現代電子功能材料1第一部分：授課2第一章晶體學基礎與材料性能第二章超導材料及其應用第三章半導體材料第四章信息記錄與存儲材料第五章光導纖維材料第六章光電子材料及其應用第七章

敏感材料及其應用第八章智能材料與智能系統第九章 貯氫材料第十章 形狀記憶合金第二部分：課堂討論3主題1半導體材料器件的可靠性主題2

半導體陶瓷主題3光存儲材料(光盤)主題4磁存儲材料(磁卡)主題5

器件的封裝主題6

敏感材料(報警方面的應用)主題7

光電子材料主題8

光纖材料主題9

壓電材料主題10

磁性記憶合金主題11

貯氫材料及其他電池材料主題12

磁阻效應及其應用參考書與參考資料4功能材料概論殷景華,王雅珍,鞠剛主編,哈工大出版社功能材料學概論馬如璋,蔣民華,徐祖雄主編,冶金出版社電子器件導論包興,胡明主編,北京理工大學出版社電子材料導論李言榮,惲正中主編,清華大學出版社電子材料賈德昌等主編,哈工大出版社電子功能材料的定義5定義1以發揮其物理性能，或物理與物理性能之間，力學與物理性能之間，化學與物理性能之間

相互轉換的特性為主，用于IT工業的材料。定義2凡具有能量與信息的發射，吸收，轉換，傳輸，存儲，控制與處理功能特性之一，或者是直接參與保障這些功能特性的順利發揮，用于IT工業的材料電子功能材料的分類（I）6按定義1分類：利用物性：電-----半導體材料，超導材料，電阻材料磁-----磁記錄材料，磁屏蔽材料光-----光纖，光記錄材料熱-----熱敏電阻其他----觸點材料，集成電路基片材料利用物----物轉換：光電子材料，磁敏材料利用力----物轉換：壓電材料，力敏材料利用化----物轉換：氣敏材料，濕敏材料電子功能材料的分類（II）7按定義2分類：能量與信息的發射材料----熱電子發射材料能量與信息的吸收材料----微波吸收材料能量與信息的轉換材料----光電顯示材料能量與信息的傳輸材料----超導材料，光導纖維能量與信息的存儲材料----信息記錄與存儲材料能量與信息的處理材料----半導體微處理器材料輔助材料----電阻，觸點，基片，襯底，封裝，引線第一章晶體學基礎與材料性能8§1-1

晶體、非晶體與準晶體一.原子排列特點：晶體：原子或原子團在三維空間呈規則周期排列；非晶體：原子或原子團呈現長程無序、短程有序的排列；準晶體：原子或原子團呈現準周期排列特點二.表征方法：晶體：將原子或原子團抽象成幾何點(陣點)，形成點的陣列(空間點陣)；連接各陣點，形成空間格子(晶格)；從中取出分析單元(晶胞)；用６個晶胞(點陣)常數

即可表征原子或原子團的排列規律。按點陣常數之間關系，可將點陣分為七大晶系；按幾何環境和物質環境相同的原則，可將點陣劃分為十四種布拉菲點。非晶體：采用徑向分布函數來表征。準晶體：采用拚砌花磚的方式9三.

性能特點：晶體：性能各向異性，具有固定的熔點；非晶體：性能各向同性，無固定熔點；準晶體：

脆性較大10§1-2化學鍵與晶體熔結構與性質離子型晶體原子型晶體分子型晶體金屬型晶體化學鍵類型離子鍵原子鍵(非極性共價鍵)分子間作用力(范德華力)金屬鍵典型實例NaCl,CsCl金剛石，晶體硅，單質硼冰H2O干冰CO2各種金屬與合金硬度略硬而脆高硬度軟較高硬度點、沸點、揮發性熔點相對較高，沸點高，一般

低揮發性熔點和沸點高，無揮發性低熔點和沸點高揮發性，一般高熔點和沸點導熱性不良導體不良導體不良導體良導體導電性固態不良導體，熔或溶態為導體非導體非導體良導體機械加工性不良不良不良良好11§1-３晶體結構與晶體缺陷一.金屬鍵晶體純金屬：bcc,fcc,hcp固溶體(金屬鍵)合金：金屬間化合物(不一定全為金屬鍵)二.共價鍵晶體配位數服從8-N法則；四價時：由兩個面心立方沿體對角線錯開四分之一體對角線形成(例如金剛石)三價時：層狀結構二價時：鏈狀結構(螺旋狀)12典型金屬晶體結構13典型非金屬晶體結構14金剛石晶體結構15GaAs晶體結構16三.離子鍵晶體遵循鮑林結構規則：負離子配位多面體規則:在離子晶體中,正離子的周圍形成一個負離子配位多面體,正負離子間的平衡距離取決于離子半徑之和,而正離子的配位數則取決于正負離子之比。電價規則C.17Ｃ.負離子共用頂、棱和面規則：在一配位結構中，共用棱特別是共用面的存在，會降低這個結構的穩定性，對于電價高、配位數低的正離子來說，這個效應尤其顯著。18不同種類正離子配位多面體間連接規則：在含有二種以上正離子的離子晶體中，一些電價較高、配位數較低的正離子配位多面體之間，有盡量互不結合的趨勢。節約規則：在同一晶體中，同種正離子與同種負離子的結合方式應最大限度地趨于一致。NaCl的晶體結構19CsCl的晶體結構20閃鋅礦(立方ZnS)的晶體結構21纖鋅礦(六方ZnS)的晶體結構22鈣鈦礦的晶體結構23尖晶石的晶體結構24§1-4

能帶結構與材料的導電性能一.

能帶填充程度與晶體導電性單個原子的能級

大量(Ｎ個)原子能級相加

形成能帶；滿帶—若能帶被2N個電子所填滿，則3.4.所產生的電流正好一一抵消，無電流產生，且外電場不改變滿帶中電子的分布；5.

3． 部分填充能帶中的電子可以導電(導帶)—電場作用下，電子在布里淵區的分布不再對稱，總電流不為零。25二.

導體的能帶結構與導電性26金屬的能帶結構

(Ｅv—價帶頂，Ec—導帶底)：Ec>Ev，存在禁帶Eg例如：Na等堿金屬

Ｅc<Ev，不存在禁帶，但與上一能帶有交迭，重迭后的價帶未被填滿例如：Mg等堿土金屬三.

絕緣體的能帶結構與導電性Ec》Ev，禁帶Eg較寬，且價帶被填滿足四.

半導體的能帶結構與導電性Ec>Ev，禁帶Eg較窄(Eg＜2eV)，且價帶被填滿足27§1-5

功能材料的性能一．半導體的導電性１.本征電導與本征半導體半導體材料的禁帶很小，在外界作用下，價帶上的電子可躍遷到較高能級的空帶上，在價帶上留下空穴。在電場作用下，兩者

均可參與導電。載流子：電子+空穴相應的半導體－本征半導體282.摻雜半導體

Ａ．施主能級與n型半導體在四價的單晶硅中摻入五價的原子(例如

Ｐ)，成鍵后，多余一個電子，其能級接近導帶，易激發至導帶，此能級被稱為施主能級，摻入施主雜質的半導體被稱為n型半導體．載流子：電子29Ｂ．受主能級與p型半導體在四價的單晶硅中摻入三價的原子(例如

Ｂ)，成鍵后，少了一個電子，其能級接近價帶，易激發至導帶，此能級被稱為受主能級，摻入施主雜質的半導體被稱為p型半導體．載流子：空穴30Ｃ．影響摻雜半導體電導率的因素受施主和受主雜質濃度的影響與溫度有關，低溫時，雜質起主要作用；高溫時，本征電導，與濃度無關．二．磁性

１．磁性材料的技術磁參量

Ａ．磁化曲線和相應的磁參量Ｍs----飽和磁化強度Ｂs----飽和磁感應強度Ｊs----飽和磁極化強度31磁化曲線：32Ｂ．磁化率與磁導率33Ｃ．居里溫度Ｔc由鐵磁性(亞鐵磁性)轉變為順磁性的臨界溫度．Ｄ.

剩磁(Br或Mr)與矯頑力(Ｈc)34E．磁積能BmＨm與最大磁積能(BH)m35F.

磁損耗(由磁滯損耗、感應電流損耗及其他損耗組成)磁性Ａ．鐵磁性

在外磁場作用下，產生很強的磁化強度，去除外磁場后仍保持相當強的永久磁性，這種特性叫做鐵磁性．Ｂ.抗磁性

一種很弱、只有外磁場存在時才能維持的磁性，磁矩方向與外磁場方向相反．C.

順磁性36D.

一種很弱、只有外磁場存在時才能維持的磁性，磁矩方向與外磁場方向相同．E.

Ｄ．反鐵磁性F.相鄰原子或離子的磁矩作反方向平等排列，總磁矩為零．G.

Ｅ．亞鐵磁性H.某些陶瓷表現出來的、其飽和磁化強度比鐵磁性低的永久磁性.三．超導性1．超導現象37電阻突然消失、進入以零電阻為特征的現象。邁斯納效應

超導體一旦進入超導態，材料內的磁通量將全部被排出體外，磁感應強度恒等于零，這種現象稱為邁斯納效應．note：i無論通過什么途徑進入超導態，均有這種效應出現，說明其與狀態有關，與途徑無關，是一種熱力學平衡狀