《B1电性材料》PPT课件.ppt

1、第七章电性材料 7.0绪论 一.电子材料的定义,定义1 以发挥其物理性能，或物理与物理性能之间，力学与物理性能之间，化学与物理性能之间相互转换的特性为主， 用于IT工业的材料。,定义2 凡具有能量与信息的发射，吸收，转换，传输，存储，控制与处理功能特性之一，或者是直接参与保障这些功能特性的顺利发挥， 用于IT工业的材料,二.电子材料的分类,按用途分：结构电子材料和功能电子材料。 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力学性质（强度、硬度及韧性等）稳定的一类材料； 功能电子材料是指除强度性能外，还有特殊性能，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；

2、按组成（化学作用）分：无机电子材料和有机电子材料 无机电子材料以可分为金属材料(以金属键结合）和非金属材料（以离子键和共价键结合）； 有机电子材料主要是指高分子材料（以共价键和分子键结合）； 按材料的物理性质和应用领域分: 按材料的物理性质分：导电材料、超导材料、半导体材料、绝缘材料、压电铁电材料、磁性材料、光电材料和敏感材料等。 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； 传统电子材料与先进电子材料,三.电子材料的特点,多学科交叉性: 涉及固体物理,固体化学,有机化学,冶金学,材料学,微电子学等。 对先进技术的依赖性: 与材料制备、加工和检测技

3、术密切相关。 种类繁多、更新换代快、性能价格比不断改善。,四.电子材料对环境的要求,电子材料在做成元器件和集成电路之后，还应具备一致性和稳定性，能够承受各种恶劣的环境。主要表现在以下几方面： 温度 压力 湿度 环境中的化学颗粒及尘埃 霉菌和昆虫 辐射 机械因素,五.现代社会对电子材料的要求,结构与功能相结合 智能材料 减少污染 节省能源 长寿命与可控寿命,7.1电导理论回顾 一.金属的电导理论 对各向同性材料,两者为标量,否则为张量 1.电子输运与散射 单位时间总的载流子的散射概率为:,三.霍尔效应(将载流导体置于均匀磁场中，使磁场和电场的方向互相垂直，则会在样品内垂直于电流和磁场组成的平面内

4、形成稳定的横向电场，其大小正比于电流密度j和磁场强度B) 金属霍尔系数随温度的变化不大,半导体的霍尔系数随温度升高呈指数下降 四.金属的热电性 塞贝克效应:,T1,T2,V,珀尔帖效应: A和B两种材料接触处通以电流,则出现放热或吸热现象 汤姆逊效应: 一段均匀材料的两端具有温差时,则当电流流过时,材料会放热或吸热 五.电学性能及其影响因素 1.纯金属的电阻 温度的影响,压力的影响 压力不太大时: 压力大时,可能引起相变,以及缺陷变化,从而影响电阻,2.固溶体的电阻 低浓度固溶体的电阻: -马西森定则 残留电阻率与溶剂和溶质的原子价(、Z)有关:,7.2陶瓷的导电性能 1.导电载流子: 电介质

5、瓷:离子 半导体瓷和导电陶瓷:电子 2.电场E作用下的行为:,3.离子电导(具有法拉第效应) 结构条件: 导电离子可能占据的位置比实际填充的离子数目多得多; 邻近导电离子之间的势垒不太大; 存在导电离子的运动通道; 一般存在明显的各向异性 离子电导率:,法拉第效应 英文名称：Faraday effect 法拉第效应的发现 1845年由M.法拉第发现。当线偏振光（可见光的偏振）在介质中传播时，若在平行于光的传播方向上加一强磁场，则光振动方向将发生偏转，偏转角度与磁感应强度B和光穿越介质的长度l的乘积成正比，即VBl，比例系数V称为费尔德常数，与介质性质及光波频率有关。偏转方向取决于介质性质和磁场

6、方向。上述现象称为法拉第效应或磁致旋光效应1。 法拉第效应的应用 法拉第效应可用于混合碳水化合物成分分析和分子结构研究。近年来在激光技术中这一效应被利用来制作光隔离器和红外调制器。 该效应可用来分析碳氢化合物，因每种碳氢化合物有各自的磁致旋光特性；在光谱研究中，可借以得到关于激发能级的有关知识；在激光技术中可用来隔离反射光，也可作为调制光波的手段。因为磁场下电子的运动总附加有右旋的拉穆尔进动，当光的传播方向相反时，偏振面旋转角方向不倒转，所以法拉第效应是非互易效应。这种非互易的本质在微波和光的通信中是很重要的。许多微波、光的隔离器、环行器、开关就是用旋转角大的磁性材料制作的。,电导率与温度关系

7、: 离子电导率与扩散系数之间的关系: 4.电子电导(具有霍尔效应) 导电机制: 本身能带中的电子引起 电子或空穴的移动引起(主要机制),电导率与霍尔系数: 电导率与塞贝克系数: 5.电导混合法则: 设材料由A和B两均匀相组成,则:,两相复合材料的电导率满足指数和法则 7.3导电材料 一.金属 Ag,Cu,Au,Pt,Ir等及其合金 Au:贵 Cu:杂质、冷加工影响大 Al:杂质影响大，冷加工影响不大，难焊，强度低,二.导电陶瓷 1.特点： 存在间隙连成的通道，可迁移的离子 电子载流子浓度几乎为零；离子电导率一般大于：1(m)-1 降温时存在无序-有序转变，使电导率下降 用大尺寸离子进行部分置换

8、可稳定无序相 相变两种类型：突变型，扩散型 2.材料举例 ZrO2导电陶瓷,自低温到高温存在单斜、四方、立方三种晶型 立方相中的Zr4+占据氧八面体空隙，使结构保持松弛状态，O2-可以扩散、迁移，但存在于高温范围，通过添加适当的二价Ca2+,Mg2+，Y3+或其他三价离子可以获得室温下稳定存在的立方相 稳定剂可使四方相亚稳定存在于室温下，避免冷却时由于四方转单斜时膨胀所致的开裂 三.电热和电极陶瓷 SiC：1560C MoSi2:1800 C 稳定ZrO2:2000C(需预热至1000C),ZrO2-Y2O3二元相图,7.4电阻材料 按功能分： 精密电阻材料 电阻敏感材料 按结构分：线绕电阻材

9、料 非线绕电阻材料 典型的电阻材料： Cu-Mn系 Ni-Cr系 Ni-Cu系，例如康铜Cu-40%Ni Pt基，Au基，Pd基，Ag基,线绕式电阻器,金属氧化膜电阻器,一. 线绕电阻材料 MnCu 贱金属合金线 康铜(CuNiMn) NiCr(电热材料) NiCr基多元精密电阻(加入Al,Fe,Cu等) Pt基合金线 贵金属电阻合金线Pd基合金线 Au基合金线 Ag基合金线 6JM(高阻精密电阻合金线) 新型电阻合金线JA1(低阻精密合金线) AuPdFeAl电阻合金线,1. 常用贱金属合金线,2. 6J20(NiCr2023)贱金属电阻材料:高,好力性,3. 贵金属电阻合金线,4. PtC

10、u2.5与PtCu8.5贵金属电阻合金线,二. 非线绕电阻材料 定义：采用物理气相沉积、化学气相沉积、热分解、烧渗、网印、喷涂、烧结(包括常压烧结和热压烧结)等方法制得电阻体，再加上引出线、保护层以及适当的处理而制得的电阻器称为非线绕电阻器，这种电阻器所用的材料称为非线绕电阻材料 对材料的要求：电阻率范围宽，温度系数小，电压系数低，噪声电平小，高频性能好，使用温度范围宽，工艺性能好，使用的稳定性和可靠性高。 组成：电阻体、基体、引出线、保护层 电阻体材料：金属、非金属、导体、半导体、绝缘体,电阻体所用材料,典型的非线绕电阻材料 A. 碳膜: 碳氢化合物在8501100oC，1020Pa下热分解

11、，沉积于绝缘陶瓷基体上形成(类石墨)； B.硅碳膜：含硅有机物与碳氢化合物热分解形成 通常具有底层、中层和最外保护层的三层结构 底层： 含有SiO2和C，前者与基体玻璃形成Si-O键，改善膜/基结合力； 中间层： 导电层，与纯碳膜的结构和性能类似 最外层： 主要为SiO2，并含有少量-SiC，前者能耐热、耐潮、耐腐蚀，渗入中间层的晶粒之间处，对碳晶粒起隔离、增大间隙作用，使整体电阻率增大。,合成漆(碳)膜 导电材料(碳黑、石墨)粘合剂(酚醛树脂等)填料(云母粉等)溶剂(正丁醇等)； 金属膜(硅铬系合金粉为主，真空蒸镀形成) 镍-铬系薄膜(真空蒸镀或阴极溅射法制成) 金属氧化物膜 锡锑卤化物溶液

12、喷涂到灼热的基体上，经水解反应而成，此外，还可采用蒸发法、溅射法、浸渍法、烟化法和涂敷法成膜 G. 化学镀沉积金属膜(利用水溶液中还原反应成膜) 玻璃釉电阻材料 导电相(导电和电阻材料)粘结相(玻璃釉)溶剂活性剂润滑剂等，经烧结而成,合金箔 将厚度小于3m的精密合金箔，用粘结剂(环氧树脂)粘贴在绝缘陶瓷基体上，再经光刻或激光雕刻等制成稳定的电阻图形，最后调阻、封装而成 J 实芯电阻材料 导电材料(金属、金属氧化物、碳黑、石墨等)+有机粘合剂(酚醛树脂等)或无机粘合剂(玻璃釉等) 三电阻材料发展方向 1. 线绕精密电阻合金向高精度、高可靠性方向发展 2. 电阻合金向高阻值、超细化、薄膜化方向发展 3. 向深低温方向发展 4. 向电阻材料和电阻元件制造一体化、电阻器件元件化发展 5. 非晶电阻材料日益引人注目,四电热材料 利用电流热效应的材料称为电热材料 Ni-Cr Fe-Cr-Al