電子信息資料教材：李言榮<電子資料導(dǎo)論>參考書：賈德昌<電子資料>本課內(nèi)容一、緒論二、導(dǎo)電資料三、電阻資料四、超導(dǎo)資料五、半導(dǎo)體資料六、電解質(zhì)資料七、光電子資料八、磁性資料九、敏感資料電子資料是當(dāng)前資料科學(xué)的一個(gè)重要方面,種類多、用途廣、涉及面寬。是制造電子元器件和集成電路的根底；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)還廣泛運(yùn)用于印制電路板和微線板、封裝用資料、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。一緒論

集成電路芯片——半導(dǎo)體資料太陽能電池——光電資料電容器——電解質(zhì)資料壓電蜂鳴器——電解質(zhì)資料電阻元件——電阻資料PTC熱敏電阻——敏感資料挪動(dòng)硬盤——磁性資料電子資料：指與電子工業(yè)有關(guān)的、在電子學(xué)與微電子學(xué)中運(yùn)用的資料。包括介電資料、半導(dǎo)體資料、壓電與鐵電資料、導(dǎo)電金屬及其合金資料、磁性資料以及其他相關(guān)資料。是制造電子元器件和集成電路的物質(zhì)根底。分類與特點(diǎn)運(yùn)用與開展動(dòng)態(tài)1.1電子資料的分類與特點(diǎn)1.1.1在國民經(jīng)濟(jì)中的位置1.1.2電子資料的分類1.1.3電子資料對(duì)環(huán)境的要求1.1.4電子資料與元器件1.1.1在國民經(jīng)濟(jì)中的位置電子資料是電子信息產(chǎn)品制造業(yè)的重要組成部分，是開展電子信息產(chǎn)業(yè)的根底與先導(dǎo)。電子資料作為根底性資料已浸透到國民經(jīng)濟(jì)和國防建立的各個(gè)領(lǐng)域，沒有高質(zhì)量的電子資料就不能夠制造出高性能的電子元器件。1.資料、能源和信息技術(shù)是當(dāng)前國際公認(rèn)的新科技革命的三大支柱。電子資料處于資料科學(xué)與工程的最前沿。2.電子資料的優(yōu)劣直接影響電子產(chǎn)品的質(zhì)量，與電子工業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益有親密關(guān)系。3.一個(gè)國家的電子資料的種類數(shù)量和質(zhì)量，成了一個(gè)衡量該國科學(xué)技術(shù)、國民經(jīng)濟(jì)程度和軍事國防力量的主要標(biāo)志。1．按電子資料的用途分類1.1.2電子資料的分類構(gòu)造電子資料：能接受一定壓力和重力，并能堅(jiān)持尺寸和大部分力學(xué)性質(zhì)(強(qiáng)度、硬度及韌性等)穩(wěn)定的一類資料?！餐鈿?、基片、框架、散熱片等〕功能電子資料：能實(shí)現(xiàn)光、電、磁、熱、力等不同方式的交互作用和轉(zhuǎn)換的非構(gòu)造資料。2．按電子資料的組成分類無機(jī)電子資料有機(jī)電子資料(高分子資料)金屬資料非金屬資料碳、氫、氧、氟、氯、氟等組成的高分子資料3.按資料的物理性質(zhì)和運(yùn)用領(lǐng)域分類1.1.3電子資料對(duì)環(huán)境的要求 電子資料在做成元器件和集成電路之后，還應(yīng)具備一致性和穩(wěn)定性，可以接受各種惡劣的環(huán)境。主要表如今以下幾方面：溫度壓力濕度環(huán)境中的化學(xué)顆粒及塵埃霉菌和昆蟲輻射機(jī)械要素1.2電子資料的運(yùn)用與開展動(dòng)態(tài)為順應(yīng)電子整機(jī)和設(shè)備小型化、輕量化、薄型化、數(shù)字化、多功能，如今社會(huì)要求電子元器件的開發(fā)消費(fèi)必需向小型化、高集成化、片式化開展；電子資料今后將盡能夠順應(yīng)電子元器件的這些要求。電子資料的要求和選用原那么電子資料的開展動(dòng)態(tài)電子資料的開展特點(diǎn)1.2.1現(xiàn)代社會(huì)對(duì)電子資料的要求構(gòu)造與功能相結(jié)合智能資料減少污染節(jié)省能源長壽命與可控壽命要求有一些電于資料不僅能作為構(gòu)造資料運(yùn)用，而且具有特殊的功能或多種功能。構(gòu)造與功能相結(jié)合要求資料本身具有感知、自我調(diào)理和反響的才干，具有敏感和驅(qū)動(dòng)的雙重功能.2.智能資料3.減少污染由于人類消費(fèi)活動(dòng)的添加和工業(yè)污染物的大量排放，已引起生態(tài)環(huán)境日益惡化。在現(xiàn)代文明社會(huì)，人類既期望獲得大量高性能和多功能資料，又迫切要求有一個(gè)良好的生態(tài)環(huán)境，實(shí)踐上這兩種要求在某種程度是不協(xié)調(diào)的。因此對(duì)于資料的要求是最大限制地發(fā)揚(yáng)資料的潛在性能和功能，但對(duì)環(huán)境的危害盡量要小。要求電子資料能長期堅(jiān)持其根本特性，穩(wěn)定可靠、用來制造的設(shè)備和元件能少維修或不維修。4.節(jié)省能源制造資料時(shí)耗能盡能少，又可利用新開發(fā)的能源。5.長壽命與可控壽命1.2.2電子資料的選用原那么根據(jù)元器件性能參數(shù)根據(jù)元器件構(gòu)造特點(diǎn)根據(jù)元器件工藝特點(diǎn)按經(jīng)濟(jì)原那么1.2.3電子資料開展動(dòng)態(tài)先進(jìn)電子資料有機(jī)電子資料電子薄膜(主流)計(jì)算機(jī)技術(shù)與電子資料先進(jìn)電子資料開展迅度先進(jìn)電子資料是指用于高新技術(shù)，具有高性能，新用途中心作用的各種電子資料，先進(jìn)電子資料包括：仿生智能資料，納米資料、先進(jìn)復(fù)合資料、低維資料、高溫超導(dǎo)資料和生物電子資料等。納米電子資料納米資料的特征 定義：納米資料是三維空間尺寸中至少有一維處于納米量級(jí)〔1-100nm〕的尺度范圍內(nèi)或由此作為根本單元構(gòu)成的資料。包括：納米微粒、納米纖維、納米復(fù)合資料等。零維：納米尺寸的粒子一維：納米粗細(xì)尺寸的棒、碳管、線

二維：指空間一維處于納米尺度，如超薄膜、多層膜。三維：納米尺寸晶粒的三維塊資料納米資料的根本單元包括：1〕外表效應(yīng)2〕量子尺寸效應(yīng)3〕界面相關(guān)效應(yīng)納米效應(yīng)：1〕外表效應(yīng)粒子直徑減少到納米級(jí)，外表原子數(shù)和比外表積、外表能都會(huì)迅速添加；外表原子周圍短少相鄰的原子，有許多懸空鍵，具有不飽和性質(zhì)，易與其它原子相結(jié)合，故具有很大的化學(xué)活性。外表原子數(shù)占全部原子數(shù)的

比例和粒徑間的關(guān)系金屬納米顆粒對(duì)光吸收顯著添加；熔點(diǎn)會(huì)顯著下降。金的熔點(diǎn)在普通情況下是1064℃,2nm的金顆粒熔點(diǎn)降為330℃。納米陶瓷只需用不高的溫度即可將其熔化并燒結(jié)成耐高溫的元件。普通陶瓷沒有足夠的韌性。而納米陶瓷甚至可以具有超塑性質(zhì)。大塊資料的能帶可以看成是延續(xù)的，而納米資料的能帶將分裂為分立的能級(jí)。能級(jí)間的間距隨顆粒尺寸減小而增大。當(dāng)熱能、電場能、或者磁場能比平均的能級(jí)間距還小時(shí)就會(huì)呈現(xiàn)出一系列與宏觀物體截然不同的反常特性，稱之為量子效應(yīng)。2〕量子尺寸效應(yīng)例如：導(dǎo)電的金屬在納米顆粒時(shí)可以變成絕緣體；或由金屬變?yōu)榘雽?dǎo)體。3〕界面效應(yīng)由于納米構(gòu)造資料中有大量的界面，與單晶資料相比，納米構(gòu)造資料具有反常高的分散率，它對(duì)蠕變、超塑性等力學(xué)性能有顯著影響；出現(xiàn)超強(qiáng)度、超硬度、超塑性等。納米電子資料主要運(yùn)用方面：納米磁記錄資料納米半導(dǎo)體催化資料陶瓷增韌與傳統(tǒng)的無機(jī)資料相比有機(jī)資料具有質(zhì)量輕、易成型、構(gòu)造易變和半導(dǎo)體特性等優(yōu)點(diǎn)，日益引起人們的興趣和注重成為資料科學(xué)研討的熱點(diǎn)長期以來，有機(jī)電子資料用做電子元器件的絕緣資料、電容器介質(zhì)資料、液晶顯示資料、包封資料和用來控制多層布線漿料和厚膜漿料中的流變件、觸變性的改性資料等。目前常用的：2.有機(jī)電子資料運(yùn)用不斷擴(kuò)展有機(jī)導(dǎo)電資料有機(jī)壓電資料有機(jī)光電資料有機(jī)磁性資料3.電子薄膜資料將成為主流電子薄膜資料：是微電子、光電子、信息存儲(chǔ)、傳感器、光學(xué)等領(lǐng)域的重要組成部分，它的制備與評(píng)價(jià)是微電子、光電子及其它的電子器件的根底。IntelPentium(III)Microprocessor

在計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)相展的今天，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與計(jì)算機(jī)模擬(又稱計(jì)算機(jī)仿真)正在成為各個(gè)研討領(lǐng)域的單獨(dú)分支。同樣地，用于電子資料科學(xué)中的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與模擬正成為研討電子資料科學(xué)的一個(gè)重要組成部分。4計(jì)算機(jī)技術(shù)與電子資料傳統(tǒng)研討資料的方法：經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證或研討資料的某種性能。經(jīng)過大量或反復(fù)的實(shí)驗(yàn)來改善工藝以得到較好的工藝參數(shù)。原料磁學(xué)性能力學(xué)性能熱學(xué)性能電學(xué)性能研討某種納米資料的性能過程：粉末或膜制備成型處置燒結(jié)計(jì)算機(jī)模擬資料行為：資料計(jì)算機(jī)模擬直接從實(shí)際出發(fā)，根據(jù)所需求的材料性質(zhì)，經(jīng)過計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)出符合要求的資料結(jié)構(gòu)，然后經(jīng)過計(jì)算機(jī)的模擬計(jì)算獲得資料的性質(zhì)根據(jù)資料的宏觀特性利用固體物理、量子化學(xué)、統(tǒng)計(jì)力學(xué)、計(jì)算數(shù)學(xué)知識(shí)計(jì)算機(jī)模擬部分真實(shí)實(shí)驗(yàn)或設(shè)計(jì)資料的構(gòu)造經(jīng)過計(jì)算機(jī)軟件資料性能根據(jù)一定的模擬方法計(jì)算機(jī)模擬:經(jīng)過實(shí)際，從微觀上研討原子間的相互作用.經(jīng)過計(jì)算，模擬資料的組分、構(gòu)造與性能，進(jìn)而深化研討資料的各參數(shù)間的最正確組合，從而進(jìn)展資料選擇工藝設(shè)計(jì)和制造。計(jì)算機(jī)模擬根本上不受實(shí)驗(yàn)條件、時(shí)間和空間的限制，具有極大的靈敏性和隨意性。計(jì)算機(jī)模擬特點(diǎn)：可以經(jīng)過計(jì)算機(jī)模擬的結(jié)果預(yù)測(cè)有希望的實(shí)驗(yàn)方案，提高實(shí)驗(yàn)效率。在許多情況下用計(jì)算機(jī)模擬比進(jìn)展實(shí)驗(yàn)要快要省。借助計(jì)算機(jī)模擬的結(jié)果，可以預(yù)言新資料的構(gòu)造、性能或者說，經(jīng)過實(shí)際設(shè)計(jì)來“訂做〞具有特定性能的新資料。計(jì)算機(jī)模擬與普通實(shí)驗(yàn)的最大差別在于：普通的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)是一個(gè)“黑箱〞，人們只能經(jīng)過結(jié)果的輸出來了解實(shí)驗(yàn)的客體。計(jì)算機(jī)是按中那么是完全“透明〞的，模擬給出的各種微觀信息足以描畫系統(tǒng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)行為。計(jì)算機(jī)模擬可以在分子程度上跟蹤體系。計(jì)算機(jī)模擬完全依賴于最根本的物理、化學(xué)定律，以及可以自在控制各種近似參數(shù)，因此它能提供關(guān)于問題的相關(guān)物理信息。經(jīng)過改動(dòng)這些微觀物理、化學(xué)的控制信息，進(jìn)而改動(dòng)宏觀的資料性能。計(jì)算機(jī)模擬納米微孔中分子的運(yùn)動(dòng)蒙特卡羅法(MonteCarlo)MonteCarlo名字的由來：是由Metropolis在二次世界大戰(zhàn)期間提出的：Manhattan方案，研討與原子彈有關(guān)的中子輸運(yùn)過程。MonteCarlo是摩納哥〔monaco)的首都，該城以賭博出名NicholasMetropolis(1915-1999)Monte-Carlo,Monaco蒙特卡羅方法是以概率論和數(shù)理統(tǒng)計(jì)學(xué)為根底，經(jīng)過統(tǒng)計(jì)實(shí)驗(yàn)到達(dá)計(jì)算某個(gè)量的目的賭博時(shí)，概率論是一種有力的手段，以蒙特卡羅作為方法的命名，緣由大約于此。MC方法的根本思想:MC是以資料某種性能和概率統(tǒng)計(jì)實(shí)際為根底，以隨機(jī)抽樣為手段對(duì)資料微觀性能的某個(gè)過程進(jìn)展模擬。MC是以一個(gè)概率模型為根底，按照這個(gè)模型所描畫的過程，經(jīng)過模擬實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，作為問題的近似解。MC比較適宜于研討資料中的隨機(jī)過程主要運(yùn)用于模擬：薄膜生長晶粒長大分散相變?nèi)毕菪袨榕鲎埠蜐B流等過程MC解題歸結(jié)為三個(gè)主要步驟：根據(jù)欲研討的物理系統(tǒng)的性質(zhì)，建立可以描畫該系統(tǒng)特性的實(shí)際模型，導(dǎo)出該模型的某些特征量的概率密度函數(shù)；從概率密度函數(shù)出發(fā)進(jìn)展隨機(jī)抽樣，得到特征量的一些模擬結(jié)果；對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)展分析總結(jié)，預(yù)言物理系統(tǒng)的某些特性。舉例：MC方法模擬晶粒的長大多晶資料：晶粒取向隨機(jī)分布

假設(shè)用不同的數(shù)字組表示不同的晶粒取向，便構(gòu)成了無規(guī)那么的數(shù)字系統(tǒng)。用MC方法模擬晶粒長大步驟：1.建立一個(gè)網(wǎng)絡(luò)體系〔概率模型〕給網(wǎng)絡(luò)的每個(gè)格點(diǎn)賦一個(gè)正整數(shù)Si(1<Si<Q)代表該格點(diǎn)處的晶粒取向。Q越大，表示晶粒取向越多，思索實(shí)踐資料的結(jié)晶性質(zhì)。所以Q應(yīng)足夠大。

2.然后將延續(xù)的組織離散化假設(shè)一個(gè)格點(diǎn)和相鄰的格點(diǎn)取向一樣晶粒(格點(diǎn))假設(shè)一個(gè)格點(diǎn)和相鄰的格點(diǎn)取向不同晶界(實(shí)線)3.建立各種估計(jì)量晶粒長大的驅(qū)動(dòng)力來自界面能。任一格點(diǎn)i的能量Ei可描畫為：式中，J為界面能的一個(gè)量度δij為克羅內(nèi)克爾記號(hào)N為體系總格點(diǎn)數(shù)e為能量階數(shù)nn為格點(diǎn)i最臨近的格點(diǎn)數(shù)〔nn=12〕Ck是與能量階數(shù)有關(guān)的能量作用常數(shù)，〔C1=1C2=0.5〕MC方法模擬晶界挪動(dòng)隨機(jī)選取格點(diǎn)，取向Si計(jì)算任一格點(diǎn)Ei在剩下Q-1個(gè)晶粒取向中嘗試任選一個(gè)取向Si′重新計(jì)算任一格點(diǎn)Ei′格點(diǎn)取向變化幾率：[0，1]區(qū)間產(chǎn)生一個(gè)均勻分布的隨機(jī)數(shù)RP≥R格點(diǎn)i取向可以接受，Si′替代Si勝利。晶界發(fā)生遷移P<R格點(diǎn)i取向變化不可以接受，晶界不發(fā)生遷移N次嘗試為一個(gè)MCS一個(gè)MCS為一個(gè)格點(diǎn)有一次變化的時(shí)機(jī)1.2.4電子資料開展的特點(diǎn)電子信息產(chǎn)業(yè)本身開展的特點(diǎn)是：(1)資料更新快、技術(shù)開展快、種類多(2)資料增值高(3)質(zhì)量要求高(4)消費(fèi)的國際化這些開展與要求促進(jìn)了資料工藝與科學(xué)不斷開展(1)資料更新快、技術(shù)開展快、種類多制備資料的工藝，設(shè)備不斷完善，新的資料不斷出現(xiàn)(2)資料增值高普通的傳統(tǒng)資料，由原資料加工成材，增值不過幾倍，個(gè)別達(dá)十幾倍。而電子資料，由于其在加工過程中技術(shù)密集，因此可增值幾十倍或更高。例如1Kg硅砂加工成硅單晶的拋光片，增值約50倍；如加工成外延片可增值I00倍以上。(3)質(zhì)量要求高例如：一個(gè)硅片的價(jià)錢