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1、为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划红外材料介绍ppt9-1概述红外吸收光谱是一种分子吸收光谱。红外吸收光谱是由分子中振动能级的跃迁而产生的。因为振动能级的跃迁常伴随有转动能级的跃迁，故红外吸收光谱又称为振动-转动光谱。当样品受到频率连续变化的红外单色光照射时，样品分子吸收了某些频率的辐射，其固有的振动或转动能级跃迁到较高的能级，将这种吸收情况以吸收曲线的形式记录下来，就得到该物质的红外吸收光谱，简称红外光谱。红外光谱仪自1940年问世以来，一直是有机化合物结构鉴定的最重要的方法之一。特点：1）气、液、固态样品均可进行
2、测定；2）每种有机化合物均有红外吸收，一种化合物的红外光谱有多个强弱不等的吸收峰。3）样品用量少，一般为mg级，有的可达g级。4）仪器很昂贵，一般不低于20万。9-2红外光谱的基本知识一、红外光区的划分及光谱图红外光谱波长范围根据仪器技术和应用不同，习惯上又将红外光区分为三个区：近红外光区：波数在12500-4000cm-1，波长，即800-2500nm。中红外光区：一般指波数为4000-625(或400)cm-1绝大多数有机化合物的红外光谱频率出现在该光区,吸收最强，所以该区最适于进行红外光谱的定性和定量分析。红外光谱法实际为中红外光谱法。远红外光区：625-12cm-1红外光谱图：红外吸收
3、光谱一般用T?曲线或T1/?曲线表示。纵坐标为百分透光率T%，因而向下为吸收峰，向上则为谷；横坐标是波长?，或波数1/?。二、红外吸收强度的表示谱图纵坐标反映红外吸收的强弱，最常用的标度是百分透过率T和吸光度A,二者常在谱图上同时标出。透过率T和吸光度A的关系为：A=lg(T0/T)式中T0为入射光(基线）的透过率，T为透射光的透过率。如p195,图11-2,3050cm-1处，A=lg93/15=红外吸收光谱中光的吸收与浓度c、池长l也遵循朗伯-比耳定律：A=lc式中为摩尔吸收系数，其大小表示被检测物质对某波数红外光的吸收程度。红外吸收峰的强弱划分：100，很强辐射光子的能量与发生振动跃迁所
4、需的能量相等红外吸收光谱是由于分子中不同基团振动能级跃迁产生的。当光子的能量等于振动能级跃迁能级差时，才能产生吸收。这是必要条件，但不是充分条件。但要产生吸收还要满足第二个条件：2）只有引起分子偶极距变化的振动，才能产生共振吸收。分子是电中性的，但正负电中心可以不重合，从而可以成为一极性分子。极性大小可以偶极矩衡量,单位德拜作周期性的振动，可近似的看作简谐振动。这种双原子分子振动的模型，以经典力学的方法可把两个质量为m1和m2的原子看成钢体小球，将连接两原子的化学键设想成无质量的弹簧，弹簧的长度r就是分子化学键的长度。举例已知羰基键的力常数k=,其折合质量u=10-24g,试计算C=O键的伸缩
5、振动频率。解：=(231010）-1105/(10-24)=1725cm-1大多数羰基的谱带在1850-1650cm-1之间振动能振动量子能级从=0跃迁到=1的振动频率，称为基频。该基频振动吸收红外光，发生由基态向第一激发态的跃迁，该吸收称为基频吸收。有机化合物基频吸收谱带大都出现在4000-400cm-1范围。从=0跃迁到=2的振动频率，称为倍频或泛频。倍频吸收峰一般较弱。从=0跃迁到=3的振动频率，称为三倍频。强度更弱。影响基本振动频率的直接原因是折合质量和化学键的力常数。化学键的力常数k越大，折合质量越小，则化学键的振动频率越高，吸收峰将出现在高波数区；反之，则出现在低波数区.碳碳单键、
6、双键和三键的力常数分别为、和，因此在红外光谱中，C-C在1429cm-1,而C?C约在1667cm-1，C?C的吸收峰出现在2222cm-1，对于相同化学键的基团，波数与相对原子质量平方根成反比。例如C-C、C-O、C-N键的力常数相近，但相对折合质量不同，其大小顺序为C-C多晶硅难容金属硅化物多晶硅的人们提出了栅工程和沟道零掺杂的概念存储电容材料存储电容是数字电路中的动态随机存储器和模拟电路中的重要部件。主要需满足：集成度、存储容量高、存取速度快、能随机存取非挥发性新型氧化物铁电材料：高介电常数作为DRAM的存储电容绝缘介质层材料电极化强度随电压变化的电滞效应制备铁电随机存储器高介电常数的D
7、RAM影响高介电常数铁电材料在DRAM中应用的主要因素：较大的漏电流较高的体和界面缺陷较低的介电击穿强度与硅工艺的兼容性非挥发性铁电存储器NVFRAM利用铁电材料具有自发极化以及自发极化在电场作用下反转的特性存储信息。当前NVFRAM研究的主要方向：影响铁电材料抗疲劳性能和自发极化强度因素改进制备工艺开发新的铁电材料铁电材料物理主要研究方向：电极化的极限开关速度铁电材料层能保持稳定的铁电性能的最小厚度开关参数局域互连材料局域互连多晶硅线条的纵向和横向尺寸都越来越小。由于多晶硅的电阻率较高，接触和局域互连成了影响集成电路速度的重要因素之一。作为栅和局域互连材料必须具有可以实现自对准、热稳定性好，
8、与氧化硅的界面特性好、与MOS工艺兼容等特点。SALICIDE的桥接问题发展方向将以CoSi2或TiSi2/CoSi2复合结构的栅和局域互连材料为主。互连材料互连材料包括金属导电材料和相配套的绝缘介质材料。连线层数和互连线长度的迅速增加以及互连线宽度的减小，将引起连线电阻增加，使电路的互连时间延迟、信号衰减及串扰增加。互连线宽的减小还会导致电流密度增加，引起电迁移和应力迁移效应的加剧，从而严重影响电路的可靠性。减小互联延迟的主要途径：优化互连布线系统设置采用新的互连材料为了减少寄生连线的电容和串扰，需要采用较SiO2介电常数更低的绝缘介质材料改进电路系统的互连特性。当器件特征尺寸缩小到深亚微米
9、以下时，铝金属的互连可靠性成为主要问题。Cu互连性能在延迟性和可靠性方面都优于Al。Cu的缺点：Cu污染问题Cu淀积到硅片后便会形成高阻的铜硅化物，而Cu和SiO2的粘附性较差。Cu的布线问题钝化层材料钝化就是通过在不影响已经完成的集成电路的性能前提下，在芯片表面覆盖一层绝缘介质薄膜，以尽可能少地减少外界环境对电路的影响，使电路封装后可以长期稳定可靠的工作。钝化方法分类：收集型钝化发通过化学键结合淀积阻挡层方法淀积适当的薄膜加工工艺应变量子阱结构：发展趋势：结构更新、波段拓展态密度和量子限制效应光跃迁：半导体导带和价带的电子-空穴对的产生和复合过程，以光子的形式吸收或者释放能量。一般同时涉及电
10、子和空穴两种载流子光吸收过程主要是从有大量电子布据的价带到几乎长波长InP基激光器材料980nmInGaAs/GaAs应变量子阱激光器材料GaInAsSb/AlGaAsSb量子阱激光器材料InGaAs/InGaAsP应变量子阱激光器材料中远红外量子级联激光器材料基于斜角跃迁的量子级联激光器基于垂直跃迁的量子级联激光器化学机械抛光技术是一种新型的平坦化工艺技术。CMP进行平坦化的基本工作原理是在CMP设备磨盘中，辅以各种成分的磨料，对需要进行平坦化的材料层进行磨抛，从而实现芯片表面平坦化的目的。磨抛过程：在磨盘和磨料的作用下，材料表面薄层被部分软化，随后在磨料中硬度高的细微颗粒摩擦剂的作用下被磨
11、掉。2半导体光电材料半导体光电材料的发展半导体光电材料是指具有光电功能的半导体材料。半导体激光：在半导体pn结材料上，通过电注入pn结的两种载流子的复合产生受激辐射。实现激射，且激射波长是由半导体材料的带隙决定，并只有直接带隙半导体材料才能实现激射。半导体激光材料：三维同质结构材料异质结构材料量子阱结构材料应变量子阱结构材料半导体探测器材料：光电导型和光伏型半导体激光器材料同质结构材料：第一只半导体激光器异质结构材料：量子阱结构：为空的导带之间产生的。公式：I=Iz0exp-吸收系数与光子能量的关系由于杂质所引起的能带填充效应，使得实际吸收边变软。由于量子结构的限制效应，使得量子阱和空穴形成的
12、一系列分裂的子能带，因此，吸收系数谱成阶跃性。粒子数分布反转条件：当吸收系数(?)EcEv?产生受激辐射*入射光子激发电子从导带到价带跃迁，并伴随发射一个与入射光子具有相同能量、相位以及传播方向的光子形成粒子数反转的条件：大量的注入载流子不限制载流子和光波，会导致极高的阈值电流密度和很差的输出光波模式。限制载流子和光波可采用异质结构实现。是第一个完成上述两种限制的结构）激光阈值条件：半导体要获得激光输出，辐射必须是相干的，并且增益至少不小于损耗。对半导体激光器的主要要求：低的工作电流、高的输出功率、高电光转换效率和较佳的温度特性。紫外至可见光量子阱激光器材料GaN基激光器材料AlGaInP红光
13、激光器材料红外波段量子阱激光器材料短波长AlGaAs/GaAs激光器材料室温工作的量子级联激光器单纵模量子级联激光器量子线、量子点激光器材料一维限制量子阱结构实现了对载流子在一维方向上的限制，从而改变了半导体材料的能带结构及态密度分布。相比异质结激光器，量子阱结构激光器性能得到了很大的提高，阶跃性质的态密度使得载流子的能量分布变窄，从而导致较窄的荧光谱线和较高的微分增益。二维限制量子线结构(QWR)三维限制量子点结构刻蚀再生长自组织生长量子点非平面衬底上生长半导体光电探测器基础光电探测器将光信号转换成电信号的器件半导体光电探测器分类：光电导型、光伏型电导型光电探测器半导体材料在光的作用下产生光
14、生载流子，从而使材料的电导率发生变化并形成光电导。利用光电导可构成光电导型光电探测器。本征型光电导如果光子的能量大于此种材料的禁带宽度，能将价带中的电子激发到导带上去，产生电子-空穴对，即产生带间吸收形成光电导。非本征光电导如果光子的能量小于此种材料的禁带宽度，可能将束缚在杂质能级上的载流子激发到导带或价带上去，产生光电导。常规光电探测器本征光电导型中远红外光电探测器非本征光电导型光伏型光电探测器光伏型光电探测器是利用半导体pn结或肖特基结在光的作用下产生光电压进行光电探测的器件。光伏型光电探测器主要优点：无需偏执电压直接进行光电能量转换雪崩型的光电探测器也是光伏型的光电探测器，具有与光电倍增管类似的内部增益，具有更高的探测灵敏度，但是只能工作于光电导模式。光电探测器工作性能参数响应度RI、RV与波长有关RI=IpPi；RV=VpPi;RV=RIRd.外量子效率EE=hRI/q;E=/暗电流Id决定噪声特性宽禁带紫外光电探测
