信息材料講稿

1、關(guān)于信息材料第一張，PPT共八十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第七講 信息材料 Information Materials 2第二張，PPT共八十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月主要內(nèi)容信息材料分類 信息收集材料信息存儲(chǔ)材料 信息處理材料 信息傳遞材料信息顯示材料 3第三張，PPT共八十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月信息既非物質(zhì)也非能量，卻是構(gòu)成世界的要素。信息是十分重要和寶貴的資源?，F(xiàn)代信息技術(shù)中，對(duì)各種信息的收集、存儲(chǔ)、處理、傳遞和顯示是通過(guò)各種信息功能器件來(lái)實(shí)現(xiàn)的，而信息功能器件又是以各種信息材料為主構(gòu)成的。信息材料就是指與現(xiàn)代信息技術(shù)相關(guān)，用于實(shí)現(xiàn)信息的收集、存儲(chǔ)、處理、傳遞和顯示的材料。 信息材料

2、產(chǎn)品 信息時(shí)代4第四張，PPT共八十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 1964年中國(guó)畫(huà)報(bào)封面-大慶鐵人王進(jìn)喜 2010年的Wikileaks泄密事件5第五張，PPT共八十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月人體本身就是集信息收集、存儲(chǔ)、處理、傳遞和顯示功能為一體的綜合信息系統(tǒng)。眼睛具有視覺(jué)功能；耳朵具有聽(tīng)覺(jué)功能；鼻子具有嗅覺(jué)功能；舌頭具有味覺(jué)功能；皮膚具有觸覺(jué)功能；各種神經(jīng)細(xì)胞將得到信息傳遞給大腦；大腦可以存儲(chǔ)、分析、判斷、處理信息，通過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)向四肢傳遞信息、發(fā)布命令；肌肉、四肢根據(jù)大腦指令對(duì)感知信息迅速做出反應(yīng)。 收集信息傳送信息存儲(chǔ)和處理信息顯示信息6第六張，PPT共八十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月信息材

3、料分類7第七張，PPT共八十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月根據(jù)信息材料的功能，可把信息材料主要分為：信息收集材料信息存儲(chǔ)材料信息處理材料信息傳遞材料信息顯示材料 信息收集傳感器 信息存儲(chǔ)器 信息處理芯片 信息傳遞光纖 信息顯示器8第八張，PPT共八十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月還有一類重要的信息材料是半導(dǎo)體激光器材料。光信息的存儲(chǔ)、處理、傳遞和顯示并不基于半導(dǎo)體激光材料在外場(chǎng)作用下發(fā)生某種物理或化學(xué)變化來(lái)實(shí)現(xiàn)，但這些功能必須有半導(dǎo)體激光器產(chǎn)生的激光參與才能實(shí)現(xiàn)。半導(dǎo)體激光器是信息功能器件的核心器件和通用器件，半導(dǎo)體激光材料也是信息材料中重要的部分。半導(dǎo)體激光器9第九張，PPT共八十四頁(yè)，創(chuàng)作于202

4、2年6月信息收集材料10第十張，PPT共八十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月信息收集材料是指用于信息傳感和探測(cè)的一類對(duì)外界信息敏感的材料。在外界信息(如電、磁、聲、光、熱、力、化學(xué)或生物等)影響下，材料的物理或化學(xué)性質(zhì)(電學(xué)性質(zhì)等)會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化，通過(guò)測(cè)量這些變化可精確地探測(cè)、接收和了解外界信息變化。信息傳感材料主要包括力敏材料、熱敏材料、光敏材料、磁敏材料、氣敏材料、濕敏材料、壓敏材料、生物傳感材料等。11第十一張，PPT共八十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月力敏傳感材料是指在外力作用下電學(xué)性質(zhì)會(huì)發(fā)生明顯變化的材料，主要分為金屬應(yīng)變電阻材料和半導(dǎo)體壓阻材料兩大類。金屬應(yīng)變電阻材料主要有康銅合金、錳銅合金

5、、鎳鐵鋁鐵合金、鎳鉻合金、鐵鉻鋁合金等。半導(dǎo)體壓阻材料主要是單晶硅。金屬應(yīng)變電阻材料-康銅合金半導(dǎo)體壓阻材料-單晶硅片12第十二張，PPT共八十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月半導(dǎo)體壓阻材料使力敏傳感器件微型化和集成化，在常溫下有大量應(yīng)用，逐步取代金屬型應(yīng)變計(jì)。金屬應(yīng)變電阻材料的電阻溫度系數(shù)、溫度靈敏度系數(shù)等都比半導(dǎo)體好，具有很高的延展性和抗拉強(qiáng)度，在耐高溫、大應(yīng)變、抗輻射等場(chǎng)合得到廣泛使用。力敏傳感器13第十三張，PPT共八十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月磁敏電阻材料：這類材料在磁化方向平行電流方向時(shí)，阻值最大；在磁化方向垂直于電流方向時(shí)，阻值較小。改變磁化方向與電流方向夾角，即可改變磁敏電阻材料的阻

6、值。強(qiáng)磁性簿膜磁敏電阻材料主要是NiCo和NiFe合金薄膜，可制備磁敏二極管或三極管，靈敏度高、溫度特性好，可用于磁場(chǎng)測(cè)量。薄膜磁敏電阻 14第十四張，PPT共八十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月巨磁阻效應(yīng)是指磁性材料的電阻率在有外磁場(chǎng)作用時(shí)較之無(wú)外磁場(chǎng)作用時(shí)存在巨大變化的現(xiàn)象。1988年，法國(guó)科學(xué)家阿爾貝和德國(guó)科學(xué)家彼得分別獨(dú)立發(fā)現(xiàn)巨磁阻效應(yīng)，獲得07年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)開(kāi)發(fā)的小型大容量硬盤已得到廣泛應(yīng)用。2007年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者阿爾貝(右)和彼得(左)15第十五張，PPT共八十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月傳統(tǒng)磁頭的磁致電阻變化僅為1-2之間，讀取數(shù)據(jù)時(shí)要求信號(hào)具有一定強(qiáng)度，磁道密度不能太大，硬盤

7、最大容量只能達(dá)到20Mb/in2。1994年，IBM公司研制成功巨磁阻效應(yīng)讀出磁頭，硬盤存儲(chǔ)密度迅速提高到3Gb/in2。 硬盤讀寫磁頭工作原理16第十六張，PPT共八十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月采用Spin-valve材料研制的新一代硬盤讀出磁頭，存儲(chǔ)密度已提高到560Gb/in2；隨著低電阻高信號(hào)的TMR材料獲得，存儲(chǔ)密度達(dá)到1000Gb/in2。 2007年，全球最大硬盤廠商希捷科技宣布，第四代DB35系列硬盤已達(dá)到1TB容量。巨磁阻技術(shù)已成為全世界所有電腦、數(shù)碼相機(jī)、移動(dòng)存儲(chǔ)介質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)。 MP4MP517第十七張，PPT共八十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月熱敏傳感材料是指對(duì)溫度變化具有

8、靈敏響應(yīng)的材料,主要是電阻隨溫度顯著變化的半導(dǎo)體熱敏電阻陶瓷。根據(jù)電阻溫度系數(shù)的正負(fù)，可分為正溫度系數(shù)(BaTiO3、V2O5為基的熱敏陶瓷)和負(fù)溫度系數(shù)(過(guò)渡金屬氧化物為基的熱敏陶瓷)熱敏材料兩類。熱敏PTC傳感器 熱敏NTC傳感器 18第十八張，PPT共八十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月光敏傳感材料在光照下會(huì)因各種效應(yīng)產(chǎn)生光生載流子，用于制作光敏電阻、光敏三極管、光電耦合器和光電探測(cè)器。最常用的光敏材料是鍺、硅和II-VI族、IV-VI族中的一些半導(dǎo)體化合物等，如CdS、CdSe和PbS等。光敏二極管 光敏三極管 光電耦合器 19第十九張，PPT共八十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月氣敏材料是對(duì)氣體

9、敏感，電阻值會(huì)隨外界氣體種類和濃度變化的材料，如SnO2、ZnO、Fe2O3、ZrO2、TiO2和WO2等n型或p型金屬氧化物半導(dǎo)體。氣敏材料用于制作氣敏傳感器，吸附氣體后載流子數(shù)量變化將導(dǎo)致表面電阻率變化，進(jìn)而對(duì)氣體的種類和濃度進(jìn)行探測(cè)。SnO2氣敏傳感器 礦用SnO2瓦斯檢測(cè)器20第二十張，PPT共八十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月濕敏材料是指電阻值隨環(huán)境濕度增加而顯著增大或降低的一些材料。陶瓷濕敏材料主要有MgCr2O3系、ZnCr2O3系和MnWO4、NiWO4等。高分子濕敏材料是指吸濕后電阻率或介電常數(shù)會(huì)發(fā)生變化的高分子電解質(zhì)膜，如吸濕性樹(shù)脂、硝化纖維系高分子膜。濕敏電阻器件 21第二十

10、一張，PPT共八十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月信息存儲(chǔ)材料22第二十二張，PPT共八十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月信息存儲(chǔ)材料是指用來(lái)制作各種信息存儲(chǔ)器的一些能夠記錄和存儲(chǔ)信息的材料。在外加物理場(chǎng)(如電場(chǎng)、磁場(chǎng)、光照等)的影響下，材料發(fā)生物理或化學(xué)變化，實(shí)現(xiàn)對(duì)信息的存儲(chǔ)。主要介紹磁記錄材料和光存儲(chǔ)材料。磁記錄材料 光存儲(chǔ)材料 23第二十三張，PPT共八十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月磁記錄材料磁記錄材料可方便地進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和讀取工作。磁性存貯器具有容量大、成本低等優(yōu)點(diǎn)；磁記錄裝置可將記錄下來(lái)的信號(hào)進(jìn)行放大或縮小，使科研中的數(shù)據(jù)處理更為方便靈活；存折上的磁條 磁卡上的磁條 24第二十四張，PPT共八十

11、四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月顆粒涂布型磁記錄介質(zhì)顆粒涂布型磁記錄介質(zhì)是將磁粉、非磁性膠粘劑和少量添加劑等形成的均勻磁性漿料，涂布于聚酯薄膜上制成。磁粉包括-Fe2O3、BaO-Fe2O3、金屬粉等。顆粒涂布型磁記錄介質(zhì)磁帶 25第二十五張，PPT共八十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月金屬磁粉金屬磁粉特點(diǎn)是具有較高的磁感應(yīng)強(qiáng)度和矯頑力。純鐵磁化強(qiáng)度達(dá)1700emu/cm3，可在較薄磁層內(nèi)得到較大讀出信號(hào)；小針狀鐵粒子可提供較高矯頑力，使磁記錄介質(zhì)承受較大的外場(chǎng)作用。金屬磁粉缺點(diǎn)是穩(wěn)定性差，易氧化，常用表面鈍化或合金化等控制表面氧化，但降低粒子磁化強(qiáng)度。工業(yè)純Fe粉 小粒徑Fe粉微觀形貌：針狀和球狀 26

12、第二十六張，PPT共八十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月鋇鐵氧體磁粉鋇鐵氧體來(lái)源豐富，成本低，有較高的矯頑力和磁能積，抗氧化能力強(qiáng)，是一種應(yīng)用廣泛的永磁材料。鋇鐵氧體矯頑力高達(dá)398kA/m，本不適于作磁記錄介質(zhì)，以下特點(diǎn)使其可成為理想高密度磁記錄材料：用Co2+和Ti2+離子取代部分Fe2+，適當(dāng)降低其矯頑力；可制備出直徑很小的粒子;六方形平板結(jié)構(gòu)和垂直于平板的易磁化軸使它適合作垂直記錄介質(zhì)。鋇鐵氧體器件 27第二十七張，PPT共八十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月垂直記錄1英寸磁盤，容量為10G垂直記錄硬盤，西數(shù)1.5TB，威寶2.0TB垂直記錄硬盤工作原理28第二十八張，PPT共八十四頁(yè)，創(chuàng)作于20

13、22年6月連續(xù)膜介質(zhì)的磁性能、信噪比優(yōu)于顆粒涂布介質(zhì)。顆粒涂布介質(zhì)磁粉間存在膠粘劑，間隔較遠(yuǎn)，磁耦合較弱，磁滯回線矩形度較差，剩磁低；連續(xù)膜介質(zhì)無(wú)須粘合劑等非磁性相，磁耦合較強(qiáng)，磁滯回線矩形度較好，剩磁高顆粒涂布型介質(zhì)的噪聲與磁粉平均粒徑成正比，連續(xù)膜介質(zhì)的噪聲與晶粒平均尺寸成正比。在一個(gè)記錄空間內(nèi)連續(xù)膜包含的晶粒數(shù)是顆粒涂布型介質(zhì)中顆粒數(shù)的10-50倍，因而連續(xù)膜的噪聲要低得多。高記錄密度連續(xù)膜介質(zhì)29第二十九張，PPT共八十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月在減薄磁層厚度的同時(shí)獲得足夠高的輸出電壓，須采用連續(xù)薄膜型介質(zhì)。連續(xù)型磁性薄膜與涂布型非連續(xù)磁性介質(zhì)性能比較介質(zhì)特性磁粉涂布型介質(zhì)連續(xù)膜介質(zhì)矯

14、頑力/(A/m)660900剩磁感應(yīng)強(qiáng)度/T0.1250.65磁層厚度/m5.00.1矩形比0.80.90.75MHz時(shí)射頻輸出/dB0-14.5MHz時(shí)射頻輸出/dB0-1730第三十張，PPT共八十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月光存儲(chǔ)材料將要存儲(chǔ)的信息、模擬量或數(shù)字量，通過(guò)調(diào)制激光聚焦到記錄介質(zhì)上，使介質(zhì)的光照微區(qū)發(fā)生物理或化學(xué)的變化實(shí)現(xiàn)記錄，這就是信息的寫入。讀出信息時(shí)，低功率密度的激光掃描信息軌道，反射光通過(guò)光電檢測(cè)器檢測(cè)、解調(diào)取出所要信息。存儲(chǔ)光盤31第三十一張，PPT共八十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月光存儲(chǔ)材料是由記錄介質(zhì)層、反射層以及保護(hù)層等構(gòu)成的、具有光學(xué)匹配的多層結(jié)構(gòu)。多層膜通常用

15、物理或化學(xué)的方法沉積在襯盤上。在襯盤上沉積了光存儲(chǔ)材科的盤片稱為光盤。存儲(chǔ)光盤32第三十二張，PPT共八十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月光盤存儲(chǔ)材料特點(diǎn)光盤存儲(chǔ)優(yōu)點(diǎn)：高存儲(chǔ)密度：普通光盤單面可存儲(chǔ)640兆字節(jié)；高密度DVD光盤容量在8G以上。非接觸式讀、寫信息：非接觸式讀、寫，不會(huì)讓光學(xué)頭或盤面磨損、劃傷，并能自由更換光盤。長(zhǎng)存儲(chǔ)壽命：磁盤存儲(chǔ)的信息一般為2-3年，光盤存儲(chǔ)的信息壽命至少在10年以上。低信息位價(jià)格：光盤易于大量復(fù)制，容量大，因此存儲(chǔ)單位信息的價(jià)格低廉。33第三十三張，PPT共八十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月只讀存儲(chǔ)光盤的記錄介質(zhì)是光刻膠。將音頻、視頻調(diào)制的激光聚焦在灑有光刻膠的玻璃襯

16、底上，經(jīng)曝光顯影使曝光部分脫落，制成具有凹凸信息結(jié)構(gòu)的正像主盤。利用噴鍍技術(shù)，在主盤表面生成一層金屬負(fù)像副盤，與主盤脫離后可作原模，復(fù)制只讀光盤。只讀式CD和DVD表面凹坑結(jié)構(gòu)示意圖只讀存儲(chǔ)光盤材料34第三十四張，PPT共八十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月一次寫入光盤材料一次寫入光盤利用聚焦激光在介質(zhì)的記錄微區(qū)產(chǎn)生不可逆的物理化學(xué)變化寫入信息。燒蝕型：寫入激光的光強(qiáng)具有高斯分布，中心溫度高于介質(zhì)熔點(diǎn)Tm，其余部分溫度低于介質(zhì)熔點(diǎn)。中心光照部分的介質(zhì)微區(qū)熔融，表面張力將其拉開(kāi)；撤去脈沖，孔緣冷凝形成帶有信息結(jié)構(gòu)的凹坑，實(shí)現(xiàn)對(duì)信息的記錄。燒蝕性信息凹坑的形成35第三十五張，PPT共八十四頁(yè)，創(chuàng)作于20

17、22年6月起泡型：由高熔點(diǎn)金屬與聚合物兩層薄膜制成。光照使聚合物分解排出氣體，形成氣泡使聚合物膜面隆起，與周圍形成反射率差異，實(shí)現(xiàn)反差記錄。熔絨型：用離子束刻蝕硅表面，形成絨面結(jié)構(gòu)，光照微區(qū)使絨面熔成鏡面，實(shí)現(xiàn)反差記錄。相變型：光照微區(qū)發(fā)生結(jié)構(gòu)相變，利用兩相反射率的差異鑒別信息。一次寫入光盤36第三十六張，PPT共八十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月可擦重寫磁光光盤材料稀土-鈷合金，如GdCo、TbCo、GdTbCo和GdTb-FeCo等，目前已用來(lái)制成可擦寫磁光光盤；稀土-鐵合金，如GdFe、TbNiFe、GdTbFe等。磁光盤讀、寫、擦原理37第三十七張，PPT共八十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月寫

18、入信息前，用強(qiáng)磁場(chǎng)對(duì)GdCo介質(zhì)進(jìn)行初始磁化，使各磁疇單元具有相同的磁化方向。寫入信息時(shí)，磁頭的寫入脈沖激光聚焦在介質(zhì)表面，光照下介質(zhì)矯頑力因溫升迅速減小，此時(shí)通過(guò)磁光頭中的線圈施加反偏磁場(chǎng)，使光照微區(qū)反向磁化。撤去寫入脈沖和反偏磁場(chǎng)，介質(zhì)中無(wú)光照部分的磁化強(qiáng)度保持原來(lái)方向，實(shí)現(xiàn)磁化方向的反差記錄。信息寫入可擦寫光盤38第三十八張，PPT共八十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月信息讀出利用Kerr磁光效應(yīng)檢測(cè)記錄單元的磁化方向。1877年，Kerr發(fā)現(xiàn)用直線偏振光射到向上磁化的介質(zhì)，反射后，偏振面會(huì)繞反射線向右旋轉(zhuǎn)一定角度；角度一般只有0.3-0.5稱為Kerr角。讀取信息時(shí)，磁頭中的起偏器產(chǎn)生偏振光

19、掃描信息軌道，然后通過(guò)檢偏器檢測(cè)各單元磁化方向。Kerr磁光效應(yīng)39第三十九張，PPT共八十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月信息擦除擦除信息時(shí)，用原來(lái)的寫入激光照射信息道，并施加與初始方向相同的偏磁場(chǎng)，記錄單元的磁化方向又會(huì)復(fù)原。清華同方可擦寫光盤40第四十張，PPT共八十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月利用記錄介質(zhì)在晶態(tài)和非晶態(tài)之間的可逆相變也可以實(shí)現(xiàn)光盤信息的反復(fù)可擦重寫: 信息寫入：對(duì)應(yīng)高功率的激光熱效應(yīng)，晶態(tài)介質(zhì)快速凝固后從晶態(tài)轉(zhuǎn)變成非晶態(tài)；信息讀出：對(duì)應(yīng)低功率的激光熱效應(yīng)，非晶介質(zhì)中的相結(jié)構(gòu)不發(fā)生變化；信息擦除：對(duì)應(yīng)中功率的激光熱效應(yīng)，非晶介質(zhì)成核生長(zhǎng)，從非晶態(tài)轉(zhuǎn)變成晶態(tài)。41第四十一張，PPT

20、共八十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月以下是近幾年國(guó)外公司所用的相變介質(zhì)。IBM：可擦重寫Sb2Se；菲利浦：可擦重寫InSbTe，InSbSe、InSb；松下：可擦重寫Ge2Sb2Te5、Ge2Sb2Te4；直接擦寫GeTe-Sb2Te3-Sb；日立：可擦重寫InSeTl、InSeSn；直接重寫1nSeTl、GeTe-Sb2Te3Co；Sony公司生產(chǎn)的可擦寫光盤42第四十二張，PPT共八十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月信息處理材料43第四十三張，PPT共八十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月信息處理材料是指用于對(duì)電信號(hào)或光信號(hào)進(jìn)行檢波、倍頻、混頻、限幅、開(kāi)關(guān)、放大等信號(hào)處理的一類信息材料，主要有Si、Ge等

21、半導(dǎo)體材料，GaAs系列、InP系列、GaN系列半導(dǎo)體材料，SiO2等氧化物材料，微波鐵氧體材料等。半導(dǎo)體材料和器件44第四十四張，PPT共八十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月常溫半導(dǎo)體Si是單一元素半導(dǎo)體，具有力學(xué)強(qiáng)度高，結(jié)晶性能好等特點(diǎn)，在自然界中有豐富的儲(chǔ)量。自然界中的石英砂、硅酸鹽不具有半導(dǎo)體性質(zhì)，其中含有大量雜質(zhì)，須經(jīng)過(guò)提純才能顯示半導(dǎo)體性質(zhì)。電子級(jí)的硅通常具有多晶結(jié)構(gòu)，大大降低電子的運(yùn)動(dòng)速度和壽命，嚴(yán)重影響器件的頻率特性，需把硅拉制成單晶形式。單晶硅自然界中的Si-石英砂人工單晶Si片45第四十五張，PPT共八十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月通常采用提拉法生產(chǎn)比較均勻、無(wú)缺陷而且尺寸較大的單

22、晶硅。在坩堝中盛滿硅并使其溫度保持在高于硅的熔點(diǎn)100左右，將一顆小的硅種晶浸入硅熔液中，隨后旋轉(zhuǎn)拉桿將它緩慢從熔融硅中拉起來(lái)。在種晶向上提拉時(shí)，熔融的硅附在上面，晶體尺寸逐漸增大，直到最終尺寸。2003年，我國(guó)已研制出直徑300mm的單晶，正在研制直徑450mm的單晶。 垂直單晶生長(zhǎng)法 46第四十六張，PPT共八十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月將單晶硅切割成片并拋光，制成的硅片叫晶片。在真空無(wú)塵環(huán)境下，在晶片上集成大量的晶體管和其它元件，得到芯片。將芯片裝在陶瓷封裝殼中，構(gòu)成具有特殊電路功能的集成塊。單晶硅棒晶片芯片集成塊47第四十七張，PPT共八十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月在過(guò)去40年，硅集成

23、電路器件集成度已提高100萬(wàn)倍，單位價(jià)格急劇下降。在這其中單晶硅片尺寸增大和質(zhì)量提高起到重要作用。如何得到大尺寸單晶硅以降低硅片成本，如何制備低原生缺陷甚至無(wú)缺陷單晶硅片，使集成電路線寬進(jìn)一步減小而不被擊穿是單晶硅研究的主要方向。美軍計(jì)劃研制3000噸級(jí)的巨型空間站，作為太空戰(zhàn)和反制其他國(guó)家的基地。48第四十八張，PPT共八十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月鍺材料鍺是具有灰色金屬光澤的固體，常溫下化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，是重要的元素半導(dǎo)體材料之一。1948年，誕生了第一只鍺晶體管。鍺在晶體管初期發(fā)展時(shí)代曾為晶體管的主要原料，到20世紀(jì)60年代中期才逐步被硅所代替。金屬鍺49第四十九張，PPT共八十四頁(yè)，創(chuàng)作于

24、2022年6月鍺的載流子遷移速率比硅高，相同條件下具有較高的工作頻率、較低的飽和壓降、較高的開(kāi)關(guān)速度和良好的低溫性能，可作為雪崩二極管、高速開(kāi)關(guān)管以及高頻小功率三極管等。鍺還具有優(yōu)良的紅外光學(xué)性能，可做為紅外窗口和透鏡、低溫紅外探測(cè)器及低溫溫度計(jì)等。1984年，美國(guó)已把鍺作為戰(zhàn)略儲(chǔ)備材料。鍺三極管50第五十張，PPT共八十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月砷化鎵GaAs由于Ga是周期表中第IIIA族元素，As是第VA族元素，所以稱GaAs是III-V族化合物半導(dǎo)體。GaP、InP等也是III-V族化合物半導(dǎo)體，這些材料具有優(yōu)良的半導(dǎo)體特性。GaAs晶片材料51第五十一張，PPT共八十四頁(yè)，創(chuàng)作于202

25、2年6月GaAs和InP是微電子和光電子的基礎(chǔ)材料，具有電子漂移速度高、耐高溫、抗幅照等特點(diǎn)。GaAs中電子有效質(zhì)量?jī)H為自由電子質(zhì)量的1/15，電子在GaAs中運(yùn)動(dòng)速度比Si中快6-7倍，GaAs晶體管開(kāi)關(guān)速度比硅晶體管快1-4倍，成為微波通信、軍事電子技術(shù)和衛(wèi)星數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的關(guān)鍵部件；GaAs二極管52第五十二張，PPT共八十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月在高頻通信信號(hào)放大、光探測(cè)等方面，GaAs晶體管也有重要應(yīng)用。InP具有比GaAs更優(yōu)越的高頻性能，在超高速、超高頻、低功耗、低噪聲器件和電路，特別是光電子器件和光電集成方面占有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。GaAs器件InP器件53第五十三張，PPT共八十四頁(yè)

26、，創(chuàng)作于2022年6月高溫半導(dǎo)體軍事工業(yè)、飛機(jī)發(fā)功機(jī)和宇航等產(chǎn)業(yè)要求研制在500-600范圍內(nèi)工作的電子器件。半導(dǎo)體Si器件工作溫度一股不超過(guò)200。為提高半導(dǎo)體器件工作溫度，應(yīng)選禁帶大，高溫性能穩(wěn)定的SiC高溫半導(dǎo)體材料，能隙寬度在2.39eV至3.33eV的范圍內(nèi)變化。碳化硅高溫SiC器件54第五十四張，PPT共八十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月SiC器件制成的p-n結(jié)可在500下工作，這是它最重要的應(yīng)用。SiC是軍用GaN微電子材料和器件的首選襯底，與傳統(tǒng)的藍(lán)寶石襯底相比，SiC具有更高的熱導(dǎo)率，晶格常數(shù)和熱膨脹系數(shù)與GaN更為接近，失配度僅為3.5%(藍(lán)寶石為17%) 。SiC襯底SiC器

27、件55第五十五張，PPT共八十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月人造金剛石薄膜 金剛石是最理想高溫半導(dǎo)體材料，禁帶寬度是5.45ev，電子和空穴遷移率均高，抗電場(chǎng)擊穿強(qiáng)度大，是自然界熱導(dǎo)率最高的材料。金剛石半導(dǎo)體材料在高溫、高功率器件領(lǐng)域有著極大的潛在應(yīng)用前景。人造金剛石薄膜及其微觀結(jié)構(gòu)56第五十六張，PPT共八十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月信息傳遞材料57第五十七張，PPT共八十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月信息傳遞材料是用于各種通信器件的能夠用來(lái)傳遞信息的材料。主要介紹光纖材料。光纖材料58第五十八張，PPT共八十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月光導(dǎo)纖維電纜通信是將聲音變成電傳號(hào)，通過(guò)銅導(dǎo)線把電信號(hào)傳到對(duì)方。

28、光纖通信則是將記錄聲音的電信號(hào)變成光信號(hào)，通過(guò)玻璃纖維把光信號(hào)傳輸?shù)綄?duì)方，最后又把光信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)。光纖通信具有通信容量大，節(jié)省銅資源等優(yōu)點(diǎn)，成為21世紀(jì)通信主流技術(shù)，光纖材料也成為重要的光傳輸材料。南寧酷特公司光纖產(chǎn)品59第五十九張，PPT共八十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月光導(dǎo)纖維接受與傳輸光線原理圖光纖是由折射率高的纖芯和折射率低的包層組成的圓柱形光波導(dǎo)介質(zhì)。纖芯將入射光線傳輸?shù)浇邮芏?，芯和包層的交界面使光線無(wú)法透過(guò)，構(gòu)成光壁，保證芯的導(dǎo)光。要使光線在芯部正常導(dǎo)光，須使入射光線在纖芯和光壁間產(chǎn)生全反射，如A所示。當(dāng)入射光線發(fā)生光的折射，無(wú)法實(shí)現(xiàn)光導(dǎo)，如B所示。60第六十張，PPT共八十四頁(yè)

29、，創(chuàng)作于2022年6月石英光纖具有資源豐富、化學(xué)性能穩(wěn)定、膨脹系數(shù)小等優(yōu)點(diǎn)，是目前得到大規(guī)模應(yīng)用的光纖。光纖的纖芯是純度達(dá)到99.9999%的SiO2，其余成分為改變材料折射率的極少量的摻雜，如GeO2、P2O5、B2O3、含氟化合物等。外包層是由純石英和摻氟的低折射率材料組成。石英光纖61第六十一張，PPT共八十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月石英光纖的制備石英光纖制備：先制成石英玻璃預(yù)制棒，然后將預(yù)制棒拉制成纖維。將預(yù)制棒放入2000的石墨爐中加溫軟化，拉成細(xì)如發(fā)絲的玻璃絲，拉出的光纖馬上涂覆，經(jīng)過(guò)一系列工序加工成光纜，即可投入使用。石英光纖預(yù)制棒制備工藝圖拉制的光纖絲62第六十二張，PPT共八

30、十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月光纖的應(yīng)用光纖透光性好，傳輸中損耗較低、容量大、抗干擾、保密性好、重量輕、抗潮濕及抗腐蝕等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于長(zhǎng)距離通信，如海底光纜等。光纖可用于顯示系統(tǒng)，美國(guó)杜邦公司等將光纖用于公司廣告牌，可變化各種顏色，吸引人們注目。 光纖應(yīng)用于建筑物裝飾光纜光纖吊燈63第六十三張，PPT共八十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月光纖在汽車工業(yè)中應(yīng)用占很大比重，如尾燈故障顯示系統(tǒng)、駕駛指示燈、油表和溫度計(jì)顯示等。軍艦用光纖聯(lián)接數(shù)字解碼電話系統(tǒng)，處理艦上各區(qū)域信息，通訊效果不受干擾并免除竊聽(tīng)之慮；機(jī)場(chǎng)滑行路標(biāo)使用光纖后，用燈數(shù)量減少，文字明確，可靠性高，減少故障，維修容易。光纖通訊汽車尾燈顯示

31、64第六十四張，PPT共八十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月光纖可制成光纖傳感器，對(duì)許多廢氣如CO、CO2、SO2及CH4等和有機(jī)液體在中紅外波段均有較強(qiáng)的吸收帶，用氟化物光纖制成的紅外光譜儀可對(duì)這些氣體和液體的濃度進(jìn)行遠(yuǎn)距離檢測(cè)；用氮化物光纖制成的溫度傳感器已用于室溫至數(shù)百度的高精度測(cè)景。光纖傳感器65第六十五張，PPT共八十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月信息顯示材料66第六十六張，PPT共八十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月信息顯示材料主要是指用于陰極射線管和各類平板顯示器件的一些發(fā)光顯示材料。按照顯示原理分類、信息顯示材料主要可分為液晶顯示材料(LCD)、等離子體顯示材料(PDP)、陰極射線管顯示材料(

32、CRT)、場(chǎng)發(fā)射顯示材料(FED)、真空熒光顯示材料、無(wú)機(jī)電致發(fā)光顯示材料和有機(jī)電致發(fā)光顯示材料等。主要介紹液晶顯示材料。67第六十七張，PPT共八十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月液晶顯示材料(LCD)液晶具有晶體一樣的各向異性，也具有液體的流動(dòng)性。在分子序列中，液晶分子具有一維和二維遠(yuǎn)程有序，介于理想液體和晶體之間。液晶的流動(dòng)性表明液晶分子間作用力微弱，改變液晶分子取向排列所需外力很小，幾伏電壓就可改變，因此液晶顯示具有低電壓、微功耗的特點(diǎn)；液晶分子結(jié)構(gòu)決定液晶具有較強(qiáng)的各向異性，稍微改變液晶分子取向就能明顯改變液晶的光學(xué)和電學(xué)性能。容易改變的液晶分子結(jié)構(gòu)68第六十八張，PPT共八十四頁(yè)，創(chuàng)作于

33、2022年6月液晶分子呈棒狀，長(zhǎng)約一個(gè)納米。棒狀分子由中央基團(tuán)和末端基團(tuán)構(gòu)成，這些基團(tuán)決定了液晶的性能。液晶分子是含有極性基團(tuán)的極性分子。棒狀的液晶分子69第六十九張，PPT共八十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月在電場(chǎng)作用下，液晶分子的偶極矩會(huì)按電場(chǎng)方向取向，使分子原有排列方式發(fā)生變化，引起液晶光學(xué)性質(zhì)變化。這種因外加電場(chǎng)作用而引起液晶光學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化的效應(yīng)稱為液晶的電光效應(yīng)。液晶分子的電光效應(yīng)70第七十張，PPT共八十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月液晶分子的排列方式也可以影響液晶的性能。液晶分子按照排列方式的不同，可分成近晶相、向列相和膽甾相三大類，液晶相和分子排列：(a)向列相，(b)膽甾相，(c)

34、近晶相71第七十一張，PPT共八十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月近晶相：棒狀分子分層排列，分子在層內(nèi)按分子長(zhǎng)軸方向互相平行，分子只能在層內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)或滑動(dòng)，不能在層間移動(dòng)。這類液晶粘度很大，一般不用于液晶顯示。向列相：棒狀分子不分層，分子可以轉(zhuǎn)動(dòng)，也可向各個(gè)方向滑動(dòng)，只在分子長(zhǎng)軸方向保持平行排列。這類液晶粘度較小，流動(dòng)性較好，是液晶顯示用的主要類型。膽甾相：棒狀分子分層排列，層內(nèi)分子相互平行，相鄰兩層分子的長(zhǎng)軸方向略有變化，旋轉(zhuǎn)一定角度，分子沿層的法線方向排列成螺旋狀結(jié)構(gòu)。72第七十二張，PPT共八十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月液晶分子的電光效應(yīng)和光學(xué)特性可進(jìn)行液晶數(shù)碼顯示，早期用于筆記本式計(jì)算機(jī)、臺(tái)式監(jiān)

35、視器和電器儀表顯示，目前應(yīng)用領(lǐng)域已擴(kuò)展到臺(tái)式計(jì)算機(jī)、壁掛電視和廣告牌等。液晶電視液晶顯示器73第七十三張，PPT共八十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2008年，Sharp生產(chǎn)的108英寸液晶顯示器“LB-1085”正式上市，售價(jià)為1100萬(wàn)日元(約合人民幣70萬(wàn)元)，74第七十四張，PPT共八十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月膽甾液晶的螺距隨溫度變化而交化，液晶顯示的顏色會(huì)隨之變化，可用于溫度的測(cè)量，薄膜體溫計(jì)就是利用這一原理制作的。膽甾液晶的螺距會(huì)因?yàn)槟承┪⒘侩s質(zhì)的存在而受到強(qiáng)烈影響，從而改變顏色，因而可用于某些化學(xué)藥品痕量蒸汽的指示。液晶溫度計(jì)75第七十五張，PPT共八十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月液晶分子在光的照射下電導(dǎo)率會(huì)顯著改變，由此可將它們做成光導(dǎo)體，可用于空間光調(diào)制器等。高分子和低分子液晶構(gòu)成的復(fù)合膜具有選擇性滲透，可用于離子交換膜、電荷分離膜、脫鹽膜和人工腎臟透析膜等。液晶薄膜76第七十六張，PPT共八十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月等離子體顯示材料(PDP)等