电子材料 2.doc

常用于陶瓷分析：XRD 湿化学法 能带分析 EDX/EPMA LEED，UPS，XPS，SPM铁氧体材料按其晶体结构分为_尖晶石铁氧体_、_石榴石铁氧体_ 和_磁铅石（或六角晶系） 铁氧体。磁性材料材料在交变磁场中产生能量损耗，称为 磁损耗 。磁损耗包括三个方面涡流损耗、磁滞损耗 和 剩余损耗。永磁材料的一个重要的性能指标为 磁能积 ，其单位为MGOe。磁性材料的磁化机制主要包括畴壁位移和磁畴转动。绝大多数铁氧体属于半导体，电阻随温度上升指数下降。合金基本结构特点，固溶体和金属间化合物。铁氧体的居里温度取决于交换作用能离子半径大小主要取决于：配位数，化学键类型，d，f电子的自旋状态电容陶瓷主要分为：高频瓷，低频瓷，半导体瓷顺磁性，铁磁性，亚铁磁性，反铁磁性 铁电老化 压电效应点缺陷：晶格空位，填隙原子，替代原子，缔合原子； 电子缺陷：电子，空穴；线缺陷：位错； 面缺陷：晶界，相界，层错； 体缺陷：空洞，夹杂物应什么叫固溶体？简述固溶体的分类及影响固溶度的主要因素。（5分）固溶体：固态条件下，一种组分内溶解了其它组分而形成的单一、均匀的晶态固体。分类： 按溶质原子在溶剂晶体中的位置来分类：置换型、填隙型、缺位型固溶体； 按照溶解度：无限固溶体（或连续固溶体）；有限固溶体（或不连续固溶体）。影响溶质原子在溶剂晶格中的溶解度的主要因素： 晶体结构 离子大小 电负性 温度 离子电价简述晶粒大小对常规磁性材料和纳米晶磁性材料性能的影响，并说明为什么。 对于常规磁性材料而言，晶粒直径越小，矫顽力越大，晶粒越小，相同体积内的材料含有的晶界数目越多。畴壁位移过程将受到更多的阻力，从而导致矫顽力增大；如何提高永磁材料的Hc？（7分）永磁材料的矫顽力是磁感应强度B=0所需的磁场值称为BHc；使磁感应强度M=0所需的磁场值称为MHc。如果Hc是由壁移机制决定的，可在合金内增加应力梯度及非磁性相来增加Hc；若Hc是由畴转过程决定的，则磁畴在不可逆转动过程中受到的阻力就是Hc值的度量。这时依赖于造成单畴粒子或弥散的单畴脱溶相及其三种各向异性（磁晶、应力及形状）来增加畴转的阻力，从而获得高的Hc值。什么是霍尔效应？它在哪些方面有重要的应用？答：当电流(X方向)垂直于外磁场(Y方向)通过导体时，在导体的垂直于磁场和电流方向(Z方向)的两个端面之间会出现电势差，这一现象便是霍尔效应。这个电势差也被叫做霍尔电势差。主要应用于测定载流子浓度 n，p和测定载流子类型 。什么是软磁材料，它的特点是什么？答：在较弱的磁场下易于磁化，也易于退磁的材料称为软磁材料。特点：（1）具有较高的磁导率：高效率 ；（2）具有较高的饱和磁感应强度和较小的剩余磁感应强度 ；（3）具有较小的矫顽力：高频性能好 ；（4）磁滞回线窄而高。什么是永磁材料，它的特点是什么？答：被外加磁场磁化后，除去外磁场，仍保留较强磁性的一类材料称为永磁材料，也叫硬磁材料。特点：（1）具有较高的剩余磁感应强度；（2）具有较高的矫顽力；（3）最大磁能积很高；（4）磁滞回线宽而高。LEED，UPS，XPS，SPM化学气相沉积，真空镀膜，旋涂，溅射，液相外延生长陶瓷制造过程 陶瓷的制造过程主要采用固相反应法，又称氧化物法或普通陶瓷制造工艺，主要包括四个阶段：原料制备、部件的坏体成型、陶瓷的致密化烧结，达到所要求的尺寸和表面光洁度的机加工。 对材料的制备来讲，原料是基础，烧结是关键，此外还涉及到其中进行的固相反应。陶瓷的制备工艺，因各种不同类型和或品种，而各有不同的特点。可以看出，它们有许多共同之处，如配料、混合、球磨、干燥、预烧、造粒、成型、烧成、加工等。 粉料特征可以从几个方面描述：首先，在化学组成上，它是化学计量，同时有杂质存在。第二，在结晶学上存在非反应相和第二相（例如由于球磨而引入的）。第三，在形貌上，粉料团聚，粉料颗粒形状，尺寸分布及比表面积。最后，是粉料的堆积特性，包括粉料的堆积流动性及热效应。多晶产品性能的优劣取决于二方面的影响：首先是内因，主要指原料的纯度（含杂量）、组成、形貌（颗粒尺寸及分布、外形）等，影响化学反应的进度、晶体的生长情况及显微结构的均匀性，并进而影响到最终产品的电磁性能；其次是外因，主要指制备工艺，影响化学反应和显微结构。只有从两方面入手，充分发挥内、外因的潜力，才有可能实现低成本、高品质的目的。块体部件的成型方法：最常用的方法是模压或等静压的干压成型方法。其它成型技术主要包括注浆成型、注射成型和挤出成型等。 坏体的致密化可通过不同的方法来实现。但几乎所有的致密化方法都是基于加热烧结。烧结就是把坯体置于高温中，通过产生足够迁移率和粉体过剩表面能释放，从而把颗粒紧密地连接在一起。如果扩散只是在固态下发生，则称为固相烧结。若通过产生少量液相来促进扩散和迁移，就是液相烧结。使用未反应的原料（指在烧结的初始阶段尚未形成最终化学产物）也可实现反应烧结。此外，还可在烧结过程中进行加压，即称压力烧结或热压烧结，分为单向加压和等静压。在烧结过程中，要考虑的最重要的方面是：烧结致密化速率，致密化中的不均匀性，第二相及分布和晶界化学组成。粉料粉料的一些工艺特性参数进行测定 敲打密度、松装密度、压实密度、粉料的流动性【测量平板与粉料堆斜边的夹角】功能材料的检测分析测试一般包括介电常数，居里温度，及干压成型和烧结后试样的密度等球磨机、砂磨机、强混机、气流磨、粉碎机，目前使用最多的是球磨机和砂磨机永磁同铁氧体的矫顽力（Hc）主要取决于产品的显微结构砂磨具有以下特点：(1)无严重碰撞，混杂少；(2)出料颗粒粒径小，圆形滑润，流动性好，易于成型与烧结；(3)粉碎时间缩短，效率高，可连续生产。过细的粉料不利的影响，诸如：团聚现象；高温自烧结；过宽的粒度分布有可能导致晶粒的不连续生长，形成“双重结构”；料浆流动性变差等成型主要分为干法压制成型，可塑法成型（挤出成型和注射成型）及悬浮体浆料凝固成型（注浆成型和流延成型）。压制成型可分为两种：模压，等静压固相反应固相反应是固体粉末间（多相成分）在低于熔化温度下的化学反应，它是由参与反应的离子或分子经过热扩散而生成新的固溶体。固相反应的过程 ：表面接触期、形成表面孪晶期、孪晶发展与巩固期、全面扩散期、反应结晶产物形成期、晶格校正期烧欲使化学反应完成、烧结时间缩短，需考虑以下因素：粉料愈细反应速度愈快，粉末间接触面积越大越好，增进原料的活性，升高温度较之延长反应时间更有效，熔剂的加入 烧结烧结是粉末成型体在常压或加压下高温加热，使颗粒之间互相结合，从而提高成型体的强度，排除颗粒之间的气孔，提高材料的强度。烧结过程 【根据烧结中气孔状态】：烧结初期，烧结中期，烧结后期 烧结推动力：表面扩散，晶面能二次再结晶又称异常或不连续的晶粒长大，通过二次再结晶使少数较大的晶粒成核并长大，这种长大以消耗基本无应变的细晶粒基质来实现的。早期研究中气孔被认为是收缩的，然而以后的的许多研究表明：烧结中后期的致密化过程中烧结体内气孔尺寸经历一个变大即气孔生长的过程。降低气孔率是制备高密度铁氧体烧结体的关键，其方法有：(1)降低原料的平均粒径，如采用共沉淀法生产的原料；(2)采用高纯原料并缓慢加热；(3)加大成型压力，如采用等静压法等；(4)通过掺杂抑制异常晶粒长大；(5)加压烧结；(6)控制烧结气氛并缓慢升温几种常见的产品开裂类型：粘合剂开裂、冷却开裂、压制开裂、升温开裂使用烧结助剂主要是加速烧结过程和（或）改变显微结构。例如Al2O3，MgO，ZnO电容器大致可以分为高频、铁电、边界层、微波、独石等几类，材料主要有钛酸盐、锡酸盐、锆酸盐的固溶体。永磁铁氧体的分类与用途 永磁铁氧体(M1O)1-x(M2O)x. kFe2O3钡铁氧体 锶铁氧体配料、混合、球磨、干燥、预烧、造粒、成型、烧成、加工橡胶磁体或塑料磁体【一般用于电冰箱门的密封】；各向同性钡铁氧体或锶铁氧体【耳机、电视机】；各向异性钡或锶铁氧体磁体【电动机、发电机】；高 Br 各向异性钡磁体【扬声器】高 Br 高能积各向异性锶磁体【微波炉】永磁铁氧体的发展三个转换阶段：由钡铁氧体向锶铁氧体转换；工艺上由干法向湿法转换；材料性能由Y25向Y30、Y35转换永磁铁氧体的使用性能通常用退磁曲线来表征，主要参量有：剩余磁通密度Br，矫顽力Hc以及最大磁能积(BH)max，都是数值越大越好开发高性能永磁铁氧体的基本途径是：(1)使铁氧体颗粒微细化，制成单畴粒子；(2)使结晶粒子高度取向于易磁化轴；(3)最大限度地提高密度钡铁氧体产量高价格低的永磁材料化学式为BaO6Fe2O3，结构为磁铅石型的单轴六角晶体钡铁氧体理论配方比1：6，但在实际配方中，一般在5.45.7之间：系相图；缺陷结构；硫类杂质；BaO5.5Fe2O3高磁能积改善磁性能，目前附加最多的添加剂有：SiO2，Al2O3，高岭土，CaCO3，As2O3，稀土氧化物，硼化物，锰化物，Bi2O3等添加剂的主要作用是：细化晶粒、增进密度、改善温度系数等固相反应与颗粒度、预烧温度及时间有直接关系，同时也决定于原料的活性国内外常规制粉工艺包括粗磨、细磨两道工序磁场成型法：垂直磁场成型法；平行磁场成型法；改进平行磁场成型法磁场成型对粉料的要求为：(1)铁磁性；(2)单畴颗料；(3)能自由转动，磁矩取向外磁场锶铁氧体（SrFe12O19）具有很高的单轴磁晶各向异性，适用于制备高性能永磁铁氧体材料永磁铁氧体材料制备过程中的常见问题：跑白和花斑现象、起泡现象、烧结带磁现象软磁铁氧体材料主要有锰锌系、镁锰锌系和镍锌系等尖晶石型铁氧体，主要作用开关电源变压器，磁芯，电感线圈、电感器研究方向：高磁导率铁氧体和低功耗铁氧体要得到高i，低Hc的软磁材料的途径有：提高Ms值，降低K1、s值，降低值，减少夹杂物，提高密度，增大晶粒尺寸纳米晶材料的制备：沉淀法（共沉淀法、化合物沉淀和均相沉淀法）控制性好、颗粒细小、表面活性高；优点在于直接生成纳米晶，所得晶粒发育完整，粒度分布范围较窄。其缺点在于反应条件较苛刻，成本较高水热法基本原理是：在一定的高温高压下，一些氢氧化物在水中的溶解度大于对应的氧化物的溶解度，于是氢氧化物溶于水中，同时析出氧化物喷雾热分解法基本原理是通过喷雾的办法将溶液喷成微小液滴，对液滴加热使其中液相蒸发，进而使盐类分解转化成氧化物球形颗粒特点是颗粒尺寸分布比较均匀，但颗粒尺寸较大，此外，该法分解后的气体往往具有腐蚀性，直接影响设备的寿命。乳化液法利用有机溶剂和水溶液形成乳浊液，反应在微小的球形液滴中进行，形成固相沉淀具有粒度分布窄并且容易控制等优点，但溶液的配制繁琐，并且产率不高粘结永磁是将永磁料粉与高分子化合物类粘结剂混合，经压延加工，挤出成型、注射成型、压缩成型等工艺制得永磁体粘结永磁按永磁材料分，又可以制得永磁铁氧体粘结永磁、稀土钴类粘结永磁和钕铁硼类粘结永磁电子薄膜材料的制备薄膜制备方法大致上有：物理方法：真空沉积，溅射，离子镀，分子束外延化学方法：电镀，化学镀，液相外延，化学气相沉积真空蒸发镀膜法（真空蒸镀）是在真空室中，加热容器中待形成薄膜的原材料，使其原子或分子气化逸出，形成蒸气流，入射到衬底（基片）表面，凝结形成固态薄膜的方法真空蒸镀法较之其它制膜法具有如下特点：设备简单、操作容易；薄膜纯度高、质量好，厚度可控制；成膜速度快、效率高。其缺点主要是薄膜与基片的附着力较弱，高熔点物质很难蒸发，不易保证合金膜的准确成分等。溅射法是指荷能粒子轰击固体表面（靶），使固体原子（或分子）从表面射出的现象。用于轰击靶的荷能粒子可以是电子、离子或中性粒子，因为离子在电场下易于加速并获得所需动能，因此大多采用离子作为轰击粒子溅射镀膜较之真空蒸发镀膜有如下特点：任何物质均可以溅射，尤其是高熔点化合物；溅射膜与基板之间的附着性好；溅射镀膜密度高，纯度高；膜厚可控性和重复性好。缺点是：溅射设备复杂、成膜速率低、基板温度较高、易受杂质气体影响溅射法：直流二极溅射，射频溅射，磁控溅射，离子束溅射化学气相沉积法CVD把含有构成薄膜元素的一种或几种化合物的单质气体供给基片，利用加热、等离子体、紫外光乃至激光等能源，借助气相作用或在基片表面的化学反应（热分解或化学合成）生成要求的薄膜化学气相沉积法CVD特点：膜层均匀性好，具有台阶覆盖性能，适宜于复杂形状的基板。由于沉积速率高、纯度高、致密、形成晶体的缺陷较少等液相外延生长法LPE液相外延通常有三种方式，即翻转法、倾斜法和浸渍法单晶材料的制备熔融固化法:布里兹曼法 原理是基于将试料置于尖底坩埚中，经高温熔融后，以缓慢的冷却速度自底至顶逐段冷凝，以致晶体能