導(dǎo)電功能材料

導(dǎo)電功能材料1第一頁，共二十八頁，2022年，8月28日導(dǎo)電功能材料是指那些具有導(dǎo)電特性的物質(zhì)，包括:電阻材料、電熱與電光材料、導(dǎo)電與超導(dǎo)材料、半導(dǎo)體材料、介電材料、離子導(dǎo)體和導(dǎo)電高分子材料等。2第二頁，共二十八頁，2022年，8月28日第一節(jié)金屬導(dǎo)電材料導(dǎo)電材料用以傳送電流而沒有或只有很小電能損失的材料。包括：電力工業(yè)用的電線、電纜等強電用的導(dǎo)電引線材料和電子工業(yè)中傳送弱電流的導(dǎo)體布線材料、導(dǎo)電涂料、導(dǎo)電粘結(jié)劑及透明導(dǎo)電材料。3第三頁，共二十八頁，2022年，8月28日導(dǎo)電引線材料的性能要求具有足夠高的導(dǎo)電性、機械強度，不易氧化、腐蝕，易加工和可焊接等特性。以銅、鋁及其合金為主。重視材料的阻抗損失。4第四頁，共二十八頁，2022年，8月28日

導(dǎo)電引線材料的基本性質(zhì)用其固有的特征值----電導(dǎo)率來表征，而電阻率ρ是電導(dǎo)率σ的倒數(shù)。均勻橫截面為1mm2、長1m的國際標(biāo)準(zhǔn)軟銅在20℃下的電阻1／58Ω，電阻率是1.7241μΩ.cm,將它的電導(dǎo)率定為100%，其他導(dǎo)電材料的電導(dǎo)率以標(biāo)準(zhǔn)軟銅電導(dǎo)率的百分?jǐn)?shù)來表示。5第五頁，共二十八頁，2022年，8月28日

銅常用的電解銅的純度為99.97～99.98%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），含少數(shù)金屬雜質(zhì)和氧。半硬銅電導(dǎo)率為98～

99%；硬銅電導(dǎo)率為96～

98%。

銅中含有雜質(zhì)降低電導(dǎo)率，特別是氧，會使產(chǎn)品性能大大下降。

高導(dǎo)無氧銅新產(chǎn)品，其性能穩(wěn)定、抗腐蝕、抗疲勞、延展性好，可拉成很細(xì)的絲，適用于海底同軸電纜的外部軟線、太陽能電池、高溫抗氧化電極等。

6第六頁，共二十八頁，2022年，8月28日鋁常用的純度為99.6

～99.8%，電導(dǎo)率為61%（僅次于銀、銅、金），相對密度為銅的1∕3。它可以代替銅導(dǎo)線制成高壓配電線，160kV以上用的鋼絲增強鋁電纜、合金增強鋁線、全鋁增強鋁線等。國際上通用的硬鋁線則主要用于送、配電線，它只能在90℃以下連續(xù)使用。對于大容量高壓輸電導(dǎo)線要在150℃下連續(xù)工作，需要含Zr（鋯）等耐熱鋁合金；而變電所用的母線則要在200℃下連續(xù)工作，必須使用超耐熱鋁合金。7第七頁，共二十八頁，2022年，8月28日導(dǎo)體布線材料的性能要求（電子工業(yè)用）具有膜電阻小（導(dǎo)電性好）、附著力強、可焊性和抗焊熔性好等優(yōu)點，它們都是金、銀、銅、鋁等電導(dǎo)率高的材料，有時也用金屬粉和石墨粉與非金屬材料混合的復(fù)合導(dǎo)電材料，其電阻率通常比強電用材料的電阻率高得多，并有厚膜和薄膜兩種。8第八頁，共二十八頁，2022年，8月28日厚膜布線導(dǎo)體有金、銀、鉑、鉛的貴金屬系，其膜層致密，附著力強抗焊熔性好，能與多種電阻及介質(zhì)材料兼容等性能。還有銅、鎳、鋁、鉻等賤金屬系，具有材料價格低廉、膜電阻小、可焊性和抗焊熔性好、無離子遷移等優(yōu)點，其缺點是工藝要求較高，老化性能尚不如貴金屬厚膜導(dǎo)體好。9第九頁，共二十八頁，2022年，8月28日薄膜布線導(dǎo)體要求具有導(dǎo)電性好、附著力強、化學(xué)穩(wěn)定性高、可焊性和耐焊性好、成本低等特點。單元膜用単種金屬形成的單層薄膜導(dǎo)體，如鋁膜。有良好的導(dǎo)電性，易于成膜，附著性好、可超聲焊和熱壓焊、成本低，表面形成的氧化薄膜能提高多層布線時層間的絕緣性；缺點是表層氧化膜給錫焊造成困難，與金形成的脆性金屬化合物會造成焊點脫開，抗電遷移能力弱。10第十頁，共二十八頁，2022年，8月28日復(fù)合膜是用不同金屬膜所構(gòu)成的多層薄膜導(dǎo)體，如鉻金膜，鈦鉛金膜等。由底層和頂層構(gòu)成：底層是粘附層，選擇容易氧化的金屬，如鉻、鎳、鈦等，厚度為20～50nm,以便與基片中的氧化合形成牢固的共價鍵，使頂層金屬牢固的附著在基片上；頂層由導(dǎo)電性好、可焊性好和化學(xué)穩(wěn)定性高的金屬薄膜構(gòu)成，如金，厚度為1000nm,起導(dǎo)電和焊接作用。有時在頂層和底層之間加一層厚度為100～300mm的阻擋層，如加入銅膜。11第十一頁，共二十八頁，2022年，8月28日高溫薄膜導(dǎo)體，如可在400~500℃穩(wěn)定工作的鈦鎢金膜等；賤金屬薄膜導(dǎo)體，如Ni、NiCrNi等。

薄膜導(dǎo)體材料的發(fā)展方向是

12第十二頁，共二十八頁，2022年，8月28日第二節(jié)電阻材料電阻材料是用來制作電子儀器、測量儀表、加熱設(shè)備及其它工業(yè)裝置中的電子元件的一種基礎(chǔ)材料。包括制作發(fā)熱體的電熱材料、繞制標(biāo)準(zhǔn)電阻器的精密電阻材料及制作力敏、熱敏傳感器用的應(yīng)變電阻材料和熱敏電阻材料等。電阻材料有金屬材料、陶瓷和半導(dǎo)體材料以及非晶體材料。13第十三頁，共二十八頁，2022年，8月28日一、精密電阻合金用于起動電阻、滑動電阻、電動機速度控制、電路溫度控制及電壓調(diào)節(jié)等方面的調(diào)節(jié)器用電阻合金，如康銅、新康銅、鎳鉻、鎳鉻鐵和鐵鉻鋁等合金。用于旋轉(zhuǎn)式與滑線式電位器等電位器用電阻合金，如康銅、鎳鉻、卡瑪合金和貴金屬電阻合金等。用于電橋、電位差計、標(biāo)準(zhǔn)電阻、分流器、直流分壓箱、高阻電橋等方面的精密儀器儀表用電阻合金，如精密錳銅、分流器錳銅及高阻合金等。使用溫度-60~100或300℃。14第十四頁，共二十八頁，2022年，8月28日二、電熱器用電阻材料包括工作在1350℃以下的普通中、低溫電熱合金和在1350℃以上高溫使用的貴金屬電熱合金及陶瓷電熱元件。性能要求：1、具有高溫抗氧化性和化學(xué)穩(wěn)定性，2、具有高的電阻率和低的電阻溫度系數(shù)，3、具有良好的加工工藝性能，4、具有足夠高的高溫強度，5、價格低廉。15第十五頁，共二十八頁，2022年，8月28日三、熱敏電阻材料熱敏電阻材料有合金和半導(dǎo)體陶瓷兩類。熱敏電阻合金具有電阻溫度系數(shù)大，電阻值與溫度成線性、電阻值的溫度穩(wěn)定性好等優(yōu)點，被廣泛用于航空航天器中的大氣溫度加熱器和電褥、電熨斗、電烙鐵、電圍腰、電暖鞋等家用電器元件上，能達(dá)到控溫、安全和節(jié)能的目的。還可以制成電阻溫度計等。16第十六頁，共二十八頁，2022年，8月28日三、熱敏電阻材料熱敏電阻材料有合金和半導(dǎo)體陶瓷兩類。熱敏電阻類半導(dǎo)體陶瓷材料有電阻隨溫度升高而增大的正電阻溫度系數(shù)型和電阻隨溫度升高而減少的負(fù)電阻溫度系數(shù)型兩種。用于制作電動機過熱保護(hù)器、電視機的消磁器、傳感器、暖風(fēng)器等。17第十七頁，共二十八頁，2022年，8月28日四、膜電阻材料在電力和電子方面所使用的電子元件，通常常用下面兩個原理制成。1、把很薄的導(dǎo)電層沉積在絕緣基片上，而后蝕刻成合適的圖形以達(dá)到大的長寬比；2、在導(dǎo)電材料中摻入絕緣相。18第十八頁，共二十八頁，2022年，8月28日第四節(jié)半導(dǎo)體材料根據(jù)固體在室溫下所具有的不同電導(dǎo)率，把導(dǎo)電功能材料分為：導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體。導(dǎo)體的電導(dǎo)率σ=106～108S∕m，具有良好的導(dǎo)電性能；絕緣體的電導(dǎo)率σ=10-20～10S∕m，導(dǎo)電性能極差；半導(dǎo)體的電導(dǎo)率σ=10-9～105S∕m，導(dǎo)電性能介于二者之間。19第十九頁，共二十八頁，2022年，8月28日一、元素半導(dǎo)體元素周期表中的許多元素都具有半導(dǎo)體的性質(zhì)，只有Se（硒）、Ge（鍺）和Si才真正用于半導(dǎo)體器件的制作，特別是硅和鍺，已成為當(dāng)前的主要元素半導(dǎo)體。硅因為其性質(zhì)和器件工藝較好，應(yīng)用最廣。鍺在紅外和高頻特性方面占據(jù)重要地位。硒在早期用于制造硒光電池和硒整流器。20第二十頁，共二十八頁，2022年，8月28日一、元素半導(dǎo)體硅、鍺元素的提純和單晶制造技術(shù)越來越完善，高純度、大尺寸、高均勻度的硅、鍺單晶使集成電路的材料利用率和每批器件的成品率及一致性大幅度提高，成本急劇下降，促進(jìn)了半導(dǎo)體大規(guī)模集成電路的發(fā)展。鍺元素在地球上的分布很分散，主要從煤灰和金屬冶煉的煙灰殘渣中提取；硅是地球上最豐富的元素之一，性質(zhì)活潑較難提純，但用它制成的器件穩(wěn)定性好。21第二十一頁，共二十八頁，2022年，8月28日二、化合物半導(dǎo)體具有半導(dǎo)體特性的化合物，由兩種或兩種以上的元素組成。二元化合物半導(dǎo)體如砷化鎵、銻化銦、碳化硅等；三元化合物半導(dǎo)體如砷化鎵鋁、砷化鎵磷等；用于光電器件、量子阱激光器、調(diào)制發(fā)光管、電子器件、高電子遷移率晶體管等。22第二十二頁，共二十八頁，2022年，8月28日三、有機物及玻璃半導(dǎo)體液晶材料是有機物及玻璃半導(dǎo)體中的一部分。已知的液晶材料都是有機化合物，它是處于液相與固相之間的一種中間相，像液體一樣，不能承受切應(yīng)力但能夠流動。液晶材料顯示的優(yōu)點是：1、功率低。顯示面積相同時，它的功率比一般數(shù)碼管小幾十倍甚至幾百倍。2、所用電壓較低，約3~6V，適宜與集成電路聯(lián)用。3、在明亮環(huán)境下的對比度和分辨率都很好。23第二十三頁，共二十八頁，2022年，8月28日四、非晶態(tài)半導(dǎo)體通常把具有半導(dǎo)體性質(zhì)的非晶態(tài)物質(zhì)稱為非晶態(tài)半導(dǎo)體。常用的有非晶硅和非晶鍺。應(yīng)用于光學(xué)半導(dǎo)體器件、光或電存貯器等信息技術(shù)中的導(dǎo)電體器件。24第二十四頁，共二十八頁，2022年，8月28日五、陶瓷半導(dǎo)體半導(dǎo)體陶瓷材料指導(dǎo)電性介于導(dǎo)電陶瓷和絕緣介質(zhì)陶瓷之間的陶瓷材料，電阻率介于10-4~107Ωm，并在溫度、