电子材料概论
电子材料概论培训课件(共43张PPT)
2. 压力
3. 湿度 4. 环境中的化学颗粒及尘埃
5. 霉菌和昆虫
6. 辐射
7. 机械因素: 如共振、冲击
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培训专用
1.2 电子材料的应用与开展动态
为适应电子整机和设备小型化、轻量化、薄型化、 数字化、多功能，现在社会要求电子元器件的开发 生产必须向小型化、高集成化、片式化开展；电子 材料今后将尽可能长适应电子元器件的这些要求。
培训专用
内容总结
1。电脑主板=印刷电路板+电子元器件+集成电路。主板=印刷电路板+电子元器件+集成电路+ 微波 发射元件。数码相机主板，数码相机还需要显示系统+光学系统+感光系统。招生方向：主要是陶瓷方 向。招生方向：光学功能材料研究、特种玻璃研究及其工艺学。招生方向：功能薄膜材料与技术、功 能纳米材料。8. 沈阳金属所〔金属及成型方向〕。粒子直径减少到纳米级，外表原子数和比外表积、 外表能都会迅速增加。谢谢观看/欢送下载
新型无机非面向：许多行业，新型水泥、玻璃
、陶瓷、晶体，企业较小，我国产业尚未形成较大规 模。
〔2〕电子材料方向
面向：电子信息产业，电子陶瓷、集成电路、芯片、电 子元器件
企业：主要在广东、长江三角洲，中西部较少， 新型产业、附加值高
〔3〕存在问题
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培训专用
1.1.1 在国民经济中的地位
电子材料是指与电子工业有关的、在电子学与微电子学中使用的材料， 是制作电子元器件和集成电路的物质根底。
8.
考试科目：普通物理或普通化学或物理化学或固体物理
9.
招生方向：主要是陶瓷方向
10. 3. 上海光机所〔玻璃较强〕
11. 考试科目：硅酸盐物理化学或普通化学或物理化学
研究生电子材料_第一讲
电子材料概论
主讲人：汪晓东教授
授课提纲
一、电子材料简介 二、电子材料的研究范畴 三、电子材料的基本特性 四、几种重要的电子材料实例
参考书目录
［1］《电子材料导论》，李言荣、恽正中主编，清华大 学出版社，2001年出版。 ［2］《电子材料》，贾德昌等编著，哈尔滨工业大学出 版社，2000年出版。 ［3］《电子材料》，陈鸣主编，北京邮电大学出版社， 2006年出版。
现代电子元器件－集成电路芯片
碳纳米管勇闯晶元厂
電極 奈米碳管 電晶體 二氧化矽層 矽化物層
連結導線 矽晶圓
现代电子元器件－液晶显示器
TFT－LCD：
在两层玻璃板间夹一层液晶材料，其中上层玻 璃板为彩色滤光片，下层玻璃上镶嵌电晶体。
当电流通过电晶体时发生电场变化，造成液晶 分子发生偏转，籍以改变光线的偏振性；再利 用偏光片来确定像素（Pixel）的明暗状态。
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）。
导电高分子的类型 结构型导电高分子：结构型导电高分子本身具有“固有”的导 电性，由聚合物结构提供导电载流子（包括电子、离子或空 穴）。这类聚合物经掺杂后，电导率可大幅度提高，其中有些 甚至可达到金属的导电水平； 复合型导电高分子：复合型导电高分子是在本身不具备导电性 的高分子材料中掺混入大量导电物质，如炭黑、金属粉、箔等， 通过分散复合、层积复合、表面复合等方法构成的复合材料， 其中以分散复合最为常用；
按化学组成划分：无机电子材料和有机电子材料： 无机电子材料以可分为金属材料（以金属键结合）和非金属材料 （以离子键和共价键结合） 有机电子材料主要是指高分子材料（以共价键结合）
北京化工大学-电子材料导论复习题
北京化工大学-电子材料复习题电子材料概论1、简述什么是结构电子材料,什么是功能电子材料? (p2)答：能承受压力和重力，并能保持尺寸和大部分力学性质（强度、硬度及韧性）稳定的材料，称为结构电子材料。
功能电子材料是指除强度性能外，还有其他特殊功能，或能实现光、电、磁、热力等不同形式的交互作用和转换的非结构材料。
2、什么是理想表面? 什么是实际表面? 一般情况下表面厚度大约是多少? (26~27)答：理想表面是为分析问题的方便而设定的一种理想的表面结构。
在自然界中存在的表面称为实际表面。
几十到数百纳米。
第一章导电材料1 、电阻率最低的前三种元素是什么? 其电阻率各是多少(20度时)? (57)答：银 1.62μΩ.cm 铜 1.72μΩ.cm 金 2.40μΩ.cm2 、硅碳膜的三层结构各起什么作用(102)答：在底层主要含有是SiO2和C,其SiO2和基体玻璃相形成Si-O键，增加了硅炭膜对基体的附着力；中间层为主要导电层，与纯碳膜的结构和性能类似；最外层为保护层，主要含有SiO2和少量的sic。
3 、蒸发金属膜的主要制作过程(103)答：金属膜电阻器是用以鉻硅系为主要成分的合金粉真空蒸发而成，制造时用酒精把合金粉调成糊状涂在钨丝的蒸发器上，在低于5×10-3PA的真空度下加热蒸发在陶瓷基体上淀积出金属膜。
4 、镍铬薄膜的主要特点(105)答：电阻温度系数小、稳定性高、噪声电平小、可制作的阻值范围宽，使用的温度范围宽而高5 、镍铬薄膜的主要制作方法(105)答：采用电阻式真空蒸发法，将镍鉻合金丝、薄板条或粉挂在或涂敷在蒸发器上在真空度高于6×10-3pa,用电加热至1500度左右进行蒸发。
6 、在NiCr薄膜中掺入氧可以改善的是(110)答：不仅可以提高NiCr薄膜的电阻值，而且可以降低电阻温度系数和提高稳定性7、热处理对TaSi薄膜的影响(121)答：热处理对TaSi薄膜的电阻率有较大的影响，随着热处理温度升高，薄膜的电阻率减小，逐渐趋于平坦。
电子材料概论
2.
按组成（化学作用）分：无机电子材料和有机电子材料
1) 2)
3.
按材料的物理性质和应用领域分:
1) 2)
4.
传统电子材料与先进电子材料
1.1.3 电子材料对环境的要求
电子材料在做成元器件和集成电路之后，还应具 备一致性和稳定性，能够承受各种恶劣的环境。主 要表现在以下几方面： 1. 温度 2. 压力 3. 湿度 4. 环境中的化学颗粒及尘埃 5. 霉菌和昆虫 6. 辐射 7. 机械因素
•一维：纳米粗细尺寸的棒、碳管、线
•二维：指空间一维处于纳米尺度，如超薄
膜、 多层膜、超晶格对应称为：量子点、 量子线、量子阱 •三维：纳米尺寸晶粒的三维块材料
1 表面效应
粒子直径减少到纳米级，表面原子数 和比表面积、表面能都会迅速增加；处于 表面的原子数增多，使大部分原子的周围 （晶场）环境和结合能与大块固体内部原 子有很大的不同：表面原子周围缺少相邻 的原子，有许多悬空键，具有不饱和性质， 易与其它原子相结合，故具有很大的化学 活性。
3 体积效应
当超细微粒的尺寸与光波波长、德布罗意波长以及超 导态的相干长度或透射深度等物理尺寸相当或更小时，晶 体周期性的边界条件被破坏，导致声、光、磁、热、力等 特性呈现新的效应。
纳米铜晶体的自扩散是传统晶体的1016—1019倍 PbTiO3、BaTiO3等典型铁电体纳米化后 顺电体 铁磁性物质（5nm） 出现极强的顺磁效应 惰性的 Pt纳米微粒化后 Pt黑是活性极好的催化剂 金属纳米微粒后 无金属光泽，对光显示极强的吸 收性
1.2.1 现代社会对电子材料的要求
1. 结构与功能相结合 2. 智能材料 3. 减少污染 4. 节省能源 5. 长寿命与可控寿命
电子材料概述
电子材料的要求和选用原则 纳米电子材料、复合材料等新型电子材料 电子材料的发展动态
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1.3.1 现代社会对电子材料的要求
物质尺度到了纳米级后，由于表面电子能级（费米面）的变化
（Kubo效应）导致了纳米材料具有许多奇特的性能，从而使其具备
奇异性和反常性，能使多种多样的材料改性，用途极为广泛。上述 五种效应是纳米材料的基本特性，它使纳米粒子和纳米固体呈现许 多奇异的物理性质、化学性质；
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纳米材料的基本单元包括：
•零维：纳米尺寸的粒子 •一维：纳米粗细尺寸的棒、管、线 •二维：指空间一维处于纳米尺度，如超薄膜、
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15
2 量子尺寸效应
当粒子尺寸下降到一定值时，金属费米能级附近的电子能
级由准连续变为离散能级的现象，纳米半导体微粒存在不
连续的最高能级占据分子轨道和最低未被占据的分子轨道 能级的能隙变宽现象均称为量子尺寸效应。
微粒尺寸 量子尺寸效应 特性显著不同。
根据Kubo理论，分立能级的平均间距δ 与颗粒中的电子数N成反比，δ =4EF/3N， 显然当块状金属中电子浓度N很大时，电子能谱可以看作是连续的，当金属颗粒尺 寸减少时，能级δ 将随之增大，这些分立的能级不能按连续的能带论处理。呈现出 量子尺寸效应。
物体的表面积与体积之比称为比表 面积，这个数据对纳米材料的性质 具有重要影响。球形颗粒的表面积 与直径的平方成正比，其体积与直 径的立方成正比，故其比表面积与 直径成反比。随着颗粒直径变小， 比表面积将会显著增大，说明表面 原子所占的百分比将会显著增加。
《电子材料认识》课件
总结词：随着科技的不断进步和应用需求的不断提高，电子材料的发展趋势是向着高性能、多功能、环保和智能化方向发展。新型电子材料的研发和应用将不断推动电子技术的创新和发展。
导体材料
01
02
具有良好的导电性和导热性，广泛用于电线、电缆和散热器等领域。
铜
银
具有良好的导电性和耐腐蚀性，常用于电池负极材料和电镀层。
《电子材料认识》ppt课件
电子材料概述导体材料绝缘材料半导体材料功能材料
电子材料概述
电子材料是用于制造电子器件和集成电路的重要物质基础，具有导电、绝缘、磁性等多种性质。根据用途和特性，电子材料可分为导体、绝缘体、半导体和磁性材料等。
总结词
电子材料是指在电子技术领域中应用的材料，主要用于制造电子器件和集成电路。电子材料具有导电、绝缘、磁性等多种性质，能够实现电子传输、信息存储和处理等功能。根据用途和特性，电子材料可分为导体、绝缘体、半导体和磁性材料等。
03
02
01
具有优良的电气性能和耐高温性，常用作高温环境下的绝缘材料。
云母
具有较高的机械强度和良好的电气性能，常用于电子设备的封装材料。
电木
具有高强度、高硬度和良好的电气性能，广泛用于高温环境下的绝缘材料和密封材料。
石棉
01
02
03
04
塑料具有轻便、易加工、成本低等优点，同时也有一定的电气性能和耐化学腐蚀性，因此广泛应用于电线、电缆、电子元件的绝缘层和封装材料。
塑料绝缘材料
橡胶具有优良的弹性和电气性能，同时也具有良好的耐温、耐化学腐蚀性，因此常用于电线、电缆的绝缘层、密封材料以及电子元件的封装材料。
橡胶绝缘材料
陶瓷具有高强度、高硬度和良好的电气性能，同时也具有优良的耐温、耐化学腐蚀性，因此广泛应用于电子元件的封装、电路基板以及高温环境下的绝缘材料。
电子材料导论 李言荣 习题参考答案
与基片表面形成键合。加入氧化铋，能改善导体膜与基片的键合强度。 这类键合称为玻璃键合。 氧化物键合：采用金属氧化物替代玻璃，从而改善玻璃键合强度的键合类型称为 氧化物键合。
7. 对薄膜导体有哪些要求？列出几种常用的薄膜导体材料。P72 答：对薄膜导体的要求：导电性好、可焊性和耐焊接性好、化学稳定性高、附着 性好、成本低。薄膜导体材料分类：单元素薄膜和多层薄膜。单元素薄膜：铝膜； 多层薄膜：二元系铬金；三元系钛钯金；四元系钛铜镍金。
电子材料导论 复习题（李言荣版）
注明：本文档为电子材料导论（李言荣 2001 旧版）课后复习题参考答案，题目 大部分来源于书本归纳，小部分（书本答案不明确或不全）来源于网络，可供 考生备考《电子材料基础》、《电子材料导论》等课程作为参考。该版本目前（15 年）应为网络答案最全版本，历年真题可垂询 QQ1285864186。时间和水平有限， 不足之处敬请谅解。
8. 导电聚合物按结构特征和导电机理分为哪几种类型？P83 答：导电高分子材料为导电聚合物，按结构特征和导电机理可分为： ①载流子为自由电子的电子导电聚合物； ②载流子为能在聚合物分子间迁移的正负离子的离子导电聚合物； ③载流子为在可逆氧化还原反应中可转移的电子的氧化还原性导电聚合物。
9. 试述电子导电型聚合物中掺杂剂、掺杂量跟电导率之间的关系。P85+P86 答：电子导电型聚合物掺杂方式有两种：①通过加入第二种具有不同氧化态的物 质②通过聚合材料电极表面，进行氧化或还原反应直接改变聚合物的荷电状态。 掺杂剂也有两种：P-掺杂剂，电子接受体，氧化反应；N-掺杂剂，电子给予体， 还原反应。
电子材料课后题
第一章电子材料概论1.晶体有哪些基本特征？简述晶体与非晶体的异同。
答：晶体的宏观特征:（1）有规则的外形（自范性）；（2）晶体的均匀性，来源于晶体中原子排布的周期性规则，宏观观察中分辨不出微观的不连续性；（3）物理性质的各异向性；（4）稳定性，晶体有固定的熔点；（5）解理性非晶态的特点：原子的空间排列不具有周期性，长程无序，短程有序;物理性能各向同性；介稳状态。
2.晶体中的缺陷及其类型有哪些？答：晶体中的缺陷，是指实际晶体与理想的点阵结构发生偏离的地区。
由于点阵结构具有周期性和对称性，所以凡使晶体中周期性势场畸变的因素称为缺陷。
类型：电子缺陷，原子缺陷。
原子缺陷:杂质、位错、空位等。
原子缺陷按几何形状分为:点缺陷、线缺陷、面缺陷、体缺陷、微缺陷。
3.什么是晶粒间界？大角度晶界有哪些常用模型？相界有哪些类型？答：单相多晶材料中，晶粒与晶粒间的过渡区，称晶粒间界（GB）。
大角度晶界常用模型：过冷液体模型，小岛模型。
相界：系统内含有两个或两个以上的相，当处于热力学平衡时，不同相之间的界面。
类型:非共格相界，共格相界，准共格相界，分界面。
4.简述X射线结构分析的基本原理和常用方法。
答：由于晶体中原子排列的对称性和周期性，X射线对晶体来说是天然光栅，所以当X射线通过晶体时，就会出现衍射现象，因而通过对衍射花样的分析和计算，就可以获得晶体结构的各种参数。
常用方法：单晶衍射法，粉末法。
5.简述近代表面分析方法的基本原理和常用表面分析方法。
答：用一定能量的某种射线或粒子束去激发固体表面后，将产生带有某种表面信息的表面射线，用这种射线进行能量分布的分析。
常用表面分析方法：透射电子显微镜，扫描电子显微镜。
6.简述纳米材料的结构与性能特征。
答：纳米材料是指材料中颗粒（晶粒）尺寸处于纳米范围（2~10nm）的金属、合金、金属氧化物、无机物或聚合物等材料，包括纳米微粒、纳米结构、纳米复合材料；材料本身具有量子尺寸效应、表面界面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应。
电子材料导论(李言荣)习题参考答案
10. 比较金相显微镜和电子显微镜的工作原理。P40 答：光学显微镜分为： 反射式光学显微镜 和 透射式光学显微镜 两类。 电子显微镜分为： 透射电子显微镜 和 扫描电子显微镜 两类。 金相显微镜（反射式光学显微镜） ：利用样品中不同物质结构对入射光的反射本 领不同，以及不同晶面、晶界对光的散射能力不同来产生衬度，而观察表面的形 貌。 透射式光学显微镜：利用样品中不同成分或不同相的透光能力不同来产生衬度。 透射式电子显微镜：电子通过电磁透镜放大成像，原理与透射光学显微镜相似。 扫描电子显微镜： 扫描电子显微镜不通过透镜原理成像， 而是像电视机一样逐点 成像。电子束在样品的一定区域内逐点扫描，轰击出各种表面信息，转换为电信 号放大后在显像管中同步成像，就得到了样品测试区域内的信息分布。 11. 简述近代表面分析方法的基本原理和常用表面分析方法。P42 答： 近代表面分析方法的基本原理是： 用一定能量的某种射线或粒子束 （一次束） 去轰击固体表面后， 将产生的带有表面信息的射线或粒子束而进行能量和能量分 布的分析。 常用表面分析方法：能谱法、量子力学效应的显微技术。 研究表面原子排列和形貌的主要方法： 能谱法：低能、中能、高能电子衍射。 显微技术：透射电子显微镜、扫描电子显微镜、扫描探针技术。 研究表面成分和化合态的方法 能普法：电子能谱（光电子能谱、俄歇电子能谱） 、离子能谱（离子散射谱、 二次离子质谱、溅射中性粒子谱） 12. 简述现代社会对电子材料有哪些要求？P46 答： ①结构和功能相结合 ②智能化 ③减少污染 ④节省能源 ⑤长寿命和可控寿命 13. 简述纳米材料的结构与性能的特性。P47+P48 答：纳米材料：是指材料中的颗粒尺寸处于纳米范围（2-10nm）的金属、合金、 金属间化合物、有机物或聚合物等材料。 纳米材料的结构：纳米材料颗粒直径为 2-10nm，其中原子数有 102-104 个，大概 有一半以上的原子位于表面和界面上，处于表面、界面的原子有较高的界面能， 活动性强、原子的排列方式跟晶态和非晶态都有明显不同，这种结构称为纳米结 构。 纳米材料的性能：表面界面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效 应。 14. 什么是复合材料与功能梯度材料？P48 答：复合材料：是指由两种或两种以上的材料经过有关工艺过程之后而形成的一
电子材料导论第一章
电子材料导论第一章第一篇：电子材料导论第一章第一章1.电子材料在国民经济中有何作用？电子材料处于材料科学与工程最前沿，它的质量与电子工业的经济效益有密切关系。
一个国家的电子材料品种、数量和质量成了衡量该国科技、国民经济水平和国能材料防科力量的主要标志。
2.什么是结构材料、功能材料和先进材料？a..能承受一定压力和重力，并能保持尺寸和大部分力学性质稳定的一类材料，称为结构（电子）材料。
b.功能（电子）材料指除强度性能外，还有其特殊功能，或能实现光、电、磁、热、力等不同形式的交互作用和转换的非结构材料。
c.先进（电子）材料指具有优异的性能的高科技产品，正在进行商业化或研究之中，并具有一定保密性。
从应用角度把电子材料分为结构电子材料和功能电子材料。
按组成分为无机电子材料和有机电子材料。
按物理性质分为导电材料、超导材料、半导体材料、绝缘材料、压电铁电材料、磁性材料、光电材料和敏感材料。
按所制成元器件和集成电路的应用分微电子材料、电阻器材料、电容器材料、磁性材料、光电子材料、压电材料、电声材料等。
3.晶体有哪些特征？简述晶体与非晶体的异同。
主要特征有：①有规则的外形②均匀性③解离性④固定的熔点⑤各向异性。
这些特性都反应了晶体原子中排列具有对称性和周期性。
异同：非晶体的原子或离子、分子在空间的排列通常不具有周期性和对称性。
按组成晶体时原子间的作用力，将无机晶体分为离子晶体，共价晶体，金属晶体，分子晶体和氢键晶体等五类。
4.什么叫固溶体？它的类型有哪些？形成连续固溶体的条件有哪些？固态条件下，在一种组分内溶解了其它组分而形成的均匀的晶态固体称固溶体。
有替代型固溶体和间隙式固溶体两种。
连续固溶体条件：原子的尺寸和电负性相接近。
5.晶体中的缺陷及类型有哪些？电缺陷：传到电子、空穴、极化子陷阱。
几何缺陷：电缺陷、线缺陷、面缺陷、微缺陷。
6.简述有机材料的分类方法？按碳骨架分类：开链化合物，碳环化合物，杂环化合物按有机分子所含官能团分类：……7.什么是清洁表面与实际表面？自然界中存在的表面称为实际表面；按其清洁程度分为：未清洁表面，清洁表面和真空清洁表面三种类型。
电子材料物理知识点总结
电子材料物理知识点总结一、电子材料的概念电子材料是指以电子为主要研究对象的材料，是介于半导体材料和传统材料之间的新型材料。
它是一种以电子或电子结构为特征的材料。
电子材料可以分为有机电子材料、无机电子材料和有机无机杂化电子材料。
有机电子材料是指利用有机化合物和高分子材料进行制备的材料，主要应用于有机光电子器件领域；无机电子材料是指以无机晶体、合金、化合物和具有晶体结构的材料为主要成分，主要应用于半导体器件领域；有机无机杂化电子材料是指将有机和无机材料进行有机无机杂化，形成新的电子材料体系。
二、电子材料的基本性质1. 导电性导电性是电子材料最基本的性质之一，它决定了电子材料在电子器件中的应用。
电子材料的导电性可以通过电阻率、电导率和载流子浓度等参数进行表征。
导电性的大小受到很多因素的影响，如材料的成分、晶体结构、掺杂和非平衡态载流子等。
2. 光电性光电性是电子材料的重要性质之一，是材料对光的响应与光与材料相互作用的结果。
光电性主要包括吸收光谱、发光谱、光电导率和光致发光等。
光电性的研究对于开发光电器件、太阳能电池、发光二极管等具有重要的意义。
3. 磁性磁性是电子材料的重要性质之一，磁性可以通过材料的磁化强度和磁化率等参数进行表征。
磁性是材料内部电子自旋和轨道运动相互作用的结果，包括顺磁性、抗磁性、铁磁性和铁磁性等。
4. 光学性光学性是电子材料的另一个重要性质，主要包括折射率、透过率、反射率和吸收率等。
光学性是材料对光的传播和相互作用的结果，是开发光电器件和光学器件的重要基础。
5. 力学性能力学性能是电子材料的另一个重要性质之一，主要包括弹性模量、屈服强度、断裂韧性和蠕变性等。
力学性能是材料在外力作用下的表现，对于制备电子器件、结构材料和功能材料等具有重要的意义。
三、电子材料的制备方法1. 熔融法熔融法是一种将材料加热至熔化状态，然后冷却凝固得到材料的制备方法。
熔融法制备的电子材料主要包括单晶、多晶、块体和粉末等。
电子材料导论各章复习
电子材料复习资料第一章名词解释1、电子材料：是指与电子工业有关的、在电子学与微电子学中使用的材料，是制作电子元器件和集成电路的物质基础。
结构电子材料是指能承受一定压力和重力，并能保持尺寸和大部分力学性质（强度、硬度及韧性等）稳定的一类材料；功能电子材料是指除强度性能外，还有特殊性能，或能实现光、电、磁、热、力等不同形式的交互作用和转换的非结构材料；先进电子材料是指具有优异的性能的高科技产品，正在进行商业化或研制之中，并具有一定的保密性。
2、晶胞：对于实际的三维晶体，将其恰当地划分成一个个完全等同的平行六面体，叫晶胞。
3、晶面：由不同位置原子组成的平面4、对于固体-固体界面，当这些固体属同一晶相，仅结晶取向不同时，这种界面称为晶界(grain boundary)或晶体边界(crystal boundary)，当这些固体晶相不同，即组成和晶体构造都不相同时，其界面称为相界(phase boundary)。
5、理想表面是为分析问题方便而设定的一种理想的表面结构。
6、实际表面是指材料经过一般的加工（切割、研磨、抛光、清洗）后，保持在常温、常压下的表面，当然有时也可能在低真空或高温之下。
7、不存在吸附物也不存在氧化层的固体表面，称为清洁面8、驰豫结构是指表面区晶格结构保持不变，只是晶格常数变化 。
9、表面结构重构：是指表面结构和体结构出现了本质的不同。
10、在一些单晶金属的表面区原子的重新排列时，它与内部（衬底）原子的排a列无直接关系，这种表面结构称超结构。
11、纳米材料是三维空间尺寸中至少有一维处于纳米量级（1-100nm）的尺度范围内或由此作为基本单元构成的材料。
包括：纳米微粒、纳米结构、纳米复合材料；12、表面效应：粒子直径减少到纳米级，表面原子数和比表面积、表面能都会迅速增加；处于表面的原子数增多，使大部分原子的周围（晶场）环境和结合能与大块固体内部原子有很大的不同：表面原子周围缺少相邻的原子，有许多悬空键，具有不饱和性质，易与其它原子相结合，故具有很大的化学活性。
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半导体材料
发光材料
超导材料
铁电材料
如：石英振荡器
磁性材料
(Ph.D., Associate Professor)
内容概要
（Contents Description）
• 电子材料概述以及课程要求 • 电子材料的晶体结构 • 半导体材料（微电子材料的发展、性质以及第 三代半导体材料的性能及制造技术） • 半导体材料（多晶，单晶，薄膜）制备技术 • 压电材料、铁电材料（概念、性能、制造和应 用技术） • 微电子器件（pn junction, FET）及集成电路 （IC）的制造
电子材料与器件工艺 （Electronic Materials and Devices Technology）
合肥工业大学材料科学与工程学院
(School of Materials Science and Engineering, Hefei University of Technology)
许育东
•
LED光源使用寿命长
白炽灯、荧光灯、卤钨灯是采用电子光场辐射发光，灯丝 发光易烧，热沉积、光衰减等特点，而采用LED灯体积小，重 量轻，环氧树脂封装，可承受高强机械冲击和震动，不易破碎， 平均寿命达10万小时，LED灯具使用寿命可达5-10年，可以大 大孤低灯具的维护费用避免经常换灯之苦。
•
LED光源安全可靠性强
碳纳米管（CNT）
(Carbon Nano Tube)
1.2.1 现代社会对电子材料的要求
1. 结构与功能相结合 (Comprehensive Performance) 2. 智能材料 (Intelligence) 3. 减少污染 (No or less Pollution) 4. 节省能源 (Energy Waste Reduction) 5. 长寿命与可控寿命 (Long Service Time ) 6. 可靠性（Reliability）
学技术、国民经济水平和军事国防力量的主要标志。
• 讨论1 材料科学、信息材料、电子材料、微电子材料、 光电子材料之间的关系
信息材料是最活跃的新材料领域，微电子材料在未来把10－
15年仍是最基本的信息材料，集成电路和半导体材料仍将以Si为 主体，化合物半导体材料(GaAs,GaP1-xAsx等)以及新一代高温半 导体（GaN,SiC）共同发展。光电子材料将成为发展最快和最有 前途的信息材料，主要集中在激光材料(如红宝石激光晶体： Nd3+:Y3Al5O12) 、 高 亮 度 LED 材 料 、 红 外 探 测 器 材 料 (PbS,PbSe,InSe)、液晶显示材料(联苯类，乙炔类)、光纤材料 （如石英系）等领域。
2. 有机电子材料
有机导电、压电、光电、磁电等
3. 薄膜电子材料 (主流)
4. 计算机技术与电子材料
课程性质和任务
本课程为本专业高年级专业课，它紧密地把基础理论 与生产实践溶于一体。学生学习本课程后，可以深入掌握 半导体物理、电介质物理、磁性物理的基础知识，具备从 事电子材料生产、研究、应用和开发的基本能力；本课程 又为后续专业课程的基础，直接同电子器件和电子材料测 量密切结合。因此本课程为本专业重要专业课程。 电子材料的重点是阐明各类电子材料晶体结构、光电 磁特性及影响因素、基本制造工艺（特别是压电铁电陶瓷、 半导体单晶、半导体薄膜、集成电路与元器件的制造）， 为研制电子材料奠定理论与实践.
应用与发展动态
1.1 电子材料的分类与特点(Categories and Characteristics)
1.1.1 在国民经济中的地位
电子材料是指与电子工业有关的、在电子学与微 电子学中使用的材料，是制作电子元器件和集成电路
的物质基础。材料、能源和信息技术是当前国际公认
的新科技革命的三大支柱。电子材料处于材料科学与 工程的最前沿。电子材料的优劣直接影响电子产品的 质量，与电子工业的经济效益有密切关系。一个国家 的电子材料的品种数量和质量，成了一个衡量该国科
2.
按组成（化学作用）分：无机电子材料和有机电子材料
1) 2)
3.
按材料的物理性质和应用领域分:
1)
2)
4.
传统电子材料与先进电子材料
1.1.3 电子材料对环境的要求 (Environmental Requirements)
电子材料在做成元器件和集成电路之后，还应具 备一致性和稳定性，能够承受各种恶劣的环境。主 要表现在以下几方面： 1. 温度 2. 压力 3. 湿度 4. 环境中的化学颗粒及尘埃 5. 霉菌和昆虫 6. 辐射 7. 机械因素
• 生产白光LED技术目前有三种：一种，利用三基色原理和目前已能 生产的红、绿、蓝三种超高亮度LED按光强1:2:0.38比例混合而成 白色，二种，利用超高度InGan蓝色LED，其管总上加少许的钇铝 石榴为主体的荧光粉、它能在蓝光激发下产生黄绿光、而此黄绿光 又可与透出的蓝光合成白光，三种是不可制紫外光LED，采用紫外 光激三基色荧光粉或其他荧光粉，产生多色混合而成的白光。 当然，节能是我们考虑使用LED光源的最主要原因，也许LED光源 要比传统光源昂贵，但是用一年时间的节能收回光源的投资，从而 获得4-9年中每年几倍的节能净收盖期。
纳米管有序阵列(CNT Ordered Arrays)
由于碳纳米管自身的独特性能，决定了这种新型材料在高 新技术诸多领域有着诱人的应用前景。在电子方面，利用碳纳 米管奇异的电学性能，可将其应用于超级电容器、场发射平板 显示器、晶体管集成电路等领域。在材料方面，可将其应用于 金属、水泥、塑料、纤维等诸多复合材料领域。它是迄今为止 最好的贮氢材料，并可作为多类反应的催化剂的优良载体。在 军事方面，可利用它对波的吸收、折射率高的特点，作为隐身 材料广泛应用于隐形飞机和超音速飞机。在航天领域，利用其 良好的热学性能，添加到火箭的固体燃料中，从而使燃烧效率 更高。
前
言（Preface）
电子材料是当前材料科学的一个重要方面,品种多、
用途广、涉及面宽。是制作电子元器件和集成电路的基
础，是获得高性能高可靠先进电子元器件和系统的保证。 同时还广泛应用于印制电路板和微线板、封装用材料、
元器件和整机、电信电缆和光纤、各种显示器及显示板，
以及各种控制和显示仪表等等。
分类与特点
发热量低、无热辐射性、冷光源、可以安全抵摸，能精确控制光 型及发光角度、光色和、无眩光、不含汞，钠元素等可能危害健康 的物质。
• LED光源有利环保
LED为全固体发光体、耐冲击不易破碎、废弃物可回收、没有污 染减少大量二氧化硫及氮化物等有害气体以及二氧化碳等温室气体 的产生改善人们生活居住环境，可称“绿色照明光源。”
•
资料：有机发光二极管
1.2.2 电子材料的选用原则 (Selections of Electronic Materials)
1. 根据元器件性能参数
2. 根据元器件结构特点
3. 根据元器件工艺特点
4. 按经济原则
1.2.3 电子材料发展动态
1. 先进电子材料
纳米材料、仿生智能材料、先进复合材料、生物电子材料等
• 讨论2 电子材料以及信息功能材料对经济和社会的贡 献
1.1.2 电子材料的分类（Categories）
1. 按用途分：结构电子材料和功能电子材料
1) 2) 结构电子材料是指能承受一定压力和重力，并能保持尺寸和大部分力 学性质（强度、硬度及韧性等）稳定的一类材料； 结构电子材料是指除强度性能外，还有特殊性能，或能实现光、电、 磁、热、力等不同形式的交互作用和转换的非结构材料； 无机电子材料以可分为金属材料(以金属键结合）和非金属材料（以离 子键和共价键结合）； 有机电子材料主要是指高分子材料（以共价键和分子键结合）； 按材料的物理性质分：导电材料、超导材料、半导体材料、绝缘材料、 压电铁电材料、磁性材料、光电材料和敏感材料等。 按应用领域分：微电子材料、电器材料、电容器材料、磁性材料光电 子材料、压电材料、电声材料等；
• 飞船复合材料：神州飞船外层的复合材料非常好，
它在返回途中与大气摩擦会产生2800度以上的高温， 它的外层自己燃烧，自己散发热量，能保证返回舱内 人员、仪器设备等的安全。
• 高亮度、高可靠性光电显示材料
1.2 电子材料的应用与发展动态
(Applications and Developments)
LED单管功率0.03-0.06瓦，采用直流驱动，单管驱动电压 1.5-3.5伏。电流15-18毫安反映速度快，可在高频操作，用在 同样照明效果的情况下，耗电量是白炽灯的万分之一，荧光管 的二分之一，日本估计，如采用光效比荧光灯还要高2倍的 LED替代日本一半的白炽灯和荧光灯、每年可节约相当于60亿 升原油，同样效果的一支日光灯40多瓦，而采用LED每支的功 率只有8瓦。
神州飞船、嫦娥卫星上电子材料 与器件应用举例
• 电子元器件温度可靠性（太阳照射面，其月面温度
高达120C°，而它的背阴面温度却是-180C°，因此 要选用诸如高温半导体等特殊材料 ）
• 太阳能电池板（太阳能电池材料（如单晶Si，非晶
Si等）、形状记忆合金材料（Ti-Ni和Ti-Ni-X（X指Cu， Fe等）合金 ））
白炽灯、荧光灯与发光二极管
• LED光源发光效率高
发光效率比较：白炽灯、卤钨灯光效为12-24流明/瓦、荧光灯 50-70流明/瓦 钠灯90-140流明/瓦、大部分的耗电变成热量损 耗。 LED光效：可发到50-200流明/瓦，而且发光的单色性好，光 谱窄，无需过滤，可直接发出有色可见光。
•
LED光源耗电量少
为适应电子整机和设备小型化、轻量化、薄型化、
数字化、多功能，现在社会要求电子元器件的开发生 产必须向小型化、高集成化、薄膜化发展；电子材料 今后将尽可能长适应电子元器件的这些要求。
电子材料的要求和选用原则 纳米电子材料、复合材料等新型电子材料 电子材料的发展动态