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电子材料的分类按用途分：结构电子材料和功能电子材料。结构电子材料是指能承受一定压力和重力，并能保持尺寸和大部分力学性质（强度、硬度及韧性等）稳定的一类材料；结构电子材料是指除强度性能外，还有特殊性能，或能实现光、电、磁、热、力等不同形式的交互作用和转换的非结构材料；按组成（化学作用）分：无机电子材料和有机电子材料无机电子材料以可分为金属材料(以金属键结合）和非金属材料（以离子键和共价键结合）；有机电子材料主要是指高分子材料（以共价键和分子键结合）；按材料的物理性质和应用领域分:按材料的物理性质分：导电材料、超导材料、半导体材料、绝缘材料、压电铁电材料、磁性材料、光电材料和敏感材料等。按应用领域分：微电子材料、电器材料、电容器材料、磁性材料光电子材料、压电材料、电声材料等；传统电子材料与先进电子材料第一章纳米电子材料纳米材料的特征定义：纳米材料是三维空间尺寸中至少有一维处于纳米量级（1-100nm）的尺度范围内或由此作为基本单元构成的材料。包括：纳米微粒、纳米结构、纳米复合材料；纳米效应：表面效应（界面和表面的悬键）、量子尺寸效应、体积效应、宏观量子隧道效应、界面相关效应。物质尺度到了纳米级后，由于表面电子能级（费米面）的变化（Kubo效应）导致了纳米材料具有许多奇特的性能，从而使其具备奇异性和反常性，能使多种多样的材料改性，用途极为广泛。上述五种效应是纳米材料的基本特性，它使纳米粒子和纳米固体呈现许多奇异的物理性质、化学性质；第一章第二章电阻温度系数电阻率的温度系数电阻率的温度系数随电阻率的增加而下降XA，XB分别为合金组分A和B的原子浓度ρA，ρB分别为合金组分A和B的电阻合金电阻率的表示第二章电导率与百分电导率的定义，区别第三章电阻：材料在一定程度上阻碍电流流通，并将电能转变成热能的一种物理性质几种电阻：线电阻、体电阻、膜电阻（方阻）电阻温度系数定义:温度每改变1℃时电阻值的相对变化量纯金属：自由电子←→晶格振动，电阻正温度系数)(12112TTRRRRj第三章提高电阻率措施1合金化2形状变化-----线材薄膜等3加绝缘填充料,粘结剂合成4组成化合物第三章超导定义：当温度下降到某一值（Tc）时，材料的电阻突然消失的现象临界磁场：温度低于Tc时，可用外磁场破坏超导性，使金属材料处于正常态，破坏超导电性能所需的最小磁场Hc第四章超导样品两个基本特性：1、电阻的突然消失；2、材料呈完全抗磁性第四章迈斯纳效应理想导体：在给定的温度和外磁场条件下，理想导体状态并不唯一，与途径有关超导体：从正常态转至超导态，只要TTc，都有B=0或M=-H。迈斯纳效应：处于超导态样品，决不允许有净的磁通密度存在于它的体内，即完全抗磁性。磁化状态是一种热力学状态，即在给定的条件下，它的状态是唯一确定的，与达到这一状态的具体过程无关。第四章BCS理论表述：超导电性源于固体中电子的配对，而电子配对的相互吸引作用源于电子和晶格振动间相互作用，即交换虚声子；配对发生在自旋相反动量和为零的两个电子间，即动量凝聚。两点结论：①进入超导态的电子发生了深刻变化②晶格起重要作用，电-声决定性第四章钙钛矿具有一种特殊原子排列的陶瓷材料……金属和非金属元素（通常为氧化物）相结合而形成的固体材料。高温超导中的ABO3型钙钛矿结构特点：1、一般具有理想配比的化学式ABO3A，较大离子半径的阳离子B，半径较小的过渡金属阳离子A和B离子的价态之和为＋6，以保持电中性条件成立钙钛矿结构第四章第五章有效质量m*：电子除受外力F作用外，还受内部原子电子的相互作用，电子运动状态的变化实际是半导体内部势场和外力作用的综合结果。有效质量实际上概括了晶体势场对电子的作用。内大外小载流子来源：本征激发、杂质电离本征激发：一定温度下，电子从价带跃迁至导带成自由电子，价带出现相同数量的空穴。施主杂质：向导带提供电子的杂质。受主杂质：向价带提供空穴的杂质。N型半导体：掺施主的半导体的导带电子数主要由施主数决定，半导体导电的载流子主要是电子。P型半导体：掺施主的半导体的价带空穴数主要由受主数决定，半导体导电的载流子主要是空穴。第五章热平衡：1、价带（电）子→导带→导带电子、价带空穴2、价带（电子）→受主能级→价带空穴3、施主能级（电子）→导带→导带电子同时也有反过程，称复合过程。这两个相反过程建立的动态平衡，为热平衡。此种状态下的载流子为平衡载流子。电子浓度和空穴的乘积只与半导体材料本身和温度有关，与杂质无关热平衡载流子和非平衡载流子第五章非平衡：外界作用，光照等。光子能量大于禁带宽度，光子的能量传给电子，使价带中的电子跃迁到导带，产生自由电子（导带）和自由空穴（价带），即非平衡载流子。n＝n0+Δn，p=p0+Δp，且Δn=Δp有一定的生存时间第五章N（电子）→P带正电荷区域P（空穴）→N带负电荷区域即pn结（界面）Pn结的空间电荷Pn结的伏安特性：单向导电性或整流特性P正N负大电流反向小电流P－N结第五章1、本征吸收（EEg）价带（电子）→导带，形成电子－空穴对2、激子吸收：（EEg）不足以到导带，形成受激电子－空穴相互作用的新系统3、自由载流子吸收：（E很小）电子、空穴在一个带内跃迁4、杂质吸收（E很小）杂质能级上的电子或空穴，吸收光子能量，跃迁5、晶格振动吸收光与晶格振动作用电子吸收光子能量后的跃迁形式：第五章霍尔效应：在半导体某一方向x加电场Ex，并在垂直方向z加磁场Bz，则载流子除了受电场力作用外，还要受磁场力的作用，在两种力的作用下，载流子的运动发生变化，在半导体的两端y方向上产生横向电场Ey。MI效应：加磁场后，沿电场方向电流密度降低，半导体电阻增大。半导体的磁学性质第五章5.1.6半导体的热电性质热能从高温传递到低温部分与温度梯度、传导时间，横截面积成正比塞贝克效应（Seeback）：由两种不同材料组成闭合回路，若两接触点存在温差，则在回路中会有电流通过，即温差电流温差电动势。SdtdxdTdQ第五章直接带隙结构电子跃迁或复合满足能量守恒负阻特性[100]方向有主、次能谷，主：有效质量小，迁移率大。次：相反。宽禁带300K时，1.43eV，比Ge、Si大得多。可高温下工作。GaAs的能带结构第五章第六章电介质材料：绝缘材料和电容器材料要求：介电常数大损耗小绝缘电阻大介电强度高高频温度稳定型介电陶瓷精确谐振点，要求ε稳定，且温度系数低甚至接近于零。常用材料：MgTiO3,CaSnO3体系。钛酸镁二元体系：正钛酸镁(2MgO.TiO2)二钛酸镁(MgO.2TiO2)偏钛酸镁(MgO.TiO2)电滞回线预极化→P饱和成线性关系→E下降到0，但P不为0→反向加Ec，P才为0→反向增加到饱和。Es：饱和电场强度Ps：饱和极化强度Pr：剩余极化强度Ec：矫顽电场强度Es-Es第六章晶体中存在的自发极化，且自发极化能因外电场而反向，称这种特性为铁电性铁电性第六章必要条件：晶体不具有对称中心居里温度Tc：某一临界温度以下，自发式极化才存在（Ps≠0)，超过Tc时消失Ps＝0）。铁电相：存在自发式极化的晶体结构顺电相：自发极化消失的结构第六章介电常数a轴较c轴高，90°畴壁较180°畴壁易于运动0℃及-80℃附近出现峰值。受频率的影响，≥107Hz后显著降低，损耗增大-70℃～＋140℃，击穿电场强度不变BTO的介电特性第六章目的：居里温度区域拓宽；工作区域内具有更高的介电常数；居里点的位置根据应用的需要进行适量调节BTO的掺杂改性第六章PbTiO3-PbZrO3系，PZT陶瓷PbZrO3为铁电体，钙钛矿型，Tc＝230，TTc时立方顺电，TTc时正交或斜方铁电相。晶胞参数：TTc，a＝b伸长，c缩短，c/a＝0.981。PbTiO3c/a＝1.063，离子半径接近。压电系数大，可用Zr/Ti进行调节。掺杂改性。压电效应：当在某一特定方向对晶体施加应力时，在晶体两端表面出现数量相等，符号相反的束缚电荷。逆压电效应：压电效应晶体置于外电场，晶体电极化造成正负电荷中心位移，导致晶体变形，形变量与电场强度成正比。压电体：具有压电效应的物体。第六章热释电效应：对于具有自发式极化的晶体，当晶体受热或冷却后，由于温度的变化而导致自发式极化强度变化，从而在晶体某一方向产生表面极化电荷的现象。热释电材料第六章压电晶体不一定具有热释电效应，但热释电晶体则一定存在压电效应。热释电效应第七章作用机理：频率为f的光子作用在具有相同能级的原子系统，两种作用：与高能级的激发原子作用，受激辐射，光子增殖。与低能级原子作用，低能级原子被激发到高能级，光子被吸收，光子数减少。通常热平衡条件下：低能态原子数多于高能态要使受激辐射成主导，必须高能态原子数多于低能态原子数，“粒子数反转”辐射性复合电子空穴碰撞而复合直接：不通过声子间接：声子为媒介杂质能级的复合：杂质离化→杂质能级→俘获电子→形成辐射第七章非辐射性复合阶段地放出声子的复合杂质或缺陷能级，能差小，导带电子阶段性跃迁，通过声子实现复合俄歇过程：电子空穴复合多余能量被导带中其他电子吸收，激发到导带高能态，放出声子，回到导带的下端表面复合：表面缺陷多，复合几率高第七章1砷化镓GaAs直接跃迁，光子能量1.4eV，波长900nm，近红外区应用：红外发光源，红外光电子器件电子束激发，杂质浓度1018～1019cm-3，发光效率最好；先成正比提高，再降低，因为载流子浓度过高形成非发光中心和饿歇效应进行Si（两性杂质）掺杂，形成施主或受主；N-GaAs掺杂，得到发光二极管HMHM，其中χ称为磁体的磁化率，是单位H在磁体内感生的M，表征磁体磁化难易程度HHHBM)HB0001)((令：μ＝（1＋χ)＝B/μ0H(相对磁导率，表征磁体磁性、导磁性及磁化难易程度）单位：T∙m/A或H/mSI制中,绝对磁导率：μ绝对＝B/H∴μ＝μ绝对/μ08磁化率与磁导率磁体置于外磁场中磁化强度M将发生变化（磁化）。第八章第八章一、抗磁性对于电子壳层被填满的物质，其磁矩为零。在外磁场作用下，电子运动将产生一个附加的运动（由电磁感应定律而定），出现附加角动量，感生出与H反向的磁矩。因此：χd0，且|χd|～10－5，与H、T无关。二、顺磁性顺磁性物质具有一固有磁矩，但各原子磁矩取向混乱，对外不显示宏观磁性，在磁场作用下，原子磁矩转向H方向，感生出与H一致的M。所以，χp0，但数值很小（显微弱磁性）。室温下χP：10－3～10－6。如：稀土金属和铁族元素的盐。TTN时，其内部磁结构按次晶格自旋成反平行排列，每一次晶格的磁矩大小相等、方向相反，故它的宏观磁性等于零，只有在很强的外磁场作用下才能显示出微弱的磁性。实例：过渡族元素的盐类及化合物，如MnO，CrO,CoO等三、反铁磁性第八章四、铁磁性内部原子磁矩按磁畴自发平行取向，有宏观磁性,只要在很小的磁场作用下就能磁化到饱和。其χf0（约为10～106），有磁滞现象。当TTC时，铁磁性转变为顺磁性，服从居里－外斯定律。内部磁结构却与反铁磁性相同，但相反排列的磁矩大小不等量。故亚铁磁性具有宏观磁性（未抵消的反铁磁性结构的铁磁性）。Χm0，大小为1～103典型代表为铁氧体。五、亚铁磁性前三种为弱磁性，后两种为强磁性，具有此二性的材料叫磁性材料，按其被应用的性能，磁性材料可分为软磁、永磁、旋磁、矩磁、亚磁五类）第八章从饱和磁化状态开始，再使磁化场减小，B或M不再沿原始曲线返回。当H＝0时，仍有一定的剩磁Br或Mr。为使B（M）趋于零，需反向加一磁场，此时H=Hc称为矫顽力。BHC：使B＝0的Hc。（磁感强度矫顽力）MHC：M＝0时的Hc（内禀矫顽力）一般|BHC||MHC|二、磁滞回线第八章Hc是表征材料在磁化后保持磁化状