信息功能材料学

信息功能材料学

第一章：半导体材料

1，本征半导体的能带结构课分为：直接带隙半导体，间接带隙半导体。

2，半导体掺杂工艺主要有：扩散，离子注入等。

3，向半导体中掺杂高价杂质时，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，半导体的电导率也随之增加，这种提供多余价电子的掺杂称为施主掺杂。

向半导体中掺杂低价杂质时，杂质原子提供的价电子数目少于半导体原子，很容易在价带形成空穴，半导体的电导率也随之增加，这种掺杂称为施主掺杂。4，np=Ne*Nv*exp(-Eg/k B T)；Eg=Ec-E V；Eg------半导体的禁带宽度

5，非平衡载流子主要影响少子。

当半导体承受外界作用时，除热平衡载流子外，还将产生非平衡载流子。

非平衡载流子的复合过程分为直接复合和间接复合。

直接复合是指电子直接从导带跃迁至价带的过程。

6，半导体的电导率是由载流子浓度和载流子迁移率共同决定的。

7，对于本征半导体来说，载流子浓度仅与温度有关；对于杂质半导体而言，载流子浓度由半导体掺杂浓度和温度共同决定。

8，半导体光吸收的机制：本征吸收，激子吸收，杂质吸收，自由载流子吸收，声子吸收。

9，半导体光吸收机制中，除声子吸收外，都将产生额外的载流子，由于半导体的电导率与载流子浓度成正比，所以光照可以引起半导体电导率的增加，这部分增加的电导率称为光电导。

10，如果磁场方向与电流方向垂直，导体中就会在磁场和电流方向上产生电场，这就是霍尔效应。

11，半导体置于磁场中，半导体的电阻会增加，这种效应称为半导体的磁阻效应。

磁阻效应分为物理磁阻效应和几何磁阻效应。

理磁阻效应主要是由于载流子在磁场作用下做螺旋运动，导致载流子散射概率增加二引起的电阻增加现象。

几何磁阻效应主要是由于样品的形状引起的电阻增加的现象。

12，块状半导体单晶制备技术中，广泛应用的是：切克劳斯基法（提拉法）；布里奇曼法（坩埚下降法）。

13，半导体薄膜制备方法：磁控溅射；分子束外延，金属有机化学气象沉积。14，GaAs半导体的应用：

①砷化镓的禁带宽度达工作温度大，适合制作大功率器件。

②电子迁移率高，有效质量小，用GaAs制作的半导体器件工作速度快，

噪声低。

③GaAs为直接带隙半导体，光电转换效率和发光效率都很高，适合制作太

阳能电池，发光二极管，半导体激光器。

④GaAs光吸收系数高，适合制作红外探测器件。

15，半导体的四种效应：

①光照下产生电压——光生伏特效应

②导电方向性——整流效应

③光照下电导增加——光电导效应

④电阻随温度的上升而降低——温度效应

16，半导体带隙变化规律：

共价键越强，Eg越大。

同一周期的元素从左到右原子序数增加，原子核对电子的引力越大，共价键越弱，Eg也逐渐减小，对于化合物半导体，Eg也随共价键增强而变大。

第二章：光纤通信材料

1，光纤是中央介质的折射率比周围介质高，利用光在两种介质界面上的全反射来约束广波，从而实现光在中央介质中得定向传输。

2，光纤是一种介质光波导，包括纤芯和包层。

3，按纤芯折射率不同，光纤分为阶跃折射率型光纤（阶跃光纤）和梯度折射率型光纤（梯度光纤，渐变光纤）。

4，按光纤传输特性不同，光纤又可分为单模光纤和多模光纤。

5，相应于临界角的入射角反映了光纤聚光能力的大小，称为孔径角。(公式见书P90)

6，管线的损耗：材料的吸收损耗和散射损耗。

7，瑞利散射是由光纤材料在固化时局部密度起伏引起折射率不均匀而产生的。瑞利散射损耗与光波波长的四次方成反比。当入射光接近或小于散射体的尺寸时，瑞利散射总存在。

8，光纤中输入一个光脉冲，传播一段距离后产生延迟畸变的现象称为色散现象。9，色散产生原因：光纤中组成光脉冲的各模量的分量和频谱分量的传播常数不同，因而传播速度也不同，导致群时延弥散，从而使光脉冲展宽。

10，色散分类：多模色散，材料色散，波导色散。

11，制造石英光纤主要包括两个过程，即制棒和拉丝。

12，工业生产大都采用气相沉积法制备优质的石英光纤。

13，石英光纤的损耗特性：吸收损耗，散射损耗，弯曲损耗和涂覆层造成的损耗。14,1.55微米处的理论最小损耗指值为0.1dB·kmˉ1.是现代光纤通信技术发展的波长范围。

15，光纤技术主要用于：光纤通信技术，光纤传感技术。

第三章：光电显示材料

1，在光子的作用下价带电子受到激发但尚不能进入导带成为自由电子，即仍然受到空穴库仑场的作用，形成相互束缚的受激电子-空穴对，对外呈中性，这种彼此相互束缚的受激电子和空穴组成的系统称为激子。

2，半导体的无辐射复合：俄歇复合，表面复合，通过缺陷或掺杂物的复合。3，俄歇复合是由三个载流子的相互作用，即发生碰撞所引起。把半导体中发生的碰撞复合和电离称为俄歇复合和俄歇电离，或者称为俄歇效应或俄歇过程。4，超过发光体所处的温度下热辐射的辐射，并且这种辐射具有超过光振动周期的持续时间，称为魏德曼-瓦维洛夫发光定义。

5，余晖时间小于1/10^8的发光称为荧光，大于1/10^8的发光称为磷光。

6，发光的分类：光致发光，化学发光，摩擦发光，阴极射线致发光，电致发光。

7，光电显示材料；发光显示材料，受光显示材料。

8，发光就是将处于低能量状态的电子激发到高能量形态，然后被激发的电子从高能级状态返回到低能量状态，将这个能量差以光的形式释放的现象。荧光体内的电子受到加速电子射线的激发而从低能量状态跃迁到高能量状态并伴随发光的现象，称为阴极发光。

9，吸收了短波长光后，处于激发态的原子回到基态时发射出长波光的现象即为光致发光。

10，热致液晶又可分为向列相，胆甾相，近晶相。

11，电致变色是指在外加电场或电流作用下物质的光学性能在可见光波长范围内产生稳定可逆变化的现象。

12，CRT：阴极射线管

VFD：真空荧光显示

LED：发光二级管

OLED：有机发光二级管

LCD：液晶显示器

FED：场发射显示

PDP：等离子显示

OEL

第四章：信息存储材料

1，磁存储的模式主要分为三种：水平存储模式、垂子存储模式、杂化存储模式。2，磁头的基本功能，记录，重放，消磁。

3，磁头按工作原理不同不同，可以分为磁阻式磁头和感应式磁头。

4，光盘存储是利用激光的单色想干性，将要存储的信息，模拟量和数字量通过调制激光在记录介质上聚焦，以形成极微小的光照微区，使光照部分发生物理化学变化使光照微区的某种化学性质与周围介质有较大反衬度，从而实现信息的存储。

5，光盘是由基片、存储介质、保护层组成。

6，从存储功能进展的角度，可将光盘分为：只读存储，一次写入存储，可擦重写存储，直接重写存储。

从记录介质的存储机理的角度可分为：磁光型存储，相变型存储。

7，全息是指物体整个空间情况的全部信息。全息存储是指同时存储物光的强度分布和位相分布，即记录了物体的全部信息。

第五章：信息获取材料

1，光电效应是指物质在光作用下释放电子的现象，可分为外光电效应和内光电效应。外光电效应是指吸收光子后受激电子能够逸出半导体之外即产生光电子发射的现象。内光电效应是指半导体的电性能发生变化，但是受激电子并不逸出材料之外的现象。在p-n结等存在不均匀性的半导体或者处于一定不均匀条件下的均匀半导体中，内光电效应的结果是产生光电势，这种现象称为光生伏特效应。2，噪声：光子噪声，热激噪声，产生-复合噪声，陷阱效应噪声，1/f噪声。3，通常把丹倍效应和光磁电效应统称为体积光生伏特效应。