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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流电子信息材料版.精品文档.电子信息材料PPT版0 电子信息材料-绪论21世纪是信息时代21世纪将全面进入信息时代当前信息的发展以多媒体和数字化为主要特征人类进入了3T时代处理、传输、存储超高容量信息（Tb 即1012bits）超高速信息流（Tb/s）高频响应（THz）信息技术的发展趋势信息技术的几个主要方面： 获取、传输、存储、显示、处理信息技术是依靠电子学和微电子学技术发展信息技术=电子信息技术信息的载体：电子光电子光子 20世纪 21世纪最重要的信息材料：微电子材料发展最快的信息材料：光电子材料最有前途的信息材料：光子材料信息技术发展的几
2、个主要方面及相关材料信息材料是信息技术发展的基础和先导以大规模继承电路为基础的电子计算机技术仍是信息处理的而主要技术。DRAM发展趋势：光刻线愈来愈小（纳米级）电子在小于0.1um（纳米范畴）的器件内部的输运和散射会呈现量子化特性，设计器件时要运用量子力学理论。固态纳米器件分类：量子点器件、共振隧穿器件、库伦阻塞效应单电子器件开关、存储器、光电转换元件一般用波导连成回路目前光学器件都是立足于III-V族半导体化合物材料，开拓硅基材料，如SiGe/Si的量子化材料很有前途通讯技术的重大进步：光纤通讯代替电缆和微波通讯（以光子作为信息的载体）光纤通讯特点：高容量、无中继传输关键技术：光学放大器、波
3、分复用技术第五代光纤通讯方式：以相位调制方式和查分检测方式的相干光光纤通信理想的光纤内，“孤立子”可以无限传播光通信窗口波长移向更长波段（2um-5um），可使光纤的散射损耗更低相干光通信、孤立子光通信和超长波长红外光通信是可预见的第五代光通信发展新材料始终是光通信中的核心问题光纤放大器的材料要满足高的宽频带增益，并能应用于不同的通信窗口（1.3um-1.55um）提高磁存储密度主要依赖于改进磁介质材料写入头要求更高的磁矩，读出头要求更高的磁电阻光存储技术特点：存储寿命长能非接触式读、写和擦信息的信噪比（CNR）高信息位的价格低短波长记录的高密度光盘存储介质分类：磁光存储介质相变型存储介质波长
4、吸收范围更短的有机存储介质光存储主要发展方向：利用近场光学扫描显微镜进行高密度信息存储运用角度多功、波长多功、空间多功与移动多功等的全信息存储发展三维存储技术信息显示技术阴极射线管（CRT）平板显示技术液晶显示技术：有源矩阵型（AML）、双端装置型（TTD）薄膜晶体管（TFT）场致发射显示（FED）：只能用于较小的显示器等离子体显示（PDP）探测器与传感器材料按光电转换方式光电探测器可分为光电导型、光生伏打型（势垒型）和热电偶型。光电探测器最大的进展：用超晶格（量子阱）结构提高了量子效率、响应时间和集成度。制成探测器阵列，可以用作成像探测传感器材料主要分两类：半导体传感器材料和光纤传感器材料。
5、激光材料GaN是能够获得最短波长的半导体激光器通过量子阱中的量子级联而发展的中红外半导体激光器光功能材料主要是无机非线性光学晶体：KTP、BBO、LBO、LiNbO3、K(Ta，Nb)O3三次非线性光学材料：声光玻璃和磁光玻璃1 微电子芯片技术发展对材料的需求概述21世纪的微电子技术将从目前的3G逐步发展到3T微电子技术的进展有赖于材料科学和技术的巨大贡献：集成电路本身是制造在各相关体或薄膜材料之上制造过程中也涉及到一系列材料问题衬底材料半导体衬底材料是发展微电子产业的基础集成电路对硅材料的主要要求及发展趋势：晶片（wafer）直径越来越大随着特征尺寸的缩小、集成密度的提高以及芯片面积的增大，
6、对硅材料有了更高的要求对硅材料的几何精度特别是平整度的要求越来越高硅片表面颗粒或缺陷分类：外生粒子、晶生粒子三种SOI材料SIMOX：适合制作薄膜全耗尽超大规模集成电路BESOI：适合制作薄膜部分耗尽集成电路Smart Cut SOI：非常有发展前景的SOI材料*通过改进晶体质量及优化器件结构和工艺，器件性能会有大幅度提高。*在Si双极晶体管上通过育入GeSi/Si异质结构可以获得速度性能更好的器件。栅极结构材料栅极结构材料是CMOS器件中最重要的结构之一，它包括栅绝缘介质层和栅电极两部分。栅绝缘介质MOSFET的栅绝缘介质层具有缺陷少、漏电电流小、抗击穿强度高、稳定性好、与Si有良好的界面特
7、性和界面态密度低等特点。MOSFET器件特征尺寸进入到深亚微米尺度后，为了克服短沟效应影响，并适合低压、低功耗电路工作的需要，通常要采用双掺杂栅结构。随着器件尺寸进一步缩小，电子直接隧穿将变得十分显著。这使得栅对沟道的控制减弱和器件的功耗增加，成为限制器件尺寸缩小的重要因素之一。克服这一限制的有效方法：采用具有高介电常数的新型绝缘介质材料替代SiO2和SiNxOy。采用多层介质膜结构改变衬底性能栅电极材料串联电阻低和寄生效应小是MOSFET对栅电极材料的基本要求。 金属铝多晶硅难容金属硅化物器件的栅介质和多晶硅栅电极都越来越薄，多晶硅的耗尽效应越来越严重，沟道中杂质的涨落成为影响器件性能的重要
8、制约因素。人们提出了栅工程和沟道零掺杂的概念存储电容材料存储电容是数字电路中的动态随机存储器（DRAM）和模拟电路中的重要部件。主要需满足：集成度、存储容量高、存取速度快、能随机存取非挥发性新型氧化物铁电材料：高介电常数作为DRAM的存储电容绝缘介质层材料电极化强度随电压变化的电滞效应制备铁电随机存储器（NVFRAM）高介电常数的DRAM影响高介电常数铁电材料在DRAM中应用的主要因素：较大的漏电流较高的体和界面缺陷较低的介电击穿强度与硅工艺的兼容性非挥发性铁电存储器（NVFRAM）NVFRAM利用铁电材料具有自发极化以及自发极化在电场作用下反转的特性存储信息。当前NVFRAM研究的主要方向：
9、影响铁电材料抗疲劳性能和自发极化强度因素改进制备工艺开发新的铁电材料铁电材料物理主要研究方向：电极化的极限开关速度铁电材料层能保持稳定的铁电性能的最小厚度开关参数局域互连材料局域互连多晶硅线条的纵向和横向尺寸都越来越小。由于多晶硅的电阻率较高，接触和局域互连成了影响集成电路速度的重要因素之一。作为栅和局域互连材料必须具有可以实现自对准、热稳定性好，与氧化硅的界面特性好、与MOS工艺兼容等特点。SALICIDE的桥接问题发展方向将以CoSi2或TiSi2/CoSi2复合结构的栅和局域互连材料为主。互连材料互连材料包括金属导电材料和相配套的绝缘介质材料。连线层数和互连线长度的迅速增加以及互连线宽度
10、的减小，将引起连线电阻增加，使电路的互连时间延迟、信号衰减及串扰增加。互连线宽的减小还会导致电流密度增加，引起电迁移和应力迁移效应的加剧，从而严重影响电路的可靠性。减小互联延迟的主要途径：优化互连布线系统设置采用新的互连材料为了减少寄生连线的电容和串扰，需要采用较SiO2介电常数更低的绝缘介质材料改进电路系统的互连特性。当器件特征尺寸缩小到深亚微米以下时，铝金属的互连可靠性成为主要问题。Cu互连性能在延迟性和可靠性方面都优于Al。Cu的缺点：Cu污染问题Cu淀积到硅片后便会形成高阻的铜硅化物，而Cu和SiO2的粘附性较差。Cu的布线问题钝化层材料钝化就是通过在不影响已经完成的集成电路的性能前提
11、下，在芯片表面覆盖一层绝缘介质薄膜，以尽可能少地减少外界环境对电路的影响，使电路封装后可以长期稳定可靠的工作。钝化方法分类：收集型钝化发通过化学键结合淀积阻挡层方法淀积适当的薄膜加工工艺光刻技术与材料的相关性主要系现在光刻胶、透镜、掩膜版几个方面。化学机械抛光技术（CMP）是一种新型的平坦化工艺技术。CMP进行平坦化的基本工作原理是在CMP设备磨盘中，辅以各种成分的磨料，对需要进行平坦化的材料层进行磨抛，从而实现芯片表面平坦化的目的。磨抛过程：在磨盘和磨料的作用下，材料表面薄层被部分软化，随后在磨料中硬度高的细微颗粒摩擦剂的作用下被磨掉。2 半导体光电材料半导体光电材料的发展半导体光电材料是指
12、具有光电功能的半导体材料。半导体激光：在半导体pn结材料上，通过电注入pn结的两种载流子（电子和空穴）的复合产生受激辐射。实现激射，且激射波长是由半导体材料的带隙决定，并只有直接带隙半导体材料才能实现激射。半导体激光材料：三维同质结构材料异质结构材料量子阱结构材料应变量子阱结构材料半导体探测器材料：光电导型和光伏型半导体激光器材料同质结构材料：第一只半导体激光器（低温）异质结构材料：（室温）量子阱结构：（阈值电流降低）应变量子阱结构：（阈值电流更低）发展趋势：结构更新、波段拓展态密度和量子限制效应光跃迁：半导体导带和价带的电子-空穴对的产生和复合过程，以光子的形式吸收或者释放能量。一般同时涉及
13、电子和空穴两种载流子光吸收过程主要是从有大量电子布据的价带到几乎为空的导带之间产生的。公式：I=I0exp-z吸收系数与光子能量的关系由于杂质所引起的能带填充效应，使得实际吸收边变软。由于量子结构的限制效应，使得量子阱和空穴形成的一系列分裂的子能带，因此，吸收系数谱成阶跃性。粒子数分布反转条件：当吸收系数( )0时，光波在媒质中传播获得增益，这时吸收系数用增益表示。fvfcEcEv产生受激辐射*入射光子激发电子从导带到价带跃迁，并伴随发射一个与入射光子具有相同能量、相位以及传播方向的光子受激辐射。形成粒子数反转的条件：大量的注入载流子（通过在有源层两边，采用合适的掺杂层形成pn结来实现）不限制
14、载流子和光波，会导致极高的阈值电流密度和很差的输出光波模式。限制载流子和光波可采用异质结构实现。（双异质结构（DH）是第一个完成上述两种限制的结构）激光阈值条件：半导体要获得激光输出，辐射必须是相干的，并且增益至少不小于损耗。对半导体激光器的主要要求：低的工作电流、高的输出功率、高电光转换效率和较佳的温度特性。紫外至可见光量子阱激光器材料GaN基激光器材料AlGaInP红光激光器材料红外波段量子阱激光器材料短波长AlGaAs/GaAs激光器材料长波长InP基激光器材料980nm InGaAs/ GaAs应变量子阱激光器材料GaInAsSb/ AlGaAsSb量子阱激光器材料InGaAs/ In
15、GaAsP应变量子阱激光器材料中远红外量子级联激光器材料基于斜角跃迁的量子级联激光器基于垂直跃迁的量子级联激光器室温工作的量子级联激光器单纵模量子级联激光器量子线、量子点激光器材料一维限制量子阱结构（QWL）实现了对载流子在一维方向上的限制，从而改变了半导体材料的能带结构及态密度分布。相比异质结激光器，量子阱结构激光器性能得到了很大的提高，阶跃性质的态密度使得载流子的能量分布变窄，从而导致较窄的荧光谱线和较高的微分增益。二维限制量子线结构(QWR)三维限制量子点结构（QD）刻蚀再生长自组织生长量子点非平面衬底上生长半导体光电探测器基础光电探测器将光信号转换成电信号的器件半导体光电探测器分类：光
16、电导型、光伏型电导型光电探测器半导体材料在光的作用下产生光生载流子，从而使材料的电导率发生变化并形成光电导。利用光电导可构成光电导型光电探测器。本征型光电导如果光子的能量大于此种材料的禁带宽度，能将价带中的电子激发到导带上去，产生电子-空穴对，即产生带间吸收形成光电导。非本征光电导如果光子的能量小于此种材料的禁带宽度，可能将束缚在杂质能级上的载流子激发到导带或价带上去，产生光电导。常规光电探测器本征光电导型中远红外光电探测器非本征光电导型光伏型光电探测器光伏型光电探测器是利用半导体pn结或肖特基结在光的作用下产生光电压（或光电流）进行光电探测的器件。（如：光电池）光伏型光电探测器主要优点：无需
17、偏执电压直接进行光电能量转换雪崩型的光电探测器也是光伏型的光电探测器，具有与光电倍增管类似的内部增益，具有更高的探测灵敏度 ，但是只能工作于光电导模式。光电探测器工作性能参数响应度RI、RV与波长有关 RI=IpPi； RV=VpPi; RV=RIRd.外量子效率E E=hRI/q; E=1.24RI/暗电流Id决定噪声特性宽禁带紫外光电探测器材料采用禁带较宽的材料可望在较短的波长上获得较好的响应。2eV以上的宽禁带半导体材料主要包括IV族的SiC和金刚石，III-V族的氮化物GaN、AlN、InN及其合金，以及不少II-VI族化合物及其合金。对于紫外光电探测器，要充分抑制在可见光及红外光波段
18、的响应。除需选用具有合适的禁带宽度的材料体系以充分利用自身的波长选择作用外，另一个重要的方面是必须提高材料的晶体结构完整性，避免引入不必要的杂质。短波红外新型光电探测器材料中波、长波红外量子阱光电探测器材料光电子集成电路及光子集成电路材料3 有机光电子材料光诱导电子转移与电荷转移光诱导电子转移在一个反应体系里，如存在着几种不同化合物的分子，当其中之一被激发后，被激发的分子容易和另一种分子发生分子间的电子转移。特别是前者具有电子给体（或受体）性质、后者具有电子受体（或给体）性质时。光诱导电子转移化合物除了有发色团间相互隔离的体系外，还有发色团间的相互共轭的化合物。电荷转移分子内共轭的电荷转移化合
19、物在受光照后发生的并非是“一个”电子转移的过程，而是发生了“部分”电子转移，即电荷转移。（表明分子内集团间存在着强互扰作用）基团效应光顺-反异构、发光行为等芪类化合物分子的构象效应顺、反式取代导致化合物荧光量子产率不同双键阻抑有利于荧光发射单键阻抑导致荧光发射大大降低自去耦导致荧光猝灭或出现双重荧光，A*能引起荧光增强扭曲的分子内电荷转移通过分子内原来的共平面电子给体和受体两部分间的夹面扭曲导致相互正交而实现隔离的强烈的电荷转移会导致扭曲而形成电子转移，从而导致荧光猝灭。因分子振动导致两个正交平面，发生局部电子云重叠，因而出现了具有电子转移特征的反常发光带，升高温度会促使该反常发光峰强度增加，
20、由此可判断是否出现了TICT。光异构化反应及双稳态体系光异构化反应：顺反异构化、价键异构化、互变异构化顺反异构化处于激发态的反式化合物分子越过这一势垒到达一中间旋转态（幻影态），再经“漏斗”区而到达顺势分子基态。由于顺势分子基态处于较高能级，因此在暗场下它可在热能帮助下，越过另一势垒回到反式分子基态。芪氏化合物光敏化机制：通过激发敏化分子能量转移，使芪氏化合物分子激发态为S1或T1，然后发生异构化反应。其下又分为：垂直能量转移、非垂直能量转移。仅影响反式-顺式异构化过程。偶氮化合物（常用作合成染料）光异构化反应可逆。条件：只要溶剂纯、无氧存在，且可见或紫外光照射时无副反应发生。价键异构化反应光
21、能转换和贮存：通过价键异构化反应可实现有效的光化学转换而得到较高内能的新化合物，从而使光能得到贮存。互变异构化通过质子转移而发生的分子内酮式与烯醇式的分子重排。（质子转移极为重要，同时还存在是否能形成双稳态的问题）有机非线性光学材料进展具有二阶光学效应的化合物分子必须是非中心对称的。二阶光学效应包括产生的二次谐波（SHG）功能及电光效应。利用这种效应可以实现对光波强度、相位、频率、偏振以及传播方向的控制。这类材料一般会具有Pockels电光效应或者Kerr电光效应。获得实际可应用光电材料途径：高分子化法小分子结晶化法有机非线性光学分子（或基团）接枝于高分子链组成新材料是因为要克服染料/高聚物主
22、-客体系存在严重性能不稳定性而发展起来的。电光效应电光效应（Electro-optical effect）是指在晶体上加有外电场时，晶体的折射率发生变化的一种现象。产生电光效应的机理：由于电场会改变分子或原子中电子的运动，或者改变晶体的结构，从而导致晶体的光学性质发生变化折射率变化。Pockels效应如果晶体折射率的变化与电场成正比，这种电光效应即称为Pockels效应。Kerr效应如果折射率的变化与电场的平方成正比，这种电光效应即称为Kerr效应。Pockels效应通常要比Kerr效应强得多。Pockels效应与Kerr效应该效应是1893年由德国物理学家Pockels发现的，也称为一次电光
23、效应（线性电光效应）。只有非中心对称的晶体才具有Pockels效应。例如，中心对称的NaCl就不具有Pockels效应，而非中心对称的GaAs即具有Pockels效应。其它具有Pockels效应的晶体有如ZnS、LiNbO3和KDP（KH2PO4）。实际上，具有Pockels效应的晶体（简称为Pockels晶体）也同时具有压电效应，因为只有非中心对称的晶体才存在这两种效应。对于GaAs等非中心对称的立方晶系晶体，具有光学各向同性（折射率椭球的长、短轴相等球体），而在加有外电场时将导致出现两个不同的折射率，即产生双折射现象，这也就是Pockels效应的表现。Kerr效应是1875年由Kerr发现
24、的，也称为二次电光效应（Electro-optical Kerr effect）。实际上，所有晶体都具有一定的Kerr效应。有机及高分子电致发光材料的新进展有机高分子电致发光器件一般是由正负电极、电子传输层、发光材料层及空穴传输层部分组成。发光机制：正负载流子从不同的电极注入，分别通过它们传输层在器件内的某处复合形成激子，然后激子通过辐射衰变而发出荧光。整个过程分为两个阶段：载流子注入、运输和复合激子衰变，包括辐射与非辐射衰变间的竞争空穴的流动速度一般大于电子的流动，因此二者相遇点是在电子注入极附近出现，导致发生严重的荧光猝灭，从而降低了器件的发光效率。解决办法：在正确测得不同传输层中载流子流
25、动速度的基础上，改变不同载流子输运层的厚度，从而实现两种载流子在某一确定部位处重合的目的。控制器件内不同层间的能垒高度，如使空穴在达到某一层间时，由于势垒存在而不易越过，这样就使得电子与空穴的重合易在此处发生。有机及高分子电致发光材料空穴传输材料电子传输材料发光层材料电子传输发光层材料金属络合物含氮的杂环化合物其他化合物材料空穴传输发光层材料 掺杂发光物绿色掺杂发光物黄色掺杂发光物蓝色掺杂发光物红色掺杂发光物高分子电致发光材料有机光信息存储材料的进展次甲基染料酞菁染料衍生物醌式多核芳烃染料金属络合物类的信息记录材料可擦光盘的有机化学材料螺吡喃光色互变材料俘精酸酐光色互变材料4 信息功能陶瓷材料
26、及应用引言信息功能陶瓷是指检测、转换、耦合、传输及存储电、磁、光、声、热、力、化学和生物等信息的介质材料。信息陶瓷主要包括：铁电、压电、介电、热释电、半导、导电、超导和磁性等陶瓷。片式电容片式化：表面组装技术（SMT）被誉为组装革命。内电极贱金属化：用镍、铜等贱金属做内电极。微型化高频化片式电感低温烧结微型化高频化复合化和集成化片式电感发展方向元件的小型化要求材料具有更小的晶粒尺寸、更高的磁导率和电阻，需要的粒度更细的陶瓷粉。元件的高频化需要有良好的甚高频-超高频特性的铁氧体或陶瓷介质材料。元件的系列化要求进一步提高Ni-Zn-Cu铁氧体的磁导率并拓展Ni-Zn-Cu铁氧体以外的其他材料体系。
27、元件的集成化要求用于片式电感的铁氧体材料能够与其他的材料体实现共烧或工艺兼容。陶瓷驱动器驱动电压及诱导位移分类伺服驱动（刚性位移）偏场伺服位移换能器PMN基电致伸缩材料开关驱动（刚性位移）脉冲电场脉冲开关式马达PZT基软性压电材料交流驱动（谐振位移）正弦波电场超声马达硬性压电材料压电超声马达是利用压电陶瓷的逆压电效应原理制作的。压电马达的特点：低转速无需变速机、大力矩、快响应、高功率密度、不产生磁场、抗磁干扰。压电马达驱动方式分类按运行方式分：驻波、行波、蠕动爬行按运动形态和方式分：椭圆运动驱动、同向驱动、单共振模式驱动按结构分：盘形和环形、棒状、方薄片按功能分：旋转马达（连续旋转、步进旋转）
28、和直线马达（连续式、步进（蠕动）式）压电微马达及其应用压电微马达的特点：驱动电压低、转速低、力矩大（比静电微马达高三个量级）、响应快、位移分辨率高等一系列优点，将来可能为智能机器人和微机械的重要驱动器件。压电超声马达本身具有低速、大力距、快响应、控制性能好、可步进、可伺服工作、容易同计算机接口、可实现智能化和机电一体化、无电磁干扰和抗磁干扰等特点。应用目标：厘米微马达、毫米微马达复合与复相信息功能陶瓷材料及器件复合材料的交叉耦合效应：磁致伸缩压电效应磁电效应霍尔效应电导效应磁阻效应光电导电致伸缩光致伸缩光膨胀电压效应热释电效应热膨胀电导效应热敏效应霍尔效应的本质是：固体材料中的载流子在外加磁场
29、中运动时，因为受到洛仑兹力的作用而使轨迹发生偏移，并在材料两侧产生电荷积累，形成垂直于电流方向的电场，最终使载流子受到的洛仑兹力与电场斥力相平衡，从而在两侧建立起一个稳定的电势差即霍尔电压。正交电场和电流强度与磁场强度的乘积之比就是霍尔系数。平行电场和电流强度之比就是电阻率。大量的研究揭示：参加材料导电过程的不仅有带负电的电子，还有带正电的空穴。压电陶瓷与聚合物两相复合的各种可能多层结构是由横-纵向型振动的单层（片）压电陶瓷与金属内电极并联复合形成。多层压电陶瓷变压器及其组装成的高压电源具有体积小、质量轻、驱动电压低、升压比高、负载能力机动可调等优点。多层复合压电陶瓷变压器是一种新型电源变换器
30、，能量转换方式是电-机-电。软化学方法及意义硬环境制备高温固相反应法制备陶瓷，必须在热力学平衡态。软环境制备较低温度下通过一般化学反应制备材料。可以得到多种“介稳”结构材料体系。软化学技术是“绿色”材料技术。常用的软化学：化学前躯体过程、水热法、离子交换法、熔盐（助熔剂）法、自组装法及生物矿化过程等。几种信息功能陶瓷薄膜氧化物复合膜铁电体和金属纳米复合膜铁电体和半导体量子点复合膜半导体陶瓷材料与信息敏感技术敏感元件是传感器的核心部分。它是一类能将各种物理、化学和生物等信息转换成电信号的功能元件，具有信息感知、转换和传输功能。敏感元件热敏元件正温度系数（PTC）负温度系数（NTC）PTC-NTC
31、复合功能的V型PTCR气敏材料压敏材料信息功能陶瓷与器件的集成化、机敏化兼传感、驱动（执行）于一体的机敏陶瓷是具有自诊断、自调整、自恢复、自转换和自协调功能的智能陶瓷。无源机敏若反馈和响应机制是材料本身所固有，称为无源机敏。有源机敏若需要外部附加反馈系统，则成为有源机敏。机敏复合材料目前正蓬勃发展微波介质陶瓷与近代通信技术通信系统中的介质滤波器的结构有两种采用TE01模式的介质谐振器型滤波器（即只允许频率与谐振频率接近的电磁波通过）利用TEM模式介质谐振器型滤波器（即只允许频率与谐振频率接近的电磁波通过）更小巧，把谐振的电磁波能量都封闭在介质内，容易实现小型化。高性能微波介质材料是介质谐振器型
32、滤波器的核心，目前对微波介质陶瓷滤波器的主要要求：尽可能高的相对介质常数，以减小器件尺寸。尽可能高的品质因数Q，以保证优良的选频特性。谐振频率的温度系数f应尽可能小，以保证高的稳定性。电子封装陶瓷基片材料目前使用的基片材料主要有：陶瓷、玻璃、玻璃陶瓷、树脂等。传统的陶瓷基片材料有BeO、Al2O3，今年又开发了SiC、AlN等。目前Al2O3陶瓷仍是应用较广的基片材料。研制超低介电常数的基片材料目前国际上也备受关注。5 信息传感材料传感器分类（按输入性质分）力学量传感器：如压力、力、加速度、角速度、流量、位移等热学量传感器：如温度光学量传感器：如光导、光敏、红外、辐射计、光度计、色度、光电开关
33、、图像传感器等磁学量传感器：如磁强计、转速计等化学量传感器：如湿度、气体、离子敏生物量传感器：如葡萄糖、酶*传感器的重要性表现在：有了传感器，输入信息才可以被检测，从而可以通过输出信号对过程进行准确、高效地控制。半导体材料半导体材料是信息传感材料中最重要的一类材料传感原理和材料类别：原理：基于材料的多种物理性质。类别：力学量传感器：Si基材料、纳米Si材料、 SiC材料和金刚石薄膜材料。研究重点：发现高压阻特性材料，以及能作为高温压力传感器材料。热学量传感器：金属氧化物功能陶瓷，半导体单晶Si和单晶Ge。磁学量传感器：金属、半导体InSb、GaAs、InAs材料，单晶Si和多晶InSb材料。辐
34、射量传感器：III-V族和II-VI族化合物半导体及多元化合物，也有Si、Ge材料。化学量和生物量传感器：在Si材料或器件上沉积其他可以探测化学性质的材料。半导体信息传感器传感材料有体单晶、外延材料、多晶薄膜等几种。Si材料单晶Si材料测量压力的微机械压力传感器测量加速度的微机械加速度传感器测量热学量的传感器测量磁学量的传感器测量辐射量的传感器Si的微机械技术：体微机械技术表面微机械技术Si基金属微机械技术多晶Si材料多晶Si用作压力传感器，是在SiO/Si衬底上沉积低应力掺杂多晶p+-Si，经正面光刻和背面各向异性腐蚀制成压力传感器。多晶Si梳状结构加速度传感器是近年的新产品。多晶Si薄膜微
35、桥流量传感器，是将悬空的多晶Si薄膜微桥作为加热元件，离衬底有一定间隙，起到减少热损失的作用，因此功耗低（10mW量级）、相应快（1ms）。多晶Si电阻辐射计工作于8um-14um红外波段。纳米Si薄膜曾用PECVD方法制备。Si基材料将沉积在SiO2/Si衬底上的SnO薄膜光刻成电阻条，在一定高温下，暴露在H2、CO、CH4等气氛中，其阻值会随之发生变化，由此就可以构成可测这些气体的气敏传感器。III-V族和II-VI族化合物半导体材料可利用GaAs二极管正向起始电压Vf与温度良好的线性特性制作温度传感器单晶GaAs还可作为测磁场器件薄膜InSb可作为测角度器件PbS、CdS、CdSe、Zn
36、S可做光敏电阻SiC薄膜是一种高工作温度传感器，可用作压力传感器，热敏电阻和气敏器件金刚石具有高禁带宽度、高电击穿强度、高热导率、高杨氏模量以及高化学稳定性，因此适于高温和恶劣环境作业。金刚石薄膜生长必须先经过核化处理金刚石薄膜研究的主要工作：研究MPCVD金刚石薄膜用作高温压力传感器的压阻特性研究在Si腔体中选择沉积金刚石薄膜研究金刚石薄膜热敏电阻的温敏特性 研究在H2气氛下Pd/I-diamond/p+-diamondMIS势垒二极管的C-V和C-V-F（频率）特性。陶瓷传感器材料特性和制备传感器陶瓷是一类具有敏感特性的单相或复合相多晶烧结的无机非金属材料。陶瓷所具备的晶界特征、多孔特征和
37、组成偏折特征都是其特有的品质。陶瓷温敏材料：PTC陶瓷NTC陶瓷CTR陶瓷陶瓷湿敏材料：MgCr2O4-TiO2系湿敏陶瓷ZnO-Cr2O3-LiZnVO4系湿敏陶瓷其他湿敏陶瓷陶瓷气敏材料SnO2气敏材料ZnO气敏材料Fe2O3气敏材料ZrO2气敏材料高分子传感材料高分子热敏、力敏、电磁敏材料-液晶基本原理：热敏原理力敏原理电磁敏原理传感器应用：人体液晶温度传感器电路液晶温度传感器微波电场液晶传感器集成电路故障液晶传感器高分子湿敏材料高分子气敏材料生物活性材料生物酶基本原理：以酶催化反应为基础制备工艺：酶的固定、微电子平面工艺和微机械加工技术其他传感器：酶热敏传感器、酶光纤传感器传感器应用：
38、临床分析、工业在线检测、环境检测动植物组织基本原理：组织传感器是以动植物组织薄片作为生物敏感膜，然后与适当的换能器结合而成的。传感器应用：临床分析*动植物组织传感器与生物酶传感器比较：组织中酶的活性比分离提纯酶的活性和稳定性高，因此传感器的灵敏度高、寿命长动植物组织容易获得，组织传感器制备简单、成本低、易推广组织中含有多种生物酶，可进行多种物质的测定由于组织切片厚度一般为0.3mm-0.5mm，因而响应时间较长微生物基本原理：固定化微生物与适当的换能器相结合就构成了微生物传感器响应机理：微生物同化底物时，氧的消耗量增加，产生各种电活性物质微生物在光照作用下与待测底物作用产生电活性物质或释放氧气
39、，通过适当的换能器检测。结构和特性：微生物的菌株比分离提纯的酶成本低得多，便于推广微生物细胞内的酶在适当的环境下活性不易降低，传播寿命更长即使微生物体内的酶的的催化活性已经丧失，也可以因细胞的增殖而使之再生对于需要辅助因子的复杂连续反应，用微生物更易于完成缺点是培养需要条件，时间长，制备不易应用：用于发酵过程中葡萄糖、总糖、甲烷、谷氨酸、头孢菌素等的检测和环境水样BOD的检测。抗原和抗体基本原理：免疫传感器是利用抗体对相应抗原的识别功能和结合功能，将抗体或抗原和适当的换能器结合而成的检测器件。主要应用：测定甲胎蛋白（AFP）测定绒毛促性激素（HCG）测定胰岛素测定白喉抗毒素测定乙型肝炎基因基本
40、原理：将一条已知序列或来源的单链核酸（ssDNA，常被称为探针）固定在电极、波导或压电晶体表面制成传感器杂交信号检测实现方式：将目的片段加以标记在杂交反应完成后加入一种被称为杂交指示剂的有机分子。结构材料和性质：将核酸探针以共价、亲和或吸附方式固定在电极表面、光纤表面、共振镜面或压电晶体的表面等制成探针可采用人工合成的寡核苷酸片段目的片段的标记主要是用荧光染料光纤材料用于电场、磁场测量双绞型低双折射光纤传感器外腔F-P光纤式晶体材料传感器材料用于压力、弯曲、旋转测量几何变形类传感器材料斯纳格效应类传感器材料光栅型传感器材料用于温度测量用于生物化学有害气、液测量6 光电显示材料显示器件的性能亮度
41、发光效率分辨率灰度响应时间、余晖时间寿命和稳定性视角工作电压和功耗CRT发光材料CRT荧光粉分类（按作用性质分）：猝灭剂激活剂共激活剂敏化剂惰性杂质纳米材料近几年发展起来的纳米材料有望解决发光粉尺寸和发光粉表面层无辐射中心的问题。FED材料发光材料冷阴极材料CRT采用热阴极材料FED采用平面阵列微尖冷阴极材料（FEA）PDP材料气体材料：He、Ne、Ar、Kr、Xe以及Hg蒸汽等三基色荧光粉PDP使用荧光粉条件：在真空紫外区高效发光在同一放电电流时，通过三基色荧光粉发光混合获得白色光三基色荧光粉具有鲜明的色彩度在真空紫外光和离子轰击下稳定性好涂粉和热处理工艺具有稳定性余晖时间短发光效率和稳定性
42、是重要参数基板材料EL材料无机电致发光材料粉末发光材料薄膜发光材料有机电致发光材料（解决了无机发光难发蓝光的问题）LED材料LED材料应具备的条件：容易控制材料导电性对发射光的透明性好发光跃迁几率高材料制备：水平布利兹曼生长GaAs单晶外延生长技术各种LED性能LCD材料液晶分子结构和分类棒状液晶液晶相向列相、胆甾相、近晶相液晶材料的物理性能：相变温度粘度介电常数折射率弹性常数液晶的光学特性：使入射光前进方向的偏振状态向n（分子长轴）的方向偏转能改变入射光的偏振状态（线偏振、椭圆偏振、圆偏振）或改变偏振光的的振动方向，此特性应用于TN-LCD和STN-LCD技术使入射光的左旋、右旋偏振光产生相
43、应的反射或透射液晶材料甲亚胺（西夫碱）类安息香酸酯类联苯类和联三苯类环己烷基碳酸酯类苯基环己烷基类和联苯环己烷基类嘧啶类环己烷基乙基类环己烯类二苯乙炔类二氟苯撑类手性掺杂剂铁电液晶材料混合液晶材料取向材料：要求强附着力、透明、稳定、绝缘。目前主要采用聚酰亚胺系列。偏振膜ITO玻璃玻璃基板ITO膜：含氧空位的n型氧化物半导体材料。制作方法：蒸镀法、溅射法、高温熔胶膜法、浸渍烧结法。铁电液晶分子条件：分子具有手性并非外消旋在分子长轴垂直方向上有永久的偶极子具有S*相聚酰亚胺系取向膜特点：单体具有良好的可溶性做涂布材料易调节浓度和粘度可通过固化形成不熔不溶的稳定透明膜7 光纤通讯材料石英材料光纤的基
44、本构造和制备光纤是由光芯和包层组成的弱光波导光纤和包层的主要成份都是SiO2包层折射率较低，一般比纤芯折射率低百分之几，作用是把光限制在纤芯中生产石英光纤的原料是液体卤化物制造石英光纤主要包括两个过程：制棒和拉丝石英材料的损耗特性光纤传输功率衰减：光纤损耗分类：吸收损耗本征吸收损耗Si-O键的红外吸收损耗石英材料电子转移的紫外吸收损耗其他损耗杂质吸收损耗金属离子的吸收损耗OH-离子的吸收损耗原子缺陷的吸收损耗散射损耗瑞利散射损耗波导结构散射损耗非线性效应损耗弯曲损耗和涂覆层造成的损耗损耗的光谱特性由于OH-的作用，出现三个损耗高峰，所以出现了三个相对低损耗的波段。这三个波段对应于短波长窗口（第一窗口）0.85um长波长窗口（第二窗口）1.3um长波长窗口（第三窗口）1.55um石英材料光纤的色散特性色散分类：模间色散材料色散波导色散剖面色散高阶色散偏振模色散石英块状介质中的光学非线性现象及其微弱由于光纤的波导特性，光束的模场半宽很小且能在数公里的传输过程中保持不变，这就使得产生的光学非线性现象的功率阈值，比在块状介质中降低了几个数量级。非线性现象对光纤传输的不利影响：限制了光纤的通信容量串话非线性现象对光纤传输的重要应用：拉曼光放大全光处理孤子传输特种光纤材料低损耗红外光纤材料的选择要求：本征吸收位于短