電子功能材料的應(yīng)用與前景探究

張一鳴

摘 要：電子功能材料市場(chǎng)越來(lái)越大，對(duì)于科研人員來(lái)說，研發(fā)出成本更低、功能更強(qiáng)大的電子功能材料是極為關(guān)鍵的。文章通過對(duì)于常見的幾種電子功能材料的概述與應(yīng)用分析，對(duì)其發(fā)展前景進(jìn)行了展望，為其創(chuàng)新研究提出了看法。

關(guān)鍵詞：電子功能材料；應(yīng)用前景；創(chuàng)新

1 電子功能材料概述

1.1 半導(dǎo)體材料

半導(dǎo)體材料的限定性質(zhì)是它可以摻雜以可控的方式改變其電子特性的雜質(zhì)。它們?cè)谟?jì)算機(jī)和光伏工業(yè)中有著廣泛應(yīng)用，諸如晶體管、激光器和太陽(yáng)能的器件，尋找新的半導(dǎo)體材料和改進(jìn)現(xiàn)有材料是材料科學(xué)的重要研究領(lǐng)域。最常用的半導(dǎo)體材料是結(jié)晶無(wú)機(jī)固體。這些材料根據(jù)其構(gòu)成原子的周期表組分類。不同的半導(dǎo)體材料的性質(zhì)不同。因此，與硅相比，化合物半導(dǎo)體具有優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。例如，砷化鎵（GaAs）具有比硅高6倍的電子遷移率，這允許更快的操作、更寬的帶隙、允許功率器件在較高溫度下工作，并在室溫下為低功率器件提供較低的熱噪聲，其比硅的間接帶隙更有利的光電性質(zhì)，它可以與三元和四元組合物合金化，具有可調(diào)節(jié)的帶隙寬度，允許在所選波長(zhǎng)下發(fā)光，并且允匹配光纖損耗最小的波長(zhǎng)。GaAs也可以半絕緣形式生長(zhǎng)，其適合用作GaAs器件的晶格匹配絕緣襯底。相反，硅堅(jiān)固、便宜、易于加工，而GaAs是脆性和昂貴的，絕緣層不能通過生長(zhǎng)氧化層而產(chǎn)生，因此，僅在硅不足的情況下使用GaAs。

1.2 介電材料

主要用于制造電容器。要求材料的電阻率高，介電常量大。種類很多，重要的有金紅石（TiO2）瓷，含二氧化鈦的復(fù)合氧化物陶瓷，如鈦酸鈣、鈦酸鎂、鈦酸鋇等。云母具有層狀結(jié)構(gòu)，易剝離成薄片，適于用作疊層型電容器。六方氮化硼耐高溫、導(dǎo)熱系數(shù)大，是理想的高溫導(dǎo)熱絕緣材料。白寶石（α-Al2O3）、尖晶石（MgO·Al2O3）等可作電子器件的襯底材料，可在它上面生長(zhǎng)單晶硅膜。沉積的絕緣子和電介質(zhì)在多年來(lái)在半導(dǎo)體微電路的開發(fā)和制造過程中發(fā)揮了重要作用。它們的主要功能是用于隔離電路元件，用作存儲(chǔ)電容器的材料，掩蔽或吸收痕量雜質(zhì)，掩蔽氧氣和摻雜物擴(kuò)散，鈍化和保護(hù)器件表面，絕緣雙層導(dǎo)體線，以及逐漸縮小或平坦化設(shè)備。

1.3 磁性材料

永磁體是由被磁化的材料制成的物體并產(chǎn)生其自身的持續(xù)磁場(chǎng)。一個(gè)日常的例子是用于在冰箱門上的冰箱磁鐵。可被磁化的材料也被稱為鐵磁性或亞鐵磁性。這些包括鐵、鎳、鈷、稀土金屬的一些合金以及一些天然存在的礦物如石灰石。雖然鐵磁和亞鐵磁材料是唯一被吸引到磁體的強(qiáng)度足以被普遍認(rèn)為是磁性的，但所有其它物質(zhì)通過幾種其他類型的磁性之一對(duì)磁場(chǎng)作用較弱。鐵磁材料包括磁性軟材料，如退火磁鐵可以磁化，但不易于保持磁化。永久磁鐵由硬鐵磁材料制成，例如鋁鎳鈷合金和鐵氧體，在制造過程中在強(qiáng)磁場(chǎng)中進(jìn)行特殊加工以對(duì)齊其內(nèi)部微晶結(jié)構(gòu)，使其非常難以退磁。為了使飽和磁體去磁，必須施加一定的磁場(chǎng)，該閾值取決于各材料的矯頑力。硬材料具有高矯頑力，而軟材料具有低矯頑力。

2 電子功能材料的應(yīng)用

2.1 電子功能陶瓷

電子陶瓷或稱電子工業(yè)用陶瓷，它在化學(xué)成分、微觀結(jié)構(gòu)和機(jī)電性能上，均與一般的電力用陶瓷有著本質(zhì)的區(qū)別。這些區(qū)別是電子工業(yè)對(duì)電子陶瓷所提出的一系列特殊技術(shù)要求而形成的，其中最重要的是須具有高的機(jī)械強(qiáng)度，耐高溫高濕，抗輻射，介質(zhì)常數(shù)在很寬的范圍內(nèi)變化。噴霧干燥的氧化鋅陶瓷顆?？梢栽诤暧^上被看作是由混合氧化物，有機(jī)添加劑和顆粒內(nèi)孔組成的附聚物。通過干壓制造的壓塊綠色特性在很大程度上取決于輸入顆粒的特性。添加到漿料中的粘合劑、增塑劑、抗絮凝劑和潤(rùn)滑劑形式的有機(jī)添加劑在制備具有所需性能如流動(dòng)性、可壓縮性、生坯強(qiáng)度和密度等的粉末中是關(guān)鍵的。已經(jīng)有幾種商業(yè)膠乳粘合劑及其共混物研究和比較用于加工氧化鋅變阻器粉末的增塑聚乙烯醇。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)通過這種新的粘合劑體系可以實(shí)現(xiàn)具有改進(jìn)特性的粉末。具有含有固體含量的標(biāo)準(zhǔn)百分比的膠乳粘合劑的漿料的較低粘度表明增加固體含量的可能性，從而提高噴霧干燥器的效率。

2.2 高精度傳感器

目前常用的高精度傳感器是激光傳感器，其精度主要取決于光的單色性的好壞。激光是最理想的光源，它比以往最好的單色光源（氪-86燈）還純10萬(wàn)倍。因此激光測(cè)長(zhǎng)的量程大、精度高。由光學(xué)原理可知單色光的最大可測(cè)長(zhǎng)度L與波長(zhǎng)λ和譜線寬度δ之間的關(guān)系是L=λ/δ。用氪-86燈可測(cè)最大長(zhǎng)度為38.5厘米，對(duì)于較長(zhǎng)物體就需分段測(cè)量而使精度降低。若用氦氖氣體激光器，則最大可測(cè)幾十公里。一般測(cè)量數(shù)米之內(nèi)的長(zhǎng)度，其精度可達(dá)0.1微米。

2.3 液晶顯示材料

液晶（LC）是在常規(guī)液體與固體晶體之間具有特性的狀態(tài)下的物質(zhì)。例如，液晶可以像液體一樣流動(dòng)，但其分子可以以類似晶體的方式取向。存在許多不同類型的液晶相，其可以通過其不同的光學(xué)性質(zhì)（例如雙折射）來(lái)區(qū)分。當(dāng)在顯微鏡下使用偏振光源觀察時(shí)，不同的液晶相將看起來(lái)具有不同的紋理。紋理中的對(duì)比區(qū)域?qū)?yīng)于液晶分子在不同方向上取向的區(qū)域。然而，在一個(gè)領(lǐng)域內(nèi)，分子是有序的。LC材料可能不總是處于液晶相（正如水可能變成冰或蒸汽一樣）。液晶可以分為熱致沸性，溶致性和金屬相。熱致溶性和溶致液晶主要由有機(jī)分子組成，盡管也有幾種礦物質(zhì)。隨著溫度的變化，熱致變色液晶顯示出向液相的相變。溶劑型LC在溶劑（通常是水）中表現(xiàn)出液晶分子的溫度和濃度的函數(shù)的相變。金屬同位素LC由有機(jī)和無(wú)機(jī)分子組成；它們的液晶轉(zhuǎn)變不僅取決于溫度和濃度，還取決于無(wú)機(jī)-有機(jī)組成比。

3 電子功能材料的發(fā)展前景

我國(guó)在新型稀土永磁、生物醫(yī)用、生態(tài)環(huán)境材料、催化材料與技術(shù)等領(lǐng)域加強(qiáng)了專利保護(hù)。但是，我們應(yīng)該看到，我國(guó)功能材料的創(chuàng)新性研究不夠，申報(bào)的專利數(shù)，尤其是具有原創(chuàng)性的國(guó)際專利數(shù)與我國(guó)的地位遠(yuǎn)不相稱。我國(guó)功能材料在系統(tǒng)集成方面也存在不足，有待改進(jìn)和發(fā)展。

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