第一篇：運(yùn)動(dòng)、抗氧化劑與自由基研究的新進(jìn)展

[推薦]運(yùn)動(dòng)、抗氧化劑與自由基研究的新進(jìn)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：個(gè)性與工作績(jī)效關(guān)系研究的新進(jìn)展

個(gè)性與工作績(jī)效關(guān)系研究的新進(jìn)展

陳 捷

[摘要]個(gè)性與績(jī)效及其相互關(guān)系是90年代國(guó)際人力資源管理研究的熱點(diǎn)問題之一，很多研究的焦點(diǎn)集中在探討個(gè)性特征對(duì)績(jī)效的預(yù)測(cè)能力。該文圍繞個(gè)性研究的構(gòu)思與測(cè)量、敏感的個(gè)性預(yù)測(cè)指標(biāo)、新的績(jī)效測(cè)量動(dòng)態(tài)以及個(gè)性與績(jī)效關(guān)系中的中介變量和緩沖變量等四個(gè)方面，對(duì)新近的一些研究進(jìn)行了綜合分析和評(píng)述。

關(guān)鍵詞 個(gè)性，工作績(jī)效，周邊績(jī)效，中介變量，緩沖變量 分類號(hào) 59.875

在人力資源管理研究和應(yīng)用中，個(gè)性測(cè)量一直是人事評(píng)價(jià)和選拔的重要工具。但是，早期的一系列研究發(fā)現(xiàn)，某些個(gè)性成份與工作績(jī)效的相關(guān)很弱，對(duì)工作績(jī)效缺乏預(yù)測(cè)力。在對(duì)其原因進(jìn)行分析的過程中，研究者們提出了四個(gè)值得探討的問題：①個(gè)性測(cè)驗(yàn)本身的構(gòu)思及其效度； ②哪些測(cè)量指標(biāo)對(duì)特定職業(yè)的工作績(jī)效最具有預(yù)測(cè)力；③個(gè)性能預(yù)測(cè)什么樣的工作績(jī)效；④怎樣分析個(gè)性與工作績(jī)效關(guān)系的中介變量(mediator variable)和緩沖變量(moderator variable)。這四個(gè)方面代表了目前該領(lǐng)域研究的幾個(gè)熱點(diǎn)。本文將對(duì)有關(guān)這幾個(gè)問題的最新研究狀況作簡(jiǎn)要評(píng)述。1 工作情景中的個(gè)性測(cè)量 1.1關(guān)于個(gè)性測(cè)量的構(gòu)思

鑒于早期的個(gè)性測(cè)量工具對(duì)于工作績(jī)效缺乏預(yù)測(cè)力，研究者越來越傾向于使用“大五”個(gè)性問卷?！按笪濉笨蚣馨嗽缙趥€(gè)性測(cè)量工具的重要指標(biāo)，其中一些因素已被證實(shí)能夠較為理想地預(yù)測(cè)個(gè)體的工作績(jī)效[1]。

但是，相對(duì)于早期個(gè)性測(cè)量工具而言，“大五”個(gè)性模型的最大弱點(diǎn)在于它缺乏明確的理論構(gòu)思和假設(shè)，五因素的確定僅僅基于研究的需要而人為設(shè)臵，因素分析也局限于研究者所構(gòu)想的那些項(xiàng)目。因此，即便有不少研究證實(shí)了它的預(yù)測(cè)力和跨文化測(cè)量的信度穩(wěn)定性，加強(qiáng)對(duì)“大五”個(gè)性框架的理論構(gòu)建仍是一項(xiàng)艱巨的研究課題。目前，這個(gè)問題已經(jīng)引起了研究者的關(guān)注[2]。

個(gè)性測(cè)量構(gòu)思的另一個(gè)問題是，個(gè)性維度選擇和操作定義上的不統(tǒng)一給理論研究和實(shí)際操作帶來了麻煩，表現(xiàn)在：① 雖然“大五”個(gè)性模型為許多研究者青睞，但仍有一些人傾向于抽取更多或更少的因素；② 包括使用“大五”個(gè)性框架的研究者在內(nèi)，他們對(duì)各因素名稱的界定或多或少存在著差異；③ 不同研究者在確定因素內(nèi)指標(biāo)時(shí)出現(xiàn)了混亂，如Costa和McCrae將warmth作為Extraversion的一個(gè)指標(biāo)，而Goldberg卻把它臵入了Agreeableness體系中；Impulsivity在前者的研究中是Neuroticism的一個(gè)方面，但在后者的研究中卻跨入了Extraversion的行列[3]。1.2 個(gè)性測(cè)量的操作問題

工作情景中的個(gè)性測(cè)量，必須注意到個(gè)性與環(huán)境的交互作用對(duì)測(cè)量的影響，盡可能排除威脅測(cè)量信度和效度的因素。這里我們主要討論選擇測(cè)量工具和測(cè)量方法兩個(gè)方面。

個(gè)性測(cè)量主要使用形容詞描述法和句子式問卷量表。Goldberg認(rèn)為運(yùn)用描述人的特點(diǎn)的那些詞匯，可以準(zhǔn)確地構(gòu)建個(gè)性結(jié)構(gòu)。他的一項(xiàng)研究（1990）使用了數(shù)千個(gè)詞匯，結(jié)果有力地支持了“大五”個(gè)性模型 [4]。從使用情況來看，形容詞描述法的優(yōu)點(diǎn)在于，語(yǔ)言精煉，操作簡(jiǎn)便，被試回答時(shí)沒有壓力感，甚至這種自然的語(yǔ)言還可能更有吸引力。但在工作情景中，使用形容詞描述法至少存在三個(gè)問題：① 只能作泛泛的描述，難以從詞匯中體現(xiàn)個(gè)性的關(guān)鍵特征；② 研究者無法從被試選出的詞匯中了解其準(zhǔn)確的意思，同一個(gè)詞匯在不同的被試那里可能代表不同的意義；③ 形容詞描述不能特定于具體的工作情景，而情景因素卻會(huì)影響被試對(duì)形容詞的理解，影響測(cè)量信度。例如，Mount等人 [5]的研究使用了包含50個(gè)形容詞的個(gè)性測(cè)量工具，讓銷售員的主管、同事、消費(fèi)者及其本人對(duì)五類個(gè)性因素作出評(píng)定，發(fā)現(xiàn)其聚合效度僅在0.24-0.40之間。其中一個(gè)很重要的原因可能在于對(duì)形容詞理解上的差異。相比之下，問卷法的使用效果更理想[6]。目前，研究者更多地傾向于使用以工作情景為背景編制的問卷（如Costa和McCrae1992年修訂的NEO-PI），以提高個(gè)性與績(jī)效關(guān)系研究的構(gòu)思效度和人事評(píng)價(jià)的效用。

個(gè)性測(cè)量一般采用自我評(píng)定或他人評(píng)定的方法，其中自我評(píng)定運(yùn)用最多。但一個(gè)人要準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)和評(píng)價(jià)自己可能反倒更難和偏差更大，尤其是自我評(píng)價(jià)中的社會(huì)稱許性(social disirability)問題[7]，會(huì)隨著被試對(duì)測(cè)驗(yàn)意圖(如人事選拔)的敏感而發(fā)生影響。研究表明，個(gè)性的自我評(píng)定同他人評(píng)定很不一致，且自我評(píng)定與他人評(píng)定間的相關(guān)比多個(gè)他人評(píng)定間的相關(guān)更低 [5]。原因可能在于，自我評(píng)定者往往從工作、家庭生活甚至娛樂的各個(gè)層面去分析自己，而他人(尤其是上級(jí)或同事)的評(píng)定更多地基于工作中的觀察，因此比自我評(píng)定更能預(yù)測(cè)工作績(jī)效。鑒于他人評(píng)定也要受到某些因素(如熟悉度、偏見)的影響，研究者開始傾向于采用多評(píng)估者和多層次評(píng)價(jià)方法[2，5]，同時(shí)還建議結(jié)合使用其它的研究手段，如行為觀察、心理生理測(cè)量、個(gè)性發(fā)展縱向研究、面談以及特定于具體情景的個(gè)性差異研究等[3]。2 個(gè)性指標(biāo)的預(yù)測(cè)力與人員選拔

自從“大五”個(gè)性模型建立以來，研究者的興趣主要集中在從人-職匹配的角度探討最能預(yù)測(cè)某些工作業(yè)績(jī)的關(guān)鍵個(gè)性特征，開發(fā)人員選拔的測(cè)量工具。一系列研究及元分析表明，責(zé)任意識(shí)和情緒穩(wěn)定性對(duì)幾乎所有職業(yè)都有較好的預(yù)測(cè)力，外向是預(yù)測(cè)交際型職業(yè)(如銷售人員)績(jī)效的敏感指標(biāo)，而對(duì)其它指標(biāo)的預(yù)測(cè)力尚存爭(zhēng)論。從現(xiàn)有文獻(xiàn)看，關(guān)于個(gè)性預(yù)測(cè)力的研究仍局限于少數(shù)幾個(gè)指標(biāo)，尤其對(duì)非“大五”的其它因素的預(yù)測(cè)效果研究不多。同時(shí)，研究所涉及的職業(yè)種類不多且過于典型化，也沒有進(jìn)一步探討職業(yè)內(nèi)的差異與工作績(jī)效問題。比如，有研究發(fā)現(xiàn)外向能預(yù)測(cè)警察和管理人員的工作績(jī)效，如果將警察和管理人員按刑警與交警、內(nèi)勤管理與外勤管理劃分，或許有一定差異。

未來有關(guān)個(gè)性對(duì)工作績(jī)效預(yù)測(cè)力的研究還應(yīng)注意幾個(gè)問題：① 在某個(gè)個(gè)性因素內(nèi)，哪些指標(biāo)在績(jī)效預(yù)測(cè)中可能是關(guān)鍵成份。比如，責(zé)任意識(shí)對(duì)績(jī)效具有較高的預(yù)測(cè)力，但它所包含的6個(gè)子維度如成就傾向、耐受性等 [8]，對(duì)特定職業(yè)的績(jī)效的預(yù)測(cè)程度也許有差異。這類研究的價(jià)值在于，能更加深入地分析與工作績(jī)效有關(guān)的個(gè)性成份，為人員選拔測(cè)量提供更加具體和特定于職務(wù)要求的操作指標(biāo)。② 在多重預(yù)測(cè)指標(biāo)中，個(gè)性對(duì)于績(jī)效的預(yù)測(cè)效果。人事評(píng)價(jià)與選拔并不將個(gè)性作為唯一的預(yù)測(cè)指標(biāo)，而是需要綜合考查個(gè)性、能力傾向、文化價(jià)值觀和組織承諾等諸多方面。在有多個(gè)預(yù)測(cè)指標(biāo)的情況下，個(gè)性的預(yù)測(cè)程度是提高還是降低，個(gè)性成分在人事評(píng)價(jià)與選拔的測(cè)量中占多大權(quán)重，至今尚無系統(tǒng)的研究報(bào)告。③ 有預(yù)測(cè)力的個(gè)性因素在人員選拔中的應(yīng)用問題?，F(xiàn)有的研究只證實(shí)了個(gè)性因素與工作績(jī)效的高相關(guān)，并不意味著個(gè)性因素必然決定工作績(jī)效。一些組織情景因素將會(huì)影響個(gè)性與績(jī)效的關(guān)聯(lián)。比如，外向?qū)芾砣藛T和銷售人員的工作績(jī)效有預(yù)測(cè)力，但這并不表示在人員選拔中盡可能多地選用性格外向的人。有研究發(fā)現(xiàn)，在群體工作情景下，外向特征與工作績(jī)效成倒“U”關(guān)系，即群體成員中性格外向者太少或太多都不利于群體工作績(jī)效，只有當(dāng)群體中有20—40%的人性格外向時(shí)，群體績(jī)效較好。從某種意義上講，性格外向者的增加只是有助于群體內(nèi)的言語(yǔ)交流，卻不一定增加工作績(jī)效。因?yàn)樾愿裢庀虻娜送哂休^強(qiáng)的支配欲望，這類人越多，沖突發(fā)生的可能性也越大 [9]。④ 將個(gè)性預(yù)測(cè)力問題臵于人―職―組織匹配的框架下研究。過去有關(guān)個(gè)性與工作績(jī)效關(guān)系的研究只反映了人―職匹配的某些方面，新的研究動(dòng)向則把個(gè)性問題放在具體的組織情景下討論。研究的總思路是將個(gè)體的目標(biāo)、價(jià)值觀、需要、興趣和個(gè)性特征與具體的職務(wù)要求以及組織的文化、結(jié)構(gòu)、工資制度和價(jià)值觀等聯(lián)系起來加以比較分析，找出匹配的成份。例如，Judge和Cable 研究了個(gè)性與組織匹配的問題。他們測(cè)量了求職大學(xué)生的個(gè)性特征和對(duì)組織文化的偏好傾向，數(shù)月后了解被試是否被相應(yīng)的公司聘用，結(jié)果發(fā)現(xiàn)個(gè)性特征和組織文化偏好有相關(guān)[2]。3 與個(gè)性預(yù)測(cè)有關(guān)的工作績(jī)效測(cè)量

傳統(tǒng)的工作績(jī)效測(cè)量是給任務(wù)績(jī)效更高的權(quán)重，但近期的研究卻發(fā)現(xiàn)，任務(wù)績(jī)效和周邊（contextual）績(jī)效對(duì)總績(jī)效變異量的解釋能力幾乎相等[10]，說明周邊績(jī)效是績(jī)效評(píng)估的重要內(nèi)容。從組織實(shí)踐看，一方面，人們?cè)絹碓街匾晢T工在集體中的合作、互助、首創(chuàng)性、工作干勁和組織公民行為(organizational citizenship behavior)；另一方面，已很難僅從任務(wù)(技術(shù))績(jī)效的維度對(duì)現(xiàn)代組織中的某些職業(yè)（如管理人員）作出準(zhǔn)確合理的評(píng)估，這使周邊績(jī)效成了近期績(jī)效評(píng)估研究所關(guān)注的焦點(diǎn)[11]。有研究表明，在人事評(píng)價(jià)與選拔中，認(rèn)知能力測(cè)驗(yàn)和工作知識(shí)能有效地預(yù)測(cè)任務(wù)績(jī)效，而個(gè)性測(cè)驗(yàn)則對(duì)周邊績(jī)效有很好的預(yù)測(cè)效果[12]。但不同的個(gè)性因素對(duì)周邊績(jī)效的預(yù)測(cè)情況也有差異。如，責(zé)任意識(shí)既能預(yù)測(cè)周邊績(jī)效中的關(guān)系維度，也能預(yù)測(cè)動(dòng)機(jī)維度；而外向?qū)﹃P(guān)系維度有預(yù)測(cè)力，但不能預(yù)測(cè)動(dòng)機(jī)維度[13]。對(duì)周邊績(jī)效的測(cè)量需要考慮兩個(gè)問題：① 周邊績(jī)效測(cè)量的構(gòu)思。目前對(duì)周邊績(jī)效維度結(jié)構(gòu)的研究尚處在起步階段，研究者提出的構(gòu)思框架有待于進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。在測(cè)量與個(gè)性有關(guān)的周邊績(jī)效時(shí)，指標(biāo)選擇是研究構(gòu)思的關(guān)鍵問題之一。效標(biāo)選擇不明確，將影響與預(yù)測(cè)指標(biāo)的關(guān)聯(lián)度。從已有文獻(xiàn)資料看，雖然工作績(jī)效測(cè)量的信度較高，但在周邊績(jī)效指標(biāo)的選擇上還存在一些不足，例如，沒有從構(gòu)思上區(qū)分任務(wù)績(jī)效與周邊績(jī)效，缺少嚴(yán)格基于職務(wù)分析之上的周邊績(jī)效指標(biāo)構(gòu)建等。② 周邊績(jī)效的評(píng)定者。周邊績(jī)效主要涉及支持組織氣氛和文化的那部分工作行為，相對(duì)于任務(wù)績(jī)效而言其操作性更弱，評(píng)定者的主觀感受可能會(huì)不自覺地影響評(píng)估。在這種情況下，采用多個(gè)不同角度的評(píng)估(如360度評(píng)估)比單一評(píng)估對(duì)周邊績(jī)效行為的評(píng)價(jià)更準(zhǔn)確[14]。4 個(gè)性與工作績(jī)效關(guān)系的中介變量和緩沖變量研究 4.1 有關(guān)中介變量的研究

雖然個(gè)性因素能較好地預(yù)測(cè)特定職業(yè)的工作績(jī)效，但這些個(gè)性因素怎樣影響工作績(jī)效的，目前還是研究的弱點(diǎn)。比如在社會(huì)交往頻繁的工作情景中，性格外向是一種十分重要的品質(zhì)，但外向在工作中發(fā)揮什么特殊的作用，幾乎還不知道。從理論上講，個(gè)性對(duì)人的行為的影響必然要經(jīng)過一個(gè)認(rèn)知活動(dòng)過程，即通過影響某些中介因素進(jìn)而影響人的行為。這個(gè)問題已經(jīng)引起了某些研究者的興趣，如有研究[8]從認(rèn)知過程理論出發(fā)，探討責(zé)任意識(shí)以個(gè)體的績(jī)效期望和目標(biāo)設(shè)臵為中介影響工作績(jī)效?？梢哉f，中介變量研究的價(jià)值，在于它能幫助我們從過程的、動(dòng)態(tài)的角度分析個(gè)性的作用。但未來研究還需要注意兩個(gè)問題：① 認(rèn)知過程模型的構(gòu)思。驗(yàn)證性因素分析的前提是嚴(yán)密的理論構(gòu)思和準(zhǔn)確的測(cè)量，在研究有多個(gè)中介變量的變量間關(guān)系時(shí)尤其需要構(gòu)思明晰。中介變量研究的難度在于，一方面中介變量很難直接觀察或測(cè)量，往往只能從行為來推論；另一方面某些個(gè)性因素影響績(jī)效的中介過程不確定甚至不可知程度很高。除了責(zé)任意識(shí)外，幾乎不見有關(guān)其它個(gè)性指標(biāo)影響績(jī)效的中介變量研究。② 情景因素對(duì)個(gè)性與工作績(jī)效關(guān)系的影響。有關(guān)中介變量的研究，更多地是從內(nèi)在的心理活動(dòng)進(jìn)行分析的。但在一個(gè)開放的組織情景中，很多環(huán)境因素會(huì)影響個(gè)性與工作績(jī)效的中間過程。如，組織目標(biāo)設(shè)臵會(huì)影響個(gè)體的認(rèn)知和行為。在責(zé)任意識(shí)―績(jī)效期望―工作績(jī)效這一鏈條上，可能會(huì)因組織目標(biāo)因素的影響出現(xiàn)兩種情況：個(gè)人責(zé)任意識(shí)強(qiáng)但組織目標(biāo)低，個(gè)人在沒有壓力的組織環(huán)境中會(huì)降低自己的績(jī)效期望，從而影響工作績(jī)效；個(gè)人責(zé)任意識(shí)弱但組織要求高，個(gè)人在組織目標(biāo)壓力下選擇更高的個(gè)人績(jī)效目標(biāo)，客觀上增加了工作績(jī)效。由于情景因素的復(fù)雜性，要在中介變量研究中對(duì)情景因素作出構(gòu)思，難度較大。4.2 有關(guān)緩沖變量的研究

預(yù)測(cè)指標(biāo)和效標(biāo)之間的關(guān)系常受到一個(gè)緩沖變量的影響，但要確定研究中的緩沖變量并不容易。一般而言，緩沖變量的確定有兩種方法：①?gòu)膶?shí)際研究中發(fā)現(xiàn)問題和提出假設(shè)。比如，Barrick等人在研究責(zé)任意識(shí)與銷售員的工作業(yè)績(jī)時(shí)發(fā)現(xiàn)，性格外向根本不能預(yù)測(cè)銷售業(yè)績(jī)，他們懷疑有緩沖變量存在，因?yàn)樗麄兊谋辉囀菑氖屡l(fā)的銷售人員，而這類銷售人員的工作業(yè)績(jī)也許與性格外向特征沒有關(guān)系，如果將工作任務(wù)特征作為緩沖變量，選擇批發(fā)與零售兩類被試，可能會(huì)提高外向特征對(duì)零售銷售人員工作績(jī)效的預(yù)測(cè)力[15]。②綜合已有研究并通過嚴(yán)密的理論構(gòu)思，提出緩沖變量的假設(shè)。比如，一系列有關(guān)外向性格特征的研究表明，外向的人比內(nèi)向的人對(duì)社會(huì)認(rèn)可和自我顯示具有更強(qiáng)烈的要求，內(nèi)外向差異會(huì)影響個(gè)體對(duì)外部獎(jiǎng)勵(lì)的敏感程度，即外向的人更傾向于追求外部獎(jiǎng)勵(lì)。在這一研究基礎(chǔ)上，Stewart假設(shè)獎(jiǎng)勵(lì)結(jié)構(gòu)是影響外向預(yù)測(cè)銷售人員業(yè)績(jī)的緩沖變量，并通過研究給予了證實(shí)，發(fā)現(xiàn)只有當(dāng)個(gè)體的工作類型正好為公司所獎(jiǎng)勵(lì)時(shí)，外向性格才與銷售業(yè)績(jī)顯著相關(guān)[16]。

在緩沖變量研究的構(gòu)思中，有兩個(gè)問題是值得進(jìn)一步思考的：①是否可能同時(shí)研究多個(gè)緩沖變量。個(gè)性與績(jī)效關(guān)系其實(shí)經(jīng)常受到不止一個(gè)緩沖變量的影響，而能否在一項(xiàng)研究中同時(shí)對(duì)多個(gè)緩沖變量同時(shí)加以分析，似乎是一個(gè)難度很大的問題。②一項(xiàng)研究中同時(shí)包含有緩沖變量和中介變量。在受緩沖變量影響的個(gè)性與績(jī)效關(guān)系中，可能也存在重要的中介變量。但現(xiàn)有的研究很少將兩者放在同一模型中分析，而合并的模型卻非常符合現(xiàn)實(shí)情況和更加具有動(dòng)態(tài)性。

此外，有關(guān)緩沖變量研究的統(tǒng)計(jì)分析也是一個(gè)值得注意的問題。統(tǒng)計(jì)方法的選擇取決于變量和數(shù)據(jù)的類型特征。如果自變量和緩沖變量都是類別變量，一般采用方差分析(AN OVA)處理；如果自變量是連續(xù)變量而緩沖變量是類別變量，采用多元回歸分析更加合適；而如果自變量和緩沖變量都是連續(xù)變量，統(tǒng)計(jì)分析時(shí)一般先將緩沖變量劃分為若干水平，再采用回歸分析的方法。在個(gè)性與工作績(jī)效關(guān)系及其緩沖變量的研究中，個(gè)性測(cè)量的數(shù)據(jù)往往是連續(xù)的，而緩沖變量基本上都是類別變量。統(tǒng)計(jì)分析主要運(yùn)用Saunder提出的“緩沖多元回歸”技術(shù)。

在使用多元回歸技術(shù)問題上，研究者至今尚未達(dá)成一致意見。不少學(xué)者傾向于用最小乘方-緩沖多元回歸（OLS-MMR）估計(jì)緩沖變量的影響程度，但有人卻建議應(yīng)謹(jǐn)慎使用，因?yàn)楹芸赡軙?huì)犯Ⅱ類錯(cuò)誤[17]。后來，很多研究采用了層次多元回歸分析（HMRA），這種方法可以逐步評(píng)估每一自變量（包括緩沖變量）加入方程后的作用，從而更有效地檢驗(yàn)緩沖變量的影響。但也有人認(rèn)為使用這一方法分析緩沖變量的效果并不理想[18]，尤其是在現(xiàn)場(chǎng)研究中使用多元回歸，統(tǒng)計(jì)時(shí)要發(fā)現(xiàn)交互項(xiàng)有一定難度[19]。

作者單位：陳 捷 浙江大學(xué)管理學(xué)院（杭州 310028）參考文獻(xiàn)

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第三篇：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)高溫超導(dǎo)物理研究新進(jìn)展

中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)高溫超導(dǎo)物理研究新進(jìn)展

摘 要在中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)（以下簡(jiǎn)稱中國(guó)科大）建校50周年之際，文章作者對(duì)近年來中國(guó)科大在高溫超導(dǎo)物理方面的最新研究進(jìn)展情況作一介紹，包括新型高溫超導(dǎo)材料探索研究和高溫超導(dǎo)機(jī)理實(shí)驗(yàn)研究.在新型高溫超導(dǎo)材料探索研究方面，文章作者首次發(fā)現(xiàn)了除高溫超導(dǎo)銅基化合物以外第一個(gè)超導(dǎo)溫度突破麥克米蘭極限（39 K）的非銅基超導(dǎo)體――鐵基砷化物SmO1-xFxFeAs，該類材料的最高超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度可達(dá)到55K；中國(guó)科大還成功地制備出大量高質(zhì)量的超導(dǎo)化合物單晶，包括Nd2-xCexCuO4,NaxCoO2,CuxTiSe2等.在高溫超導(dǎo)機(jī)理實(shí)驗(yàn)研究方面，中國(guó)科大系統(tǒng)地研究了SmO1-xFxFeAs體系的電輸運(yùn)性質(zhì)給出了該體系的電子相圖；發(fā)現(xiàn)了在電子型高溫超導(dǎo)體中存在反常的熱滯現(xiàn)象和電荷-自旋強(qiáng)烈耦合作用；在NaxCoO2體系中也開展了系列的工作，并且首次明確了電荷有序態(tài)中小自旋的磁結(jié)構(gòu)問題；此外，還系統(tǒng)地研究了CuxTiSe2體系中電荷密度波與超導(dǎo)的相互關(guān)系.??

關(guān)鍵詞高溫超導(dǎo),鐵基砷化物,自旋-電荷耦合,電荷有序,電荷密度波?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??

上世紀(jì)80年代末，高溫超導(dǎo)銅氧化合物的發(fā)現(xiàn)引發(fā)了全球研究高溫超導(dǎo)的熱潮.至今，高溫超導(dǎo)的研究已經(jīng)有22年的歷史，在20多年的廣泛研究中,人們積累了大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和理論方法.到目前為止，雖然已經(jīng)有許多很好的理論模型，但是高溫超導(dǎo)機(jī)理問題仍然沒有完全解決，許多實(shí)驗(yàn)的結(jié)果還存在爭(zhēng)議.??

銅氧化物的奇特物理源自于電子的強(qiáng)關(guān)聯(lián)效應(yīng)，而且人們發(fā)現(xiàn)這種強(qiáng)關(guān)聯(lián)效應(yīng)是普遍存在于物質(zhì)之中的，尤其是在d電子和f電子化合物中最常見.高溫超導(dǎo)的研究也不再局限于認(rèn)識(shí)高溫超導(dǎo)電性本身，而是要理解強(qiáng)關(guān)聯(lián)效應(yīng)背后所有的物理現(xiàn)象以及如何建立研究強(qiáng)關(guān)聯(lián)體系的范式.因而強(qiáng)關(guān)聯(lián)體系中的超導(dǎo)現(xiàn)象也就成為高溫超導(dǎo)的研究范圍，并且吸引了人們極大的興趣.我們的工作的重點(diǎn)就是圍繞新的高溫超導(dǎo)材料以及強(qiáng)關(guān)聯(lián)超導(dǎo)材料開展的.??

這里我們將分為兩個(gè)方面來介紹我們的工作進(jìn)展，即新型高溫超導(dǎo)材料探索和高溫超導(dǎo)機(jī)理實(shí)驗(yàn)研究.?? 研究工作的進(jìn)展情況??

2.1 新型高溫超導(dǎo)材料探索??

2.1.1 新高溫超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)??

1986年，IBM研究實(shí)驗(yàn)室的德國(guó)物理學(xué)家柏諾茲與瑞士物理學(xué)家繆勒在層狀銅氧化合物體系中發(fā)現(xiàn)了高于40K的臨界轉(zhuǎn)變溫度［1］，隨后該體系的臨界溫度不斷提高，最終達(dá)到了163K（高壓下）［2］.該發(fā)現(xiàn)掀起了全球范圍的超導(dǎo)研究熱潮并且對(duì)經(jīng)典的“BCS”理論也提出了挑戰(zhàn).德國(guó)物理學(xué)家柏諾茲與瑞士物理學(xué)家繆勒也因?yàn)樗麄兊陌l(fā)現(xiàn)獲得了1987年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng).自從層狀銅氧化合物高溫超導(dǎo)體發(fā)現(xiàn)以來，人們一直都在致力于尋找更高臨界溫度的新超導(dǎo)體.然而到目前為止，臨界溫度高于40K的超導(dǎo)體只有銅氧化合物超導(dǎo)體.在非銅氧化合物超導(dǎo)體中，臨界溫度最高的就是39K的MgB2超導(dǎo)體［3］.但是該超導(dǎo)體的臨界溫度非常接近“BCS”理論所預(yù)言的理論值［4］.因此，尋找一個(gè)臨界溫度高于40K的非銅氧化合物超導(dǎo)體對(duì)于理解普適的高溫超導(dǎo)電性是非常重要的，尤其是高溫超導(dǎo)的機(jī)理到目前還沒有得到類似于“BCS”一樣完美的理論.在我們最近的研究中，我們?cè)诰哂衂rCuSiAs結(jié)構(gòu)的釤砷氧化物SmFeAsO1-xFx中發(fā)現(xiàn)了體超導(dǎo)電性［5］.我們的電阻率和磁化率測(cè)量表明，該體系的超導(dǎo)臨界溫度達(dá)到了43K.該材料是目前為止第一個(gè)臨界溫度超過40K的非銅氧化合物超導(dǎo)體.高于40K的臨界轉(zhuǎn)變溫度也有力地說明了該體系是一個(gè)非傳統(tǒng)的高溫超導(dǎo)體.該發(fā)現(xiàn)勢(shì)必會(huì)對(duì)我們認(rèn)識(shí)高溫超導(dǎo)現(xiàn)象帶來新的契機(jī).??

關(guān)于電荷有序NaxCoO2體系的磁結(jié)構(gòu)一直以來都存在爭(zhēng)議，被大家普遍接受的磁結(jié)構(gòu)有兩種:一種是由美國(guó)MIT實(shí)驗(yàn)組提出的類似“stripe”的磁結(jié)構(gòu)［52］，另一種是由日本實(shí)驗(yàn)組提出的有大、小磁矩的磁結(jié)構(gòu)［53］.通過研究磁場(chǎng)下角度依賴的磁阻，我們從實(shí)驗(yàn)上給出了強(qiáng)有力的證據(jù),證明了日本實(shí)驗(yàn)組給出的磁結(jié)構(gòu)更加合理［54］，從而解決了關(guān)于磁結(jié)構(gòu)的爭(zhēng)論.并且我們還通過我們的結(jié)果首次確定了電荷有序NaxCoO2體系的小磁矩的磁結(jié)構(gòu).另外我們還在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，在x=0.55時(shí)，體系的小磁矩會(huì)形成面內(nèi)鐵磁性［55］.該實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證明了大、小磁矩磁結(jié)構(gòu)的正確性，并且表明體系的小磁矩的磁結(jié)構(gòu)是強(qiáng)烈依賴于Na的含量.基于以上兩個(gè)發(fā)現(xiàn)，我們又進(jìn)一步證明了，在強(qiáng)場(chǎng)下，小磁矩會(huì)發(fā)生一個(gè)磁場(chǎng)誘導(dǎo)的自旋90度翻轉(zhuǎn)，并且同時(shí)伴隨有磁性的轉(zhuǎn)變［56］.至此，我們對(duì)該體系的磁結(jié)構(gòu)有了一個(gè)完整的認(rèn)識(shí)，并且給出了該體系在電荷有序附近的磁性相圖.在對(duì)磁結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)的同時(shí)，我們還發(fā)現(xiàn)了該體系具有很強(qiáng)的自旋電荷耦合，這將有助于我們理解體系的超導(dǎo)電性.??

2.2.4 CuxTiSe2體系的研究??

過渡金屬二硫族化合物（TMD’s）具有非常豐富的物理現(xiàn)象.不同的化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)可以導(dǎo)致迥然不同的物理性質(zhì).例如，兩維體系的電荷密度波是首先在TMD’s中發(fā)現(xiàn)的［57］.電荷密度波態(tài)，1T結(jié)構(gòu)的TaS2會(huì)在費(fèi)米面打開一個(gè)能隙［58］，但在2H結(jié)構(gòu)的TaS2中，能隙只是部分打開［59］，而在1T結(jié)構(gòu)中的TiSe2中卻沒有任何能隙的打開［60］.非常有意思的是，超導(dǎo)電性總是在2H結(jié)構(gòu)的TMD’s材料中和電荷密度波相互共存、相互競(jìng)爭(zhēng)［61―63］，但在1T結(jié)構(gòu)的化合物中，卻很少觀察到這種現(xiàn)象.最近，在1T結(jié)構(gòu)的CuxTiSe2中發(fā)現(xiàn)的超導(dǎo)電性進(jìn)一步豐富了TMD’s材料的物理內(nèi)容［64］.在不摻雜的1T結(jié)構(gòu)的TiSe2中，體系表現(xiàn)為CDW，并且這種材料中的CDW機(jī)制到目前還在爭(zhēng)論中.隨著銅原子的摻雜，CDW轉(zhuǎn)變溫度會(huì)迅速下降，這種情況類似于MxTiSe2’s(M=Fe,Mn,Ta,V和Nb)化合物［65―68］.與此同時(shí)，超導(dǎo)電性會(huì)在摻雜量為x=0.04出現(xiàn)，并在x=0.08達(dá)到最大值4.3K，然后轉(zhuǎn)變溫度開始下降，在x=0.10時(shí)下降為2.8K.令人驚奇的是，這樣一個(gè)相圖和高溫超導(dǎo)銅氧化物以及重費(fèi)米子體系是非常的類似的［69］，所不同的是，在這里與超導(dǎo)相互競(jìng)爭(zhēng)的是電荷序，而在高溫超導(dǎo)銅氧化物以及重費(fèi)米子體系中是反鐵磁序.在1T-CuxTiSe2體系中存在這種普適的相圖是非常重要的，對(duì)它的研究將會(huì)給其他相關(guān)領(lǐng)域也帶來重要的幫助.基于以上考慮，我們系統(tǒng)地研究了CuxTiSe2（0.015≤x≤0.110）單晶的輸運(yùn)性質(zhì)、電子結(jié)構(gòu)以及低溫?zé)釋?dǎo)（x=??0.55）［70―72］.當(dāng)x≤0.025，體系在低溫下會(huì)形成電荷密度波，并在面內(nèi)和面外的電阻率隨溫度曲線都表現(xiàn)出一個(gè)寬峰行為.隨著Cu的摻雜，電荷密度波被完全壓制在x=0.55附近，隨后體系會(huì)出現(xiàn)超導(dǎo)電性且隨Cu摻雜而增強(qiáng).體系的超導(dǎo)電性在x≥??0.08以后開始被壓制，在Cu0.11TiSe2樣品中，直到??1.8K都沒有發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)電性.通過角分辨光電子譜的研究，發(fā)現(xiàn)1T-TiSe2母體具有半導(dǎo)體類型的能帶結(jié)構(gòu)，并且發(fā)現(xiàn)，隨著Cu摻雜體系的化學(xué)勢(shì)顯著提高，從而導(dǎo)致電荷密度波的壓制以及超導(dǎo)電性的出現(xiàn).我們還通過低溫?zé)釋?dǎo)的測(cè)量確定了該體系的超導(dǎo)為單帶的s波超導(dǎo).??

小結(jié)??

以上介紹了我們?cè)诟邷爻瑢?dǎo)領(lǐng)域的最新進(jìn)展.我們不但在高溫超導(dǎo)銅基化合物中取得了不錯(cuò)的成績(jī)，在新超導(dǎo)體研究中也處于國(guó)際領(lǐng)先水平，尤其是在新的鐵基高溫超導(dǎo)體的研究方面.?オ?

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第四篇：半導(dǎo)體材料研究的新進(jìn)展(精)

半導(dǎo)體材料研究的新進(jìn)展* 王占國(guó)

(中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所,半導(dǎo)體材料科學(xué)實(shí)驗(yàn)室,北京 100083 摘要:首先對(duì)作為現(xiàn)代信息社會(huì)的核心和基礎(chǔ)的半導(dǎo)體材料在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、社會(huì)可持續(xù)發(fā)展以及國(guó)家安全中的戰(zhàn)略地位和作用進(jìn)行了分析,進(jìn)而介紹幾種重要半導(dǎo)體材料如,硅材料、GaAs和InP單晶材料、半導(dǎo)體超晶格和量子阱材料、一維量子線、零維量子點(diǎn)半導(dǎo)體微結(jié)構(gòu)材料、寬帶隙半導(dǎo)體材料、光學(xué)微腔和光子晶體材料、量子比特構(gòu)造和量子計(jì)算機(jī)用材料等目前達(dá)到的水平和器件應(yīng)用概況及其發(fā)展趨勢(shì)作了概述。最后,提出了發(fā)展我國(guó)半導(dǎo)體材料的建議。本文未涉及II-VI族寬禁帶與II-VI族窄禁帶紅外半導(dǎo)體材料、高效太陽(yáng)電池材料Cu(In,GaSe 2、CuIn(Se,S等以及發(fā)展迅速的有機(jī)半導(dǎo)體材料等。關(guān)鍵詞:半導(dǎo)體材料;量子線;量子點(diǎn)材料;光子晶體

中圖分類號(hào):TN304.0文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

文章編號(hào):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半導(dǎo)體材料的戰(zhàn)略地位

本世紀(jì)中葉,半導(dǎo)體單晶硅材料和半導(dǎo)體晶體管的發(fā)明及其硅集成電路的研制成功,導(dǎo)致了電子工業(yè)革命,深刻地影響著世界的政治、經(jīng)濟(jì)格局和軍事對(duì)抗的形式,徹底改變了人們的生活方式。70年代初,石英光導(dǎo)纖維材料和GaAs等Ⅲ-Ⅴ族化合物半導(dǎo)體材料及其G a A s激光器的發(fā)明,促進(jìn)了光纖通信技術(shù)迅速發(fā)展并逐步形成了高新技術(shù)產(chǎn)業(yè),使人類進(jìn)入了信息時(shí)代。超晶格概念的提出及其半導(dǎo)體超晶格、量子阱材料的研制成功,徹底改變了光電器件的設(shè)計(jì)思想, 使半導(dǎo)體器件的設(shè)計(jì)與制造從過去的“雜質(zhì)工程”發(fā)展到“能帶工程”,出現(xiàn)了以“電學(xué)特性和光學(xué)特性可剪裁”為特征的新范籌, 使人類跨入到量子效應(yīng)

*國(guó)家基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃項(xiàng)目(G2000068300 8

和低維結(jié)構(gòu)特性的新一代半導(dǎo)體器件和電路時(shí)代。半導(dǎo)體微電子和光電子材料已成為21世紀(jì)信息社會(huì)高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)材料。它的發(fā)展將會(huì)使通信、高速計(jì)算、大容量信息處理、空間防御、電子對(duì)抗以及武器裝備的微型化、智能化等這些對(duì)于國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)家安全都至關(guān)重要的領(lǐng)域產(chǎn)生巨大的技術(shù)進(jìn)步, 受到了各國(guó)政府極大的重視。下面就幾種主要的半導(dǎo)體材料研究進(jìn)展作一簡(jiǎn)單地介紹。2幾種主要半導(dǎo)體材料的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)

2.1硅材料

從提高硅集成電路成品率,降低成本看,增大直拉硅(CZ-Si單晶的直徑仍是今后CZ-Si發(fā)展的總趨勢(shì)。目前直徑為8英寸(200m m的S i 單晶已實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn),基于直徑為12英寸(300m m硅片的集成電路(I C技術(shù)正處在由實(shí)驗(yàn)室向工業(yè)生產(chǎn)轉(zhuǎn)變中。目前已有一個(gè)300mm硅片的超達(dá)規(guī)模集成電路(U L S I試生產(chǎn)線正在運(yùn)轉(zhuǎn),另外幾個(gè)試生產(chǎn)線和一個(gè)生產(chǎn)線業(yè)已建成。預(yù)計(jì)2001年300mm, 0.18μm 工藝的硅ULSI生產(chǎn)線將投入規(guī)模生產(chǎn),300mm, 0.13μm工藝生產(chǎn)線也將在2003年完成評(píng)估。直徑18英寸硅片預(yù)計(jì)2007年可投入生產(chǎn),直徑27英寸硅單晶研制也正在積極籌劃中。日本1999年,國(guó)內(nèi)生產(chǎn)6~12英寸的硅單晶為7000噸(8000億日元。18英寸重達(dá)414公斤的硅單晶和18英寸的硅園片也已研制成功。

從進(jìn)一步提高硅IC的速度和集成度看,研制適合于硅深亞微米乃至納米工藝所需的大直徑硅外延片會(huì)成為硅材料發(fā)展的主流。目前, 直徑8英寸的硅外延片已研制成功,更大尺寸的外延片也在開發(fā)中。

理論分析指出,30n m左右將是硅M O S集成電路線寬的“極限”尺寸。這不僅是指量子尺寸效應(yīng)對(duì)現(xiàn)有器件特性影響所帶來的物理限制和光刻技術(shù)的限制問題,更重要的是將受硅、S i O 2 自身性質(zhì)的限制。盡管人們正在積極尋找高K介電絕緣 材料(如用Si

3N 4 等來替代SiO 2 , 低K介電互連材

料,用C u代替A l引線以及采用系統(tǒng)集成芯片

(system on a chip技術(shù)等來提高ULSI的集成度、運(yùn)算速度和功能, 但硅將最終難以滿足人類不斷的對(duì)更大信息量需求。為此,人們正在尋求發(fā)展新材料、新技術(shù),如,納米材料與納米電子、光電子器件、分子計(jì)算機(jī)、D N A生物計(jì)算機(jī)、光子計(jì)算機(jī)和量子計(jì)算機(jī)等。其中,以G a A s、I n P 為基的化合物半導(dǎo)體材料,特別是納米半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)材料(二維超晶格、量子阱,一維量子線與零維量子點(diǎn)材料以及可與硅平面工藝兼容GeSi合金材料等是最有希望的替補(bǔ)材料之一。

2.1GaAs和InP單晶材料

G a A s和I n P是微電子和光電子的基礎(chǔ)材料,為直接帶隙,具有電子飽和漂移速度高、耐高溫、抗輻照等特點(diǎn),在超高速、超高頻、低功耗、低噪音器件和電路,特別在光電子器件和光電集成方面占有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

目前,世界GaAs單晶的總年產(chǎn)量已超過200噸(日本1999年的GaAs單晶的生產(chǎn)量為94噸, G a P為27噸,其中以低位錯(cuò)密度的V G F和H B 方法生長(zhǎng)的2~3英寸的導(dǎo)電GaAs襯底材料為主;近年來,為滿足高速移動(dòng)通信的迫切需求,大直徑(4,6 和8英寸的SI-GaAs發(fā)展很快,4英寸70cm長(zhǎng),6英寸35cm長(zhǎng)和8英寸的半絕緣砷化鉀(S I-G a A s也在日本研制成功。美國(guó)摩托羅拉公司正在籌建6英寸的SI-GaAs 集成電路生產(chǎn)線。預(yù)計(jì)1998~2003年,GaAs外延片市場(chǎng)以每年30%的速度增長(zhǎng)(SI-GaAs 片材1998年銷售為1.24億美元。InP具有比GaAs 更優(yōu)越的高頻性能,發(fā)

展的速度更快;但不幸的是,研制直徑3英寸以上大直徑的InP單晶的關(guān)鍵技術(shù)尚未完全突破,價(jià)格居高不下。

GaAs和InP單晶的發(fā)展趨勢(shì)是:(1增大晶體直徑,目前3~4英寸的SI-GaAs已用于大生產(chǎn),預(yù)計(jì)21世紀(jì)初的頭幾年直徑為6英寸的SI-GaAs也將投入工業(yè)應(yīng)用。(2提高材料的電學(xué)和光學(xué)微區(qū)均勻性。(3 降低單晶的缺陷密度,特別是位錯(cuò)。

(4GaAs和InP單晶的VGF生長(zhǎng)技術(shù)發(fā)展 2.3半導(dǎo)體超晶格、量子阱材料

半導(dǎo)體超薄層微結(jié)構(gòu)材料是基于先進(jìn)生長(zhǎng)技術(shù)(M B E,M O C V D的新一代人工構(gòu)造材料。它

Semiconductor T echnology Vol.27 No.3 March 20029 以全新的概念改變著光電子和微電子器件的設(shè)計(jì)思想,即從過去的所謂“雜質(zhì)工程”發(fā)展到

“能帶工程”,出現(xiàn)了“電學(xué)和光學(xué)特性可剪裁”為特征的新范疇,是新一代固態(tài)量子器件的基礎(chǔ)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基晶格匹配和應(yīng)變補(bǔ)償材料體系已發(fā)展得相當(dāng)成熟,已成功地用來制造超高速,超高頻微電子器件和單片集成電路。高電子遷移率晶體管(H E M T, 贗高電子遷移率晶體管(P-HEMT器件最好水平已達(dá)f max =600GHz, 輸出功率58m W,功率增益6.4d B;雙異質(zhì)結(jié)晶體管

(H B T的最高頻率f max 也已高達(dá)500G H z,H E M T 邏輯大規(guī)模集成電路研制也達(dá)很高水平?；谏鲜霾牧象w系的光通信用1.3μm和1.5μm的量子阱激光器和探測(cè)器,紅、黃、橙光發(fā)光二極管和紅光激光器以及大功率半導(dǎo)體量子阱激光器已商品化;表面光發(fā)射器件和光雙穩(wěn)器件等也已達(dá)到或接近達(dá)到實(shí)用化水平。目前,研制高質(zhì)量的1.5μm 分布反饋(DFB 激光器和電吸收(EA 調(diào)制器單片集成InP基多量子阱材料和超高速驅(qū)動(dòng)電路所需的低維結(jié)構(gòu)材料是解決光纖通信瓶頸問題的關(guān)鍵,在實(shí)驗(yàn)室西門子公司已完成了80×40Gbps傳輸40km 的實(shí)驗(yàn)。另外,用于制造準(zhǔn)連續(xù)兆瓦級(jí)大功率激光陣列的高質(zhì)量量子阱材料也受到人們的重視。

雖然常規(guī)量子阱結(jié)構(gòu)端面發(fā)射激光器是目前光電子領(lǐng)域占統(tǒng)治地位的有源器件,但由于其有源區(qū)極薄(約0.01μm

端面光電災(zāi)變損傷,大電流電熱燒毀和光束質(zhì)量差一直是此類激光器的性能改善和功率提高的難題。采用多有源區(qū)量子級(jí)聯(lián)耦合是解決此難題的有效途徑之一。法國(guó)湯姆遜公司1999年新研制出三有源區(qū)帶間級(jí)聯(lián)量子阱激光器,2000年初, 在美國(guó)召開的SPIE會(huì)議上, 報(bào)道了單個(gè)激光器準(zhǔn)連續(xù)輸出功率超過10W的好結(jié)果。我國(guó)早在70年代就提出了這種設(shè)想,隨后又從理論上證明了多有源區(qū)帶間隧穿級(jí)聯(lián)、光子耦合激光器與中遠(yuǎn)紅外探測(cè)器,與通常的量子阱激光器相比,具有更優(yōu)越的性能,并從1993年開始了此類新型紅外探測(cè)器和激光器的實(shí)驗(yàn)研究。1999年初,980nm InGaAs新型激光器輸出功率以達(dá)5W 以上,包括量子效率、斜率效率等均達(dá)當(dāng)時(shí)國(guó)際最好水平。最近, 又提出并開展了多有源區(qū)縱向光耦合垂直腔面發(fā)射激光器研究,這是一種具有高增益、極低閾值、高功率和高光束質(zhì)量的新型激光器,在未來光通信、光互聯(lián)與光電信息處理方面有著良好的應(yīng)用前景。

為克服pn結(jié)半導(dǎo)體激光器的能隙對(duì)激光器波長(zhǎng)范圍的限制,基于能帶設(shè)計(jì)和對(duì)半導(dǎo)體微結(jié)構(gòu)子帶能級(jí)的研究,1994年美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室發(fā)明了基于量子阱內(nèi)子帶躍遷和阱間共振隧穿的量子級(jí)聯(lián)激光器,突破了半導(dǎo)體能隙對(duì)波長(zhǎng)的限制,成功地獲得

了3.5~17μm波長(zhǎng)可調(diào)的紅外激光器,為半導(dǎo)體激光器向中紅外波段的發(fā)展以及在遙控化學(xué)傳感、自由空間通信、紅外對(duì)抗和大氣質(zhì)量監(jiān)控等應(yīng)用方面開辟了一個(gè)新領(lǐng)域。中科院上海冶金所和半導(dǎo)體所在此領(lǐng)域也進(jìn)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的量子級(jí)聯(lián)激光器;中科院半導(dǎo)體研究所于2000年又研制成功3.7μm室溫準(zhǔn)連續(xù)應(yīng)變補(bǔ)償量子級(jí)聯(lián)激光器,使我國(guó)成為能研制這類高質(zhì)量激光器材料為數(shù)不多的幾個(gè)國(guó)家之一。

目前,III-V族超晶格、量子阱材料作為超薄層微結(jié)構(gòu)材料發(fā)展的主流方向,正從直徑3英寸向4英寸過渡,生產(chǎn)型的MBE(如Riber的MBE6000和VG Semicon的V150 MBE 系統(tǒng), 每爐可生產(chǎn)9×4英寸,4×6英寸或45×2英寸;每爐裝片能力分別為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系統(tǒng), 每爐可生產(chǎn)7×6英寸片, 每爐裝片能力為182片6英寸和MOCVD設(shè)備(如AIX 2600G3,5×6英寸 或9×4英寸,每臺(tái)年生產(chǎn)能力為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研制的生產(chǎn)型設(shè)備中,已有50kg的砷和10kg的鉀源爐出售,設(shè)備每年可工作300天。英國(guó)卡迪夫的M O C V D中心、法國(guó)的P i c o g i g a M B E基地、美國(guó)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、索尼等都有這種外延材料出售。生產(chǎn)型的M B E 和M O C V D 設(shè)備的使用, 趨勢(shì)與展望 10 必然促進(jìn)襯底材料和材料評(píng)價(jià)設(shè)備的發(fā)展。2.3.2硅基應(yīng)變異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料

硅基光電子器件集成一直是人們所追求的目標(biāo)。但由于硅是間接帶隙,如何提高硅基材料發(fā)光效率就成為一個(gè)亟待解決的問題。不幸的是,雖經(jīng)多年研究,但進(jìn)展緩慢。人們目前正致力于探索硅基納米材料(納米Si/SiO ,硅基SiGeC體系 的Si 1-y C y /Si 1-x Ge x 低維結(jié)構(gòu),Ge/Si量子點(diǎn)和量子點(diǎn)

超晶格材料, Si/SiC 量子點(diǎn)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發(fā)光器件的報(bào)道,使人們看到了一線希望。

另一方面, GeSi/Si應(yīng)變層超晶格材料, 因其在新一代移動(dòng)通信上的重要應(yīng)用前景, 而成為目前硅基材料研究的主流。GeSi/Si 2DEG材料77K電子遷移率已達(dá)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 的最高截止頻率已達(dá)200G H z,H B T最高振蕩頻率為160G H z,噪音在10GHz下為0.9dB,其性能可與G a A s器件相媲美,進(jìn)一步的發(fā)展還有賴于同Si 和 GaAs的競(jìng)爭(zhēng)結(jié)果!GeSi材料生長(zhǎng)方法主要有Si-MBE, CBE和超低壓C V D三種,從發(fā)展趨勢(shì)看,U H V/C V D(超低壓C V D方法有較大優(yōu)勢(shì),目前這種淀積系統(tǒng)已經(jīng)具備工業(yè)生產(chǎn)能力。

盡管GaAs/Si和InP/Si是實(shí)現(xiàn)光電子集成最理想的材料體系,但由于晶格失配和熱膨脹系數(shù)等不同造成的高密度失配位錯(cuò)而導(dǎo)致器件性能退化和失效是在該材料實(shí)用化前必需克服的難題。最近,Motolora等公司宣稱,他們?cè)?2英寸的硅襯底上,用鈦酸鍶作緩沖層,成功的生長(zhǎng)了器件級(jí)的G a A s外延薄膜,取得了突破性的進(jìn)展。

2.4 一維量子線、零維量子點(diǎn)半導(dǎo)體微結(jié)構(gòu)材料[1,2] 基于量子尺寸效應(yīng)、量子干涉效應(yīng),量子隧穿效應(yīng)和庫(kù)侖阻效應(yīng)以及非線性光學(xué)效應(yīng)等的低維半導(dǎo)體材料是一種人工構(gòu)造(通過能帶工程實(shí)施的新型半導(dǎo)體材料,是新一代量子器件的基礎(chǔ)。它的應(yīng)用,極有可能觸發(fā)新的技術(shù)革命。這類固態(tài)量子器件以其固有的超高速(10-12~10-13s、超高頻(1000G H z、高集成度(1010電子器件/ c m2、高效低功耗和極低閾值電流(亞微安、極高量子效率、極高增益、極高調(diào)制帶寬、極窄線寬和高的特征溫度以及微微焦耳功耗等特點(diǎn)在未來的納米電子學(xué)、光子學(xué)和新一代VLSI等方面有著極其重要的應(yīng)用背景,得到世界各國(guó)科學(xué)家和有遠(yuǎn)見高技術(shù)企業(yè)家的高度重視。

目前低維半導(dǎo)體材料生長(zhǎng)與制備主要集中在幾個(gè)比較成熟的材料體系上如GaAlAs/GaAs, In(Ga As/GaAs, InGaAs/InAlAs/GaAs, InGaAs/InP,In(GaAs/InAlAs/InP,InGaAsP/InAlAs/InP以及GeSi/Si等,并在量子點(diǎn)激光器,量子線共振隧穿,量子線場(chǎng)效應(yīng)晶體管和單電子晶體管和存儲(chǔ)器研制方面,特別是量子點(diǎn)激光器研制取得了重大進(jìn)展。應(yīng)變自組裝量子點(diǎn)材料與量子點(diǎn)激光器的研制已成為近年來國(guó)際研究熱點(diǎn)。1994年俄德聯(lián)合小組首先研制成功I n A s/G a A s量子點(diǎn)材料, 1996年量子點(diǎn)激光器室溫連續(xù)輸出功率達(dá)1W,閾值電流密度為290A/cm2,1998年達(dá)1.5W,1999年InAlAs/InAs量子點(diǎn)激光器283K溫度下最大連續(xù)輸出功率(雙面高達(dá)3.5W。中科院半導(dǎo)體所在繼1996年研制成功量子點(diǎn)材料,1997年研制成功的量子點(diǎn)激光器后,1998年初,三層垂直耦合InAs/ G a A s量子點(diǎn)有源區(qū)的量子點(diǎn)激光器室溫連續(xù)輸出功率超過1W,閾值電流密度僅為218A/c m2, 0.61W工作3000小時(shí)后,功率僅下降0.83dB。其綜合指標(biāo),特別是器件壽命這一關(guān)鍵參數(shù),處于國(guó)際領(lǐng)先水平。2000年初,該實(shí)驗(yàn)室又研制成功室溫雙面CW輸出3.62W工作波長(zhǎng)為960nm左右的量子點(diǎn)激光器,為目前國(guó)際報(bào)道的最好結(jié)果之一。

在單電子晶體管和單電子存儲(chǔ)器及其電路的研制方面也獲得了重大進(jìn)展,1994年日本NTT 就研制成功溝道長(zhǎng)度為30n m 納米單電子晶體管,并在150K觀察到柵控源-漏電流振蕩,1997年美國(guó)又報(bào)道了可在室溫工作的單電子開關(guān)器件,1998年Yauo等人采用0.25μm工藝技術(shù)實(shí)現(xiàn)了128Mb的單電子存儲(chǔ)器原型樣機(jī)的制造,這是在單電子器件在高密度存儲(chǔ)電路的應(yīng)用方面邁出的關(guān)鍵一步。目前,基于量子點(diǎn)的自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)業(yè)已取得進(jìn)展。其他方面的研究正在深入地進(jìn)行中。

低維半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)制備的方法雖然很多,但從總體來看,不外乎自上而下和自下而上兩種。細(xì)分起來主要有:微結(jié)構(gòu)材料生長(zhǎng)和精細(xì)加工工藝

趨勢(shì)與展望

Semiconductor T echnology Vol.27 No.3 March 200211 相結(jié)合的方法, 應(yīng)變自組裝量子線、量子點(diǎn)材料

生長(zhǎng)技術(shù),圖形化襯底和不同取向晶面選擇生長(zhǎng)技術(shù), 單原子操縱和加工技術(shù), 納米結(jié)構(gòu)的輻照制備技術(shù),及其在沸石的籠子中、納米碳管和溶液中等通過物理或化學(xué)方法制備量子點(diǎn)和量子線的技術(shù)。目前發(fā)展的主要趨勢(shì)是尋找原子級(jí)無損傷加工方法和應(yīng)變自組裝生長(zhǎng)技術(shù),以求獲得無邊墻損傷的量子線和大小、形狀均勻、密度可控的量子點(diǎn)材料。

2.5寬帶隙半導(dǎo)體材料

寬帶隙半導(dǎo)體材主要指的是金剛石、III族氮化物、碳化硅、立方氮化硼以及I I-V I族硫、錫碲化物、氧化物(Z n O等及固溶體等,特別是SiC、GaN 和金剛石薄膜等材料,因具有高熱導(dǎo)率、高電子飽和漂移速度和大臨界擊穿電壓等特點(diǎn),成為研制高頻大功率、耐高溫、抗輻照半導(dǎo)體微電子器件和電路的理想材料,在通信、汽車、航空、航天、石油開采以及國(guó)防等方面有著廣泛的應(yīng)用前景。另外,III族氮化物也是很好的光電子材料,在藍(lán)、綠光發(fā)光二極管(LED和紫、藍(lán)、綠光激光器(LD以及紫外探測(cè)器等應(yīng)用方面也顯示了廣泛的應(yīng)用前景[3]。隨著1993年GaN材料的p型摻雜突破,GaN基材料成為藍(lán)綠光發(fā)光材料的研究熱點(diǎn)。1994年日本日亞公司

研制成功G a N基藍(lán)光L E D,1996年實(shí)現(xiàn)室溫脈沖電注入InGaN量子阱紫光LD,次年采用橫向外延生長(zhǎng)技術(shù)降低了GaN基外延材料中的位錯(cuò),使藍(lán)光LD室溫連續(xù)工作壽命達(dá)到10000小時(shí)以上。目前,大約有10個(gè)小組已研制成功GaN基 LD, 其中有幾個(gè)小組的LD已獲得CW 工作,波長(zhǎng)在400~450nm 之間,最大輸出功率為0.5W。在微電子器件研制方面,G a N基F E T 的最高工作頻率f m a x 已達(dá) 140G H z,f T

= 67 G H z,跨導(dǎo)為260m S/m m;H E M T器件也相繼問世,發(fā)展很快。1999年G a N 基LED銷售已達(dá)30億美元!此外,256×256 GaN 基紫外光電焦平面陣列探測(cè)器也已研制成功。特別值得提出的是,日本Sumitomo 電子工業(yè)有限公司2000年宣稱,他們采用熱力學(xué)方法已研制成功2英寸GaN 單晶材料,并預(yù)計(jì)2001年將有商品出售。這一突破性的進(jìn)展,將有力地推動(dòng)藍(lán)光激光

器和G a N基電子器件的發(fā)展。另外,近年來具有

反常帶隙彎曲的窄禁帶InAsN,InGaAsN,GaNP 和GaNAsP材料的研制也受到了重視,這是因?yàn)樗鼈冊(cè)陂L(zhǎng)波長(zhǎng)光通信和太陽(yáng)能電池等方面顯示了重要應(yīng)用前景。

以Cree公司為代表的體SiC單晶的研制業(yè)已取得突破性進(jìn)展, 2英寸的4H和6H-SiC單晶與外延片,以及3 英寸的4H-SiC單晶已有商品出售;以SiC為GaN基材料襯低的藍(lán)綠光LED業(yè)已上市,參與以藍(lán)寶石為襯低的G a N基發(fā)光器件的競(jìng)爭(zhēng),其他SiC相關(guān)高溫器件的研制也取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。目前存在的主要問題是材料中的缺陷密度高,且價(jià)格昂貴。

II-VI族藍(lán)綠光材料研制在徘徊了近30年后,于1990年美國(guó)3M公司成功地解決了II-VI族的p 型摻雜難點(diǎn)而得到迅速發(fā)展。1991年3M公司利用M B E技術(shù)率先宣布了電注入(Z n,C dS e/ ZnSe藍(lán)光激光器在77K(495nm脈沖輸出功率100mW的消息,開始了II-VI族藍(lán)綠光半導(dǎo)體激光(材料器件研制的高潮。緊接著布朗大學(xué)和普渡大學(xué)的Jeon等人在n和p型GaAs襯底或GaAs緩沖層上制備了以(Zn,CdSe/ZnSe多量子阱為有源區(qū),Z n(S,S e/Z n S e為異質(zhì)結(jié)限制層的藍(lán)光激光器(470n m,250K脈沖工作,閾值電流密度J th =850A/c m2,輸出功率為600m W;1992年3M公司又研制成功了以Z n S e為有源區(qū), J th =320A/cm2,在室溫下脈沖輸出100mW的藍(lán)光半導(dǎo)體激光器,但壽命都很短。與GaAs晶格匹配的ZnMgSSe四元材料體系的研制成功可使(ZnCdSe的帶隙調(diào)至約4.5e V,這使II-VI激光器的波長(zhǎng)可覆蓋藍(lán)光和綠光范圍,同時(shí)也在一定程度上克服了高失配位錯(cuò)導(dǎo)致的LD 壽命短難題。采用以CdZnSe為阱,ZnMgSe為波導(dǎo)層,四元Z n M g S S e為蓋層的Z n S e基LD結(jié)構(gòu),使其LD壽命穩(wěn)步增長(zhǎng)。據(jù)最近報(bào)導(dǎo),ZnSe基II-VI族藍(lán)綠光LD的壽命已達(dá)1000小時(shí)以上,但同G a N基藍(lán)-綠光L D相比,相差仍很大。目前, ZnSe基II-VI族材料研究重點(diǎn)是弄清退化機(jī)理(已提出的退化模型有層錯(cuò)和點(diǎn)缺陷相關(guān)模型等,最近的研究表明,點(diǎn)缺陷相關(guān)退化模型(電子和

(下轉(zhuǎn)第14頁(yè) 趨勢(shì)與展望 12

趨 勢(shì) 與 展 望 交流有關(guān)半導(dǎo)體制造設(shè)備、材料研究開發(fā)以 及 標(biāo) 準(zhǔn) 的 最 新 商 務(wù) 和 技 術(shù) 發(fā) 展 動(dòng) 向，內(nèi)容豐富、新穎，如全球設(shè)備市場(chǎng)狀況和預(yù)測(cè)、低 Ｋ 介質(zhì)沉 積和腐蝕工藝的集成模塊，先進(jìn)的柵技術(shù)，用低 Ｋ 介質(zhì)的 １ ３ ０ ｎ ｍ Ｃ Ｍ Ｐ 工藝的監(jiān)測(cè)，銅引線工藝集 成模塊，工藝材料現(xiàn)狀與預(yù)測(cè)，從 １ ３ ０ ｎ ｍ 跨入 １ ０ ０ ｎ ｍ，用于芯片倒扣焊的下填料技術(shù)的發(fā)展，硅晶片標(biāo)準(zhǔn)的最新進(jìn)展，小于 ０．１８μｍ 技術(shù)用低密 度等離子體工藝等等。被邀請(qǐng)來的將包括 Ｔ ｏ ｋ ｙ ｏ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｌｔｄ．，上海先進(jìn)（ＡＳＭＣ），上海宏力半 導(dǎo)體制造（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等來自世界領(lǐng)先半導(dǎo)體制造（上接第 １ ２ 頁(yè)）技術(shù)公司的行政官員和技術(shù)骨干應(yīng)邀演講。根據(jù) ＳＥＭＩ 中國(guó)活動(dòng)協(xié)調(diào)小組的任務(wù)宗旨，多 年來在國(guó)內(nèi)有關(guān)企業(yè)的積極配合下，與 ＳＥＭＩ 的合 作 不 斷 加 強(qiáng)，經(jīng) 雙 方 共 同 努 力，使 Ｓ Ｅ Ｍ Ｉ Ｃ Ｏ Ｎ Ｃ Ｈ Ｉ Ｎ Ａ 已成為國(guó)內(nèi)外半導(dǎo)體行業(yè)界和企業(yè)間互相 學(xué)習(xí)，共同促進(jìn)，協(xié)同發(fā)展的交流平臺(tái)，為中國(guó) 半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展起到了積極的推動(dòng)作用。２ ０ ０ ２’Ｓ Ｅ Ｍ Ｉ Ｃ Ｏ Ｎ

Ｓ Ｈ Ａ Ｎ Ｇ Ｈ Ａ Ｉ 又將是半導(dǎo)體 行 業(yè) 界 互 相 交 流，企 業(yè) 相 聚 的 盛 會(huì)，《半導(dǎo)體技 術(shù)》預(yù) 祝 大 會(huì) 圓 滿 成 功。本文根據(jù) ＳＥＭＩ中國(guó)活動(dòng)協(xié)調(diào)小組秘書處提供 材料整理 空穴通過點(diǎn)缺陷的非輻射復(fù)合的聲子發(fā)射增強(qiáng)缺陷 反應(yīng)）是導(dǎo)致 Ｚ ｎ Ｓ ｅ 基材料體系壽命短的主要機(jī) 制。為此，提出了用 Ｂ ｅ 同 Ｖ Ｉ 族元素的化合物所 具有的強(qiáng)鍵能來硬化晶格的措施，雖有進(jìn)展，但 尚未取得突破?？偟膩砜矗岣哂性磪^(qū)材料的完 整性，特別是要降低由非化學(xué)配比導(dǎo)致的點(diǎn)缺陷 密度是該材料體系走向?qū)嵱没氨匦枰鉀Q的問 題，當(dāng)然，進(jìn)一步降低失配位錯(cuò)和解決歐姆接觸 等問題也是很重要的。寬帶隙半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料往往也是典型的大 失配異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料，所謂大失配異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料是 指晶格常數(shù)、熱膨脹系數(shù)或晶體的對(duì)稱性等物理 參數(shù)有較大差異的材料體系，如 Ｇ ａ Ｎ ／ 藍(lán)寶石，ＳｉＣ／Ｓｉ 和 ＧａＮ／Ｓｉ 等。大晶格失配引發(fā)界面處大量 位錯(cuò)和缺陷的產(chǎn)生，極大地影響著微結(jié)構(gòu)材料的 光電性能及其器件應(yīng)用。如何避免和消除這一負(fù) 面影響，是目前材料制備中的一個(gè)迫切要解決的 關(guān)鍵問題。９

０ 年代以來，國(guó)際上提出了多種解決 方法，雖有進(jìn)展，但未能取得重大突破。我們基 于缺陷工程、晶面特征與表面再構(gòu)、晶體結(jié)構(gòu)對(duì) 稱性和生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)等方面的考慮，提出了柔性襯底的 概念，并在 ＺｎＯ／Ｓｉ、γ－Ａｌ ２ Ｏ ３ ／Ｓｉ、ＳｉＣ／Ｓｉ 和 ＧａＮ／ Ｓｉ 等異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料準(zhǔn)備方面取得了進(jìn)展。這個(gè)問 題的解決，必 將 極 大 地 拓 寬 材 料 的 可 選 擇 余 地，開辟新的應(yīng)用領(lǐng)域。目前，除 ＳｉＣ 單晶襯低材料，ＧａＮ 基藍(lán)光 ＬＥＤ 材料和器件已有商品出售外，大多數(shù)高溫半導(dǎo)體 材料仍處在實(shí)驗(yàn)室研制階段，不少影響這類材料 發(fā)展的關(guān)鍵問題，如 ＧａＮ、ＺｎＯ 等體單晶材料、寬 帶隙 ｐ 型摻雜和歐姆電極接觸，單晶金剛石薄膜生 長(zhǎng)與 ｎ 型摻雜，ＩＩ－ＶＩ 族材料的退化機(jī)理等仍是制 約這些材料實(shí)用化的關(guān)鍵問題，國(guó)內(nèi)外雖已做了 大量的研究，至今仍未取得重大突破。（待續(xù)）英特爾安騰 ｄ 處理器列入新加坡生物醫(yī)學(xué)網(wǎng)的重要候選平臺(tái) 英特爾公司今天與新加坡生物信息學(xué)研究所 簽 署 合 作 備 忘 錄，成 為 新 加 坡 政 府 生 物 醫(yī) 學(xué) 項(xiàng) 目 的 技 術(shù) 合 作 伙 伴。新 加 坡 生 物 信 息 學(xué) 研 究 所 是新加坡的科學(xué)、技術(shù)和研究機(jī)（Ａ ＊ Ｓ Ｔ Ａ Ｒ）投 資 的 一 家 研 究 所。作 為 協(xié) 議 的 一 部 分，英特 爾將向新加坡生物信息學(xué)研究所提供一系列服 14 半導(dǎo)體技術(shù)第 ２７ 卷第 ３ 期 務(wù)，包 括 優(yōu) 先 獲 得 關(guān) 鍵 英 特 爾 技 術(shù)、對(duì) 主 要 研 究人員的專業(yè)高級(jí)培訓(xùn)、以及提供現(xiàn)場(chǎng)顧問咨 詢，幫 助 新 加 坡 政 府 加 快 推 進(jìn) 多 項(xiàng) 生 物 技 術(shù) 計(jì) 劃。新加坡生物信息學(xué)研究所將評(píng)估英特爾 ｄ 安 騰 ｄ 處理器家族，并將其列入新加坡生物醫(yī)學(xué)網(wǎng) 的候選平臺(tái)。二 Ｏ Ｏ 二年

三月

第五篇：線粒體自由基與衰老之間的關(guān)系

線粒體自由基與衰老之間的關(guān)系

一、線粒體簡(jiǎn)介

動(dòng)物的線粒體DNA（mtDNA）是裸露環(huán)形雙螺旋。兩條鏈一條是重鏈，一條是輕鏈。除mtDNA外，線粒體還擁有自身轉(zhuǎn)錄RNA體系。線粒體是半自主性細(xì)胞器，其遺傳物質(zhì)可自我復(fù)制，能編碼13種多肽，并在線粒體核糖體上合成。

二、衰老

衰老是一種復(fù)雜的病理生理現(xiàn)象, 衰老機(jī)理的研究目前已從整體水平、器官水平、細(xì)胞水平發(fā)展到分子水平。近年來大量研究表明, 衰老的發(fā)展過程與線粒體(mitochondrion, MT)功能異常密

切相關(guān), 目前自由基被視為引發(fā)衰老的一個(gè)重要因素。

三、線粒體與衰老

線粒體是直接利用氧氣制造能量的部位，90%以上吸入體內(nèi)的氧氣被線粒體消耗掉。任何事物都有其兩面性，氧是個(gè)“雙刃劍”，一方面生物體利用氧分子制造能量，另一方面氧分子在被利用的過程中會(huì)產(chǎn)生極活潑的中間體（活性氧自由基）傷害生物體造成氧毒性。生物體就是在不斷地與氧毒性進(jìn)行斗爭(zhēng)中求得生存和發(fā)展的，氧毒性的存在是生物體衰老的最原初的原因。線粒體利用氧分子的同時(shí)也不斷受到氧毒性的傷害，線粒體損傷超過一定限度，細(xì)胞就會(huì)衰老死亡。

1.線粒體自由甚的產(chǎn)生

自由基是只帶有未配對(duì)電子的粒子, 化學(xué)性質(zhì)極為活躍, 易對(duì)機(jī)體產(chǎn)生迅速而強(qiáng)烈的損傷, 主要包括ROS和活性氮基因(RNS)。

氧自由基主要來源于線粒體呼吸鏈反應(yīng), 這里可產(chǎn)生活細(xì)胞內(nèi)90%以上的自由基。正常情況下電子通過呼吸鏈傳遞給氧生成, 如果線粒體功能下降, 會(huì)使氧不能被有效利用, 導(dǎo)致大量電子漏出, 直接對(duì)氧進(jìn)行單電子還原, 生成氧氣離子。氧氣離子又可被位于線粒體基質(zhì)的超氧化物歧化酶（Mn一SOD）歧化成氧氣和雙氧水, 因此電子漏是細(xì)胞內(nèi)的恒定來源, 電子漏出增加, ROS產(chǎn)生增加。

2.線粒體權(quán)自由基隨年齡增長(zhǎng)而增加的機(jī)制

線粒體內(nèi)隨年齡增長(zhǎng)不斷積聚有三方面的原因一方面由于線粒體電子傳遞鏈的活性下降, 電子漏和質(zhì)子漏不斷增加;另一方面與年齡相關(guān)的線粒體的突變可降低其編碼的呼吸鏈成分的功能, 為電子漏出提供條件, 導(dǎo)致氧自由基產(chǎn)生增加;第三, 線粒體內(nèi)抗氧化酶活性不斷下降,自由基清除減少亦是重要原因之一。

3.線粒體權(quán)自由甚在細(xì)胞衰老中的作用

氧化應(yīng)激是細(xì)胞衰老的重要原因之一, 而ROS參與各種氧化反應(yīng)如脂質(zhì)過氧化和蛋白質(zhì)撥基化等, 造成生物大分子的結(jié)構(gòu)改變和功能喪失, 甚至引起基因突變、DNA復(fù)制停止等, 從

而導(dǎo)致細(xì)胞的老化以及衰老疾病的發(fā)生與發(fā)展。不少研究已證實(shí)在人類衰老進(jìn)程及一些年齡相關(guān)性疾病中出現(xiàn)高水平ROS。

3.1線粒體呼吸鏈復(fù)合物活性的下降在細(xì)胞衰老中發(fā)揮的作用

由于氧自由基主要來源于線粒體呼吸鏈反應(yīng),所以電子傳遞鏈?zhǔn)紫仍馐苎踝杂苫难趸瘬p傷, 導(dǎo)致復(fù)合物活性下降。研究表明經(jīng)三丁基過氧化氫一作用的線粒體, 呼吸鏈復(fù)合物Ⅰ和Ⅱ的活性下降, H2O2產(chǎn)量增。不同呼吸鏈復(fù)合物的功能下降均

在細(xì)胞衰老中發(fā)揮一定的作用。用甲磺酸去鐵胺去特異性抑制呼吸鏈復(fù)合物的活性, 可發(fā)現(xiàn)線粒體膜電位瓦解, ”ATP產(chǎn)量下降, 細(xì)胞阻滯于GⅠ/S期表現(xiàn)出衰老樣變。

3.2mtDNA的氧化損傷在細(xì)胞衰老中發(fā)揮的作用

mtDNA無組蛋白的保護(hù), 并且缺乏有效的修

復(fù)系統(tǒng), 因此呼吸鏈產(chǎn)生的氧自由基容易引起mtDNA

突變, 有報(bào)道m(xù)tDNA突變率比核DNA高10一20加倍。mtDNA氧化損傷后使其編碼的呼吸鏈復(fù)合物的結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生變化, 電子傳遞效率降低, 導(dǎo)致ROS進(jìn)一步增多, 從而形成惡性循環(huán), 最后引起機(jī)體的衰老和年齡相關(guān)的退行性疾。

3.3線粒體膜的氧化損傷在細(xì)胞衰老中發(fā)揮的作用

生物膜中的不飽和脂肪酸(PUFA)最易被自由基氧化, 形成脂質(zhì)過氧化物(LPO), 破壞其類脂質(zhì)結(jié)構(gòu)。線粒體是體內(nèi)氧自由基的主要來源, 且線粒體膜含有豐富的PUFA, 因此更易受自由基的攻擊。

3.4線粒體能量代謝障礙在細(xì)胞衰老中發(fā)揮的作用

線粒體是細(xì)胞的能源中心, 在電子傳遞過程中電子所釋放的能量被用來將基質(zhì)內(nèi)的質(zhì)子泵出到線粒體內(nèi)膜外, 從而在線粒體內(nèi)膜兩側(cè)產(chǎn)生一電化學(xué)梯度, 形成線粒體膜電位。內(nèi)膜外的質(zhì)子可通過ATP合成酶FO亞基上的質(zhì)子通道流回到基質(zhì)內(nèi), 質(zhì)子回流所釋放的勢(shì)能被用來使ADP磷酸化形成ATP。因此電子傳遞的4種復(fù)合物與ATP合成酶(復(fù)合物V)一起構(gòu)成氧化磷酸化的基礎(chǔ)。隨著年齡的增長(zhǎng), 這5種復(fù)合物的氧化損傷不斷積聚, 數(shù)量和活性降低, 直接決定ATP了開的生成減少。此外, 自由基代謝與能量代謝分享呼吸鏈底物供給的電子, 隨著年齡的增長(zhǎng), 呼吸鏈電子漏出增多, 自由基代謝相應(yīng)增多, 這就意味著能量代謝的減少。

綜上所述, 衰老相關(guān)的線粒體氧自由基的增多, 使線粒體功能不斷下降, 不能發(fā)揮其正常的氧化和呼吸功能, 從而使細(xì)胞逐步走向衰老、死亡,可見延緩線粒體功能衰退是一種有效的抗衰老途徑。目前通過保護(hù)線粒體功能和抑制線粒體氧自由基增多從而發(fā)揮抗衰老功效的藥物主要有褪黑素和一些抗氧化劑類中藥。

延緩衰老是人類一直在探索的課題,尋找具有抗氧化作用的營(yíng)養(yǎng)素,抑制自由基對(duì)人體線粒體的損傷進(jìn)而延緩衰老,防治疾病,是一個(gè)有著廣闊的研究方向,具有很大的應(yīng)用價(jià)值和開發(fā)。

眾多的研究已經(jīng)證實(shí)，長(zhǎng)期的有氧運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練可以使線粒體 產(chǎn)生適應(yīng)性的變化，包括線粒體體積和數(shù)目的增加，酶合成增 加!活性提高，從而提高線粒體氧化磷酸化能力，而抗氧化酶活性的提高!將削弱自由基對(duì)線粒體蛋白質(zhì)&脂類和!DH>6 的損傷，這對(duì)維護(hù)和增強(qiáng)線粒體的結(jié)構(gòu)和功能具有積極意義 參考文獻(xiàn)：

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