电子材料思考题

电子材料思考题

1电子材料具有哪些特点？

1) 与电子本身特点密切相关，电子的各种特点以及各种特点的组合形成电子材

料独有的特性

2) 在电子学与微电子学中广泛使用

3) 与信息技术交叉

4) 决定电子器件和电路系统的效能

5) 受温度、压力、湿度、环境清洁度、霉菌或动物、辐射、机械因素影响

6) 电子材料的革新引起社会的变革与进步

2如果要对电子材料进行掺杂改性，该如何选择掺杂剂？

1)

2)

3)

4) 离子大小 晶体结构 电价的影响 离子的类型与键性

3简述液晶材料的结构特征

1) 近晶相：分子排列分层，具有作同一方向排列的特征，比较接近晶体。

2) 向列相：杆状分子广泛的平行排列，分子取向有序，位置则是随机的。

3) 胆甾相：由相互重迭的“向列相”平面旋转一定角度堆积而成。

4比较表面、晶界、相界、分界面的异同

异：定义不同

同：1）都为分相面

2）尺寸很小

3）都是缺陷聚集地

4）晶体内的周期性在此中断

5）能量与内部不同，比内部大

5表面层原子会采取哪些形式企图与体内原子排列达成一致？ 内在因素：1）弛豫—共格相界

2）重构—准共格相界

3）超结构—非共格相界

外在因素：（1）吸附；（2）合金

6若要对某个电子材料的表面元素价态、成份以及表面形貌进行定性分析，可采取哪些手段？

表面元素价态——电子能谱（光电子能谱、俄歇电子能谱）

成分——原子发射光谱、X 荧光射线、电子探针

表面形貌——透射电子显微镜、扫描电子显微镜

7简述PN 结的形成原理。掺杂浓度与PN 结宽度的关系是什么？ 形成原理：P 型半导体与N 型半导体相连接，空穴与电子相互扩散形成的动态平衡空间电荷区，掺杂浓度越高，PN 结越窄。因为掺杂浓度越高，进行扩散的电子与空穴不能扩散太深就被符合了，因此PN 结会变窄。

8画出PN 结的伏安特性曲线，为什么存在死区电压？

PN 结内部存在内建电场，因此利用PN 结的单向导电性时，必须要破坏内建电场的平衡，那么与内建电场方向相反的外加电场就必须大于内建电场，这样PN 结才能导电，因此在外加电场达到某一值之前，是没有电流的，这个值就是死区电压。

9简述超导材料的特性

1) 零电阻效应：超导体的电流能长时间维持恒定而不衰竭

2) 临界磁场效应：温度不变，逐渐增大磁场达到某特定值时超导态转变为正常

态，此特定值称临界磁场B C 。超导态不仅要求温度低于T C ，且要求磁场小于B C ，而正常态只要满足T >TC 和B >BC 两个条件之一即可。

3) 迈斯纳效应（完全抗磁效应）：将超导体置于磁场仍保持超导态，或在磁场

中由正常态转变为超导态，超导体都将把磁感应线完全排斥到体外去, 此现象称迈斯纳效应或完全抗磁性

4) 同位素效应：同种超导材料不同同位素的临界温度TC 与原子量M 有一定关

系

5) 约瑟夫森效应：处于超导夹层中的绝缘层厚度小到一定值时，①电子对能够

以隧道效应穿过绝缘层，②在势垒两边电压为零的情况下，将产生直流超导电流，③在势垒两边有电压时，还会产生特定频率的交流超导电流

10列表比较导电、半导体和超导材料的不同

11比较理想导体和超导体的相同点和不同点

理想导体：电阻为零，体内磁场与所经路径有关，磁场恒定但不一定为零 超导体：电阻为零，体内磁场与所经路径无关，磁场恒为零

超导体一定是理想导体，但理想导体不一定是超导体

相同点：①零电阻，②内部磁场恒定，③临界温度，④介电常数为零

12什么是介电常数和损耗？其物理意义是什么？

介电常数：介质在外加电场时会产生感应电荷而削弱电场，原外加电场(真空中) 与最终介质中电场比值，又称诱电率，用ε表示。

意义：物质对外电场的感应。（在外电场感应下产生极化的能力）

介电损耗：在电场作用下，由于介质电导和介质极化的滞后效应，在其内部引起的能量损耗。若是交流电场，和流过介质的电流相位与外加电场相位之间的差有关，称为损耗角。

意义：交流电场作用下，介电常数是复数，虚数部分反映了损耗。

13钛酸钡等铁电材料为什么具有比石英、钛白粉等材料更高的介电常数？

14简述含钛陶瓷的半导化机理

1) 施主掺杂法

2) 强制还原法

3) AST 法

15指出压电、铁电、热释电材料的晶体结构和电性能的不同之处。 压电材料：晶体结构中无对称中心；

正压电效应：在极性晶体上施加压力、张力、切向力时，则发生与应力成比例的 介质极化，同时在晶体两端将出现正负电荷。

逆压电效应：在极性晶体上施加电场引起极化，则将产生与电场强度成比例的变形或机械应力。

热释电材料：具有非对称中心且具有自发极化的晶体

热释电效应：一些晶体受热时，在晶体两端（表面）将会产生数量相等而符号相反的电荷，这种由于热（温度）变化而产生的电极化现象被称为热释电效应。 铁电材料：存在自发极化，且自发极化有两种或多种可能的取向，在电场作用下，其取向可以改变，具有多个非对称中心。

铁电性：在一些电介质晶体中，晶胞的结构使正负电荷中心不重合而出现电偶极矩，产生不等于零的电极化强度，使晶体具有自发极化，晶体的这种性质叫铁电性。

16微波有哪些特点？作为微波介质材料有哪些要求？

特点：

1) 波长短、频率高，在微波波段不能再用“路”的概念而要用“场”的概念，

不能再用低频集中参数的传输线、电容、电感等，必须采用分布参数元件如波导器件。

2) 微波振荡周期（10-9~10-12s ）与电子管内电子度越时间（~10-9s ）相当，微波

振荡产生和放大已不能使用普通电子管，而要用微波固体器件。

3) 微波传播具有“似光性”，即微波能量可以集中，也可以定向发射，可穿透

电离层。

4) 微波的能量是10-4~10-6eV 之间，恰与原子、分子能级之差相当，可利用这一

特点研究物质结构。

要求：

1) 介电常数大——器件体积小

2) 损耗小（品质因素Q 值高）——工作效率高

3) 介电温度系数小，频率温度系数小——工作稳定性高

17简述居里-外斯定律。如果要使居里峰展宽或向高温区移动，可以采取何种措施？

居里—外斯定律描述居里温度T

c

ε= C/(T-T0) +ε∞ C 为居里常数，表明在居里温度附近要发生介电异常

T 0为居里—外斯特征温度，略低于T c

措施：

1) 加入移动剂可以将居里峰移动到工作温区的中部

2) 加入展宽剂可以使居里峰压低并展宽

3) 对A 位或者B 位离子进行替代，将使晶格发生畸变，如果畸变是张紧的，

居里峰将变宽

4) 当晶界中含有较大量的杂质或玻璃相时，亦会使居里峰压低并展宽

18画出铁电材料的电滞回线。联系ABO3结构的铁电材料，对电滞回线的形成进行描述。

19比较超导、导体、半导体、铁电体的介电常数高低，并说明原因 介电常数：ε超导体

20简述激光晶体产生激光的原理

自发光子（自发发射） 基态原子 受激原子

激发其它原子（受激发射） 原子由激发态回到基态产生光子，为自发发射，因为起初激发态不定且原子是随机释放光子，光子的波长不定，因此不可能产生激光。

而受激发射时，原子是有组织地发射光子。原子释放的光子具有特定的波长，此波长取决于激发态和基态之间的能量差。如果光子（拥有一定能量和相位）碰到另一个原子，且该原子拥有处于相同激发状态的电子，即可引起受激发射。第一个光子可以激发或引导原子发射光子，而后发射的光子（即第二个原子发射的光子）按与进入光子相同的频率和方向振荡。