新型電子材料性能的發展和研究

摘要：電子材料產業是現代電子工業發展中的主要動力，是國家經濟支柱性產業。近年來，隨著電子工業技術的日新月異，即將取代電子材料的聚合物及其它新型材料正在不斷問世。本文將就幾種新型電子材料的性能進行簡述，同時對其發展前景和今后的發展進行了展望。

關鍵詞：電子工業；新型材料；發展特點；發展問題

電子材料產業作為我國經濟體系中的重要組成部分，影響整個社會經濟發展，為順應電子產品和技術的不斷發展和升級換代，電子材料的發展是首當其沖的問題，其中新型電子材料的研究更是亟待解決的重點問題。但與國外發達國家相比，我國電子材料產業發展還較為落后，在發展過程中也出現了諸多問題，所以要想研究新型電子材料，必先深入了解和分析我國電子材料產業發展。

一、我國電子材料產業存在的問題及建議

1.隨著科學技術的不斷發展，信息技術、網絡技術和計算機技術等被廣泛應用于各大行業，增加了電子材料的需求量，同時有對電子材料的品種、質量及功能提出了新要求，使電子材料越來越趨向于技術化，且技術的種類越來越復雜化。

2.我國雖然是電子產品消費和制造大國，但不可否認的是我國電子產品技術多源于外國發達國家，很多高端電子技術都被西方發達國家所壟斷，這對于中國電子材料產業的健康持久性發展是非常不利的。其次，電子材料產品層次較低，高層次電子材料研發人才匱乏。電子材料研發需要高理論知識水平和技術水平，運用專業學科寬度大，因此需要高精尖人才的不斷補充，創新才能適應其發展需求。

3.針對以上問題提出的幾點建議：第一，相關政府部門為電子材料產業提供經濟支持，以營造出良好的外部環境，要根據電子材料產業發展需求，出臺促進產業發展的專項政策，如電子材料產業的發展路線圖等；第二，充分利用國際的創新資源，積極參與國際技術聯盟，并積極擴展國際市場和申請國外專利，以實現國際化經營；第三，加強電子技術人才培養，積極引進優秀的國內外人才，提高對專業技術、經營管理和技能等人才的培養力度以吸取更先進的技術及管理經驗。

二、常見電子材料概述

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。不同的半導體材料的性質不同。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。

2.介電材料

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。

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。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。

三、新型電子材料的發展與應用

1. 電子功能陶瓷

電子陶瓷也稱電子工業用陶瓷，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。

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。

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。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。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。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。

4.新型納米電子材料

納米電子材料的出現，使人們對電導電阻的研究又進入了一個新的層次。碳納米管（CNTS）是由單層或多層同心石墨片卷曲而成的無縫中空管，長約幾微米到幾十微米，直徑4-30nm。碳納米管是典型的富勒烯，其結構與球烯和石墨相似，中間是石墨片卷曲而成，兩端是半個球烯的籠狀結構。因其結構獨特，電學性能和機械性能強大，使它成為了一種新型準一維的納米電子材料，目前碳納米管也是材料物理最前沿的研究領域之一。

以納米技術制造的電子器件，其性能大遠遠優于傳統的電子器件。第一，納米電子器件工作速度是硅器件的1000倍，因而可使產品性能大幅度提高。第二，納米電子器件功耗僅為硅器件的1/1000。第三，納米電子器件信息存儲量大，在一張不足巴掌大的5英寸光盤上，至少可以存儲30個北京圖書館的全部藏書。第四，納米電子器件體積小、重量輕的特點，可使各類電子產品體積和重量大為減小。

結束語

綜上所述，我國電子材料產業發展發展過程還存在對外依存度過高、產品層次較低、企業規模偏小、技術人才匱乏等問題。今后電子材料市場將越來越大，對于科研人員來說，研發出成本更低、功能更強大的新型電子材料是極為關鍵的。

參考文獻

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作者簡介：姬靜遠（1989—），女，漢，天津，初級工程師，碩士，研究方向：半導體（BFD激光器相關方向）.

（作者單位：華慧芯科技（天津）有限公司）