1、2022-7-2212022-7-222 本科生专业基础主干课程本科生专业基础主干课程 掌握电子材料的基本理论、特点和应用掌握电子材料的基本理论、特点和应用 了解电子材料的设计、制备和测试等了解电子材料的设计、制备和测试等 2022-7-223章节基 本 内 容计划学时1第一章 电子材料概论42第二章 电子材料的分析和表征自学3第三章 薄膜工艺自学4第四章 厚膜工艺自学5第五章 陶瓷工艺自学6第六章 导电材料和电阻材料67第七章 超导材料自学8第八章 半导体材料69第九章 电介质材料810第十章 磁性材料811第十一章 光电材料与热电材料812第十二章 敏感材料与吸波材料自学13第十三章 电子
2、封装材料614期末复习22022-7-224考核要求考核要求 平时成绩的构成比例和考核方式；平时成绩的构成比例和考核方式；40，由出勤、作业和课堂回答问题等，由出勤、作业和课堂回答问题等构成构成 期末成绩的构成比例和考核方式；期末成绩的构成比例和考核方式；60，闭卷考试，闭卷考试2022-7-225面向面向：电子信息产业，电子陶瓷、集成电路、芯片、电子元器件企业企业：主要在广东、长江三角洲，中西部较少，新型产业、附加值高就业就业2022-7-226信息化社会与IC62022-7-2272022-7-2282022-7-2292022-7-22102022-7-22112022-7-221220
3、22-7-22132022-7-2214过去和现在的比较晶体管晶体管电容电容晶体管晶体管配线配线印刷版印刷版电容电容单单 晶晶 硅硅电阻电阻晶体管晶体管氧化层氧化层Al配线配线多晶硅多晶硅扩散层扩散层电阻电阻占用面积只有原来的四亿分之一占用面积只有原来的四亿分之一2022-7-221515集成电路组成材料金属：Al，Cu，AuSiO2P型硅N型硅多晶硅最基本的NMOS单元其它：有机材料、封装陶瓷、塑料等2022-7-2216外腿外腿封装树脂封装树脂金属引线金属引线芯片芯片金属衬底金属衬底内腿内腿金金 线线芯芯 片片塑封树脂塑封树脂引线框架引线框架导电性粘接剂导电性粘接剂引线框架型封装材料引线框
4、架型封装材料162022-7-2217BGA（Ball Grid Array)型封装材料塑封树脂塑封树脂BGA基板基板焊焊 球球芯芯 片片金丝金丝与引线框架型封与引线框架型封装不同的地方装不同的地方172022-7-2218焊料及焊球焊料及焊球ChipDIEChipPCBPCBSnPb Plated LeadBT(Bismaleimide Triazine)SubstrateAu WireSolder JointSolder BallSolder Paste 焊料作为电子封装技术中最基本的互连材料，在实现封装和保证可靠性方面承担着极为重要的角色焊焊 料料182022-7-2219电子材料的含义
5、 概念概念电子材料是指与电子工业有关的，在电子技术和微电子技术中使用的材料。导电金属及其合金材料、介电材料、半导体材料、压电与铁电材料、磁性材料、光电子材料以及其他相关材料。是制作电子元器件及集成电路的物质基础。材料、能源和信息技术是当前国际公认的新科技革命的三大支柱。192022-7-2220材料是现代文明的基石2022-7-2221用事实说话国内高校科研及就业）212022-7-222222电子材料分类用途 2022-7-222323电子材料分类组成 2022-7-222424电子材料分类先进性 2022-7-222525电子材料分类物理性质 。2022-7-222626电子材料对环境的要
6、求2022-7-222727现代社会对电子材料的要求2022-7-222828现代社会对电子材料的要求含偶氮苯聚氨酯的形状记忆效应：（a）25下的原始形变；（b）75下暂时形变；（c）25回复到原始形变2022-7-222929现代社会对电子材料的要求2022-7-223030电子材料的选用原则2022-7-223131电子材料发展动态石墨烯半导体量子点 能实现单分子传感器如果将石墨烯上的氦原子岛移除，余下的就是石墨烯量子阱最新研制的新型生物计算机可让科学家对分子进行“编程”，并由活细胞执行“命令”。2022-7-223232电子材料发展动态白色有机发光二极管科学家期望，在不久的将来，房间将会
7、逐渐被这些白色薄嵌板照亮2022-7-223333电子材料发展动态2022-7-22342022-7-22352022-7-22362022-7-2237参考资料参考书：参考书：朱建国，电子与光电子材料，国防工业出版社 黄运添等，电子材料与工艺学，西安交大出版社 吕文中，电子材料物理，电子工业出版社参考网站：中国电子顶级开发网：eetop中国电子材料网 c-e-m/电子科技大学电子材料125.71.228.222/wlxt/ncourse/em/web/重庆邮电大学电子材料 202.202.43.4/dzcl/index.asp372022-7-223838课堂小结u掌握：电子材料概念？电子材
8、料包含哪些内容？什么是结构材料？什么是功能材料？请举例说明u了解：电子材料的发展现状和趋势2022-7-2239无机电子材料 晶体的特征晶体的特征：晶胞、空间点阵和晶面 无机晶体的分类无机晶体的分类：离子晶体、金属晶体、共价晶体、分子晶体和氢键晶体 密堆积和空隙密堆积和空隙 同构晶体和多晶型转变同构晶体和多晶型转变 固溶体固溶体 金属间化合物金属间化合物 实际晶体、非晶体和准晶体实际晶体、非晶体和准晶体2022-7-2240物质和物质接触的界面物质和物质接触的界面(interface)(interface)可分为如下六种情形：可分为如下六种情形：电子材料的表面与界面)()()()()()(晶界
9、固体固体同质界面相界固体固体相界固体液体乳浊液液体液体固体表面固体气体液体表面液体气体异质界面物质的界面2022-7-2241 界面是指物质相与相之间交界的区域，存在面是指物质相与相之间交界的区域，存在于两相之间，厚度约为于两相之间，厚度约为几个分子层到几十分几个分子层到几十分子层子层（它不同于几何中说“面”的概念，几何中的面是抽象得到的，没有厚度的，对于具体图形所限定的面还可以进行面积计算；这里的面是有厚度的，是具体物质相之间的交界区域）。物质间的相界面有气液界面、气固界面、液固界面、液液界面、固固界面五种。习惯上将气相与液相、固相的界面称为表面，如固体表面、液体表面。其他的称为界面。一般两
10、者可以通用。电子材料的表面与界面2022-7-22422022-7-2243n 除气体除气体-固体的交界面（称为表面）外，还包括陶瓷内部的气固体的交界面（称为表面）外，还包括陶瓷内部的气孔与晶粒形成的界面。孔与晶粒形成的界面。n 液体液体-固体界面在陶瓷液相烧结时能看到。固体界面在陶瓷液相烧结时能看到。n 对于固体对于固体-固体界面，当这些固体属同一晶相，仅结晶取向不固体界面，当这些固体属同一晶相，仅结晶取向不同时，这种界面称为晶界同时，这种界面称为晶界(grain boundary)(grain boundary)或晶体边界或晶体边界(crystal boundary)(crystal bo
11、undary)，当这些固体晶相不同，即组成和晶体构，当这些固体晶相不同，即组成和晶体构造都不相同时，其界面称为相界造都不相同时，其界面称为相界(phase boundary)(phase boundary)。2022-7-2244表面的定义和种类表面的定义和种类1 1、理想表面、理想表面 理想表面是为分析问题方便而设定的一种理想的表面结构。理想表面实际上在自然界中并不存在。d内部内部表面表面理想表面示意图理想表面示意图理论前提：理论前提：1、不考虑晶体内部周期性、不考虑晶体内部周期性势场势场在晶体表面在晶体表面中断的影响；中断的影响；2、不考虑表面原子的、不考虑表面原子的热运动热运动、热扩散热
12、扩散、热热缺陷缺陷等；等；3、不考虑、不考虑外界外界对表面的物理对表面的物理-化学作用等；化学作用等；4、认为体内原子的位置与结构是无限周期、认为体内原子的位置与结构是无限周期性的，则表面原子的位置与结构是半无限性的，则表面原子的位置与结构是半无限的，与体内完全一样。的，与体内完全一样。2022-7-2245表面的定义和种类表面的定义和种类 2 2、实际表面、实际表面 在自然界中存在的表面称为实际表面实际表面，实际表面的性质、状态同加工方式、周围环境等有密切的关系。通常按照其清洁程度分为：未清洁表面、清洁表面和真空清洁表面等三种类型。2022-7-22463 3、表面的范围表面的范围 从原子排
13、列的角度来看，表面区原子的排列大概在几层原子厚度的范围内与体内有差别，金属约1-3层，半导体为4-6层，绝缘体要厚一些，约十到几十层。通常认为，距表面处5-100范围内，原子排列与体内有所不同。表面的定义和种类表面的定义和种类2022-7-2247单个原子在物质表面的排列砷化镓表面表面砷原子排列图2022-7-2248蚊子体表面结构蚊子体表面结构2022-7-2249u 不存在吸附物也不存在氧化层的固体表面，称为不存在吸附物也不存在氧化层的固体表面，称为清洁面清洁面。相对于理想表面而言，处于清洁表面的原。相对于理想表面而言，处于清洁表面的原子组分与位置往往发生变化，具体表现为子组分与位置往往发
14、生变化，具体表现为偏析偏析（或（或分凝）、分凝）、驰豫驰豫、重构重构等。等。u 因为清洁表面的上方没有原子存在，表面原子会因为清洁表面的上方没有原子存在，表面原子会受到下层原子的拉力。如果表面原子没有足够的附受到下层原子的拉力。如果表面原子没有足够的附加能量的话，将被拉到下面去，这部分附加能量称加能量的话，将被拉到下面去，这部分附加能量称为为表面能表面能，也称为，也称为表面张力表面张力。清洁表面的原子排布清洁表面的原子排布2022-7-22502022-7-22511 1、表面原子排列的调整、表面原子排列的调整表面质点间的垂直距离为ds，与体内质点间距do相比有所膨胀。发生弛豫现象的原因是由于
15、表面质点受力的情况不对称，它可以波及几个质点层，而每一层间的膨胀（或压缩）程度可能是不同的，而且越接近最表层变化越显著。驰豫驰豫 驰豫结构是指表面区晶格结构保持不变，只是晶格常数驰豫结构是指表面区晶格结构保持不变，只是晶格常数变化变化,可大于零（晶格常数增加），也可以小于零。可大于零（晶格常数增加），也可以小于零。ds内部内部表面表面d02022-7-2252重构重构 表面结构重构：是指表面结构和体结构出现了本质的不同。重构通常表现为表面超结构表面超结构的出现，即两维晶胞的基矢按整数倍扩大。表面重构现象在硅半导体表面重构现象在硅半导体中经常出现，这可能和硅中经常出现，这可能和硅半导体的键合方向
16、性和四半导体的键合方向性和四面体配位有关。面体配位有关。1 1、表面原子排列的调整、表面原子排列的调整d0内部内部表面表面d02022-7-2253吸附表面吸附表面在清洁表面上有来自体内扩散到表面的杂质和来自表面周围在清洁表面上有来自体内扩散到表面的杂质和来自表面周围空间吸附在表面上的质点所构成的表面。空间吸附在表面上的质点所构成的表面。吸附表面可分为四种吸附位置吸附表面可分为四种吸附位置：顶吸附、桥吸附顶吸附、桥吸附、填充吸附、中心吸附、填充吸附、中心吸附 顶吸附顶吸附桥吸附桥吸附填充吸附填充吸附中心吸附中心吸附俯视图俯视图剖面图剖面图2022-7-2254超结构 在一些单晶金属的表面区原子
17、的重新排列时，它与内部（衬底）原子的排列无直接关系，这种表面结构称超结构。1 1、表面原子排列的调整、表面原子排列的调整2022-7-22552 2、外来因素引起的调整、外来因素引起的调整（1）吸附（2）合金合金：通过一些外来原子与衬底原子间的互扩散，可以使系统的熵增加，从而减小表面能，这个过程就是合金2022-7-2256 实际表面是指材料经过一般的加工（切割、研磨、抛光、清洗）后，保持在常温、常压下的表面，当然有时也可能在低真空或高温之下。3 3、实际表面的特征、实际表面的特征1、表面外形和表面粗糙度表面的不平整程度（最高点与最低点间的距离）大于10mm时，称为形状误差；110mm时称为波
18、纹度；小于1mm则称为表面粗糙度（surface roughness).2022-7-2257表面粗糙程度是用粗糙度系数表面粗糙程度是用粗糙度系数R R来量度的来量度的 grAAR/其中：其中：Ar 几何表面面积几何表面面积Ag包括内表面等在内的实际表面积包括内表面等在内的实际表面积3 3、实际表面的特征、实际表面的特征2022-7-22582、表面的组织经过切磨、挤压、抛光等加工后材料的表面，在相当宽的范围内，晶粒的大小、结晶程度、应力畸变和显微组织等特征，有明显的不均一性。（1）晶粒尺寸的变化 在切磨、抛光等机械加工操作中会产生大量热能，往往能使表面区局部熔化，然后又迅速结晶，这样就带来了
19、从表面到内部约1um左右范围内经历尺寸的不均匀性，特别是在距表面0.3um范围内更为明显。3 3、实际表面的特征、实际表面的特征2022-7-2259（2）贝尔比层 材料经过抛光后，表面有一光亮而致密的、厚度约5100nm的表面层，称贝尔比层，这在金属合金材料中特别明显。（3）一个经抛光和机械加工后的金属的表面区金属需经过打磨获得平整的表面后，才能进行抛光，机械加工过程中还会形成各种损伤区。3 3、实际表面的特征、实际表面的特征2022-7-22603、表面的成分 由于吸附和不同相的化学势不同等因素，会形成表面区的主成分、杂质同体内的有明显差别。研究中发现，表面区的杂质浓度往往比体内大，称为偏析；相反，表面区杂质浓度低于体内，称为耗尽。由于表面存在的偏析（耗尽）效应，材料表面处的成分与配方上的会有所偏差。3 3、实际表面的特征、实际表面的特征
