日常生活中的電子信息材料

1、日常生活中的電子信息材料我們?nèi)粘Ｋ玫碾娮赢a(chǎn)品計(jì)算機(jī)中集成電路制作材料為硅,硅是重要的半導(dǎo)體材料,化學(xué)元素符號(hào)Si,電子工業(yè)上使用的硅應(yīng)具有高純度和優(yōu)良的電學(xué)和機(jī)械等性能。硅是產(chǎn)量最大、應(yīng)用最廣的半導(dǎo)體材料,它的產(chǎn)量和用量標(biāo)志著一個(gè)國(guó)家的電子工業(yè)水平。最先制得晶形硅的是最先制出純鋁的法國(guó)化學(xué)家亨利得維爾。1854年,得維爾用強(qiáng)電池組電解石英砂和冰晶石的熔融物,在陰極上得到一種灰色性脆的粒狀金屬(硅鋁合金。當(dāng)這種金屬顆粒冷卻后,析出了一種有金屬光澤的片狀晶體。通過實(shí)驗(yàn)可知,這種片狀晶體的化學(xué)性質(zhì)與硅粉的性質(zhì)完全相同,因而確信此片狀晶體就是晶體硅。硅是比鍺更經(jīng)得起當(dāng)今器件工藝發(fā)展考驗(yàn)的半導(dǎo)體材料。

2、在1966年已經(jīng)生產(chǎn)40000千克半導(dǎo)體級(jí)硅(單晶超純硅,雜質(zhì)含量小于1/109,從而制造出40億個(gè)元件。到1966年,用于這方面的硅已超過鍺的用量。由硅晶體管和其他元件組成的集成電路,集成度越來越高,規(guī)模越來越大,而元件則愈做愈小。一個(gè)直徑為75毫米的硅片,可集成幾萬至幾十萬甚至幾百萬個(gè)元件,形成了微電子學(xué),從而出現(xiàn)了微型計(jì)算機(jī)、微處理機(jī)等。在鋁襯底上,生長(zhǎng)層1025微米厚的多晶硅薄膜,就是一種便宜而輕巧的太陽(yáng)能電池材料,適于在太空和地面上使用。硅是同位素電池中換能器的主要材料。換能器是將同位素?zé)嵩窗l(fā)出的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置。硅-鍺合金做的換能器,其工作溫度可達(dá)1000oC,機(jī)械性能和抗氧化

3、性能很好,高溫下不易蒸發(fā)和中毒,無論在真空還是空氣中都能工作。航天飛機(jī)用的耐熱而極輕的硅瓦,在航天飛機(jī)返回大氣層時(shí),它可保護(hù)機(jī)身不受超過1000oC高溫的損傷。天然橡膠和合成橡膠的使用溫度,一般都在150oC以下,否則就會(huì)老化變質(zhì)。20世紀(jì)40年代發(fā)展起來的硅橡膠,是以硅一氧一硅為主鏈的半無機(jī)高分子彈性體,兼有無機(jī)材料和有機(jī)材料的某些特點(diǎn),使用溫度范圍寬廣。硅橡膠具有優(yōu)異的耐臭氧、耐堿、生理惰性(對(duì)人機(jī)體沒有不良影響,可做為某些臟器的修復(fù)材料,如人工關(guān)節(jié)和電氣性能。某些特殊結(jié)構(gòu)的硅橡膠,更具有優(yōu)良的耐油、耐溶劑、耐輻射等特性,因此硅橡膠已廣泛用于航空、宇宙航行技術(shù)、電氣及電子工業(yè)部門。用110

4、2甲基乙烯基硅橡膠做生膠原料,乙炔炭黑做填料可制成導(dǎo)電橡膠,是電子表中連接集成電路與液晶屏的理想導(dǎo)電材料。硅酸在水中能形成凝膠,因此可制得一種吸附劑-硅膠。硅膠是一種極性吸附劑,對(duì)H20等極性物質(zhì)都有較強(qiáng)的吸附能力,工業(yè)上常用做干燥劑和吸附劑。硅酸鈉的水溶液叫水玻璃,工業(yè)上稱做泡花堿。木材及織物浸過水玻璃后,可以防腐,不易著火。硅溶膠是以Si02為基本單位的水中分散體。在羊毛紡織過程中,它可做為輕紡上漿的膠劑,以減少羊毛纖維的斷頭率,在涂層中含有硅溶膠,可提高無機(jī)纖維材料的表面抗熱強(qiáng)度。在搪瓷器皿制造業(yè)中,加進(jìn)硅溶膠以后,可降低膨脹系數(shù),以改進(jìn)對(duì)四氟乙烯的粘合性,在玻璃及玻璃陶瓷中亦有同樣效果

5、。若在玻璃中摻入2530%的硅溶膠,可制得優(yōu)質(zhì)的硅硼酸玻璃。某些鈉硼硅酸鹽玻璃(含氧化鈉、氧化硼和氧化硅經(jīng)過熱處理,原子重新組合,就分為互不熔混的兩部分。一部分主要含氧化硅,另一部分主要含氧化鈉和氧化硼。如果再用酸處理,那么二氧化硅將不受酸的影響而留下來,而氧化鈉和氧化硼則溶于酸中,剩下眾多的空洞一微孔,于是就制成了用途廣泛的微孔玻璃。將微孔玻璃烘干,燒結(jié),就得到高硅氧透明玻璃。它耐高溫,熱穩(wěn)定性好,透紫外線能力強(qiáng),可在多方面代替石英玻璃,適宜做高溫觀察窗,比如宇宙飛船上的觀察窗。迫過它去觀察物體,不會(huì)發(fā)生變形,因?yàn)樗墓鈱W(xué)均勻性也很好。如果在普通的鈉鋁硼硅酸鹽玻璃中加入少量鹵化銀做感光劑,微

6、量銅做增感劑,用玻璃常規(guī)工藝熔化,退火再經(jīng)適當(dāng)處理,就能制成鹵化銀光色玻璃。它會(huì)因光的強(qiáng)度不同而改變顏色,在強(qiáng)光防護(hù)、顯示裝置、光信息存儲(chǔ)、交通工具上的擋風(fēng)玻璃等方面,都有重要用途。純凈的二氧化硅晶體叫做石英。石英在1600熔化成粘稠液體,內(nèi)部變?yōu)闊o規(guī)則形態(tài),再遇冷時(shí),因?yàn)檎扯却蠖灰自俳Y(jié)晶,成為石英玻璃。它有很多特殊的性質(zhì),如能讓可見光和紫外光通過,可用它制造紫外燈和光學(xué)儀器;它的膨脹系數(shù)小,能經(jīng)受溫度的劇變,而且有很好的抗酸性(除氫氟酸外,因此,常被用來制造高級(jí)化學(xué)器皿。醫(yī)用激光器配置的光能傳輸系統(tǒng)是用石英光導(dǎo)纖維制成的,它不僅細(xì)巧輕便,靈活自如,且可將激光能量傳入人體內(nèi)臟器官進(jìn)行醫(yī)治。一

7、種新型水泥雙快水泥,具有快凝、快硬的特點(diǎn)。它澆注一天后的強(qiáng)度,相當(dāng)于普通水泥澆注7-28天的強(qiáng)度,可用于滑升模板施工、預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件、砌塊的快速成型和脫模,也可用它做礦井巷道噴射混凝土或機(jī)械鑄件造型自硬砂。用廢輪胎等制成海綿狀彈性體,與粘結(jié)性強(qiáng)的乳劑和水泥混和攪拌,就成為橡膠水泥。它克服了原有混凝土的缺點(diǎn),能防止龜裂、剝離和吸水,既可用于鋪路,又可用于建筑物上。SiC叫碳化硅,又叫金剛砂。它具有類似金剛石的結(jié)構(gòu),硬度極大,而且分解溫度又很高,所以在工業(yè)上大量用作磨料。氮化硅陶瓷的強(qiáng)度和硬度很高,抗熱震性和耐化學(xué)腐蝕性好,摩擦系數(shù)小且有自潤(rùn)性,是一種優(yōu)越的耐磨材料。用氮化硅陶瓷制成的機(jī)械密封圈

8、,經(jīng)過幾百到幾千小時(shí)的運(yùn)轉(zhuǎn)后,磨損較小,壽命較原用材料提高幾倍到十幾倍。以碳化硅陶瓷為基板的碳化硅遠(yuǎn)紅外輻射板,被加熱到一定溫度后,能輻射出215微米以上的長(zhǎng)波紅外線,它對(duì)有機(jī)物,高分子物質(zhì)以及對(duì)遠(yuǎn)紅外線有強(qiáng)烈吸收峰的含水物質(zhì)等,有很高的干燥效率。目前,這種碳化硅遠(yuǎn)紅外輻射板巳用于自行車、縫紉機(jī)、家俱;木材,皮革,紡織,食品及糧食作物的干燥。在研究和生產(chǎn)中,硅材料與硅器件相互促進(jìn)。在第二次世界大戰(zhàn)中,開始用硅制作雷達(dá)的高頻晶體檢波器。所用的硅純度很低又非單晶體。1950年制出第一只硅晶體管,提高了人們制備優(yōu)質(zhì)硅單晶的興趣。1952年用直拉法(CZ培育硅單晶成功。1953年又研究出無坩堝區(qū)域熔化

9、法(FZ,既可進(jìn)行物理提純又能拉制單晶。1955年開始采用鋅還原四氯化硅法生產(chǎn)純硅,但不能滿足制造晶體管的要求。1956年研究成功氫還原三氯氫硅法。對(duì)硅中微量雜質(zhì)又經(jīng)過一段時(shí)間的探索后,氫還原三氯氫硅法成為一種主要的方法。到1960年,用這種方法進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)已具規(guī)模。硅整流器與硅閘流管的問世促使硅材料的生產(chǎn)一躍而居半導(dǎo)體材料的首位。60年代硅外延生長(zhǎng)單晶技術(shù)和硅平面工藝的出現(xiàn),不但使硅晶體管制造技術(shù)趨于成熟,而且促使集成電路迅速發(fā)展。80年代初全世界多晶硅產(chǎn)量已達(dá)2500噸。硅還是有前途的太陽(yáng)電池材料之一。用多晶硅制造太陽(yáng)電池的技術(shù)已經(jīng)成熟;無定形非晶硅膜的研究進(jìn)展迅速;非晶硅太陽(yáng)電池開始進(jìn)入市場(chǎng)。硅單晶主要技術(shù)參數(shù)有導(dǎo)電類型、電阻率與均勻度、非平衡載流子壽命、晶向與晶向偏離度、晶體缺陷等。導(dǎo)電類型導(dǎo)電類型由摻入的施主或受主雜質(zhì)決定。P型單晶多摻硼,N 型單晶多摻磷,外延片襯底用N型單晶摻銻或砷。電阻率與均勻度拉制單晶時(shí)摻入一定雜質(zhì)以控制單晶的電阻率。由于雜質(zhì)分布不勻,電阻率也不均勻。電阻率均勻性包括縱向電阻率均勻度、斷面電