电子材料导论(李言荣)习题参考答案

电子材料导论复习题（李言荣版）注明：本文档为电子材料导论（李言荣2001旧版）课后复习题参考答案，题目大部分来源于书本归纳，小部分（书本答案不明确或不全）来源于网络，可供考生备考《电子材料基础》、《电子材料导论》等课程作为参考。该版本目前（15年）应为网络答案昀全版本，历年真题可垂询QQ1285864186。时间和水平有限，不足之处敬请谅解。第一章电子材料概论1.电子材料在国民经济中有何作用？P1答：电子材料定义是指与电子工业有关的、在电子学与微电子学中使用的材料，是制作电子元器件和集成电路的物质基础。作用：人类正在进入信息社会，材料、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。电子材料处于材料科学与工程的昀前沿，电子材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密切关系。一个国家的电子材料的品种、数量和质量，成了一个衡量该国科学技术、国民经济水平和国防军事力量的主要标志。2.什么是结构材料、功能材料和先进材料？P2答：电子材料通常分为结构电子材料和功能电子材料。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稳定的一类材料。功能电子材料：指除强度性能以外，还有其特殊功能，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。传统电子材料：指已在大量生产，价格一般较低，在工业应用上已有较长使用的经验和数据的材料。先进电子材料：指具有优异的性能的高科技产品，正在进行商业化和研制之中，并具有一定的保密性的材料。3.晶体有哪些基本特征？简述晶体与非晶体的异同？P5答：根据组成固体的原子、离子或分子在空间的排列是否有周期性和对称性，可将固体分为晶体和非晶体两大类。晶体的主要特征：①有规则的外形②均匀性③解离性④固定熔点⑤各向异性这些特征都反应了晶体中原子在空间中的排列具有周期性和对称性。相同点：晶体和非晶体都是固体，在融化时都要吸热。不同点：晶体有规则的外形，微粒在空间分布上长程有序，有固定熔点，各项异性；非晶体没有规则的外形，微粒在空间分布上长程无序，没有固定熔点，各向同性。4.什么叫固溶体？它有哪些类型？形成连续固溶体有哪些条件？P10答：固溶体定义：固态条件下，在一种组分内溶解了其他组分而形成的均匀的晶态固体，称为固溶体。固溶体类型：替代固溶体和填隙式固溶体。替代固溶体：在固溶体中，溶质原子替代了溶剂原子位置时，称为替代固溶体。间隙固溶体：在固溶体中，原子（离子）半径较小的溶质原子（离子）进入溶剂的晶格的间隙位置。形成连续固溶体的条件：原子的尺寸和电负性相近，固溶体之间才可以形成无限互溶5.晶体中的缺陷及其类型有哪些？P13答：晶体中的缺陷，是指实际晶体与理想的点阵结构发生偏离的地区。由于点阵结构具有周期性和对称性，所以凡使晶体中周期性势场畸变的因素称为缺陷。使晶体中电子周期性势场畸变的称为电缺陷，使原子排列周期性畸变的称为几何缺陷。缺陷类型：电缺陷（电子缺陷）和几何缺陷（原子缺陷）。电缺陷：传导电子、空穴。极化子、陷阱等；几何缺陷：杂质、空位、位错等。6.简述有机材料的分类方法。P17答：有机材料通常按碳骨架和按官能团来分类。按碳骨架：开链化合物、碳环化合物、杂环化合物。按官能团：脂肪族化合物、芳香族化合物、球稀碳化合物。7.什么是清洁表面与实际表面？P26答：固体和气体的交界面为表面，固体与固体、固体与液体的交界面为界面。表面分为：理想表面和实际表面。实际表面分为清洁表面/非清洁表面/真空清洁表面。理想表面：为分析问题方便而设定的一种理想的表面结构。实际表面：自然界中存在的表面。清洁表面：是经过一番清洁处理后的表面，可能存在氧化层和各种吸附物。未清洁表面：没有经过特别清洁处理的表面，比较脏，有相当数量的污染物和息服务。真空清洁表面：表面经过彻底的清洁、烘干后，在一定的真空度下，经离子轰击除去表面的吸附层，然后经退火处理后，保存在高真空或超高真空下的表面。8.什么是晶粒间界？大角度晶界有哪些常用模型？相界有哪些类型？P32答：晶粒间界：单相多晶材料中，晶粒与晶粒间的过渡区，称为晶粒间界。晶界类型：堆垛层错和双晶、小角度晶界、大角度晶界。大角度晶界模型：①过冷液体模型，晶界处原子排列与过冷液体相似，长程有序短程无序。②小岛模型，原子排列匹配“岛”相界类型：相界-不同相之间的界面。①非共格相界，两相结构不同，晶格常数相差很大；②共格相界，两相结构相同，晶格常数相差比较小；③准共格相界，两相结构相同，晶格常数有一定差别。9.简述X射线结构分析的基本原理和常用方法。P38答：X射线结构分析的常用方法有：①单晶体衍射法②粉末法单晶体衍射法基本原理：用多色X射线照射固定不动的单晶样品，检测X射线的底片上的衍射点就可以用来确定单晶体的某些对称要素，它可以粗略地显示晶体中的不完整性。粉末法基本原理：用X射线照射无规则取向的粉末，得到线衍射花样，凡是引起面间距改变的一切结构变化都会在衍射图样上有所反应，如材料固溶度的变化、热膨胀、相变等。10.比较金相显微镜和电子显微镜的工作原理。P40答：光学显微镜分为：反射式光学显微镜和透射式光学显微镜两类。电子显微镜分为：透射电子显微镜和扫描电子显微镜两类。金相显微镜（反射式光学显微镜）：利用样品中不同物质结构对入射光的反射本领不同，以及不同晶面、晶界对光的散射能力不同来产生衬度，而观察表面的形貌。透射式光学显微镜：利用样品中不同成分或不同相的透光能力不同来产生衬度。透射式电子显微镜：电子通过电磁透镜放大成像，原理与透射光学显微镜相似。扫描电子显微镜：扫描电子显微镜不通过透镜原理成像，而是像电视机一样逐点成像。电子束在样品的一定区域内逐点扫描，轰击出各种表面信息，转换为电信号放大后在显像管中同步成像，就得到了样品测试区域内的信息分布。11.简述近代表面分析方法的基本原理和常用表面分析方法。P42答：近代表面分析方法的基本原理是：用一定能量的某种射线或粒子束（一次束）去轰击固体表面后，将产生的带有表面信息的射线或粒子束而进行能量和能量分布的分析。常用表面分析方法：能谱法、量子力学效应的显微技术。研究表面原子排列和形貌的主要方法：能谱法：低能、中能、高能电子衍射。显微技术：透射电子显微镜、扫描电子显微镜、扫描探针技术。研究表面成分和化合态的方法能普法：电子能谱（光电子能谱、俄歇电子能谱）、离子能谱（离子散射谱、二次离子质谱、溅射中性粒子谱）12.简述现代社会对电子材料有哪些要求？P46答：①结构和功能相结合②智能化③减少污染④节省能源⑤长寿命和可控寿命13.简述纳米材料的结构与性能的特性。P47+P48答：纳米材料：是指材料中的颗粒尺寸处于纳米范围（2-10nm）的金属、合金、金属间化合物、有机物或聚合物等材料。纳米材料的结构：纳米材料颗粒直径为2-10nm，其中原子数有102-104个，大概有一半以上的原子位于表面和界面上，处于表面、界面的原子有较高的界面能，活动性强、原子的排列方式跟晶态和非晶态都有明显不同，这种结构称为纳米结构。纳米材料的性能：表面界面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应。14.什么是复合材料与功能梯度材料？P48答：复合材料：是指由两种或两种以上的材料经过有关工艺过程之后而形成的一种新材料。复合材料经过选择性设计和加工，通过各组分性能的相互补充，从而可以获得新的优良性能。功能梯度材料：由一种功能向另一种功能在空间和时间上连续变化的材料。15.简述电子材料今后的发展方向。P51答：第二章导电材料1.电导率与百分电导率的定义是什么？它们之间有什么区别？P57答：电导率定义：电阻率的倒数。百分电导率定义：材料电导率与国际标准软铜的电导率之比的百分比。2.列出几种常用的金属导体材料，并写出其电导率和百分电导率。P57答：银：1/1.62cm，106铜：1/1.72cm，100铝：1/2.82cm，61锡：1/11.4cm,15.13.在标准软铜中掺杂其他金属对电导率有何影响？为什么？P59答：在标准软铜中掺杂其他金属将使电导率减小。由于一般纯金属的电导率比其他合金的电导率高，且纯铜的电导率本身很高；当在铜中加入少量其他金属后，会形成固溶体；也可能形成部分固溶，而其余部分以机械混合物形成分散物。这减小了软铜材料的电导率，却提高了软铜材料的机械性能。4.举例说明电极及电刷材料在电子元件中的应用。P62答：电极材料：①铝材：铝箔、铝丝。应用：电极和引线材料，如有机介质电容器电极、电解电容器电极。②金属化锌和锡：锌、锡。应用：金属化电容器用的电极蒸发材料，如锌是金属化纸介电容器的电极主体金属，锡是金属化电容器电极的底层材料。5.厚膜导电材料有何主要特征？影响其性能的因素有哪些？P66答：厚膜导电材料主要特征：电阻率很低、容易进行焊接、焊点有良好的机电完整性、与基片粘附牢固等特点。影响其性能的因素：主要因素是功能相（导电相）和粘接剂（玻璃）的优劣，基片的化学性质和表面平整度对导体膜的粘附性（常称为键合）影响也很大。6.什么是玻璃键合、氧化物键合？分别描述其特征。P67答：导体膜与基片的键合（功能相和载体的粘附）主要有三种类型：玻璃键合，氧化物键合，玻璃、氧化物的混合键合。玻璃键合：早期的厚膜导电材料含有一般的玻璃，通过离子的相互渗透作用使它与基片表面形成键合。加入氧化铋，能改善导体膜与基片的键合强度。这类键合称为玻璃键合。氧化物键合：采用金属氧化物替代玻璃，从而改善玻璃键合强度的键合类型称为氧化物键合。7.对薄膜导体有哪些要求？列出几种常用的薄膜导体材料。P72答：对薄膜导体的要求：导电性好、可焊性和耐焊接性好、化学稳定性高、附着性好、成本低。薄膜导体材料分类：单元素薄膜和多层薄膜。单元素薄膜：铝膜；多层薄膜：二元系铬金；三元系钛钯金；四元系钛铜镍金。8.导电聚合物按结构特征和导电机理分为哪几种类型？P83答：导电高分子材料为导电聚合物，按结构特征和导电机理可分为：①载流子为自由电子的电子导电聚合物；②载流子为能在聚合物分子间迁移的正负离子的离子导电聚合物；③载流子为在可逆氧化还原反应中可转移的电子的氧化还原性导电聚合物。9.试述电子导电型聚合物中掺杂剂、掺杂量跟电导率之间的关系。P85+P86答：电子导电型聚合物掺杂方式有两种：①通过加入第二种具有不同氧化态的物质②通过聚合材料电极表面，进行氧化或还原反应直接改变聚合物的荷电状态。掺杂剂也有两种：P-掺杂剂，电子接受体，氧化反应；N-掺杂剂，电子给予体，还原反应。掺杂的目的是为了出现能量居中的半充满能带，减小能带间的能量差，使自由电子和空穴迁移时阻碍减小，掺杂的实质是发生氧化还原反应，结果是使导电聚合物的电导率大幅增加。第三章电阻材料1.衡量电阻材料电性能的主要参数有哪些？怎样定义的？P90答：衡量电阻材料电性能主要参数：①电阻率②膜电阻sR③电阻温度系数R①电阻率：电阻率是与材料有关的常数，在数值上等于长1cm，横截面积1cm2的导体所具有的电阻值，电阻率是决定该材料是导体、半导体还是绝缘体的依据。②膜电阻sR：膜电阻是指长宽相等的一块薄膜的电阻，又称方阻。③电阻温度系数R：电阻温度系数是表示温度每改变1℃时电阻值的变化量。21121;()RRRRdRRdTRTT2.电阻材料的电阻与哪些因素有关？在实际应用中为什么常将电阻材料做成箔，薄膜、厚膜和线状，而在成分上常用合金、化合物和氧化物?P90答：根据电阻材料的定义式LRS，电阻材料的电阻主要与材料本身特性和几何尺寸有关，影响因素有：材料、长度、横截面积和温度。为了提高金属和合金电阻材料的电阻率、降低电阻温度系数。（合金的电阻率比纯金属的高、温度系数比纯金属小）。3.金属、合金、氧化物、合成物等电阻材料的导电机理是什么？它们的电阻率与温度有何关系？P95答：导电机理：金属电阻材料：自由电子和晶格的振动相互碰撞引起散射而产生。（晶格热振动）合金电阻材料：由于在金属中加入其它金属杂质原子，破坏了原来晶格的周期性排列，使电子的散射几率增加。（杂质散射）氧化物电阻：晶格热振动和杂质散射而引起的电阻