第6章电子与微电子材料分析
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Chapter6 Electronic and Microelectronic Materials 6
6.1.3 聚合物导电材料
• 种类：
–结构型导电高分子（本节内容）
–复合型导电高分子（普通高分子混入导电填料）
• 结构型导电高分子
–是指具有共轭π键，其本身或经过“掺杂”后
具有导电性的一类高分子材料。
导电机理
自由基阳离子通过双键迁移 沿共轭高分子链传递
Chapter6 Electronic and Microelectronic Materials 9
导 电 高 分 子 的 特 性
1.电导率范围宽
导电高分子的特性
Chapter6 Electronic and Microelectronic Materials
5
（2）离子导电陶瓷 • 利用离子的迁移导电（固体电解质，或快离 子导体） • 阳离子导体：利用阳离子迁移导电
– 如-Al2O3的系：通式为nA2O3•M2O，A代表三价 金属A13、Ga3、Fe3等，M代表一价离子 Na、K、H3O等
• 阴离子导体：利用O2-或F-阴离子迁移导电
– 萤石结构氧化物(ZrO2、HfO2、CeO2等) – 钙钛矿结构氧化物(LaAlO3、CaTiO3)。
10
2.掺杂-脱掺杂过程可逆
导电高分子不仅可以掺杂，而且还可以脱掺杂， 并且掺杂-脱掺杂的过程完全可逆。
3.响应速度快
(10-13 sec)
Chapter6 Electronic and Microelectronic Materials 11
4.有电致变色性
Chapter6 Electronic and Microelectronic Materials
（掺杂/或脱掺杂过程） 可用作选择性高、灵敏度高和重复性好的气体
传感器。
Chapter6 Electronic and Microelectronic Materials 18
6.雷达隐身材料
导电性可以在绝缘体、半导体、金属导体 之间变化——不同的吸波性能 密度小——轻 加工性能——薄 稳定性较好——高温使用
12
(
N
N
)
0.8V H+ n
全 氧 化态PNB +e -e
紫色
(
N H
N
)
(
+
N H
N) H n
中 间 氧 化态EB +e -e
H
蓝色
0.5V
绿色
(
N N
N N)
H
n n -0.2V
全 还原态LEB
淡黄 色
Chapter6 Electronic and Microelectronic Materials
Chapter6 Electronic and Microelectronic Materials
2
6.1 导电材料
• 导电材料的定义 • 载流子 • 分类
6.1.1 金属导电材料 • 分类 • 作为金属导电材料使用的要求 • 金属导电性的影响因素
Chapter6 Electronic and Microelectronic Materials 3
6.1.2 快离子导体
• 肖特基导体（晶格空位机理）、弗仑克尔导 体（间隙离子运动） • 本征离子电导和杂质离子电导 • 快离子导体和固体电解质 • 影响导电离子迁移的因素
Chapter6 Electronic and Microelectronic Materials
4
（1）电子导电陶瓷
• 非金属元素的碳化物、氮化物以共价键为主， 金属键为辅。这几类化合物构成的陶瓷都是电 子导电
Chapter6 Electronic and Microelectronic Materials
7
名称
结构
种类
聚乙炔
聚噻吩
种 类
(
S
)
n
聚吡咯
聚苯胺 聚 苯
(
(
N H
)
n
NH )
n
(
)
n
8
Chapter6 Electronic and Microelectronic Materials
导电机理
Chapter6 Electronic and Microelectronic Materials 16
4.生物传感器
葡萄糖传感 器、尿素传
感器、乳酸
传感器、胆
固醇传感器
Chapter6 Electronic and Microelectronic Materials
17
5.气体传感器
导电高分子与大气某些介质作用 ----电导率改变, 除去介质 ----恢复
– 如SiC、MoSi2电热材料
• 某些氧化物陶瓷通过加热或者用其它的方法激 发，使外层电子获得足够的能量成为自由电子 而具有导电性
– 如氧化铝陶瓷、氧化钍陶瓷及由复合氧化物组成的 铬酸镧陶瓷，都是新型的高温电子导电材料
Chapter6 Electronic and Microelectronic Materials
13
导电高分子的应用
导电高分子的应用
Chapter6 Electronic and Microelectronic Materials
14
1.发光二极管
报道
2.分子导线
1990 年R. H. Friend首次 一个分子类似于一根导线 可用于高灵敏度检测、超大
规Biblioteka Baidu集成技术等 “模板聚合、分子束沉积等 方法制备“分子导线” 或导电高分子微管(或纳米管)
Chapter 6 Electronic and Microelectronic Materials
电子与微电子材料
Chapter6 Electronic and Microelectronic Materials 1
本章内容
6.1 6.2 6.3 6.4 导电材料 介电材料 半导体材料 微电子材料与芯片
Chapter6 Electronic and Microelectronic Materials 19
7.电显示材料
掺杂/脱掺杂实现导体-绝缘体之间的转变， 且电位、pH、掺杂量等变化伴随颜色变化 ——可用于电显示
Chapter6 Electronic and Microelectronic Materials
15
高分子发光二极管具有
颜色可调、可弯曲、大 面积和低成本等优点 ——实用化的突破口
Chapter6 Electronic and Microelectronic Materials
3.二次电池
高分子掺杂态 储存电能、脱 掺杂过程中释
放电能
——全塑电池
输出电压3V、电池容量3mA.h，复充放电上千次
6.1.3 聚合物导电材料
• 种类：
–结构型导电高分子（本节内容）
–复合型导电高分子（普通高分子混入导电填料）
• 结构型导电高分子
–是指具有共轭π键，其本身或经过“掺杂”后
具有导电性的一类高分子材料。
导电机理
自由基阳离子通过双键迁移 沿共轭高分子链传递
Chapter6 Electronic and Microelectronic Materials 9
导 电 高 分 子 的 特 性
1.电导率范围宽
导电高分子的特性
Chapter6 Electronic and Microelectronic Materials
5
（2）离子导电陶瓷 • 利用离子的迁移导电（固体电解质，或快离 子导体） • 阳离子导体：利用阳离子迁移导电
– 如-Al2O3的系：通式为nA2O3•M2O，A代表三价 金属A13、Ga3、Fe3等，M代表一价离子 Na、K、H3O等
• 阴离子导体：利用O2-或F-阴离子迁移导电
– 萤石结构氧化物(ZrO2、HfO2、CeO2等) – 钙钛矿结构氧化物(LaAlO3、CaTiO3)。
10
2.掺杂-脱掺杂过程可逆
导电高分子不仅可以掺杂，而且还可以脱掺杂， 并且掺杂-脱掺杂的过程完全可逆。
3.响应速度快
(10-13 sec)
Chapter6 Electronic and Microelectronic Materials 11
4.有电致变色性
Chapter6 Electronic and Microelectronic Materials
（掺杂/或脱掺杂过程） 可用作选择性高、灵敏度高和重复性好的气体
传感器。
Chapter6 Electronic and Microelectronic Materials 18
6.雷达隐身材料
导电性可以在绝缘体、半导体、金属导体 之间变化——不同的吸波性能 密度小——轻 加工性能——薄 稳定性较好——高温使用
12
(
N
N
)
0.8V H+ n
全 氧 化态PNB +e -e
紫色
(
N H
N
)
(
+
N H
N) H n
中 间 氧 化态EB +e -e
H
蓝色
0.5V
绿色
(
N N
N N)
H
n n -0.2V
全 还原态LEB
淡黄 色
Chapter6 Electronic and Microelectronic Materials
Chapter6 Electronic and Microelectronic Materials
2
6.1 导电材料
• 导电材料的定义 • 载流子 • 分类
6.1.1 金属导电材料 • 分类 • 作为金属导电材料使用的要求 • 金属导电性的影响因素
Chapter6 Electronic and Microelectronic Materials 3
6.1.2 快离子导体
• 肖特基导体（晶格空位机理）、弗仑克尔导 体（间隙离子运动） • 本征离子电导和杂质离子电导 • 快离子导体和固体电解质 • 影响导电离子迁移的因素
Chapter6 Electronic and Microelectronic Materials
4
（1）电子导电陶瓷
• 非金属元素的碳化物、氮化物以共价键为主， 金属键为辅。这几类化合物构成的陶瓷都是电 子导电
Chapter6 Electronic and Microelectronic Materials
7
名称
结构
种类
聚乙炔
聚噻吩
种 类
(
S
)
n
聚吡咯
聚苯胺 聚 苯
(
(
N H
)
n
NH )
n
(
)
n
8
Chapter6 Electronic and Microelectronic Materials
导电机理
Chapter6 Electronic and Microelectronic Materials 16
4.生物传感器
葡萄糖传感 器、尿素传
感器、乳酸
传感器、胆
固醇传感器
Chapter6 Electronic and Microelectronic Materials
17
5.气体传感器
导电高分子与大气某些介质作用 ----电导率改变, 除去介质 ----恢复
– 如SiC、MoSi2电热材料
• 某些氧化物陶瓷通过加热或者用其它的方法激 发，使外层电子获得足够的能量成为自由电子 而具有导电性
– 如氧化铝陶瓷、氧化钍陶瓷及由复合氧化物组成的 铬酸镧陶瓷，都是新型的高温电子导电材料
Chapter6 Electronic and Microelectronic Materials
13
导电高分子的应用
导电高分子的应用
Chapter6 Electronic and Microelectronic Materials
14
1.发光二极管
报道
2.分子导线
1990 年R. H. Friend首次 一个分子类似于一根导线 可用于高灵敏度检测、超大
规Biblioteka Baidu集成技术等 “模板聚合、分子束沉积等 方法制备“分子导线” 或导电高分子微管(或纳米管)
Chapter 6 Electronic and Microelectronic Materials
电子与微电子材料
Chapter6 Electronic and Microelectronic Materials 1
本章内容
6.1 6.2 6.3 6.4 导电材料 介电材料 半导体材料 微电子材料与芯片
Chapter6 Electronic and Microelectronic Materials 19
7.电显示材料
掺杂/脱掺杂实现导体-绝缘体之间的转变， 且电位、pH、掺杂量等变化伴随颜色变化 ——可用于电显示
Chapter6 Electronic and Microelectronic Materials
15
高分子发光二极管具有
颜色可调、可弯曲、大 面积和低成本等优点 ——实用化的突破口
Chapter6 Electronic and Microelectronic Materials
3.二次电池
高分子掺杂态 储存电能、脱 掺杂过程中释
放电能
——全塑电池
输出电压3V、电池容量3mA.h，复充放电上千次