介绍了化学与信息技术的核心元件的半导体、光纤和传感器.ppt

* * 第二十章 信息与化学 本章要点 　　本章主要讨论化学与当前社会发展的热点之一——信息科学之间的关系。介绍了化学与信息技术的核心元件的半导体、光纤和传感器等之间的关系 　　本章学习的主要要求为 1. 对化学与信息科学之间相互依赖的紧密关系有一定的了解 2. 对半导体导电机理的晶体能带理论有初步的了解 3. 了解各种半导体材料的制备工艺，明确其主要化学反应 4. 了解光纤、光缆的制造工艺以及化学与光通信材料之间的密切联系 5. 初步了解传感器的工作原理以及化学传感器的作用原理 §20.1 信息技术与化学 ?信息　是客观存在的一切事物所产生的消息、情报、指令、数据、信号中所包含的内容，是事物表现的一种普遍形式 ?信息的基本特征 (1)可识别性 感官直接识别；探测手段间接识别 (2)可转换性 语言、文字、图表、图像可转换为代码、电信、电视信号等 (3)可存储性 可存储在人脑、电脑和书刊等之中 (4)可传输性 传输的速度和效率取决于传输手段和通信工具 (5)可分享性 信息不同于实物，可以分享 ?信息技术（IT，information technology)的三个主要领域 ??传感技术　精确、高效、可靠地采集各种形式的信息　包括遥感、遥测及各种高性能的传感器、换能器和显示器，如卫星遥感、红外遥感、次声和超声检测技术，各种热敏、声敏、味敏、嗅敏及智能传感系统 ??通信技术　高速度、高质量、准确、及时、安全、可靠地传递和交换各种形式的信息　包括光导纤维通信、卫星通信、程控交换、智能终端 ??计算机技术　将向高速度、高智能、多功能、多品种的方向发展，其中包括光计算机、智能计算机、软件系统、网络化等。更加重要的是将传感技术、通信技术和计算机技术结合成具有信息化、智能化和综合化特征的信息网和各种智能信息系统，有效地扩展人类的信息功能，特别是智力功能 ??信息与化学的关系 ——化学的发展，为信息技术提供高、精、新的物质基础　包括电子材料和光电子材料 　　?从形态看，有固体、液体、气体材料 　　?从晶态看，有多晶、单晶、液晶、非晶材料 　　?从成分看，有金属、非金属、单质、化合物，化合物又有无机、有机、高分子化合物 ——信息技术不断给化学提出新的要求，从而为化学的发展注入新的活力、提供新的手段 ——化学与信息技术之间是互相促进、互相推动的关系 表20.1 与信息有关的典型材料实例 物 质 材 料 典 型 用 途 Si GaAs TiNi CdS BaTiO3 ZnS(加激活剂) SiO2(掺杂) LiNbO3 ?-Fe2O3(掺杂) Tb0.75Er2.25Al2.5Fe4.5O1.2 (铁系石榴石单晶) 半导体材料 半导体材料 形状记忆合金① 光电转换材料 压电材料 荧光显示材料 光导纤维 光敏器件 磁记录材料 磁泡材料 二极管 晶体管 集成电路 二极管 晶体管 集成电路 传感驱动器 太阳能电池 光电转换开关 声传感器 彩色电视显像管 光导通信 红外传感器 磁带 计算机存储器 20.2.1 半导体的分类和导电性 1． 半导体的分类(略) 2． 半导体的导电机理(略) 3． 半导体组成与禁带宽度的关系(略) ? ?20.2.2 硅半导体材料的制备 ?概况　由硅石?粗硅?高纯多晶硅（纯度在9个“9”以上(99.9999999％以上)?单晶硅 1． 粗硅的制备 ??粗硅　又称工业硅，纯度在95％?99％的硅 ??反应要点　高温1600℃?1800℃ ??原因　　　　SiO2(s)十2C(s)＝Si(s)十2CO(g) ?RGm°=582.07kJ·m01-1，?RHm°＝689.94kJ·m01-1，?RSm°＝358.1 J·mol-1?K-1。需高温才能变为?RGm°＝?RHm°－?RSm°?0。 ??粗硅中杂质多，可用酸洗法初步提纯，高纯硅还需进一步提纯 2． 多晶硅的制备 ?概况 ??由粗硅合成SiHCl3或SiCl4或SiH4中间体，精馏提纯后，用氢气还原或热分解而制得多晶硅 ??三种方法各有特点，其中三氯代硅烷产量大、质量高、成本低的优点，是当前制取多晶硅的主要方法 ?关于三氯代硅烷(SiHCl3) ??SiHCl3的制备　多用粗硅与干燥氯化氢在200℃以上反应 Si十3HCl==SiHCl3+H2 实际反应极复杂，除生成SiHCl3外，还可能生成SiH4、SiH3Cl、SiH2Cl2、SiCl4等各种氯化硅烷，其中主要的副反应是 2Si十7HCl＝SiHCl3十SiCl4十3H2 ??性质　又称或硅氯仿，结构与SiCl4相似，为四面体型。SiHCl3稳定性稍差，易水解 SiHCl3十2