1、信息材料主题医学知识信息材料主题医学知识电子材料是传统信息领域最为基础的一大类材料。电子材料是传统信息领域最为基础的一大类材料。各类材料电阻率各类材料电阻率材料类别超导体导体半导体绝缘体电阻率(cm)0 109固体材料能带理论示意图2信息材料主题医学知识信息材料主题医学知识一、一、传统的电子导电材料传统的电子导电材料 固体的导电是指固体中的电子或离子在电场作用下的远程迁移，通常以一种类型的电荷载体为主，如：电子导体，以电子载流子为主体的导电；离子导电，以离子载流子为主体的导电；混合型导体，其载流子电子和离子兼而有之。除此以外，有些电现象并不是由于载流子迁移所引起的，而是电场作用下诱发固体极化所
2、引起的，例如介电现象和介电材料等。eeeeeeeeeeeeMXMXMXMXMXMXMX电子导电离子导电现代导电理论：现代导电理论：电子/空穴 导电理论3信息材料主题医学知识信息材料主题医学知识导电材料：普通导电材料、特殊导电材料、半导体材料、超导体材料。普通导电材料：导电纯金属、导电金属合金、复合导电金属等。导电纯金属应具有导电纯金属应具有：高的导电性 足够的机械强度 不易氧化、不易腐蚀 容易加工和焊接等特性 来源丰富，价格合适。铜、铝金属材料符合上述条件，因而得到广泛的应用。按电导率大小排列：银（Ag）、铜(Cu)、金(Au)、铝(Al)、纳(Na)、钼(Mo)、钨(W)、锌(Zn)、镍(N
3、i)、铁(Fe)、铂(Pt)、锡(Sn)、铅（Pb）等。金、银等导电纯金属材料的性能虽然也符合导电材料的要求，但其价格较高，只用于特殊场合。4信息材料主题医学知识信息材料主题医学知识导电合金材料：导电合金材料：向导电纯金属中加入其他金属元素所构成的导电材料。此类导电材料经不同方法的强化后，具有良好的导电性和高的机械强度、硬度、耐蚀、耐磨、耐热、导热等综合性能。如铜、铝的合金。铜合金：银铜、镉铜、铬铜、铍铜、锆铜等；铝合金：铝镁硅、铝镁、铝镁铁、铝锆等。复合导电金属：复合导电金属：将两种或两种以上的金属通过一定的复合工艺制成的导电材料。如铜包铝线、铝包铜线等。有线、棒、板、片、管等各种型材。可由
4、3种加工方法获得：塑性加工复合；热扩散复合;镀层复合。高机械强度的复合金属：铝包钢、钢铝电车线、铜包钢等;高电导率复合金属：铜包铝、银复铝等；高弹性复合金属：铜复铍、弹簧铜复铜等；耐高温复合金属：铝复铁、铝黄铜复铜、镍包铜、镍包银等；耐腐蚀复合金属：不锈钢复铜、银包铜、镀锡铜、镀银铜包钢等。5信息材料主题医学知识信息材料主题医学知识特殊导电材料：特殊导电材料：既有传导电流的作用，又具有其他特殊功能(熔断、加热等)的导电材料。如熔体材料、电刷、电阻、电阻合金、电热合金、电触头材料、双金属片材料、热电偶材料、弹性合金等。广泛应用在电工仪表、热工仪表、电器、电子及自动化装置的技术领域。如高电阻合金、
5、电触头材料、电热材料、测温控温热电材料。重要的有银、镉、钨、铂、钯等元素的合金，铁铬铝合金、碳化硅、石墨等材料。6信息材料主题医学知识信息材料主题医学知识导电材料的电特性主要用电阻率表征。影响电阻率的因素有温度、冷变形、热处理、杂质含量等。温度的影响常以导电材料电阻率的温度系数表示。0 1+(t-t0)式中为温度t时的电阻率，0 为温度t0时的电阻率,t0通常取0或 20,为电阻率的温度系数。冷变形影响常以电阻率的应力系数来表示，在弹性压缩或拉伸时，金属电阻率一般按下式规律变化：0(1+K)式中为应力，K 为应力系数。压缩时K 为负值，降低；拉伸时K 为正值，增加，故导体经拉伸后电阻率增加。7
6、信息材料主题医学知识信息材料主题医学知识热处理使导电金属经冷拉变形后，强度和硬度增加，导电性和塑性下降。退火后晶粒发生回复、再结晶,晶粒缺陷减少，晶格畸变减少，内应力消除,电阻率降低。合金和杂质的影响：杂质与合金元素导致金属晶格发生畸变，造成电子被散射的概率增加，因而电阻率增加。所以高电阻导电材料均由合金组成。铜作为导电材料大都是高纯电解铜，杂质会降低电导率。铜中含有氧也使产品性能大大下降。无氧铜性能稳定、抗腐蚀、延展性好、抗疲劳，适合于做海底同轴电缆的外部软线，也可用于太阳能电池。8信息材料主题医学知识信息材料主题医学知识金属导电材料的非电特性在某些特定的场合将变得更加重要。高电导率的金属也
7、是高热导率的金属，纯金属的热导率比合金的热导率高。热导率接触电位差温差电动势机械强度耐高温特性耐腐蚀性耐磨性电机、电缆、电气仪表及其他电工产品温升效应严重温差电控温、测温元件和仪表架空线航天、航空等国防科技中，制造高温导线、高温电机9信息材料主题医学知识信息材料主题医学知识二、离子导体二、离子导体固体材料的电导率固体材料的电导率 表征固体材料的导电性的物理量是电导率表征固体材料的导电性的物理量是电导率；常用单位有：常用单位有：-1cm-1，-1m-1，Sm-1（1S（西门子）（西门子）=1-1）；）；典型材料的电导率如下：典型材料的电导率如下：导电类型导电类型材料类型材料类型电导率电导率/Sc
8、m-1离子导电离子导电离子晶体离子晶体10-1810-4快离子导体快离子导体10-3101强（液）电解质强（液）电解质10-3101电子导电电子导电金属金属101105半导体半导体10-5102绝缘体绝缘体10-1210信息材料主题医学知识信息材料主题医学知识1 1、固体中离子的扩散、固体中离子的扩散 (固体离子导电机理固体离子导电机理)固体中离子的扩散方式有：固体中离子的扩散方式有：空位机理空位机理间隙机理间隙机理亚间隙机理亚间隙机理环形机理环形机理等等主要介绍空位扩散和间隙扩散机理。主要介绍空位扩散和间隙扩散机理。11信息材料主题医学知识信息材料主题医学知识1）空位扩散机理）空位扩散机理
9、Schottky缺陷（肖特基缺陷）作为一种热缺陷普遍存在着。负离子作为骨架，正离子通过空位来迁移。晶体中空位邻近的正离子获得能量进入到空位中，留下一个新的空位，邻近的正离子再移入产生新的空位，依次下去，就不断地改变空位的位置。总的说来，阳离子就在晶格中运动，如图4.1所示。图4.1（a）迁移路线迁移距离12信息材料主题医学知识信息材料主题医学知识2 2）间隙迁移机理间隙迁移机理 以氯化银为例来讨论离子迁移的间隙和亚间隙机理。氯化银晶体中缺陷的主要形式为Frenkel缺陷(间歇银)，间隙银离子更容易迁移，可能迁移方式有种 直接间隙机理直接间隙机理 （见图中路线1）处于间隙位置的Ag+跳入邻近的间
10、隙位置，依次下去，迁移到离原来间隙Ag+较远的位置。迁移路线可以是曲折的，但间隙Ag+总有净的位移。Ag+Cl Ag+ClCl Ag+Cl Ag+Ag+Ci Ag+Cl Cl Ag+Cl Ag+Ag+Cl Ag+ClAg+12图图 直接间隙机理直接间隙机理13信息材料主题医学知识信息材料主题医学知识ClClClClAgAgAgAgAg亚间隙机理亚间隙机理（见图中路线（见图中路线2和图和图(b)）间隙位置的银离子撞击与它邻近间隙位置的银离子撞击与它邻近的正常格位的个银离子中的一个，的正常格位的个银离子中的一个，使该离子离开自己的格位，进入到间使该离子离开自己的格位，进入到间隙位置，而它则占据了正
11、常格位。从隙位置，而它则占据了正常格位。从净的位移来看，也是一个间隙离子离净的位移来看，也是一个间隙离子离开它的位置迁移到另一个间隙位置。开它的位置迁移到另一个间隙位置。特点：撞击产生空位，填空特点：撞击产生空位，填空14信息材料主题医学知识信息材料主题医学知识 综上，实际离子晶体由于存在有这样的或那样的缺综上，实际离子晶体由于存在有这样的或那样的缺陷，尤其是正离子半径较小，可以通过陷，尤其是正离子半径较小，可以通过空位机理空位机理进行进行迁移，形成导电，这种导体称作迁移，形成导电，这种导体称作Schottky导体导体。也可以通过间隙离子存在的也可以通过间隙离子存在的亚间隙迁移亚间隙迁移方式进
12、行离子方式进行离子运动而导电，这种导体称作运动而导电，这种导体称作Frenkel导体导体。肖特基晶体肖特基晶体 与与弗仑克尔晶体弗仑克尔晶体 的电导率较低，一的电导率较低，一般电导率在般电导率在 10-1810-4Scm-1的范围内，总体属于的范围内，总体属于 绝缘绝缘体体 至至 半导体。半导体。15信息材料主题医学知识信息材料主题医学知识2、快离子导体快离子导体（固体电解质）（固体电解质）(Fast Ion Condustor or Solid Electrolyte)1）快离子导体的发展历史和结构特征经典离子晶体由于离子扩散可以形成导电。但一般导电率要很低：如氯化钠电导率只有1015 Sc
13、m-1 r.t.，10-8 Scm-1 200。特殊离子晶体特殊离子晶体，室温下电导率可达 10-2 Scm-1，几乎与熔盐电导相当。这类具有优良离子导电能力（0.110 Scm-1）的例子晶体称做快离快离子导体子导体(Fast Ion Conductor)或固体电解质（Solid Electrolyte）。16信息材料主题医学知识信息材料主题医学知识图4.4 各种离子导体电导率与温度的关系Frenkel导体导体Schottky导体导体log100/T(K-1)Fast Ion导体导体-AgI-AgI 经典离子晶体按照扩散方式，分作Schottky 导体和Fenkel导体，它们和快离子导体一样
14、，其电导随温度的关系都服从阿累尼乌斯公式：Exp(-H/RT)，经典晶体的活化能H在12ev,而快离子导体的活化能H在0.5ev以下。如图4.4反映了这些导体电导率与温度的关系。快离子导体不论是从电导，还是从结构上看，都可以视为普通离子固体和离子液体之间的一种过渡状态：普通离子固体普通离子固体 快离子导体快离子导体 电解质溶液电解质溶液 相转变相转变增加缺陷浓度增加缺陷浓度17信息材料主题医学知识信息材料主题医学知识 快离子导体的结构特征与分类快离子导体的结构特征与分类载流子主要是离子，且在固体中可流动的数量相当大。例如，载流子主要是离子，且在固体中可流动的数量相当大。例如，经经典晶体典晶体氯
15、化钠、氯化银、氯化钾以及氯化钠、氯化银、氯化钾以及-AgI中可流动的离子的数中可流动的离子的数量量不大于不大于1018cm-3，而，而快离子导体快离子导体中可流动的离子数目达到中可流动的离子数目达到1022cm-3。根据载流子的类型，可将快离子导体分为如下类型根据载流子的类型，可将快离子导体分为如下类型：正离子作载流子的有：银离子导体、铜离子导体、钠离子导体、正离子作载流子的有：银离子导体、铜离子导体、钠离子导体、锂离子导体以及氢离子导体；锂离子导体以及氢离子导体；负离子作载流子的有：氧离子导体和氟离子导体等。负离子作载流子的有：氧离子导体和氟离子导体等。快离子导体中应当存在大量的可供离子迁移
16、占据的空位置。快离子导体中应当存在大量的可供离子迁移占据的空位置。这些空位置往往连接成网状的敞开隧道，以供离子的迁移流动。这些空位置往往连接成网状的敞开隧道，以供离子的迁移流动。四方钨青铜、四方钨青铜、Na-Al2O3Nisicon(NaZr2P3O12)等。等。18信息材料主题医学知识信息材料主题医学知识快离子导体材料条件：快离子导体材料条件：一定组成；一定结构相态（更为关键必要）；AgI有、三个相，但只有相为快离子导体。快离子导体由非传导相到传导相的相转变有如下的过程和特点：(1)正常固体的熔化正负离子均转化为无序状态，有相当大的电导值。(2)快离子导体的亚晶格熔化相变“液态亚晶格”，快离
17、子导体有两套亚晶格，传导离子组成一套，非传导离子组成另一套。传导相离子亚晶格呈液态，而非传导相液晶格呈刚性起骨架作用。19信息材料主题医学知识信息材料主题医学知识例如：AgI 146 AgI(非传导相，I离子作立方密堆)(传导相，I离子作体心立方堆积)由于这类转变只相应固体中一半离子亚晶格的熔化，故相应相变的熵值与熔化熵之和约为同类非快离子导体熔化熵值的大小。下面给出一些例子：化合物固态相变熵JK-1 mol-1(温度)固态熔化熵JK-1 mol-1(温度)总熵值JK-1 mol-1快离子导体AgI14.5(419)11.3(830)25.8Ag2S9.3(452)12.6(1115)21.9
18、CuBr9.0(664)12.6(761)21.6SrBr213.3(918)11.3(930)24.6经典固体NaCl 24 MgF2 35 非快离子导体非快离子导体20信息材料主题医学知识信息材料主题医学知识2）-Al2O3族钠离子导体族钠离子导体 -Al2O3族属于nA2O3-M2O一类非化学计量化合物，组成表达通式为：A3+=Al3+,Ga3+,Fe3+nA2O3-M2O M+=Na+,K+,Rb+,Ag+,Tl+,H3O+-Al2O3族钠离子导体是其中最重要的快离子导体材料。发 展 了 以 钠 -A l2O3为 隔 膜 材 料 的 钠 硫 电 池。具 有 能 量 密 度 高（1502
19、00wh/kg）、寿命长、价格低、无污染等优点，还应用在提纯金属钠、制造工业钠探测器以及一些固体离子器件等方面。钠钠-Al2O3化合物化合物实际上是一个家族，都属于非化学计量的偏铝酸钠盐。钠-Al2O3 理论组成式为Na2O11Al2O3。由于发现时忽略了Na2O的存在，将它当作是Al2O3的一种多晶变体，所以采用-Al2O3的表示一直至今。实际组成往往有过量的Na2O。21信息材料主题医学知识信息材料主题医学知识3）Ag+离子快离子导体离子快离子导体AgI快离子导体快离子导体AgI在400以上具有可与液体电解质可比拟的离子电导率，高导电相是-AgI，其在146 555温度范围内稳定。当AgI
20、从低温的相转变为相（146）时，其电导率增加了个数量级以上。AgI存在多个晶体变种，有、和个相：-AgI低温下稳定，呈六方ZnS型结构；-AgI为介稳定相，立方ZnS型结构,导电能力很差。-AgI由-AgI在146时发生一级相转变而得，为体心立方晶格。22信息材料主题医学知识信息材料主题医学知识4)负离子快离子导体 负离子作为传导离子的快离子导体已有许多种，但传导离子目前主要为O2-和F离子。已研究的负离子快离子导体有以下类型：传导离子 结构类型 示 例 O2离子 萤石型 ZrO2基固溶体，ThO2基固溶体 HfO2基固溶体，GeO2基固溶体 Bi2O3基固溶体 钙钛矿型 LaAlO3基,Ca
21、TiO3基,SrTiO3基 F离子 萤石型 CaF2基固溶体，PbF2基固溶体 MMF4基固溶体 氟铈矿型 (CeF3)0.95(CaF2)0.0523信息材料主题医学知识信息材料主题医学知识5)快离子导体的应用快离子导体的应用快离子导体主要用作原电池的快离子导体主要用作原电池的电解质材料电解质材料。它的应用主要在：。它的应用主要在：电化学基础研究电化学基础研究能源电池能源电池化学传感器等方面。化学传感器等方面。.电化学热力学研究使用快离子导体构成的原电池可以用来研究氧化还原反应的热力学。24信息材料主题医学知识信息材料主题医学知识.化学电池化学电池可以可以采用快离子导体作电解质，将氧化还原反
22、应设计成原电池，开发出新的能采用快离子导体作电解质，将氧化还原反应设计成原电池，开发出新的能源。源。以以Na-Al2O3快离子导体作为电解质，熔熔硫和金属钠作电极，设计的快离子导体作为电解质，熔熔硫和金属钠作电极，设计的Na-S电池反应为：电池反应为：2Na+xSNa2Sx。x决定电池的充电水平。在放电阶段，决定电池的充电水平。在放电阶段，x=5，即放电反应如下：，即放电反应如下：2Na+5SNa2S5 金属钠液金属钠液S(充 电充 电)或硫化钠或硫化钠(放电放电)快离子导快离子导体体-Al2O3Al2O3绝缘体绝缘体Na-S电池电池钠硫电池：钠硫电池：金属钠为负极、硫为正极、陶瓷管为电解质隔
23、膜的二次电池 25信息材料主题医学知识信息材料主题医学知识.化学传感器化学传感器 利用原电池原理，采用快离子导体制成的化学传感器，将化学信息转化为电信号，然后再还原为化学信息，使得化学分析测试温度应用范围更宽，并且将静态取样分析变为即时在线分析。例如以氧化锆快离子导体制成对氧敏感的浓差电池用于5001000时，检出下限为10-21Pa以下的氧分压，应用在钢水现场分析以及污染物分析和废气分析等方面。该电池的构成原理如图4.13所示。待测氧气和参比氧气分压差和电池电压之间关系为：E=RT/4F ln(P“O2PO2)。P“O2（参比）快离子导体 多孔电极PO2 快离子导体ZrO2-CaO2e1/2
24、O2O2-O2-2e1/2O2 O2-PO2 2e2e26信息材料主题医学知识信息材料主题医学知识三、三、透明导电材料透明导电材料透明导电薄膜具有透明和导电双重功能。主要有：金属膜氧化物膜氧化物膜(Transparent Conductive Oxide，TCO)多层复合膜高分子膜等其中氧化物TCO薄膜占主导地位。27信息材料主题医学知识信息材料主题医学知识一般意义上，一般意义上，TCO薄膜具有：薄膜具有：(1)在可见光区在可见光区(400800nm)透射率高，平均透射率透射率高，平均透射率 Tavg80%；(2)电导率高，电导率高，103 -1 cm-1金属透明导电膜：金属透明导电膜：T 8
25、0%，1.0 10-3 cm纯金属纯金属:Au、Ag、Pt、Cu、Al、Cr、Pd、Rh在膜厚低于在膜厚低于20 nm时，均有一定透光率。时，均有一定透光率。缺点缺点：光吸收性强，硬度低，稳定性差。：光吸收性强，硬度低，稳定性差。氧化物膜（氧化物膜（TCO）：）：透明导电氧化物（透明导电氧化物（TCO）：泛指具有透明导电性的氧化物、氮化物、氟化物。）：泛指具有透明导电性的氧化物、氮化物、氟化物。a.氧（氮）化物：氧（氮）化物：In2O3、SnO2、ZnO、CdO、TiN；b.掺杂氧化物：掺杂氧化物：In2O3:Sn(ITO)、ZnO:In(IZO)、ZnO:Ga(GZO)、ZnO:Al(AZO
26、)、SnO2:F、TiO2:Tac.混合氧化物：混合氧化物：In2O3-ZnO、CdIn2O4、CdSnO4、Zn2SnO428信息材料主题医学知识信息材料主题医学知识ITO是是麼？麼？ITO Indium Tin Oxide(In2O3 SnO2)ITO的成分 90wt%In2O3 +10wt%SnO2是一种掺杂SnO2的In2O3的N型半导体。AZO（Aluminum doped Zinc Oxid）：Al2O3掺杂的ZnO，N型半导体也是一类新型透明导电材料。ITO导电玻璃：导电玻璃：在钠钙基或硅硼基基片玻璃的基础上，利用磁控溅射的方法镀上一层氧化铟锡（俗称ITO）膜加工制作成的一种兼具
27、较好导电性与透明性功能材料。LCD用用ITO玻璃有一层玻璃有一层SiO2阻隔层，阻止玻璃阻隔层，阻止玻璃中的钠离子扩散进入进入液晶层发生污染。中的钠离子扩散进入进入液晶层发生污染。29信息材料主题医学知识信息材料主题医学知识透明导电薄膜以掺锡氧化铟（Indium Tin Oxide,ITO）为代表，广泛地应用于平板显示、太阳能电池、特殊功能窗口涂层及其他光电器件领域。PDP、LCD、EL平板显示器,广泛应用于笔记本电脑、台式电脑、各类监视器、数字彩电和手机等电子产品。透明导电薄膜是简单液晶显示器的三大主要材料之一。ITO导电玻璃的分类：导电玻璃的分类：高电阻玻璃（电阻在150500欧姆）普通玻
28、璃（电阻在60150欧姆）低电阻玻璃（电阻小于60欧姆）。高电阻玻璃一般用于静电防护、触控屏幕制作用；普通玻璃一般用于TN类液晶显示器和电子抗干扰；低电阻玻璃一般用于STN液晶显示器和透明线路板。30信息材料主题医学知识信息材料主题医学知识铟锡氧化物透明导电薄膜的结构及其特性一般ITO透明导电膜的品质特性需求：表面电阻低、透光率高、低表面電阻、高透光率、低比電阻值、耐熱性、耐酸鹼性、圖案加工性、電化學安定性、膜表面形狀、低成膜溫度、膜附著機械強度、膜厚及其硬度、膜的外觀、大面積低成本等。两个概念：ITO膜膜和IT膜膜：ITO膜：膜：In2O3与SnO2烧结粉末在电子束等高能量源轰击下蒸镀到预热
29、至300的基板上，形成ITO透明导电薄膜，透明性好，台湾俗称”白膜“。IT膜：膜：不是氧化物，而是In与Sn形成的非晶态合金薄膜，利用溅镀法及室温方法制成的半透明非晶膜，在電極圖案加工和配向膜處理等工程中，使其安定化和透明化，因其呈黑色透明状而在台湾称为”黑膜“。31信息材料主题医学知识信息材料主题医学知识金属特性金属导电的原因：金属键的键结力不强，电子受到外加电位即可自由运动，形成电流。金属不透明的原因：光波被高密的电子吸收及反射32信息材料主题医学知识信息材料主题医学知识一般氧化物特性一般氧化物特性一般氧化物绝缘的原因：金属原子与氧原子形成共价/离子键，原子间不存在自由电子，故不导电。氧化
30、物透明的原因：原子之间的电子都被牢固束缚，对入射光子基本不产生吸收，故有可能透明。（多相结构氧化物不透明）透明材料的禁带宽度大(Eg 3eV)，而载流子(自由电子)少，导电性差33信息材料主题医学知识信息材料主题医学知识ITO薄膜的可見光可穿透薄膜的可見光可穿透能隙寬度約為3.5 4.3 eV，可見光波長範圍對應的能量為1.7 3.1 eV，不足以讓電子在能帶間躍遷而產生光的吸收，故在可見光的範圍內有很高的穿透度。34信息材料主题医学知识信息材料主题医学知识 由于 Sn4+取代 In3+，提供額外的电子。氧空缺 提供两个額外的电子。(O22Vo+2e-)InOSnAbsent O atomSn
31、 substitutionalSn interstitiale-e-e-Sn+ITO导电机制导电机制ITO具有N型半导体特征，导电机制可分为：掺杂机制 与 氧空位机制。In2O3里掺入Sn后，Sn元素可以代替In2O3晶格中的In元素而以SnO2的形式存在，因为In2O3中的In元素是三价，形成SnO2时将贡献一个电子到导带上，同时在一定的缺氧状态下产生氧空穴，形成1020 1021cm-3的载流子浓度和1030cm2/vs的迁移率。这个机理提供了在10-4.cm数量级的低薄膜电阻率。35信息材料主题医学知识信息材料主题医学知识透光率与电导率之间关系透光率与电导率之间关系沉积的 ITO 膜厚度
32、增加，电导率将提高（电阻率降低），透光性变差。薄的ITO材料透明性好，但是阻抗高；厚的ITO材料阻抗低，但是透明性会变差。36信息材料主题医学知识信息材料主题医学知识面電阻在10/m2 以下時，可光透光可達 80%;37信息材料主题医学知识信息材料主题医学知识SnO2掺杂比例的影响掺杂比例的影响当SnO2掺杂比例小于7.5(wt)时，电阻率随SnO2 含量的增加而减小，这是因为Sn 作为施主提供一个载流子，SnO2掺杂比例的增大，样品的载流子浓度增加，因而样品的电阻率下降。但当SnO2 掺杂比例为8(wt)左右时，电阻率下降趋势变缓，进入一个平台区；当SnO2掺杂比例增大到10(wt)时，样品
33、的电阻率基本上没什么变化。38信息材料主题医学知识信息材料主题医学知识膜厚在210 nm 左右SnO2掺杂比例对透光率影响随SnO2含量增加，短波吸收边红移。39信息材料主题医学知识信息材料主题医学知识Sn掺杂量对掺杂量对ITO刻蚀性能影响刻蚀性能影响适合于适合于ITO的常规刻蚀液：的常规刻蚀液：HCl、HCl+HNO3、HNO3、草酸草酸40信息材料主题医学知识信息材料主题医学知识Influence by addition rate of SnO2 on resistivity and transference rate of the film transparence T and refl
34、ectivity R ITO薄膜在可见光区（360780nm）透过率达到90%以上，红外反射（12m）可超过90%。对微波具有明显的衰减作用。如图7所示，ITO膜对可视光几乎是透明的。41信息材料主题医学知识信息材料主题医学知识ITO透明导电玻璃应用 DisplayLiquid Crystal Display(LCD)Plasma Display Panel(PDP)Organic Electro Luminance(OEL)Field Emission Display(FED)Color Filter(CF)Touch Panel ITO透明导电膜玻璃作为面发热体，通电后可以除冰霜，用于飞机
35、挡风玻璃、飞机眩窗、激光测距仪、潜望镜观察窗等，多年来已得到了广泛应用。ITO透明导电膜玻璃面具有相反的红外线通过及反射性能,玻璃面具有优良的红外线通过,衰减量极小，而ITO面具有红外线阻挡反射作用,因而该玻璃具有优良的保温透光性能,已大量用于制造冷藏柜。随着着成本的降低,将可用于房屋节能：夏季时ITO面朝外,阻挡高热红外射入,房间凉爽；冬季玻璃面朝外,太阳红外线可照入房内,房间节能温暖。ITO透明导电膜玻璃对微波具有衰减作用,可达30DB,用于需要电磁屏蔽的场所。如计算机机房、雷达屏蔽保护、家中微波炉视窗等。ITO透明导电膜玻璃作为太阳能电池的重要组成部分,透明电极,大量应用。42信息材料主
36、题医学知识信息材料主题医学知识產品面阻值產 品 類 別應 用 範 圍30040sq.多用於型，尤其是字型符號和小型點陣電子手錶、鬧鐘掌上型計算機家用電器上的顥示器儀表顯示電子帳簿攜帶型遊戲機太陽能電池4015sq.多用於型，可製作小型或大型點陣膝上型電腦攝影機小型液晶彩色電視機筆記型電腦10以下sq.多用於大面積型，以及其它平面顯示器膝上型電腦筆記型電腦液晶彩色電視導航顯示ITO玻璃的應用：玻璃的應用：43信息材料主题医学知识信息材料主题医学知识ITO导电玻璃使用注意：导电玻璃使用注意：任何时候都不容许叠放；一般要求竖向放置；平放操作时，尽量保持ITO面朝下；厚度在0.55mm以下的玻璃只能竖
37、向放置；取放时只能接触四边，不能接触导电玻璃ITO表面；轻拿轻放，不能与其它器具和机器碰撞；如果要长时间存放，一定要注意防潮，以免影响玻璃的电阻和透过率；对于大面积和长条形玻璃，在设计排版时要考虑玻璃基片的浮法方向。44信息材料主题医学知识信息材料主题医学知识ITO ITO 膜、层制备膜、层制备ITO薄膜制备较多采用PVD法（包括磁控溅射法、真空蒸发法）、CVD、PVD、喷涂法、溶胶凝胶法等方法。45信息材料主题医学知识信息材料主题医学知识一般ITO膜膜的製作方法:1.物理气相沉积法物理气相沉积法:Physical Vapor Deposition-Sputtering PVD可分為真空真空蒸
38、镀加热型蒸镀加热型和电子束加热型、离子被覆膜法，以及磁控溅磁控溅镀镀和射频磁控型。2.化学气相沉积法化学气相沉积法:化学气相沉积法则有等离子型、浸镀型和凝胶型46信息材料主题医学知识信息材料主题医学知识Sol-Gel法制备ITO溶胶凝胶法的优点是生产设备简单、工艺过程温度低，易实现制备多组元且掺杂均匀的材料。溶胶凝胶法制备ITO薄膜多以铟、锡的有机醇盐为前驱物。以铟、锡的无机盐为前驱物，采用溶胶凝胶法制备的ITO薄膜，比以有机醇盐为前驱物的溶胶凝胶法制备成本低，该方法制备ITO薄膜具有生产设备简单、成本低的优势。铟、锡的无机盐或 铟、锡的有机醇盐In(OCH2CH3)3等醇、acac等溶剂溶解
39、a c a c 保护下水解In(NO3)35H2O加热溶于acacSnCl4乙醇溶液溶胶涂膜热处理ITO膜Nano-sol47信息材料主题医学知识信息材料主题医学知识真空蒸镀法：真空蒸镀法：成膜机理简单成膜机理简单设备简单设备简单成膜速度快，成膜速度快，ITO质量较好质量较好真空蒸镀原理示意图真空蒸镀原理示意图48信息材料主题医学知识信息材料主题医学知识ITO蒸镀的影响因素蒸镀的影响因素蒸镀衬底温度对蒸镀衬底温度对ITO膜透光率的影响：膜透光率的影响：蒸镀衬底温度对蒸镀衬底温度对ITO膜导电性的影响：膜导电性的影响：沉积温度过低，不利于沉积温度过低，不利于ITO晶体生晶体生长，导电性长，导电性
40、 和和 透光性不佳。透光性不佳。在PET聚脂薄膜上沉积时，反应温度要下降到150度以下，这会导致ITO氧化不完全，之后的应用中ITO会暴露在空气或空气隔层里，它单位面积阻抗因为自氧化而随时间变化。49信息材料主题医学知识信息材料主题医学知识沉积速度对沉积速度对ITO膜性能的影响：膜性能的影响：沉积速度太快，不利于沉积速度太快，不利于ITO晶体晶体生长，透光性生长，透光性 和和 导电性都不利。导电性都不利。50信息材料主题医学知识信息材料主题医学知识波长波长(nm)折射率折射率消光系数消光系数400 2.15 0.025 425 2.1 0.018 450 2 0.01 506 2 0.0087
41、 600 2 0.0065 650 2 0.0044 700 2 0.0042 750 2 0.0042 800 2 0.004 1065 2 0.004 溅镀溅镀ITO玻璃光学性能：玻璃光学性能：51信息材料主题医学知识信息材料主题医学知识Aluminum-doped Zinc Oxide,AZOITO 与 AZO比较ITO 导电性、透光性等综合性能较优，但In有毒，成本高。AZO电性能与透光性好，紫外吸收屏蔽强，红外反射高，对电磁波衰减强，无毒、廉价、稳定。TR52信息材料主题医学知识信息材料主题医学知识四、四、高分子导电材料高分子导电材料Conductive polymeric mate
42、rial一类具有导电功能（包括半导电性、金属导电性和超导电性）、电导率在10-6Sm以上的聚合物材料。高分子导电材料具有密度小、易加工、耐腐蚀、可大面积成膜以及电导率可在十多个数量级的范围内进行调节等特点，不仅可作为多种金属材料和无机导电材料的代用品，而且已成为许多先进工业部门和尖端技术领域不可缺少的一类材料。高分子材料长期以来被作为优良的电绝缘体，直至1977年，日本白川英树等人才发现用五氟化砷或碘掺杂的聚乙炔薄膜具有金属导电的性质，电导率达到105S/m。这是第一个导电的高分子材料。导电聚乙炔导电聚乙炔 一次歪打正着的举世发现！一次歪打正着的举世发现！7070年代年代53信息材料主题医学知
43、识信息材料主题医学知识其它导电高分子其它导电高分子继导电聚乙炔之后，相继开发出了聚乙炔、聚对苯硫醚、聚对苯撑、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩以及TCNQ传荷络合聚合物等。其中以掺杂型聚乙炔具有最高的导电性，电导率达5103104-1cm-1（铜的电导率为105-1cm-1）。CHCHCHCH聚乙炔顺式：=10-7 Scm-1；反式：=10-3 Scm-1聚苯撑 10-3 Scm-1聚并苯 10-4 Scm-1NNNNN热解聚丙烯腈 10-1 Scm-1聚苯硫醚PPS 10-1510-16 Scm-1经AsF5掺杂后，PPS 2102 Scm-1C lC ln N a2SSn2 n N a C lnSS
44、S54信息材料主题医学知识信息材料主题医学知识结构性导电高分子的导电机理来源于存在较大的电子共轭体系。聚乙炔虽有较典型的共轭结构，但电导率并不高。但它们极易被掺杂。经掺杂的聚乙炔，电导率可大大提高。例如，顺式聚乙炔在碘蒸气中进行P型掺杂（部分氧化），可生成(CHIy)x(y0.20.3)，电导率可提高到102104 Scm-1，增加911个数量级。可见掺杂效果之显著。掺杂的顺式聚乙炔在室温下的电导率掺杂的顺式聚乙炔在室温下的电导率掺杂剂掺杂剂掺杂剂掺杂剂/CH（摩尔比）（摩尔比）（-1cm-1）I20.253.60104AsF50.285.60104AgClO40.0723.0102萘钠萘钠0
45、.568.0103(N-Bu)4NClO40.129.7010455信息材料主题医学知识信息材料主题医学知识电荷转移配位聚合物电荷转移配位聚合物56信息材料主题医学知识信息材料主题医学知识高分子导电材料通常分为结构型和复合型两大类：高分子导电材料通常分为结构型和复合型两大类：结构型高分子导电材料结构型高分子导电材料：高分子结构本身或经过掺杂之后具有导电功能的高分子材料。根据电导率的大小又可分为高分子半导体、高分子金属、高分子超导体。按照导电机理可分为电子导电高分子材料和离子导电高分子材料（离聚体）。电子导电高分子材料的结构特点是具有线型或面型大共轭体系，在热或光的作用下通过共轭电子的活化而进行
46、导电。在聚乙炔中掺杂少量碘，成为“高分子金属”；经掺杂后的聚氮化硫，在超低温下可转变成高分子超导体。结构型高分子导电材料用于试制轻质塑料蓄电池、太阳能电池、传感器件、微波吸收材料以及试制半导体元器件等。这类材料由于还存在稳定性差(特别是掺杂后的材料在空气中的氧化稳定性差)以及加工成型性、机械性能方面的问题，尚未进入实用阶段。57信息材料主题医学知识信息材料主题医学知识复合型高分子导电材料：复合型高分子导电材料：由通用高分子材料与各种导电性物质通过填充复合、表面复合或层积复合等方式而制得。导电塑料、导电橡胶、导电涂料、导电胶粘剂以及透明导电薄膜等。复合材料性能与导电填料的种类、用量、粒度和分散状
47、态等有很大的关系。常用的导电填料：金粉、银粉、铜粉、镍粉、钯粉、钼粉、铝粉、钴粉、镀银二氧化硅粉、镀银玻璃微珠、炭黑、石墨、碳化钨、碳化镍等。炭黑虽导电率不高，但其价格便宜，来源丰富，因此也广为采用。采用表面活性剂、偶联剂、氧化还原剂对填料颗粒进行处理后，分散性可大采用表面活性剂、偶联剂、氧化还原剂对填料颗粒进行处理后，分散性可大大增加。大增加。58信息材料主题医学知识信息材料主题医学知识材料名称电导率/(-1cm-1)相当于汞电导率的倍数银6.1710559铜5.9210556.9金4.1710540.1铝3.8210536.7锌1.6910516.2镍1.3810513.3锡8.77104
48、8.4铅4.881044.7汞1.041041.0铋9.431030.9石墨11030.0000950.095碳黑11020.000950.0095部分导电填料的电导率部分导电填料的电导率电阻率电阻率59信息材料主题医学知识信息材料主题医学知识随着电子工业的发展，传送弱电流的导电涂料，胶粘剂和透明导电材料等也应用十分广泛。导电胶ECA在PCB的SMT组装上广泛应用。SMT(Surface Mount Technology，表面安装技术)：在制作好的PCB板上，通过胶粘固定的方式，将各种小型电子元器件快速、简洁可靠的安装到PCB板上相应位置，替代传统钻孔、插脚、波峰锡焊工艺。是当前广泛而实用的P
49、CB组装技术。传统导电胶粘剂为含铅焊料。采用无铅高分子导电胶替代。60信息材料主题医学知识信息材料主题医学知识SMTSMT表面安装技术介绍表面安装技术介绍 表面安装技术SMT，是将表面贴装元器件贴、焊到印制电路板表面规定位置上的电路装联技术。具体地说，就是首先在印制板电路盘上涂布焊锡膏，再将表面贴装元器件准确地放到涂有焊锡膏的焊盘上，通过加热印制电路板直至焊锡膏熔化，冷却后便实现了元器与印制板之间的互联。20世纪80年代，SMT生产技术日趋完善，用于表面安装技术的元器件大量生产，价格大幅度下降，各种技术性能好，价格低的设备纷纷面世，用SMT组装的电子产品具有体积小，性能好、功能全、价位低的优势
50、，故SMT作为新一代电子装联技术，被广泛地应用于航空、航天、通信、计算机、医疗电子、汽车、办公自动化、家用电器等各个领域的电子产品装联中。SMT混合安装工艺流程 61信息材料主题医学知识信息材料主题医学知识传统焊膏（焊料）传统焊膏（焊料）含铅！含铅！毒害毒害聚合物导电胶聚合物导电胶环保、流行环保、流行室温下固化，或室温下固化，或100-150快速固化快速固化 提供元件与电路板之间的机械连接和电气连接 Electric conductive adhesive,ECA 导电胶导电胶三种类型的导电胶：各向同性胶(isotropic)在所有方向均等的导电性，可用于有地线通路的元件；ICA 导电性硅胶(
