电子材料导论复习

电子材料导论
1.压电效应
答：（1）当在某一特定方向对晶体施加应力时，在与应力垂直方向两端表面能出现数量相等，符号相反的束缚电荷—正压电效应（2）当一块具有压电效应的晶体置于外电场中，由于晶体的电极化造成的正负电荷中心位移，导致晶体变形，形变量与电场强度成正比—逆压电效应。

2.电畴
答：具有自发极化的晶体中存在一些自发极化取向一致的微小区域。

3.霍尔效应
答：在一块半导体某一方向上加有电场，并在垂直方向上加有磁场，在两种外力作用下，载流子的运动发生变化，结果在半导体的两端产生一横向电场，其方向同时垂直于电流和磁场。

4.平衡载流子
答：载流子的产生和复合两个相反过程建立起动态平衡，这种状态下的载流子为平衡载流子。

5.非平衡载流子
答：当用电子能量大于该半导体禁带宽度的光照射时，光子的能量传给了电子，使价带中的电子跃迁到导带，从而产生导带的自由电子和价带的自由空穴，即非平衡自由载流子。

6.辐射性复合
答：由于电子与空穴的复合以光能的形式辐射能量。

（1）电子和空穴由于碰撞而复合（2）通过杂质能级的复合（3）激子复合
7.非辐射性复合
答：由跃迁能量转换为低能声子而形成。

（1）阶段性的放出声子的复合（2）俄歇过程（3）表面复合
8.固体电解质
答：具有离子导电性能的固体物质。

9.功能材料
答：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。

10.发光材料
答：在各种类型激发作用下能产生光发射的材料。

11.玻璃键合
答：在厚膜导电材料中含有玻璃，通过离子的相互渗透作用使它的基片表面形成键合，这种键合类型称为玻璃键合。

12.氧化物键合
答：在厚膜导电材料中含有金属氧化物，通过离子的相互渗透作用使它的基片表面形成键合，这种键合类型称为氧化物键合。

13.负温度系数（NTC）热敏材料
答：将电阻率随温度升高而下降的材料，称为负温度系数材料，简称NTC材料。

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14.正温度系数（PTC）热敏材料
答：将电阻率随温度升高而增大的材料，称为正温度系数材料，简称PTC材料。

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15.临界温度电阻热敏材料
答：指具有突变电阻-温度特性曲线的材料，称为临界温度电阻热敏材料，简称CTR材料。

P389 16.电子陶瓷的显微结构
答：电子陶瓷的显微结构是指用各类显微镜所能观察到的陶瓷内部的组织结构，包括晶相、玻璃相、气相（或气孔）等的大小与分布。

17.BaTiO3晶体存在的同质异晶相
答：BaTiO3晶体存在的同质异晶相有立方相、四方相、正交相、三方相。

18.金属导热的主要机制；电介质材料的热传导机理
答：金属导热的主要机制是通过电子的运动来迅速实现热量的交换；电介质材料的热传导机理是由晶格振动的格波（或声子）来实现的。

19.影响固溶度的因素
答：影响固溶度的因素有结构（或晶格类型）、离子大小、电负性、温度以及离子电价等。

20.BaTiO3陶瓷的半导化方法
答：BaTiO3陶瓷的半导化方法有：强制还原法、施主掺杂法（或原子价控制法）、SiO2(Al2O3)掺杂。

21.晶体中常见的点缺陷和常见的电子缺陷
答：晶体中常见的点缺陷有：晶格空位、间隙原子、置换原子；常见的电子缺陷有：电子、空穴。

22.金属与半导体的接触形式
答：金属与半导体的接触形式有阻挡接触、欧姆接触、中性接触。

23.软性取代，硬性取代
答：软性取代主要是通过高价取代来实现；硬性取代主要是通过低价取代来实现。

24.常见的薄膜导体材料
答：铝薄膜、铬—金薄膜、镍铬—金薄膜、钛—金薄膜、钛—钯—金薄膜、钛—铂—金薄膜、镍铬—钯（铂）—金薄膜、镍铬—铜—钯（铂）—金薄膜、钛—铜—镍—金薄膜、铬—铜—镍—金薄膜、铁铬铝—铜—金薄膜等。

25.常见的线绕电阻材料
答：锰铜线、康铜线、镍铬线、镍铬基多元合金线、铂基合金、钯基合金、金基合金、银基合金等。

26.常见的薄膜电阻材料
答：碳基薄膜、金属膜、镍铬系薄膜、金属陶瓷薄膜、钽基薄膜、复合电阻薄膜、特殊电阻薄膜等。

27.常见的厚膜电阻材料
答：钌系厚膜电阻材料、钯银厚膜电阻。

28.厚膜电阻材料的主要组成部分
答：导电相、粘结相、有机载体、改性剂。

29.表征超导材料性能的基本参量
答：临界温度Tc，临界磁场Hc1、Hc2，临界电流密度Jc和磁化强度M。

30.半导体材料的类型
答：无机半导体晶体材料（元素半导体晶体、化合物半导体、固溶体半导体）、非晶态半导体、有机半导体。

31.在热平衡时，影响半导体载流子浓度积的因素
答：半导体材料本身和温度。

32.在光照下，半导体中电子的吸收类型
答：本征吸收、激子吸收、自由载流子吸收、杂质吸收、晶格振动吸收。

33.II-VI族化合物半导体中起到p型和n型杂质作用的缺陷
答：1材料中正离子偏多，就会形成负离子空位V X或自间隙正离子Mi缺陷，这时半导体的导电性质以电子导电为主，属N型材料。

2材料中负离子成分偏多，则形成间隙负离子Xi或正离子空位V M，它们是负电中心，其束缚空穴的作用，使材料呈P型。

34.常见的压敏材料
答：ZnO系压敏电阻陶瓷、SiC系压敏电阻陶瓷、BaTiO3系压敏电阻陶瓷、SrTiO3压敏电阻器材料等。

35.常见的湿度敏感材料
答：电解质系湿度传感器材料、有机物系湿度传感器材料、金属及金属氧化物系湿度传感器材料、陶瓷湿敏材料等。

36.常见的半导体气敏材料
答：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、氧敏材料等。

37.常见的热敏材料
答：热电偶材料（铜—康铜、镍铬—镍硅）、氧化物半导体热敏电阻材料（NTC、PTC、CTR、复合热敏材料）。

38.含钛陶瓷中钛离子易变价，在配方及工艺上可采取哪些措施来防止？
答：（1）采用氧化气氛烧结，抑制还原；（2）降低烧结温度，抑制高温失氧；（3）在低于烧结温度20 ~ 40℃，在强氧化气氛中回炉；（4）掺入低价杂质，抑制高价杂质；（5）加入La2O3等稀土氧化物：改善电化学老化特性。

（6）加入ZrO2：阻挡电子定向移动，阻碍Ti4+变价。

39.电容器的分类及其各自的特点
答：I类（高频瓷）：介电常数较小，介电损耗小，介电常数温度系数小（系列化）；II类（低频瓷）：介电常数高，介电损耗较大，介电常数温度系数较大； III类（半导体电容器瓷）：介电常数超高，晶粒半导化，晶界绝缘化。

40.固溶体的分类及影响固溶度的因素
答：分类：①按溶解度或溶质原子在溶剂晶体中的位置来分类：置换型固溶体；填隙型固溶体；缺位型固溶体；②按照溶解度：无限固溶体；有限固溶体。

影响溶质原子在溶剂晶格中的溶解度的因素：
①结构因素②离子大小因素③电负性④温度⑤离子电价的影响
41.离子晶体的原子价控制电导
答：离子晶体中，若有不等价的原子（离子）进入晶格，会产生附加的点缺陷，从而影响其电子电导。

由于不等价离子的掺入而引起的电导称为原子价控制电导。

42.厚膜导电材料的主要特征，影响其性能的因素
答：主要特征：很低的电阻率，容易进行焊接，焊点有良好的机电完整性，与基片的粘附牢固等。

影响因素：功能相（导电体）和粘结剂（玻璃）的优劣，以及基片的化学性质和表面平整度对导体膜的粘附性也有影响。

43.薄膜导体的要求
答：导电性好、附着性好、化学稳定性高、可焊性和耐焊接性好，成本低。

44.衡量电阻材料电性能的主要参数
答：电阻、电阻率、膜电阻、电压特性、电阻噪声。

45.影响电阻材料电阻的因素
答：电阻材料的电阻与材料的性质、几何尺寸、是否掺入杂质和温度有关。

46.为什么实际应用中将电阻材料做成箔、薄膜、厚膜和线状？
答：为了提高金属和合金电阻材料的电阻率和降低电阻温度系数。

47.为什么在实际应用中，电阻材料在成分上常用合金、合成物和氧化物？
答：为了提高金属和合金电阻材料的电阻率和降低电阻温度系数。

48.金属和金属氧化物电阻材料的导电机理
答：金属：自由电子；金属氧化物：晶格缺陷。

49.金属和金属氧化物的电阻率与温度的关系
答：金属的电阻率与温度成正比；金属氧化物的电阻率与温度成反比。

50.将蒸发和溅射的金属合金薄膜电阻材料在真空或大气中进行热处理的目的
答：因为在高真空中热处理时，电阻温度系数会迅速增大，电阻值减小，而在大气中热处理时电阻温度系数变小，电阻值增加。

目的：使晶粒生长进一步完善，减少缺陷和内应力，使电阻具有可控性。

51.厚膜电阻材料烧结分阶段进行的原因
答：烧结工艺对厚膜电阻性能影响很大，分阶段进行各有其作用，低温预热阶段：使有机载体挥发、分解和燃烧；玻璃软化前阶段：随温度升高玻璃开始软化前，一些钌酸盐和钌的氧化物被还原分解成二氧化钌和钌，在氧的气氛中有些钌金属也被氧化成RuO2或新的导电相；电阻烧成阶段：玻璃软化呈熔融状态，导电颗粒被玻璃充分浸润覆盖，促进颗粒相接触，使之获得较好的电阻特性；冷却阶段：保证电阻材料的特性稳定。

52.厚膜电阻材料制备工艺中，烧结的作用
答：有机物分解和排除；气泡的排除；增加厚膜电阻的致密度；使得厚膜粘附在基体上。

53.大面积、双面高温超导薄膜的主要制备方法
答：单面分别沉积、对靶双面同时沉积、单靶双面旋转同时沉积。

54.Ge的能带结构及主要特征
答：锗在[111]方向的能带结构中，导带最低能值位于[111]方向布里渊区，根据晶格的几何对称性，存在8个能量最小值，导带电子主要分布在这些极值附近，即锗具有多能谷结构。

锗的价带极大值位于布里渊区的中心（k=0），价带空穴主要分布在极大值附近。

对同一k值，E（k）可以有两个值，在k=0处，能量重合，所以存在重空穴和轻空穴。

锗的导带底和价带顶在k空间处于不同k值，为间接带隙半导体。

55.Si的能带结构及主要特征
答：硅在[100]方向的能带结构中，导带最低能值位于[100]方向布里渊区，根据晶格的几何对称性，存在6个能量最小值，导带电子主要分布在这些极值附近，即硅具有多能谷结构。

硅的价带极大值位于布里渊区的中心（k=0），价带空穴主要分布在极大值附近。

对同一k值，E（k）可以有两个值，在k=0处，能量重合，所以存在重空穴和轻空穴。

硅的导带底和价带顶在k空间处于不同k值，为间接带隙半导体。

56.GaAs的能带结构及主要特征
答：GaAs的导带极小值位于k=0处，等能面是球形等能面，在[100]方向还存在另一极小值，能量比k=0的极小值高0.36eV。

其价带极值位于k=0处，而且也有两支在k=0处重合，分别为重空穴与轻空穴。

GaAs为直接间隙半导体；GaAs具有负阻特性；GaAs的禁带宽度比硅、锗大得多。

57.III-V族化合物半导体的极性对材料物理化学性质的影响
答：1极性对解理性的影响：金刚石结构中（111）面间距大，价键密度低，易断裂，因此（111）面是它的解理面。

而闪锌矿结构的解理面不是（111）面，而主要是（110）面。

在器件制造上，常在III-V 族化合物半导体的（110）面上，把它们制成垂直的方形或条形的小片。

2极性对表面腐蚀和晶体生长的影响：GaAs单晶的（111）A面和（-[111]）B面具有不同的腐蚀性，A、B面原子的键和电子分布是不同的。

InSb沿A方向生长总不如沿B方向生长的晶体完整；GaAs晶体生长时，A、B面生长速度不同。

58.多晶BaTiO3相对介电常数的影响因素
答：温度、电场强度E、电极化强度P、频率f。

59.提高多晶BaTiO3相对介电常数的途径
答：调节温度、调节电场强度E、调节电极化强度P、调节频率f。

60.固体激光的发光原理
答：激光器中射出的激光主要由受激辐射产生，当频率为f的光子作用在具有相同能级的原子系统时，将发生两个不同作用，一是当光子与已处于高能级的激发原子作用时，会产生受激辐射，光子增值；
二是当光子与低能级原子作用时，低能级原子被激发到高能级，入射光子被吸收，光子数减少。

系统使光子增值还是减少取决于该原子系统中处于高能态和低能态原子的比率。

为了使受激辐射成为主导，必须使高能级粒子数超过低能级粒子数。

激光材料实质上就是具有适当的能级结构，可实现粒子数的反转，通过对其激励，使粒子从低能级越迁至高能级。

61.透明导电薄膜的用途及基本要求
答：透明导电薄膜主要用于透明电极、仪器仪表的防静电及电磁屏蔽窗口、防霜玻璃以及电子记录材料等。

表面导电性要好，透明度好，成本低，易加工，面积大，重量轻，耐冲击。

62.对发光材料发光波长起决定作用的因素
答：初态与终态的能量差值、禁带宽度。

63.铁电材料、压电材料及热释电材料在晶体结构及材料特性上的不同之处及相关特性
答：这三类材料均为电介质材料，具有的共性是晶体不具有对称中心。

不同之处在于铁电材料具有电滞回线，热释电材料具有极化轴。

64.半导体气敏材料的感应机理
答：1原子价控制模型：很多化学反应性强、容易发生还原作用的氧化物半导体，即使在温度不太高的情况下，与某些化学性较活泼的还原性气体接触时，也容易引起价态变化，从而导致半导体材料体电阻的改变。

2表面电荷层模型：在金属氧化物表面，由于周期性势场的中断而产生未成键的电子和晶格缺陷，在未配对的电子或晶格缺陷处，产生具有施主或者受主性质的表面附加能级，与半导体内部进行电子交换，其结果将使表面附近能带发生弯曲。

在半导体材料表面吸附气体分子时，材料与气体分子之间产生电子交换。

气体分子从半导体表面获得电子，为负离子吸附；气体分子向半导体表面提供电子，为正离子吸附。

在N型半导体上的负离子吸附或P型半导体上的正离子吸附，都会使得半导体材料电导率下降；在P型半导体上的负离子吸附或N型半导体上的正离子吸附，都会使得半导体材料电导率上升。

3晶粒间界势垒模型：晶粒之间存在晶粒间界，它与环境气氛接触时，吸附气体在晶粒表面形成空间电荷层，还原性气体与材料表面的吸附氧发生反应，吸附氧浓度下降，使得晶界电位势垒的高度降低，半导体材料的电阻率随之相应下降。

65.ZnO压敏材料的工作机理
答：压敏材料是在某一临界电压以下电阻值非常高，几乎没有电流，但当超过这一临界电压时，电阻急剧变小，并且有电流通过，随着电压增大，电流会很快增大。

ZnO压敏陶瓷的显微结构由三部分组成：由主晶相ZnO形成的导电良好的N型半导体晶粒；晶粒表面形成的耗尽的内边界层；添加物所形成的绝缘晶界层。

内边层与晶粒形成肖特基势垒，晶粒与晶粒之间形成N型晶粒—内边界层—绝缘层—内边层—N型晶粒的n-c-i-c-n三层结构。

当外加电压达到击穿电压时，高场强（E>105kV/m）使界面中的电子穿透势垒层，引起电流急剧上升，其通流容量由ZnO的晶粒电阻率决定。

66.薄膜电阻的常用制备方法及优缺点
答：真空蒸发：设备简单，易操作，成膜纯度高，质量好，厚度可以精控，成膜速率高，效率高，膜生长机理单纯；难得到结晶结构的膜，附着力小，工艺重复性差。

溅射：装置简单易操作，制模重复性好，可用材料广泛；对真空度要求高，沉积速率低，基片温度高。

化学沉淀：成膜后需要热处理才稳定，与pH值、热处理条件有关，制模周期长，电阻率高。

67.分析铁电材料产生电滞回线的机理，说明其中主要特征参数的意义和实际应用参考价值
答：。