信息材料復習題課件

1，信息功能材料的范疇。當今信息功能材料發(fā)展的趨勢。復習信息處理技術(shù)和材料信息傳遞技術(shù)和材料信息存儲技術(shù)和材料信息顯示技術(shù)和材料信息獲取技術(shù)和材料激光材料和光功能材料信息的載體正由電子向光電子結(jié)合和光子方向發(fā)展。第一代半導體材料以

Si和

Ge為代表。金鋼石結(jié)構(gòu)、元素半導體、間接帶隙半導體、微電子材料等。

第二代半導體以GaAs為代表。

閃鋅礦結(jié)構(gòu)、二元化合物半導體、直接帶隙半導體、光電材料等。第三代半導體以氮化鎵和碳化硅為代表。禁帶寬度大、電子飽和漂移速度高、良好的化學穩(wěn)定性等獨特的特性。

2,請說出三代半導體的代表材料及特征。復習1）所能加工的最小線寬；2）晶片直徑；3）DRAM（動態(tài)隨機存儲器）所儲存的容量。復習1，評斷集成電路的發(fā)展狀況的幾個指標：復習3微電子芯片最重要的CMOS結(jié)構(gòu)中，各功能部分所用材料。1）襯底材料：單晶硅片；襯底材料是制備微電子元件的基礎。2）柵極結(jié)構(gòu)：由多晶硅或其它難熔硅化物來制備。3）npn晶體管：由源極，漏極和柵極組成。是集成電路中最重要的器件，可以實現(xiàn)基本的邏輯功能；4）淺槽隔離：一般通過離子刻蝕來制備溝槽，然后覆蓋一層熱氧化層SiO2。主要功能是隔開相鄰的晶體管；5）絕緣介質(zhì)層：一般由SiO2來制備。柵絕緣介質(zhì)層和柵電極一起對源極和漏極之間的溝道起控制作用；6）源極或漏極：一般由Al和Cu等金屬來制備，要求其和芯片能夠形成歐姆接觸，有小的串聯(lián)電阻。1）介電常數(shù)k比Si3N4(k>7)大的材料稱為高介電常數(shù)材料。隨著特性尺寸的減少，需要用合適的高介電常數(shù)材料傳統(tǒng)的電容介質(zhì)材料二氧化硅以減少介質(zhì)層厚度增加電容。大k值介電材料可以用于制造非易失鐵電隨機存取存儲器(FeRAM),如鈦鋯鉛(PZT)或鉭鍶鉍(SBT)。2）k值比SiO2（k<3.9）小的材料稱為低介電常數(shù)材料。使用低介電常數(shù)材料替代傳統(tǒng)的絕緣材料二氧化硅，使得連線之間難于傳遞電壓；復習4，高，低介電常數(shù)介質(zhì)材料的定義與功用。1，請說出鐵電體材料的特征及典型材料。復習具有自發(fā)極化特性，且自發(fā)極化方向可隨外加電壓而轉(zhuǎn)向，即使關(guān)斷電源，其極化方向也不會改變；只有加上反向電壓后，極化方向才能被改變。

典型材料：

Pb(Zr,Ti)O3(PZT鋯鈦酸鉛)(Sr,Ba)TiO3(SBT鈦酸鋇鍶)3，銅互連技術(shù)的發(fā)展情況。復習在深亞微米工藝中（0.18μm及以下），銅將逐步代替鋁成為硅片上多層布線的材料。銅與傳統(tǒng)的鋁及其合金相比,優(yōu)點：較低的電阻率；更好的抗電遷移能力；更高的熔點，更高的熱傳導系數(shù)。缺點：易氧化；與介質(zhì)層的粘結(jié)性差；銅易擴散進入硅與二氧化硅形成銅與硅的化合物,影響器件的可靠性；硅擴散入銅將增加銅的電阻率。在0.13um以后，銅互連與低介電常數(shù)絕緣材料共同使用時的可靠性問題還有待研究開發(fā)。復習1，IC器件進行平坦化所需的CMP技術(shù)主要針對哪些材料。金屬導電層材料：Cu、W

；氧化物絕緣介質(zhì)材料：SiO2，低k絕緣材料；阻擋層(Ta、TaN)；

淺溝道隔離（SiO2,Si3N4）；

貴金屬和多晶硅等。

復習平坦化技術(shù)光刻刻蝕。2，IC制造工藝中幾大關(guān)鍵技術(shù)？2，為什么說AlxGa1-xAs是最重要的異質(zhì)結(jié)材料？復習AlxGa1-xAs晶格系數(shù)隨x基本不變，但是帶隙變化大。復習3，為什么說量子級聯(lián)激光器的發(fā)明被視為半導體激光器的一次革命？1）量子級聯(lián)激光器是單極型激光器，它只有電子參加；2）通過量子阱導帶激發(fā)態(tài)子能級電子共振躍遷到基態(tài)釋放能量，發(fā)射光子并隧穿到下一級，一級一級傳遞下去，其激射波長取決于由量子限制效應決定的兩個激發(fā)態(tài)之間的能量差，而與半導體材料的能隙無關(guān)。3）量子級聯(lián)激光器的發(fā)明大大簡化了在中紅外到遠紅外這樣寬波長范圍內(nèi)產(chǎn)生特定波長激光的途徑。復習III-V族的化合物半導體光電材料有機半導體光電材料無機晶體和石英玻璃等。1，主要的光電材料系統(tǒng)有哪些？2,制備半導體器件以及決定半導體光電屬性的3個最重要的參數(shù)？晶格常數(shù)禁帶寬度吸收/發(fā)射光波長

復習1，半導體光電探測器的工作原理及步驟。工作原理:半導體光電探測器是指利用光輻射在半導體中產(chǎn)生光生載流子的各種相半導體光電探測器是指利用光輻射在半導體中產(chǎn)生光生載流子的各種相關(guān)效應進行光電轉(zhuǎn)換的一類器件。工作步驟：入射光產(chǎn)生載流子；通過任何可行的電流增益機制，使載流子傳導及倍增；電流與外部電路相互作用，以提供輸出信號。復習2,什么是寬禁帶半導體材料?主要的寬禁帶半導體材料以及在探測器方面的主要應用有哪些?寬禁帶半導體材料是指其禁帶寬度在2eV以上的材料。寬禁帶材料的光盲或日光盲的特性提高器件的抗干擾能力。

GaN：Eg-3.4eV。理想的中紫外（400-320nm）和紫外（320-280nm）光電探測器件材料。

ZnO

Eg-3.3eV。是繼GaN以后出現(xiàn)的又一種第三代寬禁帶半導體。金剛石C：Eg-5.5eV。理想的中紫外（300-200nm）和紫外（200-100nm）光電探測器件材料。器件之間拼接緊湊，既能減少因互連效應引起的響應延遲和噪聲，從而提高傳遞信息的容量和高保真度，又能使器件微型化，便于信息工程的應用。復習

OEIC光發(fā)射機是由激光二極管(LD)、發(fā)光管(LED)及驅(qū)動電路構(gòu)成，將光源與驅(qū)動電路及探測器集成。

OEIC光接收機器件主要由探測器與電子放大電路(晶體管放大器)構(gòu)成。

光收發(fā)機（中繼器）將光發(fā)射器件、光接收器件和放大電路器件集成在一起，兼有光發(fā)射、接收和放大功能。1，光電子集成電路(OEIC的優(yōu)點有哪些？2,光電子集成電路主要包括哪些器件？1，有機電致發(fā)光的機理。復習有機電致發(fā)光是指有機物質(zhì)受電子激發(fā)而發(fā)出光的現(xiàn)象。有機電致發(fā)光屬于注入型發(fā)光。在正向電壓驅(qū)動下,陽極向發(fā)光層注入空穴,陰極向發(fā)光層注入電子。注入的空穴和電子在發(fā)光層中相遇結(jié)合成激子,激子復合并將能量傳遞給發(fā)光材料,后者經(jīng)過輻射馳豫過程而發(fā)光。2，指出有機發(fā)光器件中各功能層所用典型材料。復習陰極：鎂鋁電極。電子傳輸層：常用材料是8-羥基喹啉鋁(Alq3)、8-羥基喹啉鋅(Znq2)等;空穴傳輸層：常用材料是芳香雙胺如TPD、TAD等。某些材料在機械力作用下產(chǎn)生變形，會引起表面帶電的現(xiàn)象，而且其表面電荷密度與應力成正比，稱為正壓電效應。在某些材料上施加電場，會產(chǎn)生機械變形，而且其應變與電場強度成正比，稱為逆壓電效應。1,分別說明正壓電效應和逆壓電效應。復習半導體陶瓷的電阻隨溫度而變化的性質(zhì)，可用于非線性電阻。

負溫度系數(shù)非線性電阻NTC（NegativeTemperatureCoefficient）元件。隨溫度上升而電阻降低，具有一般的半導體特性。非線性電阻可應用于電路保護元件和避雷器元件。

正溫度系數(shù)熱敏電阻PTC（PositiveTemperatureCoefficient）元件。這種陶瓷因為在相變溫度下電阻急劇增大，如果作為電阻加熱元件而應用，則可在相變溫度附近自動控溫，是很方便的。3，簡述NTC和PTC陶瓷復習復習1,現(xiàn)代傳感器的構(gòu)成現(xiàn)代傳感器通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換器件組成。它獲取的信息可以是各種物理量、化學量和生物量，通常是將非電量或電量轉(zhuǎn)換成易于計算機處理和傳輸?shù)碾娏?。復?/p>

2，生物傳感器的工作原理待測物質(zhì)經(jīng)擴散作用進入固定生物膜敏感層，經(jīng)分子識別而發(fā)生生物學作用；產(chǎn)生的信息如光、熱、音等被相應的信號轉(zhuǎn)換器變?yōu)榭啥亢吞幚淼碾娦盘枺辉俳?jīng)二次儀表放大并輸出，以電極測定其電流值或電壓值，從而換算出被測物質(zhì)的量或濃度。受光型:液晶顯示器(LCD)、電致變色顯示器(ECD)、電泳顯示器(EPID)、鐵電陶瓷顯示器(PLZT)等；

發(fā)光型:等離子體顯示器(PDP)、電致發(fā)光顯示器(包括ELD和LED)、場發(fā)射顯示器(FED)、真空熒光顯示器(VFD)等。

1，平板顯示器可分為發(fā)光型和受光型兩大類。試舉例說明。復習光致發(fā)光材料：常以硫化物、硒化物或含氧化合物為基質(zhì)，主要用于制造各類熒光燈和高壓水銀燈。

電致發(fā)光材料：在電場作用下，可直接將電能轉(zhuǎn)變?yōu)楣廨椛洹Ｓ薪Y(jié)型、粉末型和薄膜型3種。最典型的結(jié)型電致發(fā)光材料制件是發(fā)光二極管。

射線發(fā)光材料：有陰極射線（電子束轟擊）、X射線和放射線激發(fā)的發(fā)光材料。用于制造電視顯像裝置、雷達指示管和微光夜視儀等。此外，還有通過機械壓力激發(fā)的摩擦發(fā)光材料、通過化學反應激發(fā)的化學發(fā)光材料，以及通過生物過程激發(fā)的生物發(fā)光材料等。復習：2,按激發(fā)方式分常用發(fā)光材料有哪些種類?向列型（nematic）液晶液晶分子大致以長軸方向平行排列，因此具有一維空間的規(guī)則性排列。層列型（smectic）液晶具有二維空間的層狀規(guī)則性排列，各層間則有一維的順向排列。膽甾型（cholesteric）液晶液晶是由多層向列型液晶堆積所形成，為向列型液晶的一種，也可以稱為旋光性的向列型液晶。復習：液晶的三大種類？復習吸收損耗：主要由材料的本征吸收損耗，雜質(zhì)吸收損耗以及原子的吸收損耗引起。如Si-O鍵會造成紅外吸收損耗；散射損耗：主要包括瑞利散射，波導結(jié)構(gòu)散射和非線性效應散射。如瑞利散射是由于材料的密度不均勻和折射率不均勻造成。波長越長，散射損耗越小，因此可以通過向長波方向發(fā)展來解決。彎曲損耗。主要包括宏彎損耗和微彎損耗。如光纖放置時彎曲，不滿足全反射條件而造成彎曲。1，光纖中存在哪三大類損耗？復習2，光纖放大器的組成是什么？一般都由增益介質(zhì)、泵浦光和輸入輸出耦合結(jié)構(gòu)組成。當泵浦光輸入到摻鉺光纖中時，就可以將大部分處于基態(tài)的Er3+抽運到激發(fā)態(tài)上；處于激發(fā)態(tài)的Er3+又迅速無輻射地轉(zhuǎn)移到亞穩(wěn)態(tài)上，由于Er3+

在亞穩(wěn)態(tài)上的平均停留時間為10ms，因此很容易在亞穩(wěn)態(tài)與基態(tài)之間形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)；信號光子通過摻鉺光纖，在受激輻射效應作用下產(chǎn)生大量與自身完全相同的光子，使信號光子迅速增多，這樣在輸出端就可以得到被不斷放大的光信號。3，摻鉺光纖放大器的工作原理。2，縱向磁記錄和垂直記錄的區(qū)別？復習縱向磁記錄是指磁化方向與記錄介質(zhì)的運動方向平行的記錄方式。垂直記錄是把原本橫向放置的磁記錄單元變?yōu)榭v向排列,從而減少每個磁單元所占用的表面積。1,如何提高磁盤的記錄密度？

增大介質(zhì)的HC/Br值；提高矩形比m；減小介質(zhì)的厚度。3，什么是巨磁電阻效應?為什么巨磁阻材料可以用作高密度存儲磁頭材料。復習巨磁電阻效應是指外磁場引起材料電阻率巨大變化的效應.如利用厚度為納米（nm）級的強磁-弱磁-強磁多層膜，選擇各層的適當材料和層厚度，便可在一定的外加磁場條件下使這多層膜處于低電阻或高電阻狀態(tài)，或使其電阻隨外加信號磁場強度而改變。

巨磁阻磁頭的讀出電壓比一般的感應式磁頭大,間隙長度可以做得更小,有利于提高道密度.復習1：三大存儲技術(shù)半導體存儲則是利用晶體管的電容效應來完成信息的存儲的。其信息的讀取和寫入則是依靠檢測晶體管的電平及對其充放電來完成的。磁存儲技術(shù)利用磁記錄介質(zhì)來完成信息的記錄。其基本原理是利用磁化方向的不同來表征‘0’、‘1’信息,利用磁疇與高速掠過其表面的磁頭間的電磁效應讀出或?qū)懭胄畔?。光存儲技術(shù)的記錄方式相當多樣化。例如,可通過記錄介質(zhì)的形變、記錄介質(zhì)的磁化方向、記錄介質(zhì)的晶相甚至是電子的能級來完成信息的記錄。所以,光存儲技術(shù)的本質(zhì)特征不在于記錄的過程,也不在于介質(zhì)上信息的存儲方式,而在于信息的讀取過程。這樣,光存儲技術(shù)應定義為以光學方式讀取信息的技術(shù).復習2由遠場光存儲到近場光存儲；由二維光存儲到多維光存儲；由光熱存儲到光子存儲。光存儲技術(shù)的發(fā)展趨勢有哪些？復習：在電場作用下，能產(chǎn)生極化的一切物質(zhì)稱之為介電材料又叫電介質(zhì).