功能材料(半导体材料)
半导体材料
所以扩散和漂 + + + + + + 移这一对相反 + + + + + + 的运动最终达 到平衡，相当 + + + + + + 于两个区之间 没有电荷运动， + + + + + + 空间电荷区的 厚度固定不变。
扩散运动
PN结的单向导电性
PN结加上正向电压、正向偏置的意
思都是： P区加正、N区加负电压。 PN结加上反向电压、反向偏置的意
按其功能及应用： 微电子材料、光电半导体材料、热电半导体材料、微波 半导体材料、敏感半导体材料等； 按材料种类：无机半导体、有机半导体； 按化学组成：元素半导体、化合物半导体；
按结构：晶态和非晶态半导体
一、 元素半导体
在IIIA族-VIIA
族的金属和非金属
交界处大约有十几
种，如Ge, Si, Se, Te等，其中最重要 的有Si和Ge。
与金属和绝缘体相比， 半导体材料的发现是 最晚的，直到20世纪30年代，当材料的提纯 技术改进以后，半导体的存在才真正被学术界 认可。
半导体的发现实际上可以追溯到很久以前， 1833年，英国法拉第最先发现硫化银的电阻 随着温度的变化情况不同于一般金属，一般 情况下，金属的电阻随温度升高而增加，但 法拉第是随着温度的上升而降低。这是半导 体现象的首次发现。 1835年，蒙克发现了单向导电现象。
3.2.4 半导体二极管
(1)、基本结构
PN结加上管壳和引线，就成为半导体二极管。
符号
P 阳极
P
N
N 阴极
(2)、伏安特性 I
常用半导体材料有哪些种类
常见半导体材料种类半导体材料是一类在电子学和光电子学中应用广泛的功能材料，其电学特性介于导体和绝缘体之间。
常用的半导体材料种类有多种，每种材料都具有独特的电学和光学特性，适用于不同的应用领域。
1. 硅（Silicon）硅是最常见的半导体材料之一，广泛用于集成电路和光电子器件制造中。
硅具有良好的半导体特性、稳定性和可加工性，成本较低，是电子工业中的基础材料。
2. 碳化硅（Silicon Carbide）碳化硅是一种耐高温、高频率特性优异的半导体材料，主要应用于功率器件、高频器件和光电子器件中。
碳化硅具有较高的电子迁移率和热导率，适用于高温高频环境。
3. 氮化镓（Gallium Nitride）氮化镓是一种宽禁带半导体材料，在功率电子和光电子领域具有广泛的应用。
氮化镓器件具有高电子迁移率、高工作温度和较宽的带隙，适用于高功率和高频率应用。
4. 磷化铟（Indium Phosphide）磷化铟是一种用于光电子器件和微波器件的半导体材料，具有较高的光电转换效率和较高的电子迁移率。
磷化铟器件常用于光通信系统和毫米波雷达等领域。
5. 砷化镓（Gallium Arsenide）砷化镓是一种高速电子器件的关键材料，适用于高频率和光电子器件制造。
砷化镓具有优异的电子特性和较高的迁移率，常用于微波通信、光通信和太赫兹器件中。
总结以上是常见的半导体材料种类，每种材料都有独特的特性和适用领域。
在电子学和光电子学领域，选择合适的半导体材料对器件性能和应用效果至关重要，不同材料的特性可以满足不同需求。
随着技术的不断发展，半导体材料的种类和性能将继续拓展，为电子器件和光电子器件的应用提供更多可能性。
功能材料的分类
功能材料的分类
功能材料是指根据其特定的物理、化学或电学性质，在某些应用领域
中发挥特定的功能的材料。
根据其性质和应用，功能材料可以分为以
下几类：
1. 电子材料：主要包括半导体、金属、陶瓷等。
半导体材料广泛应用
于电子器件中，如晶体管、太阳能电池等；金属材料则广泛应用于导体、电极等领域；陶瓷材料则主要应用于压敏电阻器、介质等。
2. 光学材料：主要包括光学玻璃、光学薄膜等。
光学玻璃具有高透明
度和优异的光学性能，广泛应用于镜头、棱镜等光学元件中；光学薄
膜则广泛应用于反射镜、滤波器等领域。
3. 磁性材料：主要包括铁氧体、钕铁硼等。
铁氧体广泛应用于变压器、传感器等领域；钕铁硼则广泛应用于永磁体中。
4. 功能陶瓷材料：主要包括氧化铝陶瓷、氧化锆陶瓷等。
氧化铝陶瓷
具有高硬度、高耐磨性和高耐腐蚀性，广泛应用于机械零件、切削工
具等领域；氧化锆陶瓷则广泛应用于医疗器械、航空航天等领域。
5. 生物材料：主要包括生物陶瓷、生物塑料等。
生物陶瓷具有良好的
生物相容性和生物活性，广泛应用于人工关节、牙科修复等领域；生物塑料则广泛应用于医用注射器、输液袋等领域。
总之，功能材料在各个领域中都发挥着重要的作用，其分类也是多种多样的，不同的功能材料在不同的应用领域中都有着广泛的应用。
半导体功能材料
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电功能材料
电功能材料电功能材料是指具有特殊电学性能的材料，能够在电场、磁场或光场的作用下发挥出特殊的功能。
电功能材料广泛应用于电子器件、光电器件、能量存储和转换等领域。
1. 半导体材料：半导体材料具有介于导体和绝缘体之间的电导率，具有宽能隙和禁带。
它们可用于制作晶体管、二极管、太阳能电池等电子器件。
常见的半导体材料有硅、锗、砷化镓等。
2. 铁磁材料：铁磁材料是能够在外加磁场下形成强磁性的材料。
它们可用于制作电动机、传感器、磁记录等。
典型的铁磁材料有铁、钴、镍等。
3. 铁电材料：铁电材料是具有永久电偶极矩的材料，能够在外电场作用下产生电极化现象。
它们可用于制作压电陶瓷、声表面波器件、电容器等。
常见的铁电材料包括铁电单晶体、铁电陶瓷等。
4. 超导材料：超导材料是在低温下具有零电阻和完全磁通排斥的材料。
它们可用于制造超导磁体、超导电缆等。
常见的超导材料有铌钛合金、铜氧化物等。
5. 电致变色材料：电致变色材料是能够在电场作用下改变颜色的材料。
它们可用于制作智能窗、电子墨水等。
常见的电致变色材料有氧化镉、氧化钨等。
6. 光电材料：光电材料是具有特殊的光电特性的材料，包括光电转换、光电探测等。
它们可用于制作太阳能电池、光电转化器等。
常见的光电材料有硒化镉、硅、镓砷化物等。
7. 锂离子电池材料：锂离子电池材料是能够在充放电过程中嵌入锂离子的材料。
它们可用于制造锂电池、电动车、移动设备等。
常见的锂离子电池材料有锂铁磷酸盐、锰酸锂等。
总之，电功能材料的不同种类可以满足各种不同的应用需求，推动了电子技术、能源技术和信息技术的发展。
在未来，随着新材料的诞生和应用的扩大，电功能材料将继续发挥重要的作用，推动科学技术的进步。
功能材料是什么
功能材料是什么功能材料是指可以在产品设计和制造过程中赋予产品特定功能的材料。
它们具有特殊的物理、化学或机械性能，可以通过与其他材料的组合或特殊处理来实现所需的功能。
功能材料在各个领域的应用越来越广泛，包括电子、光电子、能源、生物医药、环境保护等。
以电子领域为例，功能材料可以用于制造半导体器件、光电器件、传感器、电池等。
例如，半导体材料可以用于制造晶体管、集成电路等电子器件，具有导电性能，并且可以根据控制其导电性调节电流。
光电器件中的光伏材料可以将光能转化为电能，广泛应用于太阳能发电等领域。
传感器中的功能材料可以将物理、化学等信号转换为电信号，用于测量温度、压力、湿度等参数。
在能源领域，功能材料可以用于制造高效能源存储和转换设备。
例如，锂离子电池中的正负极材料可以实现高能量密度和快速充放电性能，推动电动车和移动设备的发展。
燃料电池中使用的催化剂材料可以将氢气和氧气直接转化为电能，实现清洁能源的利用。
在生物医药领域，功能材料可以用于制造人工关节、人工心脏瓣膜等医疗器械。
例如，钛合金等生物相容材料可以用于制作骨折修复植入物，具有良好的生物相容性和机械强度，能够促进骨骼生长和修复。
生物陶瓷材料可以用于制造牙科修复材料，具有良好的生物相容性和美观度。
在环境保护领域，功能材料可以用于制造高效的污染物吸附和气体过滤材料。
例如，活性炭材料可以吸附有机污染物，用于水处理和空气净化。
纳米材料可以通过调控其孔径和表面性质来实现对有害气体的吸附和催化降解。
总之，功能材料是能够赋予产品特定功能的材料，在各个领域的应用非常广泛。
通过不断研发和创新功能材料，可以实现更加高效、环保、可持续的产品设计和制造。
功能材料概论3(导体半导体及材料性能)
（2）磁感应强度饱和性 当外磁场(或激励磁场的电流)增大到一定程度时，全部 二、磁饱和性 磁畴都会转向与外场方向一致，这时的磁感应强度将达 到饱和值。 （3）磁滞性 在铁心线圈通有交变电流时，铁心将被交变磁化。电流变 化一次时，B随H而变化的关系如图所示：当H减少为零时， B 并未回到零值，出现剩磁Br。磁感应强度滞后于磁场强 度变化的性质称为磁滞性。 B 1 不同物质的滞回曲线是不同的。 2
空带
E g
禁带
3 ~ 6eV (E 3 ~ 6eV ) g
满带 例如金刚石中两个碳原子相距 15nm时，△Eg=5.33eV。
满带与导带之间被一个较宽的禁带所隔开，在常 温下几乎很少有电子可以被激发越过禁带，因此 其电导率很低。
7
3. 半导体：价带是满带，但是禁带宽度较小 空带 半导体能带结构下面是价带， 价带是一个满价带；上面是导 带，导带是空的；满价带和空 带之间是禁带，其禁带宽度比 较窄，一般在1ev左右。价带 中的电子受能量激发后，如果 激发能大于Eg，电子可以从价 带跃迁到空带上，形成导带， 同时在价带中留下一个空的能 级位置--空穴。
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磁性物质的分类
根据滞回曲线和磁化曲线的不同，大致分成三类：
(1)软磁材料 矫顽磁力较小， 磁滞回线较窄。 (铁心) B H (2)永磁材料 矫顽磁力较大， 磁滞回线较宽。 (磁铁) B (3)矩磁材料 剩磁大而矫顽磁力 小，磁滞回线为矩 形。(记忆元件) B H
H
21
17
在外磁场作用下，磁畴就逐渐转到与外场一致的方向上，即 产生了一个与外场方向一致的磁化磁场，从而磁性物质内的磁 感应强度大大增加。就是说磁性物质被强烈的磁化了。 磁性物质被广泛地应用于电工 设备中，电动机、电磁铁、变压 器等设备中线圈中都含有的铁心。 就是利用其磁导率大的特性，使 得在较小的电流情况下得到尽可 能大的磁感应强度和磁通。 非磁性材料没有磁畴 的结构，不具有磁化 特性。
功能材料有哪些
功能材料有哪些功能材料是指具有特定功能、性能或特性的材料。
它们被广泛应用于各个领域，如电子、能源、医疗、环境等。
本文将介绍一些常见的功能材料及其应用领域。
1. 半导体材料半导体材料是一类在温度范围内具有中等电导率的材料。
它们在电子学中起着重要的作用，被用于制造各种电子器件，如晶体管、集成电路、太阳能电池等。
常见的半导体材料有硅、锗、砷化镓等。
2. 光学材料光学材料是指具有特定的光学性能的材料。
它们能够改变光的传播、发射、吸收等特性，被广泛应用于光学器件和光学系统中。
例如，玻璃是一种常见的光学材料，它被用于制造光学透镜、光纤等。
3. 磁性材料磁性材料是指在外加磁场作用下表现出磁性的材料。
它们具有吸引或排斥磁性的特性，在电子设备、电力系统和磁存储等领域得到广泛应用。
常见的磁性材料有铁、钴、镍等。
生物材料是指用于医学和生物科学领域的材料。
它们具有生物相容性、生物活性和生物可降解等特性，被用于制造人工关节、植入物、药物传递系统等。
常见的生物材料有金属、陶瓷、聚合物等。
5. 复合材料复合材料是由两种或更多种材料组合而成的复合材料。
通过不同材料的组合，它们能够提供超过单一材料的力学、电磁、热学等性能。
复合材料被广泛应用于航空航天、汽车、建筑等领域。
常见的复合材料有碳纤维复合材料、玻璃纤维复合材料等。
6. 纳米材料纳米材料是指颗粒尺寸在1到100纳米之间的材料。
由于其特殊的性质，纳米材料在电子学、光学、医学和催化等领域具有广泛应用。
常见的纳米材料有纳米颗粒、纳米线和纳米薄膜等。
7. 能源材料能源材料是指用于能量转换和存储的材料。
它们能够将一种形式的能量转化为另一种形式的能量，并在能源领域发挥重要作用。
常见的能源材料有锂离子电池材料、太阳能电池材料等。
催化材料是一类能够加速化学反应速度、降低反应温度或改善反应选择性的材料。
它们在化学工业、环境保护和能源转化中扮演着重要角色。
常见的催化材料有金属催化剂、氧化物催化剂等。
超导体和半导体材料
超导体和半导体材料超导体和半导体材料是现代科技中非常重要的两类材料。
它们在电子学、电磁学和能源等领域都有着广泛的应用。
本文将分别介绍超导体和半导体材料的特性、应用和未来发展。
1. 超导体超导体是指在低温下具有零电阻和完全抗磁性的材料。
超导体的发现远在1911年，自此之后，科学家们不断研究并发现了许多种类的超导体材料。
1.1 特性超导体的最显著特性是其低温下的零电阻。
在超导态下，电流可以在材料内部无损耗地传输，极大地提高了电流传输效率。
此外，超导体还具有完全抗磁性，即可以屏蔽外界的磁场。
1.2 应用超导体在能源传输、磁共振成像、粒子加速器、磁浮交通等方面具有广泛应用。
例如，在能源传输方面，超导体可以用于电力输送线路，提高能源传输的效率。
在磁共振成像中，超导体用于制造高磁场强度的磁体，提高成像的分辨率和灵敏度。
此外，超导体还在科学研究领域扮演着重要角色，如用于粒子加速器和核磁共振实验。
1.3 未来发展虽然超导体在一些特定应用上取得了成功，但其低温运行条件限制了其广泛应用。
因此，科学家们正在寻找高温超导体，以便将其运用到更多领域。
高温超导体能够在接近室温的条件下实现超导态，为超导体应用带来了更多的可能性。
2. 半导体材料半导体材料是指在温度条件下具有介乎于导体和绝缘体之间电导率的材料。
半导体材料的研究和应用可以追溯到20世纪初。
2.1 特性半导体材料的最显著特性是其电导率介于导体和绝缘体之间。
这种特性使得半导体材料可以根据外界条件（如温度、压力）进行控制和调节。
此外，半导体材料还具有光电效应，即光照射时可以发生电子激发和电流流动。
2.2 应用半导体材料在电子学和光电子学领域具有广泛应用。
晶体管是半导体材料最重要的应用之一，它作为电子器件的基本构件，广泛应用于计算机、手机和其他电子设备中。
此外，半导体材料还能够产生光电效应，用于激光器、光电二极管等光电子器件。
2.3 未来发展随着科技的不断进步，半导体材料的研究和应用也在不断发展。
电子功能材料知识点总结
电子功能材料知识点总结一、电子功能材料的分类1. 金属材料：金属材料具有良好的导电性和导热性，通常用于制造电子器件的导线、电极、散热器等部件。
典型的金属材料包括铜、铝、铁、钴、镍等。
2. 半导体材料：半导体材料具有介于导体和绝缘体之间的电导性能，广泛应用于电子器件中。
常见的半导体材料包括硅、锗、氮化镓、碳化硅等。
3. 绝缘体材料：绝缘体材料具有很高的电阻和介电常数，通常用于电子器件的绝缘层和封装材料。
常见的绝缘体材料包括玻璃、陶瓷、塑料等。
4. 导电聚合物材料：导电聚合物材料具有良好的导电性能和可塑性，可用于制造柔性电子器件和导电涂料。
典型的导电聚合物材料包括聚苯胺、聚噻吩、聚对苯二酮等。
5. 光电功能材料：光电功能材料能够将光能转换为电能或者将电能转换为光能，常用于光电器件和太阳能电池。
典型的光电功能材料包括硅、铟镓砷化物、有机光电材料等。
6. 磁电功能材料：磁电功能材料可以实现磁场与电场的相互转换，常用于传感器和电子存储器件。
典型的磁电功能材料包括铁电材料、铁磁材料、多铁材料等。
7. 储能功能材料：储能功能材料能够存储电能并具有可持续释放的特性，常用于储能器件和超级电容器。
典型的储能功能材料包括电解质、导电聚合物、石墨烯等。
二、电子功能材料的功能1. 电导率：电子功能材料具有不同的电导率，可用于制造导线、电极、晶体管等电子器件。
2. 磁性：电子功能材料具有不同的磁性，可用于制造磁记录器、传感器、电磁铁等磁性器件。
3. 光学：电子功能材料具有不同的光学性能，可用于制造光电器件、激光器件、光纤通信器件等。
4. 导热：电子功能材料具有不同的导热性能，可用于制造散热器、导热材料、热敏器件等导热器件。
5. 储能：电子功能材料具有不同的储能性能，可用于制造超级电容器、锂电池、太阳能电池等储能器件。
6. 传感：电子功能材料具有不同的传感性能，可用于制造温度传感器、压力传感器、湿度传感器等传感器。
三、电子功能材料的应用1. 电子器件：电子功能材料可用于制造电阻器、电容器、电感器、晶体管、集成电路等电子器件。
材料科学基础功能材料—碲化铋
热电制冷：利用热电效应的制冷方法，工作时制冷器的一端温度就会降低，而另
一端的温度就会同时上升。值得注意的是，只要改变电流方向，就可以改变热流的 方向，将热量输送到另一端。所以，在一个热电制冷器上就可以同时实现制冷和加 热两种功能。因此，热电制冷器还可以用于精确的温度控制。
E
Ecorr
0
EIePc，aoIrcar
沿 c 轴方向层与层之间以—Te (1) — Bi—Te (2) —Bi—Te (1) —秩序排列 。 一般认为原子层内部成键方式以共价 键为主，其中 Te (1) —Bi 是共价键与 离子键的混合键，Bi—Te (2) 之间是 共价键，而 Te (1) —Te (2) 之间是范 德华力，两个相邻的 Te 原子层间距为 0. 25 nm。Bi 2 Te 3 晶体具有明显的各 向异性，在垂直于晶体 c 轴的晶面(001)
碲化铋是一种灰色的粉末、棒、片 ，分子式为Bi2Te3。
碲化铋是个半导体材料，具有较好的导电性，但导热性较差。 熔点 ：585℃，密度 ：7.642 g/mL，与水反应或与强氧化剂 反应产生轻微爆炸，与水或湿气反应释放有毒易燃气体; 受 热分解有毒碲氧化物烟雾。
Bi2Te 3 是一种天然的层状结构材料，为 三角晶系。
面，主要靠 Te (1) 与Te (1) 原子 间的范德华力结合，作用力微弱，晶体 易解理。
One 溶剂热法
反应简单易于控制，但看不到反应过程
Two 两步液相反应法
产率，热电优值高
温差发电：利用海水的温差进行发电。海洋不同水层之间的温差很大，一般表
层水温度比深层或底层水高得多。发电原理是，温水流入蒸发室之后，在低压 下海水沸腾变为流动蒸气或丙烷等蒸发气体作为流体，推动透平机旋转，启动 交流电机发电；用过的废蒸气进入冷凝室被海洋深层水冷却凝结，再进行循环。 据估算，海洋温差能一年约能发电15×10^8=15亿千瓦。
电子专用材料
电子专用材料电子专用材料是指在电子器件中具有特殊功能或特殊性能的材料。
随着电子科技的发展，电子专用材料在电子行业中的应用越来越广泛。
这些材料可以是半导体材料、金属材料、绝缘材料、电介质材料、封装材料等。
下面具体介绍几种常见的电子专用材料。
1. 半导体材料：半导体材料是电子行业中应用最广泛的材料之一。
常见的半导体材料有硅、锗、砷化镓等。
半导体材料具有导电性介于导体和绝缘体之间，可以通过控制材料的掺杂来改变其导电性。
在电子器件中，半导体材料常用来制造晶体管、二极管、太阳能电池等。
2. 金属材料：金属材料在电子器件中主要用于连接和导电。
电子器件中的金属是指以金属元素为主要成分的材料，如铜、铝、银等。
金属材料具有良好的导电性和导热性，可以保证电子器件的稳定性和传导性能。
3. 绝缘材料：绝缘材料主要用于电子器件中的绝缘、隔离和保护作用。
绝缘材料具有良好的绝缘性能和耐高温性能。
常见的绝缘材料有瓷瓶、树脂、硅胶等。
绝缘材料可以防止电子器件中的电流外泄，提高器件的安全性和稳定性。
4. 电介质材料：电介质材料是电子行业中用于制造电容器的重要材料。
电介质材料具有高介电常数、低损耗和良好的绝缘性能。
常见的电介质材料有陶瓷、塑料薄膜、氧化铝等。
电介质材料在电子器件中起到储存和调节电荷的作用。
5. 封装材料：封装材料主要用于对电子器件进行保护、固定和导热。
封装材料具有良好的耐高温性能、抗热冲击性能和导热性能。
常见的封装材料有塑料、金属、陶瓷等。
封装材料可以保护电子器件，防止受潮、氧化等外界因素的影响。
电子专用材料在电子行业中具有重要的地位和作用。
它们能够满足电子器件对导电性、绝缘性、导热性等特殊性能的要求，保证电子器件的稳定性和性能。
随着电子科技的不断进步，电子专用材料的研究和应用将会越来越广泛，为电子行业的发展提供更好的支持。
半导体材料是干什么用的
半导体材料的应用半导体材料在现代科技领域中发挥着重要的功能，它具有介于导体和绝缘体之间的电学特性，广泛应用于电子器件、光电子器件、传感器等领域。
本文将探讨半导体材料的特性和其在各个领域中的具体应用。
半导体材料特性半导体材料的特性在于其具有带隙能量，这意味着在带隙能量以下的区域，材料的电子不容易传导电流，而在带隙能量以上的区域，材料的电子则可以自由传导电流。
这种特性决定了半导体材料在电子器件中的应用。
电子器件中的应用半导体材料在电子器件中有着广泛的应用，例如在晶体管中，通过操纵半导体材料的电子行为，可以实现电子信号的放大和开关控制。
此外，在集成电路中，半导体材料可以被制备成各种器件，实现逻辑电路、存储器件等功能。
这些应用使得半导体材料成为现代电子技术的核心材料之一。
光电子器件中的应用除了在电子器件中的应用外，半导体材料还在光电子器件中发挥着关键作用。
例如，在光伏电池中，半导体材料可以将光能转化为电能，实现太阳能的利用。
在激光器件中，半导体材料可以通过电子-空穴复合放大光信号，实现激光的发射。
这些应用使得半导体材料在光电子领域有着重要的地位。
传感器中的应用半导体材料还被广泛应用于传感器中，例如温度传感器、压力传感器等。
半导体材料的电阻、电容等特性会随着外部环境的变化而变化，基于这些特性制备的传感器可以实现对环境参数的监测和检测，广泛应用于工业控制、环境监测等领域。
总结半导体材料作为一种特殊的材料，在现代科技领域中具有不可替代的作用。
其在电子器件、光电子器件、传感器等领域的应用丰富多样，推动了现代科技的发展。
随着科技的不断进步，相信半导体材料的应用领域还将不断扩展，为人类带来更多的科技创新。
功能材料器件及其工作原理
功能材料器件及其工作原理
功能材料器件是指具有特定功能的材料器件，通常用于实现特定的物理、化学或生物过程。
这些器件依赖于各种材料和物理原理来实现其功能。
以下是几种常见的功能材料器件及其工作原理：
1. 磁性材料器件：磁性材料器件利用磁性材料的磁特性来实现特定功能。
例如，磁性硬盘利用磁性材料的磁化特性来存储和读取数据。
2. 光学材料器件：光学材料器件利用光的传播、反射、折射、干涉等特性来实现特定功能。
例如，光刻机利用光学材料的透镜和反射镜将光线聚焦到硅片上，以实现集成电路的制造。
3. 半导体器件：半导体器件利用半导体的电学特性来实现特定功能。
例如，晶体管利用半导体的导电性来控制电流的通断。
4. 生物材料器件：生物材料器件利用生物材料的生物学特性来实现特定功能。
例如，生物传感器利用生物材料的生物活性来检测生物分子或细胞。
5. 纳米材料器件：纳米材料器件利用纳米材料的尺寸效应和表面效应来实现特定功能。
例如，纳米发电机利用纳米材料的机械能转换特性来产生电能。
总之，功能材料器件种类繁多，其工作原理也各不相同。
它们在各个领域都有广泛的应用，如信息技术、医疗保健、环保等。
第1章半导体材料 83页PPT文档
CuCr2S3C
稀土氧、硫、硒、碲化合物 EuO EEuS EuSe EuTe
非晶态 半导体
有机 半导体
元素 化合物 芳香族化合物 电荷移动络合物
Ge Si Te Se GeTe As2Te3 Se4Te Se2As3 As2SeTe As2Se2Te 多环芳香族化合物
元素半导体
具备实用价值的元素半导体材料只有硅、锗和硒。硒是 最早使用的，而硅和锗是当前最重要的半导体材料，尤其 是硅材料由于具有许多优良特性，绝大多数半导体器件都 是用硅材料制作的。
n为导带电子浓度，N＋d为电离施主浓度，p价带上空穴浓度
nNd p
Nd为电离施主浓度
把n、p代入电中性方程得：
Nd
Nd
12expEF
Ed
kBT
N cex (E p k cB T E F ) 1 2 eN x E dFp E dN vex (E p k F B T E v) kB T
二元化合物半导体
它们由两种元素 组成，主要是有 III-V族化合物半 导体、II-VI族化 合物半导体、IVVI族化合物半导 体、II-IV族化合 物半导体，铅化 合物及氧化物半 导体等。
三元化合物半导体
以A1GaAs相GaAsP为代表的二元化合物半导 体材料，已为人们广泛研究，可制作发光器件；
利用此待性GaAs可以制作转移电子器件。根据实验表 明InP是制作转移器件的更好半导体材料。
2. n型和p型半导体
半导体掺杂——改变半导体的性质、载流子类型……
人工掺杂——半导体材料设计——器件……
掺杂工艺——扩散、离子注入……
掺杂种类：
施主掺杂（n型）——高价元素掺杂，杂质原子提供的价 电子数目多于半导体原子，多余的价电子很容易进入导 带而成为电子载流子，半导体的电导率增加。
功能材料的分类
功能材料的分类功能材料是一种具有特殊功能的材料，通常用于特定的应用领域。
根据其特性和用途的不同，功能材料可以分为多个不同的分类。
本文将从电子材料、光学材料、磁性材料和生物材料四个方面来介绍功能材料的分类。
电子材料是一类用于电子器件和电路中的材料，具有导电、绝缘、半导体等特性。
常见的电子材料包括金属、半导体和绝缘体。
金属具有良好的导电性能，常用于制造电子元件的导线和电极。
半导体材料具有介于金属和绝缘体之间的导电性能，可用于制造晶体管、集成电路等电子元件。
绝缘体材料则具有很高的电阻性能，常用于电子元件的绝缘层。
光学材料是一类用于光学器件和光学系统中的材料，具有传输、折射、反射等光学性能。
常见的光学材料包括玻璃、晶体和光学膜。
玻璃具有良好的透光性和抗腐蚀性，常用于制造透镜、窗户等光学元件。
晶体材料具有特定的光学轴向性能，可用于制造激光器、光学棱镜等光学元件。
光学膜材料则具有特定的反射和透射性能，可用于制造反射镜、滤光片等光学元件。
磁性材料是一类具有磁性能的材料，常用于磁记录、磁传感器等领域。
常见的磁性材料包括铁、镍、钴和磁性合金。
铁是一种典型的铁磁材料，具有较高的磁导率和矫顽力，常用于制造电机、变压器等磁性元件。
镍和钴是典型的铁磁材料，具有较高的磁饱和感应强度和矫顽力，常用于制造永磁体、传感器等磁性元件。
磁性合金是一种特殊的磁性材料，具有良好的软磁性能和硬磁性能，可用于制造磁记录介质、磁存储器件等磁性元件。
生物材料是一类用于生物医学领域的材料，具有生物相容性、生物降解性等特性。
常见的生物材料包括生物陶瓷、生物聚合物和生物金属。
生物陶瓷具有良好的生物相容性和机械强度，可用于制造人工关节、牙齿修复材料等生物医学器件。
生物聚合物具有良好的生物降解性和可塑性，可用于制造缝合线、药物传输系统等生物医学器件。
生物金属具有良好的生物相容性和耐腐蚀性，可用于制造植入物、支架等生物医学器件。
总的来说，功能材料的分类是多方面的，每种功能材料都具有特定的特性和应用领域。
功能性半导体材料的研究及其应用
常见偷工减料的手段一：墙面刷漆乳胶漆是目前最常见的墙面装饰材料，在具体施工中可以进行涂刷、辊涂或喷涂，对于居室的内墙装修来说，一般乳胶漆需要涂两遍以上才算合格。
如果工人在施工时不认真或敷衍了事，常会出现色差，尤其是颜色较深的乳胶漆更会出现这种问题。
乳胶漆在使用之前需要加入一定的清水，调配好的乳胶漆要一次用完。
同一颜色的涂料也最好一次涂刷完毕。
如果施工完毕后墙面需要修补，就要将整个墙面重新涂刷一遍。
二：下水管路有过施工经验的朋友，是不是碰到过这样的情况：施工完成了，表面上看起来装修工程毫无问题，完全符合自己的要求，但是一旦在验收完毕后，却发现厨房和卫生间的下水不畅？其实，这就是在工程中，施工队偷工减料而造成的，为了贪图省事，少数施工队可能会将含有大量水泥、沙子的混凝土碎块直接倒入下水道，这样就造成了日后的下水管道不畅的问题。
一定要严格监督、并且事先提醒施工队，不能拿下水道当垃圾道使用。
在水路施工完毕后，将所有的水盆、面盆和浴缸注满水，看看下水是否通畅，管路是否有渗漏的问题，在完成这所有的步骤后，才可以算通过验收。
三：电线接头现象：这又是一个具有很强隐蔽性的偷工减料，通常发作在装修完成后的一段时间里，在消费者使用电器，尤其是一些耗电量较大的热水器、空调等时，开关、插座发热甚至烧毁，一些没有经验的消费者这时候往往会认为是大功率电器惹的祸，其实事实并非如此，出现这样的情况，很有可能就是电工在安装插座、开关和灯具时，不按施工要求接线而造成的。
提醒：夏天又即将来临了，大功率的电器：空调等的使用在所难免，所以在施工中一定要监督电工严格按照操作规程进行施工，在所有开关、插座安装完毕后，一定要进行实际的使用，看看这些部位是否有发热现象，以防止以后使用电器过程中带来不必要的损失。
四：墙地砖铺贴现象：铺贴墙地砖是一个技术性较强的工作。
如果工人们偷工减料的话，很容易出现瓷砖空鼓、对缝不齐等问题，不但让居室的整体美观程度大打折扣，而且在时间一长后，瓷砖很容易出现开裂、破碎等现象。
半导体材料的作用
半导体材料的作用
半导体材料在电子技术中起着关键的作用。
以下是半导体材料的几个主要作用：
1. 用于制造半导体器件：半导体材料被广泛用于制造各种半导体器件，如晶体管、二极管、太阳能电池板等。
这些器件可以用于放大、开关、调节电流和电压等功能，在电子设备和通信系统中起着重要作用。
2. 控制电子流动：半导体材料的电导率可以通过材料的掺杂来调节。
通过控制半导体材料的电导率，可以实现电子的定向流动和控制。
例如，半导体材料的PN结可以实现电流流向的控制，从而实现开关功能。
3. 用于存储信息：半导体材料可以用于制造存储芯片，如随机存储器（RAM）和闪存等。
这些存储芯片可以存储数字信息，并在需要的时候进行读取和擦除。
半导体材料的稳定性和可靠性使得这些存储芯片成为现代计算机和通信系统中不可或缺的组成部分。
4. 用于能源转换：半导体材料在能源转换领域有重要应用。
例如，太阳能电池板使用半导体材料吸收太阳光并将其转化为电能。
通过半导体材料的特性，可以实现高效的能源转换，从而推动可再生能源的利用和可持续发展。
总的来说，半导体材料在现代电子技术中起着至关重要的作用，
它们的特性和性能使得各种电子器件和系统得以实现并发挥功能。
结构材料和功能材料举例
结构材料和功能材料举例随着科技的不断发展，材料科学也得到了迅速的发展。
材料是各种物质的总称，包括金属、陶瓷、高分子、复合材料等。
其中，结构材料和功能材料是材料科学中的两个重要分支。
结构材料主要用于构造工程、机械、航空航天等领域，而功能材料则能够在电子、光电、磁学、生物医学等领域发挥重要作用。
本文将以几种常见的结构材料和功能材料为例，介绍它们的特点和应用。
一、结构材料1. 金属材料金属材料是一种广泛应用的结构材料。
它具有高强度、高刚性和良好的导电性和导热性等优点，因此被广泛应用于航空航天、汽车、建筑等领域。
铝合金是一种常见的金属材料，具有重量轻、强度高、耐腐蚀等优点，被广泛应用于航空航天、汽车、电子设备等领域。
2. 高分子材料高分子材料是一种轻质、高强度的结构材料。
它具有良好的耐疲劳性、耐热性和耐腐蚀性等优点，因此被广泛应用于航空航天、汽车、医疗器械等领域。
例如，聚乙烯是一种常见的高分子材料，具有重量轻、强度高、耐腐蚀等优点，被广泛应用于包装、建筑、医疗器械等领域。
3. 复合材料复合材料是一种由两种或两种以上不同材料组成的材料。
它具有高强度、高刚性、耐疲劳性和耐腐蚀性等优点，因此被广泛应用于航空航天、汽车、建筑等领域。
碳纤维复合材料是一种常见的复合材料，具有重量轻、强度高、刚性大、耐腐蚀等优点，被广泛应用于航空航天、汽车、体育器材等领域。
二、功能材料1. 半导体材料半导体材料是一种在电学和光学性质上介于导体和绝缘体之间的材料。
它具有良好的电学和光学性质，因此被广泛应用于电子、光电等领域。
硅是一种常见的半导体材料，被广泛应用于集成电路、太阳能电池等领域。
2. 磁性材料磁性材料是一种具有磁性的材料。
它具有良好的磁性和热稳定性，因此被广泛应用于电子、计算机、医疗器械等领域。
铁氧体是一种常见的磁性材料，被广泛应用于电子、计算机、医疗器械等领域。
3. 生物材料生物材料是一种能够与生物体相容的材料。
它具有良好的生物相容性和生物活性，因此被广泛应用于医疗器械、组织工程等领域。
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2．多元化合物半导体 (1) IB-IIIA -(VIA)2组成的多元化合物半
导体，如AgGeTe2等。 (2) IB-VA-(VIA)2组成的多元化合物半
导体，如AgAsSe2等。 (3) (IB)2-IIB-IVA-(VIA)4组成的多元化
20世纪70年代以来，电子技术以前所未有 的速度突飞猛进，尤其是微电子技术的兴起， 使人类从工业社会进人信息社会。微电子技术 是电子器件与设备微型化的技术，一般是指半 导体技术和集成电路技术。它集中反映出现代 电子技术的发展特点，从而出现了大规模集成 电路和超大规模集成电路。这样就促使对半导 体材料提出了愈来愈高的要求，使半导体材料 的主攻目标更明显地朝着高纯度、高均匀性、 高完整性、大尺寸方向发展。
锗不溶于盐酸或稀硫酸，但能溶于热 的浓硫酸、浓硝酸、王水及HF-HNO3混合酸 中。
硅不溶于盐酸、硫酸、硝酸及王水， 易被HF-HNO3混合酸所溶解，因而半导体工 业中常用此混合酸作为硅的腐蚀液。硅比锗易 与碱起反应。硅与金属作用能生成多种硅化物， 这些硅化物具有导电性良好、耐高温、抗电迁 移等特性，可以用于制备大规模和超大规模集 成电路内部的引线、电阻等。
VIIA族的金属与非金属的交界处，如Ge，Si， Se，Te等。 6.1.2 化合物半导体 1．二元化合物半导体
(1) IIIA族和VA族元素组成的IIIA-VA族化 合物半导体。即Al，Ga，In和P，As，Sb组成 的9种IIIA-VA族化合物半导体，如AlP，AlAs， Alsb ， GaP ， GaAs ， GaSb ， InP ， InAs ， InSb等。
6.2.2 硅和锗晶体的制备
生长锗、硅单晶的方法很多，目前锗主 要用直拉法，硅除了直拉法之外还用悬浮区 熔法。直拉法又称(Czochralski)法，简称CZ 法。它是生长元素和IIIA-VA族化合物半导 体单晶的主要方法。该法是在盛有熔硅或锗 的坩埚内，引入籽晶作为非均匀晶核，然后 控制温度场，将籽晶旋转并缓慢向上提拉， 晶体便在籽晶下按籽晶的方向长大。
锗和硅都具有金刚石结构，化学键为共价键。锗和硅的 导带底和价带顶在k空间处于不同的k值，为间接带隙半导体， 见图6-1。
图6-1 锗硅的能带电子迁移率为3800 cm2 ／V·s，硅为1800 cm2／V·s。
杂质对锗、硅电学性质的影响与杂质能 级在禁带中的位置密切相关。在锗、硅中的 杂质可分为两类，一类是IIIA族或VA族元素， 它们在锗、硅中只有一个能级，且电离能小， 一个杂质原子只起一个受主或施主作用， IIIA 族 杂 质 起 受 主 作 用 使 材 料 呈 p 型 导 电 ， VA族杂质起施主作用，使材料呈n型导电。 另一类是除IIIA、VA族以外的杂质。
6.1.4 非晶态半导体
原子排列短程有序、长程无序的半导体 称为非晶态半导体，主要有非晶Si、非晶Ge、 非 晶 Te 、 非 晶 Se 等 元 素 半 导 体 及 GeTe ， As2Te3，Se2As3等非晶化合物半导体。
6.1.5 有机半导体
有机半导体分为有机分子晶体、有机 分子络合物和高分子聚合物，一般指具有 半导体性质的碳-碳双键有机化合物，电导 率为10-10~102Ω·cm。一些有机半导体具有 良好的性能，如聚乙烯咔唑衍生物有良好 的光电导特性，光照后电导率可改变两个 数量级。C60也属有机半导体。
此外，利用多种化学气相沉积技术， 可制造一系列薄膜晶体，其中分子束外延 技术可以人为地改变晶体结构，异质结、 超晶格、量子阱的出现，改变了人们设计 电子器件的思想，半导体材料的发展，有 着光明的前景。
6.1 半导体材料分类
6.1.1 元素半导体 元 素 半 导 体 大 约 有 十 几 种 处 于 IIIA 族 -
合物半导体，如Cu2CdSnTe4等。
6.1.3 固溶体半导体
固溶体是由二个或多个晶格结构类似的 元素化合物相互溶合而成。又有二元系和三 元系之分，如IVA-IVA组成的Ge-Si固溶体； VA-VA组成的Bi-Sb固溶体。
由三种组元互溶的固溶体有：(IIIA-VA)(IIIA-VA) 组 成 的 三 元 化 合 物 固 溶 体 ， 如 GaAs-GaP组成的镓砷磷(GaAs1-xPx)固溶体和 (IIB-VIA)-(IIB-VIA) 组 成 的 ， 如 HgTe-CdTe 两个二元化合物组成的连续固溶体碲镉汞 (Hg1-xCdxTe)等。
6.2 硅和锗半导体材料
6.2.1 硅和锗的性质
硅和锗都是具有灰色金属光泽的固体， 硬而脆。两者相比，锗的金属性更显著。锗 的室温本征电阻率约为50Ω·cm，而硅的约为 2.3×105Ω·cm，硅在切割时易碎裂。
硅和锗在常温下化学性质是稳定的，但 升高温度时，很容易同氧、氯等多种物质发 生化学反应，所以在自然界没有游离状态的 硅和锗存在。
由直拉法生长的单晶，由于坩埚与材 料反应和电阻加热炉气氛的污染，杂质含 量较大，生长高纯单晶困难。工业上将区 域提纯与晶体生长结合起来，可制取高纯 单晶，这就是区熔法。在高纯石墨舟前端 放上籽晶，后面放上原料锭。建立熔区， 将原料锭与籽晶一端熔合后，移动熔区， 单晶便在舟内生长。
(2) IIB族和VIA族元家组成的IIB-VIA族 化合物半导体，即Zn，Cd，Hg与S，Se，Te 成的12种IIB-VIA族化合物半导体，如CdS， CdTe，CdSe等。
(3) IVA族元素之间组成的IVA-IVA族化 合物半导体，如SiC等。
(4) IVA和VIA族元素组成的IVA-VIA族 化合物半导体，如GeS，GeSe，SnTe，PbS， PbTe等共9种。
功能材料
Function Materials
主讲： 孙彦彬 副教授
第六章 半导体材料
半导体材料的发展与器件紧密相关。可 以说，电子工业的发展和半导体器件对材料 的需求是促进半导体材料研究和开拓的强大 动力；而材料质量的提高和新型半导体材料 的出现，又优化了半导体器件性能，产生新 的器件，两者相互影响，相互促进。