研究生电子材料_第三讲
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第三讲 半导体的特性
2、杂质半导体
在实际应用的半导体材料晶格中，总是存在着 偏离理想情况的各种复杂现象。包括存在各种杂质和 缺陷。实践表明：半导体的导电性可以通过掺入适量 的杂质来控制，这是半导体能够制成各种器件的重要 原因。例如对本征半导体硅（Si）掺入百万分之一的 杂质，其电阻率就会从105 欧姆厘米下降到只有几个 欧姆厘米。
从能带论的观点来看，电子能量的变化，就是电子从 一个能级跃迁到另一个能级上去。
对于所有能级均被电子所占满的能带（满带），在 外电场作用下，其电子并不形成电流，对导电没有贡献。----- 满带电子不导电。 通常原子中的内层电子都是占满满带中的能级， 因而内层电子对导电没有贡献。
对于被电子部分占满的能带（导带），在外电 场作用下，电子可从外电场吸收能量跃迁到未被电子 占据的能级去，从而形成电流，起导电作用。 ----- 导带电子有导电能力。
第三讲 半导体的特性
3.1 简介
一直以来，太阳能电池与其它的电子 器件都被紧密地联系在一起。接下来的几 节将讲述半导体材料的基本问题和物理原 理，这些都是光伏器件的核心知识。这些 物理原理可以用来解释 PN结的运作机制。 PN结不仅是太阳能电池的核心基础，还 是绝大多数其它电子器件如激光和二极管 的重要基础。
在平衡状态下，多子和少子的浓度为 常数，由质量作用定律可得其数学表达 式。 n0p0=ni2 式中ni表示本征载流子浓度，n0和p0 分别为电子和空穴的平衡载流子浓度。 使用上面的质量作用定律，可得多子和 少子的浓度：
n型 n0=ND P0=n2i/ND
p型 P0=NA n0=n2i/NA
上面的方程显示少子的浓度随着掺杂水平 的增加而减少。例如，在n型材料中，一些额 外的电子随着掺杂的过程而加入到材料当中并 占据价带中的空穴，空穴的数目随之下降。
第三讲 X线管
二、X线管的焦点
实际焦点： 1、实际焦点：
高速电子的实际撞 击面。 击面。其大小取决 灯丝粗细、 于：灯丝粗细、长 槽的形状、 度、槽的形状、深 度等因素。 度等因素。
有效焦点： 2、有效焦点：
X线照射方向的投 影。取决于阳极倾 角和实际焦点的大 小。 标称焦点
3、焦点与成像质量
几何模糊 希望有效（光学） 希望有效（光学）焦点 越小越好； 越小越好； 运动模糊 希望容量越大越好， 希望容量越大越好，则实 际焦点就小不了。
阳极柄： （2）阳极柄：
无氧铜，导电导热容热。 无氧铜，导电导热容热。
（3）阳极帽：
吸收散射线和反跳电子
2、阴极的结构
作用：通电加热，发射电子， 作用：通电加热，发射电子，并聚焦成束 （1）灯丝 ： 纯钨，长螺线管状线形。 纯钨，长螺线管状线形。 有双焦点结构。 有双焦点结构。 电子发射量与温度指数正比。 电子发射量与温度指数正比。
第三讲 X线管—电-X线 线管—
固定阳极X 一、固定阳极X线管 固定阳极X线管由下列三部分组成 线管由下列三部分组成。 固定阳极 线管由下列三部分组成。 1、阳极 2、阴极 3、管壳
1、阳极的结构
作用：阻挡高速运动的电子流激发 线 作用：阻挡高速运动的电子流激发X线
阳极头： （1）阳极头：
钨靶+ 钨靶+铜体 74、 纯钨原子序数大 74、 熔点高3370 3370， 熔点高3370，机械好 无氧铜， 无氧铜，容热散热
润滑： （3）润滑：固体润滑
旋转管的特点： 3、旋转管的特点：
功率大，焦点小， 功率大，焦点小，更易碎
四、特殊X线管 特殊X
1、金属陶瓷旋转阳极X线管 金属陶瓷旋转阳极X 三极X 2、三极X线管 3、软X线管
第三讲自旋电子学课件
N.H.Mott,Proc.Roy.Soc. A153,699(1936)
近似：电子与（热激发）自旋波散射可以忽略， （低于居里点） 只考虑电子与磁性离子自旋间的散射。 （s－d散射）
约定：与磁矩同方向的电子处于主要子带（majority）
相反方向自旋电子处于次要子带（minority）
两流体模型（2）
自旋相关散射(磁电阻效应)
FM(Ni-Fe)
S1
S2
(Al-O)
NM(Cu(001))
FM(Co(001))
上下自旋平行时电子容易通过--低电阻态 上下自旋反平行时电子被散射—高电阻态
Capping layer
Free layer
Tunnel barrier Reference layer Spacer layer Pinned layer Pinning layer
当然 D d 2 0 不等式成立
Julliere公式（3）
TMR 比率（放大的）
定义 TMR I I I
分子 ＝ D1 D1 D2 D2
分母 ＝ D1 D2 D1 D2
Julliere公式（4）
TMR的公式（用自旋极化率 表示）
第一个电极 p1 D1 D1 D1 D1 第二个电极 p2 D2 D2 D2 D2
TMR实验结果
韩秀峰等 （2000）
隧道磁电阻
隧道磁电阻效应的物理机制
Julliere公式（1）
隧穿电流 （近似!）I ∝ 指数衰减部分×状态密度部分
上左图 FM电极的磁矩彼此“平行”
I exp A U0 D1 D2 D1 D2
（注意：数值大小是 D D d d ）
上右图 FM电极的磁矩彼此“反平行”
近似：电子与（热激发）自旋波散射可以忽略， （低于居里点） 只考虑电子与磁性离子自旋间的散射。 （s－d散射）
约定：与磁矩同方向的电子处于主要子带（majority）
相反方向自旋电子处于次要子带（minority）
两流体模型（2）
自旋相关散射(磁电阻效应)
FM(Ni-Fe)
S1
S2
(Al-O)
NM(Cu(001))
FM(Co(001))
上下自旋平行时电子容易通过--低电阻态 上下自旋反平行时电子被散射—高电阻态
Capping layer
Free layer
Tunnel barrier Reference layer Spacer layer Pinned layer Pinning layer
当然 D d 2 0 不等式成立
Julliere公式（3）
TMR 比率（放大的）
定义 TMR I I I
分子 ＝ D1 D1 D2 D2
分母 ＝ D1 D2 D1 D2
Julliere公式（4）
TMR的公式（用自旋极化率 表示）
第一个电极 p1 D1 D1 D1 D1 第二个电极 p2 D2 D2 D2 D2
TMR实验结果
韩秀峰等 （2000）
隧道磁电阻
隧道磁电阻效应的物理机制
Julliere公式（1）
隧穿电流 （近似!）I ∝ 指数衰减部分×状态密度部分
上左图 FM电极的磁矩彼此“平行”
I exp A U0 D1 D2 D1 D2
（注意：数值大小是 D D d d ）
上右图 FM电极的磁矩彼此“反平行”
courses3详解
有机电子学米技术研究院1. Born-Oppenheimer ApproximationHΨ于电子与核的坐标米技术研究院1. Born-Oppenheimer Approximation复杂，难以求解！米技术研究院2. Einstein Transition Probability米技术研究院Rotational transitions~10 meV↓↑S1米技术研究院且，米技术研究院且，米技术研究院且，米技术研究院3. Selection rule for optical transitionR米技术研究院米技术研究院|||><ef ei χχ通常，将光能的退降称为“Stoke 位移”米技术研究院米技术研究院米技术研究院金属重原子可产生轨道光Metal complexes is intensively studied for OLED信息材料与纳4. 分子中的激子米技术研究院1米技术研究院米技术研究院米技术研究院影响）给体荧光光谱与受体吸收光谱的重叠程度；的情况下，给体分子的辐射速率；内，受体摩尔消光系数的大小；距离。
值得注意的是，根据第二点，体是发光的；根据第三点，受体分子要有较大的吸收才有利于通常都很小，因此以的作用，通常是可以忽略的。
米技术研究院D米技术研究院激子与周围物种的作用：（(2)米技术研究院Transient analysis of organic electrophosphorescence:I. Transient analysis of triplet energy transferM. A. BaldoLiF/Al (1000 Å)BPhenHost: Triplet emitter (400 Å)NPB(600 Å)ITO glass (30米技术研究院1) Dexter energy Transfer via host triplet:2) Förster energy Transfer via host triplet:米技术研究院Triplet Energy Transfer Probability:米技术研究院信息材料与纳1)To get triplet energy level by phosphorescent spectra米技术研究院信息材料与纳2)To get triplet exciton米技术研究院米技术研究院发光过程：复合荧光或磷光米技术研究院τ0=1 μs Ir(ppy)3Results:1)2)Ir: 2.4米技术研究院米技术研究院功课：下次上课前，提交拟作报告的大纲：By the way, if you have questions or not understanding in the paper you want to present, pls feel free to contact me at anytime.。
第三讲 a-SiH TFT 的结构和工作原理
11
a-Si TFT的结构
3.a-Si:HTFT的基本结构
注:5PEP过孔在a-Si TFT的结构中没有体现
12
a-Si TFT的结构
3.TFT-LCD的基本结构
13
a-Si TFT的结构
3.a-Si:HTFT的基本结构
14
a-Si TFT的结构
3.TFT-LCD的基本结构
15
a-Si TFT的结构
x
n+ 反型层 VGS≧VTH,VDS≧VGS-VTH
1. a-Si:H TFT的工作原理
y
x n+
VG
IDS
VD=小
IDsat n+ 反型层 VGS≧VTH,VDS<VGS-VTH VDsat （a）线性区域特性 VDS
y
VG
VD=大
IDS
IDsat n+ VDS
当VDS继续增大，增加 的电压将降落到夹断区上， 夹断区是已耗尽空穴的空 间电荷区，对沟道电流没 有贡献。
1. a-Si:H TFT的工作原理
用C-V特性曲线来说明a-Si:H TFT的三种情况，累积、耗尽等。
金属
1.50E-10
C(F/mm 2 )
绝缘层 t 空间 电荷区 半导体
欧姆接触
-20 -10 0 VGS (V) 10 20 30
1.45E-10 1.40E-10 1.35E-10 1.30E-10 -30
10
a-Si:H TFT 的截止区
△LD
绝缘层 i/s SiNx a-Si:H
1. a-Si:H TFT的工作原理
当VGS≤VTR时，泄漏电流是由于Poole- Fenkel效应引起的载流子发散造成的， 所以该区又叫Poole-Fenkel发散区。在漏源之间的泄漏电流随栅压往负方向 增加，呈指数增加，主要是由场增强使得深缺陷态中的载流子发散造成的。
电子信息材料第三章
光电阈决定于χ+Eg χ小，光电阈向红外推移，红限长； Eg小，光电阈亦应向红外推移，但Eg不 宜太小，太小反而对光电 C [ hν − ( χ + Eg )]
C是常数，
Y ( hν ) =
3 2
[ hν − ( χ + Eg )] B ( hν ) [ hν − ( χ + Eg )] + γ
光电阈决定于χ+Eg 若Eg小于1ev，则Eth比3.1ev小很多， 这样对大部分可见光波长逸出深度都很 小，也就不能达到增加阈波长的目的。 若材料χ+Eg太低，将引起大的热发射， 这就是光电器件中最不希望有的暗电流。
好的光电阴极材料 禁带宽度Eg值都是1ev左右 以上讨论不适合负（零）电子亲和势光 电阴极，因为这时会出现量子产额大于 1的情况。
Emax
1 2 = mvmax = eVr = h(ν −ν 0 ) 2
h为普朗克常数 m为电子质量 vmax是光电子初速度的最大值 ν0称为极限频率
光强不变时的I-V曲线
能量守恒定律：
1 2 hν = A + m v + hν 0 2
光子能量hν 光电子克服表面势垒给出能量hν0 非弹性碰撞损失能量A 光电子进入真空具有动能mv2/2 若A=0，则 1 hν = m v m ax 2 + hν 0 2 hν0就是金属的逸出功
§3-4
半导体的表面态和有效电 子亲和势
1.半导体的表面态 由于表面价键的不完整而在晶体表面 出现的电子能量状态，称为表面态或表面 能级。 能级密度约1015/cm2与不完整键密度相当 电子在表面能级上填充的多少可用表面费 米能级EFs来表示
表面态能级
2.表面能带弯曲 N型表面态杂质：表面吸附原子给出电子 而它本身带正电 P型表面态杂质：表面吸附原子接受电子 而它本身带负电
有机光电功能材料讲座第三讲
PHENOMENA / MATERIALS for Optical storage
1 – Photo-polymerisation 2 – Photo-isomerisation 3 – Photo-chromism 4 – Photo-refractivity 5 – Photo-induced chirality 6 – Photo-induced luminescence 7 – Photo-induced mass transport 8 – Nonlinear optical patterning 9 – Photo-induced phase separation 10 – Photo-sensitive interfaces ………………………………………. One and two photons techniques
Karl Ziegler
Giulio Natta
Hermann Staudinger
Paul J. Flory
e Nobel Prize in Chemistry 1974
*
2000年诺贝尔化学奖获得者
*
随功能材料的进步，可将功能材料（以高分子功能材料为例） 作如下的区分： 具固有功能特征的材料，如导电性高分子。 经简单掺杂或修饰而构成的材料，如光导性高分子材料。 由多种组分构成的复杂功能材料。如光折变材料。 智能型功能材料。
01
而从上一世纪70年代起，出现了高分子功能材料。
02
1974年，日本早稻田大学的土田英俊教授写了”功能高分子” 一书。 它代表功能高分子发展的一个里程碑.
03
早期的高分子功能性材料有如: 离子交换树脂， 光刻胶， 医用高分子材料， 高分子催化剂等. 可以看出：上面列出的高分子功能材料都是一些简单的 材料, 其特点是： 功能是单一性的， 并和高分子材料固有的特性相关联。
半导体纳米加工技术研究生课程《电子束曝光技术》
22:43
20
电子束曝光系统的重要关注指标
最小束直径 加速电压 电子束流 扫描速度 扫描场大小 工作台移动精度 套准精度 场拼接精度
22:43
21
国内科研单位的电子束曝光系统
➢ 中国科学院半导体所：Raith150 ➢ 中国科学院物理所：Raith150 ➢ 中国科学院微电子所：JBX 5000LS；JBX 6AII； MEBES4700S ➢ 中国科学院光电所：Raith150 ➢ 中国科学院电工所：基于SEM系统自主研发 ➢ 石家庄中电集团13所：Leica VBS ➢ 沈阳东北微电子47所：MEBES 4500 ➢ 无锡华润华晶：ZBA-23；JBX6AII；MEBES5000S清华大学：JEOL JBX-6300FS ➢ 北京大学：基于SEM改造基于SEM改造两台，Raith150一台 ➢ 中国科技大学：Raith150 ➢ 南京大学：Raith150 ➢ 国防科技大学：Raith150 ➢ 中山大学： Raith150 ➢ 西安交通大学：日本Crestec公司CABL9000系列 ➢ 山东大学：Raith150
22:43
曝光后烘
前烘 对准及曝光
坚膜
9
X射线曝光技术
X射线是指波长范围在0.01nm ~ 10nm内的电磁波谱。X射线曝光 技术最早是由美国麻省理工学院的Henry Smith 在20 世纪70 年代 初开发的。经过将近40年的发展，已经取得了长足进步。通常X 射线曝光都采用接近式曝光。
典型的X 射线掩模版是几个微米厚的碳化硅薄膜。薄膜上的重 金属图形作为吸收层。X 射线由等离子体源或者同步辐射源产 生。
JEOL
22:43
Leica
Raith
第三讲-电子衍射
衍射斑点的R矢量是 产生这一斑点的晶 面组倒易矢量G的按比例放大.
o
r G
o
v R
p
衍射花样的分类：
1）斑点花样：平行入射束与单晶作用产生斑点状花样； 主要用于确定第二相、孪晶、有序化、调幅结构、取向关系； 2）菊池线花样：平行入射束经单晶非弹性散射失去很少 能量，随之又遭到弹性散射而产生线状花样；主要用于衬度 分析、结构分析、相变分析以及晶体的精确取向、布拉格位 置偏移矢量、电子波长的测定等； 3）会聚束花样：会聚束与单晶作用产生盘、线状花样； 可以用来确定晶体试样的厚度、强度分布、取向、点群、空 间群以及晶体缺陷等。
[110]
五、查表法
序号 G2／G1 θ ［UVW］ H1K1L1 d1 H2K2L2 d2 H0K0L0 XH1K1L1 yH1K1L1
标准物相电子衍射表的制作方法：
①计算在一个［UVW］下可能产生的（HKL)
②求出各面的面间距 ③求出相应的G值，找出最短G1和次短G2
④求出G1和G2的夹角θ和G2／G1的比值
如立方：
d e f
con
H 1 H 2 K 1 K 2 L1 L2
2 2 2 ( H 12 K 12 L2 )( H K L 1 2 2 2)
计算的θ与照片实际测量的夹角进行比较。 用矢量和的方法求第三个R的指数，并计算夹角对前两个指数 进行验证 用下列规律求出其它斑点指数 与透射斑对称的斑点指数相反 通过透射斑点，在同一直线上的斑点指数成倍增加 （同方向）和减少（异方向）
2d ( hkl ) sin θ n 2d ( HKL ) sin θ
根据正弦函数的性质：
λ sin θ 1 2d λ 2d 对于给定晶体，只有当入射波长足够短，才能产生衍射。
o
r G
o
v R
p
衍射花样的分类：
1）斑点花样：平行入射束与单晶作用产生斑点状花样； 主要用于确定第二相、孪晶、有序化、调幅结构、取向关系； 2）菊池线花样：平行入射束经单晶非弹性散射失去很少 能量，随之又遭到弹性散射而产生线状花样；主要用于衬度 分析、结构分析、相变分析以及晶体的精确取向、布拉格位 置偏移矢量、电子波长的测定等； 3）会聚束花样：会聚束与单晶作用产生盘、线状花样； 可以用来确定晶体试样的厚度、强度分布、取向、点群、空 间群以及晶体缺陷等。
[110]
五、查表法
序号 G2／G1 θ ［UVW］ H1K1L1 d1 H2K2L2 d2 H0K0L0 XH1K1L1 yH1K1L1
标准物相电子衍射表的制作方法：
①计算在一个［UVW］下可能产生的（HKL)
②求出各面的面间距 ③求出相应的G值，找出最短G1和次短G2
④求出G1和G2的夹角θ和G2／G1的比值
如立方：
d e f
con
H 1 H 2 K 1 K 2 L1 L2
2 2 2 ( H 12 K 12 L2 )( H K L 1 2 2 2)
计算的θ与照片实际测量的夹角进行比较。 用矢量和的方法求第三个R的指数，并计算夹角对前两个指数 进行验证 用下列规律求出其它斑点指数 与透射斑对称的斑点指数相反 通过透射斑点，在同一直线上的斑点指数成倍增加 （同方向）和减少（异方向）
2d ( hkl ) sin θ n 2d ( HKL ) sin θ
根据正弦函数的性质：
λ sin θ 1 2d λ 2d 对于给定晶体，只有当入射波长足够短，才能产生衍射。
电子第三讲-肋片散热器1-2011
▪输出有 –fin数目变化时散热器的效率 –散热器的总体热阻
《电子设备热设计》
Copyright© 2010 BeiHang University
肋片散热器(heat sinks)的选择与设计
《电子设备热设计》
Copyright© 2010 BeiHang University
▪To select a heat sink for a given
《电子设备热设计》
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▪ 散热器设计的步骤
通常散热器的设计分为三步 1:根据相关约束条件设计出轮廓图。 2:根据散热器的相关设计准则对散热器齿厚、齿的 形状、齿间距、基板厚度进行优化。 3:进行校核计算。
《电子设备热设计》
Copyright© 2010 BeiHang University
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肋片散热器的传热分析－假设
▪
▪ ① 肋片上任何一点的温度不随时间 变化；
▪ ② 肋片材料的材质均匀，导热系数 为常数；
▪ ③ 肋片与环境之间的对流换热表面 传热系数为常数；
▪ ④ 周围环境流体的温度为常数； ▪ ⑤ 肋片仅在其高度方向有温度梯度； ▪ ⑥ 在肋片根部不存在接触热阻； ▪ ⑦ 肋片根部温度均匀且为常数； ▪ ⑧ 肋片内部无热源； ▪ ⑨ 忽略肋端面和侧面的对流换热。
➢在散热器表面加波纹齿，波纹齿的深度一般应小于 0.5mm。
➢增加散热器的齿片数。目前国际上先进的挤压设备及 工艺已能够达到23的高宽比，国内目前高宽比最大只 能达到8。对能够提供足够的集中风冷的场合，建议采 用低温真空钎焊成型的冷板，其齿间距最小可到2mm。
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肋片散热器(heat sinks)的选择与设计
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▪To select a heat sink for a given
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▪ 散热器设计的步骤
通常散热器的设计分为三步 1:根据相关约束条件设计出轮廓图。 2:根据散热器的相关设计准则对散热器齿厚、齿的 形状、齿间距、基板厚度进行优化。 3:进行校核计算。
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肋片散热器的传热分析－假设
▪
▪ ① 肋片上任何一点的温度不随时间 变化；
▪ ② 肋片材料的材质均匀，导热系数 为常数；
▪ ③ 肋片与环境之间的对流换热表面 传热系数为常数；
▪ ④ 周围环境流体的温度为常数； ▪ ⑤ 肋片仅在其高度方向有温度梯度； ▪ ⑥ 在肋片根部不存在接触热阻； ▪ ⑦ 肋片根部温度均匀且为常数； ▪ ⑧ 肋片内部无热源； ▪ ⑨ 忽略肋端面和侧面的对流换热。
➢在散热器表面加波纹齿，波纹齿的深度一般应小于 0.5mm。
➢增加散热器的齿片数。目前国际上先进的挤压设备及 工艺已能够达到23的高宽比，国内目前高宽比最大只 能达到8。对能够提供足够的集中风冷的场合，建议采 用低温真空钎焊成型的冷板，其齿间距最小可到2mm。
第三讲 化学键
第三讲 化学键
考纲展示 1.了解化学键的定义。 2.了解离子键、共价键的形成。
热点关注 1.正确使用关于化学键的化学用语——电子式、 结构式。 2.根据原子结构特点判断化学键的形成以及化合
物的种类。
3.从化学键的断裂与形成角度理解化学变化的本
质。
一、化学键 1．概念 使 离子或原子 相结合的
作用力 。
解析
A 项， 乙酸分子中含有一个羧基(—COOH)， 而丙
二酸分子中含有两个羧基，二者不属于同系物；B 项，H2O2 分子中既含有极性共价键，又含有非极性共价键；C 项，235U 92 和238U 是两种不同的核素；D 项，短周期第ⅣA 与ⅦA 族元 92 素的原子间构成的分子包括 CF4、CCl4、SiF4、SiCl4，这些 分子中各原子均满足最外层 8 电子结构。
①CH4：
；
②CO2：
。
思考 2 1所有物质中都存在化学键吗？ 2共价键仅存在于共价化合物中吗？
提示 1不是，稀有气体分子是单原子分子，分子 中无化学键。 2不是，共价键也可以存在于离子化合物中，如 NaOH、NH4Cl 中都含有共价键。
四、分子间作用力和氢键 1．分子间作用力
(1)定义：把
【典例 3】 下列分子中所有原子都满足最外层 8 电子 结构的是________；将不满足最外层 8 电子结构的原子在分 子式下画线予以标示。 A．光气(COCl2) C．二氟化氙 E．BeCl2 G．PCl5 B．六氟化硫 D．三氟化硼 F．PCl3 H．N2
[解析]
[答案]
A、F、H
SF6、XeF2、PCl5、BF3、BeCl2
(2)根据化合物的类型来判断 大多数碱性氧化物、强碱和盐都属于离子化合物； 非金属氢化物、非金属氧化物、含氧酸都属于共价化合 物。 (3)根据化合物的性质来判断 熔点、沸点较低的化合物(SiO2、SiC 等除外)是共价 化合物， 溶于水后不能发生电离的化合物是共价化合物， 熔融状态下能导电的化合物是离子化合物，不能导电的 化合物是共价化合物。
考纲展示 1.了解化学键的定义。 2.了解离子键、共价键的形成。
热点关注 1.正确使用关于化学键的化学用语——电子式、 结构式。 2.根据原子结构特点判断化学键的形成以及化合
物的种类。
3.从化学键的断裂与形成角度理解化学变化的本
质。
一、化学键 1．概念 使 离子或原子 相结合的
作用力 。
解析
A 项， 乙酸分子中含有一个羧基(—COOH)， 而丙
二酸分子中含有两个羧基，二者不属于同系物；B 项，H2O2 分子中既含有极性共价键，又含有非极性共价键；C 项，235U 92 和238U 是两种不同的核素；D 项，短周期第ⅣA 与ⅦA 族元 92 素的原子间构成的分子包括 CF4、CCl4、SiF4、SiCl4，这些 分子中各原子均满足最外层 8 电子结构。
①CH4：
；
②CO2：
。
思考 2 1所有物质中都存在化学键吗？ 2共价键仅存在于共价化合物中吗？
提示 1不是，稀有气体分子是单原子分子，分子 中无化学键。 2不是，共价键也可以存在于离子化合物中，如 NaOH、NH4Cl 中都含有共价键。
四、分子间作用力和氢键 1．分子间作用力
(1)定义：把
【典例 3】 下列分子中所有原子都满足最外层 8 电子 结构的是________；将不满足最外层 8 电子结构的原子在分 子式下画线予以标示。 A．光气(COCl2) C．二氟化氙 E．BeCl2 G．PCl5 B．六氟化硫 D．三氟化硼 F．PCl3 H．N2
[解析]
[答案]
A、F、H
SF6、XeF2、PCl5、BF3、BeCl2
(2)根据化合物的类型来判断 大多数碱性氧化物、强碱和盐都属于离子化合物； 非金属氢化物、非金属氧化物、含氧酸都属于共价化合 物。 (3)根据化合物的性质来判断 熔点、沸点较低的化合物(SiO2、SiC 等除外)是共价 化合物， 溶于水后不能发生电离的化合物是共价化合物， 熔融状态下能导电的化合物是离子化合物，不能导电的 化合物是共价化合物。
第三讲++半导体发光材料
0.45<X<1，其跃迁向间接带隙转变，内量子效率迅 速较低
19
AlGaAs
AlxGa1-xAs这种三元系晶体结构的特点是在Al摩尔比x 的整个取值范围内都有几乎理想的晶格匹配。GaAs 与AlAs的晶格常数分别为0.56532nm和0.56622nm， 晶格失配小，在GaAs衬底上生长外延层时，不需要 过渡层，就能获得很高质量的AlxGa1-xAs外延层。
半导体晶体的带隙宽度必须大于所需发光波长的光子能量
h Eg
h
c
Eg
hc
Eg
(nm) 1240
Eg
Eg
hv
其中，h为普朗克常数6.626*10-34J.s， c为光速2.9979*108m/s; 1J=6.25*1018eV
可见光λ：380-780nm，可求对应半导体材料Eg
缩短少数载流子寿命 降低发光效率 SiC晶体、GaN晶体的缺陷
改进材料的生长方法，外延材料要与衬底在晶 格常数和热膨胀系数匹配。
6
作业1：调查蓝宝石作为蓝绿光LED衬底的优 缺点，在LED结构设计的过程中如何克服蓝宝 石的缺点？
7
8
可获得电导率高的P型和N型材料
为制得优良的PN结，要能呈现p型和n型两种晶体 为获得较高的结电场，P区和N区的掺杂要足够高。
发光材料是发光器件的基础，是器件性能提高的 关键
GaAs、GaP、GaAsP II-VI族二元化合物半导体发光器件进展迟缓，虽然曾
被认为是可见光和近紫外区发光器件最自然的候选材 料。 OLED的发光材料研究
15
发光材料
LED芯片用的半导体发光材料：电致发光材料， 无机，与光致发光的荧光粉材料不同
19
AlGaAs
AlxGa1-xAs这种三元系晶体结构的特点是在Al摩尔比x 的整个取值范围内都有几乎理想的晶格匹配。GaAs 与AlAs的晶格常数分别为0.56532nm和0.56622nm， 晶格失配小，在GaAs衬底上生长外延层时，不需要 过渡层，就能获得很高质量的AlxGa1-xAs外延层。
半导体晶体的带隙宽度必须大于所需发光波长的光子能量
h Eg
h
c
Eg
hc
Eg
(nm) 1240
Eg
Eg
hv
其中，h为普朗克常数6.626*10-34J.s， c为光速2.9979*108m/s; 1J=6.25*1018eV
可见光λ：380-780nm，可求对应半导体材料Eg
缩短少数载流子寿命 降低发光效率 SiC晶体、GaN晶体的缺陷
改进材料的生长方法，外延材料要与衬底在晶 格常数和热膨胀系数匹配。
6
作业1：调查蓝宝石作为蓝绿光LED衬底的优 缺点，在LED结构设计的过程中如何克服蓝宝 石的缺点？
7
8
可获得电导率高的P型和N型材料
为制得优良的PN结，要能呈现p型和n型两种晶体 为获得较高的结电场，P区和N区的掺杂要足够高。
发光材料是发光器件的基础，是器件性能提高的 关键
GaAs、GaP、GaAsP II-VI族二元化合物半导体发光器件进展迟缓，虽然曾
被认为是可见光和近紫外区发光器件最自然的候选材 料。 OLED的发光材料研究
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发光材料
LED芯片用的半导体发光材料：电致发光材料， 无机，与光致发光的荧光粉材料不同
电子第三讲-肋片散热器
对流换热原理
对流换热是热量通过流体（如空气） 的运动传递给固体表面的过程。在肋 片散热器中，对流换热主要发生在肋 片与空气之间。
当空气流过肋片表面时，由于肋片表 面与空气之间的温差，空气会吸收热 量并升温。同时，肋片表面也会因散 热而冷却，从而实现散热效果。
辐射换热原理
辐射换热是热量通过电磁波的形式传递给其他物体的过程。 在肋片散热器中，辐射换热主要发生在肋片表面与周围环境 之间。
肋片间距
肋片间距也会影响散热性能，间距过小会导致散热器重量 增加，间距过大则会影响散热效果。应根据实际需求进行 合理设计。
整体尺寸
肋片散热器的整体尺寸应根据实际安装空间和使用需求进 行设计，以确保能够顺利安装和使用。
04
肋片散热器的应用场景
电子设备散热
电子设备在运行过程中会产生大量的热量，如果热量不能及时散发，会导致设备过热、性能下降甚至 损坏。肋片散热器能够有效地将电子设备中的热量传递到外界，保持设备正常运行。
当肋片表面温度升高时，会以电磁波的形式向周围环境辐射 热量。同时，肋片也会吸收周围环境中的辐射热量。辐射换 热在肋片散热器中起到一定的辅助散热作用。
03
肋片散热器的设计
肋片散热器的设计原则
高效散热
轻量化设计
肋片散热器应具备高效散热性能，能够迅 速将电子元件产生的热量传导出去，保证 电子设备的稳定运行。
05
肋片散热器的未来发展
高性能材料的应用
轻质材料
采用轻质材料如铝合金、钛合金 等，以减轻散热器的重量，提高 散热效率。
高导热材料
研究开发高导热系数的新型材料， 如石墨烯、纳米碳管等，以提升 散热器的散热性能。
复合材料
利用复合材料技术，将不同材料 的优点结合，以提高散热器的综 合性能。
电子材料导论 第三章
第三章
1.衡量电阻材料电性能的主要参数有哪些？怎样定义的？
电阻率ρ，与材料有关的常数，决定该材料是导体半导体还是绝缘体。
膜电阻Rs,指长宽相等的一块薄膜的电阻。
电阻温度系数αR，表示温度每改变一度电阻值的相对变化量。
平均电阻温度系数αRj，指在一定温度范围内，温度改变一度时，电阻的平均相对变化量。
2.常用绕线电阻材料，薄膜电阻材料和厚膜电阻材料有哪些？各有何特点？
绕线电阻材料主要指电阻合金线；主要有：锰铜线，特点是电阻稳定性好，电阻温度系数小，具有中等的电阻率和良好的电器性能
在绝缘体上用真空蒸发、化学沉积、热分解等方法制得的膜状电阻材料，其膜厚一般在1μm以下，称为薄膜电阻材料。
常用有：碳膜，金属氧化物
厚膜电阻材料是用厚膜浆料通过丝网印刷，烧结在绝缘基体上，形成一层较厚的膜，这层膜具有电阻的特性，故称为厚膜电阻材料。
常用有：二氧化钌等，其化学性能稳定，不跟酸和酸的混合物起作用。
5.蒸发和溅射的金属和合金薄膜电阻材料，为什么常在真空或大气中进行热处理？其目的? 因为在高真空中热处理时，电阻温度系数会迅速增大，电阻值减小，而在大气中热处理时电阻系数变小，电阻值增加。
目的是为了达到我们想要的电阻材料，使电阻具有可控性
6.厚膜电阻材料有哪些部分组成，烧结厚膜时为什么要分阶段进行？烧结的作用是什么?
主要由导电相，粘接相，有机载体和改性剂组成。
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I NqS
材料导电性能的表征方式（续）
而载流子的迁移速度ν通常与外加电场强度E成正比：
v E
式中，比例常数μ为载流子的迁移率，是单位场强下载流子
的迁移速度，单位为（cm2·V-1·s-1）；结合前式可得：
Rd S
G S d
11mSm
显然电阻率和电导率都不再与材料的尺寸有关，而只决定
于它们的性质，因此是物质的本征参数，都可用来作为表
征材料导电性的尺度。
材料导电性能的产生差异的原因
能带间隙 (Energy Band Gap)
金属之Eg值几乎为0ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱeV ，半导体材料Eg值在1.0~3.5 eV 之间，绝缘体之Eg值则远大于3.5 eV。
四烯转换了聚乙炔，其导电率达到35000 S/m，但是难以加工且不稳 定。 1987年，德国BASF科学家 N. Theophiou对聚乙炔合成方法进行了改 良，得到的聚乙炔电导率与铜在同一数量级，达到107 S/m。 除 了 最 早 的 聚 乙 炔 （ PA） 外 ， 主 要 有 聚 吡 咯 （ PPY）、 聚 噻 吩 （PTH）、聚对苯（PPV）、聚苯胺（PANI）以及他们的衍生物。 其中聚苯胺结构多样、掺杂机制独特、稳定性和高技术应用前景广 泛，在目前的研究中备受重视。 其中聚乙炔的所能达到的电导率在已发现的导电聚合物中是最高的， 达到了105 S/cm量级，接近Pt和Fe的室温电导率。
导电高分子自发现之日起就成为材料科学的研究热点。经过 近三十年的研究，导电高分子无论在分子设计和材料合成、 掺杂方法和掺杂机理、导电机理、加工性能、物理性能以及 应用技术探索都已取得重要的研究进展，并且正在向实用化 的方向迈进。
本讲座主要介绍导电高分子的结构特征和基本的物理、化学 特性，并评述导电高分子的重要的研究进展。
导电高分子的定义和一些基本概念
所谓导电高分子是由具有共轭π键的高分子经化学或电化学 “掺杂”使其由绝缘体转变为导体的一类高分子材料。它完全 不同于由金属或碳粉末与高分子共混而制成的导电塑料。
通常导电高分子的结构特征是由有高分子链结构和与链非键合 的一价阴离子或阳离子共同组成。即在导电高分子结构中，除 了具有高分子链外，还含有由“掺杂”而引入的一价对阴离子 （p型掺杂）或对阳离子（n型掺杂）。
2. 导电高分子材料导电性的表征
材料导电性能的表示方法
根据欧姆定律，当对试样两端加上直流电压V时，若流经试
样的电流为I，则试样的电阻R，电导可由下式表示：
RV I
G I V
电阻和电导的大小不仅与物质的电性能有关，还与试样的
面积S、厚度d有关。实验表明，试样的电阻与试样的截面
积成反比，与厚度成正比：
材料导电性能的表征方式
材料的导电性是由于物质内部存在的带电粒子的移动引起的。 这些带电粒子可以是正、负离子，也可以是电子或空穴，统 称为载流子。载流子在外加电场作用下沿电场方向运动，就 形成电流。可见，材料导电性的好坏，与物质所含的载流子 数目及其运动速度有关。
假定在一截面积为S、长为l的长方体中，载流子的浓度（单 位体积中载流子数目）为N，每个载流子所带的电荷量为q。 载流子在外加电场E作用下，沿电场方向运动速度（迁移速 度）为ν，则单位时间流过长方体的电流I为：
1977年美国科学家黑格、麦克迪尔米德和日本科学家白川英树发 现掺杂聚乙炔具有金属导电特性以来，有机高分子不能作为导电 材料的概念被彻底改变。
初期的实验发现与理论积累
1862年英国Letheby在硫酸中电解苯胺而得到少量导电性物质； 1954年米兰工学院G.Natta用Et3Al-Ti(OBu)4为催化剂制得聚乙炔； 1970年科学家发现类金属的无机聚合物聚硫氰(SN)x具有超导性。
导电高分子是如何发现的（续）？
上世纪七十年代日本筑波大学白川英树使用Ziggler–Natta催化 剂AlEt3/Ti(OBu)4，Ti的浓度为3mmol/L，Al/Ti约为3～4。催 化剂溶于己烷中，冷却到-78℃，通入乙炔，可在溶液表面生 成紫铜色的顺式聚乙炔薄膜。
1974年，白川英树的学生在合成聚乙炔的实验中，偶然地投入 过量1000倍的催化剂，合成出令人兴奋的银色光泽的反式聚乙 炔薄膜。掺杂后电导率达到10 -3－10-2 S/m量级。
导电高分子不仅具有由于掺杂而带来的金属特性（高电导率） 和半导体（p和n型）特性之外，还具有高分子结构的可分子设 计性，可加工性和密度小等特点。为此，从广义的角度来看， 导电高分子可归为功能高分子的范畴。
导电高分子的定义和一些基本概念（续）
导电高分子具有特殊的结构和优异的物理化学性能使它在能 源、光电子器件、信息、传感器、分子导线和分子器件、电 磁屏蔽、金属防腐和隐身技术方面有着广泛、诱人的应用前 景。
《电子材料》第三讲
导电高分子材料
授课提纲
一、导电高分子概述 二、导电高分子的分类 三、导电高分子的导电机理 四、导电高分子研究进展及应用
1. 导电高分子材料的基础知识
导电高分子是如何发现的？
物质按电学性能分类可分为绝缘体、半导体、导体和超导体四类， 如果按电阻率≤10-4Ω·m的材料为导电材料的定义划分，通常高分 子材料通常属于绝缘体的范畴。
导电性聚乙炔的出现不仅 打破了高分子仅为绝缘体 的传统观念，而且为低维 固体电子学和分子电子学 的建立打下基础，而具有 重要的科学意义。上述三 位科学家因此分享2000年 诺贝尔化学奖。
黑格小传
麦克迪尔米德小传
白川英树小传
导电高分子后续研究成果
1980年，英国Durham大学的W. Feast得到更大密度的聚乙炔。 1983年，加州理工学院的H. Grubbs以烷基钛配合物为催化剂将环辛
H－C≡C－H
Ti(OC4H9)4 Al(C2H5)3
1000 倍催化剂
温度
10-5～10-7 S/m 10 -3 ～10-2 S/m
导电高分子是如何发现的（续）？
1975年，黑格、麦克迪尔米德与白川英树合作进行研究，他们 发现当聚乙炔曝露于碘蒸气中进行掺杂氧化反应（doping）后， 其电导率令人吃惊地达到3000 S/m。 。
材料导电性能的表征方式（续）
而载流子的迁移速度ν通常与外加电场强度E成正比：
v E
式中，比例常数μ为载流子的迁移率，是单位场强下载流子
的迁移速度，单位为（cm2·V-1·s-1）；结合前式可得：
Rd S
G S d
11mSm
显然电阻率和电导率都不再与材料的尺寸有关，而只决定
于它们的性质，因此是物质的本征参数，都可用来作为表
征材料导电性的尺度。
材料导电性能的产生差异的原因
能带间隙 (Energy Band Gap)
金属之Eg值几乎为0ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱeV ，半导体材料Eg值在1.0~3.5 eV 之间，绝缘体之Eg值则远大于3.5 eV。
四烯转换了聚乙炔，其导电率达到35000 S/m，但是难以加工且不稳 定。 1987年，德国BASF科学家 N. Theophiou对聚乙炔合成方法进行了改 良，得到的聚乙炔电导率与铜在同一数量级，达到107 S/m。 除 了 最 早 的 聚 乙 炔 （ PA） 外 ， 主 要 有 聚 吡 咯 （ PPY）、 聚 噻 吩 （PTH）、聚对苯（PPV）、聚苯胺（PANI）以及他们的衍生物。 其中聚苯胺结构多样、掺杂机制独特、稳定性和高技术应用前景广 泛，在目前的研究中备受重视。 其中聚乙炔的所能达到的电导率在已发现的导电聚合物中是最高的， 达到了105 S/cm量级，接近Pt和Fe的室温电导率。
导电高分子自发现之日起就成为材料科学的研究热点。经过 近三十年的研究，导电高分子无论在分子设计和材料合成、 掺杂方法和掺杂机理、导电机理、加工性能、物理性能以及 应用技术探索都已取得重要的研究进展，并且正在向实用化 的方向迈进。
本讲座主要介绍导电高分子的结构特征和基本的物理、化学 特性，并评述导电高分子的重要的研究进展。
导电高分子的定义和一些基本概念
所谓导电高分子是由具有共轭π键的高分子经化学或电化学 “掺杂”使其由绝缘体转变为导体的一类高分子材料。它完全 不同于由金属或碳粉末与高分子共混而制成的导电塑料。
通常导电高分子的结构特征是由有高分子链结构和与链非键合 的一价阴离子或阳离子共同组成。即在导电高分子结构中，除 了具有高分子链外，还含有由“掺杂”而引入的一价对阴离子 （p型掺杂）或对阳离子（n型掺杂）。
2. 导电高分子材料导电性的表征
材料导电性能的表示方法
根据欧姆定律，当对试样两端加上直流电压V时，若流经试
样的电流为I，则试样的电阻R，电导可由下式表示：
RV I
G I V
电阻和电导的大小不仅与物质的电性能有关，还与试样的
面积S、厚度d有关。实验表明，试样的电阻与试样的截面
积成反比，与厚度成正比：
材料导电性能的表征方式
材料的导电性是由于物质内部存在的带电粒子的移动引起的。 这些带电粒子可以是正、负离子，也可以是电子或空穴，统 称为载流子。载流子在外加电场作用下沿电场方向运动，就 形成电流。可见，材料导电性的好坏，与物质所含的载流子 数目及其运动速度有关。
假定在一截面积为S、长为l的长方体中，载流子的浓度（单 位体积中载流子数目）为N，每个载流子所带的电荷量为q。 载流子在外加电场E作用下，沿电场方向运动速度（迁移速 度）为ν，则单位时间流过长方体的电流I为：
1977年美国科学家黑格、麦克迪尔米德和日本科学家白川英树发 现掺杂聚乙炔具有金属导电特性以来，有机高分子不能作为导电 材料的概念被彻底改变。
初期的实验发现与理论积累
1862年英国Letheby在硫酸中电解苯胺而得到少量导电性物质； 1954年米兰工学院G.Natta用Et3Al-Ti(OBu)4为催化剂制得聚乙炔； 1970年科学家发现类金属的无机聚合物聚硫氰(SN)x具有超导性。
导电高分子是如何发现的（续）？
上世纪七十年代日本筑波大学白川英树使用Ziggler–Natta催化 剂AlEt3/Ti(OBu)4，Ti的浓度为3mmol/L，Al/Ti约为3～4。催 化剂溶于己烷中，冷却到-78℃，通入乙炔，可在溶液表面生 成紫铜色的顺式聚乙炔薄膜。
1974年，白川英树的学生在合成聚乙炔的实验中，偶然地投入 过量1000倍的催化剂，合成出令人兴奋的银色光泽的反式聚乙 炔薄膜。掺杂后电导率达到10 -3－10-2 S/m量级。
导电高分子不仅具有由于掺杂而带来的金属特性（高电导率） 和半导体（p和n型）特性之外，还具有高分子结构的可分子设 计性，可加工性和密度小等特点。为此，从广义的角度来看， 导电高分子可归为功能高分子的范畴。
导电高分子的定义和一些基本概念（续）
导电高分子具有特殊的结构和优异的物理化学性能使它在能 源、光电子器件、信息、传感器、分子导线和分子器件、电 磁屏蔽、金属防腐和隐身技术方面有着广泛、诱人的应用前 景。
《电子材料》第三讲
导电高分子材料
授课提纲
一、导电高分子概述 二、导电高分子的分类 三、导电高分子的导电机理 四、导电高分子研究进展及应用
1. 导电高分子材料的基础知识
导电高分子是如何发现的？
物质按电学性能分类可分为绝缘体、半导体、导体和超导体四类， 如果按电阻率≤10-4Ω·m的材料为导电材料的定义划分，通常高分 子材料通常属于绝缘体的范畴。
导电性聚乙炔的出现不仅 打破了高分子仅为绝缘体 的传统观念，而且为低维 固体电子学和分子电子学 的建立打下基础，而具有 重要的科学意义。上述三 位科学家因此分享2000年 诺贝尔化学奖。
黑格小传
麦克迪尔米德小传
白川英树小传
导电高分子后续研究成果
1980年，英国Durham大学的W. Feast得到更大密度的聚乙炔。 1983年，加州理工学院的H. Grubbs以烷基钛配合物为催化剂将环辛
H－C≡C－H
Ti(OC4H9)4 Al(C2H5)3
1000 倍催化剂
温度
10-5～10-7 S/m 10 -3 ～10-2 S/m
导电高分子是如何发现的（续）？
1975年，黑格、麦克迪尔米德与白川英树合作进行研究，他们 发现当聚乙炔曝露于碘蒸气中进行掺杂氧化反应（doping）后， 其电导率令人吃惊地达到3000 S/m。 。