电子功能材料的应用与前景探究

张一鸣

摘 要：电子功能材料市场越来越大，对于科研人员来说，研发出成本更低、功能更强大的电子功能材料是极为关键的。文章通过对于常见的几种电子功能材料的概述与应用分析，对其发展前景进行了展望，为其创新研究提出了看法。

关键词：电子功能材料；应用前景；创新

1 电子功能材料概述

1.1 半导体材料

半导体材料的限定性质是它可以掺杂以可控的方式改变其电子特性的杂质。它们在计算机和光伏工业中有着广泛应用，诸如晶体管、激光器和太阳能的器件，寻找新的半导体材料和改进现有材料是材料科学的重要研究领域。最常用的半导体材料是结晶无机固体。这些材料根据其构成原子的周期表组分类。不同的半导体材料的性质不同。因此，与硅相比，化合物半导体具有优点和缺点。例如，砷化镓（GaAs）具有比硅高6倍的电子迁移率，这允许更快的操作、更宽的带隙、允许功率器件在较高温度下工作，并在室温下为低功率器件提供较低的热噪声，其比硅的间接带隙更有利的光电性质，它可以与三元和四元组合物合金化，具有可调节的带隙宽度，允许在所选波长下发光，并且允匹配光纤损耗最小的波长。GaAs也可以半绝缘形式生长，其适合用作GaAs器件的晶格匹配绝缘衬底。相反，硅坚固、便宜、易于加工，而GaAs是脆性和昂贵的，绝缘层不能通过生长氧化层而产生，因此，仅在硅不足的情况下使用GaAs。

1.2 介电材料

主要用于制造电容器。要求材料的电阻率高，介电常量大。种类很多，重要的有金红石（TiO2）瓷，含二氧化钛的复合氧化物陶瓷，如钛酸鈣、钛酸镁、钛酸钡等。云母具有层状结构，易剥离成薄片，适于用作叠层型电容器。六方氮化硼耐高温、导热系数大，是理想的高温导热绝缘材料。白宝石（α-Al2O3）、尖晶石（MgO·Al2O3）等可作电子器件的衬底材料，可在它上面生长单晶硅膜。沉积的绝缘子和电介质在多年来在半导体微电路的开发和制造过程中发挥了重要作用。它们的主要功能是用于隔离电路元件，用作存储电容器的材料，掩蔽或吸收痕量杂质，掩蔽氧气和掺杂物扩散，钝化和保护器件表面，绝缘双层导体线，以及逐渐缩小或平坦化设备。

1.3 磁性材料

永磁体是由被磁化的材料制成的物体并产生其自身的持续磁场。一个日常的例子是用于在冰箱门上的冰箱磁铁。可被磁化的材料也被称为铁磁性或亚铁磁性。这些包括铁、镍、钴、稀土金属的一些合金以及一些天然存在的矿物如石灰石。虽然铁磁和亚铁磁材料是唯一被吸引到磁体的强度足以被普遍认为是磁性的，但所有其它物质通过几种其他类型的磁性之一对磁场作用较弱。铁磁材料包括磁性软材料，如退火磁铁可以磁化，但不易于保持磁化。永久磁铁由硬铁磁材料制成，例如铝镍钴合金和铁氧体，在制造过程中在强磁场中进行特殊加工以对齐其内部微晶结构，使其非常难以退磁。为了使饱和磁体去磁，必须施加一定的磁场，该阈值取决于各材料的矫顽力。硬材料具有高矫顽力，而软材料具有低矫顽力。

2 电子功能材料的应用

2.1 电子功能陶瓷

电子陶瓷或称电子工业用陶瓷，它在化学成分、微观结构和机电性能上，均与一般的电力用陶瓷有着本质的区别。这些区别是电子工业对电子陶瓷所提出的一系列特殊技术要求而形成的，其中最重要的是须具有高的机械强度，耐高温高湿，抗辐射，介质常数在很宽的范围内变化。喷雾干燥的氧化锌陶瓷颗粒可以在宏观上被看作是由混合氧化物，有机添加剂和颗粒内孔组成的附聚物。通过干压制造的压块绿色特性在很大程度上取决于输入颗粒的特性。添加到浆料中的粘合剂、增塑剂、抗絮凝剂和润滑剂形式的有机添加剂在制备具有所需性能如流动性、可压缩性、生坯强度和密度等的粉末中是关键的。已经有几种商业胶乳粘合剂及其共混物研究和比较用于加工氧化锌变阻器粉末的增塑聚乙烯醇。已经发现通过这种新的粘合剂体系可以实现具有改进特性的粉末。具有含有固体含量的标准百分比的胶乳粘合剂的浆料的较低粘度表明增加固体含量的可能性，从而提高喷雾干燥器的效率。

2.2 高精度传感器

目前常用的高精度传感器是激光传感器，其精度主要取决于光的单色性的好坏。激光是最理想的光源，它比以往最好的单色光源（氪-86灯）还纯10万倍。因此激光测长的量程大、精度高。由光学原理可知单色光的最大可测长度L与波长λ和谱线宽度δ之间的关系是L=λ/δ。用氪-86灯可测最大长度为38.5厘米，对于较长物体就需分段测量而使精度降低。若用氦氖气体激光器，则最大可测几十公里。一般测量数米之内的长度，其精度可达0.1微米。

2.3 液晶显示材料

液晶（LC）是在常规液体与固体晶体之间具有特性的状态下的物质。例如，液晶可以像液体一样流动，但其分子可以以类似晶体的方式取向。存在许多不同类型的液晶相，其可以通过其不同的光学性质（例如双折射）来区分。当在显微镜下使用偏振光源观察时，不同的液晶相将看起来具有不同的纹理。纹理中的对比区域对应于液晶分子在不同方向上取向的区域。然而，在一个领域内，分子是有序的。LC材料可能不总是处于液晶相（正如水可能变成冰或蒸汽一样）。液晶可以分为热致沸性，溶致性和金属相。热致溶性和溶致液晶主要由有机分子组成，尽管也有几种矿物质。随着温度的变化，热致变色液晶显示出向液相的相变。溶剂型LC在溶剂（通常是水）中表现出液晶分子的温度和浓度的函数的相变。金属同位素LC由有机和无机分子组成；它们的液晶转变不仅取决于温度和浓度，还取决于无机-有机组成比。

3 电子功能材料的发展前景

我国在新型稀土永磁、生物医用、生态环境材料、催化材料与技术等领域加强了专利保护。但是，我们应该看到，我国功能材料的创新性研究不够，申报的专利数，尤其是具有原创性的国际专利数与我国的地位远不相称。我国功能材料在系统集成方面也存在不足，有待改进和发展。

参考文献

[1]我国新一代信息功能材料及器件技术发展成果显著[J].科技促进发展，2015（02）.

[2]李平舟.电子陶瓷材料及产品与技术解读[J].现代技术陶瓷，2015（03）.

[3]周舟，陈渊，黄轶 .光电信息功能材料与量子物理研究[J].科技创新与应用，2013（07）.

[4]王占国.半导体信息功能材料与器件的研究新进展[J].中国材料进展，2009（01）.