几种功能材料

几种功能材料
本证半导体：是不含有任何杂质的半导体，他表示半导体本身固有的特性。

这种纯净的半导体的电导是导带中的电子导电和价带中的空穴导电共同作用的结果。

掺杂半导体：若在本证半导体中掺入一定的杂质元素，它们就有可能大大地改变能带中的电子浓度或空穴浓度。

极化：沿电场方向产生电偶极矩或电偶极矩改变。

电子极化由材料中原子核外电子云畸变产生离子极化由材料的分子中正、负离子相对位移造成，又称原子极化。

转向极化由材料分子的固有电矩在外电场作用下转动而导致。

又称分子极化、取向极化。

介电损耗：电介质在交变电场中,由于消耗部分电能而使电解质本身发热的现象。

原因,电解质中含有能导电的载流子,在外加电场作用下,产生导电电流,消耗掉一部分电能,转为热能。

①电介质中微量杂质而引起的漏导电流；②极化取向与外加电场由于相位差而产生的极化电流损耗。

②是主要原因。

介电击穿：在强磁场中，当电场强度超过某一临界值时，电介质就丧失其绝缘性能，这种现象叫介电击穿。

发光现象：材料在吸收外界能量后，其中部分能量以频率在可见光范围内的光子向外发射，这称为发光。

自发辐射：电子无规则地从激发态E2跃迁到基态E1
受激辐射：具有一定能量的光子于处于激发态E2的电子相互作用，使电子跃迁到基态E1，同时激发出第二个光子。

光电导效应：光照射使物质电导率发生改变的现象
光伏特效应：用光照射半导体的P-N结，则在P-N结两端会出现电势差，P区为正极，N区为负极，这一电势差可以用高内阻的电压表测量出来，这种效应称为光伏效应。

超晶格：异质结是在一种半导体材料上生长另一种半导体形成的，这种不同材料相互之间的生长称为异质外延生长，将外延生长层沿生长方向周期排列起来，就会构成一种重复结构，这种结构称为超晶格结构。

磁致伸缩：由于外加磁场产生磁化强度引起物体的可逆变形。

磁阻效应：由于磁场而引起的半导体或导体电阻的变化。

磁滞效应：磁场可以把铁块变成磁铁，此后即使磁场减弱或消失，铁块的磁力并不会回到原来的起点或零点，部分磁力将永久性地滞留在铁块之中，这就是“磁滞效应”。

自发磁化：这种原子磁矩整齐排列现象就是自发磁化。

压电效应：当外加应力作用于某些电介质晶体并使它们发生形变是，电介质内的正负电荷中心会产生相对位移，并在某两个相对的表面产生异号束缚电荷，这种由应力作用是材料带电现象称为正压电效应。

热释电效应：有些晶体可以因温度变化而引起晶体表面产生电荷，这一现象称为热释电效应。

电光效应：指在外加电场作用下，电介质折射率发生变化的现象。

电荷载流子：在半导体中移动(自由)导电的电子或移动的空穴。

超导现象：在一定的温度下材料突然失去电阻的现象。

能带的形成：对于单个原子：单个原子的电子处在不同的分立能级或轨道上。

不同能级之间的电子能量各不相同。

单个原子的电子只能占据特定的轨道或能
级，各能级之间存在着能隙。

对于晶体（由大量原子组成）： 各个原子的能级因电子云的重叠产生分裂现象。

能级分裂后，其最高和最低能级之间的能量差只有几十个eV 。

电子的能量或能级几乎就是连续变化的，于是形成了能带。

能带之间也存在着一些无电子能级的能量区域，称为禁带或能隙。

费米分布函数 f （E ） 本征半导体的电导率：
施主耗尽在n 型半导体中，当温度升高时，有越来越多的施主杂质电子能克服E d 进入导带，最后直到所有杂质电子全部进入导带。

BCS 理论对超导电性的解释：
①电子同晶格相互作用导致在常温下形成电阻，但在低温下，则是产生库柏电子对的原因。

温度越低，所产生的库柏电子对越多。

②库柏对不能互相独立地运动，只能以关联的形式作集体运动。

③在临界温度下，库柏对具有与晶格相同的振动频率，因而导致库柏对集体地同步穿过振动的晶格，使电子对与晶格之间碰撞的时间间隔以及与之相关的电导率无限增大，从而呈现电阻消失现象。

原子的磁矩 磁性的强弱是指物质本身固有的磁矩大小，与原子磁矩有关。

原子的磁矩由电子轨道磁矩和电子自旋磁矩两部分组成。

磁性物质的电子自旋磁矩一般要比电子轨道磁矩大，因此，很多固态物质的磁性，主要不是由电子轨道磁矩引起的，而是来源于电子的自旋磁矩。

由此可见，电子的自旋磁矩在一定条件下是物质内部建立起磁性的根源。

当原子中某一电子层被电子填满时，该层的电子轨道磁矩互相抵消，该层的电子自旋磁矩也相互抵消，即该层的电子磁矩对原子的磁矩没有贡献。

如果原子中所有电子层全被电子填满（如惰性元素），则净磁矩为零。

此时称该元素不存在固有磁矩。

B r ——剩余磁感应强度，又称剩磁或余磁，它表示了铁磁体磁化到饱和后，去除磁场后的磁感应强度。

H c ——矫顽力，代表铁磁体达到磁饱和后，使其B ＝0所需施加的反向磁场强度的大小，表征了铁磁体显示磁性的顽强性。

硅和锗单晶的制备 区域提纯——直拉法 直拉单晶原理：首先将区域熔炼法得到的高纯度硅或锗多晶材料装入坩埚中使之熔化，然后加热到比材料熔点稍高的温度后保持炉温。

将籽晶夹在籽晶杆上，随后让籽晶杆下降，使籽晶与液面接触，接着缓慢降低温度，同时使籽晶杆一边旋转，一边向上提拉，这样晶体便在籽晶下按籽晶的方向长大，最终成长为单晶硅锭或单晶锗锭
二极管：在一块半导体单晶片上，采取一定的工艺措施，在两边掺入不同的杂质，分别形成p 型和n 型半导体，它们的交界面上就构成了p-n 结，即一个最简单的二极管。

自建电场 正向偏压 反向偏压 单向导电
晶体管的工作原理
基区-集电区结上承受较大的反向偏压（V be ），回路中的电流很小。

发射区-基区结上受到较小的正向偏压的作用（V eb ），在发射区-基区结界面附近区域中，发生空穴和电子的复合。

这种复合并不能都准确地发生于结界面上。

来自发射区的一些电子，在复合前已穿过发射区-基区结进入基区。

11)(/)(+=-T k E E f e E f kT E g e 2/0-=σσ
若基区足够薄，则来自发射区的未复合电子将跨过基区-集电区结。

电子一旦跨过基区-集电区结，将快速被吸引到集电区右侧高电位处，如果未复合电子足够多，就会有一个较大的电流流过外部负载。

软磁材料的特性：矫顽力低，易磁化，易退磁。

软磁材料的基本性能要求
贮能高：要求单位体积贮存的磁能量高。

磁性参量的要求：高的B s或B r。

灵敏度高：要求在弱磁场中对信号有高灵敏性。

磁性参量的要求：高的μi和μm。

效率高：要求在磁场中工作时具有低的磁滞损耗
和涡流损耗。

磁性参量的要求：低的H c，高的ρ。

回线矩形比高：保证噪音小，信号不失真等。

磁性参量的要求：高的B r / B s 比值。

稳定性好：要求磁性不随外界条件变化而改变，
其变化率越小则稳定性越好。

硬磁材料是在磁场中被磁化后能够显示磁性，磁场撤除之后仍然保持较强磁性的一类铁磁物质，又称永磁材料、恒磁材料。

硬磁材料的基本性能要求
最大磁能积(BH )m大可在给定的空间产生足够大的磁场H。

决定(BH )m大小的两个因素：①H c和B r：H c和B r越大， (BH )m则越大。

②退磁曲线的形状：退磁曲线的凸起越显著， (BH )m则越大。

磁稳定性好要求磁铁产生的磁场不随时间、应力、温度、振动、辐射及电磁场的变化而变化，或变化很小。

磁记录系统四个基本单元：
1、存储介质即磁记录材料，如磁带、磁盘等。

2、换能器即磁头。

3、传送介质装置即磁记录介质传送机构。

4、电子线路与上述单元相匹配的电路。

磁记录方式
纵向磁记录方式特征：记录后介质的剩余磁化强度方向与磁层的平面平行。

垂直磁记录方式特征：记录后介质的剩余磁化强度方向与磁层的平面垂直。

磁存储介质材料的基本性能要求（磁记录密度）
①矫顽力H c要高高矫顽力保证磁记录介质能够承受较大的退磁作用。

②剩余磁感应强度B r要高高的剩磁可获得较大的读出信号，但同时退磁场强度也高。

须兼顾剩磁和退磁场对记录系统的综合影响。

③ 磁层均匀，厚度适当磁层厚，退磁越严重，记录密度显著降低，信号读出
误差增大。

磁层薄，读出信号质量下降。

④ 磁滞回线矩形比要高磁滞回线近于矩形，可减少自退磁效应，保留较高的
剩磁，提高记录信息的密度和分辨力，从而提高信号的记录效率。

磁头材料的基本要求①高的磁导率②高的饱和磁感应强度③低的剩磁和矫顽力④高的电阻率⑤高的耐磨性
激光的特性
①定向性或准直性好②波长单一，即单色性好③具有相干性④强度大，亮度高。

激光器的基本结构
①激光活性介质即激光材料。

②激励装置又叫“泵浦”，是激光产生的能源，其作用是把原子源源不断地激励到高能级上，实现“粒子数反转”。

③反馈系统又称谐振腔。

通常由两端各一个反射镜组成，镜子能将激光介质所产生的相干光反射回到介质中，使其来回振荡，光子就越积越多，产生“放大”的作用。

石英玻璃光纤
制备石英玻璃预制棒拉丝
液晶的特性：
①性质介于晶体与液体之间。

②具有晶体的各向异性和液体的流动性。

③分子之间作用力微弱。

向列型液晶特点：
分子的形状呈雪茄状，分子的长轴近于平行，分子重心随机分布。

分子的运动：
分子能上下、前后、左右移动，单个分子也能绕长轴旋转。

近晶型液晶特点：
分子的形状呈雪茄状，分子的长轴互相平行，且排列成层，层与层之间相互平行。

分子排列较整齐，近似于晶体的排列状况。

分子的运动：
分子只能在层内前后左右移动，而不易在上下层之间越层移动，单个分子也能绕其长轴旋转
胆甾型液晶
特点：
分子的形状呈雪茄状，分子分层排列，在每一层中，分子平行排列，取向一致。

但相邻两层分子的排列方向扭转一定的角度，因而多层分子链的排列方向逐层扭转，呈现螺旋形结构。

分子的运动：
分子只能在层内前后左右移动，而不易在上下层之间越层移动，单个分子也能绕其长轴旋转。