01电子材料概论

12课程性质和任务重点是阐明各类电子材料晶体结构、电磁特性及影响因素、基本工艺，为研制电子材料、从事电子材料研究及器件制备奠定理论基础与实践认知。3推荐教材及参考书李言荣主编，电子材料导论，清华大学出版社，2001贾德昌等主编，电子材料，哈尔滨工业大学出版社，2000殷景华主编，功能材料概论，哈尔滨工业大学出版社，2009马如璋主编，功能材料学概论，冶金工业出版社，2006李标荣等编，无机介电材料，上海科学技术出版社，19864前言电子材料是当前材料科学的一个重要方面，品种多、用途广、涉及面宽，是制作电子元器件和集成电路的基础，是获得高性能高可靠先进电子元器件和系统的保证。同时还广泛应用于印制电路板和微线板、封装用材料、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等。5电脑主板=印刷电路板+电子元器件+集成电路6电脑主板=印刷电路板+电子元器件+集成电路7CPU是集成电路的一种8手机主板=印刷电路板+电子元器件+集成电路+微波发射元件；手机还需要显示器件等9数码相机主板，数码相机还需要显示系统+光学系统+感光系统10MP4主板11硬盘=磁性电子材料+主板（。。。）12液晶显示=发光电子材料+主板（。。。）13电子材料领域信息电子材料；电子元器件、集成电路陶瓷、玻璃、水泥、矿物、晶体、炭材料无机非金属材料领域无机非金属材料方向（无机非金属及电子材料）材料科学与工程专业1.无机方向说明14材料科学与工程材料物理与化学半导体研究所研究生院物理科学学院宁波材料技术与工程研究所新疆理化技术研究所上海硅酸盐研究所合肥物质科学研究院福建物质结构研究所上海微系统与信息技术研究所金属研究所材料学兰州化学物理研究所上海硅酸盐研究所山西煤炭化学研究所上海光学精密机械研究所金属研究所材料加工工程金属研究所腐蚀科学与防护金属研究所下表是中科院招收材料专业硕士的单位151.半导体所（半导体）考试科目：固体物理或半导体物理招生方向：体、薄膜和微结构半导体材料科学技术半导体纳米功能材料及其器件应用宽禁带半导体材料物理与应用太阳电池制备与性能研究2.上海硅酸盐所（陶瓷较强）考试科目：普通物理或普通化学或物理化学或固体物理招生方向：主要是陶瓷方向3.上海光机所（玻璃较强）考试科目：硅酸盐物理化学或普通化学或物理化学招生方向：光学功能材料研究、特种玻璃研究及其工艺学激光和光学晶体生长技术及其理化特性的研究、薄膜材料4.上海微系统与信息技术研究所（集成电路）考试科目：物理化学B或固体物理或普通化学或普通物理招生方向：化学电源及其材料研究5.合肥物质结构所（纳米科学）考试科目：物理化学B或量子力学或普通物理招生方向：纳米颗粒物理与化学、纳米材料与纳米结构纳米高分子复合材料、磁性材料研究有机/无机纳米复合材料、热电材料的制备与物性166.新疆理化所（电子材料）考试科目：物理化学B或固体物理或普通物理招生方向：电子薄膜材料与器件、功能材料物理与化学纳米稀土功能材料7.兰州化学物理所考试科目：普通物理或物理化学招生方向：功能薄膜材料与技术、功能纳米材料聚合物复合材料8.沈阳金属所（金属及成型方向）考试科目：大学物理或物理化学或材料力学或量子力学招生方向：物理化学16，材料学35，材料加工工程25，腐蚀与防护159.山西煤炭所（炭材料）考试科目：有机化学（工）或992物理化学招生方向：新型炭材料的开发、氧化铝纤维及复合材料无机氧化物纳米材料的合成及应用聚氨酯复合材料10.福建物质结构所（物质结构）考试科目：物理化学B或437固体物理或456普通化学招生方向：纳米功能材料、功能分子材料物理与化学膜材料研究、固体光电材料的合成与结构调控无机非金属材料设计、相图、生长及其性能17分析：从中科院材料专业招生来看，新型无机非金属材料和信息电子材料的研究占有较大的比例。18国家自然科学基金项目：材料与工程科学部金属材料：金属结构材料、金属基复合材料、金属非晶体材料（玻璃态）、极端条件下金属材料、金属合金相及相变、金属材料力学行为、凝固、表面科学、腐蚀防护、摩擦磨损无机非金属：人工晶体、玻璃材料、结构陶瓷、功能陶瓷、水泥及新型水泥材料、炭素材料及超硬材料、无机非光电材料、无机非复合材料、半导体材料、超导材料、生态环境材料、智能材料信息科学部半导体科学：半导体材料、微电子学（集成电路）、半导体光电子学、半导体器件、半导体物理、半导体化学光学与光电子学：光学信息处理、光电子器件、光传输、激光、红外技术、光学及光电子材料学国家自然科学基金分为:数理科学部（1188项）、化学科学部（1175项）、生命科学部（3999项）、地球科学部（1112项）、材料与工程科学部（1668项）、信息科学部（1254项）、管理科学部19就业（1）无机非金属材料传统无机非面向：建材工业，玻璃、陶瓷、水泥，基础产业，企业较大。新型无机非面向：许多行业，新型水泥、玻璃、陶瓷、晶体，企业较小，我国产业尚未形成较大规模。（2）电子材料方向面向：电子信息产业，电子陶瓷、集成电路、芯片、电子元器件企业：主要在广东、长江三角洲，中西部较少，新型产业、附加值高（3）存在问题新的方向，存在一些薄弱方面。201.1.1在国民经济中的地位电子材料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。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最前沿。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、国民经济水平和军事国防力量的主要标志。2122材料是现代文明的基石现代文明生物技术信息技术能源技术材料科学与工程231.1.2电子材料的分类按用途分：①结构电子材料——是指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；②功能电子材料——是指除强度性能外，还有特殊性能，或能实现光、电、磁、热、力等不同形式的交互作用和转换的非结构材料；按组成（化学作用）分：①无机电子材料——以可分为金属材料(以金属键结合）和非金属材料（以离子键和共价键结合）；②有机电子材料——主要是指高分子材料（以共价键和分子键结合）；241.1.2电子材料的分类按材料的物理性质和应用领域分:①按材料的物理性质分：导电材料、超导材料、半导体材料、绝缘材料、压电铁电材料、磁性材料、光电材料和敏感材料等。②按应用领域分：微电子材料、电器材料、电容器材料、磁性材料光电子材料、压电材料、电声材料等；传统电子材料与先进电子材料25261.1.3电子材料对环境的要求电子材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，能够承受各种恶劣的环境。主要表现在以下几方面：1.温度2.压力3.湿度4.环境中的化学颗粒及尘埃5.霉菌和昆虫6.辐射7.机械因素:如共振、冲击271.2电子材料的应用与发展动态为适应电子整机和设备小型化、轻量化、薄型化、数字化、多功能，现在社会要求电子元器件的开发生产必须向小型化、高集成化、片式化发展；电子材料今后将尽可能长适应电子元器件的这些要求。282930311.2.1现代社会对电子材料的要求1.结构与功能相结合：如隐身材料2.智能材料：如形状记忆合金、电流变液3.减少污染4.节省能源5.长寿命与可控寿命：长寿命、自行失效321.2.2电子材料的选用原则1.根据元器件性能参数2.根据元器件的使用条件3.根据元器件工艺特点4.按经济原则331.2.3纳米电子材料纳米材料的特征定义：纳米材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基本单元构成的材料。包括：纳米微粒、纳米结构、纳米复合材料；纳米效应：表面效应（界面和表面的悬键）、量子尺寸效应、体积效应、宏观量子隧道效应、界面相关效应。•上述五种效应是纳米材料的基本特性，它使纳米粒子和纳米固体呈现许多奇异的物理性质、化学性质。34纳米材料的基本单元包括：•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、超晶格•三维：纳米尺寸晶粒的三维块材料351表面效应粒子直径减少到纳米级，表面原子数和比表面积、表面能都会迅速增加；处于表面的原子数增多，使大部分原子的周围（晶场）环境和结合能与大块固体内部原子有很大的不同：表面原子周围缺少相邻的原子，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。36表面原子数占全部原子数的比例和粒径间的关系37是指当粒子尺寸下降到某一数值时，费米能级附近的电子能级由准连续变为离散能级或者能隙变宽的现象。当能级的变化程度大于热能、光能、电磁能的变化时，导致了纳米微粒磁、光、声、热、电及超导特性与常规材料有显著的不同。2量子尺寸效应δ=4Er/3N例如：对银微粒而言，d＜20nm，Ag纳米颗粒由导体变为非金属绝缘体。383体积效应当超细微粒的尺寸与光波波长、德布罗意波长以及超导态的相干长度或透射深度等物理尺寸相当或更小时，晶体周期性的边界条件被破坏，导致声、光、磁、热、力等特性呈现新的效应。纳米铜晶体的自扩散是传统晶体的1016—1019倍PbTiO3、BaTiO3等典型铁电体纳米化后顺电体铁磁性物质（5nm）出现极强的顺磁效应惰性的Pt纳米微粒化后Pt黑是活性极好的催化剂金属纳米微粒后无金属光泽，对光显示极强的吸收性394宏观量子隧道效应近来年，人们发现一些宏观量，例如微颗粒的磁化强度、量子相干器件中的磁通量以及电荷等亦具有隧道效应，它们可以穿越宏观系统的势垒而产生变化微观粒子具有贯穿势垒的能力称为隧道效应。限定了磁带、磁盘进行信息存储的时间极限确立了现在微电子器件进一步微型化的极限40由于纳米结构材料中有大量的界面，与单晶材料相比，纳米结构材料具有反常高的扩散率，它对蠕变、超塑性等力学性能有显著影响；可以在较低的温度对材料进行有效的掺杂，并可使不混溶金属形成新的合金相；出现超强度、超硬度、超塑性等界面相关效应：纳米铜材的超塑性（中科院卢柯）,纳米粒子界面中原子的超快扩散能力导致了纳米铜具有超塑变形的能力。5界面相关效应411.2.4电子材料发展动态1.先进电子材料纳米材料、仿生智能材料、先进复合材料、生物电子材料等2.有机电子材料有机导电、压电、光电、磁电等3.电子薄膜(主流)4.计算机技术与电子材料