电子科技大学电子信息材料基础考试总结讲解.docx

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电子科技大学电子信息材料基础考试总结讲解

说明:

仅供参考.

试题结构和类型

1.简答题（简单回答）30×2.5分

2.问答题（详细回答）2×8分

3.思考题（没有标准答案,与本课程相关度不高）例如:

如何节约能源等.

张老师授课部分约占三分之一,苏老师授课部分约占三分之二.

复习范围[个人总结非官方]

张怀武部分

1.集成电路的发展展望

目标:

提高集成度,提高可靠性,提高运行速度,降低功耗和成本

努力方向:

降低线宽,增大晶片直径,提升设计技术

2.芯片制造的纵向加工,横向加工,工艺流程/步骤

横向加工:

图形的产生和转移（又称为光刻,包括曝光,显影,刻蚀等）

纵向加工:

薄膜的制备（制备途径包括:

蒸发,溅射,氧化,CVD等）

掺杂（掺杂方法包括:

热扩散,离子注入,中子嬗变等）

典型的双极集成电路工艺

衬底制备->一次氧化->隐埋层光刻->隐埋层扩散->外延淀积->热氧化->隔离光刻->隔离扩散->热氧化->基区光刻->基区扩散->再分布及氧化->发射区光刻->（背面掺金）->发射区扩散->再分布及氧化->接触孔光刻->铝淀积->反刻铝->铝合金->淀积钝化层->压焊块光刻->中测

3.“自旋”自旋效应（磁随机存储）自旋电子学?

基于电子自旋效应

自旋电子学是利用载流子（电子与电子空穴）自旋传导的电子学。

以研究自旋极化输运特性及基于这些特性而设计,开发新电子器件为主要内容的学科.涉及自旋极化,自旋相关散射和隧穿,自旋积累和弛豫,电荷自旋-轨道-晶格间相互作用等强关联和量子干涉效应.

计算机硬盘—自旋阀效应/MRAM芯片—自旋隧道效应/自旋晶体管—自旋输运效应

4.微波铁氧体器件的类型/种类

类型:

小型化微波铁氧体器件（环行器,隔离器,移相器,开关）,薄膜化微波铁氧体器件,LTCC微波铁氧体器件

微波铁氧体器件的种类:

环形器,隔离器,移相器,开关等.

结构分类:

体形器件,微带器件,LTCC/LTCF,薄膜器件

5.LTCC的优点

高密度集成：

器件尺寸更小;批量化制作：

一致性及可靠性更高;器件工作频率更高、带宽更宽、信号传输速率更大;可内埋置与基板中;器件功能更为复杂、先进.

6.复合双性材料的优点

复合双性材料具有较高的介电常数和磁导率,同时具有电容和电感两种属性,在既需要电容又需要电感的LC滤波器设计中应用广泛,可以大大的减小器件的尺寸.但是该复合双性材料仅适用于低频情况,在高频下应用受到很大的限制.现在急需寻找中心频率较高,带宽较大的复合双性材料.

7.集成电子薄膜的概念

将具有电、磁、声、光、热的信息功能材料通过固态薄膜的形式与衬底（金属、氧化物、半导体、有机物）集成生长在一起的一种人工新材料.

8.薄膜应用

压控铁电薄膜的应用:

可调微波器件（可变电容,介质移相器）,相控阵雷达T/R组件,智能射频前端,可调匹配网络的相位延迟和调频元件.

超导薄膜的应用:

射频（RF）和微波通讯用的高频电子学,极弱磁场探测用的超导量子干涉器件,以及用于高效输电和用电系统的超导电线等.

BST红外薄膜的应用:

敏感元芯片,红外探测器,气体传感器等.

YIG薄膜的应用:

磁光领域（磁光开关,隔离器等）,微波器件（环形器,延迟线,滤波器）,静磁表面滤波器,THz领域.

铁电薄膜的应用:

铁电随机存储器（FRAM）,MEMS,微波器件等.

功率电阻薄膜及应用:

阻抗匹配和系统保护的作用（功率负载、衰减器、功分器等）

声表波ZnO:

移动与无绳电话系统、卫星通讯及定位（GPS）系统、通讯侦察压缩接收机、电子侦察用信道化接收机、导航系统等

体声波AlN:

制备易集成、宽带、低损耗、承受大功率的小型化滤波器

柔性应变敏感薄膜:

应力/应变传感器、加速度传感器等

太阳能薄膜的应用:

柔性薄膜铜铟镓硒太阳能电池关键技术,第三代薄膜太阳能电磁,全印制薄膜,新型热电薄膜材料和器件.

9.薄膜制备工艺和流程（磁控溅射,激光分子束外延等）

射频磁控溅射:

电子在电场的作用下加速飞向基片的过程中与氩原子发生碰撞,电离出大量的氩离子和电子,电子飞向基片,氩离子在电场的作用下加速轰击靶材,溅射出大量的靶材原子,成中性的靶材原子沉积在基片上成薄膜,二次电子在加速飞向基片的过程中受到磁场洛伦兹力的影响,被束缚在靠近靶面的等离子体区域内,该区域内等离子体密度高,二次电子在磁场的作用下围绕靶面做圆周运动,该电子的运动路径很长,在运动的过程中不断与氩原子发生碰撞电离出大量的氩离子轰击靶材,经过多次碰撞后电子的能力逐渐降低,摆脱磁力线的束缚,远离靶材,最终沉积在基板上.

激光分子束外延:

脉冲激光束通过一个光学窗口进入真空系统,入射到可旋转的靶材表面.高能量密度脉冲激光将靶材局部气化而产生激光焰,剥蚀的粒子获得很高的动能,达到可加热的衬底表面形成薄膜.过程分为三个阶段:

（1）材料的剥离和激光焰的生成;

（2）激光焰在工作气体中的传播;（3）剥蚀的粒子在衬底表面上形核成膜.

化学气相沉积：

化学气相沉积（Chemicalvapordeposition，简称CVD）是反应物质在气态条件下发生化学反应，生成固态物质沉积在加热的固态基体表面，进而制得固体材料的工艺技术。

热阻/电子束/反应蒸发：

　把待镀膜的基片或工件置于真空室内，通过对镀膜材料加热使其蒸发气化而沉积与基体或工件表面并形成薄膜或涂层的工艺过程，称为真空蒸发镀膜，简称蒸发镀膜或蒸镀。

化学溶液沉积

苏桦部分

1.存储技术的分类

磁性存储;光信息存储;磁光存储;半导体存储技术;有机信息存储;光子存储

2.提高磁存储密度的方法

为了提高磁记录的密度，主要途径是增大介质的Hc/Br并降低介质的厚度。

但记录后的输出信号正比于Br，因此提高介质矫顽力是关键。

3.发展阶段

磁记录材料先后经历了氧化物磁粉（γ-Fe2O3）、金属合金磁粉（Fe－Co－Ni等合金磁粉）和金属薄膜三个阶段

3.1磁头在磁记录过程中经历了几个阶段：

体形磁头－薄膜磁头－磁阻磁头－巨磁阻磁头

4.纵向/横向磁记录区别

纵向磁化记录－磁化方向与记录介质的运动方向平行的记录方式。

如硬盘、软盘、磁带等。

提高其存储密度的方式主要是提高矫顽力和采用薄的存储膜层。

垂直磁记录－磁化方向和记录介质的平面相垂直的记录方式。

它可彻底消除纵向磁记录方式随记录单元缩小所产生的退磁场增大的效应，因而更有利于记录密度的提高。

同时对薄膜厚度和矫顽力的要求可更宽松。

但其对信号的读出效率较差，要求磁头必须距记录介质面很近。

5.磁阻/巨磁阻效应的概念GMR—自旋电子应用

巨磁阻效应指的是,磁性材料的电阻率在有外磁场作用时较之无外磁场作用时存在巨大变化的现象,是一种量子力学效应.

6.光存储与磁存储对比的优缺点

磁存储可以擦写,容量大,但是容易丢失数据;光存储数据存取速度比较快,通用性好,保存寿命较长,质量小,但是容量小,发热量大,启动慢.

与磁存储技术相比，光盘存储有以下优势：

非接触式读/写，光头与光盘间有1～2mm距离，因此光盘可以自由更换；信息载噪比高，而且经多次读写不降低；信息位的价格低；抗磁干扰。

缺点：

光盘驱动器较贵，数据传输率较低，存储密度较低。

7.磁光存储的原理

磁光效应－偏振光被磁性介质反射或透射后，其偏振状态发生改变，偏振面发生旋转的现象。

由反射引起的偏振面旋转称为克尔效应；由透射引起的偏振面旋转称为法拉第效应。

磁光存储的写入方式（不要求）－利用热磁效应改变微小区域的磁化矢量取向。

磁光存储薄膜的磁化矢量必须垂直于膜面。

如果它的初始状态排列规则，如磁化方向一致向下，当经光学物镜聚焦的激光束瞬时作用于该薄膜的一点时，此点温度急剧上升，超过薄膜的居里温度后，自发磁化强度消失。

激光终止后温度下降，低于居里温度后，磁矩逐渐长大，磁化方向将和施加的外加偏置场方向一致。

因为该偏置场低于薄膜的矫顽力，因此偏场不会改变其它记录位的磁化矢量方向。

磁光存储即有光存储的大容量及可自由插换的特点，又有磁存储可擦写和存取速度快的优点。

8.相变存储的原理

相变型光存储介质主要为Te（碲）和非Te基的半导体合金。

它们的熔点较低并能快速实现晶态和非晶态的可逆转变。

两种状态对光有不同的发射率和透射率。

但这种光存储介质多次读写后信噪比会下降。

9.半导体存储的应用例子闪存FLASH,DRAM,SRAM等

动态随机存储器（DRAM）,静态随机存储器（SRAM）,FLASH存储.

10.PCM/FRAM/MRAM/RRAM的含义（中文英文全称）

铁电存储器（FRAM:

FerroelectricRandomAccessMemory）

磁存储器（MRAM:

MagnetoresistiveRandomAccessMemory）

相变存储器（PCM:

PhaseChangeMemory）

阻变存储器（RRAM:

ResistiveRandomAccessMemory）

FRAM的存储原理是利用铁电晶体材料（如PZT,SBT,BLT等）的自发极化和在外界电场的作用下改变极化方向的特性来进行数据存储。

MRAM主要是利用磁致电阻效应来实现高低两种电阻状态的转换而达到二值存储的目的。

PCM它主要是利用硫化物（Chalcogenide）和硫化合金等材料的相变特性来实现储存的。

RRAM它主要是利用某些薄膜材料在电激励的作用下会出现不同电阻状态（高、低阻态）的转变现象来进行数据的存储

11.MRAM的核心技术/读写机制

MRAM的核心技术主要包括三方面：

其一是获得高磁阻变化比值的磁性多层膜结构；其二是尽量降低存储位元的尺寸；其三是读写的构架和方法合理实施。

目前MRAM的读写机制主要有两种，一种为1T1MTJ（oneTransistoroneMTJ）架构，即一个记忆单元连接一个MOS管；一种为XPC（Cross-pointcell）构架。

12.RRAM的原理等

RRAM全称为“ResistiveRandomAccessMemory"，它主要是利用某些薄膜材料在电激励的作用下会出现不同电阻状态（高、低阻态）的转变现象来进行数据的存储，这和PRAM有相似的地方。

但与相变存储不同的是:

PRAM采用相变材料，在电阻变化过程中，材料的晶体结构发生了变化;而对RRAM来说，电阻变化过程中，施加的电场只影响材料的电子结构，而晶体结构通常不变。

13.磁性材料的分类/软磁材料的分类

从使用磁学观点区分:

抗磁性材料,顺磁性材料,反铁磁材料,铁磁性材料和亚铁磁性材料

其他分类:

软磁,硬磁,旋磁,矩磁,压磁.

软磁分为:

金属软磁（硅钢片,坡莫合金,磁导率大,Bs大,居里温度高,电阻率小）,非晶/纳米晶软磁（Co基/Fe基等,同上,价格贵）,铁氧体软磁（尖晶石系和六角晶系铁氧体，磁导率和Bs不太高，居里温度较低，电阻率高，价格较低，特别适合中高频使用）,铁粉心软磁（金属软磁与有机介质复合，Bs大，电阻率高，不易饱和，磁导率不高，特别适合于差模扼流圈）.

14.居里温度的定义

铁氧体材料从亚铁磁性状态转变为顺磁性状态的临界温度,此时磁畴消失.物理本质:

当温度升高到居里点时,热骚动能达到足以破坏超交换作用,使离子磁矩处于混乱状态,Ms=0（饱和磁化强度）.

15.起始磁导率等含义

起始磁导率：

如果材料从退磁状态开始，受到对称的交变磁场的反复磁化，当这种交流磁场趋近于零时所得到磁导率.即

振幅磁导率：

如果交变磁场的振幅较大，振幅B比振幅H所得到的磁导率.即

增量磁导率：

有偏置场作用时的磁导率

有效磁导率：

磁芯开气隙时的磁导率

16.提高起始磁导率的途径

畴壁的可逆位移和磁畴矢量的可逆转动是影响起始磁导率的主要因素.提高起始磁导率的途径:

提高此材料的饱和磁化强度;降低磁晶各向异性常数和磁致伸缩系数;减少杂质的内应力

;改善微观结构（晶粒均匀,没有气孔和其他缺陷,没有另相,晶粒内部有很好的化学均匀性,材料织构化