材料與社會發(fā)展-第十講

2024/3/61材料與社會發(fā)展第十講材料與信息技術材料學院王林軍信息時代信息技術信息材料2024/3/622024/3/63信息時代農(nóng)業(yè)時代工業(yè)時代信息時代人類社會時代變遷：勞動，土地密集機器、工廠為主不再以體能和機械能為主，而是以智能為主2024/3/64是人類的一切生存活動和自然存在所傳達出來的信號和消息。它一般泛指我們所說的消息、情報、指令、數(shù)據(jù)及信號等周圍環(huán)境的知識。信息、物質(zhì)（材料）和能源構成世界的三大要素信息:

可傳遞性和共享性信息必須依附于載體信息的可處理性信息的時效性信息的主要特征2024/3/65信息時代的特征信息量大爆炸信息傳遞非?？旖菪畔⑻幚硎盅杆倭炕瘶酥緸?T光通信速率：>1Tbits/s計算機速度：>1Tbits/s光盤存儲密度：>1Tbits/in2光電子學光子學2024/3/66信息成為最為重要的戰(zhàn)略資源信息產(chǎn)業(yè)上升為最重要的產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)絡成為社會的基礎設施伊拉克戰(zhàn)爭非對稱性

微軟蘋果WTO全球化一體化地球村2024/3/671992年，前美國副總統(tǒng)阿爾·戈爾提出美國信息高速公路法案。1993年9月，美國政府宣布實施一項新的高科技計劃――“國家信息基礎設施”（NII），旨在以因特網(wǎng)為雛形，興建信息時代的高速公路――“信息高速公路”，使所有的美國人方便地共享海量的信息資源。信息高速公路實質(zhì)上是高速信息電子網(wǎng)絡：能給用戶隨時提供大量信息，由通信網(wǎng)絡、計算機、數(shù)據(jù)庫以及日用電子產(chǎn)品組成的完備網(wǎng)絡體系。開發(fā)和實施信息高速公路計劃，不僅促進信息科學技術的發(fā)展，而且有助于改變?nèi)藗兊纳睢⒐ぷ骱徒煌绞?。信息高速公?InformationHighway)2024/3/68信息技術是指信息的獲取、處理、傳輸、存儲和顯示的技術，即人們對信息的獲取、處理和應用的能力。信息技術:

信息技術信息獲取技術信息處理技術信息傳輸技術信息存儲技術信息顯示技術人類史上的五次信息技術革命2024/3/69語言的使用造紙術和印刷術的應用文字的使用電報、電話、廣播、電視的發(fā)明與普及應用計算機的普及應用和計算機與現(xiàn)代通信技術的結合口耳相傳便于信息傳輸和收集易于存儲克服時間局限存儲空間傳播范圍速度容量時空界限信息技術的應用2024/3/610網(wǎng)上學校、現(xiàn)代遠程教育信息高速公路、“地球村”自動取款機、可視電話、遠程診療網(wǎng)上購物、信息檢索、電子郵件2024/3/61120世紀以來，信息技術經(jīng)歷：

電子學和微電子學技術

信息的載體電子

光電子學技術

信息的載體電子和光子

光子學技術

信息的載體光子

2024/3/612信息材料概述能源、信息和材料是現(xiàn)代文明的三大支柱，而材料又是一切技術發(fā)展的物質(zhì)基礎。存儲器材料的變遷大致可分為四個階段：由1955年的存儲器為水銀延遲線

1963年的存儲器為具有方形磁滯特性的鐵氧體磁心

1970年涂敷的氧化鐵粉（磁盤）

近10年光存儲技術（可擦寫光盤的介質(zhì)材料有磁光型和相變型兩類）光通信系統(tǒng)材料:低損耗光纖（光導纖維：高純石英摻雜P、Ge等元素→氟化物玻璃光導纖維）、化合物半導體激光器、大屏幕顯示等相關材料的研制是其發(fā)展的基礎和核心。電子工業(yè)數(shù)千億的全球市場，90%的市場份額是硬件及其相關材料。

2024/3/613新能源技術：如受控核聚變、太陽能利用、地熱發(fā)電、磁流體發(fā)電、氫能貯存等方面的發(fā)展，很大程度上取決于新材料研制和開發(fā)。

例：太陽能是目前人類受惠最大的自然資源。但太陽能是低值能源，只能達到1KW/m2,且轉(zhuǎn)換率只10-20%。要提高發(fā)電效率,必須從集熱體、半導體材料方向進行突破。（太陽能電池材料中目前最大量應用的是硅太陽能電池。單晶硅光電池光電轉(zhuǎn)換效率高，但材料價格較貴。多晶硅光電池效率只達13％，半導體GaAs的轉(zhuǎn)換效率可達20％～28％。采用多層復合結構，通過選擇性吸收涂層和光譜轉(zhuǎn)換涂層可進一步提高轉(zhuǎn)換效率。IBM公司研制的多層復合太陽能電池，轉(zhuǎn)換效率高達40％）2024/3/6142024/3/615人們早就知道了噴氣航空發(fā)動機比螺旋槳航空發(fā)動機有很多優(yōu)點，但由于沒有材料能承受噴射出燃氣的高溫，使這種理想只能是空中樓閣。直到1942年制成了鎳基耐熱合金這種新材料，才使噴氣發(fā)動機的制造得以實現(xiàn)。同樣，如果沒有1970年制成的使光強度衰減降低到可以實用的光導纖維，也不會有現(xiàn)代的光通信；如果不能制成高純度大直徑的硅單晶，就不會有高度發(fā)展的集成電路，也不會有今天如此先進的計算機和一切電子設備（如iphone手機）。2024/3/616生態(tài)環(huán)境不斷惡化資源加速枯竭世界人口迅速增長材料是現(xiàn)代文明的重要支柱科學技術進一步發(fā)展人類生活水平進一步提高對材料科學領域提出了更高的要求結構材料功能材料2024/3/617利用其力學性質(zhì)，要求在使用條件下能承受一定的載荷。通過光、電、磁、聲、熱、濕、氣、生物等特性而完成特定功能的材料。材料分類材料的功能性光學功能材料電學功能材料磁學功能材料聲學功能材料熱學功能材料生物醫(yī)學功能材料2024/3/6182024/3/619信息材料指用于信息的獲取、存儲、處理、傳輸和顯示的微電子材料和光電子材料，是信息技術基礎和先導。信息材料領域的每一次創(chuàng)新都會推動信息技術和產(chǎn)業(yè)向前發(fā)展。信息材料信息獲取材料信息處理材料信息傳輸材料信息存儲材料信息顯示材料2024/3/620信息處理技術及材料信息處理工具古代：中國——簡單的計算工具：算籌——算盤西方：計算尺是主要的計算工具，機械式計算機——穿孔卡片計算機——繼電器計算機——1946年電子計算機的誕生。2024/3/621信息處理材料主要指用于對電信號或光信號進行檢波、倍頻、混頻、限幅、開關、放大等信號處理的器件的一類信息材料，包括微電子信息處理材料和光電子信息處理材料。微電子信息處理即對電子電路中的信息電流、電壓等信號進行接收、發(fā)射、轉(zhuǎn)換、放大、調(diào)制、解調(diào)、運算、分析等處理，以獲取有用的信息。光電子信息處理包括光的發(fā)射、傳輸、調(diào)制、轉(zhuǎn)換和探測等，而光電子信息處理材料則是基于光信號的發(fā)射、傳輸、調(diào)制、轉(zhuǎn)換和探測的一類材料。信息處理材料2024/3/622世界上第一臺電子計算機埃尼阿克（ENIAC）。

1946年誕生于美國的賓夕法尼亞大學。重達30噸，占地170多平方米，全機用了18000多個電子管，5000多個繼電器，10000多只電容器，7000多個電阻，功率150千瓦，運算速度每秒鐘5000次。它的耗電量超過174千瓦小時，據(jù)說在使用時全鎮(zhèn)的電燈都會變暗；而且它的電子管平均每隔15分鐘就要燒壞一只。目前，以大規(guī)模集成電路（硅材料）為基礎，以中央處理器（CPU）為核心的電子計算機技術是主要的信息處理技術。2024/3/623集成電路（integratedcircuit，簡稱IC）是將電路中的有源元件（二極管、晶體管等）、無源元件（電阻、電容等）以及他們之間的互聯(lián)引線等一起制作在半導體襯底上，形成一塊獨立的不可分的整體電路，集成電路的各個引出端（又稱管腳）就是該電路的輸入、輸出、電源和接地等的接線端。1952年，英國皇家雷達研究所的G.W.Dummer首次提出集成電路的設想。他認為，隨著晶體管和一般半導體工業(yè)的發(fā)展，電子設備可以在一個固體塊上實現(xiàn)，而不需連接線。這種固體塊由絕緣體、導體、整流、放大等材料層組成。1958年美國德克薩斯儀器公司J.S.Kilby和1959年仙童半導體公司的R.Noyce分別發(fā)明了世界上第一塊鍺集成電路和硅集成電路，開創(chuàng)了集成電路時代。集成電路2024/3/6241958年第一塊集成電路：TI公司的Kilby，12個器件，Ge晶片獲得2000年Nobel物理獎集成電路的發(fā)明年份事件1947點接觸型晶體管誕生，微電子技術發(fā)展的第一個里程碑1950結型晶體管誕生1951場效應晶體管發(fā)明1958集成電路發(fā)明，開創(chuàng)了微電子學的歷史1960光刻技術發(fā)明1962MOS場效應晶體管誕生1964摩爾定律提出，預測晶體管集成度每十八個月增加一番1971Intel推出1kB動態(tài)隨機存儲器（DRAM），標志大規(guī)模集成電路（LSI）出現(xiàn)197816kB的DRAM誕生，標志進入超大規(guī)模集成電路（VLSD）階段1979Intel推出5MHz的8088微處理器，之后推出全球第一臺個人電腦198520MHz的80386微處理器誕生198816M的DRAM誕生，標志進入甚大規(guī)模集成電路（ULSI）階段198925MHz483微處理器誕生，采用1μm工藝，后來采用0.8μm工藝199366MHz的Pentium處理器推出，采用0.6μm工藝1997300MHz的PentiumⅡ處理器推出，采用0.25μm工藝1999450MHz的PentiumⅢ處理器推出，采用0.25μm工藝，后采用0.18μm工藝20001.5GHz的PentiumⅣ處理器推出，采用0.18μm工藝2001Intel宣布采用0.13μm工藝2024/3/6252024/3/626半導體動態(tài)隨機存儲器容量和硅單晶的發(fā)展2024/3/627摩爾定律是由英特爾（Intel）創(chuàng)始人之一戈登·摩爾（GordonMoore）于1965年提出來的。其內(nèi)容為：當價格不變時，集成電路上可容納的晶體管數(shù)目，約每隔18個月便會增加一倍，性能也將提升一倍。換言之，每一美元所能買到的電腦性能，將每隔18個月翻一倍以上。這一定律揭示了信息技術進步的速度。GordonMoore2024/3/628信息傳輸技術及材料

移動電話衛(wèi)星通信無線通信

光纖通信

低損耗的熔石英光纖長壽命的半導體激光器摻鉺光纖放大器纖芯包層保護套2024/3/629光纖通信系統(tǒng)發(fā)展階段及其主要進展光波頻率比微波（1010Hz）和毫米波（1011Hz）高幾個數(shù)量級。激光的出現(xiàn)，相當于從毫米波向更高頻率的發(fā)展，可以極大地增加通信容量，從而引起了通信研究工作者的極大興趣，使激光很快在通信領域里得到了應用。光電子學的發(fā)展與材料研究1960年美國人梅曼發(fā)明紅寶石激光器后不久，各種不同材料的激光器相繼出現(xiàn)：He-Ne激光器、CO2激光器等。緊接著，美國麻省理工學院利用He-Ne激光器和CO2激光器，模擬無線電通信進行了激光大氣傳輸試驗。激光大氣傳輸試驗—具有“靠天吃飯”的通信方式的致命弱點反復試驗的結果表明：晴朗天氣，通信穩(wěn)定可靠，距離較長，但在不良天氣，通信極不穩(wěn)定甚至中斷，不能做到“全天候”通信，這點是一個好的通信系統(tǒng)不能允許的。

大氣光波通信不穩(wěn)定的主要原因：光波在大氣中傳輸受到大氣層中變化無常的氣候條件所影響，光波能量損失嚴重。如：大氣湍流、雨、霧、雪、大氣灰塵和自然輻射對光波能量的吸收和散射，天空中的鳥類和各種飛行物，使光波在傳輸過程中能量迅速衰減，嚴重影響通信的穩(wěn)定性和可靠性。光波通信轉(zhuǎn)人地下：

為了使光波不受大氣層中各種因素的干擾，人們將光波的傳輸轉(zhuǎn)入了地下，進行了光波地下傳輸?shù)母鞣N試驗。開發(fā)了透鏡波導和反射鏡波導的光波傳輸系統(tǒng)。光波大氣通信：

不是人們?yōu)榱俗非箝L距離大容量的一種理想的通信方式。然而，光波通信的許多優(yōu)越性驅(qū)使人們?nèi)ミM一步探索新的傳輸介質(zhì)。透鏡波導透鏡波導是在金屬或水泥管道內(nèi)，每隔一定距離安裝一個玻璃透鏡，通過透鏡的作用將光波限制在管道內(nèi)傳輸以達到光波通信的目的。光波通信轉(zhuǎn)人地下反射鏡波導反射鏡波導的原理與透鏡波導相似，不同之處是一個用會聚透鏡，一個用反射鏡。上述傳輸方式完全可以消除大氣對光波傳輸?shù)母鞣N干擾。理論上：兩種波導都可行。實際應用時：遇到許多不可克服的困難。施工復雜：對透鏡或反射鏡進行嚴格校準和牢固安裝；將波導深埋，或選擇人、車稀少的地區(qū)：防止地面對波導的影響；轉(zhuǎn)彎時，需增加透鏡或反射鏡：彎度越大，增加越多，光能損耗也就越大。自然使系統(tǒng)造價昂貴，并且調(diào)整、測試、維修都很困難。由此可見，這種地下的透鏡波導和反射鏡波導是無實用意義的。光波通信轉(zhuǎn)人地下在“天空”和“地下”都不能理想地傳輸光波的情況下，有人對光波通信產(chǎn)生了悲觀情緒，甚至有人主張放棄光波通信的研究。1965年左右，光波通信的研究轉(zhuǎn)入低潮。成了不為人們所重視的“冷門”。1965年，光波通信的研究轉(zhuǎn)入低潮高錕（K.C.Kao）博士：英籍華人，1933年生，上海。1966年，高錕首次利用無線電波導通信的原理，提出了低損耗的光導纖維（簡稱光纖）的概念。認為：電可以沿著導電的金屬導線遠距離傳輸，光也應能沿著可以導光的玻璃纖維傳輸。在當時最好的玻璃，其損耗還處于每公里為1000dB左右的情況下，他預見到，只要設法消除玻璃中的各種雜質(zhì)，可使光的吸收減到非常小，生產(chǎn)出一種有實用意義的低損耗光纖是完全可能的。1966年，高錕首次提出低損耗的光導纖維（簡稱光纖）的概念高錕（K.C.Kao）博士：英籍華人，1933年生，上海。2009年10月6日瑞典皇家科學院宣布，將2009年諾貝爾物理學獎授予英國華裔科學家高錕以及美國科學家威拉德·博伊爾和喬治·史密斯。瑞典皇家科學院說，高錕在“有關光在纖維中的傳輸以用于光學通信方面”取得了突破性成就，他將獲得物理學獎一半的獎金，共500萬瑞典克朗（約合70萬美元）；博伊爾和史密斯發(fā)明了半導體成像器件——電荷耦合器件（CCD）圖像傳感器，將分享物理學獎另一半獎金。在高輥理論的指導下，美國康寧公司馬勒博士等三人的研究小組，終于在1970年8月首次研制成功損耗為20dB／km（光波沿光纖傳輸1km后，光能損耗為原來的1％）的石英光纖。光纖直徑很小，只有人的頭發(fā)絲那么細，并且柔軟可撓。它的出現(xiàn)，既克服了地下透鏡波導或反射鏡波導存在的問題，又能防止大氣對光波的干擾，是一種理想的傳輸介質(zhì)。1970年，美國康寧公司研制成功損耗為20dB/km的石英光纖2024/3/639年份貢獻1879年最先發(fā)明并制造出玻璃燈泡，使愛迪生的發(fā)明成為現(xiàn)實。1947年最先發(fā)明并大規(guī)模制造出電視顯像管，使電視進入千家萬戶。1970年最先發(fā)明并制造出世界第一根光纖，使光纖通信得以廣泛應用。美國康寧公司2024/3/640信息存儲技術及材料信息存儲的概念：將數(shù)據(jù)、文字、聲音、圖象等有用信息通過寫入裝置暫時或永久地記錄在某種存儲介質(zhì)中，并可利用讀出裝置將信息從存儲介質(zhì)中重新再現(xiàn)的技術總合。信息存儲的作用：允許保存電子數(shù)據(jù)；為防止數(shù)據(jù)丟失而提供備份保護；防止因丟失數(shù)據(jù)帶來的費用；允許現(xiàn)場或非現(xiàn)場文檔的存儲。數(shù)字信息存儲要求：高存儲密度、高數(shù)據(jù)傳輸率、高存儲壽命、高擦寫次數(shù)、低設備投資和低價格。2024/3/641存儲方式內(nèi)存儲外存儲CPU可以直接訪問內(nèi)存，提取時間短（ns），容量一般在512Mb以上。只讀存儲器ROM（Read-OnlyMemory）隨機存取存儲器RAM（RandomAccessMemory）一般不直接與微處理器打交道，外存中的數(shù)據(jù)應先調(diào)入內(nèi)存，再由微處理器進行處理。磁存儲：磁帶、軟磁盤、硬磁盤光存儲：CD、VCD、DVD等信息存儲技術經(jīng)歷的階段：紙張書寫縮微照片機械唱盤磁帶磁盤光學存儲磁存儲信息存儲技術發(fā)展方向磁光存儲全光存儲光盤存儲技術的優(yōu)點一張120mm直徑的光盤可存儲1Gb以上，為硬磁盤的幾十倍，軟盤的幾百倍。存儲密度高存儲密度：指記錄介質(zhì)單位長度或單位面積內(nèi)所能存儲的二進制位數(shù)B。前者稱線密度，后者稱面密度。光盤的線密度一般是103B/mm。面密度一般為105～106B/mm2。光盤存儲技術的優(yōu)點壽命很長，一般在10年以上。存儲壽命長光記錄中，記錄介質(zhì)薄膜封入兩層保護膜之中，激光的寫入和讀出都是無接觸過程。非接觸式讀、寫、擦光頭與光盤相距1~2mm，不會磨損盤片。信息的載噪比（CNR）高光盤CNR在50dB以上。多次讀出也不降低。

信息位價格低光盤可容易大量復制，其信息位價格比磁記錄價格低幾十倍。光盤存儲技術的優(yōu)點驅(qū)動器結構：驅(qū)動器比磁帶機或磁盤驅(qū)動器要復雜。傳輸速率：驅(qū)動器的信息或數(shù)據(jù)傳輸速率目前比硬盤驅(qū)動器低，平均數(shù)據(jù)存取時間在20~100ms之間。光盤存儲技術的不足光盤存儲原理光盤—圓盤狀信息存儲器件利用受調(diào)制的細束激光改變盤面介質(zhì)不同位置處的光學性質(zhì)，記錄下待存儲的數(shù)據(jù)。當用激光束照射介質(zhì)時，依靠各信息點處光學特性的不同提取出被存信息。寫讀光盤記錄系統(tǒng)（在光盤上寫入信息的裝置）光盤重放系統(tǒng)（在光盤上讀出數(shù)據(jù)的裝置）如：視頻光盤放像機光驅(qū)讀盤原理光盤存儲原理只讀型光盤磁光型光盤全光型光盤只讀型光盤存儲原理CD-ROM光盤的信息數(shù)據(jù)是預刻在光盤母盤上的（形成凹坑），然后制成金屬壓膜，再把凹坑復制于聚碳酸酯（PC）的光盤基片上。靠記錄凹坑與周圍的反射率不同作為讀出信號。靠光熱效應使記錄下的磁疇方向產(chǎn)生可逆變化，不同方向的磁疇使探測光的偏振面產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)（即克爾角），并以此作為讀出信號。磁光型（MO）光盤存儲原理2024/3/652分子或原子是構成物質(zhì)材料的基元，基元中電子繞著原子核的運動形成了電流，該電流產(chǎn)生的磁場，使每個基元都相當于一個微小的磁體，由大量基元組成一個集團結構，集團中所有基元產(chǎn)生的磁場都同方向整齊排列，這樣的集團叫做磁疇。在大塊鐵磁性或亞鐵磁性（見鐵氧體）單晶體（或多晶體中的晶粒）中，形成很多小區(qū)域，在不同的區(qū)域內(nèi)，磁矩的方向不同，使得晶體總的磁化強度為零。磁光型（MO）光盤存儲原理磁疇的概念靠光熱效應在晶態(tài)與非晶態(tài)之間產(chǎn)生可逆相變，記錄下晶態(tài)與非晶態(tài)不同的反射率，作為探測信號?？赡孀兓姆€(wěn)定性決定了可擦重寫的次數(shù)，一般要求達百萬次。全光（相變）型光盤存儲原理全光（相變）型光盤存儲原理相變光盤存儲技術：20多年發(fā)展，具有比MO存儲密度高、記錄成本低、介質(zhì)壽命長、驅(qū)動器結構簡單、讀出信號信噪比高和不受外界磁場環(huán)境影響等突出優(yōu)點；相變光盤存儲器能向下兼容CD-ROM和CD-R，已成為光存儲技術中的主流技術，具有廣闊的應用前景。

光盤存儲介質(zhì)一次性寫入光盤是利用激光光斑在存儲介質(zhì)中形成不可逆變化的微區(qū)，這些微區(qū)就記錄下信息?？刹林貙懝獗P是利用記錄介質(zhì)在兩個穩(wěn)定態(tài)之間可逆變化（如I

II相變狀態(tài)），從而實現(xiàn)可反復擦寫。燒蝕型起泡型熔線型合金化型相變型一次性寫入光盤存儲介質(zhì)材料通常用的光盤：以聚甲苯丙烯酸甲酯（PMMA）為襯底（厚度1.2mm），上面濺射一層介質(zhì)薄層，用激光聚焦在1~2

m范圍內(nèi)燒蝕出坑孔而記下信息。一次性寫入光盤存儲介質(zhì)燒蝕型（利用孔與無孔反射率差異）利用激光熱效應在存儲介質(zhì)上燒蝕出信息坑孔。存儲介質(zhì)由聚合物—高熔點金屬膜層組成。激光照射使聚合物分解排出氣體起泡，致使上層的金屬膜隆起。這樣，由信息泡與周圍介質(zhì)膜的反射率形成的差異而達到信息的讀出。通常用的CD-R記錄介質(zhì)為花箐或酞箐。一次性寫入光盤存儲介質(zhì)起泡型（利用泡與無泡反射率差異）存儲介質(zhì)：用離子刻蝕的硅薄膜，表面呈絨面結構，反射很弱。當激光光斑照射在絨面上時熔成鏡面，形成反差，而達到信息的存儲和讀出。一次性寫入光盤存儲介質(zhì)熔線型（利用絨面與鏡面的反射率差異）一次性寫入光盤存儲介質(zhì)合金化型（利用合金與非合金反射率差異）記錄介質(zhì)：Pt-Si，Rh-Si或Au-Si制成雙層結構激光加熱的微區(qū)將二薄層熔成合金，形成反差記錄。存儲介質(zhì)：硫?qū)倩衔锘蚪饘俸辖鹬瞥杀∧だ眉す鉄嵝凸庑拐丈涞奈^(qū)發(fā)生相變，形成反差。一次性寫入光盤存儲介質(zhì)相變型（利用相變前后反射率差異）GeTe-Sb2Te4合金：用8mw、50ns的激光可使100nm厚的GeSb2Te5薄膜結晶，可以重復讀寫105次。1997年初，這種可擦除的相變光盤產(chǎn)品已推出，如Canon公司和菲利浦公司。TbFeCo合金：靠光熱效應使記錄下的磁疇方向產(chǎn)生可逆變化，不同方向的磁疇使探測光的偏振面產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)（即克爾角），并以此作為讀出信號?？刹林貙懭牍獗P存儲介質(zhì)高密信息存儲技術目前光盤存儲技術中，載有信息的調(diào)制激光束通過物鏡聚焦于光盤存儲介質(zhì)層上記錄，屬于遠場光記錄。存儲密度正比于：記錄點的尺寸決定于聚焦點的衍射極限：提高光盤存儲密度的措施激光的短波化、大數(shù)值孔徑。采用錐形光纖光學實現(xiàn)近場記錄。模擬量數(shù)字化、數(shù)字量高壓縮比化。光盤存儲密度和數(shù)據(jù)傳輸速率的發(fā)展趨勢提高光盤存儲密度的措施縮短記錄激光波長能縮小記錄點。根據(jù)不同的半導體激光波長，將光盤存儲技術的發(fā)展分為三代。提高光盤存儲密度的措施高密（紅光）DVD技術DVD：DigitalVideoDisk，數(shù)字音像盤采用模擬量（音頻信號、視頻信號）轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，并采用MPEG（實現(xiàn)數(shù)據(jù)高倍壓縮及解壓的軟件與接口卡）實現(xiàn)數(shù)據(jù)高倍壓縮。采用短波激光。如從780nm

635nm、650nm。提高數(shù)值孔徑。如0.45

0.6。DVD：DigitalVideoDisk，數(shù)字音像盤4種物理結構：單面單層、單面雙層、雙面單層和雙面雙層，分別被命名為DVD-5（容量為4.7GB）、DVD-9（容量為8.5GB）、DVD-10（容量為9.4GB）和DVD-18（容量為17GB）。

3種規(guī)格：先鋒領銜的DVD-RW陣營、飛利浦領銜的DVD+RW聯(lián)盟和松下領銜的DVD-RAM陣營。

高密（紅光）DVD技術利用錐形光纖光學頭及近場掃描隧道顯微技術在記錄介質(zhì)上實現(xiàn)幾十nm量級的信息位。采用波長更短的激光。如405nm。超高密（藍光）DVD技術DVD：DigitalVideoDisk，數(shù)字音像盤錐形光纖光學頭當探針與薄膜距離為10nm時，可以在記錄介質(zhì)中錄入直徑為幾十nm的二進制位。DVD：DigitalVideoDisk，數(shù)字音像盤超高密（藍光）DVD技術高密信息存儲技術中國光盤產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀生產(chǎn)大國世界上最大的光盤機生產(chǎn)和出口基地：占全球市場80％以上。盤片生產(chǎn)線約1200條，生產(chǎn)能力達80億片，占全球市場20％以上。技術弱國關鍵技術、設備、元器件和原材料、高端控制芯片基本上依靠進口?；?lt;頭>(OPU)土<臉>(DISC)缺<芯>(CHIP)中國光盤產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀關鍵技術，專利：歐美日大公司PLHILIPS,SONY,etc.生產(chǎn)設備，關鍵原材料：歐美日制造商SINGULUS,STEAG,M2,CIBA,UNAXIS,etc.關鍵測試設備：歐美日公司PULSETECH,AUDIODEVELOPMENT,Dr.SCHENK,etc.光盤機，盤片生產(chǎn)：中國大陸，臺灣，南亞（高額專利費）2024/3/674信息顯示技術及材料當今世界是信息大爆炸的年代，據(jù)測算，上世紀末信息的年均增長率為20％，到2020年將達到每兩個半月翻一番的驚人速度。在人們經(jīng)各種感覺器官從外界獲得信息中，視覺占60％，聽覺占20％，觸覺占15％，味覺占3％，嗅覺占2％。進入21世紀以來，顯示技術作為人機聯(lián)系和信息展示的窗口已應用于娛樂、工業(yè)、軍事、交通、教育、航空航天、衛(wèi)星遙感和醫(yī)療等各方面。在我國，顯示技術及相關產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)品占信息產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值的45％左右。可見，顯示產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為電子信息工業(yè)的一大支柱產(chǎn)業(yè)。2024/3/675光電顯示分類2024/3/676傳統(tǒng)顯示技術陰極射線管（CRT）顯示：陰極射線加速后轟擊熒光屏上的熒光材料Y2O2S：Eu（紅色）、ZnS：Ag（藍色）和ZnS：(Cu，Al）（綠色），發(fā)出各種彩色的光。1953年，日本黑白電視廣播開始1958年，中國黑白電視廣播開始1960年，日本彩色電視廣播開始1973年，中國彩色電視廣播開始1996年，日本推出純平CRT彩電1999年，中國推出純平CRT彩電1897年，布勞恩管發(fā)明，即陰極射線管。卡爾·費迪南德·布勞恩（1850年6月6日－1918年4月20日），德國物理學家，諾貝爾物理學獎獲得者，陰極射線管發(fā)明者2024/3/677平板顯示技術等離子體顯示（PDP）：利用等離子產(chǎn)生的紫外線激發(fā)涂有熒光粉的電極而發(fā)出不同的由三基色混合的可見光。液晶顯示（LCD）：利用外加電壓或者電流，可以改變液晶分子取向，從而改變液晶分子的光學和電學性質(zhì)，最終實現(xiàn)顯示的目的。發(fā)光二極管（LED）顯示：利用載流子在PN結附近的復合作用而發(fā)光。有機電致發(fā)光顯示（OLED）：加入外加偏壓后，電子空穴分別經(jīng)過電子傳輸層與空穴傳輸層后，進入一具有發(fā)光特性的有機物質(zhì)，在其內(nèi)部發(fā)生強相互作用，形成一個激子，再將能量釋放出來回到基態(tài)，發(fā)出相應的光子。2024/3/678平板顯示是顯示產(chǎn)業(yè)升級換代所向三星40英寸液晶TV

2.2”O(jiān)LED屏的手機CRTLCD/PDPOLED70年至90年代90年至今06年以后2024/3/679研究熱點：柔性OLED顯示美國通用顯示器公司（UniversalDisplay）受美國陸軍委托研制可佩戴的柔性OLED顯示器美國亞利桑那州立大學柔性顯示器研究中心，研制出一款顯示器雛形，據(jù)說，它生產(chǎn)容易，環(huán)境適應性強，幾乎完全用塑料材質(zhì)，能耗遠遠低于傳統(tǒng)的電腦顯示器2024/3/680有機電致發(fā)光器件(OLED)是一種新型的平板顯示器件，其特點是自發(fā)光，無需背光，功耗低,高對比度，高亮度，視角寬，超薄，響應速度快。ElectronEnergy2024/3/681上海大學OLED研究中心；中國航天科工集團和上海大學聯(lián)合組建“上海航天上大歐德（OLED）科技公司”。該企業(yè)在大陸最先投入未來新型顯示器最熱門的領域，提供比液晶顯示器性能更優(yōu)越的OLED產(chǎn)品。結合國家優(yōu)先發(fā)展“高清晰度大屏幕平板顯示技術”和上海市優(yōu)先發(fā)展“平板顯示”先進制造業(yè)的戰(zhàn)略部署，建有“新型顯示技術及應用集成”教育部重點實驗室，力爭發(fā)展成為我國信息顯示產(chǎn)業(yè)發(fā)展、人才培養(yǎng)、國內(nèi)外學術交流的重要研究基地。上海廣電－上海大學平板顯示研究中心。OLED平板顯示材料與器件LED—21世紀照明新光源照明及其系統(tǒng)從一個側面反映一個國家或地區(qū)的經(jīng)濟昌盛和社會現(xiàn)代化的程度。照明技術有賴于新光源開發(fā)、光學系統(tǒng)研究、燈飾設計、電氣控制等，薈萃了材料學、光學、電子學科技與設計的成果。自1880年愛迪生成功地發(fā)明了第一盞商業(yè)化電燈以來，日新月異的科學技術把電光源的開發(fā)與研究持續(xù)不斷地向前推進。在全球資源日益枯竭和環(huán)境污染日益嚴重的當今社會，人們急需尋找一種高效節(jié)能、長壽命、無污染的綠色光源。白光發(fā)光二極管固體光源的研制，使得人們的這種需求成為可能。LED—21世紀照明新光源傳統(tǒng)照明的主流白熾燈熒光燈（含日光燈、節(jié)能燈）既發(fā)光又發(fā)熱、效率低、壽命短含有水銀，其廢棄物對環(huán)境造成汞污染2024/3/6842024/3/6852024/3/6861960s：最早應用半導體P-N結發(fā)光原理制成LED光源。材料：GaAsP，發(fā)紅光（峰值波長：650nm）。在電流為20mA時，光通量只有千分之幾個流明，發(fā)光效率僅約0.1lm/W。1970s：光效提高到1lm/W，發(fā)光顏色：紅，黃，綠。1980s：GaAlAsLED光源，紅光光效達到10lm/W。1990s：GaAlInP（紅,黃）：100lm/W，InGaN（綠,藍）：50lm/W。LED的市場規(guī)模逐步擴大。數(shù)據(jù)表明，2013年全球LED照明市場規(guī)模達到254億美元，LED照明滲透率為18.6%。2014年LED照明市場產(chǎn)值可望達到353億美元，LED照明滲透率也將提升至32.7%。LED—21世紀照明新光源單色光LED的發(fā)展1998年白光LED開發(fā)成功，并商品化：將發(fā)藍光的GaN芯片和發(fā)黃光的釔鋁石榴石(YAG)封裝在一起做成。InGaN/YAG白色LED：通過改變YAG熒光粉的化學組成和調(diào)節(jié)熒光粉層的濃度可獲得各種白光。LED—21世紀照明新光源白色LED的發(fā)展對于一般照明而言，人們更需要白色的LEDLED—21世紀照明新光源白光LED，也可采用將幾種發(fā)不同色光的芯片封裝在一起的方法，通過這些色光的混合，構成發(fā)白光的LED。2024/3/690藍光LED-諾獎新寵藍光發(fā)光二極管（LED）近日大放光彩，日本科學家赤崎勇等因此將2014年諾貝爾物理學獎收歸囊中。在LED生產(chǎn)第一大國的中國，這個消息也成為刺激產(chǎn)業(yè)的積極信號。2024/3/691第二次照明革命

上世紀90年代，這3名科學家通過半導體導出藍色光束，為照明領域的發(fā)展帶來了根本性的轉(zhuǎn)變。藍光LED的意義：“白熾燈照亮了20世紀，那么21世紀將是被LED燈照亮的?！彼{光LED被人們稱為是愛迪生之后的第二次照明革命。在LED藍光芯片發(fā)明之前，人們沒法將白光具體應用到照明領域。藍光的出現(xiàn)，使LED真正進入家居、戶外道路和景觀照明等大規(guī)模應用階段。其壽命長、能耗低、高亮度、可控性強等特點，使得LED迅速成為照明行業(yè)的主流產(chǎn)品，同時也成為國家提倡、倡導的發(fā)展方向。藍光LED能夠省電60%-70%，是對人類的重大貢獻。目前市場上應用的LED，已經(jīng)在戶外照明、室內(nèi)照明、景觀照明燈領域普及開來。

2024/3/692信息獲取技術及材料目前，獲取信息的技術主要是光電子技術，運用的器件包括探測器和傳感器。光子探測器光電導型光生伏特型光磁電型探測器熱探測器熱釋電型熱敏電阻型氣體型目前，探測器由分立器件向焦平面陣列發(fā)展。