材料文明論文

電子信息新型材料概述——材料與人類文明課程論文摘要：本文概述了國(guó)內(nèi)外電子信息材料的發(fā)展現(xiàn)狀,包括微電子，光電子和其他新型的電子元件。并從集成電路和半導(dǎo)體材料、光電子材料、新型電子元器件材料三個(gè)方面介紹了環(huán)保經(jīng)濟(jì)的新型電子信息材料的研究現(xiàn)狀與發(fā)展前景，并展望其發(fā)展趨勢(shì)。關(guān)鍵詞：半導(dǎo)體材料光電子材料一、引言全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的興起使得90%以上的集成電路生產(chǎn)廠商重獲新生，并且多晶硅和單晶硅的生產(chǎn)量也有了很大的提升。作為/C和高頻微波M/MC的主要材料，外延片的需求量也出現(xiàn)了激增。另外，液晶材料、纖維材料，激光，非線性材料的大量涌現(xiàn)促進(jìn)了電子元件和電子通信技術(shù)的發(fā)展，同時(shí)，新的電子元件也需要同時(shí)推動(dòng)了綠色、無(wú)毒、壞境友好型的材料的發(fā)展，例如陶瓷材料、印刷電路板的基底材料、磁性材料等等。歷史證明，電子信息材料是信息產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)和推動(dòng)力。在未來(lái)幾年內(nèi)，微電子和光電子、固體材料、微觀結(jié)構(gòu)材料、有機(jī)或無(wú)機(jī)材料甚至納米材料，這些領(lǐng)域的交叉與融合將會(huì)成為發(fā)展的主流。最近幾年中，中國(guó)的電子信息材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展得異常迅速。在二十年的構(gòu)建與發(fā)展中，中國(guó)的信息材料產(chǎn)業(yè)已經(jīng)形成了獨(dú)特的產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)。隨著該產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)愈發(fā)激烈，大企業(yè)之間的資本運(yùn)營(yíng)也越來(lái)越頻繁，并且這些企業(yè)更加注重產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)研究。正因如此，眾多出色的電子材料相關(guān)企業(yè)才出現(xiàn)了迅猛的發(fā)展，并且成為龍頭產(chǎn)業(yè)。二、集成電路和半導(dǎo)體材料電子信息材料在低碳經(jīng)濟(jì)中的發(fā)展應(yīng)用成了近幾年的研究熱點(diǎn)。如今，燃料電池、變頻空調(diào)節(jié)能冰箱和液晶顯示器的產(chǎn)品都具有廣闊的市場(chǎng)與發(fā)展前景。電子信息材料如果能環(huán)保材料相結(jié)合，必然能受到大眾青睞。電子信息材料的主導(dǎo)發(fā)展方向仍然以半導(dǎo)體材料、光電子材料為主，以這些材料為基礎(chǔ)，誕生了許多新型節(jié)能元器件，如果將這些成果應(yīng)用到電子裝備中，將具有廣泛的前景。如今，這些新型元器件都向著大尺寸、智能化、多功能化、高集成化、節(jié)能壞保等方向發(fā)展。例如在集成電路和半導(dǎo)體材料中，多晶硅就得到了廣泛的應(yīng)用，多晶硅多用于硅拋光片的制造和高純硅制品中，是信丿J、產(chǎn)業(yè)的原材料。如今生產(chǎn)多晶硅多采用改良的西門子法，是通過(guò)合成、分離、精鐳、提純、還原反應(yīng)得到高純多晶硅。該方法在生產(chǎn)過(guò)程中可以有效地回收利用還原尾氣，降低原材料的消耗。另外，多晶硅的生產(chǎn)系統(tǒng)是一個(gè)閉路循環(huán)系統(tǒng)，生產(chǎn)過(guò)程中，各種生產(chǎn)物料都可以循環(huán)利用，減少了廢料的排放，有效地控制了污染，還原爐的合理設(shè)計(jì)還可以有效降低生產(chǎn)過(guò)程中消耗的電能。這種生產(chǎn)方法質(zhì)量高，成本低，采用綜合利用技術(shù)，節(jié)能無(wú)污染，具有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。另外，SiGe-HBT材料和器件的研究也是半導(dǎo)體材料的研究熱點(diǎn)。SiGe-HB71是一種異質(zhì)結(jié)雙極性晶體管，這種異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的特性可以通過(guò)提高載流子的遷移率、飽和速度、氣濃度等來(lái)降低功耗。由于SiGe-HBT擊穿電壓較低，更適合高頻小功率的應(yīng)用壞境，在這種環(huán)境下，可以在較低的電壓下獲得較大的驅(qū)動(dòng)電流，因此可以降低功耗。ZBM公司曾經(jīng)研制了一種寬帶低噪聲SiGe—HBT,該產(chǎn)品具有很低的噪聲系數(shù)和工作電壓，因此可以同時(shí)降低功耗與成本。隨著這種外延技術(shù)的發(fā)展，該產(chǎn)品已經(jīng)廣泛地應(yīng)用到無(wú)線通信、光纖通信等數(shù)字、模擬電路中，甚至包括微波通信，超高速電路等領(lǐng)域。三、光電子材料液晶材料是電子工業(yè)中常用的顯示材料，已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用到高新技術(shù)領(lǐng)域。液晶材料具有光線扭曲向列型的特性，該特性確保了可以通過(guò)電路的斷續(xù)改變液晶的排列，從而使得光線根據(jù)電流發(fā)生通斷。與其他顯示材料與器件相比，液晶耗能更低，準(zhǔn)確性更高，色調(diào)、靈敏度、安全性等皆為上乘。液晶是一種非線性光學(xué)材料，并且為軟凝聚態(tài)物質(zhì)，因此具有光折變效應(yīng)，這一特性可以應(yīng)用于智能玻璃、投影顯示、全系光學(xué)中。或者也可以利用光的干涉，使液晶材料的折射率發(fā)生有規(guī)律的變化，從而產(chǎn)生周期性的折射率光柵，這一特性則可以應(yīng)用到光學(xué)濾波等相關(guān)領(lǐng)域。電子封裝材料實(shí)現(xiàn)了高性能與無(wú)毒、綠色、環(huán)境友好相結(jié)合的特點(diǎn)，綠色電子封裝材料要求不得使用含有鉛或含鹵素的材料，并減少有害揮發(fā)溶出物在板內(nèi)殘留。這種新型優(yōu)質(zhì)綠色封裝材料的研發(fā)，積極優(yōu)化的質(zhì)量和工藝，對(duì)營(yíng)造一個(gè)健康、綠色的電子封裝工業(yè)有重要意義。覆銅板材料過(guò)去廣泛地應(yīng)用在開發(fā)印刷電路中，而近日，環(huán)保型覆銅板材料也得到了很人的發(fā)展，這種新型材料是通過(guò)各種阻燃元素的合理配置，利用協(xié)同效應(yīng)實(shí)現(xiàn)阻燃效果。環(huán)保型覆銅板基體屮移除了鹵素和銳素，其氯、漠含量要比傳統(tǒng)覆銅板低很多。在光電子領(lǐng)域，SiGe扮演著一個(gè)非常重要的角色，Si基光電集成成本低，具有半導(dǎo)體中通常出現(xiàn)的聲子復(fù)型譜線和非聲子線。這一特點(diǎn)可以促使為SiGe合金應(yīng)用在光電子領(lǐng)域。SiGe合金在常壓下為立方晶系金剛石結(jié)構(gòu)。它有許多獨(dú)特的物理性質(zhì)和應(yīng)用價(jià)值，在微電子、光電子器件的設(shè)計(jì)上，人們從傳統(tǒng)的雜質(zhì)工程轉(zhuǎn)向新型的能帶工程。隨著Ge的摻入，能帶可調(diào)性在光電池、光探測(cè)器等領(lǐng)域展現(xiàn)出其優(yōu)勢(shì)。通過(guò)將SiGe作為襯底，InGaP實(shí)現(xiàn)了在Si基上的集成為硅基光電子集成電路的發(fā)展提供了途徑。SiGe合金晶體在太陽(yáng)光譜低頻波長(zhǎng)區(qū)的敏感度高，禁帶寬度隨組分不同可調(diào)，所以在光電轉(zhuǎn)換、熱電轉(zhuǎn)換紅外器件等領(lǐng)域具有極優(yōu)良的特點(diǎn)。這些性質(zhì)使其可以進(jìn)行蟲響應(yīng)特性和載流子較大的數(shù)值模擬器件的制備，又可將波長(zhǎng)擴(kuò)展到光通訊的兩個(gè)主要波段波長(zhǎng)可在一定范圍內(nèi)之間調(diào)制，這對(duì)光通訊領(lǐng)域?qū)嵱靡饬x極大。四、展望目前中國(guó)已經(jīng)成為中小尺寸單晶硅最大的生產(chǎn)國(guó)，從事電子信息材料的企業(yè)已近千家。電子信息材料和相關(guān)產(chǎn)品支撐著通信、計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等現(xiàn)代信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，廣泛應(yīng)用于智能電網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、半導(dǎo)體照明等領(lǐng)域，這些領(lǐng)域?qū)⒔o電子信息材料產(chǎn)業(yè)提供巨大的市場(chǎng)空間。然而，中國(guó)的電子信息材料產(chǎn)業(yè)仍然需要改變其世界制造工廠的身份。中國(guó)電子材料行業(yè)的確取得了很大進(jìn)展，但材料制造業(yè)基礎(chǔ)薄弱，具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的創(chuàng)新產(chǎn)品較少，獨(dú)創(chuàng)技術(shù)匱乏，無(wú)法適應(yīng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需要。在今后大發(fā)展里，國(guó)內(nèi)電子信息材料行業(yè)應(yīng)該肩負(fù)起替代進(jìn)口產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)高端電子材料國(guó)產(chǎn)化的重任。參考文獻(xiàn)袁桐.(2004).電子信息材料發(fā)展現(xiàn)狀及展墾?中國(guó)創(chuàng)業(yè)投資與髙科技弋、弋仝A.楊遇春.(1996).半導(dǎo)體技術(shù)的新領(lǐng)域——摻稀土元素半導(dǎo)體材料.半導(dǎo)體技術(shù)、(6),20-22.⑶李曉延.(2013).第三代半導(dǎo)體材料雙雄并立，難分高下.今夕笛子，⑴，23-23.[4]梁秀紅，&張穎懷.(2001).一種新型光電子材料—SiGe合金晶體.河北工業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院學(xué)報(bào)、(001),24-26附錄：課程感想這個(gè)學(xué)期選擇了理工科的材料與人類文明作為選修課，選修了這樣的課程才知道，原來(lái)，我們的生活，都離不開材料。材料的用途廣泛，在我們?nèi)粘Ｉ钪邪l(fā)揮著不可替代的作用。老師通過(guò)授課，視頻教學(xué)等方式，介紹了很多材料領(lǐng)域前沿的知識(shí)。印象比較深刻的是3D打印技術(shù)，在其他的課程學(xué)習(xí)中，曾經(jīng)對(duì)這一技術(shù)略知一二，但也只知道這是一種快速成型技術(shù)。但老師介紹的器官打印，則是醫(yī)學(xué)界與機(jī)械技術(shù)的融合，非常新奇。這門課讓我增長(zhǎng)了知識(shí)，開