未来光电信息功能材料的发展趋势信息时代对超大容量信息传输、超快实时信息处理和超高密度信息存储的需求加快了信息载体从电子向光电子和光子的转换步伐,光纤通信、移动通信和数字化信息网络技术已成为信息技术发展的大趋势。
相应地,半导体光电信息功能材料也已由体材料发展到薄层、超薄层微结构材料,并正向集材料、器件、电路为一体的功能系统集成芯片材料、有机/无机复合、有机/无机与生命体复合和纳米结构材料方向发展;同时伴随着材料系统由均匀到非均匀、由线性到非线性和由平衡态到非平衡态发展;材料生长制备的控制精度也将向单原子、单分子尺度发展。
从材料体系上看,除硅和硅基材料作为当代微电子技术的基础在21世纪中叶不会改变之外,化合物半导体微结构材料以其优异的光电性质在高速、低功耗、低噪音器件和电路,特别是光电子器件、光电集成和光子集成等方面发挥着越来越重要的作用;与此同时,近年来硅基高效发光研究取得的重大进展使人们看到了硅基光电集成的曙光。
有机半导体发光材料以其低廉的成本和良好的柔性,已成为全色高亮度发光材料研发的另一个重要发展方向,可以预料它将成为下一代平板显示材料的佼佼者。
GaN基紫、蓝、绿异质结构发光材料和器件的研制成功,不仅将使光存储密度成倍增长,而更重要的是它将会引起照明光源的革命,社会经济效益巨大。
航空、航天以及国防建设的要求推动了宽带隙、高温微电子材料和中远红外激光材料的发展。
探索低维结构材料的量子效应及其在未来纳米电子学和纳米光子学方面的应用,特别是基于单光子光源的量子通信技术,基于固态量子比特的量子计算和无机/有机/生命体复合功能结构材料与器件发展应用,已成为材料科学目前最活跃的研究领域,并极有可能触发新的技术革命,从而彻底改变人类的生产和生活方式。
另外,从半导体异质结构材料生长制备技术发展的角度看,已由晶格匹配、小失配材料体系向应变补偿和大失配异质结构材料体系发展。
如何避免和消除大失配异质结构材料体系在界面处存在的大量位错和缺陷,是目前材料制备中的一个迫切要解决的关键科学问题之一,它的解决将为材料科学工作者提供一个广阔的创新空间。
光电信息功能材料是具有信息产生、传输、转换、检测、存储、调制、处
理和显示等功能的材料。
光电信息功能材料不仅是现代信息社会的支柱,也是信
息技术革命的先导;光电信息功能材料的研究是当代科学的前沿,具有多学科交
叉的特点,是一个极富创新和挑战的领域。
科学目标
1. 以光电信息功能材料的设计、性能、制备与加工过程中所涉及的新概念、
新结构、新方法、新技术以及新材料为突破口,在理论和实验的源头创新
上有所突破,提高我国在光电信息材料研究领域的整体创新能力。
2. 解决对我国的科学技术进步和国民经济发展以及国防建设具有重大意义
的光电信息功能材料领域所涉及的关键材料、关键技术等问题,形成我国
自己的知识产权,为我国信息技术产业发展打下基础。
研究内容
*1. 材料尺寸效应及其相关科学问题
基于量子理论 (如:量子尺寸效应、量子隧穿、量子干涉和库仑阻塞
效应等),通过在原子、分子或纳米尺度水平上的操纵与调控, 研究新型
光电信息功能材料, 发展相关理论和制备技术。
*2. 信息载体与新材料
基于电子和光子的基本属性,如电子的自旋与波动性特征, 光波的位
相和偏振状态等,探索新型信息载体,发展新型光电信息功能材料。
*3. 能带结构设计新自由度的引入与新材料
研究自由度以及新自由度的引入对固体电子能带、光子能带、声子能
带结构的影响,探索新材料的微结构设计和制备技术;研究具有强相互作
用电子系统的各种窄能带结构光电材料,发展并建立适用于相互作用电子
系统的新的材料理论。
4. 有机光电信息功能材料及其相关科学问题
研究具有光电信息功能的有机软物质材料,有机非晶、介晶以及晶体
材料,开展聚集态结构、能态理论、激发态过程以及相关科学问题的系统
研究,在此基础上探索、研制新型有机光电信息材料与相关器件。
5. 电子、光电子微结构材料
开展新型III,V、?,?族等化合物半导体微结构材料、硅基光电
集成芯片材料和高温、宽带隙材料以及大失配半导体异质结构体系的结构
-电子行为-信息功能的内在关联与规律及其生长动力学的理论与实验研
究,优化信息功能材料的结构设计和生长技术, 研制新一代通信网络、高
速信息处理和国防建设所需的信息功能材料。
6. 全光型与耦合型微结构材料
研究能够实现光调控光的全光型微结构材料和具有电子,声子、光子
,声子耦合效应的微结构材料,如准相位匹配( QPM)材料、光子晶体、
声子晶体、多层介质薄膜、相位栅等及其在光波导系统、光纤系统中的新
效应。
7. 分子光电信息功能材料
研究具有光电信息功能的分子设计与合成,分子与体系各种聚集态的
微结构调控以及分子原型器件的制备。
8. 光电信息材料的新型制备技术
研究微结构可控的光电材料的新型制备技术,如原位合成技术、外场
对结构的调控与修饰技术、等离子体增强技术、湿法化学技术、关键信息功能晶体和单晶薄膜生长技术等。
发展全新的组装与自组装技术,在分子或纳米层次上开拓材料制备的
新途径;运用分子自组装、自组织和模板技术,探索如何在纳米甚至分子尺度上构筑点、线、面,如何调控低维有序体系的结构与性能,从而在基质上实现可控的有序化阵列或图案。
9. 功能集成与微细加工技术*
研究具有不同的信息功能集成在一个芯片上的原理与技术,对这种具
有大量组元的材料芯片进行高效、并行的性能测试,进行材料、器件结构与性能的优化;提出微细加工技术的新思路,发展实现纳米图案的理论方法和实验技术。