半導(dǎo)體和電介質(zhì)材料

半導(dǎo)體和電介質(zhì)材料現(xiàn)在是1頁(yè)\一共有105頁(yè)\編輯于星期三6.1導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體材料

導(dǎo)體的電阻率10-5~10-4Ω·cm半導(dǎo)體的電阻率10-4~1010Ω·cm絕緣體的電阻率1010~1014Ω·cm

現(xiàn)在是2頁(yè)\一共有105頁(yè)\編輯于星期三現(xiàn)在是3頁(yè)\一共有105頁(yè)\編輯于星期三現(xiàn)在是4頁(yè)\一共有105頁(yè)\編輯于星期三導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體的區(qū)別

——能帶理論

能級(jí)：在孤立原子中，原子核外的電子按照一定的殼層排列，每一殼層容納一定數(shù)量的電子。每個(gè)殼層上的電子具有分立的能量值，也就是電子按能級(jí)分布?，F(xiàn)在是5頁(yè)\一共有105頁(yè)\編輯于星期三Chapter2ChapterChapterSemiconductor

現(xiàn)在是6頁(yè)\一共有105頁(yè)\編輯于星期三電子的共有化運(yùn)動(dòng)：晶體中大量的原子集合在一起，而且原子之間距離很近，從而導(dǎo)致離原子核較遠(yuǎn)的殼層發(fā)生交疊，殼層交疊使電子不再局限于某個(gè)原子上，有可能轉(zhuǎn)移到相鄰原子的相似殼層上去，也可能從相鄰原子運(yùn)動(dòng)到更遠(yuǎn)的原子殼層上去，因而電子可以在整個(gè)晶體中運(yùn)動(dòng)，這種現(xiàn)象稱為電子的共有化運(yùn)動(dòng)。Chapter2ChapterChapterSemiconductor

現(xiàn)在是7頁(yè)\一共有105頁(yè)\編輯于星期三

現(xiàn)在是8頁(yè)\一共有105頁(yè)\編輯于星期三金屬中電子的共有化現(xiàn)在是9頁(yè)\一共有105頁(yè)\編輯于星期三四個(gè)原子的能級(jí)的分裂八個(gè)原子的能級(jí)的分裂Chapter2ChapterChapterSemiconductor

能級(jí)分裂動(dòng)畫現(xiàn)在是10頁(yè)\一共有105頁(yè)\編輯于星期三當(dāng)有n個(gè)原子相互靠近組成晶體它們的能級(jí)便分裂成N個(gè)彼此靠得很近的能級(jí)－－組成一個(gè)能帶。Chapter2ChapterChapterSemiconductor

能帶：電子的共有化運(yùn)動(dòng)使本來處于同一能量狀態(tài)的電子產(chǎn)生微小的能量差異，與此相對(duì)應(yīng)的能級(jí)擴(kuò)展為能帶。現(xiàn)在是11頁(yè)\一共有105頁(yè)\編輯于星期三由于n是一個(gè)非常大的數(shù)值，能級(jí)又靠的很近，所以每一個(gè)能帶中的能級(jí)基本上可視為連續(xù)的，或“準(zhǔn)連續(xù)能級(jí)”N1022~1023/cm3Chapter2ChapterChapterSemiconductor

現(xiàn)在是12頁(yè)\一共有105頁(yè)\編輯于星期三

GaN能帶圖現(xiàn)在是13頁(yè)\一共有105頁(yè)\編輯于星期三能帶圖可簡(jiǎn)化成:禁帶寬度Chapter2ChapterChapterSemiconductor

Eg電子能量EcEv現(xiàn)在是14頁(yè)\一共有105頁(yè)\編輯于星期三原子能級(jí)分裂為能帶的示意圖允帶{能帶原子級(jí)能{禁帶{禁帶原子軌道dps能量EChapter2ChapterChapterSemiconductor

能級(jí)分裂動(dòng)畫允帶：允許被電子占據(jù)的能帶稱為允帶，原子殼層中的內(nèi)層允帶總是被電子先占滿，然后再占據(jù)能量更高的外面一層的允帶。

價(jià)帶：原子中最外層的電子稱為價(jià)電子，與價(jià)電子能級(jí)相對(duì)應(yīng)的能帶稱為價(jià)帶。

導(dǎo)帶：價(jià)帶以上能量的最低的允帶稱為導(dǎo)帶。滿帶：被電子占滿的允許帶稱為滿帶；

空帶：每一個(gè)能級(jí)上都沒有電子的能帶稱為空帶。禁帶：允許帶之間的范圍是不允許電子占據(jù)的，此范圍稱為禁帶。導(dǎo)帶的底能級(jí)為Ec，價(jià)帶的頂能級(jí)為Ev，Ec和Ev之間的能量間隔稱為禁帶Eg。現(xiàn)在是15頁(yè)\一共有105頁(yè)\編輯于星期三6.1.2導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體區(qū)別的能帶論解釋導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)：價(jià)帶部分填入價(jià)帶被填滿金屬現(xiàn)在是16頁(yè)\一共有105頁(yè)\編輯于星期三金屬、絕緣體、半導(dǎo)體的能帶特征金屬Eg絕緣體半導(dǎo)體Eg價(jià)帶導(dǎo)帶Chapter2ChapterChapterSemiconductor

現(xiàn)在是17頁(yè)\一共有105頁(yè)\編輯于星期三絕緣體的能帶結(jié)構(gòu)：價(jià)帶為滿帶，禁帶較寬ΔEg≈3～6eV現(xiàn)在是18頁(yè)\一共有105頁(yè)\編輯于星期三半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)：價(jià)帶為滿帶，禁帶寬度ΔEg≈0～2eV現(xiàn)在是19頁(yè)\一共有105頁(yè)\編輯于星期三載流子：導(dǎo)體和半導(dǎo)體的導(dǎo)電作用是通過帶電粒子的運(yùn)動(dòng)（形成電流）來實(shí)現(xiàn)的，這種電流的載體稱為載流子。導(dǎo)體的載流子是自由電子；半導(dǎo)體的載流子是帶負(fù)電的電子和帶正電的空穴。

現(xiàn)在是20頁(yè)\一共有105頁(yè)\編輯于星期三本征半導(dǎo)體

在一定溫度下，價(jià)帶電子受到熱激發(fā)而成為導(dǎo)帶電子的過程。價(jià)帶電子激發(fā)前：激發(fā)后：空的量子態(tài)（空穴）導(dǎo)帶電子Chapter2ChapterChapterSemiconductor

現(xiàn)在是21頁(yè)\一共有105頁(yè)\編輯于星期三e-e-e-e-e-e-e-e-e-e-e-e-e-e-e-XYZCBAYZCBAXZCBAXYChapter2ChapterChapterSemiconductor

空間電子運(yùn)動(dòng)示意圖空間空穴運(yùn)動(dòng)示意圖現(xiàn)在是22頁(yè)\一共有105頁(yè)\編輯于星期三

Electronconductioninn-typesemiconductors(andmetals)e-e-e-e-(-)(+)Holeconductioninp-typesemiconductor(+)(-)e-e-e-e-e-e-e-e-e-e-e-e-e-e-e-Semiconductor

Electron/HoleConductivity現(xiàn)在是23頁(yè)\一共有105頁(yè)\編輯于星期三電子：帶負(fù)電的導(dǎo)電載流子，是價(jià)電子脫離原子束縛后形成的準(zhǔn)自由電子，對(duì)應(yīng)于導(dǎo)帶中占據(jù)的電子空穴：帶正電的導(dǎo)電載流子，是價(jià)電子脫離原子束縛后形成的電子空位，對(duì)應(yīng)于價(jià)帶中的電子空位半導(dǎo)體中的載流子：能夠?qū)щ姷淖杂闪Ｗ与娮雍涂昭ü餐瑓⑴c半導(dǎo)體的導(dǎo)電。Chapter2ChapterChapterSemiconductor

現(xiàn)在是24頁(yè)\一共有105頁(yè)\編輯于星期三本征半導(dǎo)體：是指不含雜質(zhì)的半導(dǎo)體；通常由于載流子數(shù)目有限，導(dǎo)電性能不好。N型半導(dǎo)體：在本征半導(dǎo)體中摻入5價(jià)元素，載流子多數(shù)為電子。雜質(zhì)能級(jí)—施主能級(jí)P型半導(dǎo)體：在本征半導(dǎo)體中摻入3價(jià)元素，載流子多數(shù)為空穴。雜質(zhì)能級(jí)—受主能級(jí)不同的材料，由于禁帶寬度不同，導(dǎo)帶中的電子數(shù)目不同，從而有不同的導(dǎo)電性。本征半導(dǎo)體，n型半導(dǎo)體，p型半導(dǎo)體現(xiàn)在是25頁(yè)\一共有105頁(yè)\編輯于星期三以硅中摻磷為例：形成一個(gè)正電中心P+和一個(gè)多余價(jià)電子；這個(gè)多余價(jià)電子受到的束縛很弱，使得它很容易掙脫束縛，成為導(dǎo)電電子在晶格中自由運(yùn)動(dòng)——雜質(zhì)電離；施主雜質(zhì)和施主能級(jí)Chapter2ChapterChapterSemiconductor

施主雜質(zhì)動(dòng)畫現(xiàn)在是26頁(yè)\一共有105頁(yè)\編輯于星期三Ⅴ族雜質(zhì)在硅、鍺中電離時(shí)，能夠釋放電子而產(chǎn)生導(dǎo)電電子并形成正電中心，稱為施主雜質(zhì)或n型雜質(zhì)。釋放電子的過程叫做施主電離；施主雜質(zhì)為電離時(shí)是中性的，稱為束縛態(tài)或中性態(tài)，電離后成為正電中心年，稱為離化態(tài)。導(dǎo)帶電子電離施主P+Chapter2ChapterChapterSemiconductor

現(xiàn)在是27頁(yè)\一共有105頁(yè)\編輯于星期三Chapter2ChapterChapterSemiconductor

EcEvED現(xiàn)在是28頁(yè)\一共有105頁(yè)\編輯于星期三以硅中摻硼為例：形成一個(gè)負(fù)電中心B-和一個(gè)空穴；這個(gè)空穴受到的B-束縛很弱，容易掙脫束縛，成為導(dǎo)電空穴在晶格中自由運(yùn)動(dòng)——雜質(zhì)電離；受主雜質(zhì)和受主能級(jí)Chapter2ChapterChapterSemiconductor

受主雜質(zhì)動(dòng)畫現(xiàn)在是29頁(yè)\一共有105頁(yè)\編輯于星期三Ⅲ族雜質(zhì)在硅、鍺中電離時(shí)，能夠接受電子而產(chǎn)生導(dǎo)電空穴并形成負(fù)電中心，稱為受主雜質(zhì)或p型雜質(zhì)。釋放電子的過程叫做受主電離；施主雜質(zhì)為電離時(shí)是中性的，稱為束縛態(tài)或中性態(tài)，電離后成為正電中心年，稱為離化態(tài)。價(jià)帶空穴電離受主B－Chapter2ChapterChapterSemiconductor

現(xiàn)在是30頁(yè)\一共有105頁(yè)\編輯于星期三Chapter2ChapterChapterSemiconductor

含有受主雜質(zhì)的半導(dǎo)體，其導(dǎo)電的載流子主要是空穴——P型半導(dǎo)體，或空穴型半導(dǎo)體。EcEvEA現(xiàn)在是31頁(yè)\一共有105頁(yè)\編輯于星期三6.1.3導(dǎo)體材料

金屬：如銀、銅、鋁等；可用作電纜材料，電池材料，電機(jī)材料，開關(guān)材料，輻射屏蔽材料，傳感器材料等；導(dǎo)電系數(shù)依次銀---0.016銅---0.0172金---0.023鋁---0.028黃銅---0.067鐵絲---0.1-0.15鋅---0.06鉛---0.21汞---0.958大多數(shù)純金屬的導(dǎo)電系數(shù)隨溫度升高而升高?，F(xiàn)在是32頁(yè)\一共有105頁(yè)\編輯于星期三

合金：向?qū)щ娂兘饘僦屑尤肫渌饘僭厮鶚?gòu)成的導(dǎo)電材料即為導(dǎo)電合金材料。此類導(dǎo)電材料經(jīng)不同方法的強(qiáng)化后，具有良好的導(dǎo)電性和高的機(jī)械強(qiáng)度、硬度、耐蝕、耐磨、耐熱等綜合性能。如銅和鋁的合金。將兩種或兩種以上的金屬通過一定的復(fù)合工藝制成的導(dǎo)電材料即為復(fù)合導(dǎo)電金屬。如銅包鋁線、鋁包銅線等。此類導(dǎo)電材料有線、棒、板、片、管等各種型材。

非金屬：如石墨等；可用作耐腐蝕導(dǎo)體和導(dǎo)電填料等?，F(xiàn)在是33頁(yè)\一共有105頁(yè)\編輯于星期三6.1.4半導(dǎo)體材料無機(jī)半導(dǎo)體有機(jī)半導(dǎo)體元素半導(dǎo)體化合物半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體

半導(dǎo)體材料（按結(jié)構(gòu)形態(tài)）晶態(tài)半導(dǎo)體非晶態(tài)半導(dǎo)體

半導(dǎo)體材料（按化學(xué)成份）現(xiàn)在是34頁(yè)\一共有105頁(yè)\編輯于星期三非晶單晶多晶現(xiàn)在是35頁(yè)\一共有105頁(yè)\編輯于星期三Chapter1Chapter1Chapter1Semiconductor

現(xiàn)在是36頁(yè)\一共有105頁(yè)\編輯于星期三Chapter1Chapter1Chapter1Semiconductor

負(fù)電阻溫度系數(shù)是半導(dǎo)體的特有性質(zhì)之一。1.現(xiàn)在是37頁(yè)\一共有105頁(yè)\編輯于星期三Chapter1Chapter1Chapter1Semiconductor

光電導(dǎo)效應(yīng)是半導(dǎo)體的特有性質(zhì)之二。2.現(xiàn)在是38頁(yè)\一共有105頁(yè)\編輯于星期三Chapter1Chapter1Chapter1Semiconductor

整流效應(yīng)是半導(dǎo)體的特有性質(zhì)之三。3.現(xiàn)在是39頁(yè)\一共有105頁(yè)\編輯于星期三Chapter1Chapter1Chapter1Semiconductor

光生伏特效應(yīng)是半導(dǎo)體的特有性質(zhì)之四。4.現(xiàn)在是40頁(yè)\一共有105頁(yè)\編輯于星期三Chapter1Chapter1Chapter1Semiconductor

光生伏特效應(yīng)是半導(dǎo)體的特有性質(zhì)之四。半5.現(xiàn)在是41頁(yè)\一共有105頁(yè)\編輯于星期三霍耳效應(yīng)的應(yīng)用判斷半導(dǎo)體的導(dǎo)電類型測(cè)定載流子濃度、遷移率、電導(dǎo)率霍爾器件（感受磁場(chǎng)的能力）Chapter2ChapterChapterSemiconductor

選用遷移率高的半導(dǎo)體材料，在同樣電場(chǎng)作用下，漂移速度大，加磁場(chǎng)后載流子受到的洛倫磁力大，霍耳效應(yīng)明顯。常選用銻化銦、砷化銦、鍺作霍爾器件?，F(xiàn)在是42頁(yè)\一共有105頁(yè)\編輯于星期三霍爾元件基本結(jié)構(gòu)由霍爾片、引線和殼體組成,如圖所示?；魻柶且粔K矩形半導(dǎo)體單晶薄片，引出四個(gè)引線。1、1′兩根引線加激勵(lì)電壓或電流，稱為激勵(lì)電極；2、2′引線為霍爾輸出引線，稱為霍爾電極?；魻栐んw由非導(dǎo)磁金屬、陶瓷或環(huán)氧樹脂封裝而成。在電路中霍爾元件可用兩種符號(hào)表示。四端元件Chapter2ChapterChapterSemiconductor

現(xiàn)在是43頁(yè)\一共有105頁(yè)\編輯于星期三霍爾特斯拉計(jì)（高斯計(jì)）

霍爾元件磁鐵Chapter2ChapterChapterSemiconductor

現(xiàn)在是44頁(yè)\一共有105頁(yè)\編輯于星期三硅和鍺——第一代半導(dǎo)體材料相同點(diǎn)：具有灰色、金屬光澤的固體，硬而脆，金剛石結(jié)構(gòu)，間接帶隙半導(dǎo)體材料.不同點(diǎn)：

硅鍺室溫本征電阻率2.3×105Ω·cm50Ω·cm

禁帶寬度1.12eV0.66eV

鍺比硅的金屬性更為顯著硅、鍺都溶解于HF-HNO3混合酸?，F(xiàn)在是45頁(yè)\一共有105頁(yè)\編輯于星期三硅在太陽(yáng)能電池上的應(yīng)用單晶硅多晶硅非晶硅其工作原理是利用光電材料吸收光能后發(fā)生光電于轉(zhuǎn)換反應(yīng)，現(xiàn)在是46頁(yè)\一共有105頁(yè)\編輯于星期三當(dāng)晶片受光后，PN結(jié)中，N型半導(dǎo)體的空穴往P型區(qū)移動(dòng)，而P型區(qū)中的電子往N型區(qū)移動(dòng)，從而形成從N型區(qū)到P型區(qū)的電流。然后在PN結(jié)中形成電勢(shì)差，這就形成了電源。由于半導(dǎo)體不是電的良導(dǎo)體，電子在通過p－n結(jié)后如果在半導(dǎo)體中流動(dòng)，電阻非常大，損耗也就非常大。但如果在上層全部涂上金屬，陽(yáng)光就不能通過，電流就不能產(chǎn)生，因此一般用金屬網(wǎng)格覆蓋p－n結(jié)（如圖梳狀電極），以增加入射光的面積。

另外硅表面非常光亮，會(huì)反射掉大量的太陽(yáng)光，不能被電池利用。為此，科學(xué)家們給它涂上了一層反射系數(shù)非常小的保護(hù)膜（如圖），將反射損失減小到5％甚至更小。一個(gè)電池所能提供的電流和電壓畢竟有限，于是人們又將很多電池（通常是36個(gè)）并聯(lián)或串聯(lián)起來使用，形成太陽(yáng)能光電板?，F(xiàn)在是47頁(yè)\一共有105頁(yè)\編輯于星期三單晶硅棒(直拉法、區(qū)熔法)現(xiàn)在是48頁(yè)\一共有105頁(yè)\編輯于星期三現(xiàn)在是49頁(yè)\一共有105頁(yè)\編輯于星期三現(xiàn)在是50頁(yè)\一共有105頁(yè)\編輯于星期三

擴(kuò)散現(xiàn)在是51頁(yè)\一共有105頁(yè)\編輯于星期三

注入現(xiàn)在是52頁(yè)\一共有105頁(yè)\編輯于星期三硅（111）晶面圖現(xiàn)在是53頁(yè)\一共有105頁(yè)\編輯于星期三砷化鎵——第二代半導(dǎo)體材料特點(diǎn)：化合物半導(dǎo)體，晶體結(jié)構(gòu)是閃鋅礦型，禁帶寬度為1.43eV

容易制成半絕緣材料(電阻率107~109Ω·cm)

本征載流子濃度低光電特性好耐熱、抗輻射性能好和對(duì)磁場(chǎng)敏感用途：光電材料，適合于制造高頻、高速的器件和電路，發(fā)光二極管、場(chǎng)效應(yīng)晶體管等?，F(xiàn)在是54頁(yè)\一共有105頁(yè)\編輯于星期三現(xiàn)在是55頁(yè)\一共有105頁(yè)\編輯于星期三現(xiàn)在是56頁(yè)\一共有105頁(yè)\編輯于星期三現(xiàn)在是57頁(yè)\一共有105頁(yè)\編輯于星期三分類半絕緣砷化鎵低阻砷化鎵現(xiàn)在是58頁(yè)\一共有105頁(yè)\編輯于星期三高溫區(qū)：高于GaAs熔點(diǎn)，維持熔融狀態(tài)；低溫區(qū)：防止As揮發(fā)損失；中溫區(qū)：調(diào)整固液界面附件溫度梯度，并抑制石英舟污染現(xiàn)在是59頁(yè)\一共有105頁(yè)\編輯于星期三氮化鎵——第三代半導(dǎo)體材料

氮化鎵及其相關(guān)氮化物材料：是指元素周期表中ⅢA族元素鋁、鎵、銦和Ⅴ族元素氮形成的化合物(AlN、GaN、InN，)以及由它們組成的多元合金材料(InxGa1-xN，AlxGa1-xN）等。

現(xiàn)在是60頁(yè)\一共有105頁(yè)\編輯于星期三

特點(diǎn)：三種晶體結(jié)構(gòu)：閃鋅礦、纖鋅礦和巖鹽礦寬禁帶半導(dǎo)體材料：

InN---1.9eV，GaN---3.4eV，AlN---6.2eV

用途：晶體管、發(fā)光管、激光二極管和光電探測(cè)器等器件

覆蓋可見光及遠(yuǎn)紫外光的范圍，可以制成從紅外到紫外的發(fā)光管或激光器，實(shí)現(xiàn)三基色發(fā)光?，F(xiàn)在是61頁(yè)\一共有105頁(yè)\編輯于星期三英國(guó)劍橋大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)一種生產(chǎn)發(fā)光二極管（LED）的新方法，他們說能在5年中將LED產(chǎn)品的成本降低多達(dá)75%。氮化鎵可能是繼硅之后最重要的半導(dǎo)體材料。它發(fā)出燦爛的光，將是下一代能在高溫下使用的高頻高能量晶體的關(guān)鍵材料?！眲虼髮W(xué)氮化鎵和材料科學(xué)中心(CCGN)主任科林漢弗萊斯教授說。氮化鎵LED的其他一些特征，也足以讓傳統(tǒng)節(jié)能燈相形見絀。估計(jì)價(jià)格約2英鎊的氮化鎵LED，能點(diǎn)亮10萬(wàn)小時(shí)，一般說來60年才需要更換。氮化鎵LED對(duì)環(huán)境也更友好，因?yàn)樗缓y，廢棄部件的處理問題容易解決。氮化鎵LED的使用更方便，能即時(shí)打開，它不閃爍，光線還可以調(diào)節(jié)?，F(xiàn)在是62頁(yè)\一共有105頁(yè)\編輯于星期三“世貿(mào)天階”上方的LED屏幕最初的LED光源能夠發(fā)出來的顏色只是紅色，進(jìn)入到20世紀(jì)90年底，LED已經(jīng)能夠發(fā)出紅、藍(lán)、橙、黃、綠等單色。最終，進(jìn)入到1998年之后，白光LED光源研發(fā)成功，現(xiàn)在RGB三色LED光源也已經(jīng)得到了規(guī)模化應(yīng)用。

LED顯示產(chǎn)品日益增多相比之下，因?yàn)閷?duì)亮度要求不高，LED顯示器、LED背光筆記本、LED電視都已經(jīng)出現(xiàn)了相當(dāng)數(shù)量的產(chǎn)品。采用LED光源的投影機(jī)所帶來最大的變化就是減少了機(jī)身的體積，延長(zhǎng)了燈泡的壽命壽命。在之前，普通的投影燈泡壽命僅有2000-4000小時(shí)，但是LED燈泡能夠確保其試用壽命長(zhǎng)達(dá)2萬(wàn)小時(shí)，而現(xiàn)在一個(gè)普通的投影機(jī)燈泡更換成本在2000-3000元，LED大大節(jié)約了用戶后期的維護(hù)成本?，F(xiàn)在是63頁(yè)\一共有105頁(yè)\編輯于星期三中科院半導(dǎo)體所現(xiàn)在是64頁(yè)\一共有105頁(yè)\編輯于星期三現(xiàn)在是65頁(yè)\一共有105頁(yè)\編輯于星期三現(xiàn)在是66頁(yè)\一共有105頁(yè)\編輯于星期三光譜特性：散熱特性：LED芯片波長(zhǎng)隨注入電流的增加造成發(fā)光波長(zhǎng)的嚴(yán)重不穩(wěn)定。均勻性和重復(fù)性成為外延技術(shù)的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)10-20%發(fā)光，80-90%熱量大功率，老化、失效現(xiàn)在是67頁(yè)\一共有105頁(yè)\編輯于星期三

全球功率半導(dǎo)體和管理方案領(lǐng)導(dǎo)廠商–

國(guó)際整流器公司(InternationalRectifier，簡(jiǎn)稱IR)推出行業(yè)首個(gè)商用集成功率級(jí)產(chǎn)品系列，采用了IR革命性的氮化鎵(GaN)功率器件技術(shù)平臺(tái)。嶄新的iP2010和iP2011系列器件是為多相和負(fù)載點(diǎn)(POL)應(yīng)用設(shè)計(jì)的，包括服務(wù)器、路由器、交換機(jī)，以及通用POLDC-DC轉(zhuǎn)換器。

iP2010和iP2011集成了非常先進(jìn)的超快速PowIRtune驅(qū)動(dòng)器IC，并匹配一個(gè)多開關(guān)單片氮化鎵功率器件。這些器件貼裝在一個(gè)倒裝芯片封裝平臺(tái)上，可帶來比最先進(jìn)的硅集成功率級(jí)器件更高的效率和超出雙倍的開關(guān)頻率。本篇文章來源于:電源在線網(wǎng)原文鏈接：現(xiàn)在是68頁(yè)\一共有105頁(yè)\編輯于星期三電介質(zhì)功能材料介電材料鐵電材料壓電材料敏感電介質(zhì)材料電性材料電導(dǎo)體功能材料導(dǎo)電材料電阻材料超導(dǎo)電體6.2鐵電、壓電、熱釋電和介電材料

材料可按其對(duì)外電場(chǎng)的響應(yīng)方式區(qū)分為兩類一類是以電荷長(zhǎng)程遷移即傳導(dǎo)的方式對(duì)外電場(chǎng)作出響應(yīng)，這類材料稱為導(dǎo)電材料另一類以感應(yīng)的方式對(duì)外電場(chǎng)作出響應(yīng)，即沿著電場(chǎng)方向產(chǎn)生電偶極矩或電偶極矩的改變，這類材料稱為電介質(zhì)現(xiàn)在是69頁(yè)\一共有105頁(yè)\編輯于星期三極化：

在電場(chǎng)作用下，電介質(zhì)中束縛著的電荷發(fā)生位移或者極性按電場(chǎng)方向轉(zhuǎn)動(dòng)的現(xiàn)象，稱為電介質(zhì)的極化。

自發(fā)極化：

在沒有外電場(chǎng)作用時(shí)，鐵電晶體或鐵電陶瓷中存在著由于電偶極子的有序排列而產(chǎn)生的極化，稱為自發(fā)極化。介電常數(shù)：表征材料極化并儲(chǔ)存電荷能力的物理量稱為介電常數(shù)，用ε表示，無量綱。基本概念單位面積的極化電荷量稱為極化強(qiáng)度，它是一個(gè)矢量，用P表示，其單位為C/m2。在垂直于極化軸的表面上，單位面積的自發(fā)極化電荷量稱為自發(fā)極化強(qiáng)度?，F(xiàn)在是70頁(yè)\一共有105頁(yè)\編輯于星期三

電介質(zhì)又分為非極性電介質(zhì)和極性電介質(zhì)兩大類。前者由非極性分子組成，在無外電場(chǎng)時(shí)分子的正負(fù)電荷重心互相重合，不具有電偶極矩。只是在外電場(chǎng)作用下正負(fù)電荷出現(xiàn)相對(duì)位移，才出現(xiàn)電偶極矩。后者由極性分子組成，即使在無外場(chǎng)時(shí)每個(gè)分子的正負(fù)電荷重心也不互相重合，具有固有電矩，它與鐵電性有密切關(guān)系。現(xiàn)在是71頁(yè)\一共有105頁(yè)\編輯于星期三現(xiàn)在是72頁(yè)\一共有105頁(yè)\編輯于星期三現(xiàn)在是73頁(yè)\一共有105頁(yè)\編輯于星期三熱釋電體：因?yàn)樵拥臉?gòu)型是溫度的函數(shù)，所以極化狀態(tài)將隨溫度發(fā)生變化。這種性質(zhì)稱為熱釋電效應(yīng)。熱電性是所有呈現(xiàn)自發(fā)極化的晶體的共性。具有熱電性的晶體稱為熱釋電體。壓電體：壓電效應(yīng)是指材料在外力作用下發(fā)生極化而在材料兩端的表面上出現(xiàn)電位差的效應(yīng)。具有壓電性質(zhì)的材料稱為壓電材料。鐵電體：

存在自發(fā)極化，且自發(fā)極化有兩個(gè)或多個(gè)可能的取向，在電場(chǎng)作用下而重新取向的材料。通常鐵電體同時(shí)具有熱釋電和壓電性。現(xiàn)在是74頁(yè)\一共有105頁(yè)\編輯于星期三6.2.1鐵電材料

是指在某些溫度范圍內(nèi)具有自發(fā)極化，且其自發(fā)極化強(qiáng)度能因外電場(chǎng)的作用而重新取向的材料。

通常鐵電體同時(shí)具有熱釋電和壓電性。鐵電體的標(biāo)識(shí)性特征是其電極化與外電場(chǎng)的關(guān)系表現(xiàn)為電滯回線?，F(xiàn)在是75頁(yè)\一共有105頁(yè)\編輯于星期三電滯回線：

在強(qiáng)電場(chǎng)作用下，使多疇鐵電體變?yōu)閱萎犺F電體或使單疇鐵電體的自發(fā)極化反向的動(dòng)力學(xué)過程稱為疇的反轉(zhuǎn)。

使剩余極化強(qiáng)度降為零時(shí)的電場(chǎng)值Ec稱為矯頑電場(chǎng)強(qiáng)度（矯頑場(chǎng)）Ps：飽和極化強(qiáng)度Pr：剩余極化強(qiáng)度A→B→C→B→D→F→G→H→K→C變化過程：Ec：矯頑電場(chǎng)強(qiáng)度現(xiàn)在是76頁(yè)\一共有105頁(yè)\編輯于星期三電疇：鐵電體內(nèi)自發(fā)極化相同的小區(qū)域稱為電疇，～10μm；電疇與電疇之間的交界稱為疇壁兩種：90°疇壁和180°疇壁鈦酸鋇晶體表面電疇偽色圖現(xiàn)在是77頁(yè)\一共有105頁(yè)\編輯于星期三居里溫度Tc：鐵電陶瓷只在某一溫度范圍內(nèi)才具有鐵電性，它有一臨界溫度Tc.，當(dāng)溫度高于Tc時(shí)，鐵電相轉(zhuǎn)變?yōu)轫橂娤?，自發(fā)極化消失。晶體順電相-鐵電相的臨界轉(zhuǎn)變溫度Tc稱為居里溫度?，F(xiàn)在是78頁(yè)\一共有105頁(yè)\編輯于星期三

BaTiO3陶瓷材料的鐵電性能在1942年被人們發(fā)現(xiàn)，由于其性能優(yōu)良，工藝簡(jiǎn)便，很快被應(yīng)用于介電、壓電元器件。1954年人工法成功制備出BaTiO3單晶，至今，BaTiO3陶瓷仍是應(yīng)用的最廣泛和研究得比較透徹的一種鐵電材料。BaTiO3陶瓷材料現(xiàn)在是79頁(yè)\一共有105頁(yè)\編輯于星期三＞120℃，立方晶胞6℃～120℃，四方晶胞-90℃～6℃，斜方晶胞＜-90℃，三方晶胞BaTiO3

晶體結(jié)構(gòu)有立方相、四方相、斜方相和三方相等晶相，均屬于鈣鈦礦型結(jié)構(gòu)的變體，四方相、斜方相和三方相為鐵電相，立方相為順電相。BaTiO3的晶體結(jié)構(gòu)現(xiàn)在是80頁(yè)\一共有105頁(yè)\編輯于星期三BaTiO3在室溫附近（20℃）為鐵電相，當(dāng)溫度高于居里溫度（120℃），鐵電相轉(zhuǎn)變?yōu)轫橂娤?。順電相BaTiO3的結(jié)晶學(xué)原胞如圖所示：

在鈣鈦礦結(jié)構(gòu)中，有一種非常重要的結(jié)構(gòu)---氧八面體結(jié)構(gòu)。鈣鈦礦結(jié)構(gòu)中氧八面體結(jié)構(gòu)和金剛石結(jié)構(gòu)中的正四面體結(jié)構(gòu)是固體物理學(xué)中兩類非常重要的典型結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)在是81頁(yè)\一共有105頁(yè)\編輯于星期三現(xiàn)在是82頁(yè)\一共有105頁(yè)\編輯于星期三BaTiO3的介電-溫度特性

介電常數(shù)隨溫度的變化顯示明顯的非線性，室溫介電常數(shù)一般為3000～5000，在居里溫度處（120℃）發(fā)生突變，可達(dá)10000以上?，F(xiàn)在是83頁(yè)\一共有105頁(yè)\編輯于星期三常見的鐵電材料:（1）BT：鈦酸鋇BaTiO3，鈣鐵礦結(jié)構(gòu)，居里溫度120oC；（2）PT：鈦酸鉛PbTiO3，鈣鐵礦結(jié)構(gòu)，居里溫度492oC；（3）PZT：鋯鈦酸鉛Pb(ZrxTi1-x)O3，鈣鐵礦結(jié)構(gòu)，居里溫度386oC；（4）BST：鈦酸鋇鍶(BaxSr1-x)TiO3,鈣鐵礦結(jié)構(gòu)，常溫下沒有鐵電性，介電常數(shù)高，現(xiàn)多用于DRAM的柵介質(zhì)；（5）SBT：鉭酸鍶鉍SrBi2Ta2O9，層狀鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，具有優(yōu)異的抗疲勞特性；（6）BTO：鈦酸鉍Bi4Ti3O12，層狀鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，有較好的抗疲勞特性?，F(xiàn)在是84頁(yè)\一共有105頁(yè)\編輯于星期三6.2.2壓電材料壓電效應(yīng)：

1880年CuirePierr和Curiejacques兄弟在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)在某些特定方向上對(duì)α-石英晶體施加壓力時(shí)，在與力方向垂直的兩個(gè)平面內(nèi)分別出現(xiàn)正負(fù)束縛電荷。這種現(xiàn)象稱為壓電性。這種由機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能的過程稱為正壓電效應(yīng)。反之，如果把電場(chǎng)加到壓電晶體上，晶體在電場(chǎng)作用下產(chǎn)生應(yīng)變或應(yīng)力，這種由電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的過程稱為逆壓電效應(yīng)。

現(xiàn)在是85頁(yè)\一共有105頁(yè)\編輯于星期三正壓電效應(yīng)逆壓電效應(yīng)

晶體受到機(jī)械力的作用時(shí)，表面產(chǎn)生束縛電荷，其電荷密度大小與施加外力大小成線性關(guān)系，這種由機(jī)械效應(yīng)轉(zhuǎn)換成電效應(yīng)的過程稱為正壓電效應(yīng)。

晶體在受到外電場(chǎng)激勵(lì)下產(chǎn)生形變，且二者之間呈線性關(guān)系，這種由電效應(yīng)轉(zhuǎn)換成機(jī)械效應(yīng)的過程稱為逆壓電效應(yīng)。現(xiàn)在是86頁(yè)\一共有105頁(yè)\編輯于星期三

壓電材料的用途：水聲換能器傳感器濾波器變壓器點(diǎn)火器陀螺儀液流泵1942年，發(fā)現(xiàn)鈦酸鋇具有壓電性。此后，又研制成功一種性能大大優(yōu)于鈦酸鋇的壓電陶瓷材料--鋯鈦酸鉛。利用多種元素改進(jìn)的鋯鈦酸鉛二元系壓電陶瓷，以鋯鈦酸鉛為基礎(chǔ)的三元系、四元系壓電陶瓷也都應(yīng)運(yùn)而生?，F(xiàn)在是87頁(yè)\一共有105頁(yè)\編輯于星期三工藝性差（粉化，PbO易揮發(fā)）工藝性好g33=33(10-3伏·米/牛)g33=11.4(10-3伏·米/牛)d33=56(10-12庫(kù)/牛)d33=191(10-12庫(kù)/牛)Kp=0.095Kp=0.354難極化易極化熱穩(wěn)定性好熱穩(wěn)定性差Tc=490℃Tc=120℃工作溫區(qū)寬工作溫區(qū)窄PbTiO3陶瓷BaTiO3陶瓷一元系壓電陶瓷現(xiàn)在是88頁(yè)\一共有105頁(yè)\編輯于星期三二元系Pb(ZrTi)O3壓電陶瓷

因此，PbZrO3和PbTiO3的結(jié)構(gòu)相同，Zr4+與Ti4+的半徑相近，故兩者可形成無限固溶體，可表示為Pb(ZrxTi1-x)O3，簡(jiǎn)稱PZT瓷。現(xiàn)在是89頁(yè)\一共有105頁(yè)\編輯于星期三6.2.3熱釋電材料熱釋電效應(yīng)：某些晶體受溫度變化影響時(shí)，由于自發(fā)極化的相應(yīng)變化而在晶體的一定方向上產(chǎn)生表面電荷，這一現(xiàn)象稱為熱釋電效應(yīng)。具有熱釋電效應(yīng)的材料稱為熱釋電材料。用途：紅外光譜儀、紅外遙感器、熱輻射探測(cè)器，非接觸測(cè)溫、無損探傷等現(xiàn)在是90頁(yè)\一共有105頁(yè)\編輯于星期三6.2.4介電材料

介電體的極化：在外電場(chǎng)作用下，電介質(zhì)材料中在緊靠帶電體的一端會(huì)出現(xiàn)同號(hào)的過剩電荷，另一端則出現(xiàn)負(fù)號(hào)的過剩電荷，這就是所謂的介電體的極化現(xiàn)象。介電性：如果將某一均勻的電介質(zhì)作為電容器的介質(zhì)而置于其兩極之間，由于電介質(zhì)的極化，可造成電容器的電容量比以真空為介質(zhì)時(shí)的電容量增加若干倍，電介質(zhì)的這一性質(zhì)稱為介電性。電容量增加的倍數(shù)稱為電介質(zhì)的介電常數(shù)，或稱介電滲透率，用來表示材料介電性的大小?，F(xiàn)在是91頁(yè)\一共有105頁(yè)\編輯于星期三6.2.5鐵電、壓電和介電材料的應(yīng)用

評(píng)價(jià)存儲(chǔ)器的標(biāo)準(zhǔn)：容量、速度、非易失性、功耗和價(jià)格

現(xiàn)有存儲(chǔ)器的性能比較：DRAM：優(yōu)點(diǎn)是容量、速度和成本，弱點(diǎn)是不具備非易失性快閃存儲(chǔ)器：優(yōu)點(diǎn)是容量和非易失性，短處是寫入速度慢

SRAM：優(yōu)點(diǎn)是速度和功耗，缺點(diǎn)是難以實(shí)現(xiàn)大容量比

鐵電隨機(jī)存取存儲(chǔ)器：容量、速度、非易失性、功耗和價(jià)格

現(xiàn)在是92頁(yè)\一共有105頁(yè)\編輯于星期三64KFeRAM存儲(chǔ)原理是基于鐵電薄膜的剩余極化．當(dāng)外加電場(chǎng)或電壓撤去后，鐵電薄膜仍存在著剩余極化電荷。當(dāng)外加電場(chǎng)時(shí)，鐵電體在宏觀上表現(xiàn)為極化強(qiáng)度與外電場(chǎng)之間