第一章电子材料概论

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电子材料发展动态
先进电子材料
最新研制的新型生物计算机可让科学家 对分子进行“编程”，并由活细胞执行 “命令”。
石墨烯半导体量子点 能实现单分子传感器
如203果119/将11/石12 墨烯上的氦原子岛移除，余下的就是石墨烯量子阱
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电子材料发展动态
有机电子材料
有机导电、压电、光电、磁性材料等
黄运添等，电子材料与工艺学，西安交大出版社 吕文中，电子材料物理，电子工业出版社 参考网站： 中国电子顶级开发网：eetop 中国电子材料网 c-e-m/ 电子科技大学电子材料125.71.228.222/wlxt/ncourse/em/web/ 重庆邮电大学电子材料 202.202.43.4/dzcl/index.asp
最基本的NMOS单元
其它：有机材料、封装陶瓷、塑料等
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引线框架型封装材料
芯片
导电性粘接剂
金线
金属引线 芯片
封装树脂
塑封树脂
外腿
金属衬底
内腿
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引线框架
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BGA（Ball Grid Array)
型封装材料
金丝
芯片
塑封树脂
焊球
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电脑主板=印刷电路板+ 电子元器件+集成电路
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手机主板=印刷电路板+电子元器件+集成电路+ 2019/11/1微2 波发射元件；手机还需要显示器件等 10
数码相机主板，数码相机还需要显示系统+光 学系统+感光系统
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单个原子在物质表面的排列
砷化镓表面砷原子排列图
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蚊子体表面结构
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清洁表面的原子排布
不存在吸附物也不存在氧化层的固体表面，称为 清洁面。相对于理想表面而言，处于清洁表面的原 子组分与位置往往发生变化，具体表现为偏析（或 分凝）、驰豫、重构等。
因为清洁表面的上方没有原子存在，表面原子会 受到下层原子的拉力。如果表面原子没有足够的附 加能量的话，将被拉到下面去，这部分附加能量称 为表面能，也称为表面张力。
无机材料：
金属材料、半导体材料以及它们的氧化物材料，如陶 瓷材料。
有机材料：
高分子材料，例如聚合物材料。
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电子材料分类—先进性
传统材料：
指已大批量生产，价格一般比较低，在工业应用上已 经有较长的时间和数据。例如常规的硅材料，陶瓷材料等。
先进材料：
指具有优异性能的高科技产品，正在进行商业化或研 制之中，并具有一定的保密性。例如纳米材料，聚合物材 料等。
202189/11/1变2 ；（b）75℃下暂时形变；（c） 25℃回复到原始形变
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现代社会对电子材料的要求
减少污染 节省能源 长寿命和可控寿命 长期的稳定可靠性
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电子材料的选用原则
性能参数 元器件结构特点 元器件的工艺特点 已知定律或法则 经济原则
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电子材料分类—物理性质
导电材料：
超导材料
半导体材料
绝缘体材料
压电铁电材料
磁性材料
光电材料
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。。。
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电子材料对环境的要求
温度：一般在-55~55°C使用，特别用途除外
压力：一般工作在一个大气压下，特别用途除外
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课堂小结
掌握：
电子材料概念？ 电子材料包含哪些内容？ 什么是结构材料？什么是功能材料？请举例说明
了解：
电子材料的发展现状和趋势
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无机电子材料
晶体的特征：晶胞、空间点阵和晶面 无机晶体的分类：离子晶体、金属晶体、共价晶
d0 面体配位有关。
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吸附表面
在清洁表面上有来自体内扩散到表面的杂质和来自表面周围 空间吸附在表面上的质点所构成的表面。 吸附表面可分为四种吸附位置：
顶吸附、桥吸附 、填充吸附、中心吸附
俯视图
剖面图
2019/11顶/12吸附
桥吸附
填充吸附
中心吸附
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1、表面原子排列的调整
超结构
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MP4主板
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硬盘=磁性电子材料+主板（。。。）
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过去和现在的比较
晶晶体体管管
电容
电阻
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配线
印刷版
占用面积只有原来的四亿分之一
晶体管
电容
Al配线
电阻
氧化层
多晶硅 单晶硅
扩散层
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集成电路组成材料
金属：Al，Cu，Au SiO2 P型硅 N型硅 多晶硅
体、分子晶体和氢键晶体 密堆积和空隙 同构晶体和多晶型转变 固溶体 金属间化合物 实际晶体、非晶体和准晶体
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电子材料的表面与界面
物质和物质接触的界面(interf气ace体)可分液为如体下(液六种体情表形：面)
物质的界面异质界面液 液 气体 体 体固 固 液体 体 体(((固 相 乳体 界 浊)表液)面)

固体固体(相界)
同质界面固体固体(晶界)
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电子材料的表面与界面
界面是指物质相与相之间交界的区域，存在 于两相之间，厚度约为几个分子层到几十分 子层（它不同于几何中说“面”的概念，几 何中的面是抽象得到的，没有厚度的，对于 具体图形所限定的面还可以进行面积计算； 这里的面是有厚度的，是具体物质相之间的 交界区域）。
Substrate
Solder Paste Solder Ball Solder Joint
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电子材料的含义
概念：
电子材料是指与电子工业有关的，在电子技术和 微电子技术中使用的材料。
包括：
导电金属及其合金材料、介电材料、半导体材料、 压电与铁电材料、磁性材料、光电子材料以及其 他相关材料。
核心课程，电子材料 主要研究方向：集成电路（功率、数字电路
ASIC，模拟集成电路）电子材料（信息存储材 料，纳米信息材料，薄膜材料，电子陶瓷材料， 磁性材料等）
中华英才网：“电子材料”
得到五万多条结果。
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电子材料分类—用途
结构材料：
指能承受一定压力和重力，并能保持尺寸和大部分力 学性质（强度、硬度及韧性等）稳定的一类材料；
常用于制作外壳、基片、框架、散热片以及加固等
功能材料：
除具备强度性能外，还能具有特殊的性能，如可以实 现光、电、热、磁、力等不同形式的交换作用。
常被加工成不同的形状，配以必要的连接，具有将各
种形态的能量互相转换的功能，例如各种传感器，电子元
2019/11器/12件等。
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电子材料分类—组成
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课程性质和任务
本科生专业基础主干课程 掌握电子材料的基本理论、特点和应用 了解电子材料的设计、制备和测试等
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章 节
基本内容
计划 学 时
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第一章 电子材料概论
4
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第二章 电子材料的分析和表征
自学
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第三章 薄膜工艺
自学
4
第四章 厚膜工艺
自学
5
第五章 陶瓷工艺
3、不考虑外界对表面的物理-化学作用等；
4、认为体内原子的位置与结构是无限周期 性的，则表面原子的位置与结构是半无限 的，与体内完全一样。
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表面的定义和种类
2、实际表面 在自然界中存在的表面称为实际表面，实际
表面的性质、状态同加工方式、周围环境等有密 切的关系。 通常按照其清洁程度分为：未清洁表面、清 洁表面和真空清洁表面等三种类型。
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表面的定义和种类
1、理想表面 理想表面是为分析问题方便而设定的一种理想的 表面结构。理想表面实际上在自然界中并不存在。
表面
内部
理想表面示意图
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理论前提：
1、不考虑晶体内部周期性势场在晶体表面 d 中断的影响；
2、不考虑表面原子的热运动、热扩散、热 缺陷等；
自学
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第六章 导电材料和电阻材料
6
7
第七章 超导材料
自学
8
第八章 半导体材料
6
9
第九章 电介质材料
8
10
第十章 磁性材料
Baidu Nhomakorabea
8
11
第十一章 光电材料与热电材料
8
12
第十二章 敏感材料与吸波材料
自学
13
第十三章 电子封装材料
6
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期末复习
2
3
考核要求
平时成绩的构成比例和考核方式；40 ％，由出勤、作业和课堂回答问题等 构成
物质间的相界面有气液界面、气固界面、液 固界面、液液界面、固固界面五种。
习惯上将气相与液相、固相的界面称为表面， 如固体表面、液体表面。其他的称为界面。 一般两者可以通用。
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除气体-固体的交界面（称为表面）外，还包括陶瓷内部的气 孔与晶粒形成的界面。
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1、表面原子排列的调整
驰豫
驰豫结构是指表面区晶格结构保持不变，只是晶格常数 变化, 可大于零（晶格常数增加），也可以小于零。
表面 内部
表面质点间的垂直距离为ds，
ds
与体内质点间距do相比有所膨胀。
发生弛豫现象的原因是由于表
面质点受力的情况不对称，它可
白色有机发光二极管
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科学家期望，在不久的将来，房间 将会逐渐被这些白色薄嵌板照亮
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电子材料发展动态
电子薄膜材料 计算机辅助设计电子材料
纳米材料 2019/11/12
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参考资料
参考书： 朱建国，电子与光电子材料，国防工业出版社
与引线框架型封 装不同的地方
BGA基板
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焊料及焊球
焊料作为电子封装技术中最基本的互连材料，在实现封 装和保证可靠性方面承担着极为重要的角色
焊料
Au Wire
Chip
SnPb Plated Lead
DIE Chip
BT (Bismaleimide TriazinPe) CB
PCB
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湿度：65%~75%相对湿度下，避免击穿或短路
环境中的化学颗粒及尘埃
霉菌和昆虫
辐射
机械因素
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现代社会对电子材料的要求
结构与功能相结合
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现代社会对电子材料的要求
智能化
含偶氮苯聚氨酯的形状记忆效应：（a）25℃下的原始形
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表面的定义和种类
3、 表面的范围
从原子排列的角度来看，表面区原子的排列大 概在几层原子厚度的范围内与体内有差别，金属 约1-3层，半导体为4-6层，绝缘体要厚一些，约 十到几十层。
通常认为，距表面处5-100Å范围内，原子排列 与体内有所不同。
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d0 以波及几个质点层，而每一层间
的膨胀（或压缩）程度可能是不
同的，而且越接近最表层变化越
显著。
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1、表面原子排列的调整
重构
表面结构重构：是指表面结构和体结构出现了本质的不 同。重构通常表现为表面超结构的出现，即两维晶胞的基矢 按整数倍扩大。
表面 内部
d0 表面重构现象在硅半导体 中经常出现，这可能和硅 半导体的键合方向性和四
液体-固体界面在陶瓷液相烧结时能看到。
对于固体-固体界面，当这些固体属同一晶相，仅结晶取向不
同 时 ， 这 种 界 面 称 为 晶 界 (grain boundary) 或 晶 体 边 界
(crystal boundary)，当这些固体晶相不同，即组成和晶体构
造都不相同时，其界面称为相界(phase boundary)。
地位：
是制作电子元器件及集成电路的物质基础。 2019/1材1/12料、能源和信息技术是当前国际公认的新科技 19
19
材料是现代文明的基石
现代文明
生物技术
信息技术
能源技术 材料科学与工程
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用事实说话—国内高校科研及就业
电子科技大学-微固学院-信息材料科学与 工程系-固体电子工程专业
期末成绩的构成比例和考核方式；60 ％，闭卷考试
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就业
面向：电子信息产业，电子陶瓷、集成电 路、芯片、电子元器件
企业：主要在广东、长江三角洲，中西部 较少，新型产业、附加值高
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信息化社会与IC
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电脑主板=印刷电路板+电子元器件+集成电路
在一些单晶金属的表面区原子的重新排列时，它与内部 （衬底）原子的排列无直接关系，这种表面结构称超结构。