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內容簡介

　　《信息材料概論》作為材料類專業的本科生、專科生及研究生教材，也可作為其他專業學生的信息材料方麵的普及型教材。作者從半導體學、微電子學、光電子學等基礎科學齣發，力圖通俗易懂、深入簡齣地介紹信息材料領域的基本理論、種類、應用和發展，培養學生掌握信息材料領域基本知識。全書包括信息材料導論、微電子材料基礎、光電子材料基礎、信息傳感材料、信息存儲材料、信息傳輸材料、信息顯示材料及信息處理材料等章節，使讀者對信息材料在信息技術領域的應用和發展有一個全方位的瞭解。

內頁插圖

目錄

第1章 導論
1.1 信息材料的發展曆史
1.2 信息材料的分類
1.3 信息材料的應用與發展

第2章 微電子材料基礎
2.1 半導體物理基礎
2.1.1 半導體的性質
2.1.2 半導體材料的能帶結構
2.1.3 半導體材料分類
2.2 集成電路基礎
2.2.1 半導體器件基礎
2.2.2 集成電路技術及其發展
2.2.3 集成電路的分類
2.3 集成電路芯片製造技術
2.3.1 原料提純
2.3.2 單晶矽錠及矽片製造
2.3.3 光刻與圖形轉移
2.3.4 摻雜與擴散
2.3.5 薄膜層製備
2.3.6 互聯與封裝
2.4 集成電路芯片材料
2.4.1 厚膜電子漿料
2.4.2 引綫框架和引綫材料
2.4.3 封裝及封裝材料
2.4.4 集成電路基片材料
2.4.5 其他微電子芯片材料

第3章 光電子材料基礎
3.1 光電子技術概述
3.2 半導體的光學性質
3.2.1 半導體的光吸收特徵
3.2.2 半導體的發光機理
3.3 激光材料
3.3.1 激光原理
3.3.2 激光的特性
3.3.3 常用激光器
3.3.4 激光晶體
3.3.5 激光玻璃
3.3.6 半導體激光介質
3.4 集成光路和光電子集成技術
3.4.1 平麵光波導
3.4.2 集成光路材料
3.4.3 光電子集成迴路材料

第4章 信息傳感材料
4.1 力敏傳感材料
4.1.1 應變電阻材料
4.1.2 半導體壓阻材料
4.1.3 壓電材料
4.2 熱敏傳感材料
4.2.1 熱電勢式測溫傳感器
4.2.2 熱電阻式溫度傳感器
4.2.3 PN結型測溫傳感器與集成電路溫度傳感器
4.2.4 熱釋電式傳感器
4.3 光敏傳感材料
4.3.1 光電效應
4.3.2 半導體光電探測器材料
4.3.3 光電探測器件
4.3.4 攝像材料
4.3.5 光固態圖像傳感器
4.4 磁敏傳感材料
4.4.1 半導體磁敏電阻
4.4.2 霍爾傳感器
4.4.3 強磁性材料
4.4.4 磁敏晶體管
4.5 氣敏傳感材料
4.5.1 氣敏傳感材料的分類和原理
4.5.2 半導體氣敏材料
4.6 濕敏傳感材料
4.7 光縴傳感材料
4.8 生物傳感材料

第5章 信息存儲材料
5.1 磁存儲材料
5.1.1 磁存儲原理
5.1.2 磁存儲係統
5.1.3 磁帶、磁盤存儲材料
5.1.4 磁泡存儲材料
5.1.5 巨磁電阻存儲材料
5.2 半導體存儲器材料
5.2.1 隨機存取存儲器
5.2.2 隻讀存儲器
5.3 光盤存儲材料
5.3.1 隻讀式光盤材料
5.3.2 一次寫入光盤材料
5.3.3 可擦重寫光盤存儲材料
5.4 新型信息存儲材料

第6章 信息傳輸材料
6.1 通信電纜材料
6.1.1 雙絞綫材料
6.1.2 同軸電纜材料
6.2 光縴通信材料
6.2.1 光縴工作原理
6.2.2 光縴的性能
6.2.3 光縴的種類
6.2.4 光縴、光纜製作技術
6.2.5 其他光縴通信係統材料
6.3 微波通信材料
6.3.1 微波傳輸綫材料
6.3.2 鐵氧體微波材料
6.3.3 微波集成電路材料
6.4 GSM數字蜂窩移動通信材料
6.4.1 GSM數字蜂窩移動通信係統
6.4.2 GSM移動通信材料

第7章 信息顯示材料
7.1 陰極射綫顯示材料
7.1.1 陰極射綫管的基本結構與工作原理
7.1.2 CRT熒光粉材料
7.2 液晶顯示材料
7.2.1 液晶分子結構和特性
7.2.2 液晶顯示器的種類及原理
7.2.3 顯示用液晶的種類
7.2.4 液晶顯示器中的其他材料
7.3 等離子體顯示材料
7.3.1 氣體放電機理
7.3.2 等離子體顯示器原理
7.3.3 PDP材料
7.4 場緻發射顯示材料
7.4.1 場緻發射顯示器原理及結構
7.4.2 FED冷陰極材料
7.4.3 FED用熒光粉材料
7.5 電緻發光顯示材料
7.5.1 交流薄膜電緻發光顯示材料
7.5.2 交流粉末電緻發光顯示材料
7.5.3 發光二極管
7.6 電子紙材料
7.7 其他平闆顯示技術
7.7.1 真空熒光顯示
7.7.2 電緻變色顯示
7.7.3 電泳顯示

第8章 信息處理材料
8.1 模擬集成電路材料
8.2 數字集成電路材料
8.3 激光調製材料
8.3.1 電光調製材料
8.3.2 聲光調製材料
8.3.3 磁光調製材料
8.4 非綫性光學材料
8.4.1 非綫性光學效應
8.4.2 非綫性光學材料
8.4.3 非綫性光學材料的應用
參考文獻

精彩書摘

　　導論
　　科學技術的發展是人類社會進步的一個重要推動力。人類社會的每一次科學技術革命都對社會發展和變革起著巨大的作用。托夫勒（A．Toffler）把人類社會曆史概括為三次浪潮，第一次浪潮為農業革命，第二次浪潮為工業革命。而隨著人類科技水平的迅猛發展，隨之而來的則是第三次浪潮。在這次浪潮中，以電子信息産業為代錶的高科技産業異軍突起，在整個國民經濟領域中越來越占據重要的地位，人類社會正在踏入信息社會時代。
　　所謂信息社會，就是信息成為比物資和能源更為重要的資源，以開發和利用信息資源為目的的信息經濟活動迅速擴大，逐漸取代工業生産活動而成為國民經濟活動的主要內容。信息經濟在國民經濟中占據主導地位，並構成社會信息化的物質基礎。以計算機、微電子、光電子和通信技術為主的信息技術革命是社會信息化的動力源泉。信息技術正在從根本上改變人們的生活方式、行為方式和價值觀念。
　　在現實社會中，信息産業已逐漸成為世界強國的重要支柱産業之一，人類越來越依賴於各種信息網絡和信息産品工作、學習和生活。運用現代信息技術對各種信息的收集、存儲、處理、傳遞和顯示，使得人類能以前所未有的速度、深度和廣度去認識自然、改造社會和創新曆史。信息技術領域的每一次進步和革命都成為促進各國經濟、文化和軍事發展的重要推動力，而這些進步和革命又與相關材料領域的創新和發展不可分割。
　　材料是構成整個物質社會的基礎，人類在認識、使用和製造材料領域的每一次進步都成為促進社會生産力發展的重要推動力。隨著現代科學技術的快速發展，人類在材料領域的創新越來越快，各種各樣的新材料大量湧現。這些新材料的研究、生産和應用正成為各國科技和工業發展水平的重要標誌。
　　材料的分類方法有多種。如按材料的性質來分，可分為金屬材料、無機非金屬材料、有機高分子材料和復閤材料等；而按材料的應用來分，又可分為建築材料、生物材料、信息材料等。所謂的信息材料是指用於信息的獲取、存儲、處理、傳遞和顯示的微電子材料和光電子材料。以微電子材料和光電子材料為代錶的信息材料是信息技術的基礎和先導，信息材料領域的每一次創新都會推動信息技術和産業嚮前發展。
　　1．1信息材料的發展曆史
　　信息材料包括微電子信息材料和光電子信息材料兩大類，迴顧它們的發展曆程，就能清楚看齣微電子信息技術和光電子信息技術的發展曆程。
　　微電子技術作為信息技術的基石，發展至今已有五十餘年的曆史。所謂的微電子技術就是指在幾平方毫米的半導體單晶芯片上，用微米和亞微米精細加工技術製成由一萬個以上晶體管構成的微縮單元電子電路和由之而成的各種微電子設備。微電子技術的突飛猛進推動瞭整個世界的重大變化。
　　微電子技術是在傳統的電子技術的基礎上發展起來的。1906年弗列斯特（D．Forest）成功研製齣瞭世界上第一個電子三極管，這種真空玻璃管式電子器件的齣現推動瞭無綫電、雷達、導航、廣播、電視、電子計算機等各種電子技術和設備的發展，開闢瞭人類曆史的一個新紀元。但是電子管技術存在著許多缺陷：體積大、能耗高、成本高、速度慢，與電子技術發展的需求相差甚大。隨著半導體材料、尤其是半導體矽材料的研究進展，給電子技術的發展提供瞭新的機遇。1947年巴丁（J．Bardeen）和沃爾特布拉頓（w．H．Brattain）研製齣世界上第一個點接觸型晶體三極管；1949年肖剋利（w．B．Shockley）提齣瞭P—N結理論，並研製齣實用化的結型晶體三極管，由此推動瞭晶體管技術的工業化生産；1952年達默（G．w．Dummer）首先提齣製造單塊半導體集成電路的思想；1958年，美國得剋薩斯儀器公司的基比爾（J．s．Kilby）和仙童半導體公司的諾伊斯（R．Noyce）幾乎同時發明瞭第一塊鍺集成電路和矽集成電路。集成電路的齣現為微電子技術的發展打下瞭基礎，進而大大推動瞭現代高新技術的飛速發展。
　　集成電路一經麵世，就得到瞭飛速的發展。1962年製成瞭隻有12個元件的集成塊，至1965年已能製造芯片集成度在100個以下的晶體管單元，稱為小規模集成電路（SSI），同年底又齣現瞭集成度在100～1000個單元的中規模集成電路（MsI）。1967年至1973年，集成度達到瞭1000～10萬個單元的大規模集成電路（LsI）。到瞭1978年，在一塊30mm。的芯片上已經發展到集成度為10萬～1。0萬個單元的超大規模集成電路（VLSI）。至1986年和1995年，又先後發展到瞭集成度1000萬～10億個結構單元的甚大規模集成電路（UL—SI）和10億～1000億個結構單元的巨大規模集成電路（GLSI）。
　　集成電路技術的飛速發展，得益於微電子材料研究的大力支持。20世紀50～60年代，隨著集成電路平麵工藝的齣現，導緻矽材料和鍺材料在半導體技術中的地位發生逆轉。矽材料的禁帶寬度比鍺高，其工作溫度較高，適於功率器件的製作；矽在高溫下能氧化成SiO2薄膜，而SiOz薄膜兼有雜質擴散掩膜、絕緣膜和保護膜三重功能，很適閤集成電路平麵工藝；矽的受主和施主的擴散係數幾乎相同，可為集成電路的工藝製作提供更大的自由度。晶體管的性能很大程度上受Si／SiO2界麵的缺陷和SiO2膜中移動電荷的影響，但Si（100）／SiO2界麵隻有十萬分之一的原子鍵形成缺陷，用人工方法很難獲得比此更優質的界麵。矽材料的這些優點促成瞭矽集成電路平麵工藝的迅猛發展，並成為集成電路技術的最重要的基礎材料。
　　早期的集成電路都是雙極型的，1962年後齣現瞭由金屬一氧化物一半導體（M0s）場效應晶體管組成的MOs集成電路。MOS集成電路具有功耗低、適閤於大規模集成等優點，在整個集成電路領域中占的份額越來越大。在早期的MOs技術中，鋁柵P溝MOS晶體管是最主要的技術。20世紀60年代後期，多晶矽取代鋁而成為MOs晶體管的柵材料。20世紀70年代中期，利用LOCOs隔離的NMOS（N溝道MOS晶體管）集成電路開始商品化。20世紀80年代以後，CMOS（互補金屬氧化物一氧化物一半導體）技術迅速成為超大規模集成電路（VLSI）的主流技術。由於CMOS具有功耗低、可靠性高、集成度高等特點，已成為集成電路領域的主流。
　　隨著集成電路規模的不斷提高，對矽片的直徑要求越來越大，而綫寬則越來越小。矽片的製造技術從20世紀80～90年代的6in（綫寬1～0．5Um）、8in（0．5～0．18Um），到2001年開始生産12in（0．13UM）。預計2008年將可以生産直徑為18in、綫寬為0.07～0.05Um的下一代矽片。在矽片生産工藝水平不斷提高的同時，在矽材料的基礎上發展起來的SOI（絕緣層上的矽）材料具有寄生電容小、功耗低、集成度和電路速度高、抗輻照和耐高溫性好等特點，有可能突破矽基集成電路芯片的特徵尺寸極限，從而最有可能成為取代傳統矽片的集成電路用材料。
　　光電子技術則是在20世紀50年代發展起來的，最早得到實際應用的是光電探測器。20世紀50年代中期，可見光波段的CdS、（2dSe光敏電阻和短波紅外PbS光電探測器投入實際應用，幾年後美軍將光電探測器應用於響尾蛇空一空導彈，取得瞭明顯的作戰效果。1960年，梅曼（T．H．Maiman）製成瞭世界上第一颱紅寶石激光器，並獲得瞭694．3nm的激光，引起瞭科學界的轟動。在短短幾年裏，利用各種材料製成的激光器，如氦氖激光器、半導體激光器、釹玻璃激光器、二氧化碳激光器、YAG激光器、染料激光器等紛紛湧現。激光的發明把電子學推到瞭光譜頻段，並開創瞭光電子材料和技術迅猛發展的時代。與電子技術相比，光電子技術具有波長短、相乾性好、分辨率高、存儲和通信容量大等特點，因而在信息技術領域迅速得到廣泛應用。
　　1961年，世界上第一颱激光測距儀發明並迅速應用於軍事領域，其後各種激光製導武器、緻盲武器和激光毀滅性武器相繼問世。同時，激光還成為光通信、光存儲、光顯示和光電子集成電路的光源和信息載體，推動瞭各種信息技術的誕生和蓬勃發展。
　　20世紀70年代，光電子領域的標誌性成果是低損耗光縴材料、ccD技術齣現和半導體激光器的成熟。這些重要進展導緻以光縴通信、光縴傳感、光盤信息存儲與顯示以及光信息處理為代錶的光信息技術迅猛發展。到70年代後期，日本、美國、英國等國相繼開始建設光縴通信骨乾網。1972年，菲利普公司演示瞭模擬式激光視盤，美軍則在越南戰場上開始使用激光製導炸彈。
　　20世紀80年代，隨著超晶格量子阱材料、非綫性光學材料和新型光縴材料的研究進展，使得各種高性能新型激光器、光學雙穩態功能器件、光縴傳感器和光縴放大器等光信息器件相繼問世。到瞭20世紀90年代，光電子技術在通信領域取得瞭極大成功，形成瞭光縴通信産業，各國的通信骨乾網紛紛實現瞭光縴化，並嚮城域網、區域網發展。各種光電子器件的研製取得瞭實質性的進展。半導體激光器實現瞭産業化，各種光無源器件得到瞭長足的發展，光盤存儲技術、CD、VCD、DVD已深入到韆傢萬戶，一些新型光顯示器件如液晶顯示（LCD）、等離子顯示（PDP）也開始走入尋常百姓傢，整個信息産業進入瞭高速發展時期。
　　到瞭21世紀，人類社會正快速步人信息化社會，信息與信息交換量的爆炸性增長對信息的采集、傳輸、處理、存儲與顯示等均提齣瞭嚴峻的挑戰，國民經濟與社會的發展、國防實力的增強等都更加依賴於使用信息的廣度、深度和速度。因此，研究和發展各種高性能信息材料和信息器件，成為世界各國科技界的重要使命。
　　1．2信息材料的分類
　　信息材料主要用於信息的獲取、存儲、處理、傳遞和顯示等。隨著信息産業的迅猛發展，各種信息材料相繼湧現，並逐漸形成瞭門類眾多的材料體係，以滿足各類信息器件製造的需求。按照材料的用途，信息材料又可分為信息處理材料、信息傳遞材料、信息存儲材料、信息顯示材料、信息獲取材料，以及製造和使用這些材料所需的信息基礎材料等。
　　……

前言/序言

　　信息技術是近幾十年來發展最為迅猛的一類技術。隨著人類社會步入信息時代，以微電子技術和光電子技術為代錶的信息産業已成為當今世界的一個主導産業。隨著科學技術的不斷發展，展現在人們麵前的是一個信息爆炸的時代，人們對信息交流需求的激增，推動瞭信息技術的飛速發展。各種信息器件層齣不窮，極大地豐富瞭這個時代的物質生活與精神生活。而諸如電子計算機、電視機、攝影攝像設備、光縴通信設備等信息器件的不斷推齣和更新換代，都是與各種性能優良的信息材料的推齣密切相關，信息材料已成為信息技術的基礎和先導。
　　信息材料是在微電子技術、光電子技術、半導體技術以及功能材料學的基礎上發展起來的一類新型材料，主要用於信息獲取、存儲、處理、傳遞和顯示等設備的製造。對於快速、大容量、多媒體化信息交流的追求，迫切需要各種性能優良的信息材料，用來製造各類新型信息器件。而這些信息器件不斷推陳齣新，也大大刺激瞭信息材料領域的研究與開發，信息材料已經成為不斷發展壯大的龐大傢族。
　　本書作為材料類專業的本科生、專科生及研究生教材，也可作為其他專業學生的信息材料方麵的普及型教材。作者從半導體學、微電子學、光電子學等基礎科學齣發，力圖通俗易懂、深入簡齣地介紹信息材料領域的基本理論、種類、應用和發展，培養學生掌握信息材料領域基本知識。全書包括信息材料導論、微電子材料基礎、光電子材料基礎、信息傳感材料、信息存儲材料、信息傳輸材料、信息顯示材料及信息處理材料等章節，使讀者對信息材料在信息技術領域的應用和發展有一個全方位的瞭解。
　　信息材料領域涉及的知識麵非常廣，作者力圖以由淺入深的方法介紹各類信息材料的原理、功能和應用，但由於作者水平所限和時間倉促，難免存在一些不當之處，敬請讀者批評指正。
　　作者
　　2007年2月

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