电子功能与元器件材料与功能材料的分类

《电子功能材料及元器件》教学大纲课程编码：07151038课程名称：电子功能材料及元器件英文名称：Electronic Functional Materials and Devices开课学期：第二学期学时/学分：48学时/3学分课程类型：专业必选课开课专业：电子科学与技术、微电子学（选修）选用教材：《电子功能材料及元器件》主要参考书：1．康昌鹤等编：《气、湿敏感材料及应用》，科学出版社，1988年。

2．周东祥等编：《半导体陶瓷及其应用》，华中理工大学出版社，1991年。

执笔人：全宝富一．课程性质、目的与任务本课程为电子科学与技术及微电子学专业的专业选修课。

通过本课的学习使学生了解和掌握各种敏感功能材料、光电材料的基本性质、制备技术及各种敏感器件和典型光电器件的基本结构、工作原理及应用等专业知识。

二．教学基本要求本课程讲授50学时，以多媒体课件为辅助手段。

每章留有一定数量的作业题，以加深学生对课堂讲授内容的理解，每周留有3-4道作业题，最后通过闭卷考试检查学生的学习效果。

此外，还设有5-6个实验题目，有粉体材料和薄膜材料制备、敏感元件制作及特性测量等内容。

三．各章节内容及学时分配第一章电子功能材料概述（9学时）第一节概述一．绪论：课程内容框架、作用二．功能材料的分类（例子）第二节形状记忆合金一．马氏体相变和形状记忆效应二．形状记忆原理三．温度变化对形状记忆合金电导的影响第三节超导材料一．超导体的主要特征二．超导机理（BCS理论）三．超导材料简介四．超导应用简介第四节半导体超晶格材料一．超晶格材料的分类二．超晶格的主要特征三．应变超晶格材料四．超晶格材料简介第五节电子功能陶瓷一．介电陶瓷（性质、类型、应用）二．压电陶瓷（压电效应、产生机制）三．铁电材料（性质、相变）四．半导体陶瓷（热、光、气、湿敏…）第二章化合物晶体的缺陷化学基础（7学时）第一节缺陷化学的表述方法一．Kroger-Vink表示法二．化合物（MX）晶体中的点缺陷反应第二节晶体（MX）中缺陷的平衡一．处理MX晶体中点缺陷的方法步骤二．满足化学计量比的MO晶体中缺陷的平衡三．非化学计量比的MO晶体中缺陷的平衡四．接近化学计量比的MO晶体中缺陷的平衡第三节杂质对氧化物晶体中缺陷平衡的影响一．氧化物晶体中杂质的形态及电性质二．杂质对满足化学计量比的氧化物中缺陷平衡的影响三．非化学计量比晶体中杂质对缺陷平衡的影响第四节晶体中点缺陷的扩散与分布一．扩散基本定律二．点缺陷的扩散机制三．缺陷平衡动力学及分布第三章热敏陶瓷及热敏元件（5学时）第一节热敏电阻一．BaTiO3的PTC效应二．PTC效应的理论分析三．NTC热敏电阻（晶体结构、机理）第二节热电偶一．热电效应二．接触电势三．温差电势四．热电偶第四章半导体气体敏感元件（8学时）第一节气敏元件概述一．气敏元件的应用二．气敏元件的特点三．气敏元件的种类第二节气敏元件的基本结构及特性一．气敏元件的基本结构二．气敏元件的基本特性第三节表面电导型气敏元件的工作原理一．常用的气敏材料（SnO2、ZnO、WO3）二．表面电导型气敏元件的工作原理第四节体电导型气敏元件的工作原理一．氧化铁的几种形态二．体电导型气敏元件的工作原理第五节气敏元件的制作工艺一．气敏材料的制备二．气敏元件的制作三．气敏元件的掺杂改性第六节离子导电型氧敏器件一．ZrO2的基本性质二．ZrO2氧敏器件工作原理三．氧敏器件的应用第五章湿度敏感器件（4学时）第一节概述一．湿度测量的意义二．湿度的表征三．湿度的测量方法第二节湿敏器件的基本特性一．感湿特性曲线二．湿滞回差三．湿度温度特性第三节陶瓷湿度敏感器件一．湿敏器件的结构二．陶瓷湿敏器件的工作原理三．实例（MgCr2O4-TiO2）第四节有机高分子湿敏器件一．高分子湿敏器件的感湿机理二．实例（聚苯乙烯磺酸锂湿敏器件）三．高分子电容式湿敏器件第六章光敏及光电器件（8学时）第一节概述一．光敏及光电器件的应用二．光敏及光电器件的基础及内涵第二节半导体中光的吸收及光电效应一．半导体中光的吸收二．光电效应第三节光电导型光敏器件一．光电导型光敏器件的工作原理二．PbS多晶光敏器件三．CdS光敏器件第四节光伏效应型光敏器件一．硅光敏二极管的基本结构二．硅光敏二极管的工作原理三．硅光敏二极管的特性第五节半导体激光器一．自发辐射与受激辐射二．半导体激光器产生条件三．半导体激光器工作原理四．激光器对材料的要求五．激光器的主要特性第七章光纤及光纤传感器（5学时）第一节光导纤维及其特性一．光纤的基本结构及类型二．光在光纤中的传播与损耗第二节光纤材料及制备一．光纤材料二．石英光纤的制备方法三．其他光纤第三节光的调制与解调一．光强调制与解调二．偏振调制与解调三．相位调制与解调第四节光纤传感器实例一．光强调制型压力传感器二．相位调制型温度传感器三．偏振调制型电流传感器第八章压力传感器（1.5学时）第一节压阻式压力传感器的工作原理一．压阻效应二．压力传感器的理论分析第二节压阻式压力传感器的基本结构及制作一．基本结构二．制作要点第九章磁敏传感器件（0.5学时）第一节半导体磁阻器件一．半导体的磁阻效应二．硅磁敏二极管的结构及工作原理四．考核方式：采取闭卷考试方式。

十种新型材料的简介与应用1电子信息材料A 定义：指与电子工业有关的，在电子学与微电子学中使用的材料，是制作电子元器件和集成电路的物质基础。

B 分类：电子功能材料，结构材料及工艺与辅助材料.1按用途分：结构电子材料和功能电子材料A 结构电子材料是指能承受一定压力和重力，并能保持尺寸和大部分化学性质稳定的一类材料。

B功能电子材料是指出强度性能外还有特殊性能，或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2按组成（化学作用分）：无机电子材料和有机电子材料A无机电子材料可以分为金属材料和非金属材料B有机电子材料主要是指高分子材料、3按材料的物理性质：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，光电材料和磁感材料。

4按应用领域分：微电子材料、电器材料、电容器材料、磁性材料、光电子材料、压电材料、电声材料等。

C 代表例子：包括单晶硅为代表的半导体微电子材料；激光晶体为代表的光电子材料；介质陶瓷和热敏陶瓷为代表的电子陶瓷材料；钕铁硼（NdFeB）永磁材料为代表的磁性材料；光纤通信材料；磁存储和光盘存储为主的数据存储材料；压电晶体与薄膜材料；贮氢材料和锂离子嵌入材料为代表的绿色电池材料等.D 研究热点技术前沿: 当前的研究热点和技术前沿包括柔性晶体管、光子晶体、SiC、GaN、ZnSe等宽禁带半导体材料为代表的第三代半导体材料、有机显示材料以及各种纳米电子材料等。

虽然光电子技术发展非常快，但是以集成电路为主的电子和微电子技术仍然在目前信息技术中占相当大的比重，以硅材料为主体、化合物半导体材料及新一代高温半导体材料共同发展的局面在21 世纪仍将成为集成电路产业发展的主流。

单晶硅材料工业是现代信息产业的基础，在可以预见的将来仍将主宰微电子产业。

硅晶片属于资金密集型和技术密集型行业，在国际市场上产业相对成熟，生产和技术被日美少数几家大公司所垄断。

我国初步具备了生产大直径单晶的产业化能力，但在产品质量和加工深度等方面与国际水平有较大差距。

电子行业电子材料与元器件1. 介绍电子行业是现代社会中不可或缺的一部分，而电子材料与元器件是电子行业的基础。

本文将介绍电子材料与元器件的基本概念、分类及其在电子行业中的应用。

2. 电子材料2.1 电子材料的定义电子材料指的是在电子行业中用于制造电子产品的材料。

它们具有特殊的物理、化学特性，能够满足电子产品的功能要求。

2.2 电子材料的分类常见的电子材料可以分为以下几类：•半导体材料：如硅、锗等。

半导体材料具有介于导体和绝缘体之间的导电特性，广泛应用于集成电路和光电器件等领域。

•金属材料：如铜、铝等。

金属材料具有良好的导电性能，常用于连接器、导线等电子元器件中。

•绝缘材料：如塑料、陶瓷等。

绝缘材料具有良好的绝缘性能，可用于电子元器件的绝缘衬底和外壳等部分。

•功能材料：如发光材料、磁性材料等。

功能材料能够赋予电子元器件特殊的功能，如显示器件中的发光材料和磁盘驱动器中的磁性材料。

2.3 电子材料的制备与性能电子材料的制备方式多种多样，包括化学合成、物理沉积、机械加工等方法。

制备出的电子材料应具备一定的物理性能，如导电性、绝缘性、发光性、磁性等，并且要满足电子元器件制造的工艺要求。

3. 电子元器件3.1 电子元器件的定义电子元器件是由电子材料制造而成，用于电子产品中的功能部件。

它们根据功能可分为被动元器件和主动元器件两大类。

3.2 被动元器件被动元器件是指在电路中不参与能量放大或者信号处理的元器件，主要用于对电路中电流、电压进行调整、分配以及保护等功能。

常见的被动元器件包括电阻器、电容器、电感器等。

3.3 主动元器件主动元器件是指能够对电流或电压进行控制，参与信号放大和处理的元器件。

常见的主动元器件包括二极管、晶体管、操作放大器等。

3.4 电子元器件的应用电子元器件广泛应用于各类电子产品中，包括通信设备、计算机、消费电子产品等。

它们承担着信号处理、功率放大、开关控制等重要功能，是电子产品实现各种功能的关键组成部分。

材料科学的功能材料研究功能材料是指在特定的条件下能够表现出特定功能的材料。

随着科技的不断发展，功能材料在各个领域的应用越来越广泛。

材料科学的研究者们通过对功能材料的研究，不断开发出新的材料，为各行各业的发展做出了积极贡献。

一、功能材料的定义及分类功能材料是一类具备特殊性能和功能的材料，它们能够在特定条件下实现特定的功能。

根据功能的不同，功能材料可以分为电子材料、光学材料、磁性材料、超导材料等多个类别。

这些材料在电子、光学、磁学、超导等领域都发挥着重要的作用。

二、功能材料的研究意义1. 促进科技进步：功能材料的研究为科技的发展提供了新的思路和途径。

它们的独特性能和功能可以推动各个领域的科技进步，带来新的科学技术突破。

2. 实现新技术的应用：功能材料的研究不仅可以用于基础研究，还可以应用于实际的生产和制造中。

例如，光学材料的研究为光纤通信技术的广泛应用提供了基础。

3. 解决现实问题：功能材料的研究可以为解决实际问题提供有效的解决方案。

例如，研究新型能源材料，可以为解决能源危机和环境污染等问题提供支持。

三、功能材料的应用举例1. 电子材料的应用：电子材料具有导电性好、光电效应显著等特点，广泛应用于电子元器件领域。

例如，硅材料被广泛应用于集成电路和太阳能光伏等领域。

2. 光学材料的应用：光学材料主要应用于光学器件和光学传感器等领域。

例如，光纤材料被应用于通信领域，光学玻璃被应用于摄影镜头等制造中。

3. 磁性材料的应用：磁性材料被广泛应用于磁存储、电动励磁、传感器等领域。

例如，硬盘中的磁性材料用于信息存储，磁体被应用于电动机和变压器等设备中。

4. 超导材料的应用：超导材料具有零电阻和强磁场排斥等特点，被广泛应用于电力输配、磁共振成像等领域。

例如，磁悬浮列车中的超导材料用于磁浮系统的运行。

四、功能材料的研究方法与进展功能材料的研究需要结合多学科知识，如物理学、化学、材料学等。

目前，研究者们通过理论模拟、合成制备、表征测试等方法，不断开发新型功能材料，以满足不同领域的需求。

电⼦功能材料与元器件名词解释名词解释形状记忆合⾦：形状记忆效应是指具有⼀定形状的固体材料，在某种条件下经过⼀定的塑性变形后，加热到⼀定温度时，材料⼜完全恢复到变形前原来形状的现象。

即它能记忆母相的形状。

具有形状记忆效应的合⾦材料即称为形状记忆合⾦。

热弹性马⽒体相变：在某些合⾦材料中会出现⼀种叫做热弹性马⽒体的晶相组织，这种组织的特点是：它的相变驱动⼒很⼩，很容易发⽣相变。

它能随着温度的升⾼⽽弹性地缩⼩或长⼤，故称其为“热弹性马⽒体”。

约瑟夫逊（Josephson）效应：约瑟夫逊从理论上对于超导体－势垒－超导体的情况进⾏了认真的计算。

得出了⼀系列难以想象的结果：在势垒两边电压为零的情况下，电⼦对能够以隧道效应穿过绝缘层，产⽣直流超导电流，此现象叫直流约瑟夫逊效应(d.c. Josephson effect)。

超导隧道结这种能在直流电压作⽤下，产⽣超导交流电流，从⽽能辐射电磁波的特性，称为交流约瑟夫逊效应。

注：把右侧正常⾦属改成超导体迈斯纳效应：处于超导状态时，超导体内部磁感强度为零。

这种现象称为迈斯纳效应超晶格：超晶格材料是由两种或两种以上性质不同的薄膜相互交替⽣长并⽽形成的多层结构的晶体，在这种超晶格材料中，由于⼈们可以任意改变薄膜的厚度，控制它的周期长度。

⼀般来说，超晶格材料的周期长度⽐各薄膜单晶的晶格常数⼤⼏倍或更长，因⽽取名“超晶格”。

组分超晶格：超晶格材料的⼀个重复单元由两种不同材料组成，其电⼦亲和势、禁带宽度均不相同。

掺杂超晶格：若在同⼀半导体材料中，⽤交替改变掺杂类型的⽅法形成的超晶格称为掺杂超晶格。

应变超晶格：当两种不同材料构成超晶格时，若两种材料晶格常数相差较⼤时，会在界⾯处产⽣缺陷，得不到好的超晶格材料。

但是，当多层薄膜厚度⼗分薄时，晶体⽣长时会产⽣很少的缺陷，即是在弹性形变限度内，晶格本⾝的应变使缺陷消除，可制备好的超晶格材料－－应变超晶格材料压电效应：当对某些晶体在某些特定⽅向上加⼒时，在施⼒⽅向的垂直平⾯上出现正、负束缚电荷，这种现象称为压电效应。