光學(xué)Chapt 1導(dǎo)論 (2)課件

光電信息材料與器件2023/1/16相關(guān)書目※信息材料導(dǎo)論林健

化學(xué)工業(yè)出版社※電子材料導(dǎo)論李言榮等

清華大學(xué)出版社※無機(jī)材料化學(xué)林建華等

北京大學(xué)出版社※傳感器敏感功能材料及應(yīng)用倪星元等化學(xué)工業(yè)出版社※OLED有機(jī)電致發(fā)光材料與器件陳金鑫等

清華大學(xué)出版社※微系統(tǒng)和納米技術(shù)周兆英等

科學(xué)出版社2023/1/16授課安排授課老師:

儀明東E-mail:

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2023/1/16第一章導(dǎo)論現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)重要支柱能源材料信息無機(jī)材料有機(jī)材料2023/1/16

信息技術(shù)獲取儲(chǔ)存?zhèn)鬏旓@示二十一世紀(jì)——信息時(shí)代2023/1/16InternetofThings2023/1/16信息材料的概念

所謂的信息材料是指用于信息的獲取、存儲(chǔ)、處理、傳遞和顯示的微電子材料和光電子材料。

信息材料informationmaterials微電子材料

microelectronicsmaterials光電子材料photoelectronmaterials

2023/1/16信息材料的分類

1.信息處理材料：微電子材料（Si,GaAs,SOI,III-IV）2.信息存儲(chǔ)材料：磁性合金薄膜，存儲(chǔ)介質(zhì)，有機(jī)存儲(chǔ)材料3.信息傳遞材料：溶石英光纖4.信息顯示材料：液晶，有機(jī)電子材料，熒光粉5.信息獲取材料：探測(cè)器材料（III-IV和II-VI為主），傳感器材料6.激光材料：氧化物玻璃，非氧化物玻璃，晶體2023/1/16信息材料的發(fā)展歷程

微電子材料光電子材料三極管集成電路GeSiMOS光探測(cè)器激光器光纖CdSNd3+:YAG光信息器件超晶格2023/1/16TechnologyProgress19478layersCu30nmGateLgInterconnectTransistor20062023/1/16顯示技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)第一代技術(shù)第二代技術(shù)第三代技術(shù)晶體管顯示器CRT液晶顯示器LCD等離子顯示器PDP場(chǎng)發(fā)射顯示器FED有機(jī)／高分子平板顯示器OLED非平板顯示平板顯示2023/1/16OLED&OPVFlexiblePVcell!!2023/1/16信息材料的發(fā)展方向2023/1/16TheLycurgusCup(glass;BritishMuseum;4thcenturyA.D.)Whenilluminatedfromoutside,itappearsgreen.However,whenIlluminatedfromwithinthecup,itglowsred.Redcolorisduetoverysmallamountsofgoldpowder(about40partspermillion)2023/1/16Adhesion>CohesionAdhesion<CohesionAdhesion<<Cohesion2023/1/16LLA若粒子的動(dòng)能比勢(shì)壘高度低，在經(jīng)典力學(xué)里，左面阱里的粒子A,是無法越過勢(shì)壘而到右面阱中去的。但在量子力學(xué)中，粒子具有粒子和波的雙重特性，如果勢(shì)阱的壘寬L與粒子A的平均自由程相比擬或小時(shí)，則粒子有一定的幾率穿透過勢(shì)壘（見右圖）！在勢(shì)阱中粒子的能量也是量子化的。量子隧穿效應(yīng)2023/1/16如果一個(gè)量子點(diǎn)通過兩個(gè)微小隧道結(jié)與電源（電子庫(kù)）相連，系統(tǒng)的電容之和（如小于10-18法拉）足夠小，當(dāng)外加電壓小于一個(gè)閾值時(shí)，并無電流通過；因?yàn)橹灰幸粋€(gè)電子進(jìn)入量子點(diǎn)，系統(tǒng)的靜電能就會(huì)增加并阻止隨后第二個(gè)電子進(jìn)入同一個(gè)量子點(diǎn)，這種現(xiàn)象叫做庫(kù)侖阻塞（Coulombblockade）效應(yīng)，電流-電壓特性見右下圖示。

基于庫(kù)侖阻塞效應(yīng)可以制造多種量子器件，如單電子器件和量子點(diǎn)旋轉(zhuǎn)門等。單電子器件不僅在超大規(guī)模集成電路制造上有著重要應(yīng)用前景，而且還可用于研制超快、超高靈敏靜電計(jì)，其分辨率可高達(dá)1.210-5e/Hz1/2,可用來檢測(cè)小于萬分之一電子電荷的電量。庫(kù)侖阻塞效應(yīng)2023/1/16Synthesisandpreparationofnanomaterials2023/1/16HarvestingoflightQuantumdotsofdifferentsizecanharvestlightofdifferentwavelengths(WorldlargestpanelfabricationbyNanosolarinBerlin)Industry:“Despiteasluggishforecastfortheoverallhigh-techindustryin2009,nanomaterialsforsolarcellsgrew47%in2008andisprojectedtogrowanother44%in2009”(TheInformationNetwork,Feb5,2009)2023/1/16Carbonnanotubescloth2023/1/162023/1/16原子結(jié)構(gòu)與物質(zhì)2023/1/16薛定諤方程

-------描述原子核外電子運(yùn)動(dòng)的波動(dòng)方程（在以x,y,z為變量的正交坐標(biāo)系中）

用波動(dòng)方程描述微觀粒子運(yùn)動(dòng)的科學(xué)稱為波動(dòng)力學(xué)或量子力學(xué)2023/1/16氫原子的量子力學(xué)模型n（主量子數(shù)）=1,2,3,4,5…………..l（角量子數(shù)）=0,1,2,3,4…………..n–1m（磁量子數(shù)）=0,1,2,………….l2023/1/16s軌道(l=0,m=0):m一種取值,空間一種取向,一條s軌道

p軌道(l=1,m=+1,0,-1)

m三種取值,三種取向,三條等價(jià)(簡(jiǎn)并)p軌道2023/1/16d

軌道(l=2,m=+2,+1,0,-1,-2):m五種取值,空間五種取向,五條等價(jià)(簡(jiǎn)并)d

軌道2023/1/161價(jià)健理論

化學(xué)鍵◆σ鍵：重疊軌道的電子云密度沿鍵軸方向的投影為圓形，表明電子云密度繞鍵軸（原子核之間的連線）對(duì)稱。形象的稱為“頭碰頭”?！?/p>

π鍵：重疊軌道的電子云密度繞鍵軸不完全對(duì)稱。形象的稱為“肩并肩”。

C2H4分子2023/1/162離子健理論

離子鍵---

原子間通過正、負(fù)離子電性吸引的互相作用稱為離子鍵。離子鍵的特點(diǎn)沒有方向性沒有飽和性2023/1/16

r+/r-=0.225~0.414ZnS型

配位數(shù)：4

r+/r-=0.414~.732NaCl型配位數(shù)：6

r+/r-=0.732~1CsCl型配位數(shù)：8

2023/1/163晶體場(chǎng)理論d軌道在四面體場(chǎng)中的能級(jí)分裂2023/1/16a=c1（1+2）b=c1’（1-2）分子軌道理論2023/1/162023/1/16金屬鍵的能帶理論分子軌道理論將金屬晶體看作一個(gè)巨大分子，結(jié)合在一起的無數(shù)個(gè)金屬原子形成無數(shù)條分子軌道，某些電子就會(huì)處在涉及構(gòu)成整塊金屬原子在內(nèi)的軌道。這樣就產(chǎn)生了金屬的能帶理論（金屬鍵的量子力學(xué)模型）。2023/1/16Li2的分子軌道圖Li金屬的分子軌道圖2023/1/16金屬導(dǎo)體的能帶模型2023/1/16金屬鈉中能帶形成示意圖3p3s2p2s能量原子數(shù)12345(∞)(a)原子數(shù)增加形成的能帶(b)電子充填3p能帶3s能帶2p能帶2s能帶空帶導(dǎo)帶Eg禁帶滿帶滿帶2023/1/162023/1/16固體能帶結(jié)構(gòu)的兩種理解:(1).近自由電子圖像+周期勢(shì)場(chǎng)的微擾(2).原