漫谈迈入21世纪新材料.pptx

迈入21世纪新材料2004 年 2 月目 录序言信息功能材料半导体材料光电子材料能源功能材料超导材料磁性材料贮能材料燃料电池 生物材料与智能材料医用生物材料仿生材料工业生产中的生物模拟智能材料及智能系统宇航及动力机械材料材料制备工艺及检测纳米材料科学技术材料设计不同类型材料的发展金属结构材料工程陶瓷及其它无机非金属材料有机高分子材料先进复合材料碳素材料结束语 序 言21世纪时代特征: (1) 人口、资源(能源)、环境（生态）三大压力; (2) 信息与经济的全球一体化; (3) 知识经济时代意味着科学技术与教育将受到更高的重视 (5) 国防与战争仍是促进科学技术发展的动力 (4) 人类社会在发生变化： 寿命延长(器官更换，生物工程) 生活水平提高(加速资源消耗) 交往频繁(信息网络、交通运输) (6) 人的质量是社会进步的决定性因素（教育将受到重大重视， 创新环境十分重要）(一)信息时代的信息功能材料仍是最活跃的领域信息功能材料 是指信息获取、传输、转换、 存储、 显 示或控制所需材料。半导体材料(1) 以硅为基础的微电子技术仍将占十分重要位置。芯片特征尺寸以每三年缩小 计, 到2010年可能到极限(0.07μm)（量子效应、磁场及热效应、制作困难、投资大）。 但不同档次的硅芯片在21世纪仍大量存在，并将有所发展。 * 在绝缘衬底上的硅（SOI，SiOn Insulator) :功能低、低漏电、集成度高、高速度、工艺简单等。SOI器件用于便携式通信系统，既耐高温又抗辐照。 * 集成系统（IS，Integrated System)：在单个芯片上完成整系统的功能，集处理器、存储器直到器件设计于一个芯片 (System on a Chip)。 * 集成电路的总发展趋势：高集成度、微型化、高速度、低功耗、高灵敏度、低噪声、高可靠、长寿命、多功能。为了达到上述目标，有赖于外延技术（VPE，LPE，MOCVD 及 MBE）的发展，同时对硅单晶的要求也愈来愈高。表1为集成电路的发展对材料质量的要求。表1 集成电路发展对材料质量的要求首批产品出现年代1999200220052008工艺水平（ ?m)0.180.130.100.07 DRAM256 M1 G4 G16 G硅片直径 (mm)200300300450表面关键杂质 (At / cm 2) (10 9)? 13? 7.5? 5? 2.5局部平坦度（nm)? 180? 130? 100? 100光散射缺陷(个/ cm2)? 0.29? 0.14? 0.06? 0.03(2)第二代半导体材料是Ⅲ-Ⅴ族化合物 GaAs 电子迁移率是Si的6倍（高速），禁带宽（高温）广泛用于高速、高频、大功率、低噪音、耐高温、抗辐射器件。 GaAs用于集成电路其处理容量大100倍，能力强10倍，抗辐射能力强2个量级，是携带电话的主要材料。InP 的性能比 GaAs 性能更优越，用于光纤通讯、微波、毫米波器件。（3）第三代半导体材料是禁带更宽的SiC、GaN及金刚石。（4）下一代集成电路的探索 光集成 原子操纵光电子材料21世纪光电子材料将得到更大发展 电子质量：10-31 Kg / 电子 电子运动：磁场、电阻热、电磁干扰、光高速、 传输（容量大、损耗低、高速、不受 电磁干扰、省材料）光电子材料包括：（1） 激光材料（20世纪60年代初） 激光：高亮度、单色、高方向性 红宝石（Cr+++:Al2O3 ） 掺钕钇铝石榴石（Nd:YAG)（2） 非线性光学晶体（变频晶体） KDP（磷酸二氢钾）、KTP（磷酸钛氢钾） LN（铌酸锂）、BBO（偏硼酸铝）、 LBO（三硼酸锂）…（3）红外探测材料（军用为主） HgCdTe、 InSb、 CdZnTe、 CdTe（4）半导体光电子材料，见表2表2 主要化合物半导体及其用途领域材 料器 件用 途微电子GaAs、InP 超高速 IC电脑GaAs FET携带电话光电子GaAs InP Sb InAs LD光通讯GaAs 红外 LED遥控耦合器GaP、GaAs、GaAsP、GaAlAs、InGaAlP LEP出外显示器CdTe、CdZnTe、HgCdTe—热成像仪InSb、CdTe、HgCdTe、PbS、PbZnTe—红外探测器GaAs、InP、GaSb—太阳能电池（5）显示材料 发光二级管（LED）如表 3表3 LED 发光材料及可见光区发 光 尺衬 底发光颜色波长（nm) Ga0.65Al0.35As GaAs红 660 GaAs0.35P0.65(N) GaP红 650 GaAs0.1P0.9(N) GaP橙 610 GaAs0.1P0.9(N) GaP黄 583 GaP Gap绿 555 GaNΑ-Al2O3蓝 490 SiC