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《固体电子导论》课件THE FIRSTLESSON OFTHE SCHOOLYEARCONTENTS目录•固体电子学基础•固体材料的电子性质•固体材料的电导特性•固体材料的磁学性质•固体电子器件01固体电子学基础固体电子学简介固体电子学定义固体电子学是一门研究固体电子材料、器件和系统的科学,主要关注电子在固体材料中的行为和性能固体电子学应用在信息技术、通信、能源、医疗等领域有广泛应用,如集成电路、太阳能电池、医学成像等固体电子学的发展历程19世纪末至20世纪初电子学的初创期,主要研究金属导体的导电性120世纪初至中期半导体材料和晶体管的发现,开启固体电子学的2发展20世纪末至今集成电路、微电子和光电子技术的飞速发展,推3动固体电子学的进步固体电子学的研究内容固体电子材料的性质研究不同固体电子材料的电学、光学和热学性质,以及其与电子行为的关系固体电子器件的原理与设计探讨固体电子器件的工作原理、设计方法和技术,如晶体管、集成电路等固体电子系统的集成与优化研究如何将多个固体电子器件集成在一起,实现系统性能的最优化01固体材料的电子性质金属的电子性质金属导电金属热导金属中的自由电子在电场作用下流动,形成金属中的自由电子与晶格振动相互作用,传电流递热量金属光学性质金属磁性金属对光的吸收和反射特性金属中自由电子的磁矩与晶格相互作用,产生磁性半导体的电子性质半导体导电半导体热导半导体中存在带负电的自由电半导体中载流子与晶格相互作子和带正电的空穴,形成导电用,传递热量载流子光吸收与发光半导体磁性半导体对光的吸收和发射特性,半导体中载流子磁矩与晶格相用于光电器件互作用,产生磁性绝缘体的电子性质绝缘体导电绝缘体中电子被束缚在原子或分子轨道上,难以形成自由电子光吸收与发光绝缘体中电子跃迁产生光吸收和发射绝缘体热导绝缘体中声子传递热量绝缘体磁性绝缘体中原子或分子的磁矩相互作用,产生磁性复合材料的电子性质复合材料导电复合材料热导复合材料由不同材料组成,其导电性复合材料中各组分材料的热导率和界能取决于各组分材料的导电性质和界面热阻共同决定整体热导性能面状态复合材料光学性质复合材料磁性复合材料的光学性能取决于各组分材复合材料中各组分材料的磁性和界面料的光学性质和界面散射磁耦合共同决定整体磁性01固体材料的电导特性电导的基本概念电导表示固体材料传导电流的能力,单位为西门子(S)电阻电导的倒数,表示固体材料对电流的阻碍作用,单位为欧姆(Ω)电导率表示固体材料电导能力的物理量,单位为西/米(S/m)金属的电导特性01金属具有良好的导电性,其电导率较高02金属的电导主要依赖于自由电子的运动金属的电导率随温度升高而降低,表现出03金属的热敏特性金属的电导率受金属的纯度、晶格结构、04金属的晶体缺陷等因素影响半导体的电导特性半导体的电导率较低,介半导体的电导主要依赖于于金属与绝缘体之间空穴和自由电子的运动半导体电导率随温度升高半导体的电导率受半导体而增大,表现出半导体的材料的能带结构、掺杂、热敏特性缺陷等因素影响绝缘体的电导特性绝缘体的电导率随温度升高绝缘体的电导率极低,通常而略有增大,表现出绝缘体可以忽略不计的热敏特性绝缘体的电导率受绝缘体材绝缘体的电导主要依赖于极料的能带结构、晶格结构、少数载流子的运动缺陷等因素影响复合材料的电导特性复合材料的电导特性取决复合材料的电导率可能表于其组分材料的性质以及现出各向异性,即不同方复合材料的微观结构和制向上的电导率存在差异备工艺A BC D复合材料的电导率受复合通过调整复合材料的组分材料的界面效应、颗粒尺和微观结构,可以实现对寸、分散均匀性等因素影复合材料电导特性的调控响01固体材料的磁学性质磁性的基本概念磁性01物体吸引铁、钴、镍等物质的性质磁矩02描述磁性材料内部磁偶极子的总磁性强度磁化03材料在磁场中被极化的过程铁磁材料的磁学性质铁磁材料在磁化和消磁过程中的滞后现象磁滞回线铁磁材料内部存在自发磁化的区域磁畴结构铁磁材料在磁场中具有高磁导率高磁导率亚铁磁材料的磁学性质010203亚铁磁性磁矩方向磁化机制亚铁磁材料具有较弱的磁性,通亚铁磁材料中磁矩方向可以自发亚铁磁材料的磁化机制与铁磁材常由两种或多种铁磁性离子组成取向料不同,通常涉及交换作用和各向异性反铁磁材料的磁学性质反铁磁性宏观无磁性反铁磁材料在零磁场下具有自发磁化强度,但由于自发的磁化强度相互抵消,反铁磁材料在在磁场作用下会被抵消宏观尺度上表现为无磁性交换作用反铁磁材料中相邻自旋之间存在强烈的交换作用复合材料的磁学性质复合材料由两种或多种材料组成,通过物理或化学方法结合在一起增强效应通过组合具有不同磁学性质的组分材料,可以产生增强或特殊的磁学性质应用广泛复合材料的磁学性质使其在电子、通信、医疗等领域具有广泛的应用前景01固体电子器件半导体器件半导体二极管利用半导体材料制成的二极管,具有单向导电性,常用于信号检测、放大和整流等晶体管由三个半导体区域组成的电子器件,具有电流放大作用,是现代电子设备的基本元件集成电路将多个电子元件集成在一块衬底上,实现电路功能的小型化、高效化集成电路集成电路是将多个电子元件集成在一块衬底上,实现电路功能的小型化、高效化按集成度可分为小规模集成电路(SSI)、中规模集成电路(MSI)、大规模集成电路(LSI)和超大规模集成电路(VLSI)集成电路在计算机、通信、消费电子等领域有广泛应用,是现代电子工业的基石光电转换器件光电二极管将光信号转换为电信号的光电传感器,常用于光通信、激光测距等领域太阳能电池利用光电效应将太阳光转换为电能的装置,是可再生能源技术的重要发展方向LED发光二极管,可将电能转换为光能,具有高效、节能、长寿命等特点传感器与执行器传感器能够感知外部环境变化并转换为电信号的装置,如温度传感器、压力传感器等执行器接收电信号并转换为机械运动的装置,如电动马达、步进电机等感谢观看THANKSTHE FIRSTLESSON OFTHE SCHOOLYEAR。