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现代电子信息材料

发布时间:2011/8/24 9:39:37 访问次数:1914


    电子信息材料是指在微电子、光电子技术和新型元器件基础产品领域中所用的材料,主要包括以单晶硅为代表的半导体微电子材料;以激光晶体为代表的光电子材料;以介质陶瓷和热敏陶瓷为代表的电子陶瓷材料;以钕铁硼(NdFeB)永磁材料为代表的磁性材料;光纤通信材料;以磁存储和光盘存储为主的数据存储材料;压电晶体与薄膜材料;以储氢材料和锂离子嵌入材料为代表的绿色电池材料等。这些基础材料及其产品支撑着通信、计算机、信息家电与网络技术等现代信息产业的发展。电子信息材料的总体发展趋势是朝着大尺寸、高均匀性、高完整性以及薄膜化、多功能化和集成化的方向发展。当前的研究热点和技术前沿包括柔性晶体管、光子晶体、第三代半导体材料( SiC、GaN、ZnSe等宽带半导体材料)、右机显示材料以及各种纳米电子材料等。
    1.有机信息材料功能分类
    有机信息材料属于有机功能材料,是为实现信息探测、传输、处理、显示、存储等功能使用的材料。有机信息材料功能分类如图4.2.2所示。

            

 


      2.有机信息探测材料——有机传感器
    有机高分子传感器是用有机高分子材料作为敏感材料的传感器。有机高分子材料分别具有电学、光学、热学、机械、化学和生物学等特性,扩大了传感器技术的应用领域。
    在电子功能高分子材料方面以力敏、热敏、光敏等元件发展最为迅速。例如,聚偏氟乙烯及其共聚物系列材料具有优良的抗辐射性、电绝缘性、化学稳定性、热稳定性,经过拉伸、极化、镀电极等处理后加工成薄膜,表现出强压电效应、电致伸缩效应和热释电效应,在传感器方面的应用前景颇引人注目。又如,三甘氨酸硫酸盐有机热释电晶体薄膜有很高的热释电系数,是一种非接触式的新型热电敏感材料,可将热辐射直接转换成电信号。这种传感器响应频率高、速度快、频带宽,不受辐射波长限制,在气体分析、遥测、遥感等方面有独特优越性。
    目前,使用高性能有机高分子材料已研制出立体声耳机、传声器、高频扬声器、加速度计、水听器、声呐探测器、海洋监测装置、海岸警戒装置、水下声成像、超声无损探伤、声表面波、延迟线、无触点开关、键盘开关、光纤开关、红外探测器、入侵报警器和印刷传感器等传感器产品;在医疗器械中则有心音计、胎音计、脉搏计、入体组织的超声断层实时显像设备、A型超声扫描设备、血流量检测器、假肢传感器、盲人触觉传感器等产品。

    3.有机信息传输材料——塑料光纤
    光纤是一条玻璃或塑胶纤维,是一种将信息从一端传送到另一端的高效率传输媒介。通常“光纤”与“光缆”两个名词会被混淆。多数“光纤”在使用前必须由几层保护结构包覆,包覆后的缆线即被称为“光缆”,是当前网络传输的关键。
    石英(玻璃)光纤以其大容量、高速度、低损耗在城际网及城域网的干线中已被大量使用,成为远距离传输信息的最佳选择。但由于石英光纤的纤芯很细,直径一般为几微米到几十微米,连接精度要求非常高,连接技术难度大,熔焊的工艺与设备复杂昂贵,导致成本高;由于石英光纤柔性较差,不适应室内布线;另外,石英光纤光缆中的一些化学成分,也不适宜在室内使用。因此石英光纤难以到达局域网中的千家万户,出现“最后一公里”问题,影响网络传输速度的提升。
    在解决“最后一公里”的问题上,塑料光纤可以大显身手。新开发的氟化梯度型通信用塑料光纤,其衰减系数已经降低,而且它的带宽也达到lOOMbps以上,成为良好的多媒体信息传输媒介。石英光纤与有机物光纤的应用如图4.2.3所示。             
                       

    4.有机信息处理材料
    1)右机薄膜晶体管
    有机薄膜晶体管(organic thin film transistor,OTFT)与硅薄膜晶体管一样,具有输入电阻高、噪声小、功耗低、动态范围大、易于集成、没有二次击穿现象、安全工作区域宽等优点,如图4.2.4所示。OTFT采用了有机半导体作为工作物质,具有以下特点:
    (1)加工温度低,一般在180℃以下,不仅能耗显著降低,而且适用于柔性基板;
    (2)制造工艺简单,可采用气相沉积和印刷打印法,加工成本低;
    (3)材料来源广泛,环境友好,发展潜力大。
    这些特点符合社会发展和技术进步的趋势,因此,它的出现和进展在国际上引起广泛关注,很多大公司和研发机构竞相投入研发,特别是在欧洲已形成研发联盟。近年,OTFT的主要性能载流子迁移率以平均每2年提高10倍的速度在发展,目前综合性能已经达到了商业上广泛使用的非晶硅TFT水平。据有关资料预测,有机薄膜晶体管有望成为新一代平板显示的核心技术。
    2)分子器件与分子电路
    利用有机分子电子材料可以形成分子开关、分子导线和分子二极管等元器件,进而制造出分子电路,可以进行有关信息处理。            R7731GE

                      


    电子信息材料是指在微电子、光电子技术和新型元器件基础产品领域中所用的材料,主要包括以单晶硅为代表的半导体微电子材料;以激光晶体为代表的光电子材料;以介质陶瓷和热敏陶瓷为代表的电子陶瓷材料;以钕铁硼(NdFeB)永磁材料为代表的磁性材料;光纤通信材料;以磁存储和光盘存储为主的数据存储材料;压电晶体与薄膜材料;以储氢材料和锂离子嵌入材料为代表的绿色电池材料等。这些基础材料及其产品支撑着通信、计算机、信息家电与网络技术等现代信息产业的发展。电子信息材料的总体发展趋势是朝着大尺寸、高均匀性、高完整性以及薄膜化、多功能化和集成化的方向发展。当前的研究热点和技术前沿包括柔性晶体管、光子晶体、第三代半导体材料( SiC、GaN、ZnSe等宽带半导体材料)、右机显示材料以及各种纳米电子材料等。
    1.有机信息材料功能分类
    有机信息材料属于有机功能材料,是为实现信息探测、传输、处理、显示、存储等功能使用的材料。有机信息材料功能分类如图4.2.2所示。

            

 


      2.有机信息探测材料——有机传感器
    有机高分子传感器是用有机高分子材料作为敏感材料的传感器。有机高分子材料分别具有电学、光学、热学、机械、化学和生物学等特性,扩大了传感器技术的应用领域。
    在电子功能高分子材料方面以力敏、热敏、光敏等元件发展最为迅速。例如,聚偏氟乙烯及其共聚物系列材料具有优良的抗辐射性、电绝缘性、化学稳定性、热稳定性,经过拉伸、极化、镀电极等处理后加工成薄膜,表现出强压电效应、电致伸缩效应和热释电效应,在传感器方面的应用前景颇引人注目。又如,三甘氨酸硫酸盐有机热释电晶体薄膜有很高的热释电系数,是一种非接触式的新型热电敏感材料,可将热辐射直接转换成电信号。这种传感器响应频率高、速度快、频带宽,不受辐射波长限制,在气体分析、遥测、遥感等方面有独特优越性。
    目前,使用高性能有机高分子材料已研制出立体声耳机、传声器、高频扬声器、加速度计、水听器、声呐探测器、海洋监测装置、海岸警戒装置、水下声成像、超声无损探伤、声表面波、延迟线、无触点开关、键盘开关、光纤开关、红外探测器、入侵报警器和印刷传感器等传感器产品;在医疗器械中则有心音计、胎音计、脉搏计、入体组织的超声断层实时显像设备、A型超声扫描设备、血流量检测器、假肢传感器、盲人触觉传感器等产品。

    3.有机信息传输材料——塑料光纤
    光纤是一条玻璃或塑胶纤维,是一种将信息从一端传送到另一端的高效率传输媒介。通常“光纤”与“光缆”两个名词会被混淆。多数“光纤”在使用前必须由几层保护结构包覆,包覆后的缆线即被称为“光缆”,是当前网络传输的关键。
    石英(玻璃)光纤以其大容量、高速度、低损耗在城际网及城域网的干线中已被大量使用,成为远距离传输信息的最佳选择。但由于石英光纤的纤芯很细,直径一般为几微米到几十微米,连接精度要求非常高,连接技术难度大,熔焊的工艺与设备复杂昂贵,导致成本高;由于石英光纤柔性较差,不适应室内布线;另外,石英光纤光缆中的一些化学成分,也不适宜在室内使用。因此石英光纤难以到达局域网中的千家万户,出现“最后一公里”问题,影响网络传输速度的提升。
    在解决“最后一公里”的问题上,塑料光纤可以大显身手。新开发的氟化梯度型通信用塑料光纤,其衰减系数已经降低,而且它的带宽也达到lOOMbps以上,成为良好的多媒体信息传输媒介。石英光纤与有机物光纤的应用如图4.2.3所示。             
                       

    4.有机信息处理材料
    1)右机薄膜晶体管
    有机薄膜晶体管(organic thin film transistor,OTFT)与硅薄膜晶体管一样,具有输入电阻高、噪声小、功耗低、动态范围大、易于集成、没有二次击穿现象、安全工作区域宽等优点,如图4.2.4所示。OTFT采用了有机半导体作为工作物质,具有以下特点:
    (1)加工温度低,一般在180℃以下,不仅能耗显著降低,而且适用于柔性基板;
    (2)制造工艺简单,可采用气相沉积和印刷打印法,加工成本低;
    (3)材料来源广泛,环境友好,发展潜力大。
    这些特点符合社会发展和技术进步的趋势,因此,它的出现和进展在国际上引起广泛关注,很多大公司和研发机构竞相投入研发,特别是在欧洲已形成研发联盟。近年,OTFT的主要性能载流子迁移率以平均每2年提高10倍的速度在发展,目前综合性能已经达到了商业上广泛使用的非晶硅TFT水平。据有关资料预测,有机薄膜晶体管有望成为新一代平板显示的核心技术。
    2)分子器件与分子电路
    利用有机分子电子材料可以形成分子开关、分子导线和分子二极管等元器件,进而制造出分子电路,可以进行有关信息处理。            R7731GE

                      

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