現(xiàn)代電子功能材料器件一課件

現(xiàn)代電子功能材料1第一部分：授課2第一章晶體學(xué)基礎(chǔ)與材料性能第二章超導(dǎo)材料及其應(yīng)用第三章半導(dǎo)體材料第四章信息記錄與存儲(chǔ)材料第五章光導(dǎo)纖維材料第六章光電子材料及其應(yīng)用第七章

敏感材料及其應(yīng)用第八章智能材料與智能系統(tǒng)第九章 貯氫材料第十章 形狀記憶合金第二部分：課堂討論3主題1半導(dǎo)體材料器件的可靠性主題2

半導(dǎo)體陶瓷主題3光存儲(chǔ)材料(光盤)主題4磁存儲(chǔ)材料(磁卡)主題5

器件的封裝主題6

敏感材料(報(bào)警方面的應(yīng)用)主題7

光電子材料主題8

光纖材料主題9

壓電材料主題10

磁性記憶合金主題11

貯氫材料及其他電池材料主題12

磁阻效應(yīng)及其應(yīng)用參考書與參考資料4功能材料概論殷景華,王雅珍,鞠剛主編,哈工大出版社功能材料學(xué)概論馬如璋,蔣民華,徐祖雄主編,冶金出版社電子器件導(dǎo)論包興,胡明主編,北京理工大學(xué)出版社電子材料導(dǎo)論李言榮,惲正中主編,清華大學(xué)出版社電子材料賈德昌等主編,哈工大出版社電子功能材料的定義5定義1以發(fā)揮其物理性能，或物理與物理性能之間，力學(xué)與物理性能之間，化學(xué)與物理性能之間

相互轉(zhuǎn)換的特性為主，用于IT工業(yè)的材料。定義2凡具有能量與信息的發(fā)射，吸收，轉(zhuǎn)換，傳輸，存儲(chǔ)，控制與處理功能特性之一，或者是直接參與保障這些功能特性的順利發(fā)揮，用于IT工業(yè)的材料電子功能材料的分類（I）6按定義1分類：利用物性：電-----半導(dǎo)體材料，超導(dǎo)材料，電阻材料磁-----磁記錄材料，磁屏蔽材料光-----光纖，光記錄材料熱-----熱敏電阻其他----觸點(diǎn)材料，集成電路基片材料利用物----物轉(zhuǎn)換：光電子材料，磁敏材料利用力----物轉(zhuǎn)換：壓電材料，力敏材料利用化----物轉(zhuǎn)換：氣敏材料，濕敏材料電子功能材料的分類（II）7按定義2分類：能量與信息的發(fā)射材料----熱電子發(fā)射材料能量與信息的吸收材料----微波吸收材料能量與信息的轉(zhuǎn)換材料----光電顯示材料能量與信息的傳輸材料----超導(dǎo)材料，光導(dǎo)纖維能量與信息的存儲(chǔ)材料----信息記錄與存儲(chǔ)材料能量與信息的處理材料----半導(dǎo)體微處理器材料輔助材料----電阻，觸點(diǎn)，基片，襯底，封裝，引線第一章晶體學(xué)基礎(chǔ)與材料性能8§1-1

晶體、非晶體與準(zhǔn)晶體一.原子排列特點(diǎn)：晶體：原子或原子團(tuán)在三維空間呈規(guī)則周期排列；非晶體：原子或原子團(tuán)呈現(xiàn)長(zhǎng)程無序、短程有序的排列；準(zhǔn)晶體：原子或原子團(tuán)呈現(xiàn)準(zhǔn)周期排列特點(diǎn)二.表征方法：晶體：將原子或原子團(tuán)抽象成幾何點(diǎn)(陣點(diǎn))，形成點(diǎn)的陣列(空間點(diǎn)陣)；連接各陣點(diǎn)，形成空間格子(晶格)；從中取出分析單元(晶胞)；用６個(gè)晶胞(點(diǎn)陣)常數(shù)

即可表征原子或原子團(tuán)的排列規(guī)律。按點(diǎn)陣常數(shù)之間關(guān)系，可將點(diǎn)陣分為七大晶系；按幾何環(huán)境和物質(zhì)環(huán)境相同的原則，可將點(diǎn)陣劃分為十四種布拉菲點(diǎn)。非晶體：采用徑向分布函數(shù)來表征。準(zhǔn)晶體：采用拚砌花磚的方式9三.

性能特點(diǎn)：晶體：性能各向異性，具有固定的熔點(diǎn)；非晶體：性能各向同性，無固定熔點(diǎn)；準(zhǔn)晶體：

脆性較大10§1-2化學(xué)鍵與晶體熔結(jié)構(gòu)與性質(zhì)離子型晶體原子型晶體分子型晶體金屬型晶體化學(xué)鍵類型離子鍵原子鍵(非極性共價(jià)鍵)分子間作用力(范德華力)金屬鍵典型實(shí)例NaCl,CsCl金剛石，晶體硅，單質(zhì)硼冰H2O干冰CO2各種金屬與合金硬度略硬而脆高硬度軟較高硬度點(diǎn)、沸點(diǎn)、揮發(fā)性熔點(diǎn)相對(duì)較高，沸點(diǎn)高，一般

低揮發(fā)性熔點(diǎn)和沸點(diǎn)高，無揮發(fā)性低熔點(diǎn)和沸點(diǎn)高揮發(fā)性，一般高熔點(diǎn)和沸點(diǎn)導(dǎo)熱性不良導(dǎo)體不良導(dǎo)體不良導(dǎo)體良導(dǎo)體導(dǎo)電性固態(tài)不良導(dǎo)體，熔或溶態(tài)為導(dǎo)體非導(dǎo)體非導(dǎo)體良導(dǎo)體機(jī)械加工性不良不良不良良好11§1-３晶體結(jié)構(gòu)與晶體缺陷一.金屬鍵晶體純金屬：bcc,fcc,hcp固溶體(金屬鍵)合金：金屬間化合物(不一定全為金屬鍵)二.共價(jià)鍵晶體配位數(shù)服從8-N法則；四價(jià)時(shí)：由兩個(gè)面心立方沿體對(duì)角線錯(cuò)開四分之一體對(duì)角線形成(例如金剛石)三價(jià)時(shí)：層狀結(jié)構(gòu)二價(jià)時(shí)：鏈狀結(jié)構(gòu)(螺旋狀)12典型金屬晶體結(jié)構(gòu)13典型非金屬晶體結(jié)構(gòu)14金剛石晶體結(jié)構(gòu)15GaAs晶體結(jié)構(gòu)16三.離子鍵晶體遵循鮑林結(jié)構(gòu)規(guī)則：負(fù)離子配位多面體規(guī)則:在離子晶體中,正離子的周圍形成一個(gè)負(fù)離子配位多面體,正負(fù)離子間的平衡距離取決于離子半徑之和,而正離子的配位數(shù)則取決于正負(fù)離子之比。電價(jià)規(guī)則C.17Ｃ.負(fù)離子共用頂、棱和面規(guī)則：在一配位結(jié)構(gòu)中，共用棱特別是共用面的存在，會(huì)降低這個(gè)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，對(duì)于電價(jià)高、配位數(shù)低的正離子來說，這個(gè)效應(yīng)尤其顯著。18不同種類正離子配位多面體間連接規(guī)則：在含有二種以上正離子的離子晶體中，一些電價(jià)較高、配位數(shù)較低的正離子配位多面體之間，有盡量互不結(jié)合的趨勢(shì)。節(jié)約規(guī)則：在同一晶體中，同種正離子與同種負(fù)離子的結(jié)合方式應(yīng)最大限度地趨于一致。NaCl的晶體結(jié)構(gòu)19CsCl的晶體結(jié)構(gòu)20閃鋅礦(立方ZnS)的晶體結(jié)構(gòu)21纖鋅礦(六方ZnS)的晶體結(jié)構(gòu)22鈣鈦礦的晶體結(jié)構(gòu)23尖晶石的晶體結(jié)構(gòu)24§1-4

能帶結(jié)構(gòu)與材料的導(dǎo)電性能一.

能帶填充程度與晶體導(dǎo)電性單個(gè)原子的能級(jí)

大量(Ｎ個(gè))原子能級(jí)相加

形成能帶；滿帶—若能帶被2N個(gè)電子所填滿，則3.4.所產(chǎn)生的電流正好一一抵消，無電流產(chǎn)生，且外電場(chǎng)不改變滿帶中電子的分布；5.

3． 部分填充能帶中的電子可以導(dǎo)電(導(dǎo)帶)—電場(chǎng)作用下，電子在布里淵區(qū)的分布不再對(duì)稱，總電流不為零。25二.

導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)與導(dǎo)電性26金屬的能帶結(jié)構(gòu)

(Ｅv—價(jià)帶頂，Ec—導(dǎo)帶底)：Ec>Ev，存在禁帶Eg例如：Na等堿金屬

Ｅc<Ev，不存在禁帶，但與上一能帶有交迭，重迭后的價(jià)帶未被填滿例如：Mg等堿土金屬三.

絕緣體的能帶結(jié)構(gòu)與導(dǎo)電性Ec》Ev，禁帶Eg較寬，且價(jià)帶被填滿足四.

半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)與導(dǎo)電性Ec>Ev，禁帶Eg較窄(Eg＜2eV)，且價(jià)帶被填滿足27§1-5

功能材料的性能一．半導(dǎo)體的導(dǎo)電性１.本征電導(dǎo)與本征半導(dǎo)體半導(dǎo)體材料的禁帶很小，在外界作用下，價(jià)帶上的電子可躍遷到較高能級(jí)的空帶上，在價(jià)帶上留下空穴。在電場(chǎng)作用下，兩者

均可參與導(dǎo)電。載流子：電子+空穴相應(yīng)的半導(dǎo)體－本征半導(dǎo)體282.摻雜半導(dǎo)體

Ａ．施主能級(jí)與n型半導(dǎo)體在四價(jià)的單晶硅中摻入五價(jià)的原子(例如

Ｐ)，成鍵后，多余一個(gè)電子，其能級(jí)接近導(dǎo)帶，易激發(fā)至導(dǎo)帶，此能級(jí)被稱為施主能級(jí)，摻入施主雜質(zhì)的半導(dǎo)體被稱為n型半導(dǎo)體．載流子：電子29Ｂ．受主能級(jí)與p型半導(dǎo)體在四價(jià)的單晶硅中摻入三價(jià)的原子(例如

Ｂ)，成鍵后，少了一個(gè)電子，其能級(jí)接近價(jià)帶，易激發(fā)至導(dǎo)帶，此能級(jí)被稱為受主能級(jí)，摻入施主雜質(zhì)的半導(dǎo)體被稱為p型半導(dǎo)體．載流子：空穴30Ｃ．影響摻雜半導(dǎo)體電導(dǎo)率的因素受施主和受主雜質(zhì)濃度的影響與溫度有關(guān)，低溫時(shí)，雜質(zhì)起主要作用；高溫時(shí)，本征電導(dǎo)，與濃度無關(guān)．二．磁性

１．磁性材料的技術(shù)磁參量

Ａ．磁化曲線和相應(yīng)的磁參量Ｍs----飽和磁化強(qiáng)度Ｂs----飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Ｊs----飽和磁極化強(qiáng)度31磁化曲線：32Ｂ．磁化率與磁導(dǎo)率33Ｃ．居里溫度Ｔc由鐵磁性(亞鐵磁性)轉(zhuǎn)變?yōu)轫槾判缘呐R界溫度．Ｄ.

剩磁(Br或Mr)與矯頑力(Ｈc)34E．磁積能BmＨm與最大磁積能(BH)m35F.

磁損耗(由磁滯損耗、感應(yīng)電流損耗及其他損耗組成)磁性Ａ．鐵磁性

在外磁場(chǎng)作用下，產(chǎn)生很強(qiáng)的磁化強(qiáng)度，去除外磁場(chǎng)后仍保持相當(dāng)強(qiáng)的永久磁性，這種特性叫做鐵磁性．Ｂ.抗磁性

一種很弱、只有外磁場(chǎng)存在時(shí)才能維持的磁性，磁矩方向與外磁場(chǎng)方向相反．C.

順磁性36D.

一種很弱、只有外磁場(chǎng)存在時(shí)才能維持的磁性，磁矩方向與外磁場(chǎng)方向相同．E.

Ｄ．反鐵磁性F.相鄰原子或離子的磁矩作反方向平等排列，總磁矩為零．G.

Ｅ．亞鐵磁性H.某些陶瓷表現(xiàn)出來的、其飽和磁化強(qiáng)度比鐵磁性低的永久磁性.三．超導(dǎo)性1．超導(dǎo)現(xiàn)象37電阻突然消失、進(jìn)入以零電阻為特征的現(xiàn)象。邁斯納效應(yīng)

超導(dǎo)體一旦進(jìn)入超導(dǎo)態(tài)，材料內(nèi)的磁通量將全部被排出體外，磁感應(yīng)強(qiáng)度恒等于零，這種現(xiàn)象稱為邁斯納效應(yīng)．note：i無論通過什么途徑進(jìn)入超導(dǎo)態(tài)，均有這種效應(yīng)出現(xiàn)，說明其與狀態(tài)有關(guān)，與途徑無關(guān)，是一種熱力學(xué)平衡狀