功能材料-功能玻璃課件

1、碩士研究生課程碩士研究生課程功能材料功能材料吉林大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院吉林大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 功功 能能 玻玻 璃璃講授：孫彥彬講授：孫彥彬 由于原子能、電子工業(yè)、計算機、醫(yī)療、激由于原子能、電子工業(yè)、計算機、醫(yī)療、激光等近代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展及國防工業(yè)的需要，光等近代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展及國防工業(yè)的需要，玻璃材料和其他無機非金屬材料一樣，發(fā)展玻璃材料和其他無機非金屬材料一樣，發(fā)展非常迅速。在玻璃分類中把許多新型玻璃材非常迅速。在玻璃分類中把許多新型玻璃材料歸入特種玻璃。功能玻璃是指與傳統(tǒng)玻璃料歸入特種玻璃。功能玻璃是指與傳統(tǒng)玻璃結(jié)構(gòu)不同的、有某一方面獨特性能的、有專結(jié)構(gòu)不同的、有某一方面獨特性能的

2、、有專門用途的、或者制造工藝有明顯差別的一些門用途的、或者制造工藝有明顯差別的一些新品種新品種“玻璃玻璃”。功能玻璃近年來發(fā)展迅速，。功能玻璃近年來發(fā)展迅速，它除了具有普通玻璃的一般性質(zhì)以外，還具它除了具有普通玻璃的一般性質(zhì)以外，還具有許多獨特的性質(zhì)，如磁光玻璃的磁有許多獨特的性質(zhì)，如磁光玻璃的磁-光轉(zhuǎn)換光轉(zhuǎn)換功能、聲光玻璃的聲光特性、導(dǎo)電玻璃的導(dǎo)功能、聲光玻璃的聲光特性、導(dǎo)電玻璃的導(dǎo)電性、記憶玻璃的記憶特性等。電性、記憶玻璃的記憶特性等。新型功能玻璃材料的開發(fā)主要依賴于如新型功能玻璃材料的開發(fā)主要依賴于如CVD、PVD、等離子濺射、溶膠、等離子濺射、溶膠-凝膠、材料復(fù)合等凝膠、材料復(fù)合等各種

3、高新技術(shù)、新工藝在玻璃制造中的巧妙各種高新技術(shù)、新工藝在玻璃制造中的巧妙運用，這些巧妙運用賦予功能玻璃材料許多運用，這些巧妙運用賦予功能玻璃材料許多新的特性，使其塑造成具有各種專用功能的新的特性，使其塑造成具有各種專用功能的特性材料從而為現(xiàn)代光量子技術(shù)提供了更特性材料從而為現(xiàn)代光量子技術(shù)提供了更新的材料和器件。新的材料和器件。隨著材料制備手段的不斷提高和發(fā)展，新技隨著材料制備手段的不斷提高和發(fā)展，新技術(shù)、新工藝的出現(xiàn)，玻璃材料的開發(fā)日新月術(shù)、新工藝的出現(xiàn)，玻璃材料的開發(fā)日新月異，具有各種探索性能的玻璃不斷的涌現(xiàn)出異，具有各種探索性能的玻璃不斷的涌現(xiàn)出來。來。新型功能玻璃就是采用高純原料、新型技

4、術(shù)、新型功能玻璃就是采用高純原料、新型技術(shù)、新的制備方法或在特殊的條件下形成的具有新的制備方法或在特殊的條件下形成的具有某種特殊功能的玻璃或無機非晶態(tài)材料，它某種特殊功能的玻璃或無機非晶態(tài)材料，它與通常玻璃相比具有許多明顯的特征，主要與通常玻璃相比具有許多明顯的特征，主要表現(xiàn)在：表現(xiàn)在： (1)玻璃化方面，通常玻璃是在大氣中進行熔玻璃化方面，通常玻璃是在大氣中進行熔融而制得的，而新型功能玻璃是采用超急冷融而制得的，而新型功能玻璃是采用超急冷法、溶膠法、溶膠-凝膠法、凝膠法、PVD法、法、CVD法以及特法以及特種氣氛等方法而制得的；種氣氛等方法而制得的；(2)成型方面，通常玻璃主要產(chǎn)品是板材、管

5、成型方面，通常玻璃主要產(chǎn)品是板材、管材、成瓶、成纖等，而新型功能玻璃則是微材、成瓶、成纖等，而新型功能玻璃則是微粉末、薄膜、纖維狀等；粉末、薄膜、纖維狀等； (3)在加工方面，通常玻璃采用燒制、研磨、在加工方面，通常玻璃采用燒制、研磨、急冷強化等方法，而新型功能玻璃則采用結(jié)急冷強化等方法，而新型功能玻璃則采用結(jié)晶化、離子交換法、分子濺射、分相、微細晶化、離子交換法、分子濺射、分相、微細加工技術(shù)等；加工技術(shù)等；(4)在用途方面，通常玻璃主要用于建筑、容在用途方面，通常玻璃主要用于建筑、容器、光學(xué)制品等，而新型功能玻璃主要用于器、光學(xué)制品等，而新型功能玻璃主要用于光電子、光信息情報處理、傳感顯示、

6、精密光電子、光信息情報處理、傳感顯示、精密機械以及生物工程等領(lǐng)域。機械以及生物工程等領(lǐng)域。功能玻璃按照其功能來劃分，可分為以下幾功能玻璃按照其功能來劃分，可分為以下幾種。種。微晶玻璃微晶玻璃光導(dǎo)纖維玻璃光導(dǎo)纖維玻璃激光玻璃激光玻璃光色玻璃光色玻璃半導(dǎo)體玻璃半導(dǎo)體玻璃非線性光學(xué)玻璃非線性光學(xué)玻璃功功能能玻玻璃璃磁功能玻璃磁功能玻璃生物玻璃生物玻璃機械功能玻璃機械功能玻璃功能玻璃薄膜功能玻璃薄膜 半導(dǎo)體玻璃半導(dǎo)體玻璃 提到半導(dǎo)體材料人們很自然地就會想起硅和提到半導(dǎo)體材料人們很自然地就會想起硅和鍺單晶體，并且用它制作了一系列電子器件，鍺單晶體，并且用它制作了一系列電子器件，從最簡單的二極管發(fā)展到目前

7、的綠豆大小面從最簡單的二極管發(fā)展到目前的綠豆大小面積的硅片上集成幾萬乃至幾十萬個元件的大積的硅片上集成幾萬乃至幾十萬個元件的大規(guī)模集成電路，這些用單晶半導(dǎo)體材料做成規(guī)模集成電路，這些用單晶半導(dǎo)體材料做成的電子元件已經(jīng)在各個方面得到了廣泛的應(yīng)的電子元件已經(jīng)在各個方面得到了廣泛的應(yīng)用。至于玻璃通常被認為是絕緣體，但是當用。至于玻璃通常被認為是絕緣體，但是當人們對玻璃材料的性能深入研究以后，也確人們對玻璃材料的性能深入研究以后，也確實發(fā)現(xiàn)有些玻璃在一定的條件下并不是真正實發(fā)現(xiàn)有些玻璃在一定的條件下并不是真正的的“絕緣體，它們是具有一定的導(dǎo)電本領(lǐng)的，絕緣體，它們是具有一定的導(dǎo)電本領(lǐng)的，其電阻大小介于絕

8、緣體與導(dǎo)電體之間，我們其電阻大小介于絕緣體與導(dǎo)電體之間，我們稱這種玻璃為半導(dǎo)玻璃或玻璃半導(dǎo)體。稱這種玻璃為半導(dǎo)玻璃或玻璃半導(dǎo)體。 一、半導(dǎo)體玻璃分類一、半導(dǎo)體玻璃分類玻璃的種類是很多的，五顏六色，其化學(xué)成玻璃的種類是很多的，五顏六色，其化學(xué)成分也是各種各樣，其中能形成玻璃半導(dǎo)體的分也是各種各樣，其中能形成玻璃半導(dǎo)體的大體上有三類，一類是元素大體上有三類，一類是元素(如硒、硅如硒、硅)半導(dǎo)半導(dǎo)玻璃，另一類是金屬的氮化物、氧化物半導(dǎo)玻璃，另一類是金屬的氮化物、氧化物半導(dǎo)體玻璃，還有一類是硫系體玻璃，還有一類是硫系(如含硫、砷、碲如含硫、砷、碲的化合物的化合物)半導(dǎo)體玻璃。半導(dǎo)體玻璃。一般半導(dǎo)體的電

9、阻率介于導(dǎo)體和絕緣體之間，一般半導(dǎo)體的電阻率介于導(dǎo)體和絕緣體之間，在在10-6107m，并分為本征半導(dǎo)體和雜質(zhì)，并分為本征半導(dǎo)體和雜質(zhì)半導(dǎo)體兩種。雜質(zhì)半導(dǎo)體包括空穴型半導(dǎo)體兩種。雜質(zhì)半導(dǎo)體包括空穴型(p型型)半導(dǎo)體和電子型半導(dǎo)體和電子型(n型型)半導(dǎo)體，玻璃半導(dǎo)體半導(dǎo)體，玻璃半導(dǎo)體主要屬于雜質(zhì)半導(dǎo)體類型。主要屬于雜質(zhì)半導(dǎo)體類型。 (1) 元素半導(dǎo)體玻璃元素半導(dǎo)體玻璃 如硒、硅、鍺等。如硒、硅、鍺等。 (2) 氧化物半導(dǎo)體玻璃氧化物半導(dǎo)體玻璃 這類玻璃含有大量釩、鐵、鎢、鈷、鎳這類玻璃含有大量釩、鐵、鎢、鈷、鎳等過渡元素，研究得較多的是釩磷酸鹽玻等過渡元素，研究得較多的是釩磷酸鹽玻璃和銅硼酸鹽玻

10、璃，如璃和銅硼酸鹽玻璃，如V2O5-P2O5-BaO，CuO-B2O3-CaO及及MnO-Al2O3-SiO2等系統(tǒng)。等系統(tǒng)。其導(dǎo)電性是由于過渡金屬離子具有兩種不其導(dǎo)電性是由于過渡金屬離子具有兩種不同價態(tài)而引起的電子躍遷過程所造成的。同價態(tài)而引起的電子躍遷過程所造成的。這種玻璃通常是這種玻璃通常是n型半導(dǎo)體，電阻率在型半導(dǎo)體，電阻率在10106m之間，載流子密度為之間，載流子密度為1010cm-3，遷移，遷移率一般在率一般在10810-2cm2V-1s-1。表征氧化物。表征氧化物玻璃的熱電轉(zhuǎn)換常數(shù)玻璃的熱電轉(zhuǎn)換常數(shù)賽貝克系數(shù)在賽貝克系數(shù)在1001000VK-1(300以下以下)范圍變化。范圍變

11、化。（一塊導(dǎo)（一塊導(dǎo)體或者半導(dǎo)體的兩端如果溫度不同就會產(chǎn)體或者半導(dǎo)體的兩端如果溫度不同就會產(chǎn)生溫差電動勢生溫差電動勢,稱為賽貝克效應(yīng)，又稱熱電稱為賽貝克效應(yīng)，又稱熱電效應(yīng)）效應(yīng)） (3) 非氧化物半導(dǎo)體玻璃非氧化物半導(dǎo)體玻璃 (硫系玻璃硫系玻璃) 這類玻璃是這類玻璃是As、Sb、Ti、P、Ge、Si等等元素的硫化物、硒化物、碲化物或這幾種元素的硫化物、硒化物、碲化物或這幾種化合物的混合物以適當比例混合熔融而成?；衔锏幕旌衔镆赃m當比例混合熔融而成。其電導(dǎo)率隨成分而變，界限從其電導(dǎo)率隨成分而變，界限從10-1210-1Sm-1 (西門子每米西門子每米)。這類玻璃是電子導(dǎo)電。這類玻璃是電子導(dǎo)電。硫

12、系玻璃半導(dǎo)體的品種很多，迄今研究得硫系玻璃半導(dǎo)體的品種很多，迄今研究得比較充分的有比較充分的有As2S3、As2Se3、As2Te3及及As2Se3-As2Te3、As2Se3-As2Te3-Te2Se等。等。 與晶態(tài)半導(dǎo)體相似，玻璃與晶態(tài)半導(dǎo)體相似，玻璃半導(dǎo)體也存在導(dǎo)帶和價帶，半導(dǎo)體也存在導(dǎo)帶和價帶，兩者間也有禁帶。能帶的兩者間也有禁帶。能帶的存在不依賴于晶格的周期存在不依賴于晶格的周期性，但是由于玻璃半導(dǎo)體性，但是由于玻璃半導(dǎo)體中原子排列的無序性，能中原子排列的無序性，能帶拖有帶拖有“尾巴尾巴”，見，見右圖右圖，在晶態(tài)半導(dǎo)體中能帶的狀在晶態(tài)半導(dǎo)體中能帶的狀態(tài)是電子共有化運動的狀態(tài)是電子共有

13、化運動的狀態(tài)，而在玻璃半導(dǎo)體能帶態(tài)，而在玻璃半導(dǎo)體能帶中的狀態(tài)分為兩類，一類中的狀態(tài)分為兩類，一類叫擴展態(tài)；另一類叫定域叫擴展態(tài)；另一類叫定域態(tài)。態(tài)。 二、玻璃半導(dǎo)體的導(dǎo)電機理二、玻璃半導(dǎo)體的導(dǎo)電機理在導(dǎo)帶中，能量在導(dǎo)帶中，能量EEc的狀態(tài)是擴展態(tài)，而的狀態(tài)是擴展態(tài)，而 EAEEC的狀態(tài)是定的狀態(tài)是定域 態(tài) ； 在 價 帶 中 ，域 態(tài) ； 在 價 帶 中 ，EEV的狀態(tài)是擴展態(tài)，的狀態(tài)是擴展態(tài)，而而EVEEB的狀態(tài)是的狀態(tài)是定域態(tài)。定域態(tài)。EC和和EV分別分別表示導(dǎo)帶和價帶中擴展表示導(dǎo)帶和價帶中擴展態(tài)和定域態(tài)的為界。當態(tài)和定域態(tài)的為界。當電子處于擴展態(tài)時，電電子處于擴展態(tài)時，電子運動的波函數(shù)

14、延展到子運動的波函數(shù)延展到整個空間，它類似于晶整個空間，它類似于晶態(tài)半導(dǎo)體中的共有化運態(tài)半導(dǎo)體中的共有化運動狀態(tài)。動狀態(tài)。當電子處于定域態(tài)時，它的波函數(shù)僅局限當電子處于定域態(tài)時，它的波函數(shù)僅局限在一些中心點附近，這時電子不能在整個在一些中心點附近，這時電子不能在整個玻璃中作共有化運動，而只是在比較小的玻璃中作共有化運動，而只是在比較小的范圍內(nèi)作定域運動。范圍內(nèi)作定域運動。在擴展態(tài)中，載流子的導(dǎo)電機理和晶態(tài)半在擴展態(tài)中，載流子的導(dǎo)電機理和晶態(tài)半導(dǎo)體相似，但在定域態(tài)中的載流子卻只能導(dǎo)體相似，但在定域態(tài)中的載流子卻只能和晶格振動相互作用、交換能量，才能從和晶格振動相互作用、交換能量，才能從一個定域態(tài)

15、跳到另一個定域態(tài)，進行跳躍一個定域態(tài)跳到另一個定域態(tài)，進行跳躍式導(dǎo)電。式導(dǎo)電。 三、半導(dǎo)體玻璃的制備方法三、半導(dǎo)體玻璃的制備方法半導(dǎo)體玻璃的制備方法與普通玻璃相似，半導(dǎo)體玻璃的制備方法與普通玻璃相似，只是在制造普通玻璃的原料中按一定比例只是在制造普通玻璃的原料中按一定比例加入一些其他元素化合物，把原料加熱熔加入一些其他元素化合物，把原料加熱熔化后再冷卻，即可制得各種不同用途的半化后再冷卻，即可制得各種不同用途的半導(dǎo)體玻璃。因而與單晶半導(dǎo)體材料硅、鍺導(dǎo)體玻璃。因而與單晶半導(dǎo)體材料硅、鍺的生長工藝比較起來，要簡單方便得多，的生長工藝比較起來，要簡單方便得多，成本也會大大下降。成本也會大大下降。 1

16、. 非晶硅的制備非晶硅的制備由非晶態(tài)合金的制備知道，要獲得非晶態(tài)，需要由非晶態(tài)合金的制備知道，要獲得非晶態(tài)，需要有高的冷卻速率，而對冷卻速率的具體要求隨材有高的冷卻速率，而對冷卻速率的具體要求隨材料而定。硅要求有極高的冷卻速率，用液態(tài)快速料而定。硅要求有極高的冷卻速率，用液態(tài)快速淬火的方法目前還無法得到非晶態(tài)。近年來，發(fā)淬火的方法目前還無法得到非晶態(tài)。近年來，發(fā)展了許多種氣相淀積非晶態(tài)硅膜的技術(shù)，其中包展了許多種氣相淀積非晶態(tài)硅膜的技術(shù)，其中包括真空蒸發(fā)、輝光放電、濺射及化學(xué)氣相淀積等括真空蒸發(fā)、輝光放電、濺射及化學(xué)氣相淀積等方法。一般所用的主要原料是單硅烷方法。一般所用的主要原料是單硅烷(S

17、iH4)、二硅、二硅烷烷(Si2H6)、四氟化硅、四氟化硅(SiF4)等，純度要求很高。非等，純度要求很高。非晶硅膜的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)與制備工藝的關(guān)系非常密切，晶硅膜的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)與制備工藝的關(guān)系非常密切，目前認為以輝光放電法制備的非晶硅膜質(zhì)量最好，目前認為以輝光放電法制備的非晶硅膜質(zhì)量最好，設(shè)備也并不復(fù)雜。以下簡介輝光放電法。設(shè)備也并不復(fù)雜。以下簡介輝光放電法。 輝光放電法是利用反應(yīng)氣體在等離子體中輝光放電法是利用反應(yīng)氣體在等離子體中發(fā)生分解而在襯底上淀積成薄膜，實際上發(fā)生分解而在襯底上淀積成薄膜，實際上是在等離子體幫助下進行的化學(xué)氣相淀積。是在等離子體幫助下進行的化學(xué)氣相淀積。等離子體是由高頻電源

18、在真空系統(tǒng)中產(chǎn)生等離子體是由高頻電源在真空系統(tǒng)中產(chǎn)生的。根據(jù)在真空室內(nèi)施加電場的方式，可的。根據(jù)在真空室內(nèi)施加電場的方式，可將輝光放電法分為直流電、高頻法、微波將輝光放電法分為直流電、高頻法、微波法及附加磁場的輝光放電。在輝光放電裝法及附加磁場的輝光放電。在輝光放電裝置中，非晶硅膜的生長過程就是硅烷在等置中，非晶硅膜的生長過程就是硅烷在等離子體中分解并在襯底上淀積的過程。對離子體中分解并在襯底上淀積的過程。對這一過程的細節(jié)目前了解得還很不充分，這一過程的細節(jié)目前了解得還很不充分，但這一過程對于膜的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)有很大影但這一過程對于膜的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)有很大影響。響。 2. 氧化物半導(dǎo)體玻璃的制備氧化物

19、半導(dǎo)體玻璃的制備只需將氧化物如氧化銅、氧化硼、氧化鈣只需將氧化物如氧化銅、氧化硼、氧化鈣等混合后放在坩堝里在空氣中加熱到等混合后放在坩堝里在空氣中加熱到900左右，熔化后冷卻即可制成。氧化物玻璃左右，熔化后冷卻即可制成。氧化物玻璃半導(dǎo)體的熔制溫度隨組成而變化，當半導(dǎo)體的熔制溫度隨組成而變化，當P2O5、WO3等含量增加時，熔制溫度相應(yīng)提高。等含量增加時，熔制溫度相應(yīng)提高。坩堝可選用陶瓷質(zhì)或石英質(zhì)的。由于釩玻坩堝可選用陶瓷質(zhì)或石英質(zhì)的。由于釩玻璃料性很短，粘度小，易流動和軟化，因璃料性很短，粘度小，易流動和軟化，因此需在特殊模中成型。此需在特殊模中成型。 3. 硫系半導(dǎo)體玻璃的制備硫系半導(dǎo)體玻璃

20、的制備將砷、碲、硅、鍺等元素按一定比例混合，將砷、碲、硅、鍺等元素按一定比例混合，封于石英玻璃管中加熱至封于石英玻璃管中加熱至1000左右熔融左右熔融后冷卻，便可得到所需要的玻璃。硫系玻后冷卻，便可得到所需要的玻璃。硫系玻璃的析晶傾向較大，合成條件和稱量誤差璃的析晶傾向較大，合成條件和稱量誤差對電性能有較大的影響，因此其原料純度對電性能有較大的影響，因此其原料純度一般高于一般高于99.99(質(zhì)量分數(shù)質(zhì)量分數(shù))，稱量精度達，稱量精度達210-4g，在抽真空的石英容器中熔制，一，在抽真空的石英容器中熔制，一面熔制，一面轉(zhuǎn)動。析晶傾向小的可以自面熔制，一面轉(zhuǎn)動。析晶傾向小的可以自然冷卻，析晶傾向大的

21、則需把容器投入冰然冷卻，析晶傾向大的則需把容器投入冰水水(或干冰或干冰)中淬冷，以確保玻璃態(tài)的生成。中淬冷，以確保玻璃態(tài)的生成。 如此所得到的玻璃就是進一步應(yīng)用時的玻璃半導(dǎo)體如此所得到的玻璃就是進一步應(yīng)用時的玻璃半導(dǎo)體原料。例如作激光全息存儲材料應(yīng)用時，只要把冷原料。例如作激光全息存儲材料應(yīng)用時，只要把冷卻得到的塊狀的硫砷玻璃研磨成粉末后，放入真空卻得到的塊狀的硫砷玻璃研磨成粉末后，放入真空鍍膜機內(nèi)，在真空度小于或等于鍍膜機內(nèi)，在真空度小于或等于210-5毫米汞柱下毫米汞柱下進行蒸發(fā)，便能在玻璃底板上沉積一層厚度為進行蒸發(fā)，便能在玻璃底板上沉積一層厚度為1015微米的硫砷玻璃薄膜，這就是全息照

22、相的底片。微米的硫砷玻璃薄膜，這就是全息照相的底片。此外玻璃半導(dǎo)體的成分可作大幅度的調(diào)節(jié)、因而可此外玻璃半導(dǎo)體的成分可作大幅度的調(diào)節(jié)、因而可以得到各種特性的玻璃半導(dǎo)體材料，例如對可見光以得到各種特性的玻璃半導(dǎo)體材料，例如對可見光具有較高靈敏度的光電轉(zhuǎn)換特性，有熱敏效應(yīng)，能具有較高靈敏度的光電轉(zhuǎn)換特性，有熱敏效應(yīng)，能透紅外線，電阻值非線性變化及具有開關(guān)記憶等特透紅外線，電阻值非線性變化及具有開關(guān)記憶等特性。玻璃半導(dǎo)體還有一個特點就是耐輻照能力很強，性。玻璃半導(dǎo)體還有一個特點就是耐輻照能力很強，也就是說當外界有強的射線照射時，它所具有的特也就是說當外界有強的射線照射時，它所具有的特性不會受到影響，

23、因此這種材料在宇宙空間的應(yīng)用性不會受到影響，因此這種材料在宇宙空間的應(yīng)用方面是很有前途的。方面是很有前途的。 四、半導(dǎo)體玻璃的特性及應(yīng)用四、半導(dǎo)體玻璃的特性及應(yīng)用半導(dǎo)體玻璃的應(yīng)用是基于一些玻璃的半導(dǎo)半導(dǎo)體玻璃的應(yīng)用是基于一些玻璃的半導(dǎo)體特性。半導(dǎo)體玻璃具有開關(guān)、存儲、整體特性。半導(dǎo)體玻璃具有開關(guān)、存儲、整流、光敏、熱敏、二次電子發(fā)射等多種功流、光敏、熱敏、二次電子發(fā)射等多種功能，可以制作電子線路溫度補償用敏感元能，可以制作電子線路溫度補償用敏感元件、紅外檢測器、測定高壓用敏感元件、件、紅外檢測器、測定高壓用敏感元件、攝像管靶子、三極管、聲光偏轉(zhuǎn)器、光敏攝像管靶子、三極管、聲光偏轉(zhuǎn)器、光敏元件等

24、。元件等。 普通玻璃在熔融狀態(tài)下具有很好的導(dǎo)電本領(lǐng)，普通玻璃在熔融狀態(tài)下具有很好的導(dǎo)電本領(lǐng)，即它的電阻變得很小，而且溫度即使有點變即它的電阻變得很小，而且溫度即使有點變化對它的電阻影響不大?？墒怯行┎ＡО雽?dǎo)化對它的電阻影響不大?？墒怯行┎ＡО雽?dǎo)體就不一樣，它的電阻值與溫度的關(guān)系非常體就不一樣，它的電阻值與溫度的關(guān)系非常密切，溫度稍有變化其電阻值會發(fā)生較大的密切，溫度稍有變化其電阻值會發(fā)生較大的變化。利用這種特性就可把它制成熱敏電阻變化。利用這種特性就可把它制成熱敏電阻或玻璃半導(dǎo)體溫度計，根據(jù)測得的電阻值便或玻璃半導(dǎo)體溫度計，根據(jù)測得的電阻值便可確定溫度。這種溫度計制作方便，成本低，可確定溫度。

25、這種溫度計制作方便，成本低，體積小，可測量的溫度范圍廣，所以是一種體積小，可測量的溫度范圍廣，所以是一種有希望的測溫元件。有希望的測溫元件。 一般說材料的電阻值是固定的，當加在電阻材料一般說材料的電阻值是固定的，當加在電阻材料上的電壓大時，流過電阻材料的電流也就大，反上的電壓大時，流過電阻材料的電流也就大，反之電壓小時，流過的電流就小，電流與電壓呈線之電壓小時，流過的電流就小，電流與電壓呈線性關(guān)系，我們稱這種電阻材料為線性電阻。然而性關(guān)系，我們稱這種電阻材料為線性電阻。然而有些玻璃半導(dǎo)體的電阻是隨所加的電壓而變化的，有些玻璃半導(dǎo)體的電阻是隨所加的電壓而變化的，它的電壓電流間的關(guān)系就不是一根直線

26、，我們稱它的電壓電流間的關(guān)系就不是一根直線，我們稱它為非線性電阻。玻璃半導(dǎo)體的這種電阻非線性它為非線性電阻。玻璃半導(dǎo)體的這種電阻非線性變化特性在有些場合下是很有用的，例如場致發(fā)變化特性在有些場合下是很有用的，例如場致發(fā)光大屏幕圖象顯示用的顯示屏，它是在大的玻璃光大屏幕圖象顯示用的顯示屏，它是在大的玻璃底板上蒸上縱橫交叉的網(wǎng)格電極和熒光粉。如果底板上蒸上縱橫交叉的網(wǎng)格電極和熒光粉。如果在網(wǎng)格電極與熒光粉之間搞上一層薄薄的這種非在網(wǎng)格電極與熒光粉之間搞上一層薄薄的這種非線性電阻材料，利用這種電阻的非線性，就可使線性電阻材料，利用這種電阻的非線性，就可使圖象變得很清晰，圖象質(zhì)量大大提高。圖象變得很清

27、晰，圖象質(zhì)量大大提高。 一束光照在半導(dǎo)體上和照在金屬或絕緣體上效果一束光照在半導(dǎo)體上和照在金屬或絕緣體上效果截然不同。由于金屬中自由電子如此之多，以致截然不同。由于金屬中自由電子如此之多，以致光引起的導(dǎo)電性能的變化完全可忽略。絕緣體在光引起的導(dǎo)電性能的變化完全可忽略。絕緣體在很高溫度下仍未能激發(fā)出更多的電子參加導(dǎo)電。很高溫度下仍未能激發(fā)出更多的電子參加導(dǎo)電。而導(dǎo)電性能介于金屬和絕緣體之間的半導(dǎo)體對體而導(dǎo)電性能介于金屬和絕緣體之間的半導(dǎo)體對體內(nèi)電子的束縛力遠小于絕緣體，可見光的光子能內(nèi)電子的束縛力遠小于絕緣體，可見光的光子能量就可以把它從束縛激發(fā)到自由導(dǎo)電狀態(tài)，這就量就可以把它從束縛激發(fā)到自由導(dǎo)

28、電狀態(tài)，這就是半導(dǎo)體的光電效應(yīng)。當半導(dǎo)體內(nèi)局部區(qū)域存在是半導(dǎo)體的光電效應(yīng)。當半導(dǎo)體內(nèi)局部區(qū)域存在電場時，光生載流子將會積累，和沒有電場時有電場時，光生載流子將會積累，和沒有電場時有很大區(qū)別，電場的兩側(cè)由于電荷積累將產(chǎn)生光電很大區(qū)別，電場的兩側(cè)由于電荷積累將產(chǎn)生光電電壓，這就是光生伏特效應(yīng)，簡稱光伏效應(yīng)。太電壓，這就是光生伏特效應(yīng)，簡稱光伏效應(yīng)。太陽電池就是利用這種效應(yīng)制成的。陽電池就是利用這種效應(yīng)制成的。 我們知道太陽是個取之不盡用之不竭的無我們知道太陽是個取之不盡用之不竭的無污染的清潔能源，如何利用太陽能來為人污染的清潔能源，如何利用太陽能來為人類造福，人們動了不少腦筋，想了許多辦類造福，人

29、們動了不少腦筋，想了許多辦法。有一種辦法就是通過太陽能電池，把法。有一種辦法就是通過太陽能電池，把太陽的能量直接轉(zhuǎn)換成電能。到目前為止太陽的能量直接轉(zhuǎn)換成電能。到目前為止太陽能電池主要是用硅單晶半導(dǎo)體材料做太陽能電池主要是用硅單晶半導(dǎo)體材料做成的，將單晶硅片采用擴散工藝制成成的，將單晶硅片采用擴散工藝制成PN結(jié)，結(jié)，再在它的兩面蒸上電極（如下圖）。當太再在它的兩面蒸上電極（如下圖）。當太陽光照射時，就會在電極兩端產(chǎn)生電壓，陽光照射時，就會在電極兩端產(chǎn)生電壓，這樣就成了一個小小的電源。目前最好的這樣就成了一個小小的電源。目前最好的太陽能電池也只能把照到它上面的很小一太陽能電池也只能把照到它上面的

30、很小一部分部分(15左右左右)太陽能轉(zhuǎn)變成電能。太陽能轉(zhuǎn)變成電能。 由于硅單晶體的生長比較麻煩，加上切成由于硅單晶體的生長比較麻煩，加上切成做太陽能電池所需要的薄片，材料的浪費做太陽能電池所需要的薄片，材料的浪費很大，因此又發(fā)展出一種生長片狀硅單晶很大，因此又發(fā)展出一種生長片狀硅單晶的方法，使長出的晶體就是薄片狀的，大的方法，使長出的晶體就是薄片狀的，大大減少了加工的工作量和提高了材料的利大減少了加工的工作量和提高了材料的利用率和成品的質(zhì)量，但成本畢竟還是很貴。用率和成品的質(zhì)量，但成本畢竟還是很貴。所以太陽能電池目前主要還只用于空間技所以太陽能電池目前主要還只用于空間技術(shù)，作為衛(wèi)星、寧畝飛船等

31、航天飛行器的術(shù)，作為衛(wèi)星、寧畝飛船等航天飛行器的能源，大規(guī)模的應(yīng)用受到了限制。能源，大規(guī)模的應(yīng)用受到了限制。近來，人們發(fā)現(xiàn)玻璃態(tài)硅也具有與晶體硅一近來，人們發(fā)現(xiàn)玻璃態(tài)硅也具有與晶體硅一樣的半導(dǎo)性，玻璃態(tài)硅對太陽光的吸收能力樣的半導(dǎo)性，玻璃態(tài)硅對太陽光的吸收能力還比晶體硅強得多，已經(jīng)用玻璃態(tài)硅做成了還比晶體硅強得多，已經(jīng)用玻璃態(tài)硅做成了太陽能電池。人們還發(fā)現(xiàn)這種玻璃態(tài)硅做成太陽能電池。人們還發(fā)現(xiàn)這種玻璃態(tài)硅做成的電池還能把熒光燈發(fā)出的光轉(zhuǎn)變成電能，的電池還能把熒光燈發(fā)出的光轉(zhuǎn)變成電能，所以室內(nèi)的日光燈除了照明外，它發(fā)出的光所以室內(nèi)的日光燈除了照明外，它發(fā)出的光還可以通過這種電池的轉(zhuǎn)換作用，對室內(nèi)

32、一還可以通過這種電池的轉(zhuǎn)換作用，對室內(nèi)一些電子設(shè)備如電子鐘、臺式電子計算機等提些電子設(shè)備如電子鐘、臺式電子計算機等提供能量，真是供能量，真是“一舉多得一舉多得”。這種電池是將。這種電池是將一種叫硅烷一種叫硅烷(SiH4)的硅有機化合物通過直流的硅有機化合物通過直流或高頻放電的方法進行分解、摻雜，在金屬或高頻放電的方法進行分解、摻雜，在金屬底板上沉積一層玻璃態(tài)硅做成的。底板上沉積一層玻璃態(tài)硅做成的。 非晶硅太陽能電池是目前非晶硅材料應(yīng)用最非晶硅太陽能電池是目前非晶硅材料應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域，也是太陽能電池的理想材料，廣泛的領(lǐng)域，也是太陽能電池的理想材料，光電轉(zhuǎn)換效率已達到光電轉(zhuǎn)換效率已達到13%，這

33、種太陽能電池，這種太陽能電池將成為無污染的特殊能源。將成為無污染的特殊能源。1988年全世界各年全世界各類太陽能電池的總產(chǎn)量類太陽能電池的總產(chǎn)量35.2兆瓦，其中非晶兆瓦，其中非晶硅太陽能電池為硅太陽能電池為13.9兆瓦，居首位，占總產(chǎn)兆瓦，居首位，占總產(chǎn)量的量的40%左右。盡管目前這種太陽能電池的左右。盡管目前這種太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率還不及晶體硅太陽能電池，但由于轉(zhuǎn)換效率還不及晶體硅太陽能電池，但由于它制備工藝相對簡單，原材料消耗少，成本它制備工藝相對簡單，原材料消耗少，成本低，且能得到大面積，是很有發(fā)展前途的一低，且能得到大面積，是很有發(fā)展前途的一種新能源材料。種新能源材料。 非晶硅的用途

34、很多，可以制成非晶硅場效非晶硅的用途很多，可以制成非晶硅場效應(yīng)晶體管；用于液晶顯示器件、集成式圖應(yīng)晶體管；用于液晶顯示器件、集成式圖象傳感器、以及雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器等器件象傳感器、以及雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器等器件中作為非線性器件；利用非晶硅膜可以制中作為非線性器件；利用非晶硅膜可以制成各種光敏、位敏、力敏、熱敏等傳感器；成各種光敏、位敏、力敏、熱敏等傳感器；利用非晶硅膜制做靜電復(fù)印感光膜，不僅利用非晶硅膜制做靜電復(fù)印感光膜，不僅復(fù)印速率會大大提高，而且圖象清晰，使復(fù)印速率會大大提高，而且圖象清晰，使用壽命長；等等。目前非晶硅的應(yīng)用正在用壽命長；等等。目前非晶硅的應(yīng)用正在日新月異地發(fā)展著，可以相信，在不

35、久的日新月異地發(fā)展著，可以相信，在不久的將來，還會有更多的新器件產(chǎn)生。將來，還會有更多的新器件產(chǎn)生。 根據(jù)玻璃半導(dǎo)體的光電轉(zhuǎn)換特性發(fā)展起來根據(jù)玻璃半導(dǎo)體的光電轉(zhuǎn)換特性發(fā)展起來的靜電復(fù)印技術(shù)的靜電復(fù)印技術(shù)(又稱電子照相又稱電子照相)是目前這類是目前這類玻璃最成熟的一種應(yīng)用。靜電復(fù)印機中有玻璃最成熟的一種應(yīng)用。靜電復(fù)印機中有一關(guān)鍵部件叫硒鼓，它就是在金屬底板上一關(guān)鍵部件叫硒鼓，它就是在金屬底板上沉積上一層硒玻璃薄膜做成的。當光源發(fā)沉積上一層硒玻璃薄膜做成的。當光源發(fā)出的光照到要復(fù)制的文件上時，原稿上沒出的光照到要復(fù)制的文件上時，原稿上沒有印文字的地方就有光反射到硒鼓上，印有印文字的地方就有光反射到

36、硒鼓上，印有字的地方光被吸收而沒有反射光，硒鼓有字的地方光被吸收而沒有反射光，硒鼓上有光照射與沒有光照射的地方就表現(xiàn)出上有光照射與沒有光照射的地方就表現(xiàn)出不同的電性，有文字的地方帶正電，帶負不同的電性，有文字的地方帶正電，帶負電的顯色劑顆粒就被玻璃的正電荷區(qū)吸附，電的顯色劑顆粒就被玻璃的正電荷區(qū)吸附，顯色劑然后轉(zhuǎn)移到帶正電荷的紙上，這樣顯色劑然后轉(zhuǎn)移到帶正電荷的紙上，這樣就完成了文件的復(fù)印過程。就完成了文件的復(fù)印過程。 這種靜電復(fù)印效率高，清晰度好。后來又發(fā)展出這種靜電復(fù)印效率高，清晰度好。后來又發(fā)展出一種彩色復(fù)印的技術(shù)，它的基本原理與上述普通一種彩色復(fù)印的技術(shù)，它的基本原理與上述普通的復(fù)印是

37、一樣的，不過采用了對整個可見光譜有的復(fù)印是一樣的，不過采用了對整個可見光譜有不同響應(yīng)的三層不同的硫系玻璃，再與濾色片和不同響應(yīng)的三層不同的硫系玻璃，再與濾色片和不同顏色的顯色劑連用后，就可進行彩色原稿的不同顏色的顯色劑連用后，就可進行彩色原稿的復(fù)制。利用這類硫系玻璃薄膜的光電轉(zhuǎn)換待性，復(fù)制。利用這類硫系玻璃薄膜的光電轉(zhuǎn)換待性，它還可以作電視光導(dǎo)攝象管的靶面材料，這種材它還可以作電視光導(dǎo)攝象管的靶面材料，這種材料分辨率高，做成的管子體積可大大縮小，整個料分辨率高，做成的管子體積可大大縮小，整個長度還不到一英寸，得到的圖象很清晰。在飛往長度還不到一英寸，得到的圖象很清晰。在飛往月球的飛行器中就裝有

38、這種光導(dǎo)攝象管，已從月月球的飛行器中就裝有這種光導(dǎo)攝象管，已從月球發(fā)回了它所拍攝的清晰圖像，現(xiàn)在這種攝象管球發(fā)回了它所拍攝的清晰圖像，現(xiàn)在這種攝象管己廣泛用于小型彩色電視攝象機中。己廣泛用于小型彩色電視攝象機中。 普通玻璃對可見光是普通玻璃對可見光是“透明透明”的，所以我們的，所以我們能通過玻璃窗看到各種物體的顏色，但普通能通過玻璃窗看到各種物體的顏色，但普通玻璃對熱輻射紅外線是吸收的，因此一般玻玻璃對熱輻射紅外線是吸收的，因此一般玻璃具有一定的隔熱作用，而某些半導(dǎo)體玻璃璃具有一定的隔熱作用，而某些半導(dǎo)體玻璃就不一樣，它能允許紅外線通過，這種半導(dǎo)就不一樣，它能允許紅外線通過，這種半導(dǎo)體玻璃稱作

39、紅外玻璃。具有這種透紅外線特體玻璃稱作紅外玻璃。具有這種透紅外線特性的玻璃在軍事上是十分有用的，例如根據(jù)性的玻璃在軍事上是十分有用的，例如根據(jù)目標輻射出來的紅外線，我們就可發(fā)現(xiàn)敵人目標輻射出來的紅外線，我們就可發(fā)現(xiàn)敵人的行跡，而各種各樣紅外偵察儀器的一些窗的行跡，而各種各樣紅外偵察儀器的一些窗口、光源用的燈罩、紅外照相機鏡頭等往往口、光源用的燈罩、紅外照相機鏡頭等往往都離不開這些材料。都離不開這些材料。 玻璃半導(dǎo)體材料還有一個有趣的性質(zhì)就是它玻璃半導(dǎo)體材料還有一個有趣的性質(zhì)就是它的開關(guān)和存儲特性。在一定電壓下，玻璃半的開關(guān)和存儲特性。在一定電壓下，玻璃半導(dǎo)體的電阻值是很大的，為兆歐級，這時我導(dǎo)

40、體的電阻值是很大的，為兆歐級，這時我們稱它處于高阻態(tài)們稱它處于高阻態(tài)(關(guān)態(tài)關(guān)態(tài))，而當加在玻璃半，而當加在玻璃半導(dǎo)體上的電壓超過一定數(shù)值導(dǎo)體上的電壓超過一定數(shù)值(閾值閾值)后，它的后，它的電阻值就會在電阻值就會在10-9s級時間內(nèi)變得很小，只有級時間內(nèi)變得很小，只有幾十歐姆，我們稱這為低阻態(tài)幾十歐姆，我們稱這為低阻態(tài)(開態(tài)開態(tài))。這種。這種突然由高阻態(tài)變?yōu)榈妥钁B(tài)的過程很類似于閘突然由高阻態(tài)變?yōu)榈妥钁B(tài)的過程很類似于閘門突然打開一樣，如果把它用到電子線路中門突然打開一樣，如果把它用到電子線路中去，就起到了很好的開關(guān)作用，這種特性稱去，就起到了很好的開關(guān)作用，這種特性稱為為“開關(guān)效應(yīng)開關(guān)效應(yīng)”。這種

41、電開關(guān)作用在觸發(fā)器。這種電開關(guān)作用在觸發(fā)器等電路中是很有用的。等電路中是很有用的。 有的玻璃半導(dǎo)體加上電壓由高阻態(tài)變成低阻有的玻璃半導(dǎo)體加上電壓由高阻態(tài)變成低阻態(tài)后，即使把電壓全部移去也不會回復(fù)到原態(tài)后，即使把電壓全部移去也不會回復(fù)到原來的高阻態(tài)，而仍保持在低阻態(tài)，就好象人來的高阻態(tài)，而仍保持在低阻態(tài)，就好象人腦有記憶作用一樣，它能把這電壓的作用保腦有記憶作用一樣，它能把這電壓的作用保存下來，具有永久記憶特性，這就是玻璃半存下來，具有永久記憶特性，這就是玻璃半導(dǎo)體特有的導(dǎo)體特有的“存貯效應(yīng)存貯效應(yīng)”。然而，如果瞬時。然而，如果瞬時對其加一個大的電流脈沖后，它又會恢復(fù)到對其加一個大的電流脈沖后，

42、它又會恢復(fù)到兆歐級的高阻態(tài)。因此利用玻璃半導(dǎo)體的兩兆歐級的高阻態(tài)。因此利用玻璃半導(dǎo)體的兩種高低阻態(tài)可逆變化的特性可制作電存貯器種高低阻態(tài)可逆變化的特性可制作電存貯器件。件。 產(chǎn)生這種存貯效應(yīng)的原因是：硫系玻璃在閾產(chǎn)生這種存貯效應(yīng)的原因是：硫系玻璃在閾值電壓作用下較容易晶化，形成小的晶態(tài)區(qū)值電壓作用下較容易晶化，形成小的晶態(tài)區(qū)域，俗稱導(dǎo)電絲，絲的直徑為域，俗稱導(dǎo)電絲，絲的直徑為35m，它，它的電導(dǎo)率比玻璃態(tài)區(qū)域高幾個數(shù)量級，達到的電導(dǎo)率比玻璃態(tài)區(qū)域高幾個數(shù)量級，達到低阻態(tài)；脈沖電流的作用是使已形成的導(dǎo)電低阻態(tài)；脈沖電流的作用是使已形成的導(dǎo)電絲重新熔化掉，從而可以反復(fù)存貯。許多硫絲重新熔化掉，從而

43、可以反復(fù)存貯。許多硫系玻璃具有存貯特性，如系玻璃具有存貯特性，如Te-Ge-X(X：As、Sb、P、S等元素等元素)、Se-As-Ge、S-Sb-I等系統(tǒng)。等系統(tǒng)。組成為組成為Te8lGel5S2Sb2的硫系玻璃是典型的電的硫系玻璃是典型的電存貯材料。存貯材料。 玻璃半導(dǎo)體存貯器件的特點是：玻璃半導(dǎo)體存貯器件的特點是：結(jié)構(gòu)簡單，結(jié)構(gòu)簡單，體積小，讀出速度快，可達體積小，讀出速度快，可達10-9s級，這對提級，這對提高電子計算機的運算速度很重要；高電子計算機的運算速度很重要；對雜質(zhì)對雜質(zhì)不大敏感，抗輻射能力強，這對需要抗輻射不大敏感，抗輻射能力強，這對需要抗輻射的導(dǎo)彈、宇宙飛船以及原子能反應(yīng)堆的

44、器件的導(dǎo)彈、宇宙飛船以及原子能反應(yīng)堆的器件很有價值；很有價值；無功耗記憶。無功耗記憶。 這類玻璃半導(dǎo)體的薄膜除了在加和不加電壓這類玻璃半導(dǎo)體的薄膜除了在加和不加電壓時能引起其電阻值產(chǎn)生兩種截然不同狀態(tài)，時能引起其電阻值產(chǎn)生兩種截然不同狀態(tài)，從而具有能存儲電信息的本領(lǐng)。光的照射也從而具有能存儲電信息的本領(lǐng)。光的照射也會使這類玻璃薄膜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，譬會使這類玻璃薄膜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，譬如說原來是均勻的玻璃膜，有光照射的局部如說原來是均勻的玻璃膜，有光照射的局部區(qū)域就會析晶，這樣這個區(qū)域的光學(xué)性質(zhì)區(qū)域就會析晶，這樣這個區(qū)域的光學(xué)性質(zhì)(如如對光線的透射、反射對光線的透射、反射)就和沒有光照射的區(qū)域就和沒有光照射的區(qū)域不同了。利用它的這種性質(zhì)，采用全息照相不同了。利用它的這種性質(zhì)，采用全息照相的技術(shù)，就能高密度地存儲信息，而且它有的技術(shù)，就能高密度地存儲信息，而且它有良好的穩(wěn)定性，不怕射線輻照，不怕酸腐蝕，良好的穩(wěn)定性，不怕射線輻照，不怕酸腐蝕，不怕潮濕等，是一種有希望的激光全息感光不怕潮濕等，是一種有希望的激光全息感光材料，可應(yīng)用在下列一些方面，例如：材料，可應(yīng)用在下列一些方面，例如： 將硫砷玻璃薄膜采用光學(xué)干涉的方法可以容將硫砷玻璃薄膜采用光學(xué)干涉的方法可以容易地制作全息光柵，一塊易地制作全息光柵，一塊1800條毫米的全條毫米的全息光柵只需