核心電子器件研究趨勢可視化分析

摘 要：以SCI-Expanded數據庫為來源，對國家核心電子器件重要研究領域之一--光電子器件2000-2011年間科研論文的國家/地區分布情況作出分析，同時采用動態圖譜可視化方式，對最近12年來國際光電子學領域的主要研究方向做一個歸納總結，并對每個研究方向中的研究熱點趨勢變化逐一進行分析，得到該領域當前階段的“研究熱點主題”、“逐漸過時的主題”和“快速發展的主題”，并依此對該學科研究提出相關建議。

關鍵詞：光電子器件；動態圖譜；可視化

1 引言

光電子學是由光學技術和電子學技術結合而成的技術學科，是繼微電子技術之后迅速興起的一個高科技領域，將在當今信息時代占據越來越為重要的位置。全面深刻了解該領域發展現狀及趨勢對于科技管理、科研選題和國際合作具有重要意義。本文以預測光電子學領域未來發展趨勢為目的，利用知識圖譜可視化工具，以固定時長隨時間逐步推移為窗口，繪制動態知識圖譜，連續觀察其研究熱點變化趨勢，形成一套新的技術情報監測方法。

2 樣本與方法

以SCI-Expanded數據庫為數據來源，檢索策略為：“（主題=（opto-electronic device*）OR（optoelectronic device*））AND文獻類型=（Article）”，時間確定為2000-2011年，經檢索和清洗，最終得到6266條論文記錄。運用科學計量學的方法及CiteSpace II可視化工具，對光電子學領域的學術論文作國家/地區分布及研究熱點趨勢的分析。

3 光電子學領域研究國家/地區分布

6266篇論文記錄共分布于78個國家/地區，其中美國、中國和日本分別位列SCI論文量世界前三甲。值得注意的是，中國臺灣躍居前5，可見在近12年間，其對光電子器件領域的研究較為活躍（見表1）。

而要確定核心國家/地區，僅憑論文發表量來判定有失偏頗。篇均被引頻次（Average Citations Per Paper）是在給定時間內，某期刊（科學家、機構和國家/地區）所發表文獻的總被引頻次除以該刊（科學家、機構和國家/地區）全部論文數。以國家為例，它表示某國家所發表論文被引用的平均水平，若其值高，代表該國家在本學科和學科共同體中的影響程度高。篇均被引頻次是一個相對數量指標，它彌補了絕對數量指標中馬太效應導致的偏差。因此，該指標可消除國家/地區科研規模大小的差別，更強調科學研究的質量。

統計SCI論文量TOP20國家/地區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18.95。在SCI論文量TOP20國家/地區中，有6個國家的篇均被引頻次超過了世界平均水平，分別為：美國（37.50）、瑞典（37.01）、荷蘭（34.41）、以色列（26.77）、英國（24.62）、瑞士（21.25）；有4個國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（16.10）；包括中國在內的其余10個國家/地區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，世界上不同國家/地區對光電子器件研究的篇均被引頻次存在較為明顯的分化現象。各國在該領域的科研實力參差不齊，存在較大差距。

4 光電子學領域研究趨勢動態圖譜分析

為了清晰展示和準確分析光電子器件領域研究論文的研究熱點，本文利用CiteSpaceⅡ軟件，生成關鍵詞共現圖譜。在關鍵詞共現圖譜中，節點的中心性是一個用以量化點在網絡中地位重要性的圖論概念，中心性越大，表明該節點在網絡中越為重要[1]。本文提出一種動態監測方法，即以3年為時間窗，以1年為一個單位時間差依次向后推移，將2000-2011年12年劃分為10個時間段，得到隨著時間連續變化的研究熱點動態圖譜，見圖2。在圖譜的繪制過程中，選擇“節點標簽的字體大小與節點中心性大小成正比例顯示”；為保證在分析動態圖譜中研究熱點詞的中心性隨時間變化情況時的準確性，所有圖譜的相關參數均做相同設置，如：Node Size：30，Font Size：10，Threshold：8。圖中共呈現出36個關鍵節點，即研究熱點關鍵詞，其中心性均不小于0.05，見表2。利用詞頻分析法和共詞分析法，分析光電子學領域研究論文的研究熱點。

在表2中，序號4的關鍵詞在本研究中與檢索詞重合，不具有實際意義，因此對其不再做具體分析。結合以上圖表并征求電子學相關專家意見，光電子器件領域的研究基本上是圍繞以下3個研究方向而展開，主要歸納如下：

⑴納米光電子器件及技術：light-emitting-diodes、nanowires、diodes、lasers、photodetectors、nanostructures、nanorods、nanocrystals、nanotubes、nanoparticles、room-temperature、optical-properties；

⑵薄膜器件及技術：thin-films、growth、molecular-beam epitaxy、layers、chemical-vapor-deposition、deposition 、emission 、luminescence 、electroluminescence 、photoluminescence、thin-film transistors；

⑶聚合物與光伏器件：polymers、alloys、conjugated polymers、morphology、GaAs、silicon、arrays、photovoltaic cells、solar-cells、efficiency。

4.1 研究熱點一：納米光電子器件及技術

納米光電子器件是納米半導體光電子技術領域中的一個主要分支，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用等[2]。近年來國際上的研究熱點主要集中在：發光二極管，其近年來的成就使有色光二極管尤其是白色發光二極管成功應用于便攜式和特殊照明；納米激光器，包括量子阱、量子線和量子點激光器等；光電探測器，主要是紅外光電探測器、諧振腔增強型光電探測器等的研究；納米線、納米棒、納米晶體及納米粒子等在室溫下的結構特征及光學性能[3-4]等。統計動態圖譜10個時間段中各熱點詞的中心性值變化情況，得出結果為：發光二極管的研究在2001-2003年度達到最高點，此后稍有下降，并在2007-2009年度達到第二個高潮，對其的研究關注度具有一定的間斷性；激光器的研究在早期較為突出，在后期關注熱度一般；光電探測器在早期和后期均有一定的研究，但在中間時段出現空缺；光電子納米線、納米結構、納米棒、納米晶體和納米粒子器件等的研究基本呈現出一致的狀態，均是在近5年出現較高的研究熱度。

4.2 研究熱點二：薄膜器件及技術

薄膜技術是研制新材料、新結構的重要方法之一，用該技術制作的材料具有優良的光電性能、鈍化性能以及抗水滲透性能等，主要用來充當絕緣層、各種敏感膜層，具有很高的硬度和較強的化學穩定性。在光電子器件中，薄膜的使用非常普遍，因此對其的研究進展也是學者們關注的熱點。近年來國際上在薄膜器件及技術方面的研究主要集中在：薄膜的制備與生長，尤其是利用分子束外延技術和化學氣相沉積技術制作薄膜；薄膜的光致發光、電致發光特性、光電發射特性等；有機薄膜晶體管的制作和應用等[5]。在12年間，薄膜的生長特性研究一直具有較高的關注度；分子束外延技術比化學氣相沉積技術具有更高的關注度；光電子薄膜中光致發光的研究呈現出下降的趨勢，而電致發光的研究在近5年重新復燃；薄膜光電發射特性的研究呈現出波浪式趨勢；薄膜晶體管為近3年的研究熱點。

4.3 研究熱點三：聚合物與光伏器件

有機聚合物材料由于其具有快速響應的性能和容易加工等優點，對于集成光電子器件的制備來說是非常有吸引力的。近年來國際上在此方向上的研究熱點主要集中在：聚合物電光調制器陣列、含金屬（合金）共軛聚合物、聚合物的形貌優化以及共軛聚合物光伏材料研究等。近年來由于能源危機的日趨嚴重，其中聚合物光伏材料已經成為國內外研究的重中之重，主要包括光伏電池和太陽能電池，目前研究和開發的太陽能電池有單晶硅、多晶硅、無定型硅、單晶GaAs等[6-8]。統計動態圖譜中各熱點詞的中心性值變化情況，得出結果為：2003-2005年間是光電子器件領域研究的低潮。對于聚合物器件來說，共軛聚合物和聚合物電光調制器陣列在后期一直處于較高的研究熱度；聚合物形貌優化研究在2005-2007年間達到最高點；合金共軛聚合物的研究熱度稍有起伏；對于聚合物光伏材料來說，光伏電池和太陽能電池及其光電轉化效率的研究基本同步，同時在2006-2010年間達到較高的研究熱度；硅材料與砷化鎵材料相對來說，研究熱度處于較低水平。

參照Erten等人的做法，將以上研究熱點的發展趨勢分為三類：研究熱點主題、逐漸過時的主題和快速發展的主題[9]，見表3。

5 結論與建議

本文提出一種動態觀測技術科學研究方法，較好地展示了技術熱點演變過程，得到了相關電子領域專家的基本認可，對光電子器件領域研究趨勢的觀測結論和建議如下：

⑴在光電子器件領域的研究中，從國家/地區層面上可以看出，中國雖然SCI論文發表總量排名位于前3名，但其論文篇均被引頻次卻低于世界平均水平，中國在國家層面上未能在核心電子器件研究領域起到核心作用。其主要原因是起步基礎較為薄弱。目前，中國正處于國家中長期科技發展規劃綱要實施的初步階段，我們需要從現有基礎出發，進一步增強自身科研實力，重視原始創新，提高論文影響力。論文“量不在多，重在核心”。

⑵光電子器件領域的主要研究方向有3個，分別為：納米光電子器件及技術、薄膜器件及技術、聚合物與光伏器件。每個研究方向中研究熱點的發展趨勢又分為三類：研究熱點主題、逐漸過時的主題和快速發展的主題。“研究熱點主題”依然是目前階段研究熱點，需國家科研機構和相關學者持續關注與研究其相關技術；“逐漸過時的主題”經歷了一個由熱到冷的發展階段，說明其技術已發展成熟或被其他技術所取代，已不再是目前的研究熱點，可不再繼續關注；“快速發展的主題”是目前和今后階段的研究熱點與前沿，能夠引領該領域的研究熱潮，需重點關注。

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