为适应电子整机和设备小型化、轻量化、薄型化、 数字化、多功能，现在社会要求电子元器件的开发生 产必须向小型化、高集成化、片式化发展；电子材料 今后将尽可能长适应电子元器件的这些要求。
电子材料的要求和选用原则 纳米电子材料、复合材料等新型电子材料 电子材料的发展动态
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1.3.1 现代社会对电子材料的要求
物质尺度到了纳米级后，由于表面电子能级（费米面）的变化
（Kubo效应）导致了纳米材料具有许多奇特的性能，从而使其具备
奇异性和反常性，能使多种多样的材料改性，用途极为广泛。上述 五种效应是纳米材料的基本特性，它使纳米粒子和纳米固体呈现许 多奇异的物理性质、化学性质；
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纳米材料的基本单元包括：
•零维：纳米尺寸的粒子 •一维：纳米粗细尺寸的棒、管、线 •二维：指空间一维处于纳米尺度，如超薄膜、
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2 量子尺寸效应
当粒子尺寸下降到一定值时，金属费米能级附近的电子能
级由准连续变为离散能级的现象，纳米半导体微粒存在不
连续的最高能级占据分子轨道和最低未被占据的分子轨道 能级的能隙变宽现象均称为量子尺寸效应。
微粒尺寸 量子尺寸效应 特性显著不同。
根据Kubo理论，分立能级的平均间距δ 与颗粒中的电子数N成反比，δ =4EF/3N， 显然当块状金属中电子浓度N很大时，电子能谱可以看作是连续的，当金属颗粒尺 寸减少时，能级δ 将随之增大，这些分立的能级不能按连续的能带论处理。呈现出 量子尺寸效应。
物体的表面积与体积之比称为比表 面积，这个数据对纳米材料的性质 具有重要影响。球形颗粒的表面积 与直径的平方成正比，其体积与直 径的立方成正比，故其比表面积与 直径成反比。随着颗粒直径变小， 比表面积将会显著增大，说明表面 原子所占的百分比将会显著增加。
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表面原子数占全部原子数的 比例和粒径间的关系
界面相关效应：纳米铜材的超塑性（中科院卢柯）,纳米粒子界面 中原子的超快扩散能力导致了纳米铜具有超塑变形的能力。
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1.3.4 电子材料发展动态
1. 先进电子材料
纳米材料、仿生智能材料、先进复合材料、生物电子材料等
2. 有机电子材料
有机导电、压电、光电、磁电等
3. 电子薄膜(主流)
4. 计算机技术与电子材料
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1.2 电子材料的分类与特点
1.2.1 在国民经济中的地位 1.2.2 电子材料的特点 1.2.3 电子材料的分类 1.2.4 电子材料对环境的要求
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1.2.1 在国民经济中的地位
电子材料是指与电子工业有关的、在电子学与微
电子学中使用物材料，是制作电子元器件和集成电路
的物质基础。 材料、能源和信息技术是当前国际公认的新科技 革命的三大支柱。电子材料处于材料科学与工程的最 前沿。
导致微粒的磁、光、电、热及超导性等与宏 观
பைடு நூலகம்
例如：对银微粒而言，由d=14nm，当 N=6*1023/cm3时，能级间距δ /k约为1，故
当温度低于1K时，有可能出现量子效应。通常量子效应是在低温、小尺寸条件下 才可能呈现出来。
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3 体积效应
当超细微粒的尺寸与光波波长、德布罗意波长以及超 导态的相干长度或透射深度等物理尺寸相当或更小时，晶 体周期性的边界条件被破坏，导致声、光、磁、热、力等 特性呈现新的效应。
多层膜、超晶格对应称为：量子点、量子线、
量子阱
•三维：纳米尺寸晶粒的三维块材料
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1 表面效应
粒子直径减少到纳米级，表面原子数 和比表面积、表面能都会迅速增加；处于 表面的原子数增多，使大部分原子的周围 （晶场）环境和结合能与大块固体内部原 子有很大的不同：表面原子周围缺少相邻 的原子，有许多悬空键，具有不饱和性质， 易与其它原子相结合，故具有很大的化学 活性。
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1.2.4 电子材料对环境的要求
电子材料在做成元器件和集成电路之后，还应具 备一致性和稳定性，能够承受各种恶劣的环境。主 要表现在以下几方面： 1. 温度 2. 压力 3. 湿度 4. 环境中的化学颗粒及尘埃 5. 霉菌和昆虫 6. 辐射 7. 机械因素
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1.3 电子材料的应用与发展动态
概念与界定 分类与特点 应用与发展动态
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1.1 电子材料的概念与界定
电子材料：是以发挥其物理性能（如光、电、 磁、声、热等）或物理与物理性能之间、力学 与物理性能之间、化学与物理性能之间相互转 换的特性为主而用于电子信息工业的材料。 判别材料是否属于电子材料，要注意两方面： ①看其所利用的功能。 ②其应用的指向性，即电子信息工业。

纳米铜晶体的自扩散是传统晶体的1016—1019倍 PbTiO3、BaTiO3等典型铁电体纳米化后——顺电体 铁磁性物质（5nm）——出现极强的顺磁效应 惰性的 Pt纳米微粒化后——Pt黑是活性极好的催化剂 金属纳米微粒后——无金属光泽，对光显示极强的吸 收性
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4 宏观量子隧道效应
第一章 电 子 材 料 概 述
前
言
电子材料是当前材料科学的一个重要方面,品种多、 用途广、涉及面宽。是制作电子元器件和集成电路的基 础，是获得高性能高可靠先进电子元器件和系统的保证。 同时还广泛应用于印制电路板和微线板、封装用材料、 元器件和整机、电信电缆和光纤、各种显示器及显示板， 以及各种控制和显示仪表等等。
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习题
1.何谓电子材料。 2.如何判别电子材料？ 3.电子材料在国民经济中有何作用？ 4.电子材料的特点是什么？ 5.阐述电子材料的分类。 6.什么是结构电子材料、功能电子材料、传统电子材料、先进电 子材料？ 7.电子材料对环境有何要求？ 8.现代社会对电子材料的要求是什么？ 9.电子材料的选用原则是什么？ 10.简述电子材料今后的发展方向。 11.了解纳米材料的特性及应用。
电子材料的优劣直接影响电子产品的质量，与电
子工业的经济效益有密切关系。一个国家的电子材料 的品种数量和质量，成了一个衡量该国科学技术、国 民经济水平和军事国防力量的主要标志。
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1.2.2 电子材料的特点
多学科交叉性。 对先进技术的依赖性。 种类繁多、更新换代快、性能价格比不断改善。
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1.2.3 电子材料的分类
按用途分：结构电子材料和功能电子材料。 • 结构电子材料是指能承受一定压力和重力，并能保持尺寸和大 部分力学性质（强度、硬度及韧性等）稳定的一类材料； • 功能电子材料是指除强度性能外，还有特殊性能，或能实现光、 电、磁、热、力等不同形式的交互作用和转换的非结构材料； 按组成（化学作用）分：无机电子材料和有机电子材料 • 无机电子材料以可分为金属材料(以金属键结合）和非金属材料 （以离子键和共价键结合）； • 有机电子材料主要是指高分子材料（以共价键和分子键结合）； 按材料的物理性质和应用领域分: • 按材料的物理性质分：导电材料、超导材料、半导体材料、绝 缘材料、压电铁电材料、磁性材料、光电材料和敏感材料等。 • 按应用领域分：微电子材料、电器材料、电容器材料、磁性材 料光电子材料、压电材料、电声材料等； 传统电子材料与先进电子材料
近来年，人们发现一些宏观量，例如微颗
粒的磁化强度、量子相干器件中的磁通量
以及电荷等亦具有隧道效应，称之为宏观
量子隧道效应。宏观量子隧道效应指的是
波的隧穿而不是微观粒子的隧穿。 限定了磁带、磁盘进行信息存储的时间极限
确立了现在微电子器件进一步微型化的极限
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5 界面相关效应
由于纳米结构材料中有大量的界面，与单晶材料相比，纳米结构材料具有 反常高的扩散率，它对蠕变、超塑性等力学性能有显著影响；可以在较低 的温度对材料进行有效的掺杂，并可使不混溶金属形成新的合金相；出现 超强度、超硬度、超塑性等
1. 结构与功能相结合 2. 智能化 3. 减少污染 4. 节省能源 5. 长寿命与可控寿命
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1.3.2 电子材料的选用原则
1. 根据元器件性能参数 2. 根据元器件结构特点 3. 根据元器件工艺特点 4. 按已知定律或法则 5. 按经济原则
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1.3.3 纳米电子材料
纳米材料的特征 定义：纳米材料是三维空间尺寸中至少有一维处于纳米量级（1100nm）的尺度范围内或由此作为基本单元构成的材料。包括：纳 米微粒、纳米结构、纳米复合材料； 纳米效应：表面效应（界面和表面的悬键）、量子尺寸效应、体 积效应、宏观量子隧道效应、界面相关效应。