電子功能材料的應用與前景探究

張一鳴

摘 要：電子功能材料市場越來越大，對于科研人員來說，研發出成本更低、功能更強大的電子功能材料是極為關鍵的。文章通過對于常見的幾種電子功能材料的概述與應用分析，對其發展前景進行了展望，為其創新研究提出了看法。

關鍵詞：電子功能材料；應用前景；創新

1 電子功能材料概述

1.1 半導體材料

半導體材料的限定性質是它可以摻雜以可控的方式改變其電子特性的雜質。它們在計算機和光伏工業中有著廣泛應用，諸如晶體管、激光器和太陽能的器件，尋找新的半導體材料和改進現有材料是材料科學的重要研究領域。最常用的半導體材料是結晶無機固體。這些材料根據其構成原子的周期表組分類。不同的半導體材料的性質不同。因此，與硅相比，化合物半導體具有優點和缺點。例如，砷化鎵（GaAs）具有比硅高6倍的電子遷移率，這允許更快的操作、更寬的帶隙、允許功率器件在較高溫度下工作，并在室溫下為低功率器件提供較低的熱噪聲，其比硅的間接帶隙更有利的光電性質，它可以與三元和四元組合物合金化，具有可調節的帶隙寬度，允許在所選波長下發光，并且允匹配光纖損耗最小的波長。GaAs也可以半絕緣形式生長，其適合用作GaAs器件的晶格匹配絕緣襯底。相反，硅堅固、便宜、易于加工，而GaAs是脆性和昂貴的，絕緣層不能通過生長氧化層而產生，因此，僅在硅不足的情況下使用GaAs。

1.2 介電材料

主要用于制造電容器。要求材料的電阻率高，介電常量大。種類很多，重要的有金紅石（TiO2）瓷，含二氧化鈦的復合氧化物陶瓷，如鈦酸鈣、鈦酸鎂、鈦酸鋇等。云母具有層狀結構，易剝離成薄片，適于用作疊層型電容器。六方氮化硼耐高溫、導熱系數大，是理想的高溫導熱絕緣材料。白寶石（α-Al2O3）、尖晶石（MgO·Al2O3）等可作電子器件的襯底材料，可在它上面生長單晶硅膜。沉積的絕緣子和電介質在多年來在半導體微電路的開發和制造過程中發揮了重要作用。它們的主要功能是用于隔離電路元件，用作存儲電容器的材料，掩蔽或吸收痕量雜質，掩蔽氧氣和摻雜物擴散，鈍化和保護器件表面，絕緣雙層導體線，以及逐漸縮小或平坦化設備。

1.3 磁性材料

永磁體是由被磁化的材料制成的物體并產生其自身的持續磁場。一個日常的例子是用于在冰箱門上的冰箱磁鐵。可被磁化的材料也被稱為鐵磁性或亞鐵磁性。這些包括鐵、鎳、鈷、稀土金屬的一些合金以及一些天然存在的礦物如石灰石。雖然鐵磁和亞鐵磁材料是唯一被吸引到磁體的強度足以被普遍認為是磁性的，但所有其它物質通過幾種其他類型的磁性之一對磁場作用較弱。鐵磁材料包括磁性軟材料，如退火磁鐵可以磁化，但不易于保持磁化。永久磁鐵由硬鐵磁材料制成，例如鋁鎳鈷合金和鐵氧體，在制造過程中在強磁場中進行特殊加工以對齊其內部微晶結構，使其非常難以退磁。為了使飽和磁體去磁，必須施加一定的磁場，該閾值取決于各材料的矯頑力。硬材料具有高矯頑力，而軟材料具有低矯頑力。

2 電子功能材料的應用

2.1 電子功能陶瓷

電子陶瓷或稱電子工業用陶瓷，它在化學成分、微觀結構和機電性能上，均與一般的電力用陶瓷有著本質的區別。這些區別是電子工業對電子陶瓷所提出的一系列特殊技術要求而形成的，其中最重要的是須具有高的機械強度，耐高溫高濕，抗輻射，介質常數在很寬的范圍內變化。噴霧干燥的氧化鋅陶瓷顆粒可以在宏觀上被看作是由混合氧化物，有機添加劑和顆粒內孔組成的附聚物。通過干壓制造的壓塊綠色特性在很大程度上取決于輸入顆粒的特性。添加到漿料中的粘合劑、增塑劑、抗絮凝劑和潤滑劑形式的有機添加劑在制備具有所需性能如流動性、可壓縮性、生坯強度和密度等的粉末中是關鍵的。已經有幾種商業膠乳粘合劑及其共混物研究和比較用于加工氧化鋅變阻器粉末的增塑聚乙烯醇。已經發現通過這種新的粘合劑體系可以實現具有改進特性的粉末。具有含有固體含量的標準百分比的膠乳粘合劑的漿料的較低粘度表明增加固體含量的可能性，從而提高噴霧干燥器的效率。

2.2 高精度傳感器

目前常用的高精度傳感器是激光傳感器，其精度主要取決于光的單色性的好壞。激光是最理想的光源，它比以往最好的單色光源（氪-86燈）還純10萬倍。因此激光測長的量程大、精度高。由光學原理可知單色光的最大可測長度L與波長λ和譜線寬度δ之間的關系是L=λ/δ。用氪-86燈可測最大長度為38.5厘米，對于較長物體就需分段測量而使精度降低。若用氦氖氣體激光器，則最大可測幾十公里。一般測量數米之內的長度，其精度可達0.1微米。

2.3 液晶顯示材料

液晶（LC）是在常規液體與固體晶體之間具有特性的狀態下的物質。例如，液晶可以像液體一樣流動，但其分子可以以類似晶體的方式取向。存在許多不同類型的液晶相，其可以通過其不同的光學性質（例如雙折射）來區分。當在顯微鏡下使用偏振光源觀察時，不同的液晶相將看起來具有不同的紋理。紋理中的對比區域對應于液晶分子在不同方向上取向的區域。然而，在一個領域內，分子是有序的。LC材料可能不總是處于液晶相（正如水可能變成冰或蒸汽一樣）。液晶可以分為熱致沸性，溶致性和金屬相。熱致溶性和溶致液晶主要由有機分子組成，盡管也有幾種礦物質。隨著溫度的變化，熱致變色液晶顯示出向液相的相變。溶劑型LC在溶劑（通常是水）中表現出液晶分子的溫度和濃度的函數的相變。金屬同位素LC由有機和無機分子組成；它們的液晶轉變不僅取決于溫度和濃度，還取決于無機-有機組成比。

3 電子功能材料的發展前景

我國在新型稀土永磁、生物醫用、生態環境材料、催化材料與技術等領域加強了專利保護。但是，我們應該看到，我國功能材料的創新性研究不夠，申報的專利數，尤其是具有原創性的國際專利數與我國的地位遠不相稱。我國功能材料在系統集成方面也存在不足，有待改進和發展。

參考文獻

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