新型電子材料性能的發(fā)展和研究

摘要：電子材料產(chǎn)業(yè)是現(xiàn)代電子工業(yè)發(fā)展中的主要?jiǎng)恿?，是?guó)家經(jīng)濟(jì)支柱性產(chǎn)業(yè)。近年來(lái)，隨著電子工業(yè)技術(shù)的日新月異，即將取代電子材料的聚合物及其它新型材料正在不斷問(wèn)世。本文將就幾種新型電子材料的性能進(jìn)行簡(jiǎn)述，同時(shí)對(duì)其發(fā)展前景和今后的發(fā)展進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：電子工業(yè);新型材料;發(fā)展特點(diǎn);發(fā)展問(wèn)題

電子材料產(chǎn)業(yè)作為我國(guó)經(jīng)濟(jì)體系中的重要組成部分，影響整個(gè)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，為順應(yīng)電子產(chǎn)品和技術(shù)的不斷發(fā)展和升級(jí)換代，電子材料的發(fā)展是首當(dāng)其沖的問(wèn)題，其中新型電子材料的研究更是亟待解決的重點(diǎn)問(wèn)題。但與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)電子材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展還較為落后，在發(fā)展過(guò)程中也出現(xiàn)了諸多問(wèn)題，所以要想研究新型電子材料，必先深入了解和分析我國(guó)電子材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

一、我國(guó)電子材料產(chǎn)業(yè)存在的問(wèn)題及建議

1.隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等被廣泛應(yīng)用于各大行業(yè)，增加了電子材料的需求量，同時(shí)有對(duì)電子材料的品種、質(zhì)量及功能提出了新要求，使電子材料越來(lái)越趨向于技術(shù)化，且技術(shù)的種類(lèi)越來(lái)越復(fù)雜化。

2.我國(guó)雖然是電子產(chǎn)品消費(fèi)和制造大國(guó)，但不可否認(rèn)的是我國(guó)電子產(chǎn)品技術(shù)多源于外國(guó)發(fā)達(dá)國(guó)家，很多高端電子技術(shù)都被西方發(fā)達(dá)國(guó)家所壟斷，這對(duì)于中國(guó)電子材料產(chǎn)業(yè)的健康持久性發(fā)展是非常不利的。其次，電子材料產(chǎn)品層次較低，高層次電子材料研發(fā)人才匱乏。電子材料研發(fā)需要高理論知識(shí)水平和技術(shù)水平，運(yùn)用專(zhuān)業(yè)學(xué)科寬度大，因此需要高精尖人才的不斷補(bǔ)充，創(chuàng)新才能適應(yīng)其發(fā)展需求。

3.針對(duì)以上問(wèn)題提出的幾點(diǎn)建議：第一，相關(guān)政府部門(mén)為電子材料產(chǎn)業(yè)提供經(jīng)濟(jì)支持，以營(yíng)造出良好的外部環(huán)境，要根據(jù)電子材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求，出臺(tái)促進(jìn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的專(zhuān)項(xiàng)政策，如電子材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展路線圖等;第二，充分利用國(guó)際的創(chuàng)新資源，積極參與國(guó)際技術(shù)聯(lián)盟，并積極擴(kuò)展國(guó)際市場(chǎng)和申請(qǐng)國(guó)外專(zhuān)利，以實(shí)現(xiàn)國(guó)際化經(jīng)營(yíng);第三，加強(qiáng)電子技術(shù)人才培養(yǎng)，積極引進(jìn)優(yōu)秀的國(guó)內(nèi)外人才，提高對(duì)專(zhuān)業(yè)技術(shù)、經(jīng)營(yíng)管理和技能等人才的培養(yǎng)力度以吸取更先進(jìn)的技術(shù)及管理經(jīng)驗(yàn)。

二、常見(jiàn)電子材料概述

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。不同的半導(dǎo)體材料的性質(zhì)不同。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(guò)生長(zhǎng)氧化層而產(chǎn)生，因此，僅在硅不足的情況下使用GaAs。

2.介電材料

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(lèi)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(kāi)發(fā)和制造過(guò)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。

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)?？杀淮呕牟牧弦脖环Q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(guò)幾種其他類(lèi)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(guò)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。

三、新型電子材料的發(fā)展與應(yīng)用

1. 電子功能陶瓷

電子陶瓷也稱電子工業(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。

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。

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)。存在許多不同類(lèi)型的液晶相，其可以通過(guò)其不同的光學(xué)性質(zhì)（例如雙折射）來(lái)區(qū)分。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。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。

4.新型納米電子材料

納米電子材料的出現(xiàn)，使人們對(duì)電導(dǎo)電阻的研究又進(jìn)入了一個(gè)新的層次。碳納米管（CNTS）是由單層或多層同心石墨片卷曲而成的無(wú)縫中空管，長(zhǎng)約幾微米到幾十微米，直徑4-30nm。碳納米管是典型的富勒烯，其結(jié)構(gòu)與球烯和石墨相似，中間是石墨片卷曲而成，兩端是半個(gè)球烯的籠狀結(jié)構(gòu)。因其結(jié)構(gòu)獨(dú)特，電學(xué)性能和機(jī)械性能強(qiáng)大，使它成為了一種新型準(zhǔn)一維的納米電子材料，目前碳納米管也是材料物理最前沿的研究領(lǐng)域之一。

以納米技術(shù)制造的電子器件，其性能大遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)的電子器件。第一，納米電子器件工作速度是硅器件的1000倍，因而可使產(chǎn)品性能大幅度提高。第二，納米電子器件功耗僅為硅器件的1/1000。第三，納米電子器件信息存儲(chǔ)量大，在一張不足巴掌大的5英寸光盤(pán)上，至少可以存儲(chǔ)30個(gè)北京圖書(shū)館的全部藏書(shū)。第四，納米電子器件體積小、重量輕的特點(diǎn)，可使各類(lèi)電子產(chǎn)品體積和重量大為減小。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，我國(guó)電子材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展發(fā)展過(guò)程還存在對(duì)外依存度過(guò)高、產(chǎn)品層次較低、企業(yè)規(guī)模偏小、技術(shù)人才匱乏等問(wèn)題。今后電子材料市場(chǎng)將越來(lái)越大，對(duì)于科研人員來(lái)說(shuō)，研發(fā)出成本更低、功能更強(qiáng)大的新型電子材料是極為關(guān)鍵的。

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作者簡(jiǎn)介：姬靜遠(yuǎn)（1989—），女，漢，天津，初級(jí)工程師，碩士，研究方向：半導(dǎo)體（BFD激光器相關(guān)方向）.

（作者單位：華慧芯科技（天津）有限公司）