信息材料基础复习

1信息材料定义：是为实现信息探测、传输、存储、显示和处理等功能而使用的材料2根据信息材料的功能，可把信息材料主要分为：信息探测材料信息存储材料信息处理材料信息传输材料信息显示材料3氧化物法/周相反应烧结法优点：工艺成熟、成本低廉，适合于批量化大生产。缺点：材料成分容易偏析，组分不易精确控制，性能难以精确控制(1)原料的选择与处理：原料在纯度、颗粒形状和粒径分布、杂质含量等方面差别很大，进而对陶瓷的性能产生较大的影响。(2)计算、配料：不同的配方意味不同性能材料。具体的配方多数是在系统研究的成果和理论的定性指导下按照使用要求确定的。(3)一次球磨：目的主要是混合均匀，以利于预烧时固相反应完全。球磨中通过介质球与原料的撞击、碾压、摩擦将粉料磨细并混合均匀，粉料比表面积上升，自由能上升，从而使烧结时固相反应加快而且完全。合理的选择球磨介质以及介质大小的配比，料、球和水的配比、球磨的时间等，以提高球磨质量和效率(4)预烧：指低于烧结温度下将一次球磨后的粉料煨烧数小时(一般在700〜1200c保温几个小时，烧粘结剂)，主要目的是为了使各种氧化物初步发生化学反应，减少烧结时产品的收缩率。预烧温度的选择对于控制收缩率、粉料活性以及最终烧结温度的确定都有很大影响。(5)二次球磨预烧过的粉料会出现结块，经过破碎后，加入适量的添加剂，要进行二次球磨。二次球磨的主要作用是将预烧料碾磨成一定颗粒尺寸的粉体，使粉料的粒径分布较窄，以利于成型。二次球磨的时间对材料电磁性能有很大的影响，球磨时间太短，则粉料粒径偏大，球磨时间太长，不但对粉料粒径影响不大，反而会带入杂质，从而降低材料的性能。(6)造粒：为了提高成型效率与产品质量.需要将二次球磨后的粉料与稀释的粘合剂混合，研磨混合均匀后，过筛成一定尺寸的颗粒。造粒后的粉料要求有一定的分散性、流动性要好，非常细的颗粒要少，这样成型时就能很快地流进并填满模具内的空间，这样有利于成型样品的均匀性。(7)成型将造粒后的粉料按要求的形状在一定的压力下压成坯件形状(液压机等静压成型)。干压成型法：使模具中的粉料被压成具有一定机械强度、不致在烧结前破碎的生坯。(8)烧结烧结过程对电子陶瓷的性能有着决定性意义。因为烧结过程影响到固相反应的程度及最后的相组成、密度、晶粒大小等等，这些都不同程度的影响着产品的电磁性能，可以说，如果配方是确定材料性能的内因，那么烧结就是保证获得最佳磁性能的最重要外因。烧结过程包括升温、保温、降温三个阶段，升温：控制一定升温速度，以防止水分、粘合剂集中挥发引起坯件热开裂与变形保温：通常烧结温度的提高和保温时间的延长会促进固相反应完全，密度增加，气孔减少，晶粒增大降温过程：对控制产品的性能有时是由决定性意义的。冷却过程中将会引起产品的氧化或还原等方面的问题。合适的冷却速度有利于控制产品合格率，并优化材料性能。（9）测试：包括宏观性能和微观性能的检测.湿化学法优点：可将粒子尺寸控制在相当小的范围内，使均匀性达到亚微米级、纳米级甚至分子、原子级水平。缺点：工艺复杂，成本高，有空气污染。目前，在电子陶瓷材料制备中，应用最多的湿化学法为溶胶溶胶-凝胶法的主要原理：将易于水解的金属化合物（无机盐或金属醇盐）在溶液中与水发生水解反应，加入一定的其它成分（如凝胶剂）形成均匀的溶胶，在一定的温度下溶胶经水解和缩聚过程而逐渐凝胶化；凝胶再经干燥、灼烧等后续热处理，最后得到所需的材料。溶胶-凝胶过程是在较低温度下通过溶液中的化学反应合成无定形网络结构的途径，它不同于溶液中的析品过程。这一技术的关键是获得高质量的溶胶和凝胶。.与其他制备材料的湿化学法或氧化物法相比，溶胶-凝胶法具有以下一些独特的优点：?1）制备过程温度低。材料制备过程易于控制，甚至可以制备传统工艺难以得到或根本得不到的材料。?2）所得材料的均匀性好。多组分溶液是分子级、原子级的混合，均匀程度极高。?3）可以合成微粒子陶瓷。可以制备分散性好的微粒子原粉.进而制备粒子大小均匀一致的高性能烧结体。可以制备纳米级别的粒子。而固相反应法最多只能制备微米级的颗粒。.复合材料的定义：是指由两种或两种以上物理和化学性质不相同的物质组合而成的一种多相固体材料，具有其组成物的多种功能（优良性能）7信息功能陶瓷种类及应用（1）电介质陶瓷：按用途，：分为铁电介质陶瓷、高频介电陶瓷、半导体介电陶瓷、微波介电陶瓷、独石结构用介电陶瓷等国家标准将：分为I类陶瓷介质，高频电路电容器;n类陶瓷介质，低频电路电容器；出类陶瓷介质，又称半导体陶瓷介质，体积非常小的电容器，介电系数非常高。①铁电介质陶瓷：某些电介质可自发极化，在外电场作用自发极化能重新取向的现象称铁电效应。具有这种性能的陶瓷称铁电陶瓷。铁电陶瓷大多以BaTiO3或PbTiO3基固溶体为主晶相,是制造低频陶瓷电容器的重要介质材料。R类瓷介电容器。铁电陶瓷主要特征：(1)在一定温度范围内存在自发极化，当高于某一居里温度时,自发极化消失，铁电相变为顺电相；(2)存在电畴；(3)发生极化状态改变时，其介电常数-温度特性发生显著变化，出现峰值，并服从Curie-WeisSt律；(4)极化强度随外加电场强度而变化、形成电滞回线；(5)在电场作用下产生电致伸缩或电致应变。此外,其电性能具有高的抗电压强度和介电常数以及低的老化率。(6)铁电体最显著电特征，或者说宏观的表现就具有电滞回线②半导体电介质陶瓷：田类瓷介电容器。BaTiO3陶瓷的半导体化。根据半导体陶瓷介质的特性，可分为阻挡层型、还原再氧化层型和晶界层型三种结构形式热敏陶瓷，压电陶瓷，气敏陶瓷，湿敏陶瓷，光敏陶瓷，多功能陶瓷8压电效应：某些物质沿某一方向受到外力作用时，会产生变形，同时其内部产生极化现象，此时在这种材料的两个表面产生符号相反的电荷，当外力去掉后，它又重新恢复到不带电的状态，这种现象被称为压电效应。当作用力方向改变时，电荷极性也随之改变。这种机械能转化为电能的现象称为“正压电效应”或“顺压电效应”。.陶瓷基功能复合材料功能复合材料是指除力学性能外还具有其他物理性能并包括部分化学甚至生物性能的复合材料。陶瓷基功能复合材料：以电子陶瓷为主相构成的功能复合材料，包括陶瓷与陶瓷的复合、陶餐与树脂的复合、陶餐与金属的复合等.磁性的分类：M=xH;B〜0(H+M)=仙0(x+1)H定义p=1+x,贝UB=0(iH=n0M抗磁性、顺磁性、反铁磁性、铁磁性和亚铁磁性五类具有铁磁性和亚铁磁性的材料才能算真正的磁性材料(表示宏观有磁性的材料)除此剩余三种为宏观无磁性.磁性材料的分类：

磁性材料分类:磁性材料分类常用磁性材料铁氧体软一硬磁（金属软磁.包括硅钢片,坡莫合金等，特点是磁导率和加大，居里温度高，电阻率小,常用磁性材料铁氧体软一硬磁非晶/纳米晶软磁：包括Co基/Fe基非晶/纳米晶材料，特点是」磁导率和Bm大，居里温度高，电阻率较小，但价「软磁，格昂贵.铁氧体软磁：主要包括尖晶石系和六角晶系铁氧体，特点是磁导率和%不太高，居里温度较低，但电阻率高,价格较低，特别适合中高频使用。,铁粉芯软磁：将金属软磁与有机介质复合，具有肥大，电阻率高，不易饱和等特点，但磁导率不高，特别适合于差模扼流圈口硬磁f稀土合金硬磁;包括烧结稀土硬磁和粘结稀土硬破。I铁氧体硬磁;主要为六角晶系的铁氧体。旋磁｛铁氧体旋磁；主要包括尖晶石系、石榴石系和六角晶系旋磁△I矩磁；压磁铁氧体软磁是品种最多，应用最广泛的磁性材料。「MnZn铁氧体：Bs和磁导率较高，但电阻率相对较低，在2MHz以下性能一般优于NiZn铁氧体.按应用主要可分为功率型MnZn和高导型,尖晶石系,WnZn材料两大类'〔Ni办1铁氧体：Rs和磁导率相对莪低，但电阻率很高.因而更适合高频应用，按应用可分为功率型、高频电感型、抗EMI型.低温共烧型材料等几类.'六角晶系｛CoM铁氧体工磁导率低，电阻率高，截止频率很高，可应用GHa的特高频，可用于高频电感和抗EMI材料。（永磁）：a、稀土合金硬磁：种类：包括烧结稀十硬磁和粘结稀十硬磁：优点：磁能积大；缺点：成本高；用途：对外提供磁场的领域b、铁氧体硬磁：种类：主要为六角晶系Ba铁氧体;优点：成本低廉;一缺点：磁能积较小;用途：对外提供磁场的领域C、旋磁(微波铁氧体)：种类：包括尖晶石系、石榴石系和六角晶系铁氧体旋磁；用途：用于制作各种微波旋磁器件，如隔离器、环行器、移相器等等矩磁：用于磁存储压磁：基于磁致伸缩效应的应用.店里温度：铁氧体的店里点指铁氧体材料从亚铁磁性状态转变为顺磁性状态的临界温度。(磁畴消失)，铁磁与亚铁磁都存在居里温度。反铁磁具有的是奈尔温度。.软磁铁氧体：两大显著特征：磁滞现象和磁饱和现象磁滞回线和饱和磁滞回线区别：---同一磁芯的磁滞回线有无穷多条，因为对其施加任意的大小的交变外加磁场，都会产生对应的磁滞回线。而其饱和磁滞回线则是唯一的.磁导率:A鹿始娘9率：SI半忖料从退磁.状态JF始，更到对祢的文变磁场的反复幽化.当送种主流磁场跑近「零时所得至W滋导率.k振幅磁中率;如果交交磁场的振幅较人，振幅01七_L振幅H所得到的磁导率。-B“一江万(1)影响起始磁导率艮i的因素：对■i贡献包括畴壁的可逆位移和磁畴矢量的可逆转动。(2)提高起始磁导率的途径：提高材料的饱和磁化强度降低磁晶各向异性常数和磁滞伸缩系数减少杂质和内应力(3)改善微观结构：晶粒大.均匀；没有气孔、杂质及其它缺陷；在晶粒内部不出现另相，所有非磁性析出物或气孔只能集中在晶界附近；晶粒内部有良好的化学均匀性；"qM：-DM«————⑹十$儿仃］,工'$频率高则磁导率必然降低，这两个参数是不可兼得的.磁芯损耗：本征静态磁特性磁导率w为实数(不考虑磁化的时间问题)；在交变磁场下，铁磁体内的B和H均随时间而变化，它们之间不仅有振幅的大小关系，还有相位关系，因此须采用复数磁导率来同时反映两者振幅和相位的关系。

而用/，=““一"々而用/，=““一"々来代表交变场下磁芯的损耗,为此.用比损耗系数更邈此位与磁导率tr关来反映材料相对损耗的大小。.磁性损耗的分类：(1)磁滞损耗-可通过降低材料剩磁Br和矫顽力Hc来降低。(2)涡流损耗-可通过提高材料电阻率p及减小片状材料厚度d来降低。(3)剩余损耗-可通过①减小扩散离子浓度，抑制离子扩散的产生来降低，对于铁氧体材料而言，则是尽量减小铁氧体中Fe2+含量或生成；②在工艺和成分配制上进行控制，使铁氧体在应用频率和工作温度范围内避开损耗最大值。注：静态磁化是只有磁滞损耗，动态(交变磁场)磁化时还含有涡流与剩余损耗。17.磁芯用材料的特性：主要要求Bs大、居里温度高、损耗低，具有较高磁导率。低频选用硅钢片，高频选用功率铁氧体材料。对功率铁氧体材料微观结构的要求。1)晶粒内无杂质，无缺陷，有较高的磁导率；2)晶粒的尺寸较小，而且均匀一致；3)晶界出聚集高电阻的杂质，晶界较薄；4)气孔小，而且仅存在于晶界中。18.低功率线性变压器对铁氧体磁芯材料的要求：(了解)1、尽量高的磁导率；2、谐波失真系数尽量低；3、其它温度系数、居里温度、抗直流偏置等要求。(1)低功率线性变压器主要功能：升降电流电压；为电子电路提供阻抗匹配；实现电气隔离。(2)低功率线性变压器主要特点：大多数此类变压器磁芯都工作在弱磁场下，因此称为低功率。此外变压所传输的能量是分布在较宽的频谱范围内，要求在传输这些宽频带信过程中不产生波形失真，因此又称为线性。设计功率变压器的一般原理:五可见，当E和Ae一定时，也即外加电压和选用磁芯一定时，f越低，N越少，磁芯越易饱和。因此，在低频时应主要考虑磁芯的饱和现象。必要时须增加绕组匝数，但又会使绕组电阻和漏电感增大，使输出电压不稳定。因此在低于某一最低频率后设计变压器，应主要考虑输出电压的稳定性功率变压器与低功率线性变压器区别：（了解）低功率线性变压器传输的功率低，不必考虑磁芯的饱和现象和工作温度问题而功率变压器要传输较大的功率，必须将这两个问题作为设计时考虑的主要因素。此外,低功率线性变压器是一种宽频带的变压器，要求在较宽的频段范围内具有满足要求的传输特性。而相比之下功率变压器则是一种窄带或者点频应用的变压器，它主要要求在应用的频点上具有很高的功率传输效率。19.抗EMI器件：铁氧体磁谱的机制：：磁导率随频率而变化的现象称为磁谱。在交流下，磁导率为复数磁导率，包括小，和仙”，小，随f的变化称为频散，仙”随f的变化称为吸收。影响磁谱的主要因素有：磁畴自然共振；畴壁共振；尺寸共振。.尺寸共振：铁氧体既是磁性体，又是介电体，电磁波在其中传输时，波长要缩短，波长可由上式计算：如果铁氧体磁芯的横截面尺寸与该磁芯中电磁波的半波长相比拟，就要在磁芯截面上形成驻波,使得磁体象一个共振腔,出现类似共振电路的频散和吸收、使u'下降、上升。一般在高频时耍注意磁芯尺寸的缩小以避免尺寸共振。.抗EMI器件原理：（抗电磁干扰）它频段干扰信号将以传导和辐射的方式对系统造成影响，一般频率不是很高时（30MHzW下），以传导干扰为主，而当频率很高时，辐射干扰的影响将会加大，对传导干扰主要采用抗EMI器件，而抗辐射干扰可采用吸波材料或让抗EMI器件位置离干扰源尽可能的近以减少辐射干扰。抗EMI器件按工作原理又可分为：吸收式抗EMI器件和复合LC组合式抗EMI器件对于吸收式抗EMI器件，则主要是利用铁氧体磁芯阻抗的频率特性来达到通低频阻高频的目的（了解）一般来说，磁芯阻抗的峰值频率远高于磁芯材料的截止频率，但与磁芯材料的截止频率成正比。为了抑制不同频段的电磁干扰，需要选用具有不同截止频率的材料，也即需选用具有不同起始磁导率的材料，以使磁芯阻抗的峰值频率点与干扰的中心频率接近。因此，抗EMI材料必须做成一个具有不同起始磁导率的一个系列，以满足不同的应用场合需要（了解）.LTCC定义：（低温共烧陶瓷）LowTemperatureCo-firedCeramicLTCC技术是一种先进的无源集成及混合电路封装技术,,它可将三大无源元器件（包括电阻器、电容器和电感器）及其各种无源组件（如滤波器、变压器等）封装于多层布线基板中，并与有源器件（如：功率MOS、晶体管、IC电路模块等）共同集成为一完整的电路系统。.LTCC优点：（1）使用电导率高的金属材料作为导体材料,有利于提高电路系统品质因子；（2）可以制作线宽小于50pm的细线结构电路；（3）可以制作层数很高的电路基板，并可将多种无源元件埋入其中，有利于提高电路及器件的组装密度；（4）能集成的元件种类多、参量范围大，除L/R/C外，还可以将敏感元件EMI抑制元件、电路保护元件等集成在一起；（5）可以在层数很高的三维电路基板上，用多种方式键连IC和各种有源器件，实现无源/有源器件集成；（6）一致性好，可靠性高，耐高温、高湿、冲振，可应用于恶劣环境；（7）非连续式的生产工艺，允许对生坯基板进行检查，从而有助于提高成品率，降低生产成本；（8）与薄膜多层布线技术具有良好的兼容性；因此，LTCC技术以其优异的电学、机械、热学及工艺特性，成为最具潜力的电子元器件小型化、集成化和模块化的实现方式。缺点：基板收缩率控制共烧兼容性和匹配性基板散热问题23.LTCC工艺流程：（1）混料及球磨（2）流延（3）裁切（4）打孔（5）印刷、填孔（6）迭片（7）烘巴、等静压（8）切割（9）排胶（10）烧结（11）倒角（12）封端（13）烧银（14）抽检（15）电镀（16）分选及测试（17）编带LTCC材料种类按功能可分为两大类：一类是LTCC^电陶瓷；LTCC^电（微波介质）器件一类是LTCCt氧体，LTCCB性器件=（如电感）LTCC技术的发展LTCC材料方面：根据应用需要提升材料的电磁性能；研发低成本的零收缩LTCC材料；研发高强度和散热性好的LTCC材料；研发超低温烧结LTCC材料（2LTCC工艺方面：环保水基生带流延技术;介质浆料（相对于银浆印刷）印刷烧结技术LTCC设计和产品方面：（了解）①开发更高集成度和更高性能的LTCC奠块—SIP（systeminpackage）技术，能更好发挥LTCCK势；②开发功率较大的LTCC1块；③实现LTCC奠块与裸芯片的集成；注：低温共烧一般在900度以下，因为陶瓷共烧一般与银电极进行共烧，而银的熔点961.78度.磁电式传感器定义:利用电磁感应原理将被测量（如振动、位移、转速等）转换成电信号的一种传感器。原理：它是禾I用导体和磁场发生相对运动而在导体两端输出感应电动势的它是一种机-电能量变换型传感器，不需要供电电源，电路简单，性能稳定，又具有一定的频率响应范围（（一般为10〜01000Hz），所以得到普遍应用。电磁感应原理：。由法拉第电磁感应定律可知，NN匝线圈在磁场中运动切割磁力线或线圈所在磁场的磁通变化时，线圈中所产生的感应电动势EE（V）的大小取决于穿过线圈的磁通的变化率、即磁通量的变化可以通过很多办法来实现：如磁铁与线圈之间作相对运动；磁路中磁阻的变化；恒定磁场中线圈面积的变化等，一般可将磁电感应式传感器分为恒磁通式和变磁通式.恒磁通式磁电感应传感器结构与工作原理：工作气隙中的磁通恒定，感应电动势是由于永久磁铁与线圈之间有相对运功线圈切割磁力线而产生。这类结构有动圈式和动铁式两种磁铁与线圈相对运动使线圈切割磁力线，产生与运动速度dx/dt成正E——NB/—比的感应电动势E,出式中：N为线圈在工作气隙磁场中的匝数；B为工作气隙磁感应强度；L为每匝线圈平均长度。当传感器结构参数确定后，N、B和l均为恒定值，E与dx/dt成正比，根据感应电动势E的大小就可以知道被测速度的大小

.变磁通式磁电感应传感器结构与工作原理:一般做成转速传感器，产生感应电动势的频率作为输出，而电动势的频率取决于磁通变化的频率。变磁通式转速传感器的结构有开磁路和闭磁路两种。开磁路：齿的凹凸引起磁阻的变化，从而使磁通发生变化，因而在线圈3中感应出交变的电势，其频率等于齿轮的齿数Z和转速n的乘积。这样当已知Z,测得f就知道n了I/I闭磁路】被测转轴带动椭圆形测量轮5在磁场气隙中等速转动，使气隙平均长度周期性地变化，因而磁路磁阻和磁通也同样周期性地变化，则在线圈3中产生感应电动势，其频率f与测量轮5的转速速n(r/min)成正比磁电感应式传感器的应用：转速测量，振动测量，扭矩测量。.霍尔效应：--霍尔传感器的工作原理半导体薄片置于磁感应强度为B的磁场中，磁场方向垂直于薄片，当有电流I流过薄片时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势Eh,这种现象称为霍尔效应。作用在半导体薄片上的磁场强度B越强，霍尔电势也就越高。霍尔电势Eh可用下式表示Eh=KhIB霍尔电动势Uh的大小为：Uh=k』Bcosa式中：kH为灵敏度系数,kh=RH/d,表示在单位磁感应强度和单位控制电流时的霍尔电动势的大小，与材料的物理特性（霍尔系数）和几何尺寸d有关；霍尔系数Rh=1/（nq）,由材料物理性质所决定，q为电子电荷量；n为材料中的电子浓度a为磁场和薄片法线夹角。霍尔元件越薄（（d越小），kh就越大.注：霍尔元件也可以用来测速。.霍尔元件材料：错（Ge霍尔系数最大）、硅（Si）、睇化钿（InSb）、神化钿（InAs霍尔系数最小）和神化钱（GaAs）是常见的制作霍尔元件的几种半导体、为因科准踞尔元件H4.磁幅中磁也更小.磁力线案中疗过布尔元件.可产生较大的布尔叨动物*放大.整形后输出南电中t发之.当囱轮的空挡对我霭水元件时，输山为保卜也平丁.磁阻效应（定义）：某些金属或半导体在遇到外加磁场时，其电阻值会随着外加磁场的大小发生变化，这种现象叫做磁阻效应（magnetoresistance,MR效应AM徽应:对于有各向异性特性的强磁性金属,磁阻的变化是与磁场和电流间火角有关的。当外部磁场与磁体内建磁场方向成零度角时，电阻是不会随着外加磁场变化而发生改变的；但当外部磁场与磁体的内建磁场有一定角度的时候，磁体内部磁化矢量会偏移，薄膜电阻降低，我们这种特性称为各向异性磁电阻效应（AnisotropicMagnetoresistiveSensor,简称AMR。每个方向电流与M的夹角不同，其电阻也不同，电阻值有巨变。注：电子的两大量子特性-电荷与自旋（了解）；共享单车要用到两个器件，霍尔器件和AM嚅件。.常见的压电晶体及分类；（两类）压电单晶:石英，水溶性压电晶体（包括洒石酸钾钠、酒石酸乙烯二钱、洒石酸二钾、硫酸锤等）；压电多晶:钛酸钢（BaTiQ）压电陶瓷、专告钛酸铅系（如PZT）压电陶瓷、铝酸盐系压电陶冷和锂镁酸铅压电陶冷等。注;PZT由PbTiO3和PbZrO3组成的固溶体，应用最广泛的压电材料石英晶体突出优点是性能非常稳定，很大的机械强度和稳定的机械性能。但价格昂贵，且压电系数比压电陶瓷低得多钛酸钢有很高介电常数和较大压电系数（石英晶体的50倍）。但是居里点温度低（120C），温度稳定性和机械强度不如石英晶体。新型压电材料：（1）压电半导体材料：ZnO、CdS、ZnO、CdTe等，这种力敏器件具有灵敏度高，响应时间

短等优点。用ZnO作为表面声波振荡器的压电材料，可检测力和温度等参数。（2）高分子压电薄膜材料：膜有聚二氟乙烯PVF2、聚氟乙烯PVF、聚氯乙烯PVC、聚丫甲基--L谷氨酸脂PMG等。高分子压电材料是一种柔软的压电材料，不易破碎，可以大量生产和制成较大的面积。.压电材料要求：（了解）压电材料应具备以下几个主要特性：①转换性能。要求具有较大的压电系数。②机械性能。机械强度高、刚度大。③电性能。高电阻率。④环境适应性。温度和湿度稳定性要好，要求具有较高的居里点，获得较宽的工作温度范围。⑤时间稳定性。要求压电性能不随时间变化。.GMR：应主要基于电子自旋特性产生巨磁阻效应是指磁性材料的电阻率在有外磁场作用时较之无外磁场作用时存在巨大变化的现象..多铁性材料（Multiferroicmaterials）:指具有多种（两种或两种以上）“铁性”有序的材料，这些铁性包括铁磁—铁电和铁弹有序。并且不同的有序态之间存在着耦合，可以用不同的外场相互调控身（S«?li1）:即火力西种五辰种以上初仪铁林侔妁出止马区动场参*枚弹供电一飞场和应力压电率倏铁型铁弹［祗争冷边方座看HBt铁皿枚电敌后加也百电JK妻".信息材料的分类（1）信息收集材料：定义：指用于信息传感和探测的一类对外界信息敏感的材料。在外界信息的影响下，这类材料的物理或化学性质（主要是电学性质）会发生相应变化，通过测量这些变化可方便精确地探测、接收和了解外界信息变化。包含：力敏传、热敏、光敏、磁敏、气敏、湿敏、压敏、生物传感材料等力敏传感材料：包含金属应变电阻材料半导体压阻材料两大类金属应变电阻：康铜系合金、镒铜合金、银铁铝铁合金、银铭合金、铁铭铝合金半导体压阻：单晶硅热敏传感材料：正温度系数（BaTiO3>V2O5为基的热敏陶瓷）负温度系数（过渡金属氧化物为基的热敏陶瓷）热敏材料两类光敏传感材料:常用光学敏感材料是错、硅和II-VI族、IV-VI族中的一些半导体化合物等，如CdSCdSe和PbS等半导体化合物磁敏电阻材料:指具有磁性各向异性效应的磁敏材料。这类材料在磁化方向平行电流方向时，阻值最大；在磁化方向垂直于电流方向时，阻值较小。改变磁化方向与电流方向夹角，即可改变磁敏电阻材料的阻值。强磁性簿膜磁敏电阻材料主要是NiCo和NiFe合金薄膜,可制备磁敏二极管或三极管，灵敏度高、温度特性好，可用于磁场测量。气敏材料：如SnQ、ZnOFez。、ZrO2、TiO2和WO^n型或p型金属氧化物半导体湿敏材料：陶瓷湿敏材料-主要有MgCrO系、ZnCrzQ系和MnWONiWO等。高分子湿敏材料-是指吸湿后电阻率或介电常数会发生变化的高分子电解质膜，如吸湿性树脂、硝化纤维系高分子膜。(2)信息存储材料：定义：用来制作各种信息存储器的一些能够记录和存储信息的材料。在外加物理场(如电场、磁场、光照等)的影响下，信息存储材料发生物理或化学变化，实现对信息的存储。分类：磁记录材料和光存储材料。磁记录材料：1.颗粒涂布型磁记录介质--将磁粉、非磁性胶粘剂和少量添加剂等形成的均匀磁性浆料，涂布于聚酯薄膜上制成。磁粉包括丫-FezQ、BaO-FezQ、金属粉等金属磁粉特点是具有较高的磁感应强度和矫顽力，缺点是稳定性差，易氧化或发生其它反应，表面钝化或合金化控制表面氧化，但降低粒子的磁化强度。钢铁氧体磁粉矫顽力高达398kA/m；1.六方形平板结构和垂直于平板的易磁化轴使它适合作垂直记录介质；2.用C/和Ti2+离子取代部分Fe2+,可降低其矫顽力；3.可制备出直径很小的粒子.高记录密度连续膜介质--为在减薄磁层的同时仍得到足够高的输出电压，须采用连续薄膜型介质；连续膜介质的磁性能、信噪比优于颗粒涂布介质.磁头材料--，本功能会与磁记录介质构成磁性回路，对信息进行加工，包括亚录(录音、录像、录文件)、事放_(读出信息)、单磁(抹除信息)3种功能。磁头材料分类：(1)晶态磁性合金：铝坡莫合金(4%Mo,17%Fe-Ni).铝铁合金(16%Al-Fe)铝硅铁合金(5.4%A1,9.6%Si-Fe)(2)非晶态磁性合金：钻基非晶材料(非晶掺杂P、B,C,XRM锋)铁基非晶材料如Fe72Cr8P13C7,(3)软磁铁氧体：NiZn铁氧体和MnZn铁氧体。光记录材料：将要存储的信息通过调制激光聚焦到记录介质上，使介质的光照微区发生物理或化学的变化实现记录，这就是信息的写入。读出信息时，低功率密度的激光扫描信息轨道，反射光通过光电检测器检测、解调取出所要信息。光存储材料由记录介质层、反射层以及保护层等构成的、具有光学匹配的多层结构。这种在衬盘上沉积了光存储材科的盘片称为光盘。.光盘存储材料特点（优点）：高存储密度：普通单面存—一疏兆；高密度DVD）t盘8G以上。非接触式读、写信息：光学头或盘面磨损、划伤，能自由更换光盘。长存储寿命：磁盘2-3年，光盘存储10年以上。低信息位价格：易于大量复制，容量大，存储单位信息的价格低廉。.分类；只读存储光盘材料（ROM）:记录介质是光刻胶一次写入光盘材料（WORM:-类型-一烧蚀型：中心光照部分的介质微区熔融,表面张力将其拉开，撤去脉冲，孔缘冷凝形成带有信息结构的凹坑起泡型：高熔点金属与聚合物两层薄膜制成。光照使聚合物分解排出气体，形成气泡使聚合物膜面隆起，与周围形成反射率差异，实现反差记录。熔绒型：离子束刻蚀硅表面，形成绒面结构，光照微区使绒面熔成镜面，实现反差记录相变型：光照微区发生非晶相-晶相的转变，利用两相反射率的差异鉴别信息。可擦重写光盘（RW材料-分磁光型与相变型磁光型：稀土-钻合金,如GdCoTbCoGdTbCo和GdTb-FeCo稀土-铁合金,如GdFeTbNiFe、GdTbFe等。石榴石，铁氧体等材料靠光热效应使记录下来的磁畴方向发生可逆变化，不同方向的磁畴使探测光的偏振面产生旋转（即克尔角）作读出信号;利用Kerr磁光效应检测记录单元的磁化方向，磁头中的起偏器产生偏振光扫描信息轨道，然后通过检偏器检测各单元磁化方向实现信息读取信息擦除用原来的写入激光照射信息道，并施加与初始方向相同的偏磁场，记录单元的磁化方向又会复原。注：Kerr发现用直线偏振光射到向上磁化的介质，反射后偏振面会绕反射线向右旋转一定角度；角度一般只有0.3-0.5.称为Kerr角。（磁光克尔效应）。磁光效应：偏振光被磁性介质反射或透射后，其偏振状态发生改变，偏振面发生旋转的现象。由反射磁光材料-具有显著磁光效应的磁性材料称为磁光材料。主要为石榴石型铁氧体薄膜。相变型：靠光热效应在晶态与非晶态之间产生可逆相变，因晶态与非晶态的反射率不同而作为探测信号。利用记录介质在晶态和玻璃态之间的可逆相变实现光盘信息的反复可擦重写:Te（确）半导体合金非Te基的半导体合金写入：对应高功率的激光热效应，快速凝固后介质从晶态转生成玻璃态；读出：对应低功率的激光热效应，介质中的相结构不变化擦除：对应中功率的激光热效应，介质成核、生长，从玻璃态转变成晶态直接重写光盘（OW：与RWK同，其擦与写只用一束激光，一个动作，擦掉信息的同时写入信一（3）信息处理材料：定义:指用于对电信号或光信号进行检波、倍频、混频、限幅、开关、一放大等信号处理的一类信息材料，主要Si、Ge等半导体材料；GaAs系列、InP系列、GaN系列半导体材料，SiO2等氧化物材料，微波铁氧体材料提拉法：在培竭中盛满硅并使其温度保持在高于硅的熔点100c左右，将二颗小的硅种晶浸入硅熔液中，随后旋转拉杆将它缓慢从熔融硅中拉起来。在种晶向上提拉时，熔融的硅附在上面，晶体尺寸逐渐增大，直到最终尺寸。提拉法生产比较均匀、无缺陷而且尺寸较大的单晶硅（300mm1映寸）直拉法：CZ法的特点是在一个直筒型的热系统,用石墨电阻加热，将装在高纯度石英培竭中的多晶硅熔化，然后将籽晶插入熔体表面进行熔接，经过引晶、放大、转肩、等径生长、收尾等过程，一支硅单晶就生长出来了。（最标准的提拉单晶的方法）错：的载流子迁移速率比硅高，相同条件下具有较高的工作频率、较低的饱和压降、较高的开关速度和良好的低温性能，可作为雪崩二极管、高速开关管以及高频小功率三极管等。错还具有优良的红外光学性能，可做为红外窗口和透镜、低温红外探测器及低温温度计等（了解）GaAs\InP是III-V族化合物半导体，这些材料具有优良的半导体特性。GaAs和InP具有电子漂移速度高、耐高温、抗幅照等特点（禁带宽）GaAs中电子有效质量仅为自由电子质量的1/15,电子在GaAs中运动速度比Si中快6-7倍，GaAs做的晶体管开关速度比硅晶体管快1-4倍InP具有比GaAs更优越的高频性能，在超高速、超高频、低功耗、低噪声器件和电路，特别是光电子器件和光电集成方面占有独特的优势高温半导体：（一般都是宽禁带）SiC高温半导体，能隙宽度在2.39eV至3.33eV的范围内变化人造金刚石薄膜：禁带宽度是5.45ev、电子和空穴迁移率均高，抗电场击穿强度大，自然界热导率最高。（4）信息传递材料：光导纤维（玻璃纤维）：主要材料石英光纤是由折射率高的纤芯和折射率低的包层组成的圆柱形光波导介质。光在介质中全反射进行传递。（5）信息显示材料：按照显示原理分类：液晶显示材料（LCD）、等离子体显示材料（PDP）、阴极射线管显示材料（CRT）、场发射显示材料（FED）、真空荧光显小材料、无机电致发光显示材料和有机电致发光显示材料等。37.典型的永磁材料:才骸科不干I的令，羌.AINi爪以体N.酸％竿（.什43.都上水段加於I■心。金属冶炼烧结法制备；用于燃油泵电机，雨刮器电机，内磁式电机（IPM）,混合动力系统，电动助力转向系统永磁铁氧体---汽车刹车系统永磁铁氧体属六角晶系，常见的有金属冶炼烧结法制备；用于燃油泵电机，雨刮器电机，内磁式电机（IPM）,混合动力系统，电动助力转向系统永磁铁氧体---汽车刹车系统永磁铁氧体属六角晶系，常见的有MFeQ9（M=Ba、PdSr）。・永磁铁氧体具有很高的B、Hcb、Hi、（BH）max、和Hko-7《…F彳k"1现「葡S;+匕■&1:灰看版村率福一Sm.：c?o|v・冉门寸「4七”：KUL丁m三41：烟品I/K城4木才米洋,f）（><l4rVJl”见r•永磁铁氧体是一种典型性的节能、节材、节汇、性能/价格比高的材料，至今仍是产量最高、用途最广泛的一种铁氧体材料。（钢铁氧体矫顽力可达2000奥斯特以上）如果要用633nm波长还需要加其他的染料敏化，常用的染料有亚甲基蓝和亚甲基绿。重铭酸盐明胶的另一缺点是全息图经醇脱水后，•永磁铁氧体是一种典型性的节能、节材、节汇、性能/价格比高的材料，至今仍是产量最高、用途最广泛的一种铁氧体材料。（钢铁氧体矫顽力可达2000奥斯特以上）如果要用633nm波长还需要加其他的染料敏化，常用的染料有亚甲基蓝和亚甲基绿。重铭酸盐明胶的另一缺点是全息图经醇脱水后，乳胶面呈现白色，即产生“白膜“（milkwhite）（2）光致抗蚀剂（光刻胶）：它是一种有机光敏材料，广?^应用于集成电路（IC）芯片制造的光刻过程。被记录的图像以一种光刻胶层的表面浮雕形三；被记录下来负性光致抗蚀剂是足久些光交联型光敏树脂，未曝光部分被溶解掉正性光致抗蚀剂是指那些光分解型光敏树脂，曝光部分被溶解掉比在初科・XdFS属于四角品体*曲"•具有最为优异的常温磁性能，号称,磁王%但高温稔定性较差，目前的使用温度通常低于30UP,•NdEeB广泛应用于航空航天、核磁共振、磁悬浮列车、计算机、磁力机械及汽车等领域.•随着电子元崔件向小型化、垂成化、多功能化方向发展,NdEeB粘结磁体在制备轻、肉.短小及形状注杂的产品方面吊1广阔的应用前景.金属冶炼烧结和金属冶炼粘结法制备永磁材料，就是产生磁场的功能材料，要求高B、Hb、Hi、（BH）maxTc和Hk1MGOe7.96kJ/m3汽车电机将是稀土磁体（磁性最强）的主要用途⑵Sin2coi了•Siu£o决有两种晶体给机印高淌卜的ThM理结构（Z:17H结构）和版下的Th曲理结构（2:1解杓）o地风和地Zm是同素异构俶两者的晶体釉十分相优■破体在商沿下（1170C」210C）是2:171理单相固洛俶在1WXTC附近，高温下稔定的2:17H相要发生多形性转变M：17R机38.软磁材料应用（了解）A.车载音响、电视、影像系统：软磁铁氧体材料：MnZn,NiZn,Co2Z磁性器件：电子变压器、电感、eMi、天线B.汽车照明系统：铁氧体材料：MnZn,NiZn,Co2Z金属磁性材料：Fe-系，Co-系,Ni-系C.车载通讯系统：铁氧体材料：MnZn,NiZn,Co2Z金属磁性材料：Fe-系，Co-系,Ni-系薄膜磁性材料：CoNbZr,FeNbSiBCuD.开关电源系统：铁氧体材料：MnZn,NiZn,E.开关磁阻电动机：铁氧体材料：MnZn,金属磁性材料：Fe-系，Co-系,Ni-系使用高磁导率高饱和磁化强度的软磁材料是提高工作效率的关键.信息光学存储和光存储特点：什么是信息的光存储？利用光子与物质的作用，将各种信息如图像、语言、文字以及相关数据记录下来，需要时再将其读出。光学存储的特点：（1）存储密度高；（2）并行程度高；（3）抗电磁干扰；（4）存储寿命长；（5）非接触式读/写信息；（6）信息价格位低。光学存储介质的分类：卤化银乳胶（照相胶片主要物质）重铭酸盐明胶光致抗蚀剂（光刻胶）光致聚合物光导热犁光致变色材料胶片构成：胶片或干板通常以透明的醋酸纤维胶片或玻璃片作为基底，在其上涂一层感光乳胶。乳胶由大量悬浮在明胶中的微小的感光卤化银颗粒组成。（1）重铭酸盐明胶：将牛的软骨、蹄和骨头放在一起煮足够长的时间，它们最终将成为胶状，这些胶在经过提炼可以得到。明胶明胶遇水膨胀。明胶本身对光不敏感，用化学敏化方法增加其感光性，通常是在其中加入重铭酸钱（［NH'LzCrz。），它能够使明胶内部发生变化从而对光敏感。明胶胶片可以通过在衬底上浸涂（dip-coating）或者刮制（doctor-blading）的方法获得，优点：分辨率高和衍射效率高，几乎接近于理论值。缺点：感光度低，而且灵敏波长在蓝光部分。优点：衍射效率高，分辨率在1000cy/m*右。缺点：感光度很低，如用448nm的僦离子激光器记录，曝光量约为2000J/cm2。.光盘系统特点：.存储密度高2.数据传输速率高3.存储寿命长4.信息位价格低5.更换容易激光光盘存储特点；（1）数据存储密度高、容量大。（2）寿命长。r>10year（3）非接触式读/写和擦。（4）信息位价格低。（5）与计算机联机能力强，易于实现随机检索和远距离传输（6）便于大量拷贝复制41.只读存写光盘（CD-ROM）的结构；*第一层是涂了漆的保护层，该层上印有商标。，第二层是铝反射层,当驱动器读光盘时用来反射激光光束。第三层是用聚碳酸脂压制的透明衬底，同时压制出的预刻槽用来对光道径向定位，信息通常存储在光道上只读存储光盘（CD-ROM系统组成：激光头:是CD-ROME动器的主要部件，功能是利用非凹坑上反射的激光强度弱得多这一特性，通过光电转换器，将光盘上的信息转换为电信号；聚焦伺服:自动聚焦伺服系统产生聚焦误差信号，调整光头和光盘之间的距离，保证聚焦点落在光盘的信息面上；道跟踪伺服:采用道跟踪技术，克服光盘的偏心，使聚焦光束落在有凹坑的光道中央.读盘原理：CD-ROM区动器的激光器发出的激光束经透镜整形和聚焦后照在螺旋光道上，对光道进行扫描。从光盘上反射回来的激光束沿原来的光路返回，到达激光束分离器后反射到光电检测器；由光电检测器把光信号变成电信号，再经过电子线路处理后还原成原来的二进制数据。.一次写入多次读出光盘（WORM）写入原理（包含CD-R和DVD-RCD-R的工作原理是利用大功率激光束的热效应使激光焦点照射的有机染料微区、产生不可逆的物理化学变化，形成具有与CD-ROM光盘凹坑相同光学反射特性的信息凹坑.可擦重写光盘（CD-RW/;可重写光盘的存储介质能够在激光辐照下起可逆的物理或化学变化。目前它主要有两类:磁光型和相变型。（如前面所述）磁光型光盘-利用激光和磁场对光信息进行读、写和擦除；（磁光效应）相变型光盘-通过调节激光的强弱使记录材料的晶体状态和非晶体状态互相所换，从而进行旧数据的消除和新数据的写入（反射率或折射率）DVDa光道之间间距由原来的1.6Mm缩小到0.741m而记录信息的最小凹凸坑长度由原来白0.83」m缩小到0.4.m存储容量瓦一.光存储的总言.蓝光技术：一匹低激光波长，提高数值孔径，缩小信息符尺寸，从而提高光盘容量。.多级光盘技术：ML-DVD）t盘凹坑深度不统一，根据编码调制成不同深度的凹坑。控制光盘上凹坑深度使激光的反射功率多级化，配合特有的编码调制技术使单个信息点存储更多的信息。.全息光存储:原理-干涉记录，衍射重现..磁性记录材料的三个阶段.氧化物磁粉（丫-FezO）、.金属合金磁粉（Fe—C^Ni等合金磁粉）.金属薄膜三个阶段。矫顽力和剩磁都得到了很大的提升。金属薄膜是高记录密度的理想介质。薄膜介质是连续性介质，高的矫顽力，高的饱和磁化强度t己录方式：纵向磁化记录一磁化方向与记录介质的运动方向平行的记录方式。如硬盘、软盘、磁带等，提高其存储密度的方式主要是提高矫顽力和采用薄的存储膜层。垂直磁记录-磁化方向和记录介质的平面相垂直的记录方式（记录密度大，容量高）。高密度磁性存储磁记录的方式：是利用磁滞回线的剩磁状态（土Mr）,由正、负脉冲电流通过磁头反向磁化介质来完成的一.半导体存储技术：以挥发性的动态随机存储器（DRAM^口静态随机存储器（SRAM）非挥发性的“闪存”存储器FlashFlash具有非易失性、高速、高集成度和电可擦除等优点。缺点：写入电压较高、读写速度较慢（us量级）和功耗较大,因而需要特殊的电压提升结构从而加大了电路设计的难度传统Flash存储器的隧穿氧化层厚度的减薄不能与技术代发展保持同步，同时单元尺寸的缩小还会带来工艺涨落和随机涨落增加等难题铁电存储器（FRAM:FerroelectricRandomAccessMemory）磁随机存储器（MRAM:MagnetoresistiveRandomAccessMemory）相变存储器（PCM:PhaseChangeMemory）阻变存储器（RRAM:ResistiveRandomAccessMemory）---此四类了解FRAM勺存储原理:是利用铁电晶体材料（如PZT,SBT,BLT等）的自发极化和在外界电场的作用下改变极化方向的特性来进行数据存储。46NRAM主要利用磁致电阻效应来实现高低两种电阻状态的转换而达到二值存储的目的。MRAMJ数据是以磁性状态（而不是电荷）存储，并且读取数据是利用测量电阻来感知，不会干扰磁性状态，因此与现有的Flash,SRAM,DRAM相比，MRAMI有存取速度快、存取次数多、功耗低以及非挥发性等优点，具有广泛的应用领域。（优点）?但MRA瞰性材料薄膜的制备工艺比较复杂，在大面积制备过程中薄膜的厚度容易出现波动，从而两向器件的均匀性和可靠性，与传统CMOS：艺的兼容性还需要进一步优化。（缺点）47.PRAMPRAMlr称为“PhaseRandomAccessMemory",通常也被称为PCM,PCRAM或OUM（OvonicsUnifiedmemory）等。它主要是利用硫化物（Chalcogenide）和硫化合金等材料的相变特性来受现储存的。PRAM器件具有非常简单的金属一绝缘体一金属（M-I-M）结构，通过在电极两端施加不同高度和宽度的电脉冲就可以使得相变薄膜材料在晶相和非品相之间进行转换，使得相变薄膜材料的电阻阻值在高、低阻态之间进行转换，从而实现数据的储存。优点：PRAMH有高速、高密度、较高的存储窗口和多值存储潜力缺陷：擦除（RESET）a程需要较大的电流（＞100^A）,大电流需要大尺寸的晶体管驱动，造成存储密度的降低，同时增加了芯片的功耗，这己成为阻碍其商用化最关键的问题。.RRAM“ResistiveRandomAccessMemory",它主要是利用某些薄膜材料在电激励的作用下会出现不同电阻状态（高、低阻态）的转变现象来进行数据的存储，这和PRAMT相似的地方。基本结构；金属一绝缘体一金属（M-I-M）或金属一绝缘体一半导体（M-I-S）结构，其中上面的金属薄膜作为上电极，中间的绝缘层作为阻变功能层，下面金属或导电的半导体衬底用作下电极。优点;简单的器件结构、优秀的可缩小性、较快的操作速度