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1、专业导论专业导论(二二)电子信息材料与元器电子信息材料与元器 件概述件概述一、引言一、引言二、电子信息材料概述二、电子信息材料概述三、三、电子元器件概述电子元器件概述本章内容本章内容：一.引言以以3C- - - - 计算机计算机 (computer),通信通信(communication), 家用电器家用电器 (consumer electronics) 为代表的为代表的IT (information technology) 产品产品,实际实际上是由基板及其上的元器件和连接部分上是由基板及其上的元器件和连接部分“堆垛堆垛”而成而成最基本的组成单元：最基本的组成单元：材料材料+ 元器件元器件1.
2、1 电子材料的定义定义定义1以发挥其物理性能，或物以发挥其物理性能，或物理与物理性能之间，力理与物理性能之间，力学与物理性能之间，化学与物理性能之间，化学与物理性能之间相互学与物理性能之间相互转换的特性为主，用于转换的特性为主，用于IT工业的材料。工业的材料。定义定义2凡具有能量与信息的发射，吸凡具有能量与信息的发射，吸收，转换，传输，存储，控收，转换，传输，存储，控制与处理功能特性之一，或制与处理功能特性之一，或者是直接参与保障者是直接参与保障这些这些功能功能特性的特性的顺利顺利发挥，用于发挥，用于IT工工业的材料。业的材料。1.2 电子材料的分类电子材料的分类按定义按定义1分分类类：1.利
3、利用物性：用物性：电电- - - - - 半半导导体体材料，材料，超超导材料，电导材料，电阻阻材料材料磁磁- - - - - 磁记录磁记录材料，材料，磁屏蔽磁屏蔽材料材料光光- - - - - 光纤光纤，光记录光记录材料材料热热- - - - - 热敏热敏电电阻阻其其他他 - - - -触点触点材料，材料，集集成电成电路路基基片片材料材料2.利利用物用物- - - - 物转换：物转换：光光电子材料，电子材料，磁敏磁敏材料材料3.利利用力用力- - - - 物转换：物转换：压压电材料，力电材料，力敏敏材料材料4.利利用化用化- - - - 物转换：物转换：气敏气敏材料，材料，湿敏湿敏材料材料1.
4、2 电子材料的分类电子材料的分类按定义按定义2分分类类：1.能量与信息的发射材料能量与信息的发射材料 - - - -热热电子发射材料电子发射材料2.能量与信息的吸收材料能量与信息的吸收材料 - - - -微波微波吸收材料吸收材料3.能量与信息的转换材料能量与信息的转换材料 - - - -光光电电显示显示材料材料4.能量与信息的传输材料能量与信息的传输材料 - - - -超超导材料，导材料，光光导导纤维纤维5.能量与信息的存储材料能量与信息的存储材料 - - - -信息信息记录记录与存储材料与存储材料6.能量与信息的处理材料能量与信息的处理材料 - - - -半半导导体微体微处理器材料处理器材料
5、7.辅助辅助材料材料 - - - -电电阻、触点、阻、触点、基基片、衬底、封装、引线片、衬底、封装、引线二.电子信息材料2.1 电电阻阻材料材料A.定义定义- - - - 凡是凡是利利用物用物质固质固有电有电阻阻特性特性来来制制造不同造不同功能的电功能的电阻阻元件的材料元件的材料均均 称称为电为电阻阻材料材料.B.类型类型:线绕线绕电电阻阻材料材料- - - - 贱金属贱金属 Ni- Cr, Mn- Cu贵金属贵金属 AuNiCr,PtIr,PdAg,非线绕非线绕电电阻阻材料材料:碳膜碳膜,金属膜金属膜,合金膜合金膜,氧氧化物化物膜等膜等.C.应应用用:发发热体热体, 电电阻阻器器,电电位位器
6、器D.发发展趋势展趋势: 1 高精度高精度,高可靠高可靠性性2 高阻值高阻值,超细超细化化,薄膜薄膜化化3 深低温 例如深低温 例如:导导弹弹,宇航宇航, Pt- Rh:2300K4 材料与元件一材料与元件一体体化化5 非晶非晶材料材料2.1 半导体材料v定义定义:- - - - 电电阻率介阻率介于导于导体体与与绝缘体绝缘体之间之间, 且且其电其电阻值随温度、压阻值随温度、压力力、磁场、磁场、电电场场和和气氛等气氛等外界条外界条件的件的变变化而化而非非常常敏敏感地感地发发生变生变化的化的材料。材料。2.1 半导体材料v类型类型v无无机机半半导导体体材料材料 晶晶态态半半导导体体：元：元素素半半
7、导导体体(本本征征和和掺杂掺杂半半导导体体) 化化合合物物半半导导体体(二元，二元，三三元元) 固固溶溶体半体半导导体体 半半导导体微体微结构结构材料材料(量子量子阱阱材料材料) 非晶非晶态态半半导导体体：非晶非晶硅硅v有机有机半半导导体体材料材料常用的半导体材料v分为元分为元素素半半导导体体和化和化合合物物半半导导体体。v元元素素半半导导体体是由单一元是由单一元素素制成的制成的半半导导体体材料。主材料。主要要有有硅硅、锗锗、硒硒等等，以，以硅硅、锗锗应应用最用最广广。v化化合合物物半半导导体体分为二元分为二元系系、三三元元系系、多多元元系系和有机化和有机化合合物物半半导导体体。二元。二元 系
8、系化化合合物物半半导导体体有有- 族（族（如如砷砷化化镓镓、磷磷化化镓镓、磷磷化化铟铟等等）、- 族族（如如硫硫化化镉镉、硒硒化化镉镉、碲碲化化锌锌、硫硫化化锌锌等等）、 - 族（族（如如硫硫化化铅铅、硒硒化化铅铅等等） 、- 族（族（如碳如碳化化硅）硅）化化合合物。物。三三元元系系和和多多元元系系化化合合物物半半导导体体主主要要为为三三元和元和多多元元固固溶溶体体，如如镓铝砷镓铝砷固固溶溶体、体、镓锗砷磷镓锗砷磷固固溶溶体等体等。v有机化有机化合合物物半半导导体体有有萘萘、蒽蒽、聚丙烯腈聚丙烯腈等等，还还处于处于研究阶段研究阶段。v非晶非晶态态和和液态液态半半导导体体材料。其与材料。其与晶晶
9、态态半半导导体体的最的最大区别大区别是是不不具有具有严格周严格周 期期性性排列排列的的晶体晶体结构结构. vC应应用用(i) 集集成电成电路路器件器件: 二二极管极管,三极管三极管,场场效效应应管管(ii) 光光电子器件电子器件:太阳太阳能电能电池池,高高灵灵敏敏电电视摄像管视摄像管(iii) 微波微波通通讯讯器件器件:场场效效应晶体应晶体管管,GaAs变容管变容管(iv) GaAs声声电电耦耦合合器器:滤滤波波器器,放大放大器器(v) 传传感感器器:光敏光敏器件器件,热敏热敏器件器件,磁敏磁敏传传感感器器2.1 半导体材料半导体材料2.2 光电子材料光电子材料vA.定义定义:实实现现光光-
10、- - - 电之间转换的材料电之间转换的材料B.分分类类:激激光光材料材料光光电子电子薄膜薄膜材料材料半半导导体体发发光光材料材料(光光电电显示显示材料材料): LED(发发光光管管),LCD(液液晶显示晶显示)摄像摄像材料材料: 摄像管摄像管材料材料, 摄像摄像传传感感器器光光导导纤维纤维材料材料2.3 磁性材料磁磁性是物性是物质质的基本的基本属属性之一。性之一。铁铁、镍镍、钴钴及其及其合金合金以及以及铁铁的的氧氧化物，能化物，能使使磁场磁场大大为为增强增强，称称 之为之为铁铁磁磁性物性物质质。两大两大类磁类磁性材料：性材料：软软磁磁材料：材料：高高导导磁率磁率和和低低矫顽矫顽力，力，当外当
11、外磁场磁场撤撤除时除时，其，其磁磁性性即即基本基本消失消失。硬硬磁磁材料材料（又又称称永永磁磁材料材料）：具有：具有高高矫顽矫顽力，其力，其经饱经饱和和磁磁化化后后当外当外磁场磁场撤撤除后除后磁磁性性并并不不完全消失完全消失，而能，而能在较长在较长时时间间内仍内仍保保留留相相当强当强的的磁磁性。性。常用见磁性材料(1)电工用电工用纯纯铁铁。 (2)硅硅钢钢片片。 (3)铁镍铁镍合金合金。 (4)软软磁磁铁铁氧体氧体。 (5)铝镍钴系铝镍钴系永永磁磁。 (6)铁铁氧体氧体永永磁磁。 (7)稀土稀土类类永永磁磁。(8)塑塑料料永永磁体磁体。2.3 介电材料介电材料v何谓何谓介介电材料电材料？- -
12、 - 当当给给物物质质加加电电场场时时，带带电电粒粒子子将将发发生生位位移移，对对于于导导体体和和半半导导体来体来说说，电子发，电子发生生定定向运动向运动，产，产生生电电 流；对流；对于于绝缘绝缘的电的电介质介质而而言言，带带电电粒粒子子仅在平衡仅在平衡位位 置附近作置附近作微微小小的的移动移动，在在其其两两端面端面产产生生电电荷荷，产，产生生 极极化，具有化，具有这这种种性性质质的材料的材料称称为为介介电材料。电材料。2.3 介电材料介电材料A. 类型：类型：有机有机介介电材料：电材料：非非极极性，性，极极性性无无机机介介电材料：电材料：气体气体：空空气气，压压缩氮缩氮气等气等固体固体：云母
13、云母，玻璃玻璃，陶瓷陶瓷：独石陶瓷将瓷独石陶瓷将瓷料与电料与电极极直接直接烧烧结结成一成一个整个整体体B应用：应用：电电容容器器介质介质材料：电材料：电容容器器微波介质微波介质材料：材料：(I) 介质介质谐振腔谐振腔，微波集微波集成电成电路路基基片片。(ii) 元件，元件，介质波介质波导，导，介质介质天天线等微波线等微波 器件的器件的介介电材料。电材料。2.4 压电材料压电材料vA.定义定义:压压力力作作用用下会下会使使介质介质两两端面出端面出现现符符号号相相反反的的束缚束缚电电荷荷;反反之之,在在介质介质两两端施加端施加电电场场,会会产产生变生变形形或力或力,前前者者称称为为正正压压电电效效
14、应应,后后者者称称为为逆逆压压电电效效应应,总总称称为为压压电电效效应应,具有具有压压电电效效应应的材料的材料称称为为压压电材料。电材料。2.4 压电材料压电材料vB.类型类型:(i) 压压电单电单晶晶: 水水晶晶(ii) 压压电电陶瓷陶瓷: Pb(TiZr)O3 (PZT)(iii) 压压电电半半导导体体材料材料: CdS(iv) 高高分子分子压压电材料电材料(v) 陶瓷陶瓷- - - - 有机物有机物复复合压合压电材料电材料(vi) 压压电电陶瓷陶瓷薄膜薄膜材料材料2.4 压电材料vC.应应用用v(i) 在在压压电电振振子子方面方面的的应应用用:声声表表面面波波滤滤波波器器v(ii) 在在
15、换能器换能器方面方面的的应应用用:扬扬声声器器,声声纳纳器件器件v(iii) 医医用用超超声声波波换能器换能器v(iv) 压压电换能器电换能器:产产生生高高电电压压2.5 敏感材料敏感材料vA.定义定义:能能感感受到受到外外部部环境环境或或内内部部状状态态 的的各各种种非非电物理电物理,化学或化学或生生物学物学变变化化,并并能通能通过改过改变变其物理性能其物理性能(常常见见电电容容或电或电阻阻)作出反作出反应应的材料的材料要要求求：较较高高的的敏敏感感度度良好良好的的选择选择性性快快的的响响应应速速度度高高的的可靠可靠性性B.类型类型： 力力敏敏材料材料 热敏热敏材料材料 光敏光敏材料材料 压
16、敏压敏材料材料 气敏气敏材料材料 湿敏湿敏材料材料 磁敏磁敏材料材料（CCL- Cupper Cl ad Laminates）刚刚性性覆铜覆铜板板柔柔性性覆铜覆铜板板CCL=Cu+增强增强材料材料+树脂胶贴剂树脂胶贴剂+烘干烘干+压压板板（纸纸纤维、纤维、玻璃玻璃纤维纤维）PCB基材基材作作用用：导电导电、绝缘、绝缘、支撑支撑；很很大大程程度度上上决决定定PCB的性能的性能、质、质量量、 加加工性工性、成本成本等等。2.6 PCB用基板用基板-覆铜覆铜板板2.6 信息记录与存储材料信息记录与存储材料vA. 定义定义- - - - 信息信息记录记录与存储材料是计算机与存储材料是计算机外外围设围设备备的的关键关键材料材料,用于信息用于信息记录记录与存储与存储,是是软软件和信息件和信息库库的基的基础础。2.6 信息记录与存储材料信息记
