核心電子器件探究趨勢(shì)可視化研究

1、核心電子器件探究趨勢(shì)可視化研究摘要：以sci-expanded數(shù)據(jù)庫(kù)為來(lái)源，對(duì)國(guó)家核 心電子器件重要研究領(lǐng)域之一一光電子器件2000-2011年間 科研論文的國(guó)家/地區(qū)分布情況作出分析，同時(shí)采用動(dòng)態(tài)圖 譜可視化方式，對(duì)最近12年來(lái)國(guó)際光電子學(xué)領(lǐng)域的主要研 究方向做一個(gè)歸納總結(jié)，并對(duì)每個(gè)研究方向中的研究熱點(diǎn)趨 勢(shì)變化逐一進(jìn)行分析，得到該領(lǐng)域當(dāng)前階段的“研究熱點(diǎn)主 題”、“逐漸過(guò)時(shí)的主題”和"快速發(fā)展的主題”，并依此 對(duì)該學(xué)科研究提出相關(guān)建議。關(guān)鍵詞：光電子器件；動(dòng)態(tài)圖譜；可視化1引言光電子學(xué)是由光學(xué)技術(shù)和電子學(xué)技術(shù)結(jié)合而成的技術(shù) 學(xué)科，是繼微電子技術(shù)之后迅速興起的一個(gè)高科技領(lǐng)域，將 在

2、當(dāng)今信息時(shí)代占據(jù)越來(lái)越為重要的位置。全面深刻了解該 領(lǐng)域發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)對(duì)于科技管理、科研選題和國(guó)際合作具 有重要意義。本文以預(yù)測(cè)光電子學(xué)領(lǐng)域未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)為目 的，利用知識(shí)圖譜可視化工具，以固定時(shí)長(zhǎng)隨時(shí)間逐步推移 為窗口，繪制動(dòng)態(tài)知識(shí)圖譜，連續(xù)觀察其研究熱點(diǎn)變化趨勢(shì), 形成一套新的技術(shù)情報(bào)監(jiān)測(cè)方法。2樣本與方法以sci-expanded數(shù)據(jù)庫(kù)為數(shù)據(jù)來(lái)源，檢索策略為：''（主 題二(opto-electronic device* ) or ( optoelectronic device* ) ) and文獻(xiàn)類型=(article )",時(shí)間確定為 2000-2011年，經(jīng)

3、檢索和清洗，最終得到6266條論文記錄。 運(yùn)用科學(xué)計(jì)量學(xué)的方法及citespace ii可視化工具，對(duì)光 電子學(xué)領(lǐng)域的學(xué)術(shù)論文作國(guó)家/地區(qū)分布及研究熱點(diǎn)趨勢(shì)的 分析。3光電子學(xué)領(lǐng)域研究國(guó)家/地區(qū)分布6266篇論文記錄共分布于78個(gè)國(guó)家/地區(qū)，其中美國(guó)、 中國(guó)和日本分別位列sci論文量世界前三甲。值得注意的是, 中國(guó)臺(tái)灣躍居前5,可見(jiàn)在近12年間，其對(duì)光電子器件領(lǐng)域 的研究較為活躍(見(jiàn)表1)。而要確定核心國(guó)家/地區(qū)，僅憑論文發(fā)表量來(lái)判定有失 偏頗。篇均被引頻次(average citations per paper)是 在給定時(shí)間內(nèi)，某期刊(科學(xué)家、機(jī)構(gòu)和國(guó)家/地區(qū))所發(fā) 表文獻(xiàn)的總被引頻次除以

4、該刊(科學(xué)家、機(jī)構(gòu)和國(guó)家/地區(qū)) 全部論文數(shù)。以國(guó)家為例，它表示某國(guó)家所發(fā)表論文被引用 的平均水平，若其值高，代表該國(guó)家在本學(xué)科和學(xué)科共同體 中的影響程度高。篇均被引頻次是一個(gè)相對(duì)數(shù)量指標(biāo)，它彌 補(bǔ)了絕對(duì)數(shù)量指標(biāo)中馬太效應(yīng)導(dǎo)致的偏差。因此，該指標(biāo)可 消除國(guó)家/地區(qū)科研規(guī)模大小的差別，更強(qiáng)調(diào)科學(xué)研究的質(zhì) 量。統(tǒng)計(jì)sci論文量t0p20國(guó)家/地區(qū)2000-2011年的篇均 被引頻次，并與世界平均水平相比較，如圖1所示。其中世 界平均水平為18. 95o在sci論文量t0p20國(guó)家/地區(qū)中，有 6個(gè)國(guó)家的篇均被引頻次超過(guò)了世界平均水平，分別為：美 國(guó)(37. 50)、瑞典(37. 01)、荷蘭(34

5、. 41)、以色列(26. 77)、 英國(guó)(24.62)、瑞士 (21.25)；有4個(gè)國(guó)家較為接近世界平 均水平，分別為：意大利(17.71)、日本(17.48)、加拿大 (16.33)、德國(guó)(16. 10)；包括中國(guó)在內(nèi)的其余10個(gè)國(guó)家/ 地區(qū)的篇均被引頻次均小于15。從圖2中可以看出，以世界 平均水平為分界線，世界上不同國(guó)家/地區(qū)對(duì)光電子器件研 究的篇均被引頻次存在較為明顯的分化現(xiàn)象。各國(guó)在該領(lǐng)域 的科研實(shí)力參差不齊，存在較大差距。4光電子學(xué)領(lǐng)域研究趨勢(shì)動(dòng)態(tài)圖譜分析為了清晰展示和準(zhǔn)確分析光電子器件領(lǐng)域研究論文的 研究熱點(diǎn)，本文利用citespacell軟件，生成關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖 譜。在關(guān)鍵詞共

6、現(xiàn)圖譜中，節(jié)點(diǎn)的中心性是一個(gè)用以量化點(diǎn) 在網(wǎng)絡(luò)中地位重要性的圖論概念，中心性越大，表明該節(jié)點(diǎn) 在網(wǎng)絡(luò)中越為重要1。本文提出一種動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)方法，即以3 年為時(shí)間窗，以1年為一個(gè)單位時(shí)間差依次向后推移，將 2000-2011年12年劃分為10個(gè)時(shí)間段，得到隨著時(shí)間連續(xù) 變化的研究熱點(diǎn)動(dòng)態(tài)圖譜，見(jiàn)圖2o在圖譜的繪制過(guò)程中， 選擇“節(jié)點(diǎn)標(biāo)簽的字體大小與節(jié)點(diǎn)中心性大小成正比例顯 示”；為保證在分析動(dòng)態(tài)圖譜中研究熱點(diǎn)詞的中心性隨時(shí)間 變化情況時(shí)的準(zhǔn)確性，所有圖譜的相關(guān)參數(shù)均做相同設(shè)置， 如：node size： 30, font size： 10, threshold： 8。圖中 共呈現(xiàn)出36個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，即

7、研究熱點(diǎn)關(guān)鍵詞，其中心性均 不小于0. 05,見(jiàn)表2。利用詞頻分析法和共詞分析法，分析 光電子學(xué)領(lǐng)域研究論文的研究熱點(diǎn)。在表2中，序號(hào)4的關(guān)鍵詞在本研究中與檢索詞重合， 不具有實(shí)際意義，因此對(duì)其不再做具體分析。結(jié)合以上圖表 并征求電子學(xué)相關(guān)專家意見(jiàn)，光電子器件領(lǐng)域的研究基本上 是圍繞以下3個(gè)研究方向而展開(kāi)，主要?dú)w納如下：納米光電子器件及技術(shù)：light-emitting-diodes、 nanowires 、 diodes 、 lasers 、 photodetectors 、 nanostruetures、nanorods nanocrystals、nanotubes、 nanopartic

8、les> room-temperatureoptical-properties；(2) 薄膜 器件及 技術(shù)：thin-films、growth、 molecular-beamepitaxy 、layers 、chemical-vapor-deposition、 deposition 、 emission 、 luminescence、electroluminescence、photoluminescence> thin-film transistors；聚合物與光伏器件：polymers> alloys、conjugated polymers 、 morphology 、 g

9、aas 、 silicon 、 arrays 、 photovoltaic cells、 solar-celis、 efficiencyo4. 1研究熱點(diǎn)一：納米光電子器件及技術(shù)納米光電子器件是納米半導(dǎo)體光電子技術(shù)領(lǐng)域中的一 個(gè)主要分支，旨在研究各種納米光電子器件的制作方法、工 作原理及其在光通信和光信息處理中的應(yīng)用等2。近年來(lái) 國(guó)際上的研究熱點(diǎn)主要集中在：發(fā)光二極管，其近年來(lái)的成 就使有色光二極管尤其是白色發(fā)光二極管成功應(yīng)用于便攜 式和特殊照明；納米激光器，包括量子阱、量子線和量子點(diǎn) 激光器等；光電探測(cè)器，主要是紅外光電探測(cè)器、諧振腔增 強(qiáng)型光電探測(cè)器等的研究；納米線、納米棒、納米晶體及納

10、米粒子等在室溫下的結(jié)構(gòu)特征及光學(xué)性能3-4等。統(tǒng)計(jì)動(dòng) 態(tài)圖譜10個(gè)時(shí)間段中各熱點(diǎn)詞的中心性值變化情況，得出 結(jié)果為：發(fā)光二極管的研究在2001-2003年度達(dá)到最高點(diǎn)， 此后稍有下降，并在2007-2009年度達(dá)到第二個(gè)高潮，對(duì)其 的研究關(guān)注度具有一定的間斷性；激光器的研究在早期較為 突出，在后期關(guān)注熱度一般；光電探測(cè)器在早期和后期均有 一定的研究，但在中間時(shí)段出現(xiàn)空缺；光電子納米線、納米 結(jié)構(gòu)、納米棒、納米晶體和納米粒子器件等的研究基本呈現(xiàn) 出一致的狀態(tài)，均是在近5年出現(xiàn)較高的研究熱度。 4.2研究熱點(diǎn)二：薄膜器件及技術(shù)薄膜技術(shù)是研制新材料、新結(jié)構(gòu)的重要方法之一，用該 技術(shù)制作的材料具有優(yōu)良

11、的光電性能、鈍化性能以及抗水滲 透性能等，主要用來(lái)充當(dāng)絕緣層、各種敏感膜層，具有很高 的硬度和較強(qiáng)的化學(xué)穩(wěn)定性。在光電子器件中，薄膜的使用 非常普遍，因此對(duì)其的研究進(jìn)展也是學(xué)者們關(guān)注的熱點(diǎn)。近 年來(lái)國(guó)際上在薄膜器件及技術(shù)方面的研究主要集中在：薄膜 的制備與生長(zhǎng)，尤其是利用分子束外延技術(shù)和化學(xué)氣相沉積 技術(shù)制作薄膜；薄膜的光致發(fā)光、電致發(fā)光特性、光電發(fā)射 特性等；有機(jī)薄膜晶體管的制作和應(yīng)用等5。在12年間， 薄膜的生長(zhǎng)特性研究一直具有較高的關(guān)注度；分子束外延技 術(shù)比化學(xué)氣相沉積技術(shù)具有更高的關(guān)注度；光電子薄膜中光 致發(fā)光的研究呈現(xiàn)出下降的趨勢(shì)，而電致發(fā)光的研究在近5 年重新復(fù)燃；薄膜光電發(fā)射特性

12、的研究呈現(xiàn)出波浪式趨勢(shì)； 薄膜晶體管為近3年的研究熱點(diǎn)。4.3研究熱點(diǎn)三：聚合物與光伏器件有機(jī)聚合物材料由于其具有快速響應(yīng)的性能和容易加 工等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于集成光電子器件的制備來(lái)說(shuō)是非常有吸引力 的。近年來(lái)國(guó)際上在此方向上的研究熱點(diǎn)主要集中在：聚合 物電光調(diào)制器陣列、含金屬（合金）共輒聚合物、聚合物的 形貌優(yōu)化以及共輒聚合物光伏材料研究等。近年來(lái)由于能源 危機(jī)的日趨嚴(yán)重，其中聚合物光伏材料已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外研究 的重中之重，主要包括光伏電池和太陽(yáng)能電池，目前研究和 開(kāi)發(fā)的太陽(yáng)能電池有單晶硅、多晶硅、無(wú)定型硅、單晶gaas 等6-8 o統(tǒng)計(jì)動(dòng)態(tài)圖譜中各熱點(diǎn)詞的中心性值變化情況， 得出結(jié)果為：2003-2

13、005年間是光電子器件領(lǐng)域研究的低潮。 對(duì)于聚合物器件來(lái)說(shuō)，共輒聚合物和聚合物電光調(diào)制器陣列 在后期一直處于較高的研究熱度；聚合物形貌優(yōu)化研究在 2005-2007年間達(dá)到最高點(diǎn)；合金共輒聚合物的研究熱度稍 有起伏；對(duì)于聚合物光伏材料來(lái)說(shuō)，光伏電池和太陽(yáng)能電池 及其光電轉(zhuǎn)化效率的研究基本同步，同時(shí)在2006-2010年間 達(dá)到較高的研究熱度；硅材料與萬(wàn)申化銖材料相對(duì)來(lái)說(shuō)，研究 熱度處于較低水平。參照erten等人的做法，將以上研究熱點(diǎn)的發(fā)展趨勢(shì)分 為三類：研究熱點(diǎn)主題、逐漸過(guò)時(shí)的主題和快速發(fā)展的主題 9,見(jiàn)表3。5結(jié)論與建議本文提出一種動(dòng)態(tài)觀測(cè)技術(shù)科學(xué)研究方法，較好地展示 了技術(shù)熱點(diǎn)演變過(guò)程，

14、得到了相關(guān)電子領(lǐng)域?qū)＜业幕菊J(rèn) 可，對(duì)光電子器件領(lǐng)域研究趨勢(shì)的觀測(cè)結(jié)論和建議如下：在光電子器件領(lǐng)域的研究中，從國(guó)家/地區(qū)層面上可 以看出，中國(guó)雖然sci論文發(fā)表總量排名位于前3名，但其 論文篇均被引頻次卻低于世界平均水平，中國(guó)在國(guó)家層面上 未能在核心電子器件研究領(lǐng)域起到核心作用。其主要原因是 起步基礎(chǔ)較為薄弱。目前，中國(guó)正處于國(guó)家中長(zhǎng)期科技發(fā)展 規(guī)劃綱要實(shí)施的初步階段，我們需要從現(xiàn)有基礎(chǔ)出發(fā)，進(jìn)一 步增強(qiáng)自身科研實(shí)力，重視原始創(chuàng)新，提高論文影響力。論 文“量不在多，重在核心”。光電子器件領(lǐng)域的主要研究方向有3個(gè)，分別為：納 米光電子器件及技術(shù)、薄膜器件及技術(shù)、聚合物與光伏器件。 每個(gè)研究方向中

15、研究熱點(diǎn)的發(fā)展趨勢(shì)又分為三類：研究熱點(diǎn) 主題、逐漸過(guò)時(shí)的主題和快速發(fā)展的主題?！把芯繜狳c(diǎn)主 題”依然是目前階段研究熱點(diǎn)，需國(guó)家科研機(jī)構(gòu)和相關(guān)學(xué)者 持續(xù)關(guān)注與研究其相關(guān)技術(shù)；“逐漸過(guò)時(shí)的主題”經(jīng)歷了一 個(gè)由熱到冷的發(fā)展階段，說(shuō)明其技術(shù)已發(fā)展成熟或被其他技 術(shù)所取代，已不再是目前的研究熱點(diǎn)，可不再繼續(xù)關(guān)注；'快 速發(fā)展的主題”是目前和今后階段的研究熱點(diǎn)與前沿，能夠 引領(lǐng)該領(lǐng)域的研究熱潮，需重點(diǎn)關(guān)注。參考文獻(xiàn)1 chen c.citespaceii: detecting and visualizing emerging t rends and t ransie nt pa.tt erns i

16、n literaturej. jasist. 2006, 57 (3)： 359-377.2 彭英才納米光電子器件m.北京：科學(xué)出版 社.2010： 12-16.3 ferm i n luis capit a n-vallvey , j palma alberto. recent developments in handheld and portable optosensing-a reviewj. analytica chimica acta, 2011, 696 (12)： 27-46.4 crouse d.numerical modeling and electromagnetic re

17、sonant modes in complex grating struetures and optoelectronic device applicationsjelectron devices, ieee transactions on, 2005, 52 (11)： 2323-2365.51senda t, cho y j, hirakawa t.development of full-colordisplaycombinedwithultraviolet-electroluminescence photo1uminescence multilayered thin films j ja

18、pa nese journal of applied physics part l-regular papers short notes & review papers, 2000, 39 (8)： 4716-4720.6 engel m, small j p, steiner m, et al.thin film nanotube transistors based on self-assembled, aligned, semiconducting carbon nanotube arraysjacs nano, 2008, 2 (12)： 2445-2452.7 mayer t , weiler u , kelting c , et al. silicon-organic pigment material hybrids for photovoltaic applicationjsolar energy ma/terials and solar cells, 2007, 91 (20)： 1873-1886.8 marr?n d f , c?n0vas e , levy m y , et al. optoelectronic evaluation of the nanostruc