电子材料与元器件介绍
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可以通过掺杂来控制光子晶体带隙的位置、宽度及带 隙中掺杂模式的形成。
7
电子材料的发展体现出如下趋势：
功能材料与器件相结合，并趋于小型化与多功能化。 电子材料的低维化。 新型信息功能材料的不断涌现。
8
电子材料是电子信息产业的重要组成部分，是发展 电子信息产业的基础与先导。电子材料作为基础性 材料已渗透到国民经济和国防建设的各个领域，没 有高质量的电子材料就不可能制造出高性能的电子 元器件，也就没有先进的电子信息系统。
纳米软磁材料方面
15
5 有机光电子材料
有机光电子材料是指用于光电子技术的，具有光子和电 子的产生、转换和传输特性的有机材料。
有机晶体管驱动的OLED显示器 16
集成电路和半导体器件用材料由单片集成向系统集 成发展
光电子材料向纳米结构、非均值、非线性和非平衡 态发展
新型电子元器件用材料主要向小型化、片式化和复 合化方向发展
同时又是一种多学科交叉的学科，涉及到电子技术、光学、 物理化学、固体物理学和工艺技术等多学科知识。
2
以半导体材料为载体
物理学原理并不排斥通过操纵单个原 子来制造物质。这样做并不违反任何 定理，而且原则上是可以实现的。毫 无疑问，当我们得以对细微尺度的事 物加以操纵的话，将大大扩充我们可 能获得物性的范围 。 ---费曼,1959
半导体芯片上晶体管数量及特征尺寸的变化趋势 3
以半导体材料为载体 摩尔定律
18个月，IC集成晶体管数目翻倍 18个月，IC产品性能提高一倍 18个月，相同性能产品降价一半
安迪-比尔定律 反摩尔定律
4
基于碳纳米管
碳纳米管可以具有金属特性，也可以具有半导体特性，这取 决于碳纳米管碳链的空间螺旋。金属的碳纳米管在室温下具 有迄今最高的电导率。
随着电子学向光电子学、光子学迈进，微电子材料 在未来10～15年仍是最基本的信息材料，光电子材 料、光子材料将成为发展最快和最有前途的信息材 料。
9
1 硅基半导体材料
硅单晶研发的主要方向：提高硅集成电路成品率、性能，降 低成本，增大直拉硅单晶的直径，解决缺陷等。
2013年进入32纳米技术代，栅长13nm；2016年进入22纳米技 术代，栅长9nm；2022年栅长将是4.5nm。
人们一方面开发诸如高K栅介质、金属栅、双栅/多栅器件、 应变沟道和高迁移率材料、铜互连技术（扩散阻挡层）、低 介电常数材料、多壁纳米碳管通孔和三维铜互连等；另一方 面，在电路设计与制造方面，采用硅基微/纳器件混合电路、 光电混合集成和系统集成芯片(SOC)技术等，来进一步提高 硅ICs的速度和功能。
自旋极化的电子注入到半导体中，并被人为操控，可以 制成新型的自旋电子器件，用于数据的存储和运算。
由于在InMnAs和GaMnAs磁性半导体中发现了低温铁磁 性，特别是在TiCoO2、 GaMnN、GaCN、ZnCoO等磁 性半导体中发现了居里点高于室温的铁磁性，引发了磁 性半导体材料的研究热潮，然而由于对磁性的起源不明， 研究进展缓慢。
11
1 硅基半导体材料
基于石墨材料的硅基场效应晶体管的研究
基于双栅极的石墨场效应晶体管
这些性能使得石墨层成为制 作场效应晶体管的一种非常 有前途的基础材料，用于制 作工作在毫米波频段或更高 频段的晶体管，其结构如图 所示。
12
2 化合物半导体材料
与半导体硅相比，III-V族化合物半导体材料以其在高速、大 功率、低功耗、低噪声系数等方面的优异光电性能，使得其 射频及微波通信、光纤通信、太阳能电池和显示等方面得到 了广泛的应用。
17
1
以电子学和光电子学为代表的信息产业已成为当今知识经 济时代国民经济和社会发展的战略性基础产业和支柱产业。 而电子功能材料与器件则是电子学和光电子学的重要物质 基础与先导。
电子信息材料是指以电子或光子为载体、用于制造各种电 子及光电子元器件、半导体集成电路、纳米电子器件、磁 性元器件、电子陶瓷器件等的材料。
基于纳米管的单电子器件 5
基于光电子材料
以电子为媒介而传递信息，因为电子的传输速度受其质 量(9.1×10-31kg)影响，有一定限度。所以，随着对信息 传输容量和速度的要求不断提高，而光子作为更高频率 和速度的信息载体就被应用，从而又出现了与电子技术、 微电子技术交叉发展的光电子技术。
光子材料是指利用光子或光互相作用来实现信息产生、 传输、存储、显示、探测及处理的材料。它包括激光晶 体、红外材料、液晶、非线性光学材料、光子晶体及光 纤材料等。
GaAs
InP HBT和HEMT ，量子激光器和探测器
GaN SiC
Baidu Nhomakorabea
高热导率、高电子漂移速度和大的击 穿电压使其在高频、大功率、抗辐射 方面有广泛的应用；短波发光探测方
金刚石薄膜 面也有较好的应用。
13
3 半导体自旋电子学材料和器件
探索载流子的自旋运动规律，实现对其操纵、调控及其 应用的科学称之为自旋电子学 。
14
4 磁性纳米材料的应用
由于纳米磁性材料具有多种特别的纳米磁特性，可制成纳米 磁膜(包括磁多层膜)、纳米磁线、纳米磁粉(包括磁粉块体)和 磁性液体等多种形态的磁性材料，因而已在传统技术和高新 技术、工农业生产和国防科研以及社会生活中获得了多方面 的广泛而重要的应用。
磁记录方面
纳米永磁材料方面
6
基于光电子材料
1960年出现第一台红宝石激光器。 固态激光器（包括固体激光器和半导体激光器），
A1GaAs半导体激光器和lnGaAsP半导体激光器。 1991年提出和发现光子晶体。
光子晶体是一种介质或金属材料在空间呈周期性排列 并能自由控制光的人造晶体。光子晶体内部的光学折 射率呈周期性分布。
10
1 硅基半导体材料
基于石墨材料的硅基场效应晶体管的研究
石墨是一种严格意义上的二维材料， 它是由单原子层的碳原子以蜂窝状 结构排列而形成的有序结构。
石墨层的结构
由于石墨层中的电子-光子散射作用 非常微弱，因此，即使是在室温的 条件下，石墨中的电子迁移率就高 达200,000cm2/Vs。并且其载流子饱 和速率是硅材料的6-7倍。
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电子材料的发展体现出如下趋势：
功能材料与器件相结合，并趋于小型化与多功能化。 电子材料的低维化。 新型信息功能材料的不断涌现。
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电子材料是电子信息产业的重要组成部分，是发展 电子信息产业的基础与先导。电子材料作为基础性 材料已渗透到国民经济和国防建设的各个领域，没 有高质量的电子材料就不可能制造出高性能的电子 元器件，也就没有先进的电子信息系统。
纳米软磁材料方面
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5 有机光电子材料
有机光电子材料是指用于光电子技术的，具有光子和电 子的产生、转换和传输特性的有机材料。
有机晶体管驱动的OLED显示器 16
集成电路和半导体器件用材料由单片集成向系统集 成发展
光电子材料向纳米结构、非均值、非线性和非平衡 态发展
新型电子元器件用材料主要向小型化、片式化和复 合化方向发展
同时又是一种多学科交叉的学科，涉及到电子技术、光学、 物理化学、固体物理学和工艺技术等多学科知识。
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以半导体材料为载体
物理学原理并不排斥通过操纵单个原 子来制造物质。这样做并不违反任何 定理，而且原则上是可以实现的。毫 无疑问，当我们得以对细微尺度的事 物加以操纵的话，将大大扩充我们可 能获得物性的范围 。 ---费曼,1959
半导体芯片上晶体管数量及特征尺寸的变化趋势 3
以半导体材料为载体 摩尔定律
18个月，IC集成晶体管数目翻倍 18个月，IC产品性能提高一倍 18个月，相同性能产品降价一半
安迪-比尔定律 反摩尔定律
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基于碳纳米管
碳纳米管可以具有金属特性，也可以具有半导体特性，这取 决于碳纳米管碳链的空间螺旋。金属的碳纳米管在室温下具 有迄今最高的电导率。
随着电子学向光电子学、光子学迈进，微电子材料 在未来10～15年仍是最基本的信息材料，光电子材 料、光子材料将成为发展最快和最有前途的信息材 料。
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1 硅基半导体材料
硅单晶研发的主要方向：提高硅集成电路成品率、性能，降 低成本，增大直拉硅单晶的直径，解决缺陷等。
2013年进入32纳米技术代，栅长13nm；2016年进入22纳米技 术代，栅长9nm；2022年栅长将是4.5nm。
人们一方面开发诸如高K栅介质、金属栅、双栅/多栅器件、 应变沟道和高迁移率材料、铜互连技术（扩散阻挡层）、低 介电常数材料、多壁纳米碳管通孔和三维铜互连等；另一方 面，在电路设计与制造方面，采用硅基微/纳器件混合电路、 光电混合集成和系统集成芯片(SOC)技术等，来进一步提高 硅ICs的速度和功能。
自旋极化的电子注入到半导体中，并被人为操控，可以 制成新型的自旋电子器件，用于数据的存储和运算。
由于在InMnAs和GaMnAs磁性半导体中发现了低温铁磁 性，特别是在TiCoO2、 GaMnN、GaCN、ZnCoO等磁 性半导体中发现了居里点高于室温的铁磁性，引发了磁 性半导体材料的研究热潮，然而由于对磁性的起源不明， 研究进展缓慢。
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1 硅基半导体材料
基于石墨材料的硅基场效应晶体管的研究
基于双栅极的石墨场效应晶体管
这些性能使得石墨层成为制 作场效应晶体管的一种非常 有前途的基础材料，用于制 作工作在毫米波频段或更高 频段的晶体管，其结构如图 所示。
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2 化合物半导体材料
与半导体硅相比，III-V族化合物半导体材料以其在高速、大 功率、低功耗、低噪声系数等方面的优异光电性能，使得其 射频及微波通信、光纤通信、太阳能电池和显示等方面得到 了广泛的应用。
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以电子学和光电子学为代表的信息产业已成为当今知识经 济时代国民经济和社会发展的战略性基础产业和支柱产业。 而电子功能材料与器件则是电子学和光电子学的重要物质 基础与先导。
电子信息材料是指以电子或光子为载体、用于制造各种电 子及光电子元器件、半导体集成电路、纳米电子器件、磁 性元器件、电子陶瓷器件等的材料。
基于纳米管的单电子器件 5
基于光电子材料
以电子为媒介而传递信息，因为电子的传输速度受其质 量(9.1×10-31kg)影响，有一定限度。所以，随着对信息 传输容量和速度的要求不断提高，而光子作为更高频率 和速度的信息载体就被应用，从而又出现了与电子技术、 微电子技术交叉发展的光电子技术。
光子材料是指利用光子或光互相作用来实现信息产生、 传输、存储、显示、探测及处理的材料。它包括激光晶 体、红外材料、液晶、非线性光学材料、光子晶体及光 纤材料等。
GaAs
InP HBT和HEMT ，量子激光器和探测器
GaN SiC
Baidu Nhomakorabea
高热导率、高电子漂移速度和大的击 穿电压使其在高频、大功率、抗辐射 方面有广泛的应用；短波发光探测方
金刚石薄膜 面也有较好的应用。
13
3 半导体自旋电子学材料和器件
探索载流子的自旋运动规律，实现对其操纵、调控及其 应用的科学称之为自旋电子学 。
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4 磁性纳米材料的应用
由于纳米磁性材料具有多种特别的纳米磁特性，可制成纳米 磁膜(包括磁多层膜)、纳米磁线、纳米磁粉(包括磁粉块体)和 磁性液体等多种形态的磁性材料，因而已在传统技术和高新 技术、工农业生产和国防科研以及社会生活中获得了多方面 的广泛而重要的应用。
磁记录方面
纳米永磁材料方面
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基于光电子材料
1960年出现第一台红宝石激光器。 固态激光器（包括固体激光器和半导体激光器），
A1GaAs半导体激光器和lnGaAsP半导体激光器。 1991年提出和发现光子晶体。
光子晶体是一种介质或金属材料在空间呈周期性排列 并能自由控制光的人造晶体。光子晶体内部的光学折 射率呈周期性分布。
10
1 硅基半导体材料
基于石墨材料的硅基场效应晶体管的研究
石墨是一种严格意义上的二维材料， 它是由单原子层的碳原子以蜂窝状 结构排列而形成的有序结构。
石墨层的结构
由于石墨层中的电子-光子散射作用 非常微弱，因此，即使是在室温的 条件下，石墨中的电子迁移率就高 达200,000cm2/Vs。并且其载流子饱 和速率是硅材料的6-7倍。