電子材料概論

1電子材料2課程性質(zhì)和任務(wù)重點(diǎn)是闡明各類電子材料晶體結(jié)構(gòu)、電磁特性及影響因素、基本工藝，為研制電子材料、從事電子材料研究及器件制備奠定理論基礎(chǔ)與實(shí)踐認(rèn)知。3推薦教材及參考書李言榮主編，電子材料導(dǎo)論，清華大學(xué)出版社，2001賈德昌等主編，電子材料，哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2000殷景華主編，功能材料概論，哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2009馬如璋主編，功能材料學(xué)概論，冶金工業(yè)出版社，2006李標(biāo)榮等編，無機(jī)介電材料，上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，19864前言

電子材料是當(dāng)前材料科學(xué)的一個(gè)重要方面，品種多、用途廣、涉及面寬，是制作電子元器件和集成電路的基礎(chǔ)，是獲得高性能高可靠先進(jìn)電子元器件和系統(tǒng)的保證。同時(shí)還廣泛應(yīng)用于印制電路板和微線板、封裝用材料、元器件和整機(jī)、電信電纜和光纖、各種顯示器及顯示板，以及各種控制和顯示儀表等等。5電腦主板=印刷電路板+電子元器件+集成電路6電腦主板=印刷電路板+電子元器件+集成電路7CPU是集成電路的一種8手機(jī)主板=印刷電路板+電子元器件+集成電路+微波發(fā)射元件；手機(jī)還需要顯示器件等9數(shù)碼相機(jī)主板，數(shù)碼相機(jī)還需要顯示系統(tǒng)+光學(xué)系統(tǒng)+感光系統(tǒng)10MP4主板11硬盤=磁性電子材材料+主板（。。。。）12液晶顯示=發(fā)光電子材材料+主板（。。。。）13電子材料領(lǐng)域信息電子材料；電子元器件、集成電路陶瓷、玻璃、水泥、礦物、晶體、炭材料無機(jī)非金屬材料領(lǐng)域無機(jī)非金屬材料方向（無機(jī)非金屬及電子材料）材料科學(xué)與與工程專業(yè)業(yè)1.無機(jī)方向說說明14材料科學(xué)與工程材料物理與化學(xué)半導(dǎo)體研究所

研究生院物理科學(xué)學(xué)院

寧波材料技術(shù)與工程研究所

新疆理化技術(shù)研究所

上海硅酸鹽研究所

合肥物質(zhì)科學(xué)研究院

福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所

上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所

金屬研究所

材料學(xué)蘭州化學(xué)物理研究所

上海硅酸鹽研究所

山西煤炭化學(xué)研究所

上海光學(xué)精密機(jī)械研究所

金屬研究所

材料加工工程金屬研究所

腐蝕科學(xué)與防護(hù)金屬研究所下表是中科科院招收材材料專業(yè)碩碩士的單位位15半導(dǎo)體所（半導(dǎo)體））考試科目：：固體物理理或半導(dǎo)體體物理招生方向：：體、薄膜膜和微結(jié)構(gòu)構(gòu)半導(dǎo)體材材料科學(xué)技技術(shù)半導(dǎo)體納米米功能材料料及其器件件應(yīng)用寬禁帶半導(dǎo)導(dǎo)體材料物物理與應(yīng)用用太陽電池制制備與性能能研究2.上海硅酸鹽鹽所（陶瓷較強(qiáng)強(qiáng)）考試科目：：普通物理或或普通化學(xué)學(xué)或物理化化學(xué)或固體體物理招生方向：：主要是陶陶瓷方向3.上海光機(jī)所所（玻璃較強(qiáng)強(qiáng)）考試科目：：硅酸鹽物物理化學(xué)或或普通化學(xué)學(xué)或物理化化學(xué)招生方向：：光學(xué)功能材材料研究、、特種玻璃璃研究及其其工藝學(xué)激光和光學(xué)學(xué)晶體生長長技術(shù)及其其理化特性性的研究、、薄膜材料料4.上海微系統(tǒng)統(tǒng)與信息技技術(shù)研究所所（集成電路路）考試科目：：物理化學(xué)B或固體物理理或普通化化學(xué)或普通通物理招生方向：：化學(xué)電源及及其材料研研究5.合肥物質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)所（納米科學(xué)學(xué)）考試科目：：物理化學(xué)B或量子力學(xué)學(xué)或普通物物理招生方向：：納米顆粒物物理與化學(xué)學(xué)、納米材材料與納米米結(jié)構(gòu)納米高分子子復(fù)合材料料、磁性材材料研究有機(jī)/無機(jī)納米復(fù)復(fù)合材料、、熱電材料料的制備與與物性166.新疆理化所所（電子材料料）考試科目：：物理化學(xué)B或固體物理理或普通物物理招生方向：：電子薄膜材材料與器件件、功能材材料物理與與化學(xué)納米稀土功功能材料7.蘭州化學(xué)物物理所考試科目：：普通物理或或物理化學(xué)學(xué)招生方向：：功能薄膜材材料與技術(shù)術(shù)、功能納納米材料聚合物復(fù)合合材料8.沈陽金屬所所（金屬及成成型方向））考試科目：：大學(xué)物理或或物理化學(xué)學(xué)或材料力力學(xué)或量子子力學(xué)招生方向：：物理化學(xué)學(xué)16，材料學(xué)35，材料加工工工程25，腐蝕與防防護(hù)159.山西煤炭所所（炭材料））考試科目：：有機(jī)化學(xué)（（工）或992物理化學(xué)招生方向：：新型炭材料料的開發(fā)、、氧化鋁纖纖維及復(fù)合合材料無機(jī)氧化物物納米材料料的合成及及應(yīng)用聚氨氨酯復(fù)合材材料10.福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)構(gòu)所（物質(zhì)結(jié)構(gòu)））考試科目：物理化學(xué)B或437固體物理或456普通化學(xué)招生方向：納米功能材料料、功能分子子材料物理與與化學(xué)膜材料研究、、固體光電材材料的合成與與結(jié)構(gòu)調(diào)控?zé)o機(jī)非金屬材材料設(shè)計(jì)、相相圖、生長及及其性能17分析：從中科院材料料專業(yè)招生來來看，新型無無機(jī)非金屬材材料和信息電電子材料的研研究占有較大大的比例。18國家自然科學(xué)學(xué)基金項(xiàng)目：：材料與工程科科學(xué)部金屬材料：金金屬結(jié)構(gòu)材料料、金屬基復(fù)復(fù)合材料、金金屬非晶體材材料（玻璃態(tài)態(tài)）、極端條條件下金屬材材料、金屬合合金相及相變變、金屬材料料力學(xué)行為、、凝固、表面面科學(xué)、腐蝕蝕防護(hù)、摩擦擦磨損無機(jī)非金屬：：人工晶體、、玻璃材料、、結(jié)構(gòu)陶瓷、、功能陶瓷、、水泥及新型型水泥材料、、炭素材料及及超硬材料、、無機(jī)非光電電材料、無機(jī)機(jī)非復(fù)合材料料、半導(dǎo)體材材料、超導(dǎo)材材料、生態(tài)環(huán)環(huán)境材料、智智能材料信息科學(xué)部半導(dǎo)體科學(xué)：：半導(dǎo)體材料料、微電子學(xué)學(xué)（集成電路路）、半導(dǎo)體體光電子學(xué)、、半導(dǎo)體器件件、半導(dǎo)體物物理、半導(dǎo)體體化學(xué)光學(xué)與光電子子學(xué)：光學(xué)信信息處理、光光電子器件、、光傳輸、激激光、紅外技技術(shù)、光學(xué)及及光電子材料料學(xué)國家自然科學(xué)學(xué)基金分為:數(shù)理科學(xué)部（（1188項(xiàng)）、化學(xué)科科學(xué)部（1175項(xiàng)）、生命科科學(xué)部（3999項(xiàng)）、地球科科學(xué)部（1112項(xiàng)）、材料與與工程科學(xué)部部（1668項(xiàng)）、信息息科學(xué)部（1254項(xiàng)）、管理科科學(xué)部19就業(yè)（1）無機(jī)非金屬屬材料傳統(tǒng)無機(jī)非面面向：建材工工業(yè)，玻璃、、陶瓷、水泥泥，基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)業(yè)，企業(yè)較大大。新型無機(jī)非面面向：許多行行業(yè)，新型水水泥、玻璃、、陶瓷、晶體體，企業(yè)較小小，我國產(chǎn)業(yè)業(yè)尚未形成較較大規(guī)模。（2）電子材料方方向面向：電子信信息產(chǎn)業(yè)，電電子陶瓷、集集成電路、芯芯片、電子元元器件企業(yè)：主要在在廣東、長江江三角洲，中中西部較少，，新型產(chǎn)業(yè)、、附加值高（3）存在問題新的方向，存存在一些薄弱弱方面。201.1.1在國民經(jīng)濟(jì)中中的地位電子材料是指與電子工業(yè)有關(guān)關(guān)的、在電子子學(xué)與微電子子學(xué)中使用的的材料，是制作電子子元器件和集集成電路的物物質(zhì)基礎(chǔ)。材料、能源和和信息技術(shù)是是當(dāng)前國際公公認(rèn)的新科技技革命的三大大支柱。電子子材料處于材材料科學(xué)與工工程的最前沿沿。電子材料料的優(yōu)劣直接接影響電子產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量，，與電子工業(yè)業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益益有密切關(guān)系系。一個(gè)國家的電電子材料的品品種數(shù)量和質(zhì)質(zhì)量，成了一一個(gè)衡量該國國科學(xué)技術(shù)、、國民經(jīng)濟(jì)水水平和軍事國國防力量的主主要標(biāo)志。2122材料是現(xiàn)代文文明的基石現(xiàn)代文明生物技術(shù)信息技術(shù)能源技術(shù)材料科學(xué)與工程231.1.2電子材料的分分類按用途分：結(jié)構(gòu)電子材料料——是指能承受一一定壓力和重重力，并能保保持尺寸和大大部分力學(xué)性性質(zhì)（強(qiáng)度、、硬度及韌性性等）穩(wěn)定的的一類材料；；功能電子材料料——是指除強(qiáng)度性性能外，還有有特殊性能，，或能實(shí)現(xiàn)光光、電、磁、、熱、力等不不同形式的交交互作用和轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換的非結(jié)構(gòu)構(gòu)材料；按組成（化學(xué)學(xué)作用）分：：無機(jī)電子材料料——以可分為金屬屬材料(以金屬鍵結(jié)合合）和非金屬屬材料（以離離子鍵和共價(jià)價(jià)鍵結(jié)合）；；有機(jī)電子材料料——主要是指高分分子材料（以以共價(jià)鍵和分分子鍵結(jié)合））；241.1.2電子材料的分分類按材料的物理理性質(zhì)和應(yīng)用用領(lǐng)域分:按材料的物理性性質(zhì)分：導(dǎo)電材料料、超導(dǎo)材料料、半導(dǎo)體材材料、絕緣材材料、壓電鐵鐵電材料、磁磁性材料、光光電材料和敏敏感材料等。。按應(yīng)用領(lǐng)域分：微電子材材料、電器材材料、電容器器材料、磁性性材料光電子子材料、壓電電材料、電聲聲材料等；傳統(tǒng)電子材料料與先進(jìn)電子子材料25261.1.3電子材料對環(huán)環(huán)境的要求電子材料在做做成元器件和和集成電路之之后，還應(yīng)具具備一致性和穩(wěn)定性，能夠承受各各種惡劣的環(huán)環(huán)境。主要要表現(xiàn)在以下下幾方面：溫度壓力濕度環(huán)境中的化學(xué)學(xué)顆粒及塵埃埃霉菌和昆蟲輻射機(jī)械因素:如共振、沖擊擊271.2電子材料的應(yīng)應(yīng)用與發(fā)展動(dòng)動(dòng)態(tài)為適應(yīng)電子整整機(jī)和設(shè)備小型化、輕量化、薄型化、數(shù)字化化、多功能，現(xiàn)在社社會要求電子子元器件的開開發(fā)生產(chǎn)必須須向小型化、高集集成化、片式式化發(fā)展；電子材材料今后將盡盡可能長適應(yīng)應(yīng)電子元器件件的這些要求求。282930311.2.1現(xiàn)代社會對電電子材料的要要求結(jié)構(gòu)與功能相相結(jié)合：如隱隱身材料智能材料：如如形狀記憶合合金、電流變變液減少污染節(jié)省能源長壽命與可控控壽命：長壽壽命、自行失失效321.2.2電子材料的選選用原則根據(jù)元器件性性能參數(shù)根據(jù)元器件的的使用條件根據(jù)元器件工工藝特點(diǎn)按經(jīng)濟(jì)原則331.2.3納米電子材料料納米材料的特特征定義：納米材材料是三維空空間尺寸中至至少有一維處處于納米量級級（1-100nm）的尺度范圍圍內(nèi)或由此作作為基本單元元構(gòu)成的材料料。包括：納納米微粒、納納米結(jié)構(gòu)、納納米復(fù)合材料料；納米效應(yīng)：表面效應(yīng)（界界面和表面的的懸鍵）、量量子尺寸效應(yīng)應(yīng)、體積效應(yīng)應(yīng)、宏觀量子子隧道效應(yīng)、、界面相關(guān)效效應(yīng)。上述五種效應(yīng)應(yīng)是納米材料料的基本特性性，它使納米米粒子和納米米固體呈現(xiàn)許許多奇異的物物理性質(zhì)、化化學(xué)性質(zhì)。34納米材料的基基本單元包括括：零維：納米尺尺寸的粒子一維：納米粗粗細(xì)尺寸的棒棒、碳管、線線二維：指空間間一維處于納納米尺度，如如超薄膜、多多層膜、、超晶格三維：納米尺尺寸晶粒的三三維塊材料35表面效應(yīng)粒子直徑減少少到納米級，，表面原子數(shù)數(shù)和比表面積、表表面能都會迅迅速增加；處于表面的的原子數(shù)增多多，使大部分分原子的周圍圍（晶場）環(huán)環(huán)境和結(jié)合能能與大塊固體體內(nèi)部原子有有很大的不同同：表面原子子周圍缺少相相鄰的原子，，有許多懸空空鍵，具有不不飽和性質(zhì)，，易與其它原原子相結(jié)合，，故具有很大的化學(xué)活活性。36表面原子數(shù)占占全部原子數(shù)數(shù)的比例和粒粒徑間的關(guān)系系37是指當(dāng)粒子尺尺寸下降到某某一數(shù)值時(shí)，，費(fèi)米能級附附近的電子能能級由準(zhǔn)連續(xù)變?yōu)殡x離散能級或者能隙變寬的現(xiàn)象。當(dāng)能能級的變化程程度大于熱能能、光能、電電磁能的變化化時(shí)，導(dǎo)致了了納米微粒磁磁、光、聲、、熱、電及超超導(dǎo)特性與常常規(guī)材料有顯顯著的不同。。2量子尺寸效應(yīng)應(yīng)δ=4Er/3N例如：對銀微粒而言言，d＜20nm，Ag納米顆粒由導(dǎo)導(dǎo)體變?yōu)榉墙鸾饘俳^緣體。。383體積效應(yīng)當(dāng)超細(xì)微粒的的尺寸與光波波波長、德布羅意波長長以及超導(dǎo)態(tài)態(tài)的相干長度度或透射深度等物物理尺寸相當(dāng)當(dāng)或更小時(shí)，，晶體周期性的的邊界條件被被破壞，導(dǎo)致聲、光光、磁、熱、、力等特性呈呈現(xiàn)新的效應(yīng)應(yīng)。納米銅晶體的的自擴(kuò)散是傳傳統(tǒng)晶體的1016—1019倍PbTiO3、BaTiO3等典型鐵電體體納米化后順順電體鐵磁性物質(zhì)（（5nm）出出現(xiàn)現(xiàn)極強(qiáng)的順磁磁效應(yīng)惰性的Pt納米微粒化后后Pt黑是活性極好好的催化劑金屬納米微粒粒后無無金屬光澤澤，對光顯示示極強(qiáng)的吸收收性394宏觀量子隧道道效應(yīng)近來年，人們們發(fā)現(xiàn)一些宏宏觀量，例如如微顆粒的磁磁化強(qiáng)度、量量子相干器件件中的磁通量以及電荷等亦具有隧道道效應(yīng)，它們們可以穿越宏