光耦合器主要用于光功率分配，常用的耦合器有星型耦合器和基于多模干涉的耦合器，后者的耦合效率较高。
2)复用/解复用器件
基于半导体材料的复用/解复用器件主要有三种。一种是利用多层介质膜滤波器制作的复用/解复用器。第二种叫做曲面平面光栅，最后一种叫阵列波导光栅。
3)半导体光开关
在WDM光纤网络系统中光开关是非常关键的器件。目前有热光开关、M-Z型电光开关、基于SOA的光开关以及基于微光电机系统的光开关。
图1 半导体激光器的基本结构
图2 M-Z型光调制器结构示意图
三、光电子集成技术
目前集成光电子学的主要研究领域是是研究和开发光通信、光传感、光学信息处理和
光子计算机所需的多功能、稳定、可靠的光集成体系和光电子集成体系(OEIC: optical-electronic integrated circuit)。把激光器、调制器、探测器等有源器件集成在同一衬底上，并用光波导、隔离器、耦合器等无源器件连接起来构成的微型光学系统称为集成光路，以实现光学系统的薄膜化、微型化和集成化。如果同时与电子器件集成，则构成复合光电子集成体系。集成光电子学的理论基础是光学和光电子学，涉及波动光学与信息光学、非线性光学和、半导体光电子学、晶体光学、薄膜光学、导波光学、耦合模与参量作用理论、薄膜光波导器件和体系等多方面的现代光学和光电子学内容；其工艺基础则主要是薄膜技术和微电子工艺技术。集成光电子学的应用领域非常广泛，除了光纤通信、光纤传感技术、光学信息处理、光计算机与光存储等之外，还在向其他领域，如材料科学研究、光学仪器、光谱研究等方面渗透。
目前在光电子集成技术领域研究最多的是GaAs和InP光电子集成技术，另外，Si材料也是制作光电子集成器件的理想材料。对光电子集成器件的研究主要集中在OEIC光发射机器件、OEIC光接收机器件和光中继器件。随着光通信、光信息处理、光计算、光显示等学科的发展，人们对具有体积小、功耗低、工作速度高和高度平行性的光电子集成技术越来重视，同时，材料科学和先进制造技术的进展使它在单一结构或单片衬底上集成光学、光/电和电子元件成为可能，并构成单一功能或多功能的光电子集成电路。光电子集成电路由激光二极管(LD)、发光二极管(LED)、光电二极管(PD)、光调制器等光电子有源器件和光波导、耦合器、分离器、光栅等光无源器件以及诸如各种场效应晶体管、异质结双极晶体管(HBT)、高电子迁移率晶体管(HEMT)、驱动电路、开关、放大器、再生器和复用／解复用器等电子元件构成。
光电子集成[2]根据材料划分有GaAs光电子集成、InP光电子集成、Si光电子集成。光电子集成器件主要有OEIC光发射机器件、OEIC光接收机器件、光中继器件。OEIC的制作工艺现有的主要有分子束外延（MBE）、化学束外延（CBE）、金属有机化学汽相淀积（MOCVD）、金属有机汽相外延（MOVPE）等晶体生长技术以及一些亚微米级微加工技术。光电子器件和电子器件集成在同一衬底上通常采用两种方法。其一是分别设计二者的层结构，并用一步或重复生长的方法依次生长于衬底上，形成垂直结构。其优点是：电路简单，生产和制作工艺简单，通常将器件层堆积以提高集成度；其缺点是：设计灵活性差，不能实现高速工作，寄生电容大，不易获得好的绝缘性，平面性差，成品率底以及不适合大规模集成。其二是将两者水平排列在衬底上，形成二维水平结构。其优点是：寄生电容小，成品率高；其缺点是：加工复杂，由于光器件厚度相对电器件要厚，易形成台阶，产生细小图形较为困难。
1、不同材料的光电子集成技术
1)GaAs光电子集成
光纤光发射机OEIC是GaAs光电子集成中最代表性的器件，这类光发射机是在GaAs 衬底上集成光有源器件和用作激光二极管的驱动电路。在GaAs衬底上集成一只AlGaAs异质结激光二极管（BHLD）和两只金属--半导体场效应晶体管（MESFET）。两只MESFET 的作用是控制通过激光器的电流，其中一只提供维持激光器在阈值以上工作的偏流，另一只提供激光器直接调制输出的调制电流。两个电流独立受控于MESFET的栅压。
GaAs OEIc光接收机最近虽然少有提及，但就其性能而言，大大超过Si、SiGe基器件。GaAs基短波长OEIC光接收机一般采用MSM—PD与各种FET或HEMT互阻抗放大器结合的形式，这种设计可以利用MSM—PD的低本征电容和互阻抗放大器的宽动态范围特点。早在1988年，MSM／MESFET就获得了5GHz以上的带宽，1993年带宽达到11GHz。由于MODFET可对高速载流子进行有效调制并能减小寄生因素，1992年MSM—PD与MODFET结合接收机带宽超过8 GHz的带宽。1991年MSM／HEMT光接收机，也成功地
实现8 GHz带宽、10 Gb/s的工作速率。
2)InP集成电路
具有1.3um和1.55um波长范围输出和接受的激光二极管和光电二极管通常是由在InP 衬底上生长的窄带隙四元化合物InAlGaP和三元化合物InGaAs所构成。遗憾的是，由这些材料构成的MESFET因较低的肖特基势垒，造成高的栅泄漏电流。因此，InGaAsP/InP的OEIC不宜使用MESFET。异质结双极晶体管（HBT）是InP OEIC最理想的电子元件。HBT与MESFET不同，它具有一个叠层排列的发射极、基极和集电极组成的垂直几何形状结构。鉴于InP OEIC光发射机和HBT结构的各层连接方式，由于跨接基极/发射极异质结产生一正向偏压，而集电极/发射极异质结经受一反向偏压。因此，当一小电流流经发射极/基极电路时，便在经基极的发射极/集电极电路中产生一个相当大的电流。HBT不仅消除在InGaAsP/InP系统中因高栅泄露电流的问题，而且它的垂直几何形状和高速性能很适合宽带FO通信器件的高密度集成。除HBT之外，其他类型的FET，如金属—绝缘体—半导体FET、高电子迁移率晶体管（HEMT）和调制掺杂FET对InP OEIC也是有价值的。
InP OEIC另一个领域是光接收机。OEIC接收机具有低寄生参数、低成本和高可靠性的优点。以前由于实现在同一芯片上同时制作高质量的光、电器件的复杂性掩盖了这些优点, 但是最近优异的研究结果表明已经不是以前的状况了。目前人们选择O EIC的其它主要原因还在于接收机的数据传输速率和带宽大于或等于10GHz，O EIC 阵列。后者如果同作为输入的光纤阵列相结合的话, 可以使得所有的光纤同所有的OEIC光电探测器同时对准，这意味着同以前一个一个光纤对准的方法相比具有更有效率的组装方法, 因而降低了封装成本。这类接收机组合光电探测器和用做放大及信号处理的电子线路。适合OECI的光电探测器有两种，一种是p一i一n光电二极管，另一种是金属一半导体一金属(MSM)光电二极管，都具有高速工作的能力。在In P衬底上集成的p一i一n光电二极管(PD)和异质结双极晶体管(HBT)是一种垂直集成的OEIC光接收机。它的制作程序很明确，首先在nI P 衬底上生长PD的半导体层，然后再生长HBT的半导体层。生长结束后，选择刻蚀出PD 和HBT。最后，淀积接触金属层和用做隔离的聚酞亚胺膜。PD和HBT之间的电连接是通过分离的金属淀积实现的。
3)Si基光电子集成
在硅材料[3]上发展起来的集成电路对电子计算机等科技的发展起了关键的作用。利用适当的信号处理电路将激光二极管和光电探测器单片集成在GaAs基片上形成高级集成电路互联的集成光电子接自比混合或电子互联优越得多。除了结构紧凑、高可靠性外，集成光电子学提供了高速和低噪声特性，因为减少了与连接导线和焊接点相关的寄生电容和电感。但是硅集成电路受到尺寸的硅质材料中电子运动速度的限制，使它很难满足发展的要求。如果能在硅芯片上引入光电子集成技术[4]，用光波代替电子作为信息载体，可大大增强信息传输速度和处理能力。由于硅材料的发射率低，国外的研究人员提出和研究了多种硅基材料，如掺饵硅、多孔硅、纳米硅、硅基异质外延、超晶格和量子阱材料等，并取得了一些成果。例如Tsybeskov[5]等人和Hirschman[6]等人采用硅微电子工艺将双极晶体管和多孔硅发光管集成在一个硅片上。
目前，研制硅基[7]单片光电子集成回路（如图3所示）所采用的主要工艺是SOI工艺和CMOS工艺。其中，COMS工艺与超大规模集成电路相兼容，工艺成熟，适宜大规模生产，但是要实现高效的光电子器件比较困难；而SOI工艺比较容易实现高效的光电子器件，适宜用来提高单片光电子集成回路的性能，但是目前还不能实现大规模生产。目前，比较成熟的光电子器件大部分是用SOI工艺制作的。但是，将这些光电子器件集成起来还没有实现，主要是因为在这些光电器件的制作中用到的工艺不经相同。
图3 硅基单片光电子集成电路
硅基光电集成技术发展包括三个阶段[13]。早期是以重掺杂衬底上外延非掺杂高阻单晶硅层,并形成脊形光波导,但由于载流子的吸收作用，传输损耗在1~2dBPcm以上；第二阶段是移用超大规模集成电路的SOI技术，该方法大大降低了光波的传输损耗（最低达到011dB/Pcm），不过，其缺点是光波导仍然制作在硅单晶的材料上，光波导的上下限制层分别为空气和SiO2，它们的折射率与硅单晶折射率相差太大，迫使光波导数值孔径太高,由于SOI材料制作工艺较成熟,目前继续采用。当前的第三阶段，Si1-x Ge x/Si发展迅速，可以研制性能更加符合传输损耗低，光波导截断面尺寸与光纤相连（脊高5~7um,脊宽7~10um）且光波导数值孔径很适合（约210）的集成光波导器件。由于，SiGe x/Si量子阱材料在电场作用下存在蓝移现象，从而获得较大的电光效应，在高速调制与光开关方面有良好的应用前景。
由于硅的发射率低，通过其他方法来突破硅材料的限制对硅基电子集成或硅基器件都有重要的意义。使用的方法[8]主要有使用多孔硅材料、硅纳米晶体、掺饵硅纳米晶材料等，以期获得实用高效的硅基光源。多孔硅是采用HF电解液，以硅单晶为阳极进行电化学腐蚀制备出来的、共有孔状结构的硅无序固体材料。多孔硅的发光机制是多年来一直研究的闷题，已有多个模型教提出解释多孔硅的发光现象[9]，目前已得到广泛认可的有量子限制模型(QC）以及结合量子限制模型的量子限制一发光中心模型(QCLC)[10]等。多孔硅是由许多纳米量级的硅晶粒组成的无序固体，量子限制模型认为纳米量级的晶体结构使电子和空穴被限制在一个很小的空间范围内，使得本来是间接带隙的硅晶体中电子与空穴直接复合的概率增加，从而提高了发光效率。硅纳米晶体是直径在几个纳米范围内的硅晶体颗粒，目前被广泛研究的是嵌埋于SiO2基体里面的硅纳米晶体。制备轨纳米晶体的主要方法有离子注入、溅射、等离子体激励式化学气相(PECVD)铂和脉冲激光烧蚀等，但这些方法制备出来的硅纳米晶体通常具有较宽的尺寸分布。不利于光学性质的研究和应用。尺寸可控的硅纳米晶体制备方法也被提出。例如分离硅烷，然后从气相获得硅原子。经重组后获得硅颗粒，或者在SiO2/SiO x 中通过退火使极薄的SiO x层发生相分离而获得尺寸受到SiO x薄层厚度限制的硅纳米晶体颗粒，以上方法制备的硅纳米晶体其尺寸分布的半峰全宽(FWHM)均可以控制在1 nm左右。
硅基单片光电子集成回路的各部件中硅基光探测器与硅基光波导的制作技术相对比较成熟研究的主要困难在于实现高效的硅基光发射器，如何将硅基光探测器、硅基光波导、硅基光发射器有效的集成在一个个芯片上是硅基单片光电子集成回路的重点所在。
以上是光电子集成技术使用的3种类型的主要的发光材料。而且，Si、Ga、InP不经具有良好的观点特性，而且还可以制作电子电路，因而它们是很好的OEIC材料。关于OEIC 制作工艺，现有的分子束外延(MBE)、化学束外延(CBE)、金属有机化学汽相淀积(MOCVD)、金属有机汽相外延(MOVPE)等晶体生长技术和先进的亚微米级微加工技术已能满足一定要求。OEIC器件主要包括OEIC光发射机器件、OEIC光接收机器件和光中继器件。
OEIC光发射机器件[11]是由激光二极管（LD）、发光管（LED）及驱动电路构成，一般有三种集成类型：光源和驱动电路的集成；光源和探测器的集成；光源和驱动电路及探测器的集成。OEIC光发射机器件研究的重点是高速率LD和驱动电路的集成。光发射机器件对LD的需求是：低阈值、大功率、窄线宽、模式稳定、高特征温度，并且便于集成。适合OEIC光发射机器件的激光器有以下两种，隐埋异质结（BH）和法布里-珀罗（FP）腔条形激光器：其性能好，但阈值电流高可引起热相关问题，并且解理或腐蚀的反射镜面使制作工
艺复杂化。分布反馈（DFB）和分布布喇格反射器（DBR）激光器：有低阈值电流（Ith）和量子阱增益结构。驱动电路的作用是控制通过光源的电流和提供高速调制所需的电功率,有FET、HBT二种。FET输入阻抗高、功耗低、结构简单，HBT有较高的增益特性和较快的响应速度。在InP长波长中，一般采用金属-绝缘体-半导体（MIS）FET和调制掺杂（MOD）FET。20世纪90年代以来，具有高互阻、高跨导、低噪声的HBT和HEMT逐步代替各种FET成为主流，使OEIC发射器件性能得到极大提高。特别是HBT消除了高栅泄漏电流，并且其垂直几何形状和高速性能非常适合高密度集成。自OEIC技术诞生以来，主要致力于光发射机器件和光接收机器件的研究，但OEIC光发射机比光接收机的进展缓慢。目前，GaAs基OEIC发射机已接近实用，InP基OEIC发射机正在研究中。4.92nm波长的GaInAsP OEIC发射机3dB带宽已达6.6GHz，采用HEMT的OEIC光发射机调制速率达10Gb/s。
2、光电子集成器件
1) OEIC光发射机[12]
OEIC光发射机主要由LD、LED及其驱动电路组成。驱动电路通常是用各种FET和HBT制作．其作用是控制通过光源的电流。LD一般要求低阈值，因而具有低阈值和量子增益结构的分布反馈(DFB)和分布布喇格反射器(DBR)以及量子阱LD是OEIC光发射机理想的光源，另外，低电流的垂直腔面发射激光器(VCSEL)对于高密度OEIC尤为重要。然而，OEIC 光发射机进展缓慢，同OEIC光接收机的进步极不相称，为数不多的报道仅限于20世纪90年代初期，且光源多采用LD，衬底多采用GaAs和InP，虽然也有Si上集成GaAs/AlGaAs LD/MESFET和采用LED作光源的OEIC光发射机的报道，但没有有价值的参数。
2) OEIC光接收机
OEIC光接收机器件[11]主要由探测器和电子放大电路（晶体管放大器）构成，将光信号经探测器转换成电信号并经放大器放大处理后输出。要获得高灵敏度、高量子效率的OEIC 光接收机,则要提高探测器和晶体管放大器的性能。对探测器的需求是：高速度、高灵敏度、高响应度、低噪声、小电容、易集成；对放大器的需求是：高跨导、高互阻、高电流增益截止频率和最大振荡频率。探测器：有雪崩光电二极管（APD）和PIN光电二极管（PD）两种。APD虽有倍增作用，但因频响限制，使用较少。使用最多的是低电容、低暗电流的PIN PD，但他和FET集成较为困难。为适应高速率、宽频带响应的需求，PIN有所改进。目前已制出具有高速能力的金属-半导体-金属（MSM）PD，其电容更低、工艺简单，但暗电流稍大（10nA以上）。更有一种多模波导结构（WG）PD，不仅具有大带宽和高量子效率，而且易于和其他波导器件耦合及和光器件集成，因而倍受重视。晶体管：用作放大器的晶体管有FET、HBT、HEMT等。大多采用FET，但由于他本身的缺陷使接收机性能不高，和PIN PD集成较困难。采用改进频带型MODFET虽增加了带宽（最高达18.5GHz）和灵敏度（最高达-19.5dBm）、减少了寄生，但仍难以满足大容量、高速化通信的需要。HBT具有高速、高电流驱动能力，更有高跨导和十分均匀的阈值，并可进行较高密度封装。OEIC光接收机的发展趋势是高数字速率和宽频带响应。
①短波长OEIC光接收机短波长OEIC光接收机是低带宽、短距离光通信如局域网、计算机互连以及家用光纤传输的首选接收机，具有成本低、可靠性高等优点。材料除了较为成熟的Si、GaAs外，正在积极开发SiGe这一新型材料，并已表明：它可制作更高速器件，而且同样可实现低成本、高可靠性。Si OEIC接收机的研制近年较为活跃，1998年贝尔实验室用0.35um CMOS工艺，首次实现达1Gb/s工作速率。最高性能是1999年初德克萨斯大学实现的工作速率为1 Gb/s，灵敏度为一22. 8 dBm(622 Mb/s)、一15 dBm(900 Mb/s)、一9．3血dBm(1Gb/s)。1998年美国密执安大学首次用一步MBE制作成迄今唯一的SiGe OEIC PIN/HTB光接收机。HBT的f T^=23 GHz，f max=34 GHz，互阻增益为52．2dB·Ω，光接收机带宽460 MHz，输入噪声电流8.2 pA·HB(1 GHz)，在0．5、1 Gb/s(850 nm
波长)时灵敏度分别为一24.4、一22.8 dBm。
②长波长OEIC接收机各种场效应晶体管同PIN—PD、MSM—PD的结合代表了OEIC接收机发展的一个重要阶段。早在1988年便制作出了13～1．55um InGaAs PIN/FET 单片集成接收机，经改善，1992年速度达到了10 Gb/s。但由于FET本身的缺陷，以此作电子放大器的光接收机性能较差，最大带宽是MSM/MODFET的18.5 GHz和PIN/MODFET 的10GHz，10 Gb/s速率时的最佳灵敏度是MSM/MOD—FET的-16.5 dBm和PIN/MODFET 的-19.5dBm。可见这类器件难以满足日益大容量、高速化的光通信需要。
③长波长PIN基OEIC光接收机1991年德国Crawford Hill实验室制作了PIN/HBT OEIC接收机，首次实现5 Gb/s速率之后，1995年又相继率先实现12 Gb/s、15 Gb/s、20 Gb/s速率。1997年日本NTT系统电子实验室首先使这类器件工作速率达到40 Gb/s，日本NTT光电子实验室和德国Fraunhofer应用固体物理研究所早在1989年，采用接收机便实现了10 Gb/s速率和-24dBm灵敏度，1995年瑞士FederaI技术研究所又率先实现了18GHz 带宽，同年，NTT光电子实验室首次引入多模WGPD，使边入射型OEIC接收机取得了重大突破。随后将这种WGPD同分布补偿性HEMT放大器结合，有实现了46.5GHZ和52GHZ 带宽。GaAs基PIN/HEMT方面以德国Fraunhofer应用固体物理研究所的研究成果为代表，继1997年首次实现10Gb/s速率之后，1998年又实现了36.5GHz带宽、40Gb/s速率，制成带宽58GHZ的毫米波OEIC光接收机。
④长波长MSM基OEIC光接收机长波长MSM基OEIC光接收机主要由MSM—PD 同各类FETHEMT组成。1992年贝尔通信研究所首次报道GaAs基MSM/HEMT后，1996年德国Fraunhofer应用固体物理研究所用0.3 um栅长AI—GaAs/GaAs HEMT工艺制作了第一个10 Gb/s速率的OEIC接收机，为改善PD响应度和频率特性，1997年该研究所通过引入In0.53Ga0.47AS吸收层和组分渐变的AlGaInAs四元缓冲层，并改进电路设计和减小叉指宽度、间距(分别从1 um、1.5um减至0.75um、1um)，率先实现20Gb/s速率、16.5 GHz带宽。从事InP基MSM/HEMT光接收机研究的主要有柏林通信技术股份公司、H．赫兹研究所、伊利诺斯大学等，并于1998年H．赫兹研究所实现了MSM/HEMT的最大带宽38 GHz。
⑤OEIC阵列接收机OEIC阵列接收机在波分复用大容量光通信以及并行信号处理、光互连中得到广泛的应用，其发展几乎与单信道的OEIC接收机同步，但进展缓慢。
3、光中继器件
OEIC光中继器是将光发射器件、光接收器件和放大电路器件集成在一起，兼有光发射、接收和放大功能。其特点是不必将光信号检波后再放大，而是直接进行光放大。已获得在GaAs衬底上制作的PIN PD/FET/BH LD单片集成光中继器，其增益带宽乘积为178MHz。OEIC光中继器的研究重点是4.27ftm的光-电-光PIN/FET-FET/LD单片集成。在Si-InP衬底上制作的PIN/FET/LD单片集成光中继器中，光接收和光放大功能由InGaAs PIN PD/FET完成，电光转换功能由FET/LD完成。目前正在研制多路OEIC光中继器，已获得28Gb/s速率和-15.5dBm灵敏度。发展目标是将LD、PD、光开关、光复用器/解复用器及几种电子电路集成在一起，可实现OEIC波分复用（WDM）光中继功能。
4、光电子集成技术的前景
由于OEIC的固有平行性、抗扰性和高速性等使其还有许多应用领域, 如平板显示和光存储。许多商用CD唱机目前加进完全集成的光电读出头, 该光电读出头可以完成激光二极管、束分裂光栅、非涅尔聚焦光学、波导和光电二极管的组合功能。对OEIC来说, 最具爆炸性影响的应用将是光计算机, 下一代的光计算机将大量依赖光子开关、逻辑电路和大量平行光互连的二维和三维的集成。光电集成将继微电子技术之后再次推动人类科学技术的革命。目前光电集成的发展跟不上光电需求的发展，因此光电子器件及光电集成电路的材料研究已越来越受到重视。OEIC技术已开始进入电子工业各领域, 使电子工业出现一个大的技
术革命，它的作用如同晶体管、IC对电子工业的影响。下个世纪将是光电子技术主宰电子工业的时代, 包括通信、信息处理、显示、光计算将会出现一个崭新的面貌。
四、总结
集成光电子学集中并发展了光学和微电子学的固有技术优势，将传统的由分立器件构成的庞大的光电子系统变革为集成光电子系统。由光电子学材料、光电子器件以及光电子器件集成化这三部分内容构成的集成光电子学系统具有宽带、高速、高可靠、抗电磁干扰、体积小、重量轻等优点，可以被广泛用于光纤通信、信息处理、传感技术、自动控制、电子对抗、光子计算机等高技术领域。集成光电子学已成为现代光电子学的一个重要分支，各国从事光电子、光信息系统研究的专家、学者都意识到了集成光电子学系统的重要性。
目前，集成光电子学已初具规模，并在光通信及光信息处理方面显示出电子学无法比拟的优越性。不单是比分立光学元器件系统具有巨大优越性，作为一种信息的处理与传输系统，与微电子系统相比，集成光电子学系统也具有其固有的巨大优越性。其优点可以分为两个方面：其一是用集成光电回路代替集成电路；其二则是用光导纤维代替了电线或者同轴电缆。
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[11] 张瑞君，“光电子集成和光子集成器件”,世界电子元器件,(6), 62-65 （2001）
[12] 谭朝文，“光电子集成电路进展”,半导体光电，21（s1），14-18（2000）
[13]王明华，“硅基光电子光子集成芯片的现有水平与研发动向”，微电子技术，29（1），6-8（2001）
1、电子元器件行业现状 我国电子元件的产量已占全球的近39％以上。产量居世界第一的产品有：电容器、电阻器、电声器件、磁性材料、压电石英晶体、微特电机、电子变压器、印制电路板。 伴随我国电子信息产业规模的扩大，珠江三角洲、长江三角洲、环渤海湾地区、部分中西部地区四大电子信息产业基地初步形成。这些地区的电子信息企业集中，产业链较完整，具有相当的规模和配套能力。 我国电子材料和元器件产业存在一些主要问题：中低档产品过剩，高端产品主要依赖进口；缺乏核心技术，产品利润较低；企业规模较小，技术开发投入不足。 2、电子元器件行业发展趋势 技术发展趋势 新型元器件将继续向微型化、片式化、高性能化、集成化、智能化、环保节能方向发展。 市场需求分析 随着下一代互联网、新一代移动通信和数字电视的逐步商用，电子整机产业的升级换代将为电子材料和元器件产业的发展带来巨大的市场机遇。 我国“十一五”发展重点 我国《电子基础材料和关键元器件“十一五”专项规划》重点强调新型元器件、新型显示器件和电子材料作为主要分产业的发展目标。 注：上表所列信息与数据引自商务部网站、国研网、统计局网站 3、阿里巴巴关于“电子元器件”买家分布情况 在alibaba买家分布中，广东、浙江、江苏买家数占78%，其市场开发潜力巨大。 4、阿里巴巴电子元器件企业概况
目前通过阿里巴巴搜索“电子元器件”有43533310条产品供应信息，这些企业中有很多实现了从做网站、做推广、找买家，谈生意、成交等一站式的业务模式。当前有效求购“电子元器件”的信息已达到50536条（数据截止2008-10-23）。 阿里巴巴部分电子元器件行业企业 公司名称合作年限公司名称合作年限深圳市百拓科技有限公司 3 靖江市柯林电子器材厂 6 深圳赛格电子市场广发电子经营部 4 乐清市东博机电有限公司 6 镇江汉邦科技有限公司7 温州祥威阀门有限公司 6 无锡市国力机电工程安装有限公司 5 上海纳新工业设备有限公司 6 深圳市恒嘉乐科技有限公司 6 天津市天寅机电有限公司科技 开发分公司 6 厦门振泰成科技有限公司 6 常州市武进坂上继电器配件厂 6 5、同行成功经验分享 公司名：佛山市禅城区帝华电子五金制品厂——一个“很有想法”的诚信通老板主营产品：16型电位器;开关电位器;调光电位器;调速电位器;直滑式电位器等加入诚信通年限：第4年 佛山市禅城区帝华电子五金制品厂的董仁先生是一个“很有想法”的老板，虽然公司成立的时间不长，但是有很多经营理念。董先生是很健谈的人，据他介绍，帝华电子是以生产进口碳膜电位器和五金批咀的专业厂家，加入阿里巴巴诚信通已有两年时间。对于加入诚信通的目的，董先生的解释比较独特：“我们的产品属于电子设备及家用电器的元器件，和终端消费者没有直接的联系，就是把我们的产品扔两箱在大街上，扫大街的都没人要。而且我们的销售方式和普通厂家也不太一样，我们在国际国内都有销售办事处，同时还采用配套享受的形式。因此，我们加入诚信通并不是希望直接获得订单，而是想通过阿里巴巴的巨大知名度来提升我们公司的知名度，要让相关客户都知道中国有我们这样一个生产进口碳膜电位器和五金批咀的专业厂家。” 对于经营管理上的困难，董先生直言不讳：“当然，我们现在也遇到不少的困难，最困扰我的两个主要问题一是运输物流，二是生产。到现在我还没找到值得信赖和长期合作的物流公司，公司产品的运输经常得不到保证。现在阿里巴巴的网络交易渠道和交易方式已经很完善，我们也迫切希望阿里巴巴能提供物流服务。另一方面，最关键是生产上的问题，我们的生产往往赶不上订单的速度，这两个问题我正在努力解决中。” 对于公司今后的长远发展，“我们现在还属于生产元器件的厂家，随着公司的壮大，今后我们还将向半成品和终端消费品发展，我希望我们能形成终端消费品和相关的配套产业一条龙生产。”董先生显得踌躇满志。
中国光电子器件行业市场营销战略及未来发展潜力前景分析报告
光电子器件是光电子技术的关键和核心部件，是现代光电技术与微电子技 术的前沿研究领域，是信息技术的重要组成部分。 光电子器件应用范围十分广阔，如家用摄像机、手机相机、夜视眼镜、微 光摄像机、光电瞄具、红外探测、红外制导、红外遥感、指纹探测、导弹探测、医学检测和透视等等，从军用产品扩展到民用产品，其使用范围难以胜数，是 一个巨大的产业。 光电子器件发展十分迅猛，不断采用新技术、利用新材料、研究新原理、 开发新产品，各种新型器件不断涌现、器件性能不断提高。从可见光探测向微光、红外、紫外、X射线探测的器件，其探测范围从γ射线至远红外甚至到亚 毫米波段的广阔的光谱区域，其探测元从点探测到多点探测至两维成像器件， 像元数越来越多，分辨本领越来越大。通过微光学机械电子技术的集成工艺， 光电子器件的体积越来越小，集成度越来越高，各种新型固体成像器件不断被 开发成功，在很多方面代替了传统的真空光电器件。随着光信息技术的需求， 探测器频率响应不断被提高。 在光纤通信的产业链上，光电子器件生产处于产业链的上游，光电子器件 行业的下游主要是通信系统设备行业。 2019年11月全国光电子器件产量为879.5亿只，同比下降21.5%，2019 年12月全国光电子器件产量为1048.2亿只，同比下降13.9%，2019年1-12月全国光电子器件产量为10899.2亿只，累计下降12.4%，2019年前12月全国光电子器件产量不断下降。 2020年6月中国光电子器件产量为770.5亿只（片、套），同比下降 19.1%；2020年1-6月中国光电子器件产量为4256.1亿只（片、套），同比下 降24.4%。
2015版光电子器件及其他电子器件制造行业发展研究报告
目录 1. 2009-2014年光电子器件及其他电子器件制造行业分析 (1) 1.1.光电子器件及其他电子器件制造行业定义 (1) 1.2.2009-2014年光电子器件及其他电子器件制造行业产值占GDP比重 (1) 1.3.光电子器件及其他电子器件制造行业企业规模分析 (2) 2. 2009-2014年光电子器件及其他电子器件制造行业资产、负债分析.4 2.1.2009-2014年光电子器件及其他电子器件制造行业资产分析 (4) 2.1.1. 2009-2014年光电子器件及其他电子器件制造行业流动资产分析 (5) 2.2.2009-2014年光电子器件及其他电子器件制造行业负债分析 (6) 3. 2009-2014年光电子器件及其他电子器件制造行业利润分析 (8) 3.1.2009-2014年光电子器件及其他电子器件制造行业利润总额分析 (8) 3.2.2009-2014年光电子器件及其他电子器件制造行业主营业务利润分析.. 9 4. 2009-2014年光电子器件及其他电子器件制造行业成本分析 (11) 4.1.2014年行业总成本构成情况 (11) 4.2.2009-2014年行业成本费用分项分析 (12) 4.2.1. 2009-2014年行业产品销售成本分析 (12) 4.2.2. 2009-2014年行业产品销售成本率分析 (13) 4.2.3. 2009-2014年行业产品销售费用分析 (15) 4.2.4. 2009-2014年行业产品销售费用率分析 (16) 4.2.5. 2009-2014年行业管理费用分析 (17) 4.2.6. 2009-2014年行业管理费用率分析 (18)
电子封装的现状及发展趋势 现代电子信息技术飞速发展,电子产品向小型化、便携化、多功能化方向发展.电子封装材料和技术使电子器件最终成为有功能的产品.现已研发出多种新型封装材料、技术和工艺.电子封装正在与电子设计和制造一起,共同推动着信息化社会的发展 一．电子封装材料现状 近年来,封装材料的发展一直呈现快速增长的态势.电子封装材料用于承载电子元器件及其连接线路,并具有良好的电绝缘性.封装对芯片具有机械支撑和环境保护作用,对器件和电路的热性能和可靠性起着重要作用.理想的电子封装材料必须满足以下基本要求: 1)高热导率,低介电常数、低介电损耗,有较好的高频、高功率性能; 2)热膨胀系数(CTE)与Si或GaAs芯片匹配,避免芯片的热应力损坏;3)有足够的强度、刚度,对芯片起到支撑和保护的作用;4)成本尽可能低,满足大规模商业化应用的要求;5)密度尽可能小(主要指航空航天和移动通信设备),并具有电磁屏蔽和射频屏蔽的特性。电子封装材料主要包括基板、布线、框架、层间介质和密封材料. 1.1基板 高电阻率、高热导率和低介电常数是集成电路对封装用基片的最基本要求,同时还应与硅片具有良好的热匹配、易成型、高表面平整度、易金属化、易加工、低成本并具有一定的机械性能电子封装基片材料的种类很多,包括:陶瓷、环氧玻璃、金刚石、金属及金属基复合材料等.
1.1.1陶瓷 陶瓷是电子封装中常用的一种基片材料,具有较高的绝缘性能和优异的高频特性,同时线膨胀系数与电子元器件非常相近,化学性能非常稳定且热导率高随着美国、日本等发达国家相继研究并推出叠片多层陶瓷基片,陶瓷基片成为当今世界上广泛应用的几种高技术陶瓷之一目前已投人使用的高导热陶瓷基片材料有A12q,AIN,SIC和B或)等. 1.1.2环氧玻璃 环氧玻璃是进行引脚和塑料封装成本最低的一种,常用于单层、双层或多层印刷板,是一种由环氧树脂和玻璃纤维(基础材料)组成的复合材料.此种材料的力学性能良好,但导热性较差,电性能和线膨胀系数匹配一般.由于其价格低廉,因而在表面安装(SMT)中得到了广泛应用. 1.1.3金刚石 天然金刚石具有作为半导体器件封装所必需的优良的性能,如高热导率(200W八m·K),25oC)、低介电常数(5.5)、高电阻率(1016n·em)和击穿场强(1000kV/mm).从20世纪60年代起,在微电子界利用金刚石作为半导体器件封装基片,并将金刚石作为散热材料,应用于微波雪崩二极管、GeIMPATT(碰撞雪崩及渡越时间二极管)和激光器,提高了它们的输出功率.但是,受天然金刚石或高温高压下合成金刚石昂贵的价格和尺寸的限制,这种技术无法大规模推广. 1.1.4金属基复合材料
第一章 光辐射与发光源 教学目的 1、掌握光波在各种介质中的传播特性。 2、了解光度学基本知识。 3、了解热辐射基本定律 教学重点与难点 重点：光波在电光晶体、声光晶体中的传播特性。 难点：光度学基本知识。 1.1电磁波谱与光辐射 1. 电磁波的性质与电磁波谱 光是电磁波。 根据麦克斯韦电磁场理论，若在空间某区域有变化电场E （或变化磁场 H ），在邻近区域将产生变化的磁场H （或变化电场E ），这种变化的电场和变化的磁场不断地交替产生，由近及远以有限的速度在空间传播，形成电磁波。 电磁波具有以下性质： ⑴ 电磁波的电场E 和磁场H 都垂直于波的播方向，三者相互垂直，所以 电磁波是横波。H E 、和传播方向构成右手螺旋系。 ⑵ 沿给定方向传播的电磁波，E 和H 分别在各自平面内振动，这种特性称为偏振。 ⑶ 空间各点E 和H 都作周期性变化，而且相位相同，即同时达到最大，同时减到最小。 ⑷ 任一时刻，在空间任一点，E 和H 。 ⑸ 电磁波在真空中传播的速度为c =，介质中的传播速度为 υ=
电磁波包括的范围很广，从无线电波到光波，从X射线到g射线，都属于电磁波的范畴，只是波长不同而已。目前已经发现并得到广泛利用的电磁波有波长达104m以上的，也有波长短到10-5nm以下的。我们可以按照频率或波长的顺序把这些电磁波排列成图表，称为电磁波谱，如图1所示，光辐射仅占电波谱的一极小波段。图中还给出了各种波长范围（波段）。 图1 电磁辐射波谱 2. 光辐射 以电磁波形式或粒子（光子）形式传播的能量，它们可以用光学元件反射、成像或色散，这种能量及其传播过程称为光辐射。一般认为其波长在10nm~1mm，或频率在3′1016Hz~3′1011Hz范围内。一般按辐射波长及人眼的生理视觉效应将光辐射分成三部分：紫外辐射、可见光和红外辐射。一般在可见到紫外波段波长用nm、在红外波段波长用mm表示。波数的单位习惯用cm-1。 可见光。通常人们提到的“光”指的是可见光。可见光是波长在390~770nm 范围的光辐射，也是人视觉能感受到“光亮”的电磁波。当可见光进入人眼时，人眼的主观感觉依波长从长到短表现为红色、橙色、黄色、绿色、青色、蓝色和紫色。 紫外辐射。紫外辐射比紫光的波长更短，人眼看不见，波长范围是1~390nm。细分为近紫外、远紫外和极远紫外。由于极远紫外在空气中几乎会被完全吸收，
新型电子元器件的研究现状与发展趋势 韦纯严 1300130525 （桂林电子科技大学机电工程学院，广西桂林） 摘要：电子元件是信息技术的重要支撑，是电子装备、电子信息系统以及武器装备控制系统必不可少的重要部件。从信息技术的发展历程可以看出，电子系统功能的每一次升级、半导体技术的每一种创新与变革都会从产量和性能等方面对元件提出新的更高的要求。因此研究与发展新型电子元器件，关注电子元器件的发展趋势对于一个国家的重要性是不言而喻。 关键词：电子元件；发展趋势 1 引言 当今社会科技的发展是日新月异，产品的更新换代的时间越来越短，而这一切的进步都离不开电子元器件的发展。电子元器件是电子设备及信息系统的重要基础之一，其发展速度、技术水平高低和生产规模，不仅直接影响着电子信息产业的发展，而且对改造传统产业，促进科技进步，提高装备现代化水平都具有重要的现实意义。因此，密切关注电子元器件的发展趋势，总结电子元器件的发展趋势，找出电子元器件发展新特点，密切关注电子元器件领域的新材料等，对促进我国电子元器件的发展、提高电子元器件整体水平、推动电子信息产业发展，都具有重要的理论和现实意义。 2 电子元器件国内外现状 2.1世界电子元器件发展现状 现在的电子设备及信息系统的体积越来越小，电路密度越来越高，传输速度也越来越快，新型电子元器件正在向片式化、微型化、高频化、宽频化、高精度化、集成化方和绿色环保向发展。 2.2我国电子元器件的发展现状 由于西方发达国家在电子元器件行业中所投入的研发强度较大，如美国、日本等国家其在电子元器件行业中所投入的研发强度都已经超过5%，甚至有一些企业的投入高达10%以上，因此，这些国家在电子元器件行业中处于领先地位。而我国由于在电子元器件研发领域中所投入的研发强度很有限，其核心技术基本上只能依靠进口。再加上，我国设备陈旧，生产工艺比较落后，产品核心技术含量低。同时，引进国外先进的电子元器件收到许多环节、条件的制约。由于每种不同电子元器件所使用的材料以及生产工艺都有所不同，其功能和价格也有所差异，所以导致无法根据电子元器件的功能来制定关税，从而引起很多的电子元器件因功能与价格不明而被海关扣留。因此，需要相关权威机构对电子元器件的功能及其价值进行鉴定，并作出具有相应的鉴定材料。除此之外，出口西方国家的产品也面临着较大的贸易壁垒，使我国的电子元器件产品也面临着相应的标准门槛。 由于我国的芯片起步晚，发展较为缓慢，因此，目前我国的自主品牌的芯片还处于发展阶段。与西方发达国家相比，我国自主品牌的芯片占全球芯片市场占有率少得可怜。 我国的电子元器件的起步比较晚，发展较为缓慢，相比于发达国家我国对新型电子元器件的研究与生产技术都相对落后。但是我国的片式电阻器、片式独石陶瓷电容器、铝电解电容器、石英晶体谐振器、压电陶瓷滤波器、双面及多层印制板、覆铜板、扬声器等产品已达到规模经济生产要求。 3 电子元器件技术发展趋势 从世界电子元器件的技术发展趋势来看，总体来看，片式化已经成为衡量电子元件技术发展水平的重要标志之一，其中，片式电容、片式电阻、片式电感三大无源元件，约占元器件总产量的85%-90%。电子元器件在片式化的同时，也在向小型化方向迅速发展，随着电子设备小型化进程的加快，电子元件复合化和集成化的步伐也在加快。由于电子元器件产品种类很多，各分类产品在技术发展趋势上又各有自身的特点。 电子元器件正进入以新型电子元器件为主体的新一代元器件时代，它将基本上取代传统元器件。电子元器件由原来只为适应整机的小型化及其新工艺要求为主的改进，变为以满足数字技术、微电子技术发展所提出的特性要求为主，而且是成套满足的产业化发展阶段。新型电子元器件体现当代和今后电子元器件向高频化、片式化、微型化、薄型化、低功耗、响应速率快、高分辨率、高精度、高功率、多功能、组件
第一章： 基本概念与名词解释 1、光子学说的几个基本概念：相格、光子简并度等； 2、微观粒子的四个统计分布规律：麦克斯韦速率分布率、波耳兹曼分布率、费米分布率、玻色分布率； 3、原子、分子的微观结构，固体的能带； 4、热辐射和黑体辐射的几个概念：热辐射、朗伯体、视见函数、普朗克公式； 5、简述辐射跃迁的三种过程：自发辐射、受激吸收、受激辐射； 6、谱线加宽的类型及定义：均匀加宽、非均匀加宽、碰撞加宽；
第二章： 基本概念与名词解释 １、一般概念：激发态能级寿命、亚稳态能级、粒子数反转、 负温度、激活介质、增益饱和； ２、三能级系统、四能级系统的粒子数反转的形成过程； ３、关于介质中的烧孔效应、气体激光器中的烧孔效应的论述。理论推导与证明 1、粒子数密度的差值（式2-1-17，2-1-22）； 2、均匀加宽与非均匀加宽的小信号增益系数（式2-2-14，2-2-15）； 3、均匀加宽与非均匀加宽情况下的大信号反转粒子数密度、烧孔面积（式2-3-3，2-3-7）； 4、均匀加宽与非均匀加宽情况下的大信号增益系数（式2-3-10，2-3-17）；
第三章： 基本概念与名词解释 １、激光的几个特性：包括时间相干性、空间相干性、相干时间、相干长度、相干面积、相干体积、光子简并度； ２、有关谐振腔的基本概念：谐振腔、稳定腔、不稳定腔、介稳腔； ３、激光振荡的几个现象和过程：纵模、横模、模的竞争、空间 烧孔、兰姆凹陷、频率牵引、高斯光束、激光器最佳透过率。 理论推导与证明 1、普通光源相干时间与相干面积（式3-1-5，3-1-12）； 2、激光产生的阈值条件（式3-3-11）； 3、粒子数密度的差值的阈值（式3-3-18）； 4、均匀加宽情况单模激光器的输出功率与最佳透过率（式3-6-9） 5、非均匀加宽情况单模激光器的输出功率（式3-6-18）。
光电子学与光学 一、项目定义 项目名称：光电子学与光学 项目所属领域：基础产业和高新技术及基础科学 涉及的主要学科：微电子学与固体电子学（国家重点 学科）、光学、通信与信息系统 项目主要研究方向： ?新型光电子材料、器件及其集成技术 ?有机光电子学 ?光波导及光纤器件 ?光电子器件理论研究、CAD设计及信息处理 ?非线性光学材料与系统 二、项目背景 1.项目建设意义 近年来，信息技术的蓬勃发展对人类社会产生了巨 大的影响。它不但改变了人们的生活方式，而且确立了以信息产业 40
为核心的现代产业结构。信息技术是一个包含了材料科学、计算机科学、电子科学、光学、信息获取、处 41
吉林大学“十五” “ 211工程”重点学科建设项目论证报告 理与传输等多门学科的综合性的技术领域。信息技术对经 济建设、国家安全乃至整个国家的发展起着关键性的作用，它是经济发展的倍增器”和社会进步的催化剂”，是体现一个国家综合国力和国际竞争力的重要标志。在迄今为止的人类历史上，没有一种技术象信息技术这样能够引起社会如此广泛、深刻的变革，在20世纪末和21世纪前 半叶，信息技术乃是社会发展最重要的技术驱动力。 目前，全球信息业飞速发展，要在国际竞争舞台立于不败之地，必须有自主知识产权的技术和产品，必须有具有创新能力的人才队伍，能够创造出具有世界先进水平的 研究成果。我国是发展中国家，与经济发达国家相比，在发展高技术、推进产业化过程中，不可避免地会遇到更多的困难和障碍，在发挥优势实现跨越式发展中，必须要以坚强的国家意志为基础，发挥政府导向作用，调动各方面积极性，实行统筹规划，集中资源，以保证信息技术实现跨越式发展。建设一个有自主技术、高度发达的光通信、光存储、光显示等信息产业是至关重要的。 光子已成为信息的重要载体，光电子学与光学作为信 息技术的重要组成部分之一，已经越来越引起人们的重视 与关注。人们不断地探索着光的本质，研究光子的产生、传输、存储、显示和探测的机理与技术。近年来，随着与化学、材料科学、微电子学、凝聚态物理学、磁学等学科 42
附件4 “光电子与微电子器件及集成”重点专项 2019年度项目申报指南 为落实《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006—2020年）》《2006—2020年国家信息化发展战略》提出的任务，国家重点研发计划启动实施“光电子与微电子器件及集成”重点专项（以下简称“本重点专项”）。根据本重点专项实施方案的部署，现提出2019年度项目申报指南。 本重点专项的总体目标是：发展信息传输、处理与感知的光电子与微电子集成芯片、器件与模块技术，构建全链条光电子与微电子器件研发体系，推动信息领域中的核心芯片与器件研发取得重大突破，支撑通信网络、高性能计算、物联网等应用领域的快速发展，满足国家发展战略需求。 本重点专项按照硅基光子集成技术、混合光子集成技术、微波光子集成技术、集成电路与系统芯片、集成电路设计方法学和器件工艺技术6个创新链（技术方向），共部署49个重点研究任务。专项实施周期为5年（2018—2022年）。 2019年度项目申报指南在核心光电子芯片、光电子芯片共性支撑技术、集成电路与系统芯片、集成电路设计方法学和器件工 —1—
艺技术5个技术方向启动19个研究任务，拟安排国拨总经费概算6.75亿元。凡企业牵头的项目须自筹配套经费，配套经费总额与专项经费总额比例不低于1：1。 各研究任务要求以项目为单元整体组织申报，项目须覆盖所申报指南方向二级标题（例如：1.1）下的所有研究内容并实现对应的研究目标。除特殊说明外，拟支持项目数均为1~2项。指南任务方向“1.核心光电子芯片”和“2.光电子芯片共性支撑技术”所属任务的项目实施周期不超过3年；指南任务方向“3.集成电路与系统芯片”、“4.集成电路设计方法学”和“5.器件与工艺技术”所属任务的项目实施周期为4年。基础研究类项目，下设课题数不超过4个，参研单位总数不超过6个；共性关键技术类和应用示范类项目，下设课题数不超过5个，参与单位总数不超过10个。项目设1名项目负责人，项目中每个课题设1名课题负责人。 指南中“拟支持项目数为1~2项”是指：在同一研究方向下，当出现申报项目评审结果前两位评分评价相近、技术路线明显不同的情况时，可同时支持这2个项目。2个项目将采取分两个阶段支持的方式。建立动态调整机制，第一阶段完成后将对2个项目执行情况进行评估，根据评估结果确定后续支持方式。 1.核心光电子芯片 1.1多层交叉结构的光子集成芯片（基础研究类） 研究内容：聚焦基于硅基多维度交叉结构的光子集成芯片，—2—
考试题型及分值 1.填空题：10空，每空2分，共20分。 2.概念题：5个，每个3分，共15分。 3.判断正误：10个，每个2分，共20分。 4.简答题(包含推导)：5题，每题6分，共30分。 5.简述题，2题，共15分。
C1 概论 1. 什么是集成光路？ 2. 用光子作为信息载体，相比于电子，具有哪些优势？ 3. 光电子集成的方式有哪两种？两种集成方式的概念是什么？分别举例2~3种。 4. 判断正误：（1）矩阵式光开关属于功能集成器件。（2）集成调制光电二极管属于功能集 成器件。（3）混合集成的主要优势是材料选择的范围更宽。(4)功能集成的主要优势是材料选择的范围更宽。 5. 什么是单片集成？什么是混合集成？单片集成及混合集成各自的优势是什么？ C2 平面介质波导理论 1. 在介质波导中，定义有有效折射率，请写出有效折射率的表达形式？对于图示的平板介 质波导(32n n >)，使光波完全限定在芯层中传播，有效折射率需要满足怎样的条件？出 现衬底辐射模的条件？出现包层衬底辐射模的条件？ 2. 光波在平板介质波导(芯层、衬底及包层折射率分别为123,,n n n ，且123n n n >≥)中导行 传播的条件用传播常数表示应为：2010n k n k β<≤。 3. 在二维介质光波导中存在两种相互独立的模式，分别为？两种模式其基本场量具有什么 样的特征？二维介质光波导中的导波模式的场分布在芯层、包层、衬底层分别具有什么样的特点？ 4. 求解梯度折射率波导中模式有效折射率的近似方法有哪些？ 5. 判断正误：(1)平板型的光波导，光只受到一个方向的限制，在光波导的芯层，光束能量 会因为衍射而发散。(2) 在折射率相差较小的介质构成的条形波导中，不存在纯粹的TE 模式及纯粹的TM 模式，而是构成所谓的混合模式(hybrid mode)。（3）条载式光波导是一种平板光波导。(4)在平板波导或者条形光波导中，导波模式的能量完全限定在芯层中传播，没有能量进入到包层或者衬底。 6. 折射率相差较小的介质构成的条形波导中存在哪些偏振模式？这些偏振模式是纯粹的 TE 模式或者纯粹的TM 模式吗？ 7. 试描述条形光波导中导波模式的场分布的基本特征。 8. 马卡提利法求解条形光波导，采用了哪些近似？选取这些近似条件的理论依据是什么？
题目：光电子技术的发展与应用 姓名：刘欢 学号：2015953024 班级：光电一班 指导老师：李宏棋 日期：2018.12.1
目录 1摘要：___________________________________________________________________________3 2光电子技术的发展________________________________________________________________3 2.1世界光电子技术和产业的发展__________________________________________3 2.2我国的光电子技术和产业的发展________________________________________4 3光电子技术的应用探讨____________________________________________________________5 3.1在通信领域的应用____________________________________________________________5 3.2在军事领域的应用 _____________________________________________________________5 3.3在医药领域的应用 _____________________________________________________________5 3.4在工业领域的应用 _____________________________________________________________5 3.5在光通信的应用__________________________________________________6 3.6在RS光应用的应用___________________________________________________________6 3.7在光智能的应用______________________________________________________________7 3.8在矿井安全中的应用__________________________________________________________7 4结论__________________________________________________________________________7参考文献： ________________________________________________________________________8
中国电子元器件行业概况研究-行业发展概况、市场供求 （一）行业发展概况 电子元器件行业作为电子信息产业的重要组成部分，是国民经济战略性、基础性和先导性的支柱产业。电子元器件包括电子元件和电子器件，从20世纪90年代起，广泛应用于消费电子、家用电器、通讯设备、汽车电子、计算机等领域；目前，随着移动智能终端、云计算、物联网、大数据的兴起，其应用领域扩展至虚拟现实、智能穿戴、智能家居、物联网等新兴应用领域。 受益于人口红利和智能设备普及需求，中国市场已成为全球最重要的电子元器件制造基地和消费市场。自2000年以来，凭借较为显著的成本和后发优势，中国逐渐成为世界电子行业相关产品的主要生产基地，目前已成为全球最主要的电子产品制造基地和电子产品出口大国；在中国国民经济增长强劲、工业现代化程度加深及居民消费水平升级的带动下，中国电子元器件产业得到了较为充分地发展。 据中国产业研究报告数据显示，目前，中国电子元器件产业总产值约占电子信息产业的五分之一，电子元器件产业已成为支撑中国电子信息产业发展的重要基础。
根据国家统计局及智研咨询数据显示，2015年中国电子元件制造业的产值及销售收入分别增长至15,931.72亿元、15,355.45亿元，分别同比增长4.86%、4.14%；2016年分别增长至17,848.40亿元、17,362.32亿元，增长率高达12.03%、13.07%。2015年电子器件制造业的产量及销售收入规模分别达16,041.79亿元、15,354.81亿元，同比增长6.31%、5.15%；而2016年分别增至17,940.96亿元、17,361.22亿元，同比增速分别达11.84%、13.07%。由此可见，2016年中国电子元器件市场持续保持高速增长的态势。
第21卷增刊半 导 体 光 电Vol.21Supplement 2000年3月Semiconductor Optoelectronics March2000 文章编号:1001-5868(2000)01S-0001-04 蓝绿光半导体光电子器件的研究与发展现状 赵 红,何伟全 (重庆光电技术研究所,重庆400060) 摘 要: 综述了G aN和ZnSe两大系列半导体光电子器件的研究与发展现状,重点讨论了材料的生长方法,给出了器件发展的最高水平。 关键词: 发光器件;平板显示器;光存贮;G aN;ZnSe 中图分类号: TN525;TN491 文献标识码: A An Overview on the R esearch and Development of Semiconductor B lue-green Optoelectronic Devices ZHAO Hong,HE Wei2quan (Chongqing Optoelectronics R esearch Institute,Chongqing400060,China) Abstract: This paper reviews the present stage for the research and development of blue-green optoelectronic devices based on ZnSe and G aN,with emphasis on the growth processes of the materials. The best performances achieved in the devices up to date are presented. K eyw ords: light emitting devices;plate display;optic storage;G aN;ZnSe 1 引言 蓝、绿光与红光构成了颜色的三原色。目前,半导体红光器件的制作技术已经比较成熟,而蓝绿光器件的发展相对滞后。但实际的需求推动着半导体蓝绿光电子器件的发展。蓝、绿光L ED与红光L ED一起,可以用于新一代全彩色平板显示器的开发;蓝光激光器除用于光学数据存贮系统,还可用于新一代的生物医学工程技术,水下通信等[1,2]。 2 蓝绿光电子器件实用化的技术路线 蓝绿光器件需要使用宽带隙的半导体材料。其材料有Ⅱ-Ⅵ族ZnSe系列材料、Ⅲ-Ⅴ族G aN系列材料、Ⅳ-Ⅳ族SiC材料等。ZnSe系列和G aN系列材料是直接带隙半导体,比较适合制作光电子器件。SiC材料是间接带隙半导体,且发光颜色不够纯正,不太适合制作光电子器件。目前,利用ZnSe 系列和G aN系列材料的蓝绿光电子器件的研究与开发已经取得了突破性进展。 3 ZnSe系列光电子器件 3.1 材料的外延生长 ZnSe由于缺乏体单晶,只有选择晶格常数与之匹配的其他晶体材料作为其外延衬底。G aAs与ZnSe的晶格失配只有0.27%,所以容易在G aAs衬底上生长出高质量的单晶。目前,大多数实用的ZnSe器件都是用MB E在G aAs衬底上异质外延生长的。 由于ZnSe材料存在较强补偿效应,在其生长中存在的一个主要问题就是难以获得高载流子浓度的P型掺杂,以获得决定低阈值电流的低阻ZnSe。近几年的研究表明,氮是效率较高的ZnSe P型掺杂 收稿日期:1999-11-20
光电子技术的应用和发展前景 摘要：光电子技术确切称为信息光电子技术，本文论述了一些新型光电子器件及其发展方向 关键词：光电子技术新型光电子器件发展方向应用 光电子技术确切称为信息光电子技术。20世纪60年代激光问世以来，最初应用于激光测距等少数应用，光电子技术是继微电子技术之后近30年来迅猛发展的综合性高新技术。1962年半导体激光器的诞生是近代科学技术史上一个重大事件。经历十多年的初期探索，到70年代，由于有了室温下连续工作的半导体激光器和传输损耗很低的光纤，光电子技术才迅速发展起来。现在全世界敷设的通信光纤总长超过1000万公里，主要用于建设宽带综合业务数字通信网。以光盘为代表的信息存储和激光打印机、复印机和发光二极管大屏幕现实为代表的信息显示技术称为市场最大的电子产品。人们对光电神经网络计算机技术抱有很大希望，希望获得功耗的、响应带宽很大，噪音低的光电子技术。 目录 （一），光电子与光电子产业概况 （二），光电子的地位与作用 （三），二十一世纪信息光电子产业将成为支柱产业 （四），国际光电子领域的发展趋势 （五）光电子的应用 （一），光电子及光电子产业概况 光电子技术是一个比较庞大的体系，它包括信息传输，如光纤通信、空间和海底光通信等；信息处理，如计算机光互连、光计算、光交换等；信息获取，如光学传感和遥感、光纤传感等；信息存储，如光盘、全息存储技术等；信息显示，如大屏幕平板显示、激光打印和印刷等。其中信息光电子技术是光电子学领域中最为活跃的分支。在信息技术发展过程中，电子作为信息的载体作出了巨大的贡献。但它也在速率、容量和空间相容性等方面受到严峻的挑战。采用光子作为信息的载体，其响应速度可达到飞秒量级、比电子快三个数量级以上，加之光子的高度并行处理能力，不存在电磁串扰和路径延迟等缺点，使其具有超出电子的信息容量与处理速度的潜力。充分地综合利用电子和光子两大微观信息载体各自的优点，必将大大改善电子通信设备、电子计算机和电子仪器的性能今天，光电子已不再局限传统意义上的用于光发射、光调制、光传输、光传感等的电子学的一个分支，同时还包容了部分电光学、光子学和光学成分。主要光电子器件集中体现在各类半导体LED、LD，各类光探测器，收发集成模块,光放大器，调制器，波长变换器等。此外，还包括和上述器件相关的各类光波导等无源器件。
现代电力电子器件的发展与现状 解放军信息工程大学李现兵师宇杰王广州黄娟 电力电子器件的回顾 电力电子器件又称作开关器件，相当于信号电路中的A/D 采样，称之为功率采样，器件的工作过程就是能量过渡过程，其可靠性决定了系统的可靠性。根据可控程度可以把电力电子器件分成两类：半控型器件——第一代电力电子器件 上个世纪50 年代，美国通用电气公司发明的硅晶闸管的问世，标志着电力电子技术的开端。此后，晶闸 管(SCR) 的派生器件越来越多，到了70 年代，已经派生了快速晶闸管、逆导晶闸管、双向晶闸管、不对称晶闸管等半控型器件，功率越来越大，性能日益完善。但是由于晶闸管本身工作频率较低(一般低于 400Hz )，大大限制了它的应用。此外，关断这些器件，需要强迫换相电路，使得整体重量和体积增大、 效率和可靠性降低。目前，国内生产的电力电子器件仍以晶闸管为主。 全控型器件——第二代电力电子器件
随着关键技术的突破以及需求的发展，早期的小功率、低频、半控型器件发展到了现在的超大功率、高频、全控型器件。由于全控型器件可以控制开通和关断，大大提高了开关控制的灵活性。自70 年代后期以来， 可关断晶闸管(GTO) 、电力晶体管(GTR 或BJT) 及其模块相继实用化。此后各种高频全控型器件不断问世， 并得到迅速发展。这些器件主要有电力场控晶体管(即功率MOSFET) 、绝缘栅极双极晶体管(IGT 或IGBT) 、静电感应晶体管(SIT) 和静电感应晶闸管(SITH) 等。 电力电子器件的最新发展 现代电力电子器件仍然在向大功率、易驱动和高频化方向发展。电力电子模块化是其向高功率密度发展的重要一步。当前电力电子器件的主要发展成果如下： IGBT：绝缘栅双极晶体管 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 是一种N 沟道增强型场控(电压)复合器件，如图1 所示。它属于少子器件类，兼有功率MOSFET 和双极性器件的优点：输入阻抗高、开关速度快、安全工作区宽、饱和
天津大学809光电子学基础考研大纲及参考书 对于天津大学809光电子学基础考研，大家一定要人手一份自己专业课的考试大纲，从大纲中抓住复习的重点内容，但是对于第一次考研的同学来说，从大纲中读取重点和考试常出内容往往不太容易，因为大纲是比较概括的，但是大家必须在复习的时候圈定复习范围,锁定考试内容,然后有的放矢的进行复习，这时候要先看大纲，然后再根据《2018年天津大学809光电子学基础考研红宝书》来复习，其对考研指定教材中的考点内容进行深入提炼和总结，同时辅以科学合理的复习规划。天津考研网小编整理天津大学809光电子学基础考研大纲如下： 一、考试的总体要求 旨在考查考生是否具备光电子学专业的物理学基础和主要的专业课知识。其中物理学基础的考试内容为《物理光学》课程；专业课为《激光原理》课程。主要考查考生对基本概念的理解是否正确，是否具备应用物理学原理去灵活解决具体问题的能力，能否简洁、准确表达解决问题的过程和结果。 二、考试的内容及比例 与物理学基础相关的考试内容涉及《物理光学》课程； 与光电子技术相关的考试内容涉及《激光原理》课程。考试内容以大题为单元，共10道大题，任选5道大题做答，多选总分得零。每道大题30分。其中《物理光学》5道大题，《激光原理》5道大题。每门课程的详细考试大纲见附录。每道大题可以是若干小题的集合，或若干关联的小问题。主要考查考生对基本概念的理解是否正确，是否具有应用原理灵活解决具体问题的能力，能否简洁、准确表达解题过程和结果。 三、考试的题型及比例 共10道大题，任选5道大题做答，多选总分得零。每道大题可以是若干小题的集合，或若干关联的小问题。题型包括基本概念考查题，分析论证推导题，数值估算题等。原则上概念题比例较大，约占70~80％。 四、考试形式及时间 考试形式为笔试，考试时间为3小时（或以研究生院公布的为准）。 附录：《激光原理》部分 1．激光的基本原理（《激光原理》，（第6版），周炳琨编著,国防工业出版社，第一章） 光的受激辐射基本概念；激光的特性。
电子元器件的发展历程及未来趋势 每种事物都有其自身的发展历史和发展规律，电子元器件也不例外，它历经了经典电子元器件、小型化电子元器件、一般微电子元器件、智能微电子元器件时代，未来正在迈向量子电子元器件时代。 电子元器件的发展离不开电子信息技术和整机的发展，二者是相互促进，相互牵制的关系。 微电子元器件包括集成电路、混合集成电路、片式和扁平式元件和机电组件、片式半导体分立器件等。微电子指采用微细工艺的集成电路，随集成电路集成度和复杂度的大幅度提高、线宽越来越细和采用铜导线，其基频和处理速度也大幅度提高，在电子线路中其周边的其他元器件必然要有相应速率的处理速度，才能完成所承担的功能。因此，需要通过整个设备及系统来分析元器件的发展。 表1电子元器件的发展阶段及特点
上述电子元器件的发展阶段的划分是2001年提出来的，但近年来电子技术和电子产业的发展很快，新技术，新产品不断涌现，尤其是智能化产品和系统越来越普及，智能化已经到来，同时，量子技术有了突破，信息技术有可能进入“量子化时代”。 智能化已经到来观察一下我们周围，可以发现，智能化家用电子及电器，如智能电视机、电灶具、电热水器等；智能化终端如手机、手表式终端等，智能化汽车电子及智能化公交系统等，其发展的总趋势是以智能化为核心的信息化，系统化和网络化。 这些变化也可以从智能化设备和系统框图构成来分析对电子元器件的新要求： 1）指挥控制系统--嵌入式处理器芯片，高速，大容量的集成电路，计算芯片已经渗入到各种系统和产品中。整机采用双核、四核，八核以至更多的芯片并行，以加速运算速率的智能化处理。 2）信息采集系统--以传感器为代表将各种信息转化为电信号，并进行处理。传感器技术是一项当今世界令人瞩目的迅猛发展起来的高新技术之一，也是当代科学技术发展的一个重要标志，它与通信技术、计算机技术构成信息产业的三大支柱。 如果说计算机是人类大脑的扩展，那么传感器就是人类五官的延伸，当集成电路、计算机技术飞速发展时，人们才逐步认识信息摄取装置--传感器没有跟上信息技术的发展而惊呼“大脑发达、五官不灵”. 但是目前传感器的发展已成为一个瓶颈，对其品质、稳定性、一致性与可靠性等程度要求越来越高。还出现如数字话筒、智能传感器模块等一些数字化器件。 3）传输系统--信号荷载信息，经过不同的频率交换、调制或编码，变成适当的形式，以便适合于各种不同媒介质的传输。传输系统需要高速大容量网络，包括无线、有线传输，常由两者结合传输。 a）传输系统为有更高的传输速率和带宽，对元器件品质要求如；高频、带宽、阻抗匹配、电磁干扰、稳定性与耗损等等特性有更加严格的要求，这将导致这些符合条件的元器件发展更快。 b）光网络，光电结合更加普及，如光纤到户（FTTH），光纤到桌（FTTD），许多终端都有光接口。光电结合和转化的元器件如光器件，光电转化元器件等不断出现和高速发展。 网络传输速率越来越快，如3G通信，国际电联“IMT-2000”（国际移动电话2000）标准规定，移动终端以车速移动时，其传转数据速率为144kbps,室外静止或步行时速率为384kbps,而室内为2Mbps.4G是集3G与WLAN于一体，并能够传输高质量视频图像，它的图像传输质量与高清晰度电视不相上下。4G系统能够以100Mbps的速度下载，上传的速度也能达到20Mbps. 4）执行系统--如控制元件（继电器，包括固体继电器）、微特电机及功能性电子元器件发展更快。功能性电子元器件是具有某些独特功能的元器件，如频率、时频及显示器件
波前 波在介质中传播时，某时刻刚刚开始位移的质点构成的面，称为波前。它代表某时刻波能量到达的空间位置，它是运动着的。波前与射线成正交。因此，使用射线或波前来研究波是等效的。根据波前的形状一般可以把波分为球面波、平面波，柱面波等。 光电效应 光电效应是物理学中一个重要而神奇的现象。在高于某特定频率的电磁波照射下，某些物质内部的电子会被光子激发出来而形成电流，即光生电。光电现象由德国物理学家赫兹于1887年发现，而正确的解释为爱因斯坦所提出。科学家们在研究光电效应的过程中，物理学者对光子的量子性质有了更加深入的了解，这对波粒二象性概念的提出有重大影响。 康普顿效应 1923年，美国物理学家康普顿在研究x射线通过实物物质发生散射的实验时，发现了一个新的现象，即散射光中除了有原波长λ0的x光外，还产生了波长λ>λ0 的x光，其波长的增量随散射角的不同而变化。这种现象称为康普顿效应(Compton Effect)。用经典电磁理论来解释康普顿效应时遇到了困难。康普顿借助于爱因斯坦的光子理论，从光子与电子碰撞的角度对此实验现象进行了圆满地解释。我国物理学家吴有训也曾对康普顿散射实验作出了杰出的贡献。 散射角 入射粒子与物质中的粒子发生弹性碰撞时，其偏离初始运动方向的角度。下图中的Θ角便是入射粒子的散射角。 光的偏振 光的偏振（polarization of light）振动方向对于传播方向的不对称性叫做偏振，它是横波区别于其他纵波的一个最明显的标志。光波电矢量振动的空间分布对于光的传播方向失去对称性的现象叫做光的偏振。只有横波才能产生偏振现象，故光的偏振是光的波动性的又一例证。在垂直于传播方向的平面内，包含一切可能方向的横振动，且平均说来任一方向上具有相同的振幅，这种横振动对称于传播方向的光称为自然光（非偏振光）。凡其振动失去这种对称性的光统称偏振光。 麦克斯韦方程组 麦克斯韦方程组（英语：Maxwell's equations），是英国物理学家詹姆斯·麦克斯韦在19世纪建立的一组描述电场、磁场与电荷密度、电流密度之间关系的偏微分方程。它由四个方程组成：描述电荷如何产生电场的高斯定律、论述磁单极子不存在的高斯磁定律、描述电流和时变电场怎样产生磁场的麦克斯韦-安培定律、描述时变磁场如何产生电场的法拉第感应定律。 时谐波 在很多实际情况下，电磁波的激发源往往以大致确定的频率作正弦振荡，因而辐射出的电磁波也以相同的频率作正弦振荡，例如无线电广播或通信的载波，激光器辐射出的光束等，都