能源利用-光伏材料-新材料

表1 集成电路发展对材料质量的要求
首批产品出现年代
1999
工艺水平（ m)
0.18
DRAM
256 M
硅片直径 (mm)
200
表面关键杂质 (At / cm 2) (10 9) 局部平坦度（nm)
光散射缺陷(个/ cm2)
13 180 0.29
2002 0.13 1G 300 7.5 130 0.14
GaAs、InP、GaSb
—
用途 电脑 携带电话 光通讯 遥控耦合器 出外显示器
热成像仪 红外探测器
太阳能电池
（5）显示材料
发光二级管（LED）如表 3
表3 LED 发光材料及可见光区
发光尺
Ga0.65Al0.35As GaAs0.35P0.65(N) GaAs0.1P0.9(N) GaAs0.1P0.9(N) GaP
2005 0.10 4G 300 5 100 0.06
2008 0.07 16 G 450 2.5 100 0.03
(2)第二代半导体材料是Ⅲ-Ⅴ族化合物
GaAs 电子迁移率是Si的6倍（高速），禁带 宽（高温）广泛用于高速、高频、大功率、低噪 音、耐高温、抗辐射器件。
GaAs用于集成电路其处理容量大100倍，能 力强10倍，抗辐射能力强2个量级，是携带电话 的主要材料。InP 的性能比 GaAs 性能更优越， 用于光纤通讯、微波、毫米波器件。
寿命延长(器官更换，生物工程) 生活水平提高(加速资源消耗) 交往频繁(信息网络、交通运输)
(6) 人的质量是社会进步的决定性因素（教育将受到重大重视， 创新环境十分重要）
(一)信息时代的信息功能材料仍 是最活跃的领域
信息功能材料 是指信息获取、传输、转换、 存储、 显
示或控制所需材料。
半导体材料
衬底
GaAs GaP GaP GaP Gap
发光颜色
红 红 橙 黄 绿
波长（nm)
660 650 610 583 555
GaN
Α-Al2O3
蓝
490
SiC
SiC
蓝
480(全包显示屏)
液晶显示(LCD)材料(1968年发明)为21世纪上半叶主要显示材 料
(6)光纤与光缆材料(网络)(表4)
一条光纤带宽所容纳信息量相当于全世界无线电带宽的 1000倍. (25 T bps vs 25 G bps )
* 集成系统（IS，Integrated System)：在单个芯片上完 成整系统的功能，集处理器、存储Baidu Nhomakorabea直到器件设计于一 个芯片 (System on a Chip)。
* 集成电路的总发展趋势：高集成度、微型化、高速度、 低功耗、高灵敏度、低噪声、高可靠、长寿命、多功能。 为了达到上述目标，有赖于外延技术（VPE，LPE， MOCVD 及 MBE）的发展，同时对硅单晶的要求也愈 来愈高。表1为集成电路的发展对材料质量的要求。
表4 光纤发展阶段及所需材料
发展阶段 波长 (m) 第一阶段 0.85
模数 多模
衰耗 (dB/km)
1.5
中继距离 (Km) 10
第二阶段 1.30
单模
0.8
60
第三阶段 1.55
单 模 0.16
500
第四阶段 2 -- 5
3×10-4
2500
光纤材料:
石英玻璃： SiO2、SiO2-GeO2、 SiO2-B2O3-F 多组分玻璃：SiO2-GaO-Na2O、 SiO2-B2O3–Na2O 红外玻璃： 重金属氧化物、卤化物 掺稀土元素玻璃： Er、Nd、…
激光：高亮度、单色、高方向性 红宝石（Cr+++:Al2O3 ） 掺钕钇铝石榴石（Nd:YAG)
（2） 非线性光学晶体（变频晶体）
KDP（磷酸二氢钾）、KTP（磷酸钛氢钾） LN（铌酸锂）、BBO（偏硼酸铝）、 LBO（三硼酸锂）…
（3）红外探测材料（军用为主）
HgCdTe、 InSb、 CdZnTe、 CdTe
目录
序言 信息功能材料
半导体材料 光电子材料
能源功能材料
超导材料 磁性材料 贮能材料 燃料电池
生物材料与智能材料
医用生物材料 仿生材料 工业生产中的生物模拟 智能材料及智能系统
宇航及动力机械材料 材料制备工艺及检测 纳米材料科学技术 材料设计
不同类型材料的发展
金属结构材料 工程陶瓷及其它无机非金属材料 有机高分子材料 先进复合材料 碳素材料
结束语
序言
21世纪时代特征:
(1) 人口、资源(能源)、环境（生态）三大压力; (2) 信息与经济的全球一体化; (3) 知识经济时代意味着科学技术与教育将受到更高的重视 (5) 国防与战争仍是促进科学技术发展的动力 (4) 人类社会在发生变化：
多模只适于小容量近距离（40Km,100M bps)
单模可传输调制后的信号≥40Gbps 到 200Km， 而不需放大。
（7）记录材料
21世纪将是以信息存储为核心的计算机时代，在军事 方面，如何快速准确地获取记录、存储、交换与发送信 息是制胜的关键。
(1) 以硅为基础的微电子技术仍将占十分重要位置。芯片特 征尺寸以每三年缩小 计, 到2010年可能到极限(0.07μm) （量子效应、磁场及热效应、制作困难、投资大）。
但不同档次的硅芯片在21世纪仍大量 存在，并将有所发展。
* 在绝缘衬底上的硅（SOI，SiOn Insulator) :功能低、 低漏电、集成度高、高速度、工艺简单等。SOI器件用 于便携式通信系统，既耐高温又抗辐照。
（3）第三代半导体材料是禁带更宽的SiC、 GaN及金刚石。
（4）下一代集成电路的探索
光集成 原子操纵
光电子材料
21世纪光电子材料将得到更大发展
电子质量：10-31 Kg / 电子 电子运动：磁场、电阻热、电磁干扰、光高速、
传输（容量大、损耗低、高速、不受 电磁干扰、省材料）
光电子材料包括：
（1） 激光材料（20世纪60年代初）
（4）半导体光电子材料，见表2
表2 主要化合物半导体及其用途
领域
材料
器件
微电子 GaAs、InP
超高速 IC
GaAs
FET
光电子 GaAs InP Sb InAs
LD
GaAs
红外 LED
GaP、GaAs、GaAsP、 GaAlAs、InGaAlP
CdTe、CdZnTe、HgCdTe
LEP —
InSb、CdTe、HgCdTe、 — PbS、PbZnTe