电子材料导论期末复习

1.简述电子材料与信息技术间的关系？

材料，能源，信息技术是当前攻击工人的新革命的三大支柱。在电子信息产业中，介电，磁电，光电，半导体，敏感等材料是信息技术基础和先导。

2. 简述半导体材料的分类及典型半导体材料的能带特点？

功能分：微电子，光电半导体，热电半导体，微波半导体，敏感半导体等材料。化学分：元素半导体，有机半导体等。结构：晶态和非晶态半导体。能带特点：晶体中电子作共有化运动后，相应的能量也不同于孤立原子中的电子，将发生变化；原来孤立的原子能级都分裂成一组组彼此相距很

近的能级，每组构成一个能带。能带能级对应于晶体中电子作共有化运

动的能量称为允带。允许带间的能量范围对共有化运动状态时禁止的，称为禁带。典型半导体材料的能带结构与绝缘体类似，只有禁带宽度较窄，一般在2eV以下。

3. 硅主要以什么状态存在，为什么它不是一个好的光电子材料？

硅在自然界中主要以二氧化硅或硅

酸盐化合物的形式存在。光电子材料的能带结构最好是直接带隙，而硅是间接带隙，而且对光的反射较强，光射在硅表面，能量损失30%左右，所以它不是一个号的光电子材料。

4. 电子材料可分为几代，每一代的代表材料是什么？

三代：第一代是以Si和Ge为代表的单质半导体材料，第二代以GaAs和InP为代表的化合物半导体材料，第三代是以GaN和金刚石为代表的宽禁带半导体材料。

5. 半导体微结构材料分类方法及主要生长方法？

分为三维材料二维材料一维材料零

维材料，按衬底不同分为GaAs基材料，InP基材料，Si基材料，生长方法：分子束外延MBE；金属有机化合物气相淀积MOCVD。

6.光电子材料可分为几类？典型的

探测器材料是那些？

5类，激光材料，光电探测，光学功能，光纤，光电显示材料。典型的探测器材料有：HgCdTe,PtSi，PbS，InSb 等。

7.激光晶体和激光玻璃的特点是什么？

激光晶体的特点是：荧光线宽，功率大，荧光寿命长，宽吸收带，高泵蒲量子效率。激光玻璃的特点：无荧光或较窄荧光，激光阀值高，储能能量大，热学性能差，膨胀系数大，热导率小，易于获得高光学质量和尺寸材料，各向同性。

8. 非线性光学晶体的性质？

非线性光学系数大；能够实现相应匹配；透光波段宽，透明度高；有高的光转换效率；有较高的抗光损伤阀值；物理、化学性能稳定，硬度大；易于加工，价格低廉。

9. 光纤工作原理及结构特点？

工作原理：全反射；结构特点：光导纤维由芯料外敷以涂层材料而成，大多数呈圆柱状。

10.简要回答主要集成电路衬底材料和互连材料及其发展方向？

衬底材料：Si、SoI、3-5族氮化物半导体材料；发展方向：高热导率，高稳定性，宽带隙，耐高温材料。主要互连材料：金属导电，绝缘介质材料。发展方向：高热到率，低电阻率，抗点迁移率和应力迁移性好的材料发展。

11. 基板材料应该具有哪些特性，什么材料适合作基板？

即高导热率。低介电常数与芯片具有良好的热匹配、低膨胀系数，优良的机械加工性能、化学活性小、低成本、无毒及电极的相容等性能。陶瓷，玻璃，树脂等材料。

12.简要回答半导体IC封装技术的

功能，介绍微电子封装技术发展趋势？

保护、供电、冷却微电子器件、提供器件和外界的电和机械上的联系、保护芯片的导电丝。

发展趋势：多芯片封装，超薄型封装，三维封装乃至光互连。

13. 什么是微机电系统？简述其特点？其工艺与微电子工艺有哪些不同？

是以微传感器，微执行器以及驱动和控制电路为基本元器件组成。特点：体积小、质量轻、功耗低，谐振频率高，响应时间短。微机电系统及器件的制造远非集成电路加工工艺所能及，必须在集成电路工艺基础上扩展一些专用的微机械加工技术，包括体型加工技术，表面加工技术，构件间的相互组装技术键合及封装技术，才能制造出具有一定性能的微器件和

微机电系统。

14.磁性材料按其组成可分为几类，各有何特点？

金属磁性材料和铁氧体磁性材料。金属：磁导率大，磁滞损耗小，稳定性高。铁氧体：导电性属半导体范畴，高介电性。

15.软磁材料和永磁材料的磁滞回线的特点是什么？软磁材料的磁滞回线窄而长，起始磁

导率高，矫顽力小，容易获得磁性也

容易失去磁性。永磁材料的具有高的

剩余磁感应强度和矫顽力，磁能积

高，凸出系数和恢复磁导率趋于1，

稳定性好。

16.铁电材料和铁磁体有何相似的性

质？

铁电材料在某温度范围内，具有自发

极化，且其极化强度可以因外电场而

反向，同铁磁体具有磁滞回线一样，

铁电材料具有电滞回线，铁磁体具有

磁畴，铁电材料也具有铁电畴。铁电

材料还有一个温度临界温度时，晶体

发生结构向转变，自发极化消失，没

有铁电性。

17.简述声光效应和磁光效应？

声光效应：声波对光的“衍射”现象，

声波在透明介质中形成的介质密度

的周期性疏密变化，可视为一条光

栅，光栅条间隔等于声波波长，光通

过声波光栅时产生衍射；当光透过透

明的磁性物质或被磁性物质反射时，

由于存在自发磁化强度M，将产生的

各项异性，故可以观测到各种特殊的

光学现象，这些现象总称为慈光效

应。

18.正温度系数材料和负温度系数材

料的特点？

正温度系数材料的电阻率随着温度

升高二增大，负温度系数材料的电阻

率随着温度升高而减少。

19.典型的气敏材料及敏感机理？

典型的气敏材料有：SnO2气敏材料，

ZnO气敏材料，氧化铁系气敏材料，

钙钛矿型气敏材料。敏感机理：当被

测气体在该物质表面吸附后，引起其

电学特性发生变化。

20.典型的电解电容器材料是什么？

通过什么方法可以制备？

典型的电解电容器材料有：铝和钼，

它们主要都是通过电化学的方法在

金属阳极表面生成氧化膜电解质。

21.介电陶瓷的特点是什么？

介电常数高，变化范围大；串联电感

小；高强度，高可靠性，耐高温；电

阻率高，耐高点强度。

22.简述一种新型薄膜材料特点，制

备方法和应用？

Si基非晶态半导体薄膜：特点长程

有序，短程无序，可以部分实现连续

性的物性控制；制备方法：SiH4气体

的辉光放电分解法，溅射法，光CVD，

提高沉淀速率；应用：半导体集成电

路。

23.为什么说微电子材料是最重要的

信息材料，光电子材料是发展最快的

信息材料，光子材料是最有前途的信

息材料，请予以说明？

微电子材料：芯片材料、基板材料、

封装材料、光刻材料、各种电子化学

材料。光电子材料：应用于光电子材

料的总称，是指具有光子和电子的产

生、转换、传输功能的材料，光电子

材料是光电技术的先导和基础，光电

子材料的研制与发展对光电子技术

起推动促进作用。

24.信息技术的哪几个环节依靠材料

和元器件的发展？

信息技术的获取，传输，存储，显示，

处理环节依靠材料和元器件的发展。

25.晶体有哪些主要特征？

有规则的外形；均匀性；解理性；固

定的熔点；各向异性。

26.简要说明单晶、多晶、非晶体的

主要特点？

单晶体是指在整个晶体中，原子按照

同一种方式排列，整个材料被一个晶

格结构所贯穿，各向异性，有规则的

外形和固定的熔点；多晶体是由若干

个不同取向的小单晶组成，各项同

性，无规则的外形，原子仍对称和周

期性排列，有固定的熔点，非晶体中

原子排列不具有周期性，各项同性，

无规则的外形和固定的熔点。

27.请简要说明三种电子材料微观分

析方法？

（1）原子发射光谱：不同的元素，

其电子结构不同在光谱中波长的组

成和特征谱不同，可从原子受激后发

射的光谱及其强度对元素进行定性

和定量的分析。（2）结构分析方法：

X射线衍射分析法，X射线在晶体中

传播满足一下关系发生反射：n=2d布

喇格反射公式，为X射线波长，d为

晶面间间距，为反射角，通过对衍射

花样的分析，可以获得晶体结构的各

种参数。测量衍射峰的位置，可以得

到晶胞的尺寸，对称性及晶面取向。

（3）显微分析法：光学显微镜

50~1500倍，透射显微镜几十万倍，

扫描显微镜几千~几万倍，可以观察

晶体结构、晶粒的大小和形状，晶粒

分布、晶粒取向、晶体缺陷。

28.简述电子材料发展趋势？

晶体大尺寸化；晶体结构完美化；多

功能化；复合化；低维化；智能化。

29.研究半导体材料的结构主要有那

两个途径？

（1）能带论：从晶体结构长程周期

性研究电子能态结构；（2）化学键理

论：从物质化学组成，短程周期性研

究电子能态结构。

30.简要说明什么是半导体材料掺

杂，主要掺杂方式有哪些？重掺杂和

轻掺杂有什么不同，各用到哪方面？

半导体掺杂就是在纯净的半导体掺

入浅能级杂质，主要的掺杂方式有热

扩散和离子注入，重掺杂与轻掺杂的

区别在于多子的浓度的大小，重掺杂

多子浓度大于轻掺杂浓度多子的浓

度。重掺杂用在做三极管的发射区，

轻掺杂用在做三极管的基区。

31.将简述Ge、Si的主要物理、化学

性质？

都具有灰色金属光泽的固体，硬而

脆；锗的金属性更显著。在空气和常

温下化学性质时稳定的，但升温时，

却容易同氧，氯等多种物质发生化学

反应，锗不溶于盐酸和稀硫酸，但能

溶于弄硫酸，浓硝酸，王水以及

HF-HNO3，混合酸中。硅不溶于

HCL.H2SO4,HNO3,及王水,溶于

HF-HNO3混合酸中,锗与浓碱几乎不

起作用,但很容易溶于H2O2-NaOH混

合液,硅与碱在常温下就能发生反

应.

32.请简述三、五族化合物半导体的

性质、晶体结构、能带特点？

典型材料:GaAs,Inp等.综合强度高,

熔点高,禁带宽度大,载流子迁移率

高,能带结构为直接跃迁型,几乎所

以得三五族化合物都排列成两种形

式的晶体结构,即立方闪锌矿型结构

和六角纤维锌矿型结构.

33.请简述GaN的特性？

GaN是一种坚硬稳定的高熔点材料.

晶体结构主要为闪锌结构,晶格常数

随生长条件,杂质浓度,化学配比的

变化而变化.非掺杂GaN为N型,电子

浓度为10(14~16)|cm3,呈高电导,利

用它的禁带宽度可制成蓝光器件.

34.什么是半导体微结构材料，简述

其分类及生长方法?

具有半导体异质结构,超晶格和具有

量子效应的半导体材料为半导体微

结构材料.按维数分为:三维,两维,

一维,零维材料,按衬底不同可

分:GaAs基材料,InP基材料,Si基材

料.生长方法主要有:分子束外延MBE,

金属有机化合物气相淀积MOCVD.

35.简述激光晶体的发展趋势？

大功率激光,可调谐激光,二极管泵

浦激光,新波长晶体激光,适合光纤

通信新材料激光

36.简述HgCdTe红外探测器的特点？

（1）Hg1-xCdTe材料是HgTe-CdTe赝

二系化合物半导体合金材料，其禁带

Eg是组分x和温度T的函数，对x和

T的调节和选择，使Eg从半金属HgTe

（-0.3ev）至半导体CdTe的Eg

（1.648ev）之间连续变化，适当选

择x和T可以设计所需波长的探测器

材料，探测范围1~25微米；

（2）HgCdTe

是一种本征半导体材料，其光吸收系

数比非本征半导体材料大得多，大约

1微米厚的材料可做到有效的光吸

收，探测器具有很高的量子效率；（3）

HgCdTe材料热激发速率小，可在较高

温度下工作；（4）HgCdTe材料有很小

的电子有效质量，很高的电子迁移

率，低的本征载流子浓度和小的介电

常数，HgCdTe探测器有较高的光电导

增益和响应率，适合研制高频响应，

频带宽的探测器。

37.热释电探测器对材料有什么要

求？

(1),吸热,温度变化而产生的电压

大,(2),热释电系数大,(3),介电系

数小;(4),材料易于加工.

38.目前作为金属互连线是哪种材

料？具有何特点？取代原金属是哪

种材料，有何优势？

目前是作为金属互联线的是AL,它具

有电阻率低,易淀积,易刻蚀,工艺成

熟的特点.取代它的是Cu,其特点是

低电阻率,抗电迁移和应力迁移性能

好,是理想的互连材料.

39.集成电路封装有哪些功能？

保护芯片,以免由环境,传输引起芯

片损失;为芯片的输入,输出提供互

连;给芯片提供物理保障;给芯片散

热.

40.物质按磁性可分为几类？各有何

特点？

软磁材料:磁滞回线窄而长,起始电

导率高,矫顽力小,既容易获得也容

易失去磁性.永磁材料:具有高的剩

余磁感应强度和矫顽力,磁能积液较

高,稳定性较好.压磁材料:形状和尺

寸能发生弹性变化,饱和磁化时磁致

伸缩系数大,能量密度大,应力产生

的推力大,能量转换率高,频带宽,工

作电压低,稳定性和可靠性高.旋磁

材料:高旋磁性,低损耗,高功率负荷,

高稳定性.磁光材料:主要是薄膜形

态的材料,一般具有高的磁光效应.

41.铁氧体的晶体结构有几种类型？

各有何特点?

尖晶石型铁氧体:分子式AB2O4,A-B

间的超交换相互作用最强,主要用作

软磁材料,居里温度较低.磁铅石型

铁氧体:晶体结构分为六角晶系,不

易退磁,主要用作永磁材料,可制成

扁平状,原料丰富,价格低廉.石榴石

型铁氧体:晶体结构属于立方晶系,

主要用作旋磁材料,磁晶各向异性和

磁致伸缩系数均较小.

42.磁存储和磁记录是利用磁性材料

的何来记录和存储信息的？磁存储

和磁记录什么形式？

利用磁性材料的矩形磁滞回线或磁

矩的变化来记录存储信息的.形式:

铁氧体存储器,磁膜存储器,超导存

储器磁光存储器;赐记忆形式:钢丝,

磁带,磁鼓.磁卡磁光盘.

43.请写出三种功能转换材料，各通

过何效应工作？

压电晶体材料,通过压电效应工作,

热释电晶体材料,通过热释电效应工

作;电光晶体材料,通过电光效应工

作.

44.铁电体具有何特性？其居里温度

有何物理意义？

特性:在某温度范围内具有自发极化,

自发极化强度可以因外电场而反向,

具有电电滞回线,存在一个温度临界

特性;及温度高于某一值时,机体结

构发生相变,自发极化消失,没有电

磁性,这个临界值就是居里温度.

45.声光效应将哪两种现象联系到一

起？其中一种现象起什么作用？

衍射和反射,衍射是产生对称分布的

衍射光.

46.热敏电阻材料有什么特性？PTC

和NTC各代表什么材料？BaTiO3属哪

种材料？

热敏电阻材料:电阻率随温度变化而

显著变化,PTC正温度系数热敏材料

NTC负温度系数热敏材料BaTiO3位

PTC材料

47简述氧化锡的气敏特性？

SnO2气敏材料主要检测对象为丙烷

酒精COH2H2S等,加入微量贵重金属

PtPd等作为增感剂可提高灵敏度和

选择性,添加CUNi等也对其工作温度,

灵敏度有一定影响.

48.湿度:大气中水蒸气的含量,可用

绝对湿度与相对温度表示,绝对温度

是指空气中水蒸气的绝对含量,相对

湿度是指某一待测蒸汽压与相同温

度下的饱和蒸汽压的比值百分数

49.主要的湿敏材料和气敏材料有哪

些？

湿敏:电解质系的LiCL+聚乙烯醇膜,

有机物系的纤维素+炭,金属基金属

氧化物系的涂布膜.气敏:SnO2气敏

材料ZnO气敏材料FeO3气敏材料.

请介绍一种新材料:纳米材料,指在

三维空间中至少有一维处于纳米尺

度范围(1-100nm)或由他们作为基本

单元构成的材料,这个约相当于

10-100个原子紧密排列在一起的尺

度.应用研究方面:降解材料领域;制

造结构陶瓷材料;电磁材料方面的应

用纳米颗粒具有独特的电学性能.电

子计算机和电子工业可以从阅读

硬盘上读卡机以及存储容量为目前

芯片上千倍的纳米材料级存储器芯

片都已投入生产。计算机在普遍采用

纳米材料后，可以缩小成为“掌上电

脑”。环境保护环境科学领域将出现

功能独特的纳米膜。这种膜能够探测

到由化学和生物制剂造成的污染，并

能够对这些制剂进行过滤，从而消除

污染。惰性气体下蒸发凝聚法。通常

由具有清洁表面的、粒度为1-100nm

的微粒经高压成形而成，纳米陶瓷还

需要烧结。国外用上述惰性气体蒸发

和真空原位加压方法已研制成功多

种纳米固体材料，包括金属和合金，

陶瓷、离子晶体、非晶态和半导体等

纳米固体材料。我国也成功的利用此

方法制成金属、半导体、陶瓷等纳米

材料。

简述石墨烯的制备方法,特性及应

用.

机械剥离法;氧化石墨;化学气相沉

积法;外延生长法;电化学法;电弧法;

有机合成法..

高比表面积,高导电性,机械强度高,

易于修饰及大规模生产等.应用:可

做成太空电梯缆线,代替硅生产超级

计算机,光子传感器,超高效太阳能

电池.本发明公开了一种石墨烯的制

备方法，属于化学合成技术领域。本

发明方法以金属钠和卤代烃为原料，

通过在惰性环境下在溶剂中进行反

应制备石墨烯。反应温度优选在120

－400℃之间，更优选为160－360℃之

间；金属钠和卤代烃的摩尔比优选在

1∶1－100∶1之间；其中卤代烃可在

反应前加入，也可在随着反应的进行

而加入；卤代烃优选为卤代C1－4脂

肪烃和卤代苯，如四氯乙烯、六氯苯、

三氯乙烯、溴苯、四溴乙烯等；本方

法还优选对制得的石墨烯进行后处

理以提高纯度。本发明方法具有设备

简单，容易操作，成本低廉，产率较

高且产物性能较好的优点，可在石墨

烯及相关产品如锂离子电池等的工

业化生产中发挥重要作用，应用前景

广阔。