微系統(tǒng)封裝基礎(chǔ)作業(yè)

1、1. A)什么是光刻膠（photo resist）？B)正性光刻膠與負性光刻膠的區(qū)別是什么？其刻蝕的物理過程是什么？答：A) 光刻膠：指光刻工藝中，涂覆在材料表面，經(jīng)過曝光后其溶解度發(fā)生變化的耐蝕刻的薄膜材料。利用這一特性，對均勻的光刻膠的不同位置進行曝光，再通過顯影液就能得到想要的圖形。B) 正性光刻膠：這種光刻膠被曝光的部分易溶于顯影液，未被曝光的部分難溶于顯影液。負性光刻膠：它的被曝光的部分難溶于顯影液，未被曝光的部分易溶于顯影液。2. 什么是電介質(zhì)常數(shù)？電介質(zhì)常數(shù)低有什么好處？為什么有這樣的好處（物理原理）？電介質(zhì)常數(shù)高有什么好處以及壞處？低電介質(zhì)常數(shù)與高電介質(zhì)常數(shù)材料的應(yīng)用有哪些（C

2、MOS中的柵氧化層為什么用高電介質(zhì)常數(shù)的材料，通常用什么材料）？答：電介質(zhì)常數(shù)是電場在真空中時的電場強度與該電場中放入電介質(zhì)后的電場強度的比值，又稱為相對介電常數(shù)。電介質(zhì)常數(shù)低（low-K）有利于隔離器件，當(dāng)器件尺寸很小的時候，器件與器件之間的間距也很小，此時寄生電容的效應(yīng)變的很顯著，電介質(zhì)常數(shù)低的材料會降低寄生電容，從而達到更好的器件隔離效果。電介質(zhì)常數(shù)高時，如果材料是在器件之間，那么將無法很好的隔離器件；但電介質(zhì)常數(shù)高的材料可以在其他條件不變的情況下形成更大的電容，這在用作MOS管的柵時有重要意義：器件尺寸的減小要求柵電壓降低（否則會擊穿），而在獲得同樣的驅(qū)動電流時，則需要柵電容較大，隧道

3、效應(yīng)限制了柵介質(zhì)的厚度，所以需要采用高K值的材料來做柵介質(zhì)。低電介質(zhì)常數(shù)的材料通常用于降低器件間的寄生電容。高電介質(zhì)常數(shù)的材料通常用作器件的柵以避免隧道效應(yīng)。柵極材料需要是良導(dǎo)體，以前用重摻雜多晶硅。隨著尺寸縮小，改用了高K值的材料?，F(xiàn)在的一些高性能CPU中采用的是金屬電極和高K值電介質(zhì)混合的技術(shù)。3. 基板（Substrate）是什么？軟基板與硬基板有什么區(qū)別？硅基板的應(yīng)用有哪些？答：基板是光刻中圖形刻蝕到的基底。軟基板與硬基板差別在于其是否是柔性的。硅基板可用于集成電路，太陽能電池。4. A)為什么通常高分子材料不導(dǎo)電？（物理原理）B)為什么金屬導(dǎo)電？（物理原理）C)一些新材料（碳納米管、

4、石墨烯）為什么導(dǎo)電？答：A) 高分子材料不導(dǎo)電是因為沒有可以自由移動的電荷，具體而言，高分子材料中，分子與分子之間由分子力作用，不涉及電子；而單個分子之間，又通常是飽和的共價鍵，這種共價鍵的電子對之間結(jié)合十分緊密，禁帶寬度很大，電子難以掙脫束縛。故不能導(dǎo)電。B) 金屬中，外層電子受核束縛較弱，形成金屬鍵時，電子的禁帶寬度很小，呈現(xiàn)出自由移動的形式。C) 碳納米管、石墨烯中，碳原子的外層電子軌道是sp雜化，其中p軌道相互重疊連成一個很大的鍵，電子可以在其中自由移動。5. 導(dǎo)電與導(dǎo)熱的原理是什么？石墨烯與納米管導(dǎo)電（與上一題重復(fù)）與導(dǎo)熱的原理是什么？答:導(dǎo)電原理：導(dǎo)電電荷在物質(zhì)中傳遞的過程，金屬中

5、是通過易于電離的電子在其中將電勢傳播；半導(dǎo)體中是電子空穴對的轉(zhuǎn)換將電荷傳播；有機物中通過電子軌道的交疊使電子可以在其中移動。導(dǎo)熱原理：導(dǎo)熱是通過分子、原子、電子或聲子間的碰撞與散射來將內(nèi)能傳遞的過程。石墨烯與碳納米管導(dǎo)熱原理是：碳原子之間形成了穩(wěn)定的晶格，容易通過格波傳遞晶格震動從而傳遞內(nèi)能。6. 為什么金剛石導(dǎo)熱性能好？為什么金剛石不導(dǎo)電？答:碳-碳之間形成了很強的共價鍵，并且構(gòu)成了很穩(wěn)定的晶格，從而很容易傳播晶格震動（即格波）；但電子卻受到了很強的束縛，難以傳遞電荷。7. 什么是LED？其發(fā)光原理是什么？太陽能電池（solar cell）的物理原理是什么？答:LED是發(fā)光二極管。當(dāng)給發(fā)光二

6、極管加上正向電壓后，從P區(qū)注入到N區(qū)的空穴和由N區(qū)注入到P區(qū)的電子，在PN結(jié)附近數(shù)微米內(nèi)分別與N區(qū)的電子和P區(qū)的空穴復(fù)合，產(chǎn)生自發(fā)輻射的熒光。光照在半導(dǎo)體p-n結(jié)上，形成新的空穴-電子對，在p-n結(jié)內(nèi)建電場的作用下，光生空穴流向p區(qū)，光生電子流向n區(qū)，接通電路后就產(chǎn)生電流。8. 什么是晶體管？它（雙極性）的物理原理是什么？晶體管的兩個主要功能是什么？為什么這兩種功能非常重要？答:晶體管泛指一切以半導(dǎo)體材料為基礎(chǔ)的單一元件，包括各種半導(dǎo)體材料制成的二極管、三極管、場效應(yīng)管、可控硅等。晶體管有時多指晶體三極管；晶體管主要分為兩大類：雙極性晶體管（BJT）和場效應(yīng)晶體管（FET）。雙極性晶體管物理原

7、理是首尾相連的兩個PN節(jié)，一個重摻雜一個輕摻雜。通過控制中間（基區(qū)）電壓控制兩個PN節(jié)的狀態(tài)從而控制通過晶體管的電流大小。晶體管主要功能是用作開關(guān)以及放大器。前者是數(shù)字電路的基礎(chǔ)，后者是模擬電路的基礎(chǔ)，因而晶體管對于整個電子行業(yè)意義重大。9. 有哪些種類的顯示器？它們的原理是什么？答:CRT:電子槍發(fā)射三束電子，通過線圈使其發(fā)生偏轉(zhuǎn)，掃描形式打到屏幕上不同像素點上。 LCD:背光提供光源，通過液晶上所加的電壓改變其狀態(tài)，從而顯示不同的色彩與明暗。 LED:LED發(fā)光點構(gòu)成像素點，像素點發(fā)光，顯示圖像。 等離子：像素點由三色熒光體構(gòu)成，通過控制照射的紫外光使得像素點發(fā)光。 OLED：與LED類似

8、，性能更佳。10. A)線性光學(xué)與非線性光學(xué)的區(qū)別是什么？B)高分子材料用在2階非線性光學(xué)中與用在3階非線性光學(xué)中有什么區(qū)別？C)光纖的兩個特征（feature）是什么？光纖具有這兩個特征的原理是什么？答:A) 弱光束在介質(zhì)中的傳播，確定介質(zhì)光學(xué)性質(zhì)的折射率或極化率是與光強無關(guān)的常量，介質(zhì)的極化強度正比于光波的電場強度E，光波疊加時遵守線性疊加原理。光強很大時，介質(zhì)極化率與場強成非線性關(guān)系。B) 結(jié)構(gòu)上沒有對稱中心的非線性光學(xué)材料稱為二階非線性光學(xué)材料，具有對稱中心的稱為三階非線性光學(xué)材料。C) 光纖傳輸?shù)膬蓚€特征是高速以及高帶寬。高速是由于是利用光傳播信號。首先光纖通信中的載波頻率很高，使得

9、調(diào)制信號的帶寬可以達到很寬；其次光纖帶寬很寬，可以利用光纖的帶寬安排很多信道進行傳輸，所以光纖通信可以實現(xiàn)很高的帶寬傳輸。11. CMOS中柵（gate）的功能是什么？為什么要求它要具有高的k值？以前用什么材料來做柵？現(xiàn)在用什么材料？答：功能：在柵上加?xùn)烹妷嚎梢钥刂瓶鐚?dǎo)的大小，從而控制通過電路的電流。高的k值：具有良好的絕緣性能，防止電路中的電流泄漏問題。特別是當(dāng)電路越做越小時，泄漏電流可能越來越大，就需要更高K的材料來解決漏電流問題。以前用做多晶硅柵極，現(xiàn)在用金屬做柵極。柵介質(zhì)也將以高K材料代替二氧化硅12. 什么是三五族化合物（III-V compounds）？與硅相比它的傳輸速度更快，這

10、是為什么？答：所謂III-V族化合物，是元素周期表中III族的B，Al，Ga，In和V族的N，P，As，Sb形成的化合物，主要包括鎵化砷（GaAs）、磷化銦（InP）和氮化鎵等。由于五價原子比三價原子具有更高的陰電性，因此有少許離子鍵成份。正因為如此，III-V族材料置于電場中，晶格容易被極化，離子位移有助于介電系數(shù)的增加。GaAs材料的n型半導(dǎo)體中，電子移動率(mn8500)遠大于Si的電子移動率(mn1450)，因此運動速度快，在高速數(shù)字集成電路上的應(yīng)用，比Si半導(dǎo)體優(yōu)越。13. 為什么集成度提高以后，系統(tǒng)的可靠性會急劇增高？答：集成度的提高體現(xiàn)在：芯片面積增大、器件尺寸縮小、集成效率的提

11、高。集成度提高，相對于分立元件可靠性高是因為電路失效的主要根源是焊接點的失效。集成電路內(nèi)部用鋁線連接，需要焊接到外部的引線數(shù)與器件的總數(shù)之比隨集成度的提高而急劇減小。14. 描述系統(tǒng)集成封裝的6個功能。系統(tǒng)集成封裝跟Moore than Moore有什么區(qū)別？答：DFX（設(shè)計），系統(tǒng)測試，功率分布，信號分布，散熱，封裝保護。系統(tǒng)集成封裝追求的是制程技術(shù)往下一代延伸。Moore than Moore的理念就是要超摩爾定律，在摩爾定律以外進行反向思考，尤其是成熟的主流制程能不能帶給IC設(shè)計者更多附加價值，而非一味地追求先進制程的技術(shù)微縮。15. “超摩爾定律”的做法通常會讓非數(shù)字功能（例如：射頻通

12、信、電源控制、被動組件、傳感器、驅(qū)動器）從系統(tǒng)板級轉(zhuǎn)變到特定的系統(tǒng)級封裝（SiP）或系統(tǒng)級芯片（SoC）的潛在解決方案，并最后進入疊層芯片系統(tǒng)芯片（Stacked Chip SOC，SCS）。為什么高性能半導(dǎo)體（high performance semiconductor）需要用low loss材料？（提示：low loss材料具有較低的tan 值）low loss材料會在上GHz的場合下應(yīng)用，其原因是？ 描述下什么是3G 和4G。答：因為low loss材料具有較低的tan 值，而tan 值越小說明能量損耗越低，內(nèi)生熱越不明顯。 頻率越高，損耗越大，而用low loss材料可以有效降低能量損

13、耗。 3G是英文3rdGeneration的縮寫，指第三代移動通信技術(shù)。相對第一代模擬制式手機（1G）和第二代GSM、TDMA等數(shù)字手機（2G），第三代手機一般地講，是指將無線通信與國際互聯(lián)網(wǎng)等多媒體通信結(jié)合的新一代移動通信系統(tǒng)。它能夠處理圖像、音樂、視頻流等多種媒體形式，提供包括網(wǎng)頁瀏覽、電話會議、電子商務(wù)等多種信息服務(wù)。為了提供這種服務(wù)，無線網(wǎng)絡(luò)必須能夠支持不同的數(shù)據(jù)傳輸速度，也就是說在室內(nèi)、室外和行車的環(huán)境中能夠分別支持至少2Mbps（兆字節(jié)每秒）、384kbps（千字節(jié)每秒）以及144kbps的傳輸速度。4G是第四代移動通信技術(shù)。4G是集3G與WLAN于一體，并能夠快速傳輸數(shù)據(jù)、高質(zhì)量

14、、音頻、視頻和圖像等。4G能夠以100Mbps以上的速度下載，比目前的家用寬帶ADSL（4兆）快25倍，并能夠滿足幾乎所有用戶對于無線服務(wù)的要求。此外，4G可以在DSL和有線電視調(diào)制解調(diào)器沒有覆蓋的地方部署，然后再擴展到整個地區(qū)。很明顯，4G有著不可比擬的優(yōu)越性。16. “Laser”的含義是什么？答：激光英文全名為Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (LASER)。 于1960年面世，是一種因刺激產(chǎn)生輻射而強化的光。17. 在21世紀(jì)的工程領(lǐng)域，人們所面臨的14個巨大挑戰(zhàn)是什么？答：（1）更容易的獲取太陽能；（2）提

15、供核聚變能源；（3）發(fā)明碳凍結(jié)工藝；（4）利用氮循環(huán)；（5）提供飲用水；（6）修復(fù)和改善城市基礎(chǔ)設(shè)施；（7）建立人體健康信息系統(tǒng)；（8）開發(fā)基因藥物（9）發(fā)展大腦逆向工程學(xué)；（10）預(yù)防核恐怖；（11）保護網(wǎng)絡(luò)空間；（12）加強虛擬現(xiàn)實技術(shù)；（13）發(fā)展個性化學(xué)習(xí)；（14）發(fā)明科學(xué)探索新工具。18. 描述碳的4種結(jié)構(gòu)形式（不同維數(shù)）以及相應(yīng)的物質(zhì)。答：0維：富勒烯；1維：碳納米管；2維：石墨烯；3維：石墨（金剛石）。19. 描述整個光譜的范圍內(nèi)，各個光譜頻段的應(yīng)用舉例?？梢姽夤庾V范圍。答：近紅外光譜0.8-2.5um；中紅外光譜2.5-25um，遠紅外光譜25-1000um；紅640-780n

16、m；橙640-610nm；黃610-530nm；綠505-525nm；藍505-470nm；紫470-380nm；近紫外光譜200-400nm?？梢姽夤庾V范圍:390-780nm。20. 描述歐姆接觸與肖特基接觸。答：歐姆接觸是指金屬與半導(dǎo)體的接觸，而其接觸面的電阻值遠小于半導(dǎo)體本身的電阻，使得組件操作時，大部分的電壓降在活動區(qū)而不在接觸面。肖特基接觸是指金屬和半導(dǎo)體材料相接觸的時候，在界面處半導(dǎo)體的能帶彎曲，形成肖特基勢壘。勢壘的存在才導(dǎo)致了大的界面電阻。21. A)(I,II,III價)氧化銅的結(jié)構(gòu)是怎樣的？為什么會具有超導(dǎo)性能？B）Perovskite是什么材料，具有怎樣的結(jié)構(gòu)？為什么這

17、種材料用作光電轉(zhuǎn)換時具有很高的效率？答：A）CuO 氧化銅（CuO）是一種銅的黑色略顯兩性，氧化物，稍有吸濕性。相對分子質(zhì)量為79.545，密度為6.3-6.9 g/cm，熔點1326。不溶于水和乙醇，溶于酸、氯化銨及氰化鉀溶液，氨溶液中緩慢溶解。外觀與性狀： 黑褐色粉末。Cu2O 氧化亞銅為一價銅的氧化物，鮮紅色粉末狀固體，幾乎不溶于水，在酸性溶液中岐化為二價銅。性狀：深紅色或深棕色結(jié)晶性粉末。在潮濕空氣中易氧化，溶于酸和濃氨水，不溶于水。密度6.0g/cm3， 氧化亞銅微晶熔點1500K，沸點1800。氧化亞銅為一價銅的氧化物，紅色或暗紅色八面立方晶系結(jié)晶性粉末。因為這類材料的一個普遍特性

18、是在超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度TC以上很寬的溫度范圍內(nèi)有贗能隙及費米弧的存在，而對這些現(xiàn)象的正確理解是尋找超導(dǎo)配對機理的重要方面。B）一種新型的功能材料，鈣鈦礦一般為立方體或八面體形狀； 因為鈣鈦礦不僅可以實現(xiàn)對可見光和部分近紅外光的吸收，而且所產(chǎn)生的光生載流子不易復(fù)合，能量損失小。22. 可再生、可持續(xù)能源所面臨的4大挑戰(zhàn)是什么？答：全球人口數(shù)量的增加和經(jīng)濟增長將產(chǎn)生巨大的能源需求，在能源供給壓力陡增的同時，勢必會增加二氧化碳排放量。工業(yè)革命初期全球總?cè)丝跒?億，目前為70億，預(yù)計到2050年和2100年將分別增加到90億和100億；2、為緩解全球氣候變暖趨勢的進一步惡化，各國必須在既定時間框架內(nèi)實現(xiàn)二氧

19、化碳減排目標(biāo)。3、能源必須穩(wěn)定可靠的供應(yīng)。4、面對環(huán)境壓力要采取可靠的措施。23. A)碳納米管如何制備？B)為什么碳納米管的導(dǎo)電性能好？C)為什么碳納米管的導(dǎo)熱性能好？D)為什么碳納米管的機械性能好？答：A)(1)電弧法 石墨電弧法的原理為石墨電極在電弧產(chǎn)生的高溫下蒸發(fā)，在陰極沉積出碳納米管，是最早用于制備碳納米管的工藝方法。該方法通常是在真空反應(yīng)器中充以一定壓力的惰性氣體保護，采用較粗大的石墨棒為陰極，細石墨棒為陽極，加熱至高溫3000以上通過石墨電極直流放電而進行的。在電弧放電的過程中陽極石墨棒不斷被消耗，同時在石墨陰極上沉積出含有碳納米管。(2)激光燒蝕法激光燒蝕法是以激發(fā)沖擊石墨金屬

20、靶制備碳納米管。激光蒸發(fā)法將一根金屬催化劑、石墨混合的石墨靶放置于一長形石英管中間，該管則置于一加熱爐內(nèi)。當(dāng)爐溫升至1473K時，將惰性氣體充入管內(nèi)，并將一束激光聚焦于石墨靶上。石墨靶在激光照射下將生成氣態(tài)碳，氣態(tài)碳和催化劑離子被氣流從高溫區(qū)帶向低溫區(qū)，在催化劑的作用下生長成單壁碳納米管。得到的碳納米管的形態(tài)與電弧法得到的相似，但碳納米管質(zhì)量更高，并無無定形碳出現(xiàn)。一般認為較高的氣溫條件下，當(dāng)金屬催化劑與碳原子一起被激光蒸發(fā)時形成均勻的液滴。當(dāng)這些液滴離開靶時而形成團簇，此時碳在團簇中呈現(xiàn)過飽和狀態(tài)若團簇的尺寸l2nm時，催化劑的作用是碳從團簇中離析出來而形成碳納米管。此方法主要的影響因素有激

21、光的強度，環(huán)境的溫度等。與電弧法相比，激光蒸發(fā)法控制碳納米管的生長環(huán)境能力強，允許連續(xù)操作。清華大學(xué)已成功利用激光合金化及淬火工藝合成了碳納米管。日本電氣公司也利用此法獲得了高純度的質(zhì)量好的碳納米管，但沒能大批量生產(chǎn)。1996年，Thess等對實驗條件進行改進，在1473K下，采用50ns的雙脈沖激光照射含NiCo催化劑顆粒的石墨靶，獲得高質(zhì)量的單壁碳納米管管束，該方法首次得到相對較大數(shù)量的單壁碳納米管。(3)含碳化合物的固相熱解法 固相熱解法是在6001000的溫度及催化劑的作用下，使含碳氣體原料(如一氧化碳，甲烷，乙烯，丙稀和苯等1分解來制備碳納米管的一種方法。此方法在較高溫度下使含碳化合

22、物裂解為碳原子，碳原子在過渡金屬催化劑作用下，附著在催化劑微粒表面上形成為碳納米管。(4)模板法 模板法是合成碳納米管等一維納米材料的一項有效技術(shù)，它具有良好的可控制性，利用它的空間限制作用和模板劑的調(diào)試作用對合成碳納米管的大小、形貌、結(jié)構(gòu)、排布等進行控制。模板法通常是用孔徑為納米級到微米級的多孔材料作為模板，結(jié)合電化學(xué)，沉淀法，溶膠凝膠法和氣相沉淀法等技術(shù)使物質(zhì)原子或離子沉淀在模板的孔壁上形成所需的納米結(jié)構(gòu)體。模板合成法制備納米結(jié)構(gòu)材料具有下列特點：所用膜容易制備，合成方法簡單；能合成直徑很小的管狀材料；由于膜孔孔徑大小一致，制備的材料同樣具有孔徑相同，單分散的結(jié)構(gòu)；在膜孔中形成的納米管和納

23、米纖維容易從模板分離出來。(5)凝聚相電解生成法此法是最近出現(xiàn)的一種電化學(xué)合成碳納米管的方法。該方法采用石墨電極(電解槽為陽極)，在約600的溫度及空氣或氬氣等保護性氣氛中，以一定的電壓和電流電解熔融的鹵化堿鹽(如LiCl)，電解生成了形式多樣的碳納米材料，包括包裹或未包裹的碳納米管和碳納米顆粒等，通過改變電解的工藝條件可以控制生成碳納米材料的形式。(6)等離子噴射沉積法 這種方法是將離子噴槍的鎢電極(陰極)和銅電極(陽極)進行水冷卻，當(dāng)Ar/He載氣挾帶苯蒸氣通過等離子體炬之后，會在陽極的表面上沉積出含有碳納米管的炭灰，NaokiHatte等用此方法獲得了長達02mm的碳納米管。準(zhǔn)自由條件下

24、生長碳納米管的方法比較復(fù)雜，將高取向的晶化石墨置于一個超高真空的蒸發(fā)容器之中(1.33×10-6Pa)作為蒸發(fā)源，用另一塊無缺陷的石墨作為襯底，用電子束轟擊蒸發(fā)源，則在石墨襯底上沉積出少量純度較高的碳納米管。B) 由于碳納米管的結(jié)構(gòu)與石墨的片層結(jié)構(gòu)相同，都是一個C原子和3個C原子形成共價鍵，還有一個游離的電子，所以具有很好的電學(xué)性能。C)同上，自由電子可以傳遞熱能。導(dǎo)熱原理詳見題5、6。D) 因為CNT在收到壓力時會產(chǎn)生波峰狀的扭曲，壓力卸載后，又會恢復(fù)原狀。24. 為什么石墨烯的層間距以及多層碳納米管的層間距都是0.34nm？答：因為不管是石墨烯還是碳納米管，它們之間的層間距差不多

25、就是一個碳原子的距離，而碳原子的晶格間距大約為0.34nm左右，因此石墨烯和多層碳納米管的層間距都是0.34nm。25.MoS2是什么材料？它有什么應(yīng)用？MoS2即二硫化鉬，天然的二硫化鉬即輝鉬礦，為六方晶體，具有與石墨相似的層狀結(jié)構(gòu)，有很低的摩擦系數(shù)和極佳的潤滑性能，被譽為“高級固體潤滑油王”，具有分散性好，不粘結(jié)的優(yōu)點，可添加在各種油脂里，形成絕不粘結(jié)的膠體狀態(tài)，能增加油脂的潤滑性和極壓性。也適用于高溫、高壓、高轉(zhuǎn)速高負荷的機械工作狀態(tài)，延長設(shè)備壽命。二硫化鉬用于摩擦材料主要功能是低溫時減摩（分散性好，不黏膩），高溫時增摩（存在二硫化鉬、三硫化鉬和三氧化鉬的共聚物，當(dāng)摩擦材料因為摩擦而溫度

26、升高時，共聚物中的三硫化鉬顆粒隨著升溫而膨脹，起到增大摩擦的作用）。26.A)什么是Carbon tetrahedra？它的結(jié)構(gòu)有什么特點？Carbon tetrahedra指的是碳四面體結(jié)構(gòu)，中心有一個碳原子與四周四個碳原子形成共價鍵，構(gòu)成對稱的空間正四面體結(jié)構(gòu)，中心碳原子的兩個共價鍵之間的鍵角等于10928'。類似的結(jié)構(gòu)還有甲烷。B)金剛石的硬度為什么很高？“金剛石是碳原子被擠壓而形成的一種礦物?！痹诮饎偸w結(jié)構(gòu)內(nèi)部，每個碳原子周圍都與四個碳原子緊密結(jié)合，形成一種致密的三維結(jié)構(gòu)，這種致密的三維結(jié)構(gòu)使得金剛石具有較大的密度，也使它具有最大的硬度。C)為什么金剛石導(dǎo)熱性能很好，導(dǎo)電性

27、能很差？導(dǎo)熱性能好的原因：導(dǎo)熱靠的是晶格振動。金剛石具有完美的空間對稱結(jié)構(gòu)，晶格空間排列整齊有序，所以晶格振動可以很好的傳遞，從而實現(xiàn)熱傳導(dǎo)。導(dǎo)電性能差的原因：在金剛石晶體中，每個碳原子都形成了四個共價鍵，并且空間結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，所以不存在自由移動的電子，因而金剛石不導(dǎo)電。27.為什么石墨是黑色的，而金剛石則會閃耀光芒？一種物質(zhì)所呈現(xiàn)的顏色是與這種物質(zhì)對可見光的吸收情況有關(guān)。一種物質(zhì)如果將所有 波長的可見光全部吸收則呈黑色；而對于可見光所有波長光的吸收程度相差不多則呈現(xiàn)灰 色。如果只吸收可見光中某波長的成分，將呈現(xiàn)其它未吸收光的復(fù)合色。這里我將討論一下 由于金剛石和石墨的價電子狀態(tài)不同所引起它們之間

28、所存在的顏色差異。在金剛石晶體中，每個C原子都是以“C-C”單鍵而相互連結(jié)，在它與可見光能譜相近的能譜中，有振動能譜，電子躍遷能譜，轉(zhuǎn)動是很難發(fā)生的?！癈-C”鍵的振動頻率在1300cm-1以下，屬紅外區(qū)。而“C- C”鍵的價電子躍遷能譜卻又發(fā)生在紫外區(qū)內(nèi)。由此看來金剛石不可能在可見光范圍內(nèi)產(chǎn)生吸收現(xiàn)象。因此它是透明的。再看石墨，其“C-C”鍵的振動能譜和價電子的躍遷能譜也是分布在紅外區(qū)和紫外區(qū)。 也都不能吸收可見光。所不同的是，它還有電子。那么由于電子的存在將出現(xiàn)什么現(xiàn)象呢？根據(jù)量子力學(xué)處理一維勢箱中的粒子解薛定諤方程所得的結(jié)果，這里將它應(yīng)用于處理石墨晶體內(nèi)大鍵中的電子。假定一個電子在鍵平面

29、沿一直線而運動，計算結(jié)果表明，線度在4Å6Å，就能對可見見光的光譜全部吸收。由于石墨分子是按正六角形排布成無限伸展的平面型大分子，分子平面的線度一定遠大于計算數(shù)值。因此使電子從基態(tài)向更高的能級躍遷，而且由于躍遷到的能級不同，對可見光中的不同波長的光可產(chǎn)生吸收，而使石墨呈黑色。 這就說明石墨和金剛石在顏色上的差異主要是由于石墨存在離域的多電子大鍵，電 子的離域使電子的能量降低。能級間的能量差減少以至對光的吸收情況不同。28.A)為什么人們在封裝中用銅（Cu）代替了鋁（Al）？用低k值材料代替了SiO2？因為銅的導(dǎo)電性好，可以減小線上延遲，提高速度。提高場區(qū)的閾值電壓，使之不容

30、易反型。B)試預(yù)測：銅與低k值材料分別將會被什么材料所取代？石墨烯由于其質(zhì)量輕，導(dǎo)電性能好，很可能會取代銅作為導(dǎo)線材料。低k材料有SiN、SiON。C）k值最低會是多少？為什么？因為K=0r，所以最小會是真空介電常數(shù)029.做能量存儲時，電池和超級電容的原理分別是什么？它們各有什么優(yōu)勢與劣勢？電池是將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲存起來。超級電容是將電能轉(zhuǎn)化為電荷儲存起來。優(yōu)勢劣勢電池放電平穩(wěn)充放電時間慢鋰電池一般能夠充放300500次超級電容充放電時間快深度充放電循環(huán)使用次數(shù)可達150萬次放電不平穩(wěn)30.畫出5個generation的Dendrimers.31.A)什么是cyclolinear poly

31、mer？B)什么是cyclo-matrix polymer?32.PPT36頁中，哪一種會形成telechelic polymer？Stepgrow chaingrow33.A)碳原子電子分布是什么樣的？B)為什么碳原子會形成正四面體的結(jié)構(gòu)？C)碳原子形成的正四面體結(jié)構(gòu)時，碳原子的每個鍵之間的夾角是多少？答：A）1s2 2s2 2p2B）2s2和2p2電子發(fā)生軌道雜化，形成四個完全等同的雜化軌道，而原先的四個電子分別各自填充進一個軌道中，最終四個軌道按照空間能量最小原理排列形成正四面體結(jié)構(gòu)。C） 109°2834.什么是radiation polymerization？答：radia

32、tion polymerization：輻射聚合，又稱輻射引發(fā)聚合。應(yīng)用高能電離射線(射線、射線、射線、x射線、電子束)輻射單體生成離子或自由基，形成活性中心而發(fā)生的聚合反應(yīng)。35.PPT36頁上9種聚合反應(yīng)中，哪一種形成crosslinked polymer？答：Free radical (Chain initiation, propagation & termination)36怎樣通過苯酚來形成類似于石墨烯的結(jié)構(gòu)？答：苯酚分子由一個羥基直接連在苯環(huán)上構(gòu)成。根據(jù)苯的凱庫勒式，這個羥基是連在雙鍵上的，為烯醇式結(jié)構(gòu)。但由于苯環(huán)的穩(wěn)定性，這樣的結(jié)構(gòu)幾乎不會轉(zhuǎn)化為酮式結(jié)構(gòu)。酚羥基的氧原子采

33、用sp雜化，提供1對孤電子與苯環(huán)的6個碳原子共同形成離域鍵。大鍵加強了烯醇的酸性，羥基的推電子效應(yīng)又加強了O-H鍵的極性，因此苯酚中羥基的氫可以電離出來。石墨烯（Graphene）是一種由碳原子構(gòu)成的單層片狀結(jié)構(gòu)的新材料。是一種由碳原子以sp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一個碳原子厚度的二維材料。石墨烯是已知的世上最薄、最堅硬的納米材料，具有卓越的熱、力、光、電性能。可以通過將苯酚分子與其它離子化合物形成離子鍵等方式來降低O-H鍵的極性，從而形成類似于石墨烯的二維片層結(jié)構(gòu)！37.什么是斯涅爾定律？答：斯涅爾定律，又叫折射定律。一束光從介質(zhì)1經(jīng)過介質(zhì)1與介質(zhì)2的界面，入射到介質(zhì)2

34、時，在兩介質(zhì)交界面上，有：入射角/折射角=介質(zhì)2的折射率/介質(zhì)1的折射率。38.為什么苯環(huán)比CH2單元有更高的折射率？答：折射的微觀解釋：光波通過介質(zhì)的過程中會對介質(zhì)（通常是原子最外層的電子）產(chǎn)生一個擾動，從而介質(zhì)中（例如原子最外層電子）會發(fā)出光波。通常該光波與原光波的頻率一致，但是有一個相位延遲。宏觀上這所有光波的疊加得到的光波就成了一個頻率與原來一致、但傳播（相速度）更慢（從而波長更短）的光波。苯環(huán)中具有的一個“大的鍵”，是三個通常的鍵相互振動所構(gòu)成，從而具有三個活躍的電子對，比CH2單元更容易受到外界的擾動。39.“root mean square”在物理中有什么意義？答：對一個變化的量

35、的統(tǒng)計上的標(biāo)度。Root mean square length是對分子主鏈上分子間距的更接近與真實情況的表示。40.燃燒的原理是什么？可以通過哪些方式阻止燃燒？答：燃料，在氧化性氣體中，當(dāng)達到某個特定的溫度后，發(fā)生劇烈的氧化反應(yīng)，形成氣態(tài)離子輻射光的同時，產(chǎn)生大量熱量并通過鏈?zhǔn)阶饔镁S持這一反應(yīng)過程。阻燃可以通過隔絕易燃物與燃料，避免燃料受到高溫，采用不易燃（著火點）高的材料。Free radical41.熱塑與熱固之間的區(qū)別是什么？舉例說明哪種polymerization形成熱塑型材料，哪種polymerization形成熱固型材料？答：熱塑：材料在溫度達到一定值時會變軟、變得可塑；（step

36、 growth，addition， condensation）。熱固：材料經(jīng)過通常是加熱處理后，由通常是液態(tài)或易延展的形態(tài)在模具中變成固態(tài)，并且這是一個不可逆的處理過程。（加成反應(yīng)）42.應(yīng)力（stress）與應(yīng)變（strain）的定義是什么？從應(yīng)變-應(yīng)力曲線上可以得到材料的哪些機械性能？答：Stress：應(yīng)力是描述連續(xù)體中相鄰部分之間施加在彼此上的作用力的物理量，定義是一個虛擬平面分隔一個物體，平面一側(cè)粒子給另一側(cè)粒子施加的單位面積的作用力。Strain：應(yīng)變是描述由于應(yīng)力所造成的材料內(nèi)部的形變大小的量，定義是物體中微粒間距相對一個參考長度發(fā)生的位移，這個量進行了歸一化。應(yīng)力-應(yīng)變曲線上，可

37、以看出材料的彈性、延展性、脆性、最大能承受的應(yīng)力、最大能產(chǎn)生的應(yīng)變。43.PPT49頁上：A)主鏈由怎樣的材料（原子）構(gòu)成時，材料的Tg會較高？由什么原子構(gòu)成時，材料的Tg會較低？B)圖中的b（基團）的大小會怎樣影響Tg的大??？為什么？C)free volume的定義是什么？它是怎么影響材料的Tg的？D)side group的規(guī)則性以及對稱性是怎么影響材料的Tg的？E)哪種side group以及哪種side group之間的連接（bonding）可以得到較高的Tg？為什么？答：A)當(dāng)高分子材料間的自由體積較小時，材料的Tg會較低。所以組成高分子材料的原子間的自由體積較小時，材料的Tg會較低；

38、原子間的自由體積較大時，材料的Tg會較高。B)基團越大則材料的Tg越高，反之越小則Tg越低。因為基團越大則材料的自由體積越小，主鏈發(fā)生移動會越難，那么材料的穩(wěn)定性會越高，即Tg越高。C) 液體或固體物質(zhì)，其體積由兩部分組成：一部分是被分子占據(jù)的體積V0；另一部分是未被占據(jù)的體積Vf。后者以“孔穴”的形式分散于整個物質(zhì)之中，正是由于自由體積的存在，分子鏈才可能發(fā)生運動。Vf就是自由體積。自由體積越多則主鏈移動越容易，Tg會越低。D)side group的規(guī)則性及對稱性越好，那么材料間的自由體積會越小，則材料的Tg會越高。E) 規(guī)則性及對稱性好的side group以及side group之間的連

39、接是范德華鍵的時候可以得到較高的Tg。因為范德華鍵會使原子間的結(jié)合更加緊固，這樣材料會更加穩(wěn)定。44.A)解釋PPT50頁上的DSC，DMA，TMA，TBA；B)完全相同的4個樣品，用上述四種方式分別測量其Tg，所得到的結(jié)果是否相同？為什么？答：A）DSC意思是差示掃描量熱法，一種熱分析法。在程序控制溫度下，測量輸入到試樣和參比物的功率差（如以熱的形式）與溫度的關(guān)系。差示掃描量熱儀記錄到的曲線稱DSC曲線，它以樣品吸熱或放熱的速率，即熱流率dH/dt（單位毫焦/秒）為縱坐標(biāo)，以溫度T或時間t為橫坐標(biāo)，可以測定多種熱力學(xué)和動力學(xué)參數(shù)，例如比熱容、反應(yīng)熱、轉(zhuǎn)變熱、相圖、反應(yīng)速率、結(jié)晶速率、高聚物結(jié)

40、晶度、樣品純度等。該法使用溫度范圍寬（-175725）、分辨率高、試樣用量少。適用于無機物、有機化合物及藥物分析。DMA是指動態(tài)力學(xué)分析，是一種測試高聚物機械性能測試手段。樣品受到變化著的外力作用時，產(chǎn)生相應(yīng)的應(yīng)變，在這種外力作用下，對樣品的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系隨溫度等條件的變化進行分析，即為動態(tài)力學(xué)分析。TMA是指熱機械分析，熱機械分析法（TMA）是以一定的加熱速率加熱試樣，使試樣在恒定的較小負荷下隨溫度升高發(fā)生形變，測量試樣溫度-形變曲線的方法。TBA是指扭辮分析，將試樣浸涂于一根絲辮上進行測量的一種特殊條件下的動態(tài)機械分析。B）不相同，因為用DSC測量，是當(dāng)溫度逐漸升高，通過高分子聚合物的玻璃

41、化轉(zhuǎn)變溫度時，聚合物分子鏈內(nèi)的鏈段開始運動，在DSC曲線上，表現(xiàn)為基線出現(xiàn)特征的臺階狀突變，根據(jù)這一突變可以計算出Tg來；DMA是當(dāng)溫度由低向高發(fā)展并通過玻璃化轉(zhuǎn)變溫度時，材料內(nèi)部高分子的結(jié)構(gòu)形態(tài)發(fā)生變化，與分子結(jié)構(gòu)形態(tài)相關(guān)的粘彈性隨之的變化。這一變化同時反映在儲能模量，損耗模量和阻尼系數(shù)上。它們的峰值對應(yīng)著材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化。相應(yīng)的溫度即為玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg。TMA是在加熱爐或環(huán)境箱內(nèi)對高分子聚合物的試樣施加恒定載荷；記錄不同溫度下的溫度-變形曲線。類似于膨脹計法，找出曲線上的折點所對應(yīng)的溫度即為Tg。45.在PPT59頁上上方的圖中，爐子內(nèi)部加熱時會分三個溫度區(qū)域，哪邊的溫度高哪邊的溫度低

42、?答：當(dāng)爐子的長度不是忽略不計時，則圖中，充入的氣體在爐子的左邊濃度較高，右邊較低。為了使沉積過程的化學(xué)反應(yīng)進行的更為平均，則應(yīng)當(dāng)讓爐子左邊的溫度較低，右邊的溫度較高，以平衡氣體濃度的不均勻。46.TCE(Therm Coeff. Exp.)的定義是什么？為什么需要TCE較低？答：ThermalExpansionCoefficient，熱膨脹系數(shù)，表征材料的尺寸隨溫度的變化情況，是在特定壓強下溫度改變一攝氏度時材料尺寸變化的比例。TCE需要盡可能的低是因為，封裝中材料的膨脹與壓縮，會對材料表面的結(jié)構(gòu)（如基板上的電路，或是兩層粘連在一起的不同材料）產(chǎn)生橫向的應(yīng)力，對其造成損害。47.A)PPT7

43、3頁的圖中，damping property是在Tg之前出現(xiàn)好還是在Tg之后出現(xiàn)好？為什么？B)什么導(dǎo)致rigidity在溫度降低（或升高）時發(fā)生變化？結(jié)構(gòu)上有什么改變？答：A)damping在Tg之前出現(xiàn)較好，因為如果在Tg之后出現(xiàn)，材料的硬度已經(jīng)變得十分低，這時阻尼帶來的好處將不再存在。C) 材料的剛度主要由分子/原子間的范德華力以及分子/原子間的鏈的作用決定。當(dāng)溫度升高時，范德華力對原子/分子的束縛作用會變小，以及當(dāng)溫度升高時，分子/原子間的鏈會遭到破壞。48. PPT91頁中，同一種resin（樹脂），通過不同的處理機制（Curing Agent），為什么會得到不同性能的產(chǎn)品？舉兩種說

44、明。答：環(huán)氧樹脂中的碳氧環(huán)可以開環(huán)發(fā)生cross-linking反應(yīng)，將一些成分添加到分子鏈上，從而獲得那些成分上的基團的一些特性。這一cross-linking反應(yīng)通常稱為curing。如通過與防水性好的polyamide反應(yīng)，得到具有較好的防水性能的產(chǎn)物。與Ketamines反應(yīng)，得到化學(xué)性能穩(wěn)定的苯環(huán)和碳環(huán)，從而具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性。49. PPT92頁中，為什么環(huán)氧樹脂的R基團中，用第一種（將H用Br取代）的基團后，材料不易燃？答：因為溴是阻燃劑，溴代二酚基丙烷環(huán)氧樹脂(Tetrabromo-BPV)其含溴量達到16%以上時，已具備良好的自熄性能，所以不易燃。50. PPT92頁中，為

45、什么環(huán)氧樹脂的R基團中，用第二種（含有C34）的基團后，材料變得更加柔軟？答：由于二聚酸相比于環(huán)氧樹脂含有兩個羧基和一個以上較大的非極性烴基,它擁有高度的分支結(jié)構(gòu)和36個碳原子構(gòu)成的長碳鏈，這種分支結(jié)構(gòu)和碳原子長鏈結(jié)構(gòu)使得其擁有了非結(jié)晶性、高度的柔軟性和超強的憎水性。51. PPT92頁中，為什么環(huán)氧樹脂的R基團中，采用第三種基團后，材料變得對水敏感？答：因為（1）（2）的官能團都是非極性的，而（3）的CH2具有極性，C的正電荷比H的正電荷多，是C略帶負電，H略帶正電。H+易于與水的OH-結(jié)合，所以變得親水了。52. PPT93頁中，加入更多的苯環(huán)結(jié)構(gòu)為什么會使材料的Tg變高？答：有幾個因素對

46、結(jié)構(gòu)可能影響TG明顯升高，如彈性，幾何結(jié)構(gòu)和聚合物鏈的相互作用。Tg是玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg，位于冷卻曲線之間的交點（體積與溫度）的玻璃態(tài)和過冷液體。這是一個表征的聚合物的最重要指標(biāo)。從分子運動角度來看，它是主鏈的凍結(jié)溫度。因此，任何誘導(dǎo)聚合物活性下降的因素會使TG降低，反之亦然。與單一的債券包括C-C，C-N，Si-O非晶聚合物主鏈結(jié)構(gòu)，C-O對具有較低的Tg，因為分子鏈上單鍵的旋轉(zhuǎn)。但如果聚合物主鏈具有苯環(huán)的數(shù)量，單鍵可使鏈條轉(zhuǎn)動減少導(dǎo)致下降的靈活性和TG越來越。所以更多的苯環(huán)使TG高。53. 聚酰亞胺（Polyimide）耐高溫的原因是什么？答：聚酰亞胺是綜合性能最佳的有機高分子材料之一，耐

47、高溫達 400以上 ，長期使用溫度范圍-200300，無明顯熔點， 是指主鏈上含有酰亞胺環(huán)（-CO-N-CO-）的一類聚合物，其中以含有酞酰亞胺結(jié)構(gòu)的聚合物最為重要。聚酰亞胺作為一種特種工程材料，已廣泛應(yīng)用在航空、航天、微電子、納米、液晶、分離膜、激光等領(lǐng)域，其耐高溫性主要源自特殊的分子結(jié)構(gòu)。54. Polyimide（聚酰亞胺）和Epoxy（環(huán)氧樹脂）哪一個可以與substrate粘連的更好？為什么？答：環(huán)氧樹脂更好。環(huán)氧樹脂分子鏈中固有的極性羥基和醚鍵的存在，使其對各種物質(zhì)具有很高的粘附力。環(huán)氧樹脂固化時的收縮性低，產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力小，而這也有助于提高粘附強度。55. 為什么Polyimide

48、（聚酰亞胺）吸水？吸水以后，它的電氣性能會有什么影響？為什么？答：聚酰亞胺上的羰基（C=O)上的氧有兩對孤對電子，具有較強的極性，可以與水分子中的氫原子產(chǎn)生靜電引力，形成氫鍵。同時其原體聚酰胺酸中沒有亞胺化的羧基（-COOH）也具有吸水性。所以聚酰亞胺具有吸水性。 聚酰亞胺本身的介電常數(shù)很?。?.6），而水的介電常數(shù)很大（78-80），當(dāng)聚酰亞胺吸收水分子后，引入了強極性分子，在有外加電場作用的情況下，容易發(fā)生極化，表現(xiàn)為介電常數(shù)的增大。56. 為什么Polyimide可以用作光波導(dǎo)？答：光波導(dǎo)是指由光透明介質(zhì)(如石英玻璃)構(gòu)成的傳輸光頻電磁波的導(dǎo)行結(jié)構(gòu)。光波導(dǎo)的傳輸原理是在不同折射率的介質(zhì)分

49、界面上，電磁波的全反射現(xiàn)象使光波局限在波導(dǎo)及其周圍有限區(qū)域內(nèi)傳播。 由于有機聚合物材料具有介電常數(shù)小、電光和熱光系數(shù)大、損耗小、易于加工及可垂直集成等優(yōu)點，其中聚酰亞胺是綜合性能最佳的有機高分子材料之一，耐高溫達400以上 ，長期使用溫度范圍-200300，無明顯熔點，高絕緣性能，103 赫下介電常數(shù)4.0，介電損耗僅0.0040.007，屬F至H級絕緣材料，因此適合作為光波導(dǎo)材料。57. 為什么silicone-polyimide 的K值（3.0）介于silicone（2.7）和Polyimide（3.5）之間？答：因為聚酰亞胺結(jié)構(gòu)中的碳氧雙鍵(C=O)具有較強極性，而硅酮中的甲基(-CH3)并無明顯極性，而官能團極性影響材料的