电子信息材料绪论课件

电子信息资料教材：李言荣<电子资料导论>参考书：贾德昌<电子资料>本课内容一、绪论二、导电资料三、电阻资料四、超导资料五、半导体资料六、电解质资料七、光电子资料八、磁性资料九、敏感资料电子资料是当前资料科学的一个重要方面,种类多、用途广、涉及面宽。是制造电子元器件和集成电路的根底；是获得高性能高可靠先进电子元器件和系统的保证；同时还广泛运用于印制电路板和微线板、封装用资料、元器件和整机、电信电缆和光纤、各种显示器及显示板，以及各种控制和显示仪表等。一绪论

集成电路芯片——半导体资料太阳能电池——光电资料电容器——电解质资料压电蜂鸣器——电解质资料电阻元件——电阻资料PTC热敏电阻——敏感资料挪动硬盘——磁性资料电子资料：指与电子工业有关的、在电子学与微电子学中运用的资料。包括介电资料、半导体资料、压电与铁电资料、导电金属及其合金资料、磁性资料以及其他相关资料。是制造电子元器件和集成电路的物质根底。分类与特点运用与开展动态1.1电子资料的分类与特点1.1.1在国民经济中的位置1.1.2电子资料的分类1.1.3电子资料对环境的要求1.1.4电子资料与元器件1.1.1在国民经济中的位置电子资料是电子信息产品制造业的重要组成部分，是开展电子信息产业的根底与先导。电子资料作为根底性资料已浸透到国民经济和国防建立的各个领域，没有高质量的电子资料就不能够制造出高性能的电子元器件。1.资料、能源和信息技术是当前国际公认的新科技革命的三大支柱。电子资料处于资料科学与工程的最前沿。2.电子资料的优劣直接影响电子产品的质量，与电子工业的经济效益有亲密关系。3.一个国家的电子资料的种类数量和质量，成了一个衡量该国科学技术、国民经济程度和军事国防力量的主要标志。1．按电子资料的用途分类1.1.2电子资料的分类构造电子资料：能接受一定压力和重力，并能坚持尺寸和大部分力学性质(强度、硬度及韧性等)稳定的一类资料。〔外壳、基片、框架、散热片等〕功能电子资料：能实现光、电、磁、热、力等不同方式的交互作用和转换的非构造资料。2．按电子资料的组成分类无机电子资料有机电子资料(高分子资料)金属资料非金属资料碳、氢、氧、氟、氯、氟等组成的高分子资料3.按资料的物理性质和运用领域分类1.1.3电子资料对环境的要求 电子资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，可以接受各种恶劣的环境。主要表如今以下几方面：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要素1.2电子资料的运用与开展动态为顺应电子整机和设备小型化、轻量化、薄型化、数字化、多功能，如今社会要求电子元器件的开发消费必需向小型化、高集成化、片式化开展；电子资料今后将尽能够顺应电子元器件的这些要求。电子资料的要求和选用原那么电子资料的开展动态电子资料的开展特点1.2.1现代社会对电子资料的要求构造与功能相结合智能资料减少污染节省能源长寿命与可控寿命要求有一些电于资料不仅能作为构造资料运用，而且具有特殊的功能或多种功能。构造与功能相结合要求资料本身具有感知、自我调理和反响的才干，具有敏感和驱动的双重功能.2.智能资料3.减少污染由于人类消费活动的添加和工业污染物的大量排放，已引起生态环境日益恶化。在现代文明社会，人类既期望获得大量高性能和多功能资料，又迫切要求有一个良好的生态环境，实践上这两种要求在某种程度是不协调的。因此对于资料的要求是最大限制地发扬资料的潜在性能和功能，但对环境的危害尽量要小。要求电子资料能长期坚持其根本特性，稳定可靠、用来制造的设备和元件能少维修或不维修。4.节省能源制造资料时耗能尽能少，又可利用新开发的能源。5.长寿命与可控寿命1.2.2电子资料的选用原那么根据元器件性能参数根据元器件构造特点根据元器件工艺特点按经济原那么1.2.3电子资料开展动态先进电子资料有机电子资料电子薄膜(主流)计算机技术与电子资料先进电子资料开展迅度先进电子资料是指用于高新技术，具有高性能，新用途中心作用的各种电子资料，先进电子资料包括：仿生智能资料，纳米资料、先进复合资料、低维资料、高温超导资料和生物电子资料等。纳米电子资料纳米资料的特征 定义：纳米资料是三维空间尺寸中至少有一维处于纳米量级〔1-100nm〕的尺度范围内或由此作为根本单元构成的资料。包括：纳米微粒、纳米纤维、纳米复合资料等。零维：纳米尺寸的粒子一维：纳米粗细尺寸的棒、碳管、线

二维：指空间一维处于纳米尺度，如超薄膜、多层膜。三维：纳米尺寸晶粒的三维块资料纳米资料的根本单元包括：1〕外表效应2〕量子尺寸效应3〕界面相关效应纳米效应：1〕外表效应粒子直径减少到纳米级，外表原子数和比外表积、外表能都会迅速添加；外表原子周围短少相邻的原子，有许多悬空键，具有不饱和性质，易与其它原子相结合，故具有很大的化学活性。外表原子数占全部原子数的

比例和粒径间的关系金属纳米颗粒对光吸收显著添加；熔点会显著下降。金的熔点在普通情况下是1064℃,2nm的金颗粒熔点降为330℃。纳米陶瓷只需用不高的温度即可将其熔化并烧结成耐高温的元件。普通陶瓷没有足够的韧性。而纳米陶瓷甚至可以具有超塑性质。大块资料的能带可以看成是延续的，而纳米资料的能带将分裂为分立的能级。能级间的间距随颗粒尺寸减小而增大。当热能、电场能、或者磁场能比平均的能级间距还小时就会呈现出一系列与宏观物体截然不同的反常特性，称之为量子效应。2〕量子尺寸效应例如：导电的金属在纳米颗粒时可以变成绝缘体；或由金属变为半导体。3〕界面效应由于纳米构造资料中有大量的界面，与单晶资料相比，纳米构造资料具有反常高的分散率，它对蠕变、超塑性等力学性能有显著影响；出现超强度、超硬度、超塑性等。纳米电子资料主要运用方面：纳米磁记录资料纳米半导体催化资料陶瓷增韧与传统的无机资料相比有机资料具有质量轻、易成型、构造易变和半导体特性等优点，日益引起人们的兴趣和注重成为资料科学研讨的热点长期以来，有机电子资料用做电子元器件的绝缘资料、电容器介质资料、液晶显示资料、包封资料和用来控制多层布线浆料和厚膜浆料中的流变件、触变性的改性资料等。目前常用的：2.有机电子资料运用不断扩展有机导电资料有机压电资料有机光电资料有机磁性资料3.电子薄膜资料将成为主流电子薄膜资料：是微电子、光电子、信息存储、传感器、光学等领域的重要组成部分，它的制备与评价是微电子、光电子及其它的电子器件的根底。IntelPentium(III)Microprocessor

在计算机技术发相展的今天，计算机辅助设计与计算机模拟(又称计算机仿真)正在成为各个研讨领域的单独分支。同样地，用于电子资料科学中的计算机辅助设计与模拟正成为研讨电子资料科学的一个重要组成部分。4计算机技术与电子资料传统研讨资料的方法：经过大量实验来验证或研讨资料的某种性能。经过大量或反复的实验来改善工艺以得到较好的工艺参数。原料磁学性能力学性能热学性能电学性能研讨某种纳米资料的性能过程：粉末或膜制备成型处置烧结计算机模拟资料行为：资料计算机模拟直接从实际出发，根据所需求的材料性质，经过计算机软件设计出符合要求的资料结构，然后经过计算机的模拟计算获得资料的性质根据资料的宏观特性利用固体物理、量子化学、统计力学、计算数学知识计算机模拟部分真实实验或设计资料的构造经过计算机软件资料性能根据一定的模拟方法计算机模拟:经过实际，从微观上研讨原子间的相互作用.经过计算，模拟资料的组分、构造与性能，进而深化研讨资料的各参数间的最正确组合，从而进展资料选择工艺设计和制造。计算机模拟根本上不受实验条件、时间和空间的限制，具有极大的灵敏性和随意性。计算机模拟特点：可以经过计算机模拟的结果预测有希望的实验方案，提高实验效率。在许多情况下用计算机模拟比进展实验要快要省。借助计算机模拟的结果，可以预言新资料的构造、性能或者说，经过实际设计来“订做〞具有特定性能的新资料。计算机模拟与普通实验的最大差别在于：普通的实验系统是一个“黑箱〞，人们只能经过结果的输出来了解实验的客体。计算机是按中那么是完全“透明〞的，模拟给出的各种微观信息足以描画系统的静态和动态行为。计算机模拟可以在分子程度上跟踪体系。计算机模拟完全依赖于最根本的物理、化学定律，以及可以自在控制各种近似参数，因此它能提供关于问题的相关物理信息。经过改动这些微观物理、化学的控制信息，进而改动宏观的资料性能。计算机模拟纳米微孔中分子的运动蒙特卡罗法(MonteCarlo)MonteCarlo名字的由来：是由Metropolis在二次世界大战期间提出的：Manhattan方案，研讨与原子弹有关的中子输运过程。MonteCarlo是摩纳哥〔monaco)的首都，该城以赌博出名NicholasMetropolis(1915-1999)Monte-Carlo,Monaco蒙特卡罗方法是以概率论和数理统计学为根底，经过统计实验到达计算某个量的目的赌博时，概率论是一种有力的手段，以蒙特卡罗作为方法的命名，缘由大约于此。MC方法的根本思想:MC是以资料某种性能和概率统计实际为根底，以随机抽样为手段对资料微观性能的某个过程进展模拟。MC是以一个概率模型为根底，按照这个模型所描画的过程，经过模拟实验的结果，作为问题的近似解。MC比较适宜于研讨资料中的随机过程主要运用于模拟：薄膜生长晶粒长大分散相变缺陷行为碰撞和渗流等过程MC解题归结为三个主要步骤：根据欲研讨的物理系统的性质，建立可以描画该系统特性的实际模型，导出该模型的某些特征量的概率密度函数；从概率密度函数出发进展随机抽样，得到特征量的一些模拟结果；对模拟结果进展分析总结，预言物理系统的某些特性。举例：MC方法模拟晶粒的长大多晶资料：晶粒取向随机分布

假设用不同的数字组表示不同的晶粒取向，便构成了无规那么的数字系统。用MC方法模拟晶粒长大步骤：1.建立一个网络体系〔概率模型〕给网络的每个格点赋一个正整数Si(1<Si<Q)代表该格点处的晶粒取向。Q越大，表示晶粒取向越多，思索实践资料的结晶性质。所以Q应足够大。

2.然后将延续的组织离散化假设一个格点和相邻的格点取向一样晶粒(格点)假设一个格点和相邻的格点取向不同晶界(实线)3.建立各种估计量晶粒长大的驱动力来自界面能。任一格点i的能量Ei可描画为：式中，J为界面能的一个量度δij为克罗内克尔记号N为体系总格点数e为能量阶数nn为格点i最临近的格点数〔nn=12〕Ck是与能量阶数有关的能量作用常数，〔C1=1C2=0.5〕MC方法模拟晶界挪动随机选取格点，取向Si计算任一格点Ei在剩下Q-1个晶粒取向中尝试任选一个取向Si´重新计算任一格点Ei´格点取向变化几率：[0，1]区间产生一个均匀分布的随机数RP≥R格点i取向可以接受，Si´替代Si胜利。晶界发生迁移P<R格点i取向变化不可以接受，晶界不发生迁移N次尝试为一个MCS一个MCS为一个格点有一次变化的时机1.2.4电子资料开展的特点电子信息产业本身开展的特点是：(1)资料更新快、技术开展快、种类多(2)资料增值高(3)质量要求高(4)消费的国际化这些开展与要求促进了资料工艺与科学不断开展(1)资料更新快、技术开展快、种类多制备资料的工艺，设备不断完善，新的资料不断出现(2)资料增值高普通的传统资料，由原资料加工成材，增值不过几倍，个别达十几倍。而电子资料，由于其在加工过程中技术密集，因此可增值几十倍或更高。例如1Kg硅砂加工成硅单晶的抛光片，增值约50倍；如加工成外延片可增值I00倍以上。(3)质量要求高例如：一个硅片的价钱