光電子信息材料概論課程概論

光電子信息材料概論主講人：張順平華中科技大學(xué)材料學(xué)院《學(xué)科概論》專題之——1光電子信息材料概論課程概論5/8/2024自我簡(jiǎn)介

張順平華中科技大學(xué)材料學(xué)院00級(jí)本科

09年博士畢業(yè)，留校任教替曾大文教授代一堂學(xué)科概論專題聯(lián)系方式：pszhang001gmail

希望能與各位同學(xué)共同學(xué)習(xí)！2光電子信息材料概論課程概論5/8/2024信息獲取信息傳輸信息存儲(chǔ)信息顯示信息處理信息技術(shù)的主要環(huán)節(jié)材料是實(shí)現(xiàn)信息技術(shù)的基礎(chǔ)和載體3光電子信息材料概論課程概論5/8/2024什么是信息？信息的表現(xiàn)形態(tài)很簡(jiǎn)單，主要是數(shù)據(jù)、文字、聲音、圖像四種，但現(xiàn)在，信息已是一個(gè)內(nèi)涵廣泛的概念。作為美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的《IEEE電學(xué)和電子學(xué)名詞標(biāo)準(zhǔn)詞典》(1988年7月第四版)中把信息(Information)定義為“信息是按已知協(xié)議賦于一定含義的數(shù)據(jù)”。4光電子信息材料概論課程概論5/8/2024知識(shí)可以理解為信息的升華----經(jīng)過(guò)概括、提升、驗(yàn)證了的信息，反過(guò)來(lái)，當(dāng)知識(shí)用于指導(dǎo)生產(chǎn)、規(guī)范社會(huì)生活時(shí)，它仍然充分體現(xiàn)出來(lái)的是它的信息屬性，因此也有人狹義地認(rèn)為信息就是知識(shí)。但不管對(duì)信息的定義如何理解，今天人們已經(jīng)認(rèn)同，信息是一種資源，一種資產(chǎn)，是現(xiàn)代社會(huì)中與物質(zhì)（材料）、能源同樣重要的、生存發(fā)展必不可少的三大資源之一。有人做出過(guò)這樣的定義：人類社會(huì)中的知識(shí)，需要利用和傳播的，叫作信息?？梢娦畔⑴c知識(shí)密切相關(guān)。5光電子信息材料概論課程概論5/8/2024什么是信息技術(shù)？廣義地講，信息技術(shù)是擴(kuò)展人類信息器官功能的一類技術(shù)，具體說(shuō)，信息技術(shù)是指包括信息獲取、信息傳遞、信息存儲(chǔ)、信息處理和信息顯示等在內(nèi)的總稱。信息技術(shù)對(duì)社會(huì)各行各業(yè)均具有極強(qiáng)的滲透力，信息技術(shù)的蓬勃發(fā)展，成為加速經(jīng)濟(jì)、社會(huì)變革的強(qiáng)大推動(dòng)力，使生產(chǎn)自動(dòng)化、金融自動(dòng)化、辦公自動(dòng)化、服務(wù)自動(dòng)化、軍事指揮自動(dòng)化等能得以實(shí)現(xiàn)。

6光電子信息材料概論課程概論5/8/2024當(dāng)今社會(huì)的各個(gè)方面，廣至空間宇宙，微到原子和電子，無(wú)論是科研、生產(chǎn)、社會(huì)交往、家庭生活乃至作戰(zhàn)指揮，無(wú)一例外地均與信息技術(shù)結(jié)下不解之緣。信息技術(shù)的飛速進(jìn)步，使得整個(gè)社會(huì)的生產(chǎn)方式、生活方式、思維觀念都在經(jīng)歷一場(chǎng)的深刻變化。生產(chǎn)效率成百倍地增長(zhǎng)，為生產(chǎn)和生活服務(wù)的自動(dòng)化、電子化、“傻瓜”化的設(shè)備和生活日用品，花樣翻新、層出不窮。由于信息技術(shù)的廣泛利用，人的大腦“擴(kuò)展”了，人的四肢“延長(zhǎng)”了，人的“能量”增大了，人的時(shí)空觀念也改變了，從而使得整個(gè)世界融為一體，地球由此變“小”，外星球與人類更接近，“天涯若比鄰”也從詩(shī)人的幻想變?yōu)檎嬲默F(xiàn)實(shí)?！?光電子信息材料概論課程概論5/8/2024在人們盡情享受當(dāng)代信息技術(shù)所帶來(lái)的方便、歡欣的時(shí)候，不知有多少人能意識(shí)到在信息技術(shù)的“花花世界”背后，還有一個(gè)支撐這個(gè)“花花世界”的“材料王國(guó)”？

8光電子信息材料概論課程概論5/8/2024什么是信息材料？信息材料主要是指用于信息的收集、存儲(chǔ)、處理、傳遞和顯示的微電子材料和光電子材料。微電子材料和光電子材料的發(fā)展歷程也就是信息材料的主要發(fā)展歷程。微電子材料和光電子材料是微電子技術(shù)和光電子技術(shù)的基礎(chǔ)和先導(dǎo)，因此，了解微電子技術(shù)和光電子技術(shù)的發(fā)展歷程。就能清楚地看出微電子材料和光電子材料的發(fā)展歷程。9光電子信息材料概論課程概論5/8/2024微電子技術(shù)的精華是集成電路技術(shù)，微電子技術(shù)是隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展起來(lái)的，集成電路技術(shù)又是從半導(dǎo)體晶體管技術(shù)發(fā)展起來(lái)的。而半導(dǎo)體晶體管的誕生則建立在人類對(duì)半導(dǎo)體材料的研究基礎(chǔ)上。因此，可以說(shuō)微電子材料是在半導(dǎo)體材料，特別是硅材料的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。其中，（微）電子學(xué)是研究電子輸運(yùn)過(guò)程的學(xué)問(wèn)。10光電子信息材料概論課程概論5/8/2024與分立元器件電路的不同。集成電路結(jié)構(gòu)和集成工藝的顯著特點(diǎn)是：1．電路所包含的元件和器件都集成在幾何尺寸十分小的晶片(芯片)上。2．組成電路的所有元器件都是在相同的工藝條件下，同時(shí)經(jīng)歷同一的工藝流程。11光電子信息材料概論課程概論5/8/2024

光電子技術(shù)是在激光技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。激光的發(fā)明把電子學(xué)推到了光頻波段。光電子學(xué)就是光波波段（紅外線、可見光、紫外線和軟X射線）的電子學(xué)。12光電子信息材料概論課程概論5/8/2024與微電子技術(shù)相比，光電子技術(shù)的最重要特點(diǎn)是波長(zhǎng)短、相干性好。因此，光電子技術(shù)具有分辨率高、存儲(chǔ)和通信容量大的優(yōu)點(diǎn)。光電子技術(shù)主要包括半導(dǎo)體激光器技術(shù)、光纖通信技術(shù)、光存儲(chǔ)技術(shù)、光顯示技術(shù)、光電探測(cè)技術(shù)、光信息處理技術(shù)以及集成光路、光電子集成回路技術(shù)。用于這些光電子技術(shù)的光電子材料是微電子材料之外的另一類重要的信息材料。信息材料是一個(gè)龐大的家族。它包括以集成電路材料為代表的微電子材料和以半導(dǎo)體激光器、光通信、光存儲(chǔ)、光傳感、光顯示、光處理、集成光路、光電子集成電路材料為代表的光電子材料。13光電子信息材料概論課程概論5/8/2024信息獲取14光電子信息材料概論課程概論5/8/2024人類通過(guò)自身的感覺(jué)器官?gòu)耐饨绔@取信息15光電子信息材料概論課程概論5/8/2024自古以來(lái)，人類通過(guò)自身的感覺(jué)器官，或者耳聽目視、或者手觸鼻嗅從外界獲取信息。而面對(duì)或者來(lái)自遙遠(yuǎn)星際的微弱光亮、或者身邊那些看不見、摸不著事件（如紅外光、磁場(chǎng)、微量氣體等），人類無(wú)法獲得相關(guān)信息。更為重要的是，人類難于從周圍世界中獲取定量信息，也就難于通過(guò)感官將50℃與55℃熱水區(qū)分開來(lái)。而定量信息對(duì)于人類的生存和生活至關(guān)重要。16光電子信息材料概論課程概論5/8/2024聰明的人類“知恥而后勇”，通過(guò)長(zhǎng)期的實(shí)踐，發(fā)明了各種各樣的傳感器，延伸和強(qiáng)化了自身的感官，從而能通過(guò)多種途徑獲得更多、更復(fù)雜的信息。傳感器及技術(shù)得以廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵是傳感器用材料的開發(fā)和不斷完善。表1給出了陶瓷材料在傳感器中典型應(yīng)用概況。實(shí)際上，還有許多材料可以用來(lái)制作相關(guān)的傳感器，諸如半導(dǎo)體、光纖、稀有金屬、高分子材料等。17光電子信息材料概論課程概論5/8/2024五官與傳感器人的五官感覺(jué)器官對(duì)象傳感器原理視覺(jué)眼光光傳感器視覺(jué)傳感器光電效應(yīng)（光電）聽覺(jué)耳聲波壓力傳感器聽覺(jué)傳感器壓電效應(yīng)（聲波電）觸覺(jué)皮膚壓力溫度壓力傳感器溫度傳感器壓電效應(yīng)（聲波電）塞貝克效應(yīng)（溫度電）嗅覺(jué)鼻氣體氣味物質(zhì)氣體傳感器氣味傳感器吸附效應(yīng)（氣電）吸附效應(yīng)（質(zhì)量變化頻率變化，氣電）味覺(jué)舌味覺(jué)物質(zhì)味覺(jué)傳感器電化學(xué)效應(yīng)（相互作用電）18光電子信息材料概論課程概論5/8/2024材料的檢測(cè)與控制技術(shù)19/6019光電子信息材料概論課程概論5/8/2024貝殼為何如此堅(jiān)硬？貝殼的微觀結(jié)構(gòu)材料微觀結(jié)構(gòu)的檢測(cè)20/6020光電子信息材料概論課程概論5/8/2024蝴蝶為何美麗？翅膀鱗粉具有光子晶體結(jié)構(gòu)的蝴蝶材料微觀結(jié)構(gòu)的檢測(cè)21/6021光電子信息材料概論課程概論5/8/2024蟬翅膀?yàn)楹斡直∮州p有耐用？蟬翅膀表面由規(guī)則排列的納米柱體組成材料微觀結(jié)構(gòu)的檢測(cè)22/6022光電子信息材料概論課程概論5/8/2024用STM移動(dòng)18個(gè)鈰(cerium)原子和18個(gè)碘(iodine)原子形成的“V”字圖案。材料原子尺寸上的控制23/6023光電子信息材料概論課程概論5/8/2024采用光學(xué)光刻技術(shù)制備的微電子芯片材料微米尺寸上的控制2424光電子信息材料概論課程概論5/8/2024Al2O3為基片的貼片微氣敏傳感器陣列材料毫米尺寸上的控制25/6025光電子信息材料概論課程概論5/8/2024聚合物氣敏傳感器陣列26/6026光電子信息材料概論課程概論5/8/2024Atpresent,theCaltechelectronicnoseconsistsofapproximately20-50differentpolymericsensorsthataredepositedonsubstratesthatareapproximately1mm-1cminsize.Theelectronicsarenowintegratedwiththesensorelements,andwehaveahand-heldunitthatcancontrolthesensortemperatures,acquirethedatafromasmanyas32sensorchannels(expandableto132easily),andrecordtheresultingresistancevstimedatatoalaptopPC.VLSI-compatible,deviceframeworkinaonechip檢測(cè)與控制就是我們的眼睛和雙手已成為材料科學(xué)研究中必備的技術(shù)基礎(chǔ)/能力27/6027光電子信息材料概論課程概論5/8/2024對(duì)象

檢測(cè)機(jī)理

器件

主要材料溫度由塊體中載流子數(shù)目的變化而引起電阻率的變化NTC（負(fù)溫度系數(shù)）熱敏電阻NiO、FeO、MnO、SiC、CoO由晶界電位勢(shì)壘高度的變化而引起電阻率的變化PTC（正溫度系數(shù)）熱敏電阻BaTiO3光由自極化溫度變化而引起的表面吸附電荷數(shù)量的變化熱電傳感器PbTiO3、LiNbO3、(PbLa)TiO3、Pb(ZrTi)O3由塊體中載流子數(shù)目的變化而引起電阻率的變化光電池Bi12SiO20由晶界產(chǎn)生的約瑟夫遜效應(yīng)而引起的電壓變化約瑟夫遜結(jié)型傳感器Ba(PbBi)O3（BaK)BiO3氣體由晶界或頂部空間電荷層的變化而引起的表面電阻率的變化表面控制型傳感器SnO2、MnO2、Cr2O3由塊體中晶格缺陷密度的變化而引起電阻率的變化體積控制型傳感器Fe2O3、(LaSr)CoO3由ZrO2表面氧離子極化而引起電功率的變化固體電解質(zhì)型傳感器ZrO2(CaO,Y2O3)濕度由水蒸氣的化學(xué)吸附、物理吸附而引起的表面電阻變化質(zhì)子電導(dǎo)型傳感器MgCr2O1-TiO2、TiO2-V2O5、ZnCr2O1-LiZnVO1

表1主要的傳感器與所用材料舉例

28光電子信息材料概論課程概論5/8/2024為了滿足人類的需求，傳感器材料今后的發(fā)展方向?yàn)椋海?）向復(fù)合化方向發(fā)展，即將兩種或兩種以上的材料結(jié)合在一起，組成具有新功能的材料；（2）向多功能方向發(fā)展。傳感器的發(fā)展往往要求材料具有兩種或兩種以上的功能，即多功能材料，如溫度/濕度、溫度/濕度/輻射等；（3）向低維化方向發(fā)展。隨著材料尺度的減小（即低維化），材料的表面效應(yīng)和體積效應(yīng)將顯現(xiàn)出來(lái)，從而產(chǎn)生獨(dú)特的電、磁、光、熱等物理和化學(xué)特性。這種低微化材料可大幅度提高傳感器的靈敏度，并擴(kuò)大應(yīng)用范圍；（4）向智能化方向發(fā)展，使材料具有判斷功能和自診斷功能。29光電子信息材料概論課程概論5/8/2024信息傳輸30光電子信息材料概論課程概論5/8/2024烽火臺(tái)----望遠(yuǎn)鏡----燈信號(hào)與“燈語(yǔ)”通信----信號(hào)燈、旗語(yǔ)、望遠(yuǎn)鏡等目視光通信----貝爾（BELL）電話----貝爾（BELL）光電話----光也可以“走彎路”----激光器----光纖的誕生信息傳輸?shù)难葑?1光電子信息材料概論課程概論5/8/2024光通信構(gòu)成原理光通信包含以下幾個(gè)最基本部分：（1）傳輸介質(zhì)：光纖（光纜）；（2）有源光學(xué)器件模塊：光發(fā)射機(jī)、光接收機(jī)、光放大器等；（3）無(wú)源光學(xué)元件和器件：活動(dòng)連接器、固定連接器、耦合器、衰減器、隔離器、光學(xué)濾波器、波分復(fù)用器(WDM)等；（4）微電子學(xué)部件：電子復(fù)接器/解復(fù)接器(MUX/DMUX)、信號(hào)處理電路、控制/維護(hù)電路等。32光電子信息材料概論課程概論5/8/2024輸入電信號(hào)光纜光連接器激光器驅(qū)動(dòng)電路探測(cè)器放大電路解碼器編碼器光發(fā)射機(jī)光接收機(jī)光纖數(shù)字通信系統(tǒng)框圖輸出電信號(hào)33光電子信息材料概論課程概論5/8/2024關(guān)鍵突破1970年激光器和低損耗光纖這兩項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)的重大突破，使光纖通信開始從理想變成可能，這立即引起了各國(guó)電信科技人員的重視，他們競(jìng)相進(jìn)行研究和實(shí)驗(yàn)。1974年美國(guó)貝爾研究所發(fā)明了低損耗光纖制作法――CVD法（氣相沉積法），使光纖損耗降低到1分貝／公里；1977年，貝爾研究所和日本電報(bào)電話公司幾乎同時(shí)研制成功壽命達(dá)100萬(wàn)小時(shí)（實(shí)用中10年左右）的半導(dǎo)體激光器，從而有了真正實(shí)用的激光器。1977年，世界上第一條光纖通信系統(tǒng)在美國(guó)芝加哥市投入商用，速率為45Mb／s。34光電子信息材料概論課程概論5/8/2024信息交流、知識(shí)傳播需要一種暢通無(wú)阻的通道，信息高速公路、國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)的建立需要一種實(shí)實(shí)在在的載體。正是由于高性能光纖材料的發(fā)現(xiàn)和制造技術(shù)日臻完善，才使我們真正感受到信息高速公路帶來(lái)的方便。自1966年英籍華裔學(xué)者高錕博士預(yù)測(cè)光學(xué)玻璃總衰耗降至20dB／km以下有望作為光通信介質(zhì)之日起，人們對(duì)光纖的各種應(yīng)用及相應(yīng)制造材料一直進(jìn)行著艱辛的探索。今天光纖已被廣泛應(yīng)用于通信、廣播電視及各種傳感領(lǐng)域。35光電子信息材料概論課程概論5/8/2024這是從電子通信到光子通信的一個(gè)飛躍，也是從銅材料到二氧化硅系材料的一個(gè)巨大飛躍。電子通信的載頻最高也只有1011Hz，而光的載頻卻是1014Hz，提高了三個(gè)數(shù)量級(jí)。每根光纖的通信容量可以達(dá)到幾千萬(wàn)甚至上億條話路。不僅如此，作為傳輸媒體的二氧化硅系玻璃制成的光纖，每公里質(zhì)量才27克，減輕到銅制同軸電纜的數(shù)千分之一。以二氧化硅系材料制成的光纖不僅不需消耗任何有色金屬，而且質(zhì)量極輕、傳輸損耗小、不受外界電磁干擾、保密性強(qiáng)。數(shù)字比較36光電子信息材料概論課程概論5/8/2024原材料豐富

抗干擾性好

重量輕

損耗小

優(yōu)點(diǎn)與傳統(tǒng)電纜相比，光纖具有損耗小、傳輸距離長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)。目前使用的石英光纖在0.8－1.8μm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的損耗比所有傳統(tǒng)的電傳輸線低。由于光纖傳輸損耗低，所以其中繼距離達(dá)到幾十公里至上百公里，而傳統(tǒng)的電傳輸線中繼距離僅為幾公里。制作光纖的原材料豐富。石英光纖的主要成分是二氧化硅（SiO2），這是地球最主要的成分之一。而傳統(tǒng)通信電纜的主要材料為稀有金屬銅，其資源嚴(yán)重緊缺，這樣使用光纖作為傳輸媒介可以節(jié)省大量的越來(lái)越寶貴的金屬材料。光纖具有抗干擾性好、保密性強(qiáng)、使用安全等特點(diǎn)。光纖是非金屬介質(zhì)材料，具有很強(qiáng)的抗電磁干擾能力，這是傳統(tǒng)的電通信所無(wú)法比擬的。光信號(hào)束縛在光纖芯子中傳輸，在芯子外很快衰減，這樣不會(huì)產(chǎn)生光纖間的串光現(xiàn)象，所以其保密性好且能保證同一光纜中不同光纖間光信號(hào)的傳輸質(zhì)量。光纖具有抗高溫和耐腐蝕的性能，因而可以抵御惡劣的工作環(huán)境。光纖的體積小、重量輕，便于敷設(shè)。光纖細(xì)如發(fā)絲，其外直徑僅為125μm，加塑套后的外徑也小于1mm，再加上光纖材料比重小，因而制成光纜后，直徑比電纜細(xì)，重量也輕很多。例如一根18芯的光纜每公里約重150kg，而18芯同軸電纜每公里約重11噸。光纖的優(yōu)點(diǎn)37光電子信息材料概論課程概論5/8/2024光纖通信所用的激光器

在光纖通信中，所用的光源有三種：半導(dǎo)體激光器、半導(dǎo)體發(fā)光二極管和非半導(dǎo)體激光器。在實(shí)際的光纖通信系統(tǒng)中，通常選用前兩種。而非半導(dǎo)體激光器，如氣體激光器、固體激光器等，雖然它們是最早制成的相干光源，但由于其體積太大，不適宜與體積小的光纖配合使用，只用于一些特殊場(chǎng)所。

38光電子信息材料概論課程概論5/8/2024

lusino/lusino/半導(dǎo)體激光器39光電子信息材料概論課程概論5/8/2024中功率半導(dǎo)體激光器多波長(zhǎng)選擇650nm～1625nm寬功率范圍1mW～2W大功率半導(dǎo)體激光器模塊40光電子信息材料概論課程概論5/8/2024光發(fā)射機(jī)半導(dǎo)體激光器（LD）半導(dǎo)體發(fā)光二極管（LED）光源調(diào)制GaAlAs/GaAs：0.8μm短波長(zhǎng)InGaAsP：1.31和1.55μm長(zhǎng)波長(zhǎng)LiNbO3：電光調(diào)制；壓電晶體：聲光調(diào)制；磁光調(diào)制：YIG磁棒光纖石英系光纖、石英芯/塑料包層光纖、多組分玻璃光纖、塑料光纖光接收機(jī)光檢測(cè)器、前置放大器、主放大器、均衡濾波器Si、GaAs、Ge、InGaAsP和InGaAs光放大器半導(dǎo)體光放大器(SOA)光纖放大器InGaAsP、InGaAs摻鉺光纖(EDF)、非晶態(tài)石英光纖光波系統(tǒng)互接器件光纖連接器、光纖耦合器波分復(fù)用/解復(fù)用器不銹鋼等堅(jiān)硬耐久的金屬材料或者Al2O3陶瓷材料TiO2和SiO2等薄膜材料光纖與半導(dǎo)體激光器材料41光電子信息材料概論課程概論5/8/2024信息存儲(chǔ)42光電子信息材料概論課程概論5/8/2024信息存儲(chǔ)信息存儲(chǔ)有如人的大腦記憶。數(shù)字信息存儲(chǔ)的要求是高存儲(chǔ)密度、高數(shù)據(jù)信輸率、高存儲(chǔ)壽命、高的擦寫次數(shù)以及設(shè)備投資低和信息位低價(jià)格。43光電子信息材料概論課程概論5/8/2024信息存儲(chǔ)材料是指用于各種存儲(chǔ)器的一些能夠用來(lái)記錄和存儲(chǔ)信息的材料。這類材料在一定強(qiáng)度的外場(chǎng)(如光、電、磁或熱等)作用下會(huì)發(fā)生從某種狀態(tài)到另一種狀態(tài)的突變，并能在變化后的狀態(tài)保持比較長(zhǎng)的時(shí)間，而且材料的某些物理性質(zhì)在狀態(tài)變化前后有很大差別。因此，通過(guò)測(cè)量存儲(chǔ)材料狀態(tài)變化前后的這些物理性質(zhì)，數(shù)字存儲(chǔ)系統(tǒng)就能區(qū)別材料的這兩種狀態(tài)并用“0”和“1”來(lái)表示它們，從而實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)。如果存儲(chǔ)材料在一定強(qiáng)度的外場(chǎng)作用下，能快速?gòu)淖兓蟮臓顟B(tài)返回原先的狀態(tài)，那么這種存儲(chǔ)就是可逆的。44光電子信息材料概論課程概論5/8/2024信息存儲(chǔ)材料的種類很多，主要包括半導(dǎo)體存儲(chǔ)器材料、磁存儲(chǔ)材料、無(wú)機(jī)光盤存儲(chǔ)材料、有機(jī)光盤存儲(chǔ)材料、超高密度光存儲(chǔ)材料和鐵電存儲(chǔ)材料等。它們實(shí)現(xiàn)信息存儲(chǔ)的原理各不相同，存儲(chǔ)性能也有很大差異。因此，不同應(yīng)用場(chǎng)合應(yīng)選用個(gè)同的信息存儲(chǔ)材料。45光電子信息材料概論課程概論5/8/2024時(shí)間1992年2019年2019年2000年2019年存儲(chǔ)容量（Gb）0.60.95~101050~100存儲(chǔ)密度（Gb/in2）0.10.5~0.82~44~610~20數(shù)據(jù)率（Mb/s）16100150300~400400~500存取時(shí)間(ms)30201064~5硬磁盤技術(shù)進(jìn)展46光電子信息材料概論課程概論5/8/2024IncreaseofArealDensityinOpticalDisksT.Suzuki:113thTopicalMeetingofMagn.Soc.Jpn.(2000.1)p.11HarddiskOpticaldiskMO47光電子信息材料概論課程概論5/8/2024信息顯示48光電子信息材料概論課程概論5/8/2024信息顯示

隨著人類步入信息社會(huì)，人們?cè)谏鐣?huì)活動(dòng)和日常生活中隨處可見各種信息顯示，例如，廣告顯示，計(jì)算機(jī)屏幕顯示，電視機(jī)圖像顯示，電子數(shù)字手表、移動(dòng)電話的字符和圖形顯示等。這些顯示是利用顯示材料具有將不可見光、電信號(hào)轉(zhuǎn)化成可視的數(shù)字、文字、圖形、圖像信號(hào)的特性來(lái)實(shí)現(xiàn)的。49光電子信息材料概論課程概論5/8/2024顯示（技術(shù)）分類投影顯示虛擬顯示直視顯示陰極射線管CRT平板顯示FPD頭盔顯示HMD全息圖像HG液晶顯示LCD陰極射線管CRT發(fā)光顯示（主動(dòng)顯示）受光顯示（被動(dòng)顯示）場(chǎng)發(fā)射FED等離子體PDP電致發(fā)光EL發(fā)光二極管LED液晶顯示LCD電致變色ECD電泳顯示EPID50光電子信息材料概論課程概論5/8/2024顯示器件基本性能

評(píng)價(jià)顯示器件，要考慮視感特性、物理特件及電學(xué)特性，同時(shí)，還應(yīng)考慮制造難易程度和制造成本等。這樣，評(píng)價(jià)顯示器件的參數(shù)就有幾十個(gè)。但關(guān)健參數(shù)為亮度、發(fā)光效率、對(duì)比度、電壓、功耗、分辨率、灰度、壽命(穩(wěn)定性)、視角、色彩、響應(yīng)時(shí)間等。材料科學(xué)工作人員的主要任務(wù)是：開發(fā)能滿足上述要求的新材料。51光電子信息材料概論課程概論5/8/2024顯示用材料和特性顯示材料是指把電信號(hào)轉(zhuǎn)換成可見光信號(hào)的材料。顯示材料包括：（1）顯示屏支撐材料--玻璃基板。（2）光學(xué)功能材料：CRT的熱陰極材料、FED的冷陰極材料、LCD的取向材料、偏振膜等。顯示用光學(xué)功能材料還可分為發(fā)光材料和受光材料。52光電子信息材料概論課程概論5/8/2024物質(zhì)發(fā)光過(guò)程示意激發(fā)發(fā)光53光電子信息材料概論課程概論5/8/2024組分發(fā)光色主波長(zhǎng)nm流明效率lm/W余輝時(shí)間用途ZnS:AgZnS:Cu,AlZn2SiO4:Mn2+γ-Zn3(PO4)2:Mn2+Y2O3S:Eu3+Y2O3:Eu3+藍(lán)黃綠綠綠紅紅4505305255256266262117，2386.7138.71μs~1ms1μs~1ms1ms~30ms30ms~1s1ms~30ms1ms~30ms彩色CRT彩色CRT雷達(dá)等微機(jī)CRT彩色CRT投影管典型CRT熒光粉特性54光電子信息材料概論課程概論5/8/2024典型PDP用發(fā)光材料與特性發(fā)光材料發(fā)光顏色相對(duì)亮度（%）BaMgAl14O23:Eu2+藍(lán)23Y2SiO5:Ce3+藍(lán)19Zn2SiO4:Mn2+綠100Y2SiO5:Tb3+綠81(Y、Gd)BO3:Eu3+紅35Y2O3:Eu3+紅3255光電子信息材料概論課程概論5/8/2024信息處理56光電子信息材料概論課程概論5/8/2024信息處理以大規(guī)模集成電路為基礎(chǔ)的電子計(jì)算機(jī)技術(shù)仍是信息處理的主要技術(shù)。由于對(duì)電子計(jì)算機(jī)處理信息速度和容量的要求越來(lái)越高，因此對(duì)計(jì)算機(jī)處理器(CPU)的速度和內(nèi)存容量的要求也愈來(lái)愈高，隨之對(duì)芯片集成度的要求也愈來(lái)愈高。57光電子信息材料概論課程概論5/8/2024自20世紀(jì)70年代后期至今，集成電路(IC)芯片的集成度大約每一年半增加一倍，器件特征尺寸大約每三年縮小1.414倍。目前，已能在單個(gè)芯片上集成約十億個(gè)晶體管。其中0.18μmCMOS技術(shù)已經(jīng)開始進(jìn)入大規(guī)模生產(chǎn)，研究工作則進(jìn)入亞0.1μm領(lǐng)域。就集成電路三個(gè)標(biāo)志量（存儲(chǔ)容量、速度、數(shù)據(jù)傳輸速度）而言，21世紀(jì)的微電子技術(shù)將從目前的3G逐步發(fā)展到3T（即存儲(chǔ)容量由G位發(fā)展到T位、集成電路器件的速度從GHz發(fā)展到THz、數(shù)據(jù)傳輸速率由Gb/s發(fā)展到Tb/s）。G:109,T:1012相關(guān)數(shù)據(jù)58光電子信息材料概論課程概論5/8/2024時(shí)間（年）20192019200020192019容量（GB）0.064~0.1280.2561~410~20256光刻線寬（μm）0.3~0.20.180.150.10.01硅單晶直徑（mm）200300350400450缺陷尺寸（μm）<0.12<0.05<0.03<0.01--半導(dǎo)體動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器(DRAM)的發(fā)展59光電子信息材料概論課程概論5/8/2024時(shí)間（年）1