关键词温差发电；半导体；LED
中图分类号TM6文献标识码A文章编号1674-6708（2016）170-0188-02
便携式照明装置是我们生活中不可缺少的工具，传统便携式照明灯需要电池作为电源，此类产品有以下两个问题，一是需要频繁充电或者更换电池，尤其在不方便充电的户外时，会给用户带来极大不方便；二是废电池污染环境。目前半导体温差发电技术日趋成熟，其利用体温与环境的温差即可满足小功率LED的供电需求，并且温差发电不受地点，天气等条件的影响，随时可以工作，能够满足应急情况下的照明需要，此装置也不需要电池作为储能，减少了电池的使用，符合国家提出的“生态文明建设”。
1温差发电原理
1.1塞贝克效应
1.2温差半导体片
如图1所示，温差半导体片由导热陶瓷基片、金属导电层、P（N）型热电材料等组成。其一端处于高温状态，另一端处于低温状态下，因为热激发作用，P型材料高温端空穴浓度会高于低温端，在浓度梯度的作用下，空穴将会扩散到低温的一端，因此P型材料低温端带正电，高温端带负电[3]；N型材料由于热激发作用，高温端的自由电子扩散到低温端，因此N型材料低温端带负电，高温端带正电。同时，高温与低温端会在导体中建立起一个静电场，阻止带电粒子的扩散运动，当达到静电平衡时，半导体两端就会形成有一定大小的电动势[4-7]。
2设计方案
2.1温差发电模块
温差发电模块整体设计为正六角柱筒，如图2，6片温差半导体片镶嵌在正六角柱筒的6个侧面上，冷端朝内，热端朝外，正六角柱筒的材质为硬质塑料，温差半导体片型号为TEP1-097T200，尺寸为20mm×40mm×3.4mm，最大耐温200℃。由于温差半导体片热端和冷端相距较近，容易发生热传递，因此维持两端的温度差是发电的关键技术。为获得最大发电功率，温差半导体片冷端通过导热硅脂胶黏贴在铝制散热块上，铝制散热块可以带走温差半导体片热端传递到冷端的热量，使冷端始终保持环境温度[8-10]。热端作为正六角柱外侧面的一部分，当用手掌握持本装置时，直接与手掌接触，充分吸收人体温度。
半导体温差发电模块在实际应用中相当于一个随着外界环境温度变化的有内阻的直流电压源，其串并联特性与电压源一样，即串联时电流不变，电压为各个串联模块输出电压之和，总内阻为各个串联模块内阻之和；并联时电压不变，电流为各个并联模块电流之和，总内阻按照并联电阻计算。无论是串联还是并联，其总功率都为各个模块输出功率之和[11]。生产厂家提供的TEP1-097T200温差半导体片的参数如图3，根据图3所示参数，本文采用串联的方式发电。
2.2稳压电路
根据赛贝克效应的发电原理可知，如果温差半导体片两端的温差变化时，其输出的电压也是不稳定的[12]，为了保证LED的正常工作，需要一个稳压电路，本文采用可调集成稳压器LM317，其电路图如图4。
图4所示稳压电路最大输出电流为2.2A，电压的输出范围为1.25～37V，1、2脚之间为1.25V电压基准，改变R2阻值即可调整稳压电压值，为了使得稳压器的输出性能稳定，R1需要小于240Ω。输出电压Uo可由（2）式计算得到[13]。
3工作性能分析
本装置正常工作时，热端吸收手掌温度，稳定在32℃左右；考虑到本便携式照明装置冷端与环境温度相近，且本装置主要在野外夜间使用，我国野外夜间温度一般低于10℃，为保证装置的环境适用性，实验中冷端取环境温度为10℃[14，15]。在温差固定的情况下，多次测量1片TEP1-097T200温差发电片的输出特性，结果如表1。
本文采用3颗相同的LED并联组成LED照明模块，每颗功率为60MW，额定电压为3V，温差发电模块输出的电压经稳压模块后，稳定输出3V电压给LED照明模块供电。本装置正常工作时，LED照明模块两端电压、电流数据如表2。
根据表1和表2的实验数据可知，温差发电模块利用体温与环境温度的温差发电功率为0.3W左右，LED照明模块的额定功率为0.18W，所以温差发电模块可以很好满足装置正常工作的需要。
4结论
根据上面的设计，温差发电模块利用手掌温度与野外夜间环境温度的温差发电，其输出电压经稳压电路稳压后，可以满足LED正常工作需要。本便携式照明装置使用方便，充分利用了绿色能源，可以很好地解决野外工作人员应急的照明需要。
参考文献
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【关键词】半导体MES研究应用分析探讨
一、半导体MES系统的功能与基本的框架
针对半导体MES系统的功能以及其基本的系统架构进行分析和研究，是开展一系列工作的基础性环节。
（1）半导体MES系统的主要功能。
半导体行业MES系统的主要功能，其最核心的部分，是针对设备的管理、产品制品的管理、生产流程的管理以及工程数据的采集分析和生产过程的控制监督等。另外，在实践的操作和运用当中，还可以使得系统的功能更加完善并且可靠，进而可以满足企业改进技术手段的需求，满足更高级生产的需要。在当前阶段的半导体MES系统中，还出现了新型的扩展功能，所有的功能都是半导体MES系统当中的重要组成部分，是一个不可分割的整体，并且为半导体行业的进一步发展，奠定了坚实的基础。
（2）半导体MES系统的基本架构。
目前主流的半导体MES系统均采用三层架构，即：表示层、功能层以及数据层。这种架构具有客户端负载小以及易于更新维护等优点。而在其三层的结构当中，客户端使用普通个人电脑，只需要安装必要的插件和浏览器，就可以直接通过网络访问、编辑服务器当中的数据。同时，应用服务器则使用Web服务器或消息中间件等实现数据更新及信息传递，其优点，是容易进行后期的维护以及开发管理。最后，后台数据库，则是当前较为主流的关系型数据库，由于MES往往被定义为企业的核心运营系统，而数据又是系统的核心资源，因此存取数据的关系型数据库所运行环境必须具备可靠的保障，目前比较流行的做法是定时对数据进行快照、复制等，对数据库系统本身则运用集群技术，以保障系统的稳定性及高可用性。
二、半导体MES的应用
信息化工作的推动，往往采取项目形式，半导体MES系统的实施也不例外。在正式实施系统之前，重点工作包括项目团队的建立以及项目实施范围的确定，并明确客户（甲方）及开发商（乙方）的基本情况，值得关注的是，由于信息化项目的特殊性，甲方高管的参与度越高，推动越积极，则项目成功的概率也越高，反之，甲方参与项目人员则容易产生消极、抵触等情绪，很有可能导致需求反复、项目超时等问题，严重者，甚至直接导致项目失败；其次，需要建立业务蓝图，并以系统实施为契机启动业务流程再造（BPR），实施阶段，车间管理对象的模型建立，在系统当中，为了满足管理的需求，需要将每一个具有特定的属性和特征的实体称作是对象，按照对象的特征开发数据维护界面。半导体制造车间的对象大体上分为两类。第一类，软体对象，任何变化都受到控制，不具备本身的属性；第二类，对象仅仅关注本身的存在性和属性，对象当前状态及属性的直观呈现对于排单及车间生产制造有着很强的指导意义。每一个对象都有与之对应的活动版本，一个完整的ECN过程包含有申请、解冻、审批、修改以及公布。
在工艺流程模型建立过程中，系统定义了以下几种对象：工艺流程、加工工序以及设备能力集。在完成上述工作之后，下一阶段则为系统的实施和上线，首先需要对基础信息进行整理，对功能进行定制和开发，并且进行系统单元测试和集成测试，直至达到系统上线的标准。
在登录进入系统之后，就可以在用户指定的权限范围之内，执行相关的系统操作。如：针对制造车间的运行流程进行定义，监控订单下达及制造加工过程、设备工作状态等，并能实时采集分析数据，其可以在最大程度上客观反映车间操作人员的执行及设备运行情况。通过使用半导体MES系统，并且在实践中对系统进行持续完善，很多半导体企业因此受益。企业生产效率、设备OEE均得到了稳步提升，产品的生产周期显著缩短，并且在制品报废率也明显降低，一线操作人员的流失率得到了很好的控制，车间的产能进一步提升。
三、结束语
综上所述，根据对半导体行业MES系统的研究与应用分析，从当前实际出发，对其基本框架以及系统实施、使用等多个环节的工作，进行探析，力求以此为基础，更进一步地为有关工作的加强与改进，做出积极贡献，并且为解决现阶段我国半导体行业中存在的诸多问题，提供坚实的理论基础。
参考文献
[1]张权.浅议半导体MES技术系统的优势[J].现代制造业，2011.9：78-82
关键词：金属半导体；电场方向；接触
中图分类号：O472文献标识码：A文章编号：1000－8136（2012）06－0130－02
半导体物理是许多专业的基础专业课，关系到诸多专业的知识提高与创新基础。但由于授课时长的限制，许多专业内容没有深入，造成了学生理解上的障碍。下面，笔者就书本中没有讲到的问题，尤其是关于金属半导体接触电场方向进行讨论。
为了更清楚的介绍金属半导体的接触，我们首先介绍金属半导体的功函数。金属功函数是指真空中静止电子的能量E0与金属的EF能量之差，即Wm＝E0－（EF）m，表示一个起始能量等于费米能级的电子，由金属内部逸出到真空中所需要的最小值。同样，半导体的功函数是指真空中静止电子的能量E0与半导体的EF能量之差，即Ws＝E0－（EF）s。我们在此讨论在金属半导体的接触过程中，金属和n型半导体接触的情形。同时我们假设在金属半导体接触时金属与半导体具有共同的真空静止电子能级且金属的功函数Wm大于半导体的功函数Ws。我们分为如下两种情况讨论：接触间隙较大的情况和紧密接触时的情况。
1接触间隙较大的情况
如图1所示，即为接触间隙较大时金属半导体的能带图。其中EF为电子费米能级。
在接触间隙较大时，半导体一侧的电子向金属一侧流动，使得金属表面的电子增多，金属表面带负电，使得金属的电势下降。而半导体的表面此时由于缺少电子而带正电，半导体的电势上升。这样，在金属半导体之间形成了接触电势差。此时的金属半导体之间的电场方向是从半导体指向金属的。
由于接触时电子向金属一侧流动，使得金属表面带负电荷，而半导体表面带正电荷，电场的方向是从正电荷指向负电荷的，此即此时的电场方向。达到平衡时金属半导体具有统一的费米能级。
注：图1中，D为金属半导体之间的间隙。
2紧密接触时的情况
如图2所示，即为在金属半导体紧密接触时的情形。将此情形与接触间隙较大时的情形比较可知，金属半导体之间的缝隙被压缩甚至到可看作一条线，将其合理放大画作如图所示。现在讨论在接触间隙较大时的金属半导体之间的电场在此情形时（即紧密接触时）的情况。
在紧密接触时，半导体内的电子同样会向金属一侧流动，而由于接触间隙很小，使得半导体表面存在有空间电荷区，在空间电荷区内存在电场，电场造成能带弯曲。使半导体表面与内部之间存在电势差，该电势差称为表
面势Vs，接触电势差一部分落在金属与
半导体界面Vms，一部分落在半导体表
面即上面所提到的表面势Vs。此时如果
接触间隙接近原子间距，电子可自由穿
过间隙，此时有Vms趋于0，接触电势
差大部分降落在空间电荷区，考虑极限
情况，即为忽略间隙的能带，见图3。
此时的接触电势差完全降落在空间电荷区，在半导体的表面会形成一个空间电荷区，此空间电荷区的电场方向为从体内指向体表（上图中即为从右往左）。
那么，此电场方向为什么是从体内到体表？很多人会有这样一个误区，即认为电子的流动方向是从半导体到金属，则根据电子的流动来反推电场的方向应为从半导体表面指向内部，由此进一步应得到在半导体表面的能带情况应该是向下弯曲的，与书本所讲相反。在此，这种理解是错误的，现就讨论说明紧密接触时半导体表面电场的方向问题。
在紧密接触时，由于接触前金属半导体费米能级不相等，为了达到相等时的平衡状态（统一的费米能级是平衡的标志），电子会由半导体一侧向金属一侧流动，使得半导体一侧的能带向上弯曲，最终达到平衡状态，即金属半导体具有统一的费米能级。而电子从半导体向金属一侧的流动，其动力来源不是内部的电场作用，而是费米能级的不相等所存在的某种力的作用。费米能级的物理意义为，在该状态上电子占据的概率是1/2的能级。那么由于费米能级的不相等，出现了电子的流动，可以将电子流动的动力理解为一种能量差（类似于浓度差的不相等引起的扩散作用），而不是电场的作用而导致的电子的流动。因此，很多人理解的由于电子的流动是从半导体向金属一侧流动而推出的电场方向是错误的，那么，电场的实际方向是从半导体的表面指向内部的，这又应作何解释呢？我们可以这样理解，在接触间隙较小直到可以忽略的情况，皆为接触间隙较大时的特例，那么此时的半导体表面的电场即为在间隙较大时的金属和半导体之间的电场向半导体内部移动所得，其方向和间隙较大时的方向应该是一致的，即为从半导体的表面指向内部。
至此，我们讨论了在金属半导体接触过程中的电场的方向问题。现总结如下：在金属半导体接触时，当间隙较大时，金属半导体之间的电场方向是从半导体指向金属的，而当间隙较小直至可以忽略时，半导体表面的电场方向是从半导体的内部指向体表。（编辑：李敏）
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