新型电子材料性能的发展和研究

摘要：电子材料产业是现代电子工业发展中的主要动力，是国家经济支柱性产业。近年来，随着电子工业技术的日新月异，即将取代电子材料的聚合物及其它新型材料正在不断问世。本文将就几种新型电子材料的性能进行简述，同时对其发展前景和今后的发展进行了展望。

关键词：电子工业；新型材料；发展特点；发展问题

电子材料产业作为我国经济体系中的重要组成部分，影响整个社会经济发展，为顺应电子产品和技术的不断发展和升级换代，电子材料的发展是首当其冲的问题，其中新型电子材料的研究更是亟待解决的重点问题。但与国外发达国家相比，我国电子材料产业发展还较为落后，在发展过程中也出现了诸多问题，所以要想研究新型电子材料，必先深入了解和分析我国电子材料产业发展。

一、我国电子材料产业存在的问题及建议

1.随着科学技术的不断发展，信息技术、网络技术和计算机技术等被广泛应用于各大行业，增加了电子材料的需求量，同时有对电子材料的品种、质量及功能提出了新要求，使电子材料越来越趋向于技术化，且技术的种类越来越复杂化。

2.我国虽然是电子产品消费和制造大国，但不可否认的是我国电子产品技术多源于外国发达国家，很多高端电子技术都被西方发达国家所垄断，这对于中国电子材料产业的健康持久性发展是非常不利的。其次，电子材料产品层次较低，高层次电子材料研发人才匮乏。电子材料研发需要高理论知识水平和技术水平，运用专业学科宽度大，因此需要高精尖人才的不断补充，创新才能适应其发展需求。

3.针对以上问题提出的几点建议：第一，相关政府部门为电子材料产业提供经济支持，以营造出良好的外部环境，要根据电子材料产业发展需求，出台促进产业发展的专项政策，如电子材料产业的发展路线图等；第二，充分利用国际的创新资源，积极参与国际技术联盟，并积极扩展国际市场和申请国外专利，以实现国际化经营；第三，加强电子技术人才培养，积极引进优秀的国内外人才，提高对专业技术、经营管理和技能等人才的培养力度以吸取更先进的技术及管理经验。

二、常见电子材料概述

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。不同的半导体材料的性质不同。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。

2.介电材料

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。

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。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。

三、新型电子材料的发展与应用

1. 电子功能陶瓷

电子陶瓷也称电子工业用陶瓷，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。

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。

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。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。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。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。

4.新型纳米电子材料

纳米电子材料的出现，使人们对电导电阻的研究又进入了一个新的层次。碳纳米管（CNTS）是由单层或多层同心石墨片卷曲而成的无缝中空管，长约几微米到几十微米，直径4-30nm。碳纳米管是典型的富勒烯，其结构与球烯和石墨相似，中间是石墨片卷曲而成，两端是半个球烯的笼状结构。因其结构独特，电学性能和机械性能强大，使它成为了一种新型准一维的纳米电子材料，目前碳纳米管也是材料物理最前沿的研究领域之一。

以纳米技术制造的电子器件，其性能大远远优于传统的电子器件。第一，纳米电子器件工作速度是硅器件的1000倍，因而可使产品性能大幅度提高。第二，纳米电子器件功耗仅为硅器件的1/1000。第三，纳米电子器件信息存储量大，在一张不足巴掌大的5英寸光盘上，至少可以存储30个北京图书馆的全部藏书。第四，纳米电子器件体积小、重量轻的特点，可使各类电子产品体积和重量大为减小。

结束语

综上所述，我国电子材料产业发展发展过程还存在对外依存度过高、产品层次较低、企业规模偏小、技术人才匮乏等问题。今后电子材料市场将越来越大，对于科研人员来说，研发出成本更低、功能更強大的新型电子材料是极为关键的。

参考文献

[1] 张镇，宋涛，王本力. 我国电子材料产业发展研究[J]. 新材料产业，2016，05：2-10.

[2] 李言荣，谢孟贤，张万里等.纳米电子材料与器件[M].北京：电子工业出版社，2005.

[3] 袁刚，尹德君，曾宏.新型电力节能金具的试验研究[J].四川电力技术，2010（5）.

[4]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）.

作者简介：姬静远（1989—），女，汉，天津，初级工程师，硕士，研究方向：半导体（BFD激光器相关方向）.

（作者单位：华慧芯科技（天津）有限公司）