电子功能材料与元器件习题答案

第一章作业

1．形状记忆合金为什么具有形状记忆的功能

答：马氏体相变过程如右图。

将形状记忆合金从高温母相（a）冷却，在低于室温附近的某一温度时，母相（a）变为马氏体相（b），这时的马氏体是由晶体结构相同，结晶方向不同的复数同系晶体构成，同母相相比，各同系晶体都发生了微小变形，但形成同系晶体时避免相互之间形变，从而保证在外形上没有改变。马氏体相中的A面和B面在足够小的力下即能移位，所以马氏体相材料柔软，易变形，在外力作用下，马氏体向着外力择优的方向变形为变形马氏体相（c）。此材料在加温时，又能返回母相（a），从而恢复形状，马氏体相（b）在温度高于一定程度逆相变点Af时也能返回高温母相。

一般来说，高温母相只有温度冷却到马氏体相变温度Ms以下时，才开始向马氏体相转变，但在外力作用下，即使温度高于逆相变点（Af），也能形成马氏体相，但此时仅能形成择优方向的变形马氏体，由于在温度高于（Af）时，马氏体相能量不稳定，除去电荷后立即能恢复到母相（a）。

综上可知，形状记忆合金具有形状记忆功能。

2．分析说明温度变化对高纯的Cu，Si及(Cu-Al-Ti-Ni)形状记忆合金电阻率（ρ）的影响

1）Cu(金属)：温度升高散射作用增大，电阻率（ρ）升高；温度下降散射作用减小，电阻率（ρ）下降；

2）Si（半导体）：温度升高晶格散射加剧会使μ

减小，但激发产生的载流子增

多，使ρ减小占优势，从而使宏观电阻率ρ减小，使Si呈现负温度特性。3）(Cu-Al-Ti-Ni)形状记忆合金：

①.母相立方晶体，晶格畸变小，散射作用弱，ρ小，马氏体相为斜方晶体，晶格畸变大，散射作用大，ρ大。

②相变过程中，混合相看哪相比例大。

③温度升高，散射作用大，ρ增大；温度下降，散射作用小，ρ减小；

④实线（降温过程）：母相（高温）→ Ms: T减小，ρ减小；Ms → M

:立方→

斜方变化，T减小，ρ增大；M

→ 马氏体：T减小，ρ减小

虚线（升温过程）：马氏体→As: T升高，ρ增大。As→ A

:斜方→ 立方变化，

T升高，ρ减小； A

→母相：T升高，ρ升高

3.．超导体处于超导态时应具备哪些特征如何理解超导体的“零电阻”

特征：1）零电阻效应（T

，R→0）

2）迈斯纳效应（T

，B=0）

3）临界磁场效应（T

c ，H>H

超导态破坏）

4）临界电流效应（T

c ，I>I

超导态破坏）

“零电阻”：1）T

，R→0（比常导体的剩余电阻小得多） 2）对直流而言

3）T

，R突变为0

4..解释超导机理的BCS理论的主要内容是什么并讨论超导体中常导电子和超导电子的关系如何

要点：1）具有相同速度方向相反的电子在点阵阳离子作用下可结成库伯对——超流粒子。

2）电子按费米球分布，能量低的在费米球内形成常导电子，能量高的在费米面附近。

，全部为常导电子。

3）常导电子和超导电子可以温度而相互转化T>T

，形成的库伯对随T降低而增多，T≈0K时，全部形成库伯对。

关系：T

5.以GaAs/GaAlAs组成的超晶格为例，讨论材料厚度变化对晶格材料性质有哪些影响

要点：如果交替生长的薄膜厚度较大，那么量子阱和子能带就不明显，甚至消失而不具有超晶格作用，只能表现出两种禁带宽度E1和E2不同异质结作用。

性质：（1）晶格常数（2）禁带宽度（3）隧道效应（4）子能带（5）高速化

6. 组分超晶格中子能带是如何形成的，影响其禁带宽度的因素有哪些

影响其禁带宽度的因素：有效质量和势阱宽度。

7.分析设计应变超晶格材料时，影响其晶格常数和禁带宽度的因素及相互关系

8.电介质中通常会产生那几种极化方式，简要说明。

9.分析外电场对晶界势垒及材料的宏观电导率的影响。

10.在实际应用中，如何来调整半导体陶瓷材料的电阻呢

11.分析石英晶体各个轴向产生压电效应的机理。

第二章作业

晶体中，常见的点缺陷有哪些并说明电离缺陷的电学性质及成因

常见点缺陷种类：施主：M

i ,V

(高价替代)

受主：V

M ，F

,(高价替代)

Xi 难生成成因：

1）具有弗朗克（FrenKel）缺陷的整比化合物2）反弗朗克缺陷的整比化合物

3）肖特基（Schottky）缺陷

4）反肖特基缺陷

5）反结构缺陷

6）非整比化合物M

1-y X（产生V

）

7）Vx空位的产生：MX

1-y

8）非整比化合物M

1+y X（M

产生）

9）产生Xi缺陷MX

1+y

2.写出处理金属氧化物（MO）晶体中缺陷平衡问题的方法步骤；若真空热处理的MO中主要缺陷为间隙金属原子（M (i)），且为全电离状态，试推导其电导率与氧分压（PO2）的关系式

方法：1）根据所给工艺条件，写出产生的主要缺陷反应式；

2）写出相应质量作用定律表达式；

3）写出简化的电中性条件；

4）利用简化的电中性方程和质量作用定律求出缺陷的浓度表达式

5）讨论缺陷浓度与T, P O2关系。

()21

2'2

i MO M e O g =++g g

22[][']i O K M e P =g g （1）

电中性方程：[']2[]i e M =g g （2）

（2）代入（1）有：2

36[']O n e K P -== （3）

n n O

nq K q P σμμ-== （5）

3. 分析非化学计量比

MO 中Vo 占优点缺陷,电导率与

氧分压（Po2）的关系。（分高温和低温时讨论即双电离和电电离时讨论）

o V ?占优：

低温时：

()'

O V e O g 2

?++g ?

质量作用定律： 222

[][']o O K V e P =g （1）

电中性方程： 'O e V

????=????g （2）

24[']O K e P = （3）

()21

44[']O n e K P -== （4）

电导率： ()21

4n n O nq K q P σμμ-== （5）

高温（）

质量作用定律： 224

[][']o O K V e P =g g （6）

电中性方程： [']2[]o e V =g g （7）

（2）代入（1）有：

1[']4

O K e P = ()21

66[']4O n e K P -== （8）

电导率： ()2

64n n O

nq K q P σμμ-== （9） 4.要熟练掌握杂质对非化学计量比组成的晶体中的缺陷平衡的影响的推导，包括金属间隙型氧化物M 1+y O ，和金属缺位型氧化物M 1-y O 的高价和低价掺杂情况(四种情况)。

5.对2-2和2-3节进行小结，充分了解不同类型缺陷浓度与PO2的关系及变化规律。

上课时总结过。

6.写出对M2O3体系中分别进行高价、低价掺杂的缺陷反应。 Ppt 上有。

7.对施主掺杂的晶体MO ，分别进行快速降温和正常降温，缺陷浓度及分布状态有何不同 P62。

第三章作业

1．还望焦克模型及其局限性 p70p73 2.丹尼尔斯模型要点及其解释的实验事实p73

3.势垒高度表达式 p71

4.如何理解铁电补偿在解释PTC 效应中的作用机理。p72

导电机制与结构关系. p76

6.在MnO 中加入NiO 经高温处理，可形成半反或全反尖晶石结构，写出相应的结构式

和导电过程。p77

7.试说明由A,B 两种导体组成的热电偶的工作原理并推导出其总热电势的表达式

接触电势：两种不同导体接触时，在接触处由于载流子浓度的不同相互扩散而形成接触电势差。

温差电势：一种导体两端由于温度不同，电子从高温端向低温端扩散而产生温差电势。

热电偶回路中包括两个方向相反的接触电势和两个温差电势。当两端置于不同温度下，则产生总的热电势。

接触电势： (T) =

n n e KT ln

(T 0) =

n n e KT ln

0 总的接触电势为： (T) - (T 0) =

()B

A n n T T e

KT ln 0-

A,B 各自的温差电势： e A (T,T 0) = dT T T A ?0

e B (T,T 0) = dT T

T B ?0σ

总的温差电势： e A (T,T 0) - e B (T,T 0) = ()dT T

T B A ?-0

σσ

热电偶的总热电势为：

E AB = e AB (T) – e AB (T 0) - e A +e B =

()B

n n T T e

K ln 0- - ()dT T

T B A ?-0

σσ

E AB = [e AB (T)–()dT T

B A ?-0

σσ] - [e AB (T 0)–()dT T B A ?-0

σσ] = E AB (T) - E AB (T 0)

第四章作业

1.利用能带理论说明N 或P 型半导体的气敏

N 型在书上， P 型如下：

（1）单晶颗粒

Ａ<Ｗｓ的气体吸附，即还原性气体吸附。空穴将由半导体表面向气体转移，形成正电荷吸附。导致半导体表面空穴减少，能带向下弯曲。电导下降。

Ａ>Ｗｓ的气体吸附，即氧化性气体吸附。空穴将由气体向半导体表面转移，形成负电荷吸附。导致半导体表面空穴增多，能带向上弯曲。电导增大。

（2）晶界

P 型半导体晶界处势垒如图

在晶界处，空气中的氧的吸附很难形成，所以晶界处势垒即接触势垒

P 型半导体的正电荷吸附

Ａ<Ｗｓ的气体吸附平衡状态

当接触还原性气体时，能带将进一步向下弯曲，电阻增大，即电导下降。

当接触氧化性气体时，能带向下弯曲的程度减小，电阻下降，即电导上升。

总电阻R=Rv+Rs，所以P型半导体接触还原性气体时，电导下降。P型半导体接触氧化性气体时，电导上升。

2. SnO2气敏元件为什么呈现高阻状态

高阻成因：1）晶界势垒

2）表面氧的负离子吸附（O

ads -、O

ads

2-）

3.试分析说明SnO2气敏元件检测H2气的工作机理。

高阻成因：1）晶界势垒

2）表面吸附氧形成的负离子吸附（将N-半材导带电子束缚）

反应：H 2在N-SnO 2晶粒表面形成正离子吸附（将电子给SnO 2）

H 2 (g) = 2H ads

另，2222'ads H O H O e -

+=+（将电子释放还给SnO 2）

使器件的R↓，σ↑，且与H 2浓度成正比。

5.电阻型气敏元件的灵敏度定义方法，提高灵敏度的方法 p 89和 p100

6.电阻型气敏元件的选择性定义方法，提高选择性的方法 p 90和 p100

7. 说明掺Y2O3的ZrO2氧传感器的工作原理

O 2传感器原理：P O2(1)> P O2(2) Pt(+):O 2+4e→2O 2- Pt(-):2O 2-→O 2+4e

O 2穿过多孔Pt 电极，并在电极处形成O 2-，在ZrO 2中借助V O 空位扩散到Pt(-)，并形成O 2。

输出 22(1)ln[](2)4O O P RT E P F

2(2)O P 为已知，可求2(1)O P 。

8 减少汽车尾气污染的工作原理及工作过程。

汽车尾气净化：1）尾气排出前经三元催化剂净化的效果与尾气中P O2有关，而

P O2大小又由燃烧室中燃料燃烧状态决定。

2）空燃比由空气过剩率λ表示，（λ=1）为理论空燃比（最好）。

3）λ<1，缺氧，CO 、HC 净化率低；λ>1，氧过剩，NO x 净化差；只有λ≈1时效果

最好，此时氧传感器输出（E ）正发生急剧变化。E→，λ<1，应增大空气量；E→0，λ>1，应减小空气量，从而保持λ≈1，燃烧最充分，净化效果最好。

电子材料与元器件论文

CMOS图像传感器工作原理和应用姓名：学院：班级：组号：日期：2014年12月9日

摘要随着集成电路制造工艺技术的发展和集成电路设计水平的不断提高，基于CMOS集成电路工艺技术制造的CMOS图像传感器由于其集成度高、功耗低、体积小、工艺简单、成本低且开发周期较短等优势，目前在诸多领域得到了广泛的应用，特别是数码产品如数码相机、照相手机的图像传感器应用方面，市场前景广泛，因此对CMOS图像传感器的研究与开发有着非常高的市场价值。本文首先介绍了CMOS图像传感器的发展历程和工作原理及应用现状。随后叙述了CMOS图像传感器的像元、结构及工作原理，着重说明了成像原理和图像信号的读取和处理过程，以及在数字摄像机，数码相机，彩信手机中的应用方式。一、CMOS图像传感器的发展历史上世纪60年代末期，美国贝尔实验室提出固态成像器件概念：互补金属氧化物半导体图像传感器CMOS —Complementary Metal Oxide Semiconductor 电荷耦合器件图像传感器（CCD） CMOS与CCD图像传感器的研究几乎是同时起步，固体图像传感器得到了迅速发展。 CMOS图像传感器：由于受当时工艺水平的限制，图像质量差、分辨率低、噪声降不下来，因而没有得到重视和发展。 CCD图像传感器：光照灵敏度高、噪音低、像素少等优点一直主宰着图像传感器市场。由于集成电路设计技术和工艺水平的提高，CMOS图像传感器过去存在的缺点，现在都可以找到办法克服，而且它固有的优点更是CCD器件所无法比拟的，因而它再次成为研究的热点。 1970年,CMOS图像传感器在NASA的喷气推进实验室JPL制造成功， 80年代末，英国爱丁堡大学成功试制出了世界第一块单片CMOS型图像传感器件， 1995年像元数为（128×128）的高性能CMOS 有源像素图像传感器由喷气推进实验室首先研制成功。 1997年英国爱丁堡VLSI Version公司首次实现了CMOS图像传感器的商品化。 2000年日本东芝公司和美国斯坦福大学采用0.35mm技术开发的CMOS-APS，

第三章电力电子器件的原理与应用

第三章电力电子器件的原理与应用在城市轨道交通车辆的电力牵引系统中，为了完成从直流到直流或直流到交流的电能变换与控制，大量应用着各种电力电子器件。 1947年，第一只晶体管的研制成功，开创了半导体固态电子学；1957年，美国通用电气公司发明了第一只晶闸管，从此电子技术朝两个分支发展．：一支是对信息处理的微电子技术，其发展的特点是集成度越来越高，集成规模越来越大；另一支是对电能进行转换与控制的电力电子技术，其发展的特点是晶闸管的派生器件越来越多：功率越来越大。近年来，微电子技术与电力电子技术又在各自发展的基础上相结合，产生了一批工作频率高，具有门极全控性能的功率集成器件，它们的品种越来越多，功率越来越大，性能越来越好，已经形成了庞大的电力电子器件家族“树”（图3-1）。根据器件内部载流子参与导电的种数不同，电力半导体器件分为三大类。只有一种载流子，即只有多数载流子参与导电的电力半导体器件称单极型器件，如电力场控晶体管（电力MOSFET）、静电感应晶体管(SIT)等。有空穴和电子两种载流子参与导电的电力半导体器件称双极型器件，如GTO、GTR、SITH等。第三种是单极型器件与双极型器件的复合集成器件，如绝缘栅双极晶体管（IGBT或简称 IGT）是用单极型的MOSFET 作为控制元件、以双极型的 GTR作为主导元件的复合管。不同类型的电力电子器件具有不同的性能，双极型器件如SCR、GTO、GTR、SITH等，它们的通态压降较低，阻断电压高，电流容量大，适用于中大容量的变流设备。其电压和电流的定额都高达103级。在双极型器件中除静电感应晶闸管(SITH)为电压控制型器件外，其余的SCR及其家族和GTR等均为电流控制型器件，其控制性能不如单极型器件，功耗也比较大。单极型器件的主要优点是：仅有多数载流子导电，无少数载流子存储效应，因而开关时间短，一般为纳秒数量级(典型值为20 ns)；例如电压1000 V，电流200 A的电力MOSFET，开关时间仅13ns。输入阻抗很高，通常大于40MΩ，故又称电压控制型器件；电流具有负的温度系数，温度上升时电流下降，因而器件有良好的电流自动调节能力，不易产生局部热点，所以二次击穿的可能性极小，这一点与双极型器件根本不同。其不足之处是导通压降高、电压和电流定额都较双极型器件小。复合型器件既有如GTR、SCR等双极型器件的电流密度高、导通压降低等优点，又有MOSFET等单极型器件输入阻抗高、响应速度快的优点。因此越来越引起高度重视。目前已开发的器件有：肖特基注入MOS门极晶体管（SINFET）、绝缘栅双极晶体管（IGBT）、MOS控制晶体管(MGT)、MOS控制晶闸管(MCT或MCTH)以及功率集成电路（PIC）和智能型功率集成电路(SPIC)、智能型功率模块(IPM)等。

半导体信息功能材料与器件的研究新进展_图文(精)

第28卷第1期中国材料进展v。1.28N。.1 2009年1月MATERIALS CHINA Jan.2009 半导体信息功能材料与器件的研究新进展王占国 (中国科学院半导体研究所半导体材料科学重点实验室,北京100083 摘要:首先简要地介绍了作为现代信息社会基础的半导体材料和器件极其重要的地位,进而同顾了近年来半导体光电信息功能材料,包括半导体微电子、光电子材料,宽带隙半导体材料,自旋电子材料和有机光电子材料等的研究进展,最后对半导体信息功能材料的发展趋势做了评述。关键词:半导体微电子;光电子材料;宽带隙半导体材料;自旋电子材料;有机光电子材料中图法分类号:TN304:TB34文献标识码:A文章编号:1674—3962(2009Ol-0026一05 Recent Progress of Semiconductor Information Functional Materials WANG Zhanguo (Institute ofSemiconductors,Chinese Academy ofSciences,Beijing100083,China Abstract:The extreme importance of semiconductor materials and devices as a foundation of the modern informational society js briefly introduced first in this paper,Then the recent progress of semiconductor microelectronic and optoeleetron?iC materiMs including silicon,GaAs and InP crystals and itS mierostructures,wide band gap semiconductors materials, spintronic materisis and organic semiconductor optoelectronic

电子功能材料

什么是电子功能材料？定义1：所谓电子功能材料，是以发挥其物理性能（如电、磁、光、声、热等）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而主要用于电子信息工业的材料定义2：根据在器件中所起的作用，可将电子功能材料定义为：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顺利发挥而主要用于电子信息工业的材料。定义3：具有某种功能效应的材料。功能效应是指材料的光、电、磁、热、声等物理特性以及这些物理特性参量之间的相互耦合（转换）效应。有哪些电子功能材料？1.按电子材料的用途分类，通常把电子材料分为结构电子材料[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]和功能电子材料[指除强度性能外，还有其特殊功能，如能实现光、电、磁、热、力等不同形式的交互作用和转换的材料；在应用中，主要是其功能而不是机械力学性能] 2.按组成分类，从化学作用的角度，可以将电子材料分为无机电子材料[又可分为金属材料（以金属键结合）和非金属材料（硅等元素半导体、金属的氧化物、碳化物、氮化物等，他们以离子键和共价键结合）]和有机（高分子材料）电子材料[主要是由碳、氢、氧、氮、氯、氟等组成的高分子材料，大部分是以共价键和分子键结合] 电子功能材料有些什么作用？什么是标量、矢量及二阶张量？它们的下标数、分量数各为多少?无方向的物理量，称为标量（也称零阶张量）。它们完全由给定的某一数值来确定；与方向有关的物理量，称为矢量（也称一阶张量）。它们不仅有大小，而且有一定的方向；n维空间n*n的矩阵即二阶张量。下标数0、1、2.量数1、3、9. 求和规则是什么？根据求和规则如何表示 ∑ = = 3 1 j j ij i E Dε)3,2,1 (= i

电子元器件行业现状

1、电子元器件行业现状我国电子元件的产量已占全球的近39％以上。产量居世界第一的产品有：电容器、电阻器、电声器件、磁性材料、压电石英晶体、微特电机、电子变压器、印制电路板。伴随我国电子信息产业规模的扩大，珠江三角洲、长江三角洲、环渤海湾地区、部分中西部地区四大电子信息产业基地初步形成。这些地区的电子信息企业集中，产业链较完整，具有相当的规模和配套能力。我国电子材料和元器件产业存在一些主要问题：中低档产品过剩，高端产品主要依赖进口；缺乏核心技术，产品利润较低；企业规模较小，技术开发投入不足。 2、电子元器件行业发展趋势技术发展趋势新型元器件将继续向微型化、片式化、高性能化、集成化、智能化、环保节能方向发展。市场需求分析随着下一代互联网、新一代移动通信和数字电视的逐步商用，电子整机产业的升级换代将为电子材料和元器件产业的发展带来巨大的市场机遇。我国“十一五”发展重点我国《电子基础材料和关键元器件“十一五”专项规划》重点强调新型元器件、新型显示器件和电子材料作为主要分产业的发展目标。注：上表所列信息与数据引自商务部网站、国研网、统计局网站 3、阿里巴巴关于“电子元器件”买家分布情况在alibaba买家分布中，广东、浙江、江苏买家数占78%，其市场开发潜力巨大。 4、阿里巴巴电子元器件企业概况

目前通过阿里巴巴搜索“电子元器件”有43533310条产品供应信息，这些企业中有很多实现了从做网站、做推广、找买家，谈生意、成交等一站式的业务模式。当前有效求购“电子元器件”的信息已达到50536条（数据截止2008-10-23）。阿里巴巴部分电子元器件行业企业公司名称合作年限公司名称合作年限深圳市百拓科技有限公司 3 靖江市柯林电子器材厂 6 深圳赛格电子市场广发电子经营部 4 乐清市东博机电有限公司 6 镇江汉邦科技有限公司7 温州祥威阀门有限公司 6 无锡市国力机电工程安装有限公司 5 上海纳新工业设备有限公司 6 深圳市恒嘉乐科技有限公司 6 天津市天寅机电有限公司科技开发分公司 6 厦门振泰成科技有限公司 6 常州市武进坂上继电器配件厂 6 5、同行成功经验分享公司名：佛山市禅城区帝华电子五金制品厂——一个“很有想法”的诚信通老板主营产品：16型电位器;开关电位器;调光电位器;调速电位器;直滑式电位器等加入诚信通年限：第4年佛山市禅城区帝华电子五金制品厂的董仁先生是一个“很有想法”的老板，虽然公司成立的时间不长，但是有很多经营理念。董先生是很健谈的人，据他介绍，帝华电子是以生产进口碳膜电位器和五金批咀的专业厂家，加入阿里巴巴诚信通已有两年时间。对于加入诚信通的目的，董先生的解释比较独特：“我们的产品属于电子设备及家用电器的元器件，和终端消费者没有直接的联系，就是把我们的产品扔两箱在大街上，扫大街的都没人要。而且我们的销售方式和普通厂家也不太一样，我们在国际国内都有销售办事处，同时还采用配套享受的形式。因此，我们加入诚信通并不是希望直接获得订单，而是想通过阿里巴巴的巨大知名度来提升我们公司的知名度，要让相关客户都知道中国有我们这样一个生产进口碳膜电位器和五金批咀的专业厂家。” 对于经营管理上的困难，董先生直言不讳：“当然，我们现在也遇到不少的困难，最困扰我的两个主要问题一是运输物流，二是生产。到现在我还没找到值得信赖和长期合作的物流公司，公司产品的运输经常得不到保证。现在阿里巴巴的网络交易渠道和交易方式已经很完善，我们也迫切希望阿里巴巴能提供物流服务。另一方面，最关键是生产上的问题，我们的生产往往赶不上订单的速度，这两个问题我正在努力解决中。” 对于公司今后的长远发展，“我们现在还属于生产元器件的厂家，随着公司的壮大，今后我们还将向半成品和终端消费品发展，我希望我们能形成终端消费品和相关的配套产业一条龙生产。”董先生显得踌躇满志。

电力电子器件大全及使用方法详解(DOC 42页)

第1章电力电子器件主要内容：各种二极管、半控型器件-晶闸管的结构、工作原理、伏安特性、主要静态、动态参数，器件的选取原则，典型全控型器件：GTO、电力MOSFET、IGBT，功率集成电路和智能功率模块，电力电子器件的串并联、电力电子器件的保护，电力电子器件的驱动电路。重点：晶闸管的结构、工作原理、伏安特性、主要静态、动态参数，器件的选取原则，典型全控型器件。难点：晶闸管的结构、工作原理、伏安特性、主要静态、动态参数。基本要求：掌握半控型器件-晶闸管的结构、工作原理、伏安特性、主要静态、动态参数，熟练掌握器件的选取原则，掌握典型全控型器件，了解电力电子器件的串并联，了解电力电子器件的保护。 1 电力电子器件概述 (1)电力电子器件的概念和特征主电路（main power circuit）--电气设备或电力系统中，直接承担电能的变换或控制任务的电路；电力电子器件（power electronic device）--可直接用于处理电能的主电路中，实现电能的变换或控制的电子器件；广义上电力电子器件可分为电真空器件和半导体器件两类。两类中，自20世纪50年代以来，真空管仅在频率很高（如微波）的大功率高频电源中还在使用，而电力半导体器件已取代了汞弧整流器（Mercury Arc Rectifier）、闸流管（Thyratron）等电真空器件，成为绝对主力。因此，电力电子器件目前也往往专指电力半导体器件。电力半导体器件所采用的主要材料仍然是硅。同处理信息的电子器件相比，电力电子器件的一般特征： a. 能处理电功率的大小，即承受电压和电流的能力，是最重要的参数；

电力电子器件在工作原理上的差别

电力电子器件（GTO 、GTR 、MOSFET 、IGBT 、IGCT 、MCT ）在工作原理上有什么差别？分析：电力电子器件（power electronic device ）——可直接用于处理电能的主电路中，实现电能的变换或控制的电子器件。 1. 门极可关断晶闸管（Gate Turn Off Thyristor--GTO ）。晶闸管的一种派生器件，可以通过在门极施加负的脉冲电流使其关断，GTO 的电压、电流容量较大，与普通晶闸管接近，因而在兆瓦级以上的大功率场合仍有较多的应用。晶闸管的双晶体管模型及其工作原理 GTO 是由P1N1P2和N1P2N2构成的两个晶体管V1、V2分别具有共基极电流增益α1和α2。α1+α2=1是器件临界导通的条件。当α1+α2>1时，两个等效晶体管过饱和而使器件导通；当α1+α2<1时，不能维持饱和导通而关断。GTO 导通过程与普通晶闸管一样，只是导通时饱和程度较浅。GTO 关断过程：强烈正反馈——门极加负脉冲即从门极抽出电流，则I b2减小，使I K 和I c2减小，I c2的减小又使I A 和I c1减小，又进一步减小V2的基极电流。当I A 和的减小使 α1+α2<1时，器件退出饱和而关断。多元集成结构还使GTO 比普通晶闸管开通过程快，承受d i /d t 能力强。 2. 电力晶体管（Giant Transistor ——GTR ） GTR 耐高电压、大电流的双极结型晶体管（Bipolar Junction Transistor ——BJT ），英文有时候也称为Power BJT 。在电力电子技术的范围内，GTR 与BJT 这两个名称等效。20世纪80年代以来，在中、小功率范围内取代晶闸管，但目前又大多被IGBT 和电力MOSFET 取代。 A P 1 A G K N 1P 2 P 2N 1 N 2a) b)

电子基础材料和关键元器件十二五规划

子规划1：电子基础材料和关键元器件“十二五”规划

目录前言 (1) 一、“十一五”产业发展回顾 (1) （一）产业规模稳步增长 (1) （二）企业实力进一步增强 (2) （三）生产技术水平持续提升 (3) （四）清洁生产稳步推进，循环经济初步发展 (4) （五）产业发展仍存在突出问题 (4) 二、“十二五”期间产业发展面临的形势 (5) （一）产业面临良好发展机遇 (5) （二）技术创新孕育新的突破 (5) （三）外部环境变化对产业的挑战日趋严峻 (6) （四）产业面临转型升级的迫切需要 (6) 三、产业发展的指导思想和目标 (7) （一）指导思想 (7) （二）发展目标 (7) 1、经济指标 (7) 2、结构指标 (7) 3、创新指标 (8) 4、节能环保指标 (8) 四、主要任务和发展重点 (8) （一）主要任务 (8) 1、推动产业升级 (8) 2、加强科技创新 (9) 3、统筹规划产业布局 (9) 4、加强自主品牌建设 (9) 5、促进产业协同发展 (10)

6、积极参与国际合作 (10) （二）发展重点 (10) 1、电子材料 (10) 2、电子元件 (12) 3、电子器件 (13) 五、政策措施和建议 (14) （一）加强政府引导，完善产业政策 (14) （二）发挥财政资金作用，创造良好投融资环境 (14) （三）提升产业创新能力，推动产业升级 (15) （四）优化产业布局，统筹规划区域发展 (15) （五）加强行业管理，促进产业健康发展 (15) （六）重视人才培养，积极参与国际交流合作 (16)

前言电子材料和元器件是电子信息产业的重要组成部分，处于电子信息产业链的前端，是通信、计算机及网络、数字音视频等系统和终端产品发展的基础，对于电子信息产业的技术创新和做大做强有着重要的支撑作用。为全面科学地总结“十一五”的发展经验，明确“十二五”期间我国电子基础材料和关键元器件产业的发展方向，确保产业健康发展，根据《工业转型升级“十二五”规划》、《信息产业“十二五”发展规划》和《电子信息制造业“十二五”发展规划》，制定本规划。本规划涉及电子材料、电子元件、电子器件三大行业中的基础材料和关键元器件，是“十二五”期间我国电子基础材料和关键元器件产业发展的指导性文件，以及加强行业管理、组织实施重大工程的重要依据。一、“十一五”产业发展回顾（一）产业规模稳步增长我国电子材料和元器件产业在“十一五”期间产量、销售额、进出口总额都有较大幅度提升，增强了我国作为基础电子生产大国的地位。虽然期间受金融危机冲击，产业经历小幅调整，但总体发展稳定。2010年，在国内行业整体增长特别是新兴产业快速发展的带动下，行业恢复发展到历

信息功能材料与器件专业介绍

开设的主要专业课程：材料热力学、固体材料学、器件物理、纳米电子学、信息存储与显示、计算物理、扫描隧道显微学、薄膜物理与技术、高等结构分析、固体电子谱与离子谱等。 21世纪是以信息产业为核心的知识经济时代。随着信息技术向数字化、网络化的迅速发展，超大容量信息传输、超快实时信息处理和超高密度信息存储已成为信息技术追求的目标。信息的载体正由电子向光电子结合和光子方向发展；与此相应，信息材料也从体材料发展到薄层、超薄层微结构材料，并正向光电信息功能集成芯片和有机／无机复合材料以及纳米结构材料方向发展。历史发展表明，信息功能材料是信息技术发展的基础和先导；没有硅材料和硅集成芯片的问世，就不会有今天微电子技术；没有光学纤维材料的发明，砷化镓材料的突破，超晶格、量子阱材料的研制成功，以及半导体激光器和超高速器件的发展，就不会有今天先进的光通信、移动通信和数字化高速信息网络技术；可以预料，基于量子效应的纳米信息功能材料的发展和应用，人类必将进入一个变幻莫测、奇妙无比的量子世界，必将彻底地改变世界政治、经济格局和军事对抗形式，也将对人类的生产和生活方式产生深远的影响。信息功能材料与器件是一个科学内涵极丰富、创新性极强、应用前景极广阔、社会经济效益巨大的领域，极有可能触发新的信息技术革命。建议将下述关键信息功能材料与器件研发内容，列入国家中长期科学与技术发展规划，给以重点支持，符合国家长远利益和国家发展战略。（1）微纳电子材料和器件：微纳电子材料和器件是信息产业的基础和核心，它的发展对带动我国相关产业实现技术跨越，提升我国经济和产业的国际竞争力，实现我国经济社会的可持续发展和保障国家安全等都有着不可替代的作用。研究内容主要包括：ULSI用12－18英寸硅晶片和外延材料，SOI材料，高K和低K介质，金属互连，框架、封装材料以及基于纳米特征尺度的超大规模集成电路设计和集成芯片制造技术等。（2）光电子材料与器件：光电子材料和器件是光通信、移动通信和高速信息网络的基础，它的发展和应用将极大地提高人民的生活质量，并对保障国家安全，提升我国高技术产业的国际竞争力具有至关重要作用。大直径（6－8英寸）GaAs、InP单晶和片材规模生产、制备技术，GaAs、InP基为代表的Ⅲ－V族化合物半导体微结构材料、器件和集成芯片批量制造技术，硅基高效发光材料和硅基混合光电集成芯片材料与电路以及有机半导体光电子材料与器件的研发等为主要研发内容。（3）第三代（高温宽带隙）半导体材料与器件：以氮化镓和碳化硅等为代表的第三代半导体材料，以其优异的物理和化学性能在国防、航空、航天、石油勘探、

电子功能材料期末总结

无方向的物理量，称为标量（也称零阶张量）。与方向有关的物理量，称为矢量（也称一阶张量）。电场强度、电位移、温度梯度等都是矢量。任何两个相互作用的矢量之间的线性比例关系都形成二阶张量。二阶对称张量:介电常数张量，介电极化率张量、应力张量、应变张量等等；三阶对称张量:压电系数张量、电光系数张量、非线性极化系数张量具有相同原点，且轴比例不变的直角坐标系之间的变换称为正交变换.任何一个二阶对称张量[Tij]在几何上都可以用二阶曲面形象地表示出来,该曲面就称为二阶对称张量的示性面。总之，二阶张量有两个下标，9个分量。标量和矢量也可以归于张量的范畴，标量无下标，称为零阶张量，仅有一个分量；矢量有一个下标，3个分量，称为一阶张量。诺埃曼（Neumann）原则:晶体物理性质的对称元素应当包含晶体的宏观对称元素（即点群的对称元素），也就是说，晶体物理性质的对称性可以高于晶体点群的对称性，但不能低于晶体点群的对称性，而至少二者是一致的。根据晶体的对称性进行坐标系变换（对称变换）时，不仅晶体物理性质本身保持不变，而且对称变换前后的对应分量也保持不变，即变换前后的张量相等。具有对称中心的晶体，由二阶张量所描述的物理性质也是中心对称的。凡具有对称中心的晶体，都不存在由奇阶张量所描述的物理性质，但对偶阶张量都不施加额外的影响。正压电系数和反压电系数是统一的；热释电系数和电致热系数是统一的；热膨胀系数和压致热系数是统一的。晶体的弹性是指外力撤除后，晶体能消除形变恢复原状的性质。应变张量是描述晶体内的一点附近的形变情况的物理量。（应变张量是二阶对称张量）应力矢量是弹性体内任一截面上某点附近单位面积所受到的内力。（应力张量是二阶对称张量）当晶体未受外力作用时，各质点间的距离保持一定，r = r0，此时吸引力与排斥力相等，f=f斥+f吸=0，晶体处于平衡状态。当晶体受到外力作用时，原来的力学平衡状态遭到破坏，需要建立新的平衡状态。例如在拉力作用下，由于形变使质点间的吸引力占优势。这个力是反对质点间的距离继续增大的，而且它的数值随着距离的增大而增大，当其大到同拉力相等时，质点间的距离就不再增加，建立起新的力学平衡，晶体也就保持着一定的形变。这种由于形变而在晶体内部形成的相互作用力称为内力。在弹性范围内，当外力撤消后，这种内力就使晶体恢复原状。可见，晶体的内力与形变同时发生和发展的。正是由于存在这种与形变有关的内力，晶体才具有弹性。晶体的弹性形变服从虎克定律：在弹性限度范围内，应力和应变成正比。原子中的几种磁矩：1.核磁矩和核四极矩2.中子磁矩3.电子轨道磁矩和电子自旋磁矩不论是自旋磁矩，还是轨道磁矩，都是玻尔磁子M B的整数倍在晶场中的3d过渡金属的磁性离子的原子磁矩仅等于电子自旋磁矩，而电子的轨道磁矩没有贡献。此现象称为轨道角动量冻结。H=H w + H λ+ H v + H s + H w H w : 原子内的库仑相互作用，如用n ，l，，m表征的电子轨道只能容纳自旋相反的两个电子，在一个轨道上这两个电子的库仑相互作用能表征的电子轨道只能容纳自旋相反的两个电子，在一个轨道上这两个电子的库仑相互作用能( 相互排斥，能量提高)。。H λ: 自旋- 轨道相互作用能。H v : 晶场对原子中电子相互作用。H s :用与周边原子间的磁相互作用(交换相互作用和磁偶极相互作用交换相互作用和磁偶极相互作用)。H h : 外部磁场对电子的作用( 塞曼能)。物质磁性分类的原则:A. 是否有固有原子磁矩？B. 是否有相互作用？C. 是什么相互作用？ 1. 抗磁性：没有固有原子磁矩 2. 顺磁性：有固有磁矩，没有相互作用 3. 铁磁性：有固有磁矩，直接交换相互作用 4. 反铁磁性：有磁矩，直接交换相互作用 5. 亚铁磁性：有磁矩，间接交换相互作用 6. 自旋玻璃和混磁性：有磁矩，RKKY相互作用 7. 超顺磁性：磁性颗粒的磁晶各向异性与热激发的竞争一、抗磁性在与外磁场相反的方向诱导出磁化强度的现象称抗磁性。它出现在没有原子磁矩的材料中，其抗磁磁化率是负的，且很小，χ~10-5 产生的机理：外磁场穿过电子轨道时，引起的电磁感应使轨道电子加速。根据楞次定律，由轨道电子的这种加速运动所引起的磁通，总是与外磁场变化相反，故磁化率是负的。二、顺磁性顺磁性物质的原子或离子具有一定的磁矩，这些原子磁矩耒源于未满的电子壳层(例如过渡族元素的3d壳层)。在顺磁性物质中，磁性原子或离子分开的很远，以致它们之间没有明显的相互作用，因而在没有外磁场时，由于热运动的作用，原子磁矩是无规混乱取向。当有外磁场作用时，原子磁矩有沿磁场方向取向的趋势，从而呈现出正的磁化率，其数量级为c=10-5～10-2 金属自由电子的磁性小结：1)金属的抗磁性和顺磁性都耒自于费密面附近的少数电子;2)抗磁性耒源于自由电子在磁场作用下做螺旋运动；3)顺磁性耒源于磁场的作用使自旋向上、向下的态密度发生变化；4)它们都只能用量子力学耒解释；磁化率与温度无关。三、铁磁性物质具有铁磁性的基本条件：(1)物质中的原子有磁矩；(2)原子磁矩之间有相互作用。四、反铁磁性在反铁磁性中，近邻自旋反平行排列，它们的磁矩因而相互抵消。因此反铁磁体不产生自发磁化磁矩，显现微弱的磁性。反铁磁的相对磁化率χ的数值为10-5到10-2。与顺磁体不同的是自旋结构的有序化。五、亚铁磁性在亚铁磁体中，A和B次晶格由不同的磁性原子占据，而且有时由不同数目的原子占据，A和B位中的磁性原子成反平行耦合，反铁磁的自旋排列导致一个自旋未能完全抵消的自发磁化强度，这样的磁性称为亜铁磁性。六、自旋玻璃与混磁性自旋玻璃态出现在磁稀释的合金中，在那里磁性原子的自旋被振荡的RKKY交换相互作用无规地冻结。混磁性：在非磁性基体中，掺杂磁性原子的浓度大于自旋玻璃的浓度，各种交换相互作用混合的自旋系统。七、超顺磁性铁磁性颗粒比单畴临界尺寸更小时，热运动对粒子影响很大，在一定温度下，粒子的行为类似于顺磁性，如果不加外磁场，它们将很快的失去剩磁状态，这个現象称为超顺磁性。磁有序的各种相互作用：1.经典偶极子相互作用2.交换相互作用3.超交换相互作用4.RKKY相互作用5.双交换相互作用6.库伦相互作用磁晶各向异性：磁性物质中，自发磁化主要来源于自旋间的交换作用，这种交换作用本质上是各向同性的，如果没有附加的相互作用存在，在晶体中，自发磁化强度可以指向任意方向而不改变体系的内能。实际上在磁性材料中，自发磁化强度总是处于一个或几个特定方向，该方向称为易轴。当施加外场时，磁化强度才能从易轴方向转出，此现象称为磁晶各向异性。磁晶各向异性常数的测量方法：转矩磁强计磁晶各向异性机理：1、自旋对模型（自旋对模型对金属和合金是适用的。对氧化物和化合物不适用）2、单离子模型磁致伸缩：铁磁性物质的形状在磁化过程中发生形变的现象。磁致伸缩的测量方法：应变片技术感生磁各向异性：1.磁退火效应2.形状各向异性3.交换各向异性4.光感生磁各向异性5.轧制磁各向异性制备非晶态材料的基本原理:高速固化磁畴的形成:在铁磁体中，交换作用使整个晶体自发磁化到饱和，磁化强度的方向沿着晶体内的易磁化轴，这样就使铁磁晶体内交换能和磁晶各向异性能都达到极小值。但因晶体有一定的大小与形状，整个晶体均匀磁化的结果，必然产生磁极，磁极的退磁场，增加了退磁能(1/2)NIS2。例如对一个单轴各向异性的钴单晶。( a )图是整个晶体均匀磁化，退磁场能最大( 如果设Is≈103高斯，则退磁能≈106尔格/厘米3 )。从能量的覌点出发，分为两个或四个平行反向的自发磁化的区域( b ),( C )可以大大减少退磁能。如果分为n个区域(即n个磁畴)，能量约可减少1/n，但是两个相邻的磁畴间的畴壁的存在，又增加了一部分畴壁能。因此自发磁化区域(磁畴)的形成不可能是无限的，而是畴壁能与退磁场能的和为极小值为条件。形成如图d，e的封闭畴将进一步降低退磁能，但是封闭畴中的磁化强度方向垂直单轴各向异性方向，因此将增加各向异性能。 PPT.3.5 磁畴与技术磁化（22）复制不下来，但是挺重要的。矫顽力是材料在正向加磁场使磁化强度达到饱和，然后去掉磁场，再反向加磁场直到磁化强度为零，其相对应的磁场称为矫顽力。磁滞损耗：在低频区域最重要的损耗是磁滞损耗(磁滞回线所包围的面积磁滞回线所包围的面积)。磁化强度的幅值很小，对应于瑞利区，即由磁滞损耗决定的损耗因子，依赖于磁场的幅值。在高频区，作为磁滞损耗的主要耒源，不可逆的畴壁位移被阻尼，而由磁化强度的转动所替代。涡流损耗：该类型的功率损耗与频率的平方成正比。减小涡流损耗的一种方法是在与磁化强度垂直的一个或两个方向上减小材料的尺寸。提高材料电阻率是减小涡流损耗最有效的方法。极化的主要机理有三种：电子位移极化、离子位移极化和固有电矩的转向极化。有极性分子的离子位移极化率和离子半径的立方应具有相同的数量级，亦即在数量级上接近离子的电子极化率α e 。电场很大，温度很低时，固有偶极矩几乎完全转向电场方向。当P 0 E ＜＜kT 时，固有偶极矩在电场方向的分量平均值与电场时，固有偶极矩在电场方向的分量平均值与电场 E 成正比，与温度T 成反比。在静电场下测得的介电常数称为静态介电常数；在交变电场下测得的介电常数称为动态介电常数。电介质在电场作用下，都要经过一段时间，极化强度才能达到相应的值。这种现象称为极化弛豫，所经过的这段时间称为弛豫时间。正压电效应：没有电场作用，只有由于形变而产生电极化的现象逆压电效应：由电场产生形变的现象。压电常数张量是三阶张量，凡是具有中心对称的晶类都不可能具有压电性。机电耦合系数：指压电材料中，与压电效应相联系的弹-电相互作用能密度（亦称压电能密度）与弹性能密度和介电能密度乘积的几何平均值之比。主要压电材料有钛酸钡(BaTiO3)、钛酸铅(PbTiO3)、钛锆酸铅(PbTi x Zr1-X O3)，简称PZT、聚偏氟乙烯(PVF2) 热释电性：因温度变化而产生极化的现象电生热效应（逆热释电效应）：对热释电晶体绝热施加电场时，晶体的温度将生变化的种现象。非线性热释电材料(如锆钛酸铅陶瓷PZT和聚偏二氟乙烯PVF2等) 只有极轴与单向相一致的晶体，才能具有热释电性。具有热释电效应的材料：硫酸三甘肽（TGS）、钽酸锂(LiTaO3)、铌酸锶钡(SBN)、肽酸铅(PbTiO3)和聚偏氟乙烯(PVF2) 探测器的信号输出与温度的变化率、而不是温度的实际改变成正比铁电晶体是自发极化可以随外加电场的反向而反向的热释电晶体。凡是铁电晶体必定具有热释电效应，但热释电晶体不一定是铁电晶体。目前,热释电效应已广泛应用于热探测领域、电子领域, 如红外探测器、功能器件等。电畴是铁电晶体中自发极化的分子电矩方向排列一致的小区域。铁电晶体的基本宏观特征：1. 铁电晶体的极化强度P与外加电场E间呈非线性的电滞回线关系2. 铁电体的另一重要特性是存在一个被称作居里点的结构相变温度T C。3. 临界特性，指铁电体的介电性质、弹性性质、光学性质和热学性质，在居里点附近都要出现反常现象.霍尔效应的产生是由于电子在磁场作用下，产生横向移动的结果，离子的质量比电子大得多，磁场作用不足以使它产生横向位移，因而纯离子电导不呈现霍尔效应。利用霍尔效应可检验材料是否存在电子电导。超导现象物质在一定的温度Tc以下时,电阻为零, 并完全排斥磁场(即磁力线不能进入其内部)的现象。超导材料：具有超导现象的材料超导体的宏观性质: 1.零电阻及其临界转变温度, 若在超导体环路内感生一电流，然后在一段时间内观测电流的降低情况，发现其降低程度可表示为,式中，R为环路电阻值，L为环路自感，为观察时间内感生的电流。若R＜10-26Ω·CM，则视为零电阻物质由正常导电态转变为超导态的温度为临界转变温度。2、完全抗磁性和临界磁场强度:超导体处于外界磁场中时，外加的磁场会被排斥在超导体之外，这种现象称为迈斯纳（Meissner）效应，即超导体的完全抗磁性。由于这种抗磁性，当超导体处在外磁场中时，在它表面会形成屏蔽电流。若磁场强度增加，屏蔽电流也会增加。当屏蔽电流密度增加到JC后，超导体便会被破坏而恢复到正常导电态。此时的磁场强度称为临界磁场强度，电流密度JC称为临界电流密度。超导材料的特征及临界参数：转变温度Tc：在一定的温度Tc以下时,电阻为零。临界磁场Bc：当磁场强度超过某一个临界值Bc时, 超导体就转回常态,临界电流密度Jc：当电流密度超过某一个临界值Jc时, 超导体也开始有电阻。双折射现象:一束自然光射入晶体之后分为两束光的现象.其中一束遵守一般的折射定律，称为常光（o光），另一束不遵守一般的折射定律，称为非常光（e光）. 电光效应:外电场使晶体折射率改变的现象。比较常用的电光晶体:（1）KDP型晶体（2）ABO3型晶体(LiNbO3和LiTaO3)。（3）AB型化合物(ZnS,CdS,GaAs，CuCl) 弹光效应:因机械应力或应变引起晶体折射率发生改变，从而产生人工双折射的现象。声光效应:当对介质注入超声波时，介质中便有声弹性波传播。在声传播过程中，组成介质的粒子将随超声波的起伏而产生周期性压缩或伸长，这相当于介质中存在着时空作周期性变化的弹性应变。这种应变通过弹光效应使介质各点的折射率随该点的弹性应变而发生相应的周期性变化，从而对光在该介质中传播的特性产生影响，光束在通过这样的介质时将发生衍射或散射现象。声光效应是弹光效应的一种表现形式声光晶体材料：钼酸铅（PbMoO4）和氧化碲(TeO2)磁光效应中应用最多的是法拉第效应和克尔效应。磁光材料：钇铁石榴石Y3Fe3O12简称（YIG）电光晶体：如磷酸二氘钾、氯化亚铜、钽铌酸钾晶体光折变晶体：如铌酸钾、钛酸钡、铌酸锂、铌酸锶钡等晶体非线性光学过程的相位匹配：量子系统应服从能量守恒和动量守恒定律。通过角度相位匹配（利用折射率曲面）或温度相位匹配常见的非线性光学效应：1.光混频（和频，差频，倍频）2.光参量振荡3.晶体的光折变效应光折变效应（光致折射率变化效应）：指电光材料的折射率在空间调制光强或非均匀光强的辐照下发生相应的变化的现象非线性光学晶体磷酸二氢钾晶体磷酸钛氧钾偏硼酸钡晶体热膨胀的物理本质：温度变化时材料原子间结合力发生变化。原子间结合力越强，熔点越高，热膨胀系数越低。按膨胀系数大小又将其分为三种：(1) 低膨胀合金（亦称因瓦合金）。主要用于仪器仪表中随温度变化尺寸近似恒定的元件，如精密天平的臂、标准钟摆杆、摆轮、长度标尺、大地测量基准尺、谐振腔、微波通讯的波导管、标准频率发生器等。还用作热双金属的被动层。FeNi36因瓦合金，Fe-Ni-Co系超因瓦合金，不锈因瓦合金：如FeCo54Cr9，Fe-Co-Zr系非晶合金，Ni36、Ni42、Ni50(2) 定膨胀合金。由于这种合金与玻璃、陶瓷或云母等的膨胀系数接近，可与之匹配（或非匹配）封接，所以又称为封接合金。被广泛地应用于电子管、晶体管、集成电路等电真空器件中作封接、引线和结构材料。Ni29Co18、

电子信息材料与元器件学科博士研究生培养方案

电子信息材料与元器件学科博士研究生培养方案（专业代码：0809Z1）现代信息及电子系统的发展离不开电子信息材料与元器件，电子信息材料的设计，验证和新的合成工艺又必须与器件相结合，二者相辅相成，缺一不可。从未来的发展看，我国已成为世界电子信息材料和元器件的生产基地，电子陶瓷材料、磁性材料与器件、电阻、电容、电感、变压器、电子电源、微特电机等各种电子器件均已成为世界产量第一大国，复合型的基础电子技术学科方向和人才培养是必然之路，设立电子信息材料与元器件学科是培养高水平电子人才的必要手段。可以说，我国的电子材料与元器件影响着世界电子市场，并且不断开拓新的技术领域和研究方向。随着信息产业技术不断发展，特别是电子信息与器件和新LTCC技术、硅基元器件及纳米电子技术方面的系统专门知识高级人才的需求是非常迫切的。本学科属于国家一级授权学科“电子科学与技术”的二级分学科，具有较强的导师队伍和学术梯队，依托国家、省部级和国防重点实验室的先进制造设备、测试设备和设计软硬环境，充足的科研经费和高水平的学术氛围，为培养电子材料与元器件的高水平人才打下了坚实的基础。一、培养目标该学科、专业培养目标：博士学位获得者应具有电子信息材料及元器件，特别是Si基上的电子信息材料与元器件，固态SOC的计算机设计、模拟和仿真知识。既侧重于电子材料、磁性材料、半导体材料和光电材料中原创性开发和产业化应用研究，又重视博士生掌握硅基电子器件、新型电子器件、LTCC器件及纳米器件的最新研究领域和工艺流程，还培养博士生拥有用计算机对器件及组合系统的设计与优化技术，熟悉并掌握各种新型器件的制造过程分析测试过程，具有较强的独立从事科研工作及分析解决问题能力，掌握1—2门外语，对本学科的某一方面不仅有较深入了解，而且有一定研究成果，学风正派，工作严谨求实，善于与人团结共事，能胜任本专业科研、教学或产业部门的技术工作及管理工作。博士学位获得者应政治合格，热爱祖国，热爱人民，献身于伟大祖国社会主义建设事业。二、研究方向 1．信息材料与元器件2．纳米电子学及自旋电子学3．新型微波器件 4．LTCC材料及片式元器件设计技术5．电子薄膜与集成器件6．隐身材料与技术三、培养方式和学习年限全日制博士研究生学制为四年。提前完成博士学业者，可申请适当缩短学习年限；若因客观原因不能按时完成学业者，可申请适当延长学习年限，但最长学习年限不超过六年。四、学分要求与课程学习要求总学分要求不低于14学分。学位课程要求不低于8学分，其中公共基础课必修，至少修一门基础课，二门以上专业基础课；必修环节不低于2学分。专业基础课中有“*”标志的为全校共选专业基础课。允许相同学科门类之间、工科与理科之间跨学科选修1～2门学位课作为本学科的学位课。 ·1·

电子功能材料及元器件教学大纲

《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

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

电子信息材料概况

电子信息材料电子信息材料是指在微电子、光电子技术和新型元器件基础产品领域中所用的材料，主要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。这些基础材料及其产品支撑着通信、计算机、信息家电与网络技术电子信息材料的总体发展趋势是向着大尺寸、高均匀性、高完整性、以及薄膜化、多功能化和集成化方向发展。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、Z nSe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。电子信息材料及产品支撑着现代通信、计算机、信息网络技术、微机械智能系统、工业自动化和家电等现代高技术产业。电子信息材料产业的发展规模和技术水平，已经成为衡量一个国家经济发展、科技进步和国防实力的重要标志，在国民经济中具有重要战略地位，是科技电子信息材料元器件

随着电子学向光电子学、光子学迈进，微电子材料在未来10-15年仍是最基本的信息材料，光电子材料、光子材料将成为发展最快和最有前途的信息材料。电子、光电子功能单晶将向着大尺寸、高均匀性、晶格高完整性以及元器件向薄膜化、多功能化、片式化、超高集成度和低能耗方向发展。一、集成电路和半导体器件用材料由单片集成向系统集成发展。微电子技术发展的主要途径是通过不断缩小器件的特征尺寸，增加芯片面积以提高集成度和信息处理速度，由单片集成向系统集成发展。 1.Si、GaAs、InP等半导体单晶材料向着大尺寸、高均质、晶格高完整性方向发展。椎8英吋硅芯片是目前国际的主流产品，椎12英吋芯片已开始上市，GaAs芯片椎4英吋已进入大批量生产阶段，并且正在向椎6英吋生产线过渡；对单晶电阻率的均匀性、杂质含量、微缺陷、位错密度、芯片平整度、表面洁净度等都提出了更加苛刻的要求。 2.在以Si、GaAs为代表的第一代、第二代半导体材料继续发展的同时，加速发展第三代半导体材料———宽禁带半导体材料SiC、GaN、ZnSe、金刚石材料和用SiGe／Si、SOI等新型硅基材料大幅度提高原有硅集成电路的性能是未来半导体材料的重要发展方向。 3.继经典半导体的同质结、异质结之后，基于量子阱、量子线、量子点的器件设计、制造和集成技术在未来5-15年间，将在信息材料和元器件制造中占据主导地位，分子束外延MBE 和金属有机化合物化学汽相外延MOCVD技术将得到进一步发展和更加广泛的应用。 4.高纯化学试剂和特种电子气体的纯度要求将分别达到lppb-0.1ppb和6N级以上，0.5μm 以上的杂质颗粒必须控制在5个／毫升以下，金属杂质含量控制在ppt级，并将开发替代有毒气体的新品种电子气体。二、光电子材料向纳米结构、非均值、非线性和非平衡态发展。光电集成将是21世纪光电子技术发展的一个重要方向。光电子材料是发展光电信息技术的先导和基础。材料尺度逐步低维化———由体材料向薄层、超薄层和纳米结构材料的方向发展，材料系统由均质到非均质、工作特性由线性向非线性，由平衡态向非平衡态发展是其最明显的特征。发展重点将主要集中在激光材料、红外探测器材料、液晶显示材料、高亮度发光二极管材料、光纤材料。 1.激光晶体材料：向着大尺寸、高功率、LD泵浦、宽带可调谐以及新波长、多功能应用方向发展。 2.红外探测器材料：大面积高均匀性HgCdTe外延薄膜及大尺寸ZnCdTe衬底材料仍是2010年前红外探测器所用的主要材料。