电子信息材料课后习题总结第一章1、简述集成电路芯片的制造流程：答：原料的制备与提纯；单晶硅锭及硅片的制造；光刻与图形转移；掺杂与扩散；薄层沉积;互联与封装。
2、简述动态随机存取存储器与静态随机存储器的异同点：答：相同点:都属于半导体存储材料，二者都是可读可写的随机存储器；不同点：静态随机存储器的存储单元是由双稳态触发器组成（由若干个MOS晶体管组成），在没有外接触发信号作用时触发器状态稳定，只要不断电即可长期保存所写入的信息；动态随机存储器的存储单元是利用MOS管的栅极电容对电荷的暂存作用来存储信息的，为了保存好信息需要不断地刷新操作，定期给栅极电容不充电荷。
3、何为信息存储材料，简述其存储机理。
答：信息存储材料是指用于各种存储器的一些能够用来记录和存储信息的材料。
存储机理：这种材料在一定强度的外场的作用下会发生从某种状态到另一种的突变，并能在变化后的状态保持比较长的时间，而且材料的某些物理性质在状态变化前后有很大差别，因此，通过测量存储材料状态变化前后的这些物理性质，数字存储系统就能区别材料的这两种状态并用0和1 来表示它们，从而实现存储。
4：常用的衬底材料有哪些？比较其各自的优缺点。
答：(1)Si材料: 优点：Si元素存储量丰富，无毒，具有较宽的能带间隙，制造成本低；缺点：硅单晶片的内部及表面微缺陷不易消除；（2）GeSi材料：载流子迁移率高，能带和禁带宽度可调，且与硅的兼容性好，利用这种材料可以运用能带工程和异质结合技术来提高半导体器件的功能。
（3）SOI材料：优点：高速、低压、低功耗、耐高温、短沟道效应小，抗干扰和抗辐射能力强，彻底消除体硅CMOS电路中的寄生闩锁效应。
缺点：材料生长技术复杂，成本较高。
（4）GaN材料：优点：具有很高的电子饱和速度，击穿场强大，禁带宽度大，具有极高的热稳定性和化学稳定性。
缺点：体单晶制备困难，而且不易找到性能好和价格低的衬底材料。
第二章2、介电陶瓷的用途有哪些？目前最具活力的是什么？将来可能的研究热点有哪些？答：（1）I类陶瓷介质主要用于制造高频电路中使用的陶瓷介质电容器；Ⅱ类陶瓷介质主要用于制造低频电路中使用的陶瓷介质电容器；Ⅲ类陶瓷介质主要用于制造汽车、电子计算机等电路中要求体积非常小的陶瓷介质电容器。
（2）目前最具活力的是微波介电陶瓷。
（3）将来可能的研究热点：厚膜混合集成电路技术、MCM多层基板、低温共烧陶瓷技术、多层陶瓷电容器、微波陶瓷元器件的凝胶注模成型工艺、微波介质陶瓷薄膜。
3、现用TiO 2来制备半导体电容器，设计0.5cm 厚，直径2cm 的柱形电容器，其电容量大 概有多少？如何不改变材料而进一步提高其电容量大小？答：假设TiO 2为金红石型，取其介电常数ε=180F/m ，则其电容C=εdS =180×50π=2866.24C. 由公式C=εdS 得，不改变材料，即ε不变，要想提高电容C ，则可以增大电容器直径或减小厚度. 4、BaTiO 3室温下是良好的绝缘体，ρv =1012Ω.cm ，在直流100V 电压下，用BaTiO 3制造的1cm 厚的元器件其介质损耗为多少？答：单位体积内的损耗功率p=2E /ρ=2d U ⎛⎫ ⎪⎝⎭/ρ，带入数据，求得p=210-w.第三章1、何为压电效应？那类晶体才可能具有压电效应？图示说明产生压电效应的原因（照片） 答：某些电介质晶体通过外加机械作用使晶体极化，导致介质两端面出现符号相反的束缚电荷，电荷密度与外力成反比，由于机械力的作用而使晶体表面产生束缚电荷的现象称为正压电效应，反之，在晶体上施加电场，将产生与电场强度成正比的应变或者机械应力，这种现象称为逆压电效应，这两种效应统称为压电效应。
不具有对称中心的不导电（或者半导电）的离子晶体或者由离子团组成的分子晶体可能具有压电效应。
2、热释电效应是什么？热释电晶体与压电晶体有何异同？ 答：由于温度的变化而使某些晶体的自发极化改变的现象就是热释电效应。
相同点：具有中心对称的晶体不可能产生这两种效应；都是要求晶体不导电（介电体）。
不同点：压电效应不要求晶体有自发极化，而自发极化是热释电效应的必要条件；发生这两种效应的晶体点群不同；对于热释电晶体仅当存在与其他轴都不相同的极轴时才发生，二压电效应只要是中心不对称的晶体都有可能发生；机械力可沿着某一方向作用而引起总电矩的变化，而晶体均匀受热时在各个方向等量膨胀总电矩不会发生变化。
3：什么是铁电性？解释电滞回线的形成过程。
答：在热释电晶体中，有些晶体不但在某温度范围内具有自发极化，而且其自发极化强度可以因外场的反向而反向，这种性质称为铁电性。
4、压电材料的机械品质因数代表了什么？答：机械品质因数是描述压电材料机械振动时，内部能量消耗程度的参数，这种能量消耗的原因主要在于内耗；机械品质因数越大，能量损失越小。
5、压电陶瓷与压电晶体相比有何优点？介绍其应用情况。
答：制造容易，可做成各种情况；可以任意选择极化轴方向；易于调控陶瓷的组分而得到各种性能的材料；成本低，适于大量生产。
主要应用于制造超声、水声、电声换能器，陶瓷滤波器，陶瓷变压器以及点火、引发装置等。
此外还可用压电陶瓷制作表面波器件、电光器件和热释电探测器等。
6、PZT陶瓷的改性方法有哪些？并叙述不同改性方法的效果。
答：PZT陶瓷的改性主要是通过离子置换形成固溶体或添加少量杂质，以获得所需要的性能。
（1）以等价离子置换Pb2+或（Zr,Ti）4+以形成固溶体；能一定程度上抑制铅挥发，促进材料致密化。
（2）添加不等价离子化合物（施主添加物——“软性”压电陶瓷、受主添加物——“硬性”压电陶瓷、变价化合物——PZT性能介于软性和硬性之间）。
（3）锆酸铅——锆钛酸铅——ABO3多元系压电陶瓷，获得致密度高的均匀陶瓷体提高各项参数。
第四章1、半导体气敏传感器有哪几种类型？其各自特点是什么？答：（1）电阻型半导体气敏传感器1）烧结型：制作方法简单，器件寿命长，但机械强度不高，电极材料较贵重，电性能较差；2）薄膜型：制作方法简单，气敏性好，但这种薄膜为物理附着，器件间性能差异较大；3）厚膜型：元件离散度小，机械强度高，适合大批量生产。
（2）非电阻型气敏器件：制造工艺成熟，便于器件集成化，性能稳定且价格便宜。
2、简述气敏元件的工作原理，为什么大多数气敏器件都附有加热器？答：以常用的半导体气敏传感器为例说明其工作原理：利用气体在半导体表面的氧化和还原反应导致敏感元件阻值发生变化从而检测气体类别，浓度和成分。
附有加热器是用以将附着在敏感元件表面上的尘埃、油雾等烧掉，加速气体的吸附，从而提高期间的灵敏度和响应速度。
加热器的温度一般控制在200-400摄氏度。
3、如何提高半导体气敏传感器对气体的选择性和气体检验灵敏度？答：对气敏材料选择合适的制备方法；材料薄膜化；在气敏材料中掺入合适的杂质（贵金属或者金属氧化物）或者制成复合材料；选择合适的烧结温度和工作温度以获得最佳的气敏性能；元件的林敏度随着被测试气体浓度的增加而增加，故适当的提高被测气体浓度；第五章1、简述电池的工作原理，举例比较几种化学电池。
答：工作原理：（1）组成电池的两个电极进行氧化还原反应“共轭”产生，并且分别在两个分开的区域进行；（2）两个电极的活性物质进行氧化还原反应时，所需的电子必须有外电路传递；（3）反应自发进行；（4）两电极间有电解质提供电池内部离子导电。
分类：（1）一次性电池：小型、携带方便，放电电流不大（2）二次性电池：充放电能反复多次循环使用（3）储备电池：使用前处于惰性状态，使用时注入电解质使电池激活（4）燃料电池：电池本身是载体，连续注入活性物质而长期不断放电2、镍氢电池电极材料选择的依据及主要的应用现状。
答：正极材料：采用Ni(OH)2,改善球形Ni(OH)2的形状、化学组成、粒度分布、结构缺陷和表面活性等，用以进一步提高材料的振实密度、放电容量及循环稳定性等。
负极材料：满足以下条件：1）电化学储氢容量高，在较宽的温度范围不发生太大的变化：2）在氢的阳极氧化电位范围内，储氢合金具有较强的抗阳极氧化能力；3）在碱性电解质溶液中合金组分的化学性质相对稳定；4）反复充放电过程中合金不易分化，制成的电极能保持形状稳定；5）合金应有良好的电和热的传导性；6）原材料成本低廉。
应用现状：已用于家用电器、通信卫星和各种航天器上，如哈勃望远镜和载人空间站，商用NH-Ni电池用量最大领域仍是手机和笔记本电脑。
3、对比分析锂离子电池相比其他电池的主要优缺点。
答：优点：1）工作电压高2）能量密度高3）安全性能好，循环寿命长4）无记忆效应5）自放电小6）工作环境温度范围宽7）对环境无污染缺点：1）成本高2）必须有特殊的保护电路，以防止过充3）工作电压变化较大4、试分析燃料电池的电催化原理。
答：燃料电池的基本原理相当于电解反应的逆向反应，在电池的负极上进行的是燃料的氧化过程，而正极上进行的是氧化剂的还原过程，燃料及氧化剂在电池的阴极和阳极上借助催化剂的作用，电离成离子，由于离子能通过两电极中间的电解质在电极间迁移，在阴电极、阳电极间形成电压，在电极同外部负载构成回路时就可向外供电。
燃料电池的基本反应是氢的氧化和氧的还原，由于氢的氧化反应和氧的还原反应的过电位都较高，因此，不管是直接的或间接的燃料电池，都必须在电极上添加一定量的电催化剂，才能加速电极反应。
5、比较燃料电池不同体系的特点及应用。
答：（1）磷酸型燃料电池：在电池寿命、燃料和氧化剂中杂质的可允许度、成本和可制造性等方面兼顾的最好，但热电效率低，需要较昂贵的催化剂，不适于作移动动力源。
主要应用于不停电电源系统，如计算机和医院等。
2）熔融碳酸盐型燃料电池：发电效率高，燃料煤来源充分，投资低，空气污染小，无热污染，不需冷却水，无噪声，占地面积小；但碳酸盐的高腐蚀性、鎳的蠕变、气体泄漏等均会使电池寿命变短。
主要应用于电站。
3）固体氧化物型燃料电池：燃料适应性强、无漏液腐蚀、不需要贵金属催化剂、规模和安装地点灵活。
主要应用于发电、热电联供、交通、空间宇航。
4）质子交换膜型燃料电池：工艺结构简单，开发投入少，可在室温下快速起动运行，安全可靠，系统规模可调，比功率高。
主要用于可移动电源和电动车辆。
5）碱性燃料电池：工作温度低，需用高性能催化剂，制造成本高，主要用于少数特定场合如宇航、海洋等。
第六章1、何谓磁电阻效应？磁电阻效应包括哪些种类？答：在通有电流的金属或半导体上施加磁场时，其电阻值将发生明显的变化这种效应称为M R效应。
包括正常磁电阻和反常磁电阻效应。
2、何谓自旋霍尔效应？自旋霍尔效应与经典霍尔效应有何异同？答：在外加电场中，材料中自旋向上的电子和自旋向下的的电子由于各自形成的磁场方向相反，会各自向相反地两边堆积，这就是自旋霍尔效应SHE；相同点：在外加场中，电子都偏离原来的运动轨迹；在样品两侧产生电荷（自旋）积累；不同点：经典是在导体或者半导体中通有电流并在垂直于电流方向外加磁场；而自旋是外加电场，由于电子的自旋运动产生方向相反的磁场；经典的本质是运动的载流子在磁场中受到洛伦兹力的作用而横向运动，产生电压；自旋是自旋磁矩的流动而产生自旋积累并没有静的电荷流动。