运动、抗氧化剂与自由基研究的新进展

第一篇：运动、抗氧化剂与自由基研究的新进展

[推荐]运动、抗氧化剂与自由基研究的新进展

NewAdvancesinstudiesonExercise,AntioxidantsandFreeRadicals

HUANGMinfang

(P.E.College,JianghanUniversity,Wuhan,Hubei,China,430056)

Atract：

Withthedevelopmentofthetheoryoffreeradicals,researchonexerciseandfreeradicalshasbecomeanimportantquestioninthefieldofortsmedicineorbiology.Internationallearnersconcernedhavestudiedtherelatiohipbetweenendogenousfreeradicalmetabolismandexerciseandantioxidants.Theyhavealseresearchedexercise-inducedadaptationofantioxidantscapacity.Thispurposeofthisarticleistoreviewbrieflythenewstudiesinthisfield.Keywords：exercise;freeradicalendurancetraining;antioxidantantioxidantcapacity.

第二篇：个性与工作绩效关系研究的新进展

个性与工作绩效关系研究的新进展

陈 捷

[摘要]个性与绩效及其相互关系是90年代国际人力资源管理研究的热点问题之一，很多研究的焦点集中在探讨个性特征对绩效的预测能力。该文围绕个性研究的构思与测量、敏感的个性预测指标、新的绩效测量动态以及个性与绩效关系中的中介变量和缓冲变量等四个方面，对新近的一些研究进行了综合分析和评述。

关键词 个性，工作绩效，周边绩效，中介变量，缓冲变量 分类号 59.875

在人力资源管理研究和应用中，个性测量一直是人事评价和选拔的重要工具。但是，早期的一系列研究发现，某些个性成份与工作绩效的相关很弱，对工作绩效缺乏预测力。在对其原因进行分析的过程中，研究者们提出了四个值得探讨的问题：①个性测验本身的构思及其效度； ②哪些测量指标对特定职业的工作绩效最具有预测力；③个性能预测什么样的工作绩效；④怎样分析个性与工作绩效关系的中介变量(mediator variable)和缓冲变量(moderator variable)。这四个方面代表了目前该领域研究的几个热点。本文将对有关这几个问题的最新研究状况作简要评述。1 工作情景中的个性测量 1.1关于个性测量的构思

鉴于早期的个性测量工具对于工作绩效缺乏预测力，研究者越来越倾向于使用“大五”个性问卷。“大五”框架包含了早期个性测量工具的重要指标，其中一些因素已被证实能够较为理想地预测个体的工作绩效[1]。

但是，相对于早期个性测量工具而言，“大五”个性模型的最大弱点在于它缺乏明确的理论构思和假设，五因素的确定仅仅基于研究的需要而人为设臵，因素分析也局限于研究者所构想的那些项目。因此，即便有不少研究证实了它的预测力和跨文化测量的信度稳定性，加强对“大五”个性框架的理论构建仍是一项艰巨的研究课题。目前，这个问题已经引起了研究者的关注[2]。

个性测量构思的另一个问题是，个性维度选择和操作定义上的不统一给理论研究和实际操作带来了麻烦，表现在：① 虽然“大五”个性模型为许多研究者青睐，但仍有一些人倾向于抽取更多或更少的因素；② 包括使用“大五”个性框架的研究者在内，他们对各因素名称的界定或多或少存在着差异；③ 不同研究者在确定因素内指标时出现了混乱，如Costa和McCrae将warmth作为Extraversion的一个指标，而Goldberg却把它臵入了Agreeableness体系中；Impulsivity在前者的研究中是Neuroticism的一个方面，但在后者的研究中却跨入了Extraversion的行列[3]。1.2 个性测量的操作问题

工作情景中的个性测量，必须注意到个性与环境的交互作用对测量的影响，尽可能排除威胁测量信度和效度的因素。这里我们主要讨论选择测量工具和测量方法两个方面。

个性测量主要使用形容词描述法和句子式问卷量表。Goldberg认为运用描述人的特点的那些词汇，可以准确地构建个性结构。他的一项研究（1990）使用了数千个词汇，结果有力地支持了“大五”个性模型 [4]。从使用情况来看，形容词描述法的优点在于，语言精炼，操作简便，被试回答时没有压力感，甚至这种自然的语言还可能更有吸引力。但在工作情景中，使用形容词描述法至少存在三个问题：① 只能作泛泛的描述，难以从词汇中体现个性的关键特征；② 研究者无法从被试选出的词汇中了解其准确的意思，同一个词汇在不同的被试那里可能代表不同的意义；③ 形容词描述不能特定于具体的工作情景，而情景因素却会影响被试对形容词的理解，影响测量信度。例如，Mount等人 [5]的研究使用了包含50个形容词的个性测量工具，让销售员的主管、同事、消费者及其本人对五类个性因素作出评定，发现其聚合效度仅在0.24-0.40之间。其中一个很重要的原因可能在于对形容词理解上的差异。相比之下，问卷法的使用效果更理想[6]。目前，研究者更多地倾向于使用以工作情景为背景编制的问卷（如Costa和McCrae1992年修订的NEO-PI），以提高个性与绩效关系研究的构思效度和人事评价的效用。

个性测量一般采用自我评定或他人评定的方法，其中自我评定运用最多。但一个人要准确认识和评价自己可能反倒更难和偏差更大，尤其是自我评价中的社会称许性(social disirability)问题[7]，会随着被试对测验意图(如人事选拔)的敏感而发生影响。研究表明，个性的自我评定同他人评定很不一致，且自我评定与他人评定间的相关比多个他人评定间的相关更低 [5]。原因可能在于，自我评定者往往从工作、家庭生活甚至娱乐的各个层面去分析自己，而他人(尤其是上级或同事)的评定更多地基于工作中的观察，因此比自我评定更能预测工作绩效。鉴于他人评定也要受到某些因素(如熟悉度、偏见)的影响，研究者开始倾向于采用多评估者和多层次评价方法[2，5]，同时还建议结合使用其它的研究手段，如行为观察、心理生理测量、个性发展纵向研究、面谈以及特定于具体情景的个性差异研究等[3]。2 个性指标的预测力与人员选拔

自从“大五”个性模型建立以来，研究者的兴趣主要集中在从人-职匹配的角度探讨最能预测某些工作业绩的关键个性特征，开发人员选拔的测量工具。一系列研究及元分析表明，责任意识和情绪稳定性对几乎所有职业都有较好的预测力，外向是预测交际型职业(如销售人员)绩效的敏感指标，而对其它指标的预测力尚存争论。从现有文献看，关于个性预测力的研究仍局限于少数几个指标，尤其对非“大五”的其它因素的预测效果研究不多。同时，研究所涉及的职业种类不多且过于典型化，也没有进一步探讨职业内的差异与工作绩效问题。比如，有研究发现外向能预测警察和管理人员的工作绩效，如果将警察和管理人员按刑警与交警、内勤管理与外勤管理划分，或许有一定差异。

未来有关个性对工作绩效预测力的研究还应注意几个问题：① 在某个个性因素内，哪些指标在绩效预测中可能是关键成份。比如，责任意识对绩效具有较高的预测力，但它所包含的6个子维度如成就倾向、耐受性等 [8]，对特定职业的绩效的预测程度也许有差异。这类研究的价值在于，能更加深入地分析与工作绩效有关的个性成份，为人员选拔测量提供更加具体和特定于职务要求的操作指标。② 在多重预测指标中，个性对于绩效的预测效果。人事评价与选拔并不将个性作为唯一的预测指标，而是需要综合考查个性、能力倾向、文化价值观和组织承诺等诸多方面。在有多个预测指标的情况下，个性的预测程度是提高还是降低，个性成分在人事评价与选拔的测量中占多大权重，至今尚无系统的研究报告。③ 有预测力的个性因素在人员选拔中的应用问题。现有的研究只证实了个性因素与工作绩效的高相关，并不意味着个性因素必然决定工作绩效。一些组织情景因素将会影响个性与绩效的关联。比如，外向对管理人员和销售人员的工作绩效有预测力，但这并不表示在人员选拔中尽可能多地选用性格外向的人。有研究发现，在群体工作情景下，外向特征与工作绩效成倒“U”关系，即群体成员中性格外向者太少或太多都不利于群体工作绩效，只有当群体中有20—40%的人性格外向时，群体绩效较好。从某种意义上讲，性格外向者的增加只是有助于群体内的言语交流，却不一定增加工作绩效。因为性格外向的人往往具有较强的支配欲望，这类人越多，冲突发生的可能性也越大 [9]。④ 将个性预测力问题臵于人―职―组织匹配的框架下研究。过去有关个性与工作绩效关系的研究只反映了人―职匹配的某些方面，新的研究动向则把个性问题放在具体的组织情景下讨论。研究的总思路是将个体的目标、价值观、需要、兴趣和个性特征与具体的职务要求以及组织的文化、结构、工资制度和价值观等联系起来加以比较分析，找出匹配的成份。例如，Judge和Cable 研究了个性与组织匹配的问题。他们测量了求职大学生的个性特征和对组织文化的偏好倾向，数月后了解被试是否被相应的公司聘用，结果发现个性特征和组织文化偏好有相关[2]。3 与个性预测有关的工作绩效测量

传统的工作绩效测量是给任务绩效更高的权重，但近期的研究却发现，任务绩效和周边（contextual）绩效对总绩效变异量的解释能力几乎相等[10]，说明周边绩效是绩效评估的重要内容。从组织实践看，一方面，人们越来越重视员工在集体中的合作、互助、首创性、工作干劲和组织公民行为(organizational citizenship behavior)；另一方面，已很难仅从任务(技术)绩效的维度对现代组织中的某些职业（如管理人员）作出准确合理的评估，这使周边绩效成了近期绩效评估研究所关注的焦点[11]。有研究表明，在人事评价与选拔中，认知能力测验和工作知识能有效地预测任务绩效，而个性测验则对周边绩效有很好的预测效果[12]。但不同的个性因素对周边绩效的预测情况也有差异。如，责任意识既能预测周边绩效中的关系维度，也能预测动机维度；而外向对关系维度有预测力，但不能预测动机维度[13]。对周边绩效的测量需要考虑两个问题：① 周边绩效测量的构思。目前对周边绩效维度结构的研究尚处在起步阶段，研究者提出的构思框架有待于进一步的实验验证。在测量与个性有关的周边绩效时，指标选择是研究构思的关键问题之一。效标选择不明确，将影响与预测指标的关联度。从已有文献资料看，虽然工作绩效测量的信度较高，但在周边绩效指标的选择上还存在一些不足，例如，没有从构思上区分任务绩效与周边绩效，缺少严格基于职务分析之上的周边绩效指标构建等。② 周边绩效的评定者。周边绩效主要涉及支持组织气氛和文化的那部分工作行为，相对于任务绩效而言其操作性更弱，评定者的主观感受可能会不自觉地影响评估。在这种情况下，采用多个不同角度的评估(如360度评估)比单一评估对周边绩效行为的评价更准确[14]。4 个性与工作绩效关系的中介变量和缓冲变量研究 4.1 有关中介变量的研究

虽然个性因素能较好地预测特定职业的工作绩效，但这些个性因素怎样影响工作绩效的，目前还是研究的弱点。比如在社会交往频繁的工作情景中，性格外向是一种十分重要的品质，但外向在工作中发挥什么特殊的作用，几乎还不知道。从理论上讲，个性对人的行为的影响必然要经过一个认知活动过程，即通过影响某些中介因素进而影响人的行为。这个问题已经引起了某些研究者的兴趣，如有研究[8]从认知过程理论出发，探讨责任意识以个体的绩效期望和目标设臵为中介影响工作绩效。可以说，中介变量研究的价值，在于它能帮助我们从过程的、动态的角度分析个性的作用。但未来研究还需要注意两个问题：① 认知过程模型的构思。验证性因素分析的前提是严密的理论构思和准确的测量，在研究有多个中介变量的变量间关系时尤其需要构思明晰。中介变量研究的难度在于，一方面中介变量很难直接观察或测量，往往只能从行为来推论；另一方面某些个性因素影响绩效的中介过程不确定甚至不可知程度很高。除了责任意识外，几乎不见有关其它个性指标影响绩效的中介变量研究。② 情景因素对个性与工作绩效关系的影响。有关中介变量的研究，更多地是从内在的心理活动进行分析的。但在一个开放的组织情景中，很多环境因素会影响个性与工作绩效的中间过程。如，组织目标设臵会影响个体的认知和行为。在责任意识―绩效期望―工作绩效这一链条上，可能会因组织目标因素的影响出现两种情况：个人责任意识强但组织目标低，个人在没有压力的组织环境中会降低自己的绩效期望，从而影响工作绩效；个人责任意识弱但组织要求高，个人在组织目标压力下选择更高的个人绩效目标，客观上增加了工作绩效。由于情景因素的复杂性，要在中介变量研究中对情景因素作出构思，难度较大。4.2 有关缓冲变量的研究

预测指标和效标之间的关系常受到一个缓冲变量的影响，但要确定研究中的缓冲变量并不容易。一般而言，缓冲变量的确定有两种方法：①从实际研究中发现问题和提出假设。比如，Barrick等人在研究责任意识与销售员的工作业绩时发现，性格外向根本不能预测销售业绩，他们怀疑有缓冲变量存在，因为他们的被试是从事批发的销售人员，而这类销售人员的工作业绩也许与性格外向特征没有关系，如果将工作任务特征作为缓冲变量，选择批发与零售两类被试，可能会提高外向特征对零售销售人员工作绩效的预测力[15]。②综合已有研究并通过严密的理论构思，提出缓冲变量的假设。比如，一系列有关外向性格特征的研究表明，外向的人比内向的人对社会认可和自我显示具有更强烈的要求，内外向差异会影响个体对外部奖励的敏感程度，即外向的人更倾向于追求外部奖励。在这一研究基础上，Stewart假设奖励结构是影响外向预测销售人员业绩的缓冲变量，并通过研究给予了证实，发现只有当个体的工作类型正好为公司所奖励时，外向性格才与销售业绩显著相关[16]。

在缓冲变量研究的构思中，有两个问题是值得进一步思考的：①是否可能同时研究多个缓冲变量。个性与绩效关系其实经常受到不止一个缓冲变量的影响，而能否在一项研究中同时对多个缓冲变量同时加以分析，似乎是一个难度很大的问题。②一项研究中同时包含有缓冲变量和中介变量。在受缓冲变量影响的个性与绩效关系中，可能也存在重要的中介变量。但现有的研究很少将两者放在同一模型中分析，而合并的模型却非常符合现实情况和更加具有动态性。

此外，有关缓冲变量研究的统计分析也是一个值得注意的问题。统计方法的选择取决于变量和数据的类型特征。如果自变量和缓冲变量都是类别变量，一般采用方差分析(AN OVA)处理；如果自变量是连续变量而缓冲变量是类别变量，采用多元回归分析更加合适；而如果自变量和缓冲变量都是连续变量，统计分析时一般先将缓冲变量划分为若干水平，再采用回归分析的方法。在个性与工作绩效关系及其缓冲变量的研究中，个性测量的数据往往是连续的，而缓冲变量基本上都是类别变量。统计分析主要运用Saunder提出的“缓冲多元回归”技术。

在使用多元回归技术问题上，研究者至今尚未达成一致意见。不少学者倾向于用最小乘方-缓冲多元回归（OLS-MMR）估计缓冲变量的影响程度，但有人却建议应谨慎使用，因为很可能会犯Ⅱ类错误[17]。后来，很多研究采用了层次多元回归分析（HMRA），这种方法可以逐步评估每一自变量（包括缓冲变量）加入方程后的作用，从而更有效地检验缓冲变量的影响。但也有人认为使用这一方法分析缓冲变量的效果并不理想[18]，尤其是在现场研究中使用多元回归，统计时要发现交互项有一定难度[19]。

作者单位：陈 捷 浙江大学管理学院（杭州 310028）参考文献

[1]Salgado J F.The five factor model of personality and job performance in the European Community.Journal of Applied Psychology, 1997, 82: 30―43.[2]Judge T A, Cable D M.Applicant personality, organizational culture, and organization attraction.Personnel Psychology, 1997, 50: 350―393.[3]Block J.A contrarian view of the five-factor approach to personality description.Psychological Bulletin,1995, 117: 187―215.[4]Goldberg L R.An alternative “description of personality”: The Big-Five factor structure.Journal of Person-ality and Social Psychology, 1990, 59: 1216―1229.[5]Mount M K, Barrick M R, Strauss J P.Validity of observer ratings of the Big Five personality factors.Jour-nal of Applied Psychology, 1994, 79: 272―280.[6]Cellar D F, Miller M L, Doverspike D D, Klansky J D.Comparison of factor structures and criterion-related of personality based on the five factors model.Journal of Applied Psychology ,1996,81: 694―704.[7]Ones D S, Viswesvaran C V, Reiss A D.Role of social desirability in personality testing for personnel selec-tion: The red herring.Journal of Applied Psychology, 1996, 81: 660―679.[8]Gellatly I R.Conscientiousness and task performance: Test of a cognitive process model.Journal of Applied Psychology, 1996, 81: 474―482.[9]Barry B, Stewart G L.Composition, process,and performance in self-managed groups: The role of personality.Journal of Applied Psychology, 1997,82: 62―78.[10]Borman W C, White L A, Dorsey D W.Effects of ratee task performance and interpersonal factors on super-visor and peer performance ratings.Journal of Applied Psychology, 1995, 80: 168―177.[11]陈捷.绩效评估研究的新进展.南京师范大学学报（社科版）, 1997, 3: 81―85.[12]Hattrup K, Rock J, Scalia C.The effects of varying conceptualizations of job performance on adverse imput, minority hiring, and predicted performance.Journal of Applied Psychology, 1997, 82: 656―664.[13]Van Scotter J R, Motowidlo S J.Interpersonal facilitation and job dedication as separate facets of contextual performance.Journal of Applied Psychology, 1996, 81: 525―531 [14]Church A H, Bracken D W.Advancing the state of the art of 360-degree feedback.Group & Organization Management, 1997, 22: 149―161.[15]Barrick M R, Mount M K.Autonomy as a moderator of the relationships between the Big Five personality dimensions and job performance.Journal of Applied Psychology, 1993, 78: 111―118.[16]Stewart G L.Reward structure as a moderator of the relationship between extraversion and sale performance.Journal of Applied Psychology, 1996, 81: 619―627.[17]Morris J H, Sherman J D, Mansfield E R.Failures to detect moderating with ordinary least squares moderat-ed multiple regression: Some reasons and a remedy.Psychological Bulletin, 1986, 99:282―288.[18]Lubinski D, Humphreys L G.Assessing spurious “moderator effects”: Illustrated substantively with the hy-pothesized relation between spatial and mathematical ability.Psychological Bulletin,1990,107: 385―393.[19]McClelland G H, Judd C M.Statistical difficulties of detecting interactions and moderator effects.Psycholo-gical Bulletin, 1993, 114: 376―390.

第三篇：中国科学技术大学高温超导物理研究新进展

中国科学技术大学高温超导物理研究新进展

摘 要在中国科学技术大学（以下简称中国科大）建校50周年之际，文章作者对近年来中国科大在高温超导物理方面的最新研究进展情况作一介绍，包括新型高温超导材料探索研究和高温超导机理实验研究.在新型高温超导材料探索研究方面，文章作者首次发现了除高温超导铜基化合物以外第一个超导温度突破麦克米兰极限（39 K）的非铜基超导体――铁基砷化物SmO1-xFxFeAs，该类材料的最高超导转变温度可达到55K；中国科大还成功地制备出大量高质量的超导化合物单晶，包括Nd2-xCexCuO4,NaxCoO2,CuxTiSe2等.在高温超导机理实验研究方面，中国科大系统地研究了SmO1-xFxFeAs体系的电输运性质给出了该体系的电子相图；发现了在电子型高温超导体中存在反常的热滞现象和电荷-自旋强烈耦合作用；在NaxCoO2体系中也开展了系列的工作，并且首次明确了电荷有序态中小自旋的磁结构问题；此外，还系统地研究了CuxTiSe2体系中电荷密度波与超导的相互关系.??

关键词高温超导,铁基砷化物,自旋-电荷耦合,电荷有序,电荷密度波?おお?

High|Tc superconductivity research in the University of ??Science and Technology of China?お?

CHEN Xian|Hui?k??

(Hefei National Laboratory for Physical Sciences at Microscale and Department of Physics, University of ??Science and Technology of China, Hefei 230026, China)?お?

AbstractTo celebrate the 50th anniversary of the founding of the University of Science and Technology of China, a brief review is presented of recent research on high|Tc superconductivity there.The search for new high|Tc materials and experimental research on the mechanism of high|Tc superconductivity led to our discovery of the Fe|based arsenide superconductor――SmO1-xFxFeAs, which is the first non|copper|oxide superconductor with a transition temperature beyond the McMillan limit(39 K), while the highest transition temperature in this system can reach 55 K.A variety of superconducting single crystals including Nd2-xCexCuO4, NaxCoO2 and CuxTiSe2 have been successfully grown.To understand the mechanism of high|Tc superconductivity we have systematically studied the electronic transport of the SmO1-xFxFeAs system and proposed a corresponding electronic phase diagram.Abnormal thermal hysteresis and spin|charge coupling have been found in electron|type high|Tc superconductors.In the NaxCoO2 system the magnetic structure of the small magnetic moment in the charge ordered state has been clarified.The relationship between charge density waves and superconductivity in the CuxTiSe2 system has also been studied.??

Keywordshigh|Tc superconductivity, Fe|based arsenide, spin|charge coupling, charge ordering, charge density wave

引言??

上世纪80年代末，高温超导铜氧化合物的发现引发了全球研究高温超导的热潮.至今，高温超导的研究已经有22年的历史，在20多年的广泛研究中,人们积累了大量的实验数据和理论方法.到目前为止，虽然已经有许多很好的理论模型，但是高温超导机理问题仍然没有完全解决，许多实验的结果还存在争议.??

铜氧化物的奇特物理源自于电子的强关联效应，而且人们发现这种强关联效应是普遍存在于物质之中的，尤其是在d电子和f电子化合物中最常见.高温超导的研究也不再局限于认识高温超导电性本身，而是要理解强关联效应背后所有的物理现象以及如何建立研究强关联体系的范式.因而强关联体系中的超导现象也就成为高温超导的研究范围，并且吸引了人们极大的兴趣.我们的工作的重点就是围绕新的高温超导材料以及强关联超导材料开展的.??

这里我们将分为两个方面来介绍我们的工作进展，即新型高温超导材料探索和高温超导机理实验研究.?? 研究工作的进展情况??

2.1 新型高温超导材料探索??

2.1.1 新高温超导体的发现??

1986年，IBM研究实验室的德国物理学家柏诺兹与瑞士物理学家缪勒在层状铜氧化合物体系中发现了高于40K的临界转变温度［1］，随后该体系的临界温度不断提高，最终达到了163K（高压下）［2］.该发现掀起了全球范围的超导研究热潮并且对经典的“BCS”理论也提出了挑战.德国物理学家柏诺兹与瑞士物理学家缪勒也因为他们的发现获得了1987年的诺贝尔物理学奖.自从层状铜氧化合物高温超导体发现以来，人们一直都在致力于寻找更高临界温度的新超导体.然而到目前为止，临界温度高于40K的超导体只有铜氧化合物超导体.在非铜氧化合物超导体中，临界温度最高的就是39K的MgB2超导体［3］.但是该超导体的临界温度非常接近“BCS”理论所预言的理论值［4］.因此，寻找一个临界温度高于40K的非铜氧化合物超导体对于理解普适的高温超导电性是非常重要的，尤其是高温超导的机理到目前还没有得到类似于“BCS”一样完美的理论.在我们最近的研究中，我们在具有ZrCuSiAs结构的钐砷氧化物SmFeAsO1-xFx中发现了体超导电性［5］.我们的电阻率和磁化率测量表明，该体系的超导临界温度达到了43K.该材料是目前为止第一个临界温度超过40K的非铜氧化合物超导体.高于40K的临界转变温度也有力地说明了该体系是一个非传统的高温超导体.该发现势必会对我们认识高温超导现象带来新的契机.??

关于电荷有序NaxCoO2体系的磁结构一直以来都存在争议，被大家普遍接受的磁结构有两种:一种是由美国MIT实验组提出的类似“stripe”的磁结构［52］，另一种是由日本实验组提出的有大、小磁矩的磁结构［53］.通过研究磁场下角度依赖的磁阻，我们从实验上给出了强有力的证据,证明了日本实验组给出的磁结构更加合理［54］，从而解决了关于磁结构的争论.并且我们还通过我们的结果首次确定了电荷有序NaxCoO2体系的小磁矩的磁结构.另外我们还在实验中发现，在x=0.55时，体系的小磁矩会形成面内铁磁性［55］.该实验进一步证明了大、小磁矩磁结构的正确性，并且表明体系的小磁矩的磁结构是强烈依赖于Na的含量.基于以上两个发现，我们又进一步证明了，在强场下，小磁矩会发生一个磁场诱导的自旋90度翻转，并且同时伴随有磁性的转变［56］.至此，我们对该体系的磁结构有了一个完整的认识，并且给出了该体系在电荷有序附近的磁性相图.在对磁结构认识的同时，我们还发现了该体系具有很强的自旋电荷耦合，这将有助于我们理解体系的超导电性.??

2.2.4 CuxTiSe2体系的研究??

过渡金属二硫族化合物（TMD’s）具有非常丰富的物理现象.不同的化学组成和结构可以导致迥然不同的物理性质.例如，两维体系的电荷密度波是首先在TMD’s中发现的［57］.电荷密度波态，1T结构的TaS2会在费米面打开一个能隙［58］，但在2H结构的TaS2中，能隙只是部分打开［59］，而在1T结构中的TiSe2中却没有任何能隙的打开［60］.非常有意思的是，超导电性总是在2H结构的TMD’s材料中和电荷密度波相互共存、相互竞争［61―63］，但在1T结构的化合物中，却很少观察到这种现象.最近，在1T结构的CuxTiSe2中发现的超导电性进一步丰富了TMD’s材料的物理内容［64］.在不掺杂的1T结构的TiSe2中，体系表现为CDW，并且这种材料中的CDW机制到目前还在争论中.随着铜原子的掺杂，CDW转变温度会迅速下降，这种情况类似于MxTiSe2’s(M=Fe,Mn,Ta,V和Nb)化合物［65―68］.与此同时，超导电性会在掺杂量为x=0.04出现，并在x=0.08达到最大值4.3K，然后转变温度开始下降，在x=0.10时下降为2.8K.令人惊奇的是，这样一个相图和高温超导铜氧化物以及重费米子体系是非常的类似的［69］，所不同的是，在这里与超导相互竞争的是电荷序，而在高温超导铜氧化物以及重费米子体系中是反铁磁序.在1T-CuxTiSe2体系中存在这种普适的相图是非常重要的，对它的研究将会给其他相关领域也带来重要的帮助.基于以上考虑，我们系统地研究了CuxTiSe2（0.015≤x≤0.110）单晶的输运性质、电子结构以及低温热导（x=??0.55）［70―72］.当x≤0.025，体系在低温下会形成电荷密度波，并在面内和面外的电阻率随温度曲线都表现出一个宽峰行为.随着Cu的掺杂，电荷密度波被完全压制在x=0.55附近，随后体系会出现超导电性且随Cu掺杂而增强.体系的超导电性在x≥??0.08以后开始被压制，在Cu0.11TiSe2样品中，直到??1.8K都没有发现超导电性.通过角分辨光电子谱的研究，发现1T-TiSe2母体具有半导体类型的能带结构，并且发现，随着Cu掺杂体系的化学势显著提高，从而导致电荷密度波的压制以及超导电性的出现.我们还通过低温热导的测量确定了该体系的超导为单带的s波超导.??

小结??

以上介绍了我们在高温超导领域的最新进展.我们不但在高温超导铜基化合物中取得了不错的成绩，在新超导体研究中也处于国际领先水平，尤其是在新的铁基高温超导体的研究方面.?オ?

参考文献

［1］ Bednorz J G, Muller K A.Z.Phys.B, 1986, 64: 189

［2］Gao L, Xue Y Y, Chen F et al.Phys.Rev.B, 1994,50:4260

［3］Nagamatsu J, Nakagawa N, Muranaka T et al.Nature, 2001, 410: 63

［4］McMillan W L.Phys.Rev., 1968, 167: 331

［5］Chen X H, Wu T, Wu G et al.Nature , 2008,453:761

［6］Kamihara Y et al.J.Am.Chem.Sco., 2008, 130: 3296

［7］ Dong J et al.arXiv, 2008,0803:3426

［8］ Cruz C et al.arXiv, 2008,0804:0795

［9］Ren Z A et al.arXiv, 2008,0803:4283V1

［10］ Boeri L et al.arXiv, 2008, 0803:2703

［11］ Cao C et al.arXiv, 2008, 0803:3236

［12］ Dai X et al.arXiv, 2008, 0803:3982

［13］ Ma F, Lu Z Y.arXiv, 2008, 0803:3286

［14］ Onose Y, Taguchi Y, Ishizaka K et al.Phys.Rev.Lett., 2001,87:217001

［15］ Hagen S J, Peng J L, Li Z Y et al.Phys.Rev.B, 1991,43:13606

［16］ Seng P, Diehl J, Klimm S et al.Phys.Rev.B, 1995, 52: 3071

［17］ Jiang W, Mao S N, Xi X X et al.Phys.Rev.Lett., 1994,73:1291

［18］ Jiang W, Xu X Q, Hagen S J et al.Phys.Rev.B , 1993, 48: 657

［19］ Wang Z Z, Chien T R, Ong N P et al.Phys.Rev.B, 1991, 43:3020

［20］ Yang H S, Chai Y S, Liu J et al.Physica C , 2004, 403:203

［21］ Fournier P, Jiang X, Jiang W et al.Phys.Rev.B, 1997, 56:14149

［22］ Brinkmann M, Bach H, Westerholt K.Phys.Rev.B, 1996, 54:6680

［23］ Fournier P, Mohanty P, Maiser E et al.Phys.Rev.Lett., 1998, 81:4720

［24］ Brinkmann M, Rex T, Stief M et al.Physica C , 1996,269: 76

［25］ Dagan Y, Qazilbash M M, Hill C P et al.Phys.Rev.Lett., 2004, 92:167001

［26］ Armitage N P, Ronning F, Lu D H et al.Phys.Rev.Lett., 2002, 88: 257001

［27］ Yuan Q S, Chen Y, Lee T K et al.Phys.Rev.B, 2004,69: 214523

［28］ Kusko C, Markiewicz R S, Lindroos M et al.Phys.Rev.B, 2002, 66:140512(R)

［29］ Luo H G, Xiang T.Phys.Rev.Lett., 2005, 94: 027001

［30］ Anderson P W.Phys.Rev.Lett., 1991, 67:2092

［31］ Varma C M, Abrahams E.Phys.Rev.Lett., 2001, 86:4652

［32］ Wang C H, Wang G Y, Wu T et al.Phys.Rev.B, 2005,72:132506

［33］ Thio T, Thurston T R, Preyer N W et al.Phys.Rev.B, 1988, 38: 905;Thio T, Chen C Y, Freer B S et al.Phys.Rev.B, 1990,41:231

［34］ Ando Y, Lavrov A N, Segawa K.Phys.Rev.Lett., 1999, 83:2813

［35］ Ando Y, Lavrov A N, Komiya S.Phys.Rev.Lett., 2003, 90:247003

［36］ Lavrov A N, Kang H J, Kurita Y et al.Phys.Rev.Lett., 2004, 92: 227003

［37］ Skanthakumar S, Lynn J W, Peng J L et al.Phys.Rev.B, 1993, 47:6173

［38］ Sumarlin I W, Lynn J W, Chattopadhyay T et al.Phys.Rev.B, 1995, 51: 5824

［39］ Li S L, Mandrus D, Zhao B R et al.Phys.Rev.B, 2005, 71: 054505

［40］ Chen X H, Wang C H, Wang G Y et al.Phys.Rev.B, 2005, 72: 064517

［41］ Takada K, Sakurai Hiroya, Takayama-Muromachi E et al.Nature(London), 2003,422:53

［42］ Anderson P W.Mater.Res.Bull., 1973, 8:153;Anderson P W.Science , 1987, 235:1196

［43］ Baskaran G.Phys.Rev.Lett., 2003, 91: 097003

［44］ Kumar B, Shastry B S.Phys.Rev.B, 2003, 68: 104508

［45］ Wang Q H, Lee D H, Lee P A.Phys.Rev.B, 2004, 69: 092504

［46］ Wang Y Y, Rogado N S, Cava R J et al.Nature, 2003, 423: 425

［47］ Wang Y Y, Rogado N S, Cava R J et al.cond-mat/0305455

［48］ Maw L F, Wang Y Y, Satoshi W et al.Phys.Rev.Lett., 2004, 92: 247001

［49］ Hasan M Z, Chuang Y D, Qian D et al.Phys.Rev.Lett., 2004, 92:246402

［50］ Li SY, Louis T, Hawthorn D G et al.Phys.Rev.Lett., 2004, 93: 056401

［51］ Huang Q, Foo M L, Lynn J W et al.J.Phys.: Condens.Matter, 2004, 16: 5803

［52］ Gasparovic G, Ott R A, Cho J H et al.Phys.Rev.Lett., 2006, 96:046403

［53］ Mai Yokoi, Taketo Moyoshi, Yoshiaki Kobayashi et al.J.Phys.Soc.Jpn., 2005, 74: 3046

［54］ Wang C H, Chen X H, Wu G et al.Phys.Rev.B, 2006, 74:172507

［55］ Wang C H, Chen XH, Wu T et al.Phys.Rev.Lett., 2006, 96:216401

［56］ Wu T, Fang D F, Wang G Y et al.Phys.Rev.B, 2007, 76:024403

［57］ Wilson J A, Di Salvo F J, Mahajan S.Adv.Phys., 1975, 24: 117

［58］ Pillo T et al.Phys.Rev.Lett., 1999, 83:3494

［59］ Shen D W et al.Arxiv:cond-mat/0612064

［60］ Aebi P et al.Phys.Rev.B , 2000, 61:16213

［61］ Valla T et al.Phys.Rev.Lett., 2004, 92: 086401

［62］ Castro Neto A H.Phys.Rev.Lett., 2001, 86: 4382

［63］Yokoya T et al.Science, 2001,294 :2518

［64］ Morosan E et al.Nature Physics , 2006, 2 :544

［65］ Cui X Y et al.Phys.Rev.B, 2006 73 :085111

［66］ Di Salvo F J,Waszczak J V.Phys.Rev.B, 1978, 17 : 3801

［67］ Levy F.J.Phys.C: Solid St.Phys., 1980,13: 2901

［68］ Baranov N V et al.J.Phys.: Condens.Matter , 2007,19:016005

［69］ Dagotto E.Science, 2005, 309:257

［70］ Wu G, Yang H X, Zhao L et al.Phys.Rev.B, 2007, 76:024513

［71］ Zhao J F, Ou H W, Wu G et al.Phys.Rev.Lett., 2007, 99: 146401

［72］ Li S Y,Wu G, Chen X H et al.Phys.Rev.Lett., 2007, 99:107001

第四篇：半导体材料研究的新进展(精)

半导体材料研究的新进展* 王占国

(中国科学院半导体研究所,半导体材料科学实验室,北京 100083 摘要:首先对作为现代信息社会的核心和基础的半导体材料在国民经济建设、社会可持续发展以及国家安全中的战略地位和作用进行了分析,进而介绍几种重要半导体材料如,硅材料、GaAs和InP单晶材料、半导体超晶格和量子阱材料、一维量子线、零维量子点半导体微结构材料、宽带隙半导体材料、光学微腔和光子晶体材料、量子比特构造和量子计算机用材料等目前达到的水平和器件应用概况及其发展趋势作了概述。最后,提出了发展我国半导体材料的建议。本文未涉及II-VI族宽禁带与II-VI族窄禁带红外半导体材料、高效太阳电池材料Cu(In,GaSe 2、CuIn(Se,S等以及发展迅速的有机半导体材料等。关键词:半导体材料;量子线;量子点材料;光子晶体

中图分类号:TN304.0文献标识码:A

文章编号:1003-353X(200203-0008-05 New progress of studies on semiconductor materials WANG Zhan-guo(Lab.of Semiconductor Materials Science,Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences , Beijing 100083,China Abstract:The strategic position and important role of semiconductor materials, as a core and foundation of the information society, for development of national economic, national safety and society progress

are analyzed first in this paper.Then the present status and future prospects of studies on semiconductor materials such as silicon crystals, III-V compound semiconductor materials and GaAs,InP and silicon based superlattice and quantum well materials, quantum wires and quantum dots materials, microcavity and photonic crystals, materi-als for quantum computation and wide band gap materials as well are briefly discussed.Finally the suggestions for the development of semiconductor materials in our country are proposed.II-VI narrow and wide band gap materials, solar cell materials and organic materials for optoelectronic devices etc.are not included in this article.K e y w o r d s: semiconductor materials;quantum wire;quantum dot materials;photonic materials 1半导体材料的战略地位

本世纪中叶,半导体单晶硅材料和半导体晶体管的发明及其硅集成电路的研制成功,导致了电子工业革命,深刻地影响着世界的政治、经济格局和军事对抗的形式,彻底改变了人们的生活方式。70年代初,石英光导纤维材料和GaAs等Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料及其G a A s激光器的发明,促进了光纤通信技术迅速发展并逐步形成了高新技术产业,使人类进入了信息时代。超晶格概念的提出及其半导体超晶格、量子阱材料的研制成功,彻底改变了光电器件的设计思想, 使半导体器件的设计与制造从过去的“杂质工程”发展到“能带工程”,出现了以“电学特性和光学特性可剪裁”为特征的新范筹, 使人类跨入到量子效应

*国家基础研究发展规划项目(G2000068300 8

和低维结构特性的新一代半导体器件和电路时代。半导体微电子和光电子材料已成为21世纪信息社会高技术产业的基础材料。它的发展将会使通信、高速计算、大容量信息处理、空间防御、电子对抗以及武器装备的微型化、智能化等这些对于国民经济和国家安全都至关重要的领域产生巨大的技术进步, 受到了各国政府极大的重视。下面就几种主要的半导体材料研究进展作一简单地介绍。2几种主要半导体材料的发展现状与趋势

2.1硅材料

从提高硅集成电路成品率,降低成本看,增大直拉硅(CZ-Si单晶的直径仍是今后CZ-Si发展的总趋势。目前直径为8英寸(200m m的S i 单晶已实现大规模工业生产,基于直径为12英寸(300m m硅片的集成电路(I C技术正处在由实验室向工业生产转变中。目前已有一个300mm硅片的超达规模集成电路(U L S I试生产线正在运转,另外几个试生产线和一个生产线业已建成。预计2001年300mm, 0.18µm 工艺的硅ULSI生产线将投入规模生产,300mm, 0.13µm工艺生产线也将在2003年完成评估。直径18英寸硅片预计2007年可投入生产,直径27英寸硅单晶研制也正在积极筹划中。日本1999年,国内生产6~12英寸的硅单晶为7000吨(8000亿日元。18英寸重达414公斤的硅单晶和18英寸的硅园片也已研制成功。

从进一步提高硅IC的速度和集成度看,研制适合于硅深亚微米乃至纳米工艺所需的大直径硅外延片会成为硅材料发展的主流。目前, 直径8英寸的硅外延片已研制成功,更大尺寸的外延片也在开发中。

理论分析指出,30n m左右将是硅M O S集成电路线宽的“极限”尺寸。这不仅是指量子尺寸效应对现有器件特性影响所带来的物理限制和光刻技术的限制问题,更重要的是将受硅、S i O 2 自身性质的限制。尽管人们正在积极寻找高K介电绝缘 材料(如用Si

3N 4 等来替代SiO 2 , 低K介电互连材

料,用C u代替A l引线以及采用系统集成芯片

(system on a chip技术等来提高ULSI的集成度、运算速度和功能, 但硅将最终难以满足人类不断的对更大信息量需求。为此,人们正在寻求发展新材料、新技术,如,纳米材料与纳米电子、光电子器件、分子计算机、D N A生物计算机、光子计算机和量子计算机等。其中,以G a A s、I n P 为基的化合物半导体材料,特别是纳米半导体结构材料(二维超晶格、量子阱,一维量子线与零维量子点材料以及可与硅平面工艺兼容GeSi合金材料等是最有希望的替补材料之一。

2.1GaAs和InP单晶材料

G a A s和I n P是微电子和光电子的基础材料,为直接带隙,具有电子饱和漂移速度高、耐高温、抗辐照等特点,在超高速、超高频、低功耗、低噪音器件和电路,特别在光电子器件和光电集成方面占有独特的优势。

目前,世界GaAs单晶的总年产量已超过200吨(日本1999年的GaAs单晶的生产量为94吨, G a P为27吨,其中以低位错密度的V G F和H B 方法生长的2~3英寸的导电GaAs衬底材料为主;近年来,为满足高速移动通信的迫切需求,大直径(4,6 和8英寸的SI-GaAs发展很快,4英寸70cm长,6英寸35cm长和8英寸的半绝缘砷化钾(S I-G a A s也在日本研制成功。美国摩托罗拉公司正在筹建6英寸的SI-GaAs 集成电路生产线。预计1998~2003年,GaAs外延片市场以每年30%的速度增长(SI-GaAs 片材1998年销售为1.24亿美元。InP具有比GaAs 更优越的高频性能,发

展的速度更快;但不幸的是,研制直径3英寸以上大直径的InP单晶的关键技术尚未完全突破,价格居高不下。

GaAs和InP单晶的发展趋势是:(1增大晶体直径,目前3~4英寸的SI-GaAs已用于大生产,预计21世纪初的头几年直径为6英寸的SI-GaAs也将投入工业应用。(2提高材料的电学和光学微区均匀性。(3 降低单晶的缺陷密度,特别是位错。

(4GaAs和InP单晶的VGF生长技术发展 2.3半导体超晶格、量子阱材料

半导体超薄层微结构材料是基于先进生长技术(M B E,M O C V D的新一代人工构造材料。它

Semiconductor T echnology Vol.27 No.3 March 20029 以全新的概念改变着光电子和微电子器件的设计思想,即从过去的所谓“杂质工程”发展到

“能带工程”,出现了“电学和光学特性可剪裁”为特征的新范畴,是新一代固态量子器件的基础材料。

2.3.1 III-V族超晶格、量子阱材料

GaAlAs/GaAs,GaInAs/GaAs, AlGaInP/ GaAs;GaInAs/InP,AlInAs/InP, InGaAsP/InP 等GaAs、InP基晶格匹配和应变补偿材料体系已发展得相当成熟,已成功地用来制造超高速,超高频微电子器件和单片集成电路。高电子迁移率晶体管(H E M T, 赝高电子迁移率晶体管(P-HEMT器件最好水平已达f max =600GHz, 输出功率58m W,功率增益6.4d B;双异质结晶体管

(H B T的最高频率f max 也已高达500G H z,H E M T 逻辑大规模集成电路研制也达很高水平。基于上述材料体系的光通信用1.3µm和1.5µm的量子阱激光器和探测器,红、黄、橙光发光二极管和红光激光器以及大功率半导体量子阱激光器已商品化;表面光发射器件和光双稳器件等也已达到或接近达到实用化水平。目前,研制高质量的1.5µm 分布反馈(DFB 激光器和电吸收(EA 调制器单片集成InP基多量子阱材料和超高速驱动电路所需的低维结构材料是解决光纤通信瓶颈问题的关键,在实验室西门子公司已完成了80×40Gbps传输40km 的实验。另外,用于制造准连续兆瓦级大功率激光阵列的高质量量子阱材料也受到人们的重视。

虽然常规量子阱结构端面发射激光器是目前光电子领域占统治地位的有源器件,但由于其有源区极薄(约0.01µm

端面光电灾变损伤,大电流电热烧毁和光束质量差一直是此类激光器的性能改善和功率提高的难题。采用多有源区量子级联耦合是解决此难题的有效途径之一。法国汤姆逊公司1999年新研制出三有源区带间级联量子阱激光器,2000年初, 在美国召开的SPIE会议上, 报道了单个激光器准连续输出功率超过10W的好结果。我国早在70年代就提出了这种设想,随后又从理论上证明了多有源区带间隧穿级联、光子耦合激光器与中远红外探测器,与通常的量子阱激光器相比,具有更优越的性能,并从1993年开始了此类新型红外探测器和激光器的实验研究。1999年初,980nm InGaAs新型激光器输出功率以达5W 以上,包括量子效率、斜率效率等均达当时国际最好水平。最近, 又提出并开展了多有源区纵向光耦合垂直腔面发射激光器研究,这是一种具有高增益、极低阈值、高功率和高光束质量的新型激光器,在未来光通信、光互联与光电信息处理方面有着良好的应用前景。

为克服pn结半导体激光器的能隙对激光器波长范围的限制,基于能带设计和对半导体微结构子带能级的研究,1994年美国贝尔实验室发明了基于量子阱内子带跃迁和阱间共振隧穿的量子级联激光器,突破了半导体能隙对波长的限制,成功地获得

了3.5~17µm波长可调的红外激光器,为半导体激光器向中红外波段的发展以及在遥控化学传感、自由空间通信、红外对抗和大气质量监控等应用方面开辟了一个新领域。中科院上海冶金所和半导体所在此领域也进行了有效的研究,中科院上海冶金研究所于1999年研制成功120K 5µm 和250K 8µm的量子级联激光器;中科院半导体研究所于2000年又研制成功3.7µm室温准连续应变补偿量子级联激光器,使我国成为能研制这类高质量激光器材料为数不多的几个国家之一。

目前,III-V族超晶格、量子阱材料作为超薄层微结构材料发展的主流方向,正从直径3英寸向4英寸过渡,生产型的MBE(如Riber的MBE6000和VG Semicon的V150 MBE 系统, 每炉可生产9×4英寸,4×6英寸或45×2英寸;每炉装片能力分别为80×6英寸,180×4英寸和64×6英寸,144×4英寸;A p p l i e d E P I M B E的GEN2000 MBE系统, 每炉可生产7×6英寸片, 每炉装片能力为182片6英寸和MOCVD设备(如AIX 2600G3,5×6英寸 或9×4英寸,每台年生产能力为3.75×104片4英寸或1.5×104片6英寸;AIX 3000的5×10英寸或25×4英寸或95×2英寸也正在研制中已研制成功,并已投入使用。EPI MBE研制的生产型设备中,已有50kg的砷和10kg的钾源炉出售,设备每年可工作300天。英国卡迪夫的M O C V D中心、法国的P i c o g i g a M B E基地、美国的Q E D公司、M o t o r o l a公司、日本的富士通、N T T、索尼等都有这种外延材料出售。生产型的M B E 和M O C V D 设备的使用, 趋势与展望 10 必然促进衬底材料和材料评价设备的发展。2.3.2硅基应变异质结构材料

硅基光电子器件集成一直是人们所追求的目标。但由于硅是间接带隙,如何提高硅基材料发光效率就成为一个亟待解决的问题。不幸的是,虽经多年研究,但进展缓慢。人们目前正致力于探索硅基纳米材料(纳米Si/SiO ,硅基SiGeC体系 的Si 1-y C y /Si 1-x Ge x 低维结构,Ge/Si量子点和量子点

超晶格材料, Si/SiC 量子点材料, GaN/BP/Si以及GaN/Si材料。最近,在GaN/Si上成功地研制出L E D发光器件的报道,使人们看到了一线希望。

另一方面, GeSi/Si应变层超晶格材料, 因其在新一代移动通信上的重要应用前景, 而成为目前硅基材料研究的主流。GeSi/Si 2DEG材料77K电子迁移率已达1.7×105c m2/V s。S i/G e S i M O D F E T a n d M O S F E T 的最高截止频率已达200G H z,H B T最高振荡频率为160G H z,噪音在10GHz下为0.9dB,其性能可与G a A s器件相媲美,进一步的发展还有赖于同Si 和 GaAs的竞争结果!GeSi材料生长方法主要有Si-MBE, CBE和超低压C V D三种,从发展趋势看,U H V/C V D(超低压C V D方法有较大优势,目前这种淀积系统已经具备工业生产能力。

尽管GaAs/Si和InP/Si是实现光电子集成最理想的材料体系,但由于晶格失配和热膨胀系数等不同造成的高密度失配位错而导致器件性能退化和失效是在该材料实用化前必需克服的难题。最近,Motolora等公司宣称,他们在12英寸的硅衬底上,用钛酸锶作缓冲层,成功的生长了器件级的G a A s外延薄膜,取得了突破性的进展。

2.4 一维量子线、零维量子点半导体微结构材料[1,2] 基于量子尺寸效应、量子干涉效应,量子隧穿效应和库仑阻效应以及非线性光学效应等的低维半导体材料是一种人工构造(通过能带工程实施的新型半导体材料,是新一代量子器件的基础。它的应用,极有可能触发新的技术革命。这类固态量子器件以其固有的超高速(10-12~10-13s、超高频(1000G H z、高集成度(1010电子器件/ c m2、高效低功耗和极低阈值电流(亚微安、极高量子效率、极高增益、极高调制带宽、极窄线宽和高的特征温度以及微微焦耳功耗等特点在未来的纳米电子学、光子学和新一代VLSI等方面有着极其重要的应用背景,得到世界各国科学家和有远见高技术企业家的高度重视。

目前低维半导体材料生长与制备主要集中在几个比较成熟的材料体系上如GaAlAs/GaAs, In(Ga As/GaAs, InGaAs/InAlAs/GaAs, InGaAs/InP,In(GaAs/InAlAs/InP,InGaAsP/InAlAs/InP以及GeSi/Si等,并在量子点激光器,量子线共振隧穿,量子线场效应晶体管和单电子晶体管和存储器研制方面,特别是量子点激光器研制取得了重大进展。应变自组装量子点材料与量子点激光器的研制已成为近年来国际研究热点。1994年俄德联合小组首先研制成功I n A s/G a A s量子点材料, 1996年量子点激光器室温连续输出功率达1W,阈值电流密度为290A/cm2,1998年达1.5W,1999年InAlAs/InAs量子点激光器283K温度下最大连续输出功率(双面高达3.5W。中科院半导体所在继1996年研制成功量子点材料,1997年研制成功的量子点激光器后,1998年初,三层垂直耦合InAs/ G a A s量子点有源区的量子点激光器室温连续输出功率超过1W,阈值电流密度仅为218A/c m2, 0.61W工作3000小时后,功率仅下降0.83dB。其综合指标,特别是器件寿命这一关键参数,处于国际领先水平。2000年初,该实验室又研制成功室温双面CW输出3.62W工作波长为960nm左右的量子点激光器,为目前国际报道的最好结果之一。

在单电子晶体管和单电子存储器及其电路的研制方面也获得了重大进展,1994年日本NTT 就研制成功沟道长度为30n m 纳米单电子晶体管,并在150K观察到栅控源-漏电流振荡,1997年美国又报道了可在室温工作的单电子开关器件,1998年Yauo等人采用0.25µm工艺技术实现了128Mb的单电子存储器原型样机的制造,这是在单电子器件在高密度存储电路的应用方面迈出的关键一步。目前,基于量子点的自适应网络计算机业已取得进展。其他方面的研究正在深入地进行中。

低维半导体结构制备的方法虽然很多,但从总体来看,不外乎自上而下和自下而上两种。细分起来主要有:微结构材料生长和精细加工工艺

趋势与展望

Semiconductor T echnology Vol.27 No.3 March 200211 相结合的方法, 应变自组装量子线、量子点材料

生长技术,图形化衬底和不同取向晶面选择生长技术, 单原子操纵和加工技术, 纳米结构的辐照制备技术,及其在沸石的笼子中、纳米碳管和溶液中等通过物理或化学方法制备量子点和量子线的技术。目前发展的主要趋势是寻找原子级无损伤加工方法和应变自组装生长技术,以求获得无边墙损伤的量子线和大小、形状均匀、密度可控的量子点材料。

2.5宽带隙半导体材料

宽带隙半导体材主要指的是金刚石、III族氮化物、碳化硅、立方氮化硼以及I I-V I族硫、锡碲化物、氧化物(Z n O等及固溶体等,特别是SiC、GaN 和金刚石薄膜等材料,因具有高热导率、高电子饱和漂移速度和大临界击穿电压等特点,成为研制高频大功率、耐高温、抗辐照半导体微电子器件和电路的理想材料,在通信、汽车、航空、航天、石油开采以及国防等方面有着广泛的应用前景。另外,III族氮化物也是很好的光电子材料,在蓝、绿光发光二极管(LED和紫、蓝、绿光激光器(LD以及紫外探测器等应用方面也显示了广泛的应用前景[3]。随着1993年GaN材料的p型掺杂突破,GaN基材料成为蓝绿光发光材料的研究热点。1994年日本日亚公司

研制成功G a N基蓝光L E D,1996年实现室温脉冲电注入InGaN量子阱紫光LD,次年采用横向外延生长技术降低了GaN基外延材料中的位错,使蓝光LD室温连续工作寿命达到10000小时以上。目前,大约有10个小组已研制成功GaN基 LD, 其中有几个小组的LD已获得CW 工作,波长在400~450nm 之间,最大输出功率为0.5W。在微电子器件研制方面,G a N基F E T 的最高工作频率f m a x 已达 140G H z,f T

= 67 G H z,跨导为260m S/m m;H E M T器件也相继问世,发展很快。1999年G a N 基LED销售已达30亿美元!此外,256×256 GaN 基紫外光电焦平面阵列探测器也已研制成功。特别值得提出的是,日本Sumitomo 电子工业有限公司2000年宣称,他们采用热力学方法已研制成功2英寸GaN 单晶材料,并预计2001年将有商品出售。这一突破性的进展,将有力地推动蓝光激光

器和G a N基电子器件的发展。另外,近年来具有

反常带隙弯曲的窄禁带InAsN,InGaAsN,GaNP 和GaNAsP材料的研制也受到了重视,这是因为它们在长波长光通信和太阳能电池等方面显示了重要应用前景。

以Cree公司为代表的体SiC单晶的研制业已取得突破性进展, 2英寸的4H和6H-SiC单晶与外延片,以及3 英寸的4H-SiC单晶已有商品出售;以SiC为GaN基材料衬低的蓝绿光LED业已上市,参与以蓝宝石为衬低的G a N基发光器件的竞争,其他SiC相关高温器件的研制也取得了长足的进步。目前存在的主要问题是材料中的缺陷密度高,且价格昂贵。

II-VI族蓝绿光材料研制在徘徊了近30年后,于1990年美国3M公司成功地解决了II-VI族的p 型掺杂难点而得到迅速发展。1991年3M公司利用M B E技术率先宣布了电注入(Z n,C dS e/ ZnSe蓝光激光器在77K(495nm脉冲输出功率100mW的消息,开始了II-VI族蓝绿光半导体激光(材料器件研制的高潮。紧接着布朗大学和普渡大学的Jeon等人在n和p型GaAs衬底或GaAs缓冲层上制备了以(Zn,CdSe/ZnSe多量子阱为有源区,Z n(S,S e/Z n S e为异质结限制层的蓝光激光器(470n m,250K脉冲工作,阈值电流密度J th =850A/c m2,输出功率为600m W;1992年3M公司又研制成功了以Z n S e为有源区, J th =320A/cm2,在室温下脉冲输出100mW的蓝光半导体激光器,但寿命都很短。与GaAs晶格匹配的ZnMgSSe四元材料体系的研制成功可使(ZnCdSe的带隙调至约4.5e V,这使II-VI激光器的波长可覆盖蓝光和绿光范围,同时也在一定程度上克服了高失配位错导致的LD 寿命短难题。采用以CdZnSe为阱,ZnMgSe为波导层,四元Z n M g S S e为盖层的Z n S e基LD结构,使其LD寿命稳步增长。据最近报导,ZnSe基II-VI族蓝绿光LD的寿命已达1000小时以上,但同G a N基蓝-绿光L D相比,相差仍很大。目前, ZnSe基II-VI族材料研究重点是弄清退化机理(已提出的退化模型有层错和点缺陷相关模型等,最近的研究表明,点缺陷相关退化模型(电子和

(下转第14页 趋势与展望 12

趋 势 与 展 望 交流有关半导体制造设备、材料研究开发以 及 标 准 的 最 新 商 务 和 技 术 发 展 动 向，内容丰富、新颖，如全球设备市场状况和预测、低 Ｋ 介质沉 积和腐蚀工艺的集成模块，先进的栅技术，用低 Ｋ 介质的 １ ３ ０ ｎ ｍ Ｃ Ｍ Ｐ 工艺的监测，铜引线工艺集 成模块，工艺材料现状与预测，从 １ ３ ０ ｎ ｍ 跨入 １ ０ ０ ｎ ｍ，用于芯片倒扣焊的下填料技术的发展，硅晶片标准的最新进展，小于 ０．１８µｍ 技术用低密 度等离子体工艺等等。被邀请来的将包括 Ｔ ｏ ｋ ｙ ｏ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｌｔｄ．，上海先进（ＡＳＭＣ），上海宏力半 导体制造（Ｇ ｒ ａ ｃ ｅ）ｄ ｖ ａ ｎ ｔ ｅ ｓ ｔ，Ａ ｐ ｐ ｌ ｉ ｅ ｄ，Ａ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，ＡＳＭ Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ，ＥＳＥＣ，ＫＬＡ－Ｔｅｎｃｏｒ，Ｌａｍ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｔｅｒａｄｙｎｅ等来自世界领先半导体制造（上接第 １ ２ 页）技术公司的行政官员和技术骨干应邀演讲。根据 ＳＥＭＩ 中国活动协调小组的任务宗旨，多 年来在国内有关企业的积极配合下，与 ＳＥＭＩ 的合 作 不 断 加 强，经 双 方 共 同 努 力，使 Ｓ Ｅ Ｍ Ｉ Ｃ Ｏ Ｎ Ｃ Ｈ Ｉ Ｎ Ａ 已成为国内外半导体行业界和企业间互相 学习，共同促进，协同发展的交流平台，为中国 半导体产业的发展起到了积极的推动作用。２ ０ ０ ２’Ｓ Ｅ Ｍ Ｉ Ｃ Ｏ Ｎ

Ｓ Ｈ Ａ Ｎ Ｇ Ｈ Ａ Ｉ 又将是半导体 行 业 界 互 相 交 流，企 业 相 聚 的 盛 会，《半导体技 术》预 祝 大 会 圆 满 成 功。本文根据 ＳＥＭＩ中国活动协调小组秘书处提供 材料整理 空穴通过点缺陷的非辐射复合的声子发射增强缺陷 反应）是导致 Ｚ ｎ Ｓ ｅ 基材料体系寿命短的主要机 制。为此，提出了用 Ｂ ｅ 同 Ｖ Ｉ 族元素的化合物所 具有的强键能来硬化晶格的措施，虽有进展，但 尚未取得突破。总的来看，提高有源区材料的完 整性，特别是要降低由非化学配比导致的点缺陷 密度是该材料体系走向实用化前必需要解决的问 题，当然，进一步降低失配位错和解决欧姆接触 等问题也是很重要的。宽带隙半导体异质结构材料往往也是典型的大 失配异质结构材料，所谓大失配异质结构材料是 指晶格常数、热膨胀系数或晶体的对称性等物理 参数有较大差异的材料体系，如 Ｇ ａ Ｎ ／ 蓝宝石，ＳｉＣ／Ｓｉ 和 ＧａＮ／Ｓｉ 等。大晶格失配引发界面处大量 位错和缺陷的产生，极大地影响着微结构材料的 光电性能及其器件应用。如何避免和消除这一负 面影响，是目前材料制备中的一个迫切要解决的 关键问题。９

０ 年代以来，国际上提出了多种解决 方法，虽有进展，但未能取得重大突破。我们基 于缺陷工程、晶面特征与表面再构、晶体结构对 称性和生长动力学等方面的考虑，提出了柔性衬底的 概念，并在 ＺｎＯ／Ｓｉ、γ－Ａｌ ２ Ｏ ３ ／Ｓｉ、ＳｉＣ／Ｓｉ 和 ＧａＮ／ Ｓｉ 等异质结构材料准备方面取得了进展。这个问 题的解决，必 将 极 大 地 拓 宽 材 料 的 可 选 择 余 地，开辟新的应用领域。目前，除 ＳｉＣ 单晶衬低材料，ＧａＮ 基蓝光 ＬＥＤ 材料和器件已有商品出售外，大多数高温半导体 材料仍处在实验室研制阶段，不少影响这类材料 发展的关键问题，如 ＧａＮ、ＺｎＯ 等体单晶材料、宽 带隙 ｐ 型掺杂和欧姆电极接触，单晶金刚石薄膜生 长与 ｎ 型掺杂，ＩＩ－ＶＩ 族材料的退化机理等仍是制 约这些材料实用化的关键问题，国内外虽已做了 大量的研究，至今仍未取得重大突破。（待续）英特尔安腾 ｄ 处理器列入新加坡生物医学网的重要候选平台 英特尔公司今天与新加坡生物信息学研究所 签 署 合 作 备 忘 录，成 为 新 加 坡 政 府 生 物 医 学 项 目 的 技 术 合 作 伙 伴。新 加 坡 生 物 信 息 学 研 究 所 是新加坡的科学、技术和研究机（Ａ ＊ Ｓ Ｔ Ａ Ｒ）投 资 的 一 家 研 究 所。作 为 协 议 的 一 部 分，英特 尔将向新加坡生物信息学研究所提供一系列服 14 半导体技术第 ２７ 卷第 ３ 期 务，包 括 优 先 获 得 关 键 英 特 尔 技 术、对 主 要 研 究人员的专业高级培训、以及提供现场顾问咨 询，帮 助 新 加 坡 政 府 加 快 推 进 多 项 生 物 技 术 计 划。新加坡生物信息学研究所将评估英特尔 ｄ 安 腾 ｄ 处理器家族，并将其列入新加坡生物医学网 的候选平台。二 Ｏ Ｏ 二年

三月

第五篇：线粒体自由基与衰老之间的关系

线粒体自由基与衰老之间的关系

一、线粒体简介

动物的线粒体DNA（mtDNA）是裸露环形双螺旋。两条链一条是重链，一条是轻链。除mtDNA外，线粒体还拥有自身转录RNA体系。线粒体是半自主性细胞器，其遗传物质可自我复制，能编码13种多肽，并在线粒体核糖体上合成。

二、衰老

衰老是一种复杂的病理生理现象, 衰老机理的研究目前已从整体水平、器官水平、细胞水平发展到分子水平。近年来大量研究表明, 衰老的发展过程与线粒体(mitochondrion, MT)功能异常密

切相关, 目前自由基被视为引发衰老的一个重要因素。

三、线粒体与衰老

线粒体是直接利用氧气制造能量的部位，90%以上吸入体内的氧气被线粒体消耗掉。任何事物都有其两面性，氧是个“双刃剑”，一方面生物体利用氧分子制造能量，另一方面氧分子在被利用的过程中会产生极活泼的中间体（活性氧自由基）伤害生物体造成氧毒性。生物体就是在不断地与氧毒性进行斗争中求得生存和发展的，氧毒性的存在是生物体衰老的最原初的原因。线粒体利用氧分子的同时也不断受到氧毒性的伤害，线粒体损伤超过一定限度，细胞就会衰老死亡。

1.线粒体自由甚的产生

自由基是只带有未配对电子的粒子, 化学性质极为活跃, 易对机体产生迅速而强烈的损伤, 主要包括ROS和活性氮基因(RNS)。

氧自由基主要来源于线粒体呼吸链反应, 这里可产生活细胞内90%以上的自由基。正常情况下电子通过呼吸链传递给氧生成, 如果线粒体功能下降, 会使氧不能被有效利用, 导致大量电子漏出, 直接对氧进行单电子还原, 生成氧气离子。氧气离子又可被位于线粒体基质的超氧化物歧化酶（Mn一SOD）歧化成氧气和双氧水, 因此电子漏是细胞内的恒定来源, 电子漏出增加, ROS产生增加。

2.线粒体权自由基随年龄增长而增加的机制

线粒体内随年龄增长不断积聚有三方面的原因一方面由于线粒体电子传递链的活性下降, 电子漏和质子漏不断增加;另一方面与年龄相关的线粒体的突变可降低其编码的呼吸链成分的功能, 为电子漏出提供条件, 导致氧自由基产生增加;第三, 线粒体内抗氧化酶活性不断下降,自由基清除减少亦是重要原因之一。

3.线粒体权自由甚在细胞衰老中的作用

氧化应激是细胞衰老的重要原因之一, 而ROS参与各种氧化反应如脂质过氧化和蛋白质拨基化等, 造成生物大分子的结构改变和功能丧失, 甚至引起基因突变、DNA复制停止等, 从

而导致细胞的老化以及衰老疾病的发生与发展。不少研究已证实在人类衰老进程及一些年龄相关性疾病中出现高水平ROS。

3.1线粒体呼吸链复合物活性的下降在细胞衰老中发挥的作用

由于氧自由基主要来源于线粒体呼吸链反应,所以电子传递链首先遭受氧自由基的氧化损伤, 导致复合物活性下降。研究表明经三丁基过氧化氢一作用的线粒体, 呼吸链复合物Ⅰ和Ⅱ的活性下降, H2O2产量增。不同呼吸链复合物的功能下降均

在细胞衰老中发挥一定的作用。用甲磺酸去铁胺去特异性抑制呼吸链复合物的活性, 可发现线粒体膜电位瓦解, ”ATP产量下降, 细胞阻滞于GⅠ/S期表现出衰老样变。

3.2mtDNA的氧化损伤在细胞衰老中发挥的作用

mtDNA无组蛋白的保护, 并且缺乏有效的修

复系统, 因此呼吸链产生的氧自由基容易引起mtDNA

突变, 有报道mtDNA突变率比核DNA高10一20加倍。mtDNA氧化损伤后使其编码的呼吸链复合物的结构和功能发生变化, 电子传递效率降低, 导致ROS进一步增多, 从而形成恶性循环, 最后引起机体的衰老和年龄相关的退行性疾。

3.3线粒体膜的氧化损伤在细胞衰老中发挥的作用

生物膜中的不饱和脂肪酸(PUFA)最易被自由基氧化, 形成脂质过氧化物(LPO), 破坏其类脂质结构。线粒体是体内氧自由基的主要来源, 且线粒体膜含有丰富的PUFA, 因此更易受自由基的攻击。

3.4线粒体能量代谢障碍在细胞衰老中发挥的作用

线粒体是细胞的能源中心, 在电子传递过程中电子所释放的能量被用来将基质内的质子泵出到线粒体内膜外, 从而在线粒体内膜两侧产生一电化学梯度, 形成线粒体膜电位。内膜外的质子可通过ATP合成酶FO亚基上的质子通道流回到基质内, 质子回流所释放的势能被用来使ADP磷酸化形成ATP。因此电子传递的4种复合物与ATP合成酶(复合物V)一起构成氧化磷酸化的基础。随着年龄的增长, 这5种复合物的氧化损伤不断积聚, 数量和活性降低, 直接决定ATP了开的生成减少。此外, 自由基代谢与能量代谢分享呼吸链底物供给的电子, 随着年龄的增长, 呼吸链电子漏出增多, 自由基代谢相应增多, 这就意味着能量代谢的减少。

综上所述, 衰老相关的线粒体氧自由基的增多, 使线粒体功能不断下降, 不能发挥其正常的氧化和呼吸功能, 从而使细胞逐步走向衰老、死亡,可见延缓线粒体功能衰退是一种有效的抗衰老途径。目前通过保护线粒体功能和抑制线粒体氧自由基增多从而发挥抗衰老功效的药物主要有褪黑素和一些抗氧化剂类中药。

延缓衰老是人类一直在探索的课题,寻找具有抗氧化作用的营养素,抑制自由基对人体线粒体的损伤进而延缓衰老,防治疾病,是一个有着广阔的研究方向,具有很大的应用价值和开发。

众多的研究已经证实，长期的有氧运动训练可以使线粒体 产生适应性的变化，包括线粒体体积和数目的增加，酶合成增 加!活性提高，从而提高线粒体氧化磷酸化能力，而抗氧化酶活性的提高!将削弱自由基对线粒体蛋白质&脂类和!DH>6 的损伤，这对维护和增强线粒体的结构和功能具有积极意义 参考文献：

国外医学卫生学分册 2005年 第32卷 第4期

国外医学· 老年医学分册2006年1月第27卷第1期 黄石理工学院学报第25卷第4期2009年8月 中国现代医学杂志第8卷第1期1998年1月

辽宁体育科技第26卷第6期2004年12月