《功能材料》综合复习.docx
《《功能材料》综合复习.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《功能材料》综合复习.docx（45页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
《功能材料》综合复习
2016年《功能材料》总复习
绪论
1.新材料指“在近阶段将达到实用化的高功能材料”，一般认为可以包括：
晶须材料、非晶材料、超塑性材料、形状记忆材料、功能陶瓷、功能有机材料、超导材料、碳纤维、能量转换材料等。
2.功能材料指那些具有优良的电学、磁学、光学、热学、声学、力学、化学、生物医学功能，特殊的物理、化学、生物学效应，能完成功能相互转化，主要用来制造各种功能元器件而被广泛应用于各类高科技领域的高新技术材料。
（磁性、电子、信息、光学、敏感、能源）
3.与结构材料相比，功能材料有以下主要特征：
1）功能材料的功能对应于材料的微观结构和微观物体的运动，是最本质的特征。
2）功能材料的聚集态和形态非常多样化，除晶态外，还有气态、液态、液晶态、非晶态、混合态和等离子态。
除三维材料外，还有二维、一维和零维材料。
3）结构材料常以材料形式为最终产品，而功能材料有相当一部分是以元件形式为最终产品，即材料-元件一体化。
4）功能材料是多学科交叉的知识密集型产物。
5）功能材料的制备技术不同于结构材料用的传统技术，而是采用许多先进的新工艺和新技术，如急冷、超净、超微、超纯、薄膜化、集成化、微型化、智能化以及精细控制和检测技术。
4.功能材料按其功能的显示过程可分为：
1）一次功能材料：
当向材料输入的能量和从材料输出的能量属于同一种形式时，材料起到能量传输部件的作用。
材料的这种功能称为一次功能。
以一次功能为使用目的的材料又称为载体材料。
2）二次功能材料：
当向材料输入的能量和从材料输出的能量属于不同形式时，材料起能量的转换部件作用，材料的这种功能称为二次功能或高次功能。
有人认为这种材料才是真正的功能材料。
5.功能材料的制备方法
1）溶胶-凝胶法（Sol--Gel法，简称SG法）
2）快淬快凝技术：
通过快淬快凝工艺可以得到在常规条件下的亚稳相。
亚稳相可以是材料的使用状态，也可能是为了得到好性能的中间状态。
实际上可以把亚稳状态的材料看作是平衡态来使用。
例如我国考古学家发现3000多年前的剑具有亚稳相渗碳体而不是碳的平衡态石墨，有的则还具有马氏体的组织形貌。
3）复合与杂化：
复合：
把两种以上组分材料组成一种新材料的方法；复合材料各组分紧密结合、合理分布、性能互补使得制成的材料比简单混合物强得多。
可以用“1+1＞2”来形象地说明复合的神奇效果。
杂化：
将原子、分子集团在几埃到几千埃的数量级上进行复合。
杂化是在纳米数量级上进行，从而使各原材料间的相互作用力与整体复合时不同，引起量子效应、表面能量效应等。
这些现象对材料里的载流子的传输过程会产生很大的影响，使杂化材料的电学性质不再是各原材料的电学性质相加后的平均值，而可以说是相乘的结果。
可以出现各向异性、超导电性等现象。
例如在绝缘性高分子薄膜表面镀上一层薄金属层，以此做成电极，进行吡咯（luo）的电解聚合，生成的聚吡咯在生成的同时形成了高分子薄膜中的导电通路，从而得到导电薄膜。
4）化学气相沉积法（CVD）：
在相当高的温度下，混合气体与基体的表面相互作用，使混合气体中某些成分分解，并在基体上形成一种金属或化合物的固态薄膜或镀层。
5）低温固相合成法：
在接近室温的条件（室温～100℃）下通过混合、研磨固体反应物直接形成生成物。
6）模板合成法：
利用特定模板结构的基质为模板进行合成。
特定结构的基质模板包括多孔玻璃、沸石分子筛，大孔离子交换树脂等。
例如:
将Na-Y型沸石与Cd（NO3）2溶液混合,离子交换后形成Cd-Y型沸石，经干燥后与H2S气体反应，在分子筛八面体沸石笼中生成CdS纳米粒子。
6.功能材料的发展现状
现已开发的功能材料，以物理功能材料最多：
1）单功能材料，如：
导电材料、介电材料、铁电材料、磁性材料、磁信息材料、发热材料、热控材料、光学材料、激光材料、红外材料等。
2）功能转换材料，如：
压电材料、光电材料、热电材料、磁光材料、声光材料、电流变材料、磁敏材料、磁致伸缩材料、电色材料等。
3）多功能材料，如：
防振降噪材料、电磁材料等、三防材料（防热、防激光和防核）……
4）复合和综合功能材料，如：
形状记忆材料、隐身材料、传感材料、智能材料、显示材料、分离功能材料、环境材料、电磁屏蔽材料等。
5）新形态和新概念功能材料，如：
液晶材料、梯度材料、纳米材料、非平衡材料等。
目前，化学和生物功能材料的种类虽较少，但其发展速度很快，其功能也更多样化。
7.21世纪功能材料的发展趋势与展望
1）开发高技术所需的新型功能材料，特别是：
尖端领域所需功能材料（航空航天、分子电子学、新能源、海洋技术和生命科学等）；
在极端条件下工作的高性能功能材料（超高温、超高压、超低温、强腐蚀、高真空、强辐射等）。
2）功能材料的功能从单功能向多功能和复合或综合功能发展，从低级功能向高级功能发展。
3）功能材料和器件的一体化、高集成化、超微型化、高密积化和超分子化。
4）功能材料和结构材料兼容，即功能材料结构化，结构材料功能化；
5）进一步研究和发展功能材料的新概念、新设计和新工艺；
6）完善和发展功能材料检测和评价的方法；
7）加强功能材料的应用研究，扩展功能材料的应用领域，加强推广成熟的研究成果，以形成生产力。
第一章缺陷、非化学计量
一、综合知识：
缺陷及缺陷类型
晶体缺陷（晶格的不完整性）：
晶体中任何对完整周期性结构的偏离就是晶体的缺陷。
①结构缺陷：
没有杂质的具有理想的化学配比的晶体中的缺陷，如空位，填隙原子，位错。
②化学缺陷：
由于掺入杂质或同位素，或者化学配比偏离理想情况的化合物晶体中的缺陷，如杂质、色心等。
晶体缺陷的类型：
1.据几何形态：
点缺陷、线缺陷、面缺陷等
2.据形成原因：
热缺陷、杂质缺陷、非化学计量缺陷等
（a）原子尺度上结构不完整性可以有间隙原子、原子移位、原子空位等所谓的点缺陷，又称零维缺陷。
（b）这种缺陷的发展和积聚构成线缺陷位错，即所谓的一维缺陷。
（c）晶界和界面、表面也是一种结构不完整性，称为面缺陷即二维缺陷。
（d）空洞、析出的第二相等称之为三维缺陷。
二、什么是缺陷对或共轭缺陷？
在化合物中如果只存在某类缺陷中的一种缺陷（例如弗仑克尔缺陷中的填隙原子），会导致一个成分过量或另一个成分短缺。
因此，为保持化学计量的组成，必然要有两种或两种以上的缺陷同时存在。
这些缺陷成对出现，相互间具有一定的浓度关系，对化学计量产生相反的影响，被称为缺陷对或共轭缺陷。
不难理解，虽然存在着原生本征点缺陷（primarynativedefect），化合物的组成仍符合化学计量。
或者说，晶体的原生本征缺陷不会影响其化学计量。
三、非化学计量化合物（4种类型）：
1.生成阴离子空位型的非化学计量化合物，如TiO2–y，
2.生成阳离子空位型的非化学计量化合物，如Fe1–yO，
3.生成阴离子填隙型的非化学计量化合物，如UO2+y，
4.生成阳离子填隙型的非化学计量化合物，如Zn1+yO。
4种基本类型的生成机制，可由异价置换固溶体的空位机构（两种情况）和填隙机构（另两种情况）来解释，只是这种异价不等数置换是发生在同一种元素不同价态的离子间，例如3价钛对4价钛、3价铁对2价铁以及6价铀对4价铀的异价置换；此外，把锌固溶到氧化锌中，可以生成阳离子填隙型的非化学计量化合物。
1．阴离子空位（MaXb-y）型非化学计量化合物：
TiO2、ZrO2、CdO、CeO2和Nb2O5等是这类化合物常见的例子，它们的分子式又可以分别写为TiO2–y和ZrO2–y等。
（阴离子空位型的非化学计量化合物）TiO2的缺陷反应过程
①氧原子以气态逸出，为保持位置平衡，则同时产生氧空位；
②在形成氧离子空位的同时，有准自由电子产生，由此整个晶体的电中性得以保持。
③每个带2个正电荷的氧空位捕获2个准自由电子，成为F′色心。
TiO2的缺陷反应结果：
①F′色心上的电子能吸收一定波长的光，使二氧化钛从白色或黄色变成蓝色直至灰黑色。
②二氧化钛在外电场作用下，其内部的准自由电子可以从一个氧空位迁移到另一个氧空位，形成准自由电子导电，因而它是一种n型半导体。
③TiO2的非化学计量对氧分压很敏感。
在烧结含有TiO2的材料例如金红石质电容器时，如果在强氧化气氛中烧结，可获金黄色电介质材料；如果氧分压较低，［VO··］增大，烧结得到的是灰黑色非化学计量化合物。
颜色的变化是由于生成氧空位缺陷，因而造成了色心的缘故。
2.阳离子空位（Ma–yXb）型非化学计量化合物：
由于阳离子缺位，带负电的阳离子空位在其周围捕获带正电的准自由电子空穴，以保持电中性。
这种材料属于p型半导体。
能形成这类非化学计量化合物的有分子式为NiO、CoO、MnO、Cu2O、FeS和FeO等的许多过渡金属化合物。
（阳离子空位型的非化学计量化合物）方铁矿的缺陷反应过程及结果：
在氧气作用下，可形成非化学计量化合物，分子式为Fe1–yO。
每缺少1个Fe2+，为保持位置关系，就出现1个VFe″。
为维持电中性，1个VFe″要捕获2个准自由电子空穴，相当于在晶体中2个Fe2+转变成Fe3+，来保持电中性。
当气氛中与FeO中的氧成分相同的O2溶入到FeO，占据了O2–的正常晶格结点位置。
为保持位置平衡，产生Fe2+空位VFe″。
在形成带负电的VFe″的过程中，为保持电中性，导致带正电的准自由电子空穴h-的产生。
由于铁离子空位本身带负电，为了保持电中性，2个准自由电子空穴被吸引到1个铁离子空位周围，形成一种V色心。
氧分压增大，带负电铁离子空位的浓度也增大；V色心浓度增大，Fe1–yO颜色随之变化；准自由电子空穴的浓度增大，电导率也相应增大。
3．阳离子填隙（Ma+yXb）型非化学计量化合物：
Zn1+yO和Cd1+yO属于这种类型。
过剩的金属离子进入间隙位置，相应数目的准自由电子被束缚在处于间隙位置的金属离子周围，以保持整个晶体的电中性，形成了某种色心。
例如ZnO在锌蒸气中加热，颜色会逐渐加深，就是形成这种色心的缘故。
ZnO形成非化学计量化合物的过程可描述如下：
每个从正常晶格位置跳到间隙位置的锌原子，在生成1价填隙锌离子的同时，产生了1个准自由电子，使整个晶体的电中性得以保持；由于在正常晶格位置上锌的减少，为保持位置平衡，氧以气态逸出。
4.阴离子填隙（MaXb+y）型非化学计量化合物：
这类化合物的晶格中由于阴离子过剩形成填隙阴离子，因而在其近邻引入正电荷（准自由电子空穴）以保持电中性。
准自由电子空穴在电场的作用下会运动而导电，所以这种材料是p型半导体。
由于阴离子一般较大，不易挤入间隙位置，这种类型并不常见。
UO2+y具有这样的缺陷，其缺陷反应过程可描述如下：
气氛中与阴离子成分相同的O2溶入化合物，占据间隙位置；填隙氧原子在电离的同时，产生准自由电子空穴，使整个晶体的电中性得以保持。
随着氧分压的增大，填隙氧离子浓度增大；同时由于准自由电子空穴浓度增大，p型半导体的导电能力增强。
所以在氧化气氛中烧结UO2，可得非化学计量材料。
5.非化学计量氧化物的缺陷主要存在形式与材料所处环境的氧分压的关系。
对非化学计量氧化物，其缺陷的主要存在形式与材料所处环境的氧分压关系十分密切。
研究表明：
①当氧分压大时，缺陷以空穴和氧间隙离子为主，因为Po2增大，氧原子易进入晶体间隙中，
②当Po2小时，晶体中氧原子易脱离晶格而留下氧空位。
显然，氧分压对氧化物的成分及其性能影响十分明显。
③氧化物接近化学计量成分，氧空位和间隙氧离子极少生成，此时主要缺陷应是电子和空穴，且n≈p。
四、综述缺陷对材料性能的影响与缺陷的作用
（1）缺陷可对材料的力学、电、光、磁性能产生巨大影响。
点缺陷在三维空间中各个方向上的尺寸都很小，如空位、间隙原子、杂质、其它点缺陷如错置的原子。
但半导体材料对杂质非常敏感，其性能可以发生几个数量级的变化。
点缺陷与材料的电学性质、光学性质、材料的高温动力学过程等有关。
线缺陷的产生及运动与材料的韧性、脆性密切相关。
位错对于电子陶瓷材料的某些性质，特别是取决于物质迁移的性质都有影响。
面缺陷如晶界、相界、表面、堆积层错、镶嵌结构等。
表面层的原子既受到体内原子的束缚，又受环境影响，所以表面组成和结构在很大程度上与形成条件及随后的处理有关，表面对材料和器件的性能影响很大。
面缺陷的取向及分布与材料的断裂韧性有关。
晶界能阻止沿位错的运动；
科学界对满足化学计量的纯化合物的缺陷化学具有极大兴趣。
引进的外来离子对于陶瓷材料有极大的影响。
例如，钛酸钡材料中掺杂La，可以得到不同性能的材料，其工作原理恰是缺陷反应的结果。
（2）对非化学计量氧化物，其缺陷的主要存在形式与材料所处环境的氧分压关系十分密切。
研究表明，①当氧分压大时，缺陷以空穴和氧间隙离子为主，因为Po2增大，氧原子易进入晶体间隙中，②当Po2小时，晶体中氧原子易脱离晶格而留下氧空位。
显然，氧分压对氧化物的成分及其性能影响十分明显。
③氧化物接近化学计量成分，氧空位和间隙氧离子极少生成，此时主要缺陷应是电子和空穴，且n≈p。
研究BaTiO3的导电行为，测其导电率与氧分压的关系，从而预测其导电机制和模型。
搞清缺陷的形成和分布是功能陶瓷（或其它功能材料）重要的研究内容。
（3）金属电阻：
如果说温度使晶格发生动畸变，则缺陷使晶格发生静畸变，结果引起电子波散射几率的增加，从而增加电阻率。
缺陷中点缺陷如空位及间隙原子对电阻率的影响最大。
（4）对快离子导体而言，晶体结构结构上亚晶格是无序的并且具有空位，这些空位数量远高于可移动的离子数，因此在无序的晶格里总是存在可供迁移离子占据的空位。
如ZrO2，低价阳离子置换Zr4+导致O2-离子空位的形成。
空位稳定了结构，同样导致在氧的亚晶格中高的迁移率。
（5）新型高温超导材料属氧缺损型晶体结构，其氧浓度与晶体结构有关，与超导电性关系密切。
高温超导体的性质由载流子浓度决定，而载流子浓度的变化来自氧缺位，相应氧含量可由制备过程或成分变化来改变。
第二章电性材料
一、能带是怎样形成的？
以能带结构解释物质导电性的差异。
对于单个原子来说，它的电子是处在不同的分立能级上的，每个能级上容许有两个自旋方向相反的电子。
电子只能占据特定轨道或能级，相邻能级之间存在着能隙。
当大量原子组成晶体后，各个原子的能级，会因电子云的重叠而发生分裂。
由N个原子组成的晶体中，每个原子的一个能级将分裂成N个，每个能级上的电子数不变，能级分裂后，最高和最低能级之间的能量差只有几十个eV。
比如1mm3大小的实际晶体中，N=1019左右，当分裂成的1019个能级处于几十个eV的范围时，各能级的间隔极小，我们只好把它看成电子能量或能级是连续变化的，并称其为能带。
当能带不满时，有效电子数高，导电性好；而能带充满时则没有导电性。
金属的共同特征是能带没有被填满，因而能导电。
0K条件下，能量比较低的能带被完全填满，较高的能带（导带）则处于全空状态，两个能带之间具有能隙Eg。
电子能否从满的价带跃迁至空的导带，主要取决于能隙Eg的大小。
能隙Eg大时，共有化电子很难从低能级跃迁到高能级上去，则为绝缘体；当能隙Eg小时，在外加能量作用下，共有化电子可以跃迁至空带，则为半导体。
二、影响纯金属电阻的因素及其作用
对纯金属的电阻，温度、压力、缺陷的影响如下：
①温度的影响——温度升高加剧晶格的热震动，使晶格势场偏离理想的周期性势场，造成离子受格波的散射增加，用声子的语言，即增加了电子与声子的碰撞几率，致使电阻率增加。
在高温下，电阻率同温度成正比，在较低温度时，电阻率同温度的五次方成正比。
②压力的影响：
在流体静压力下大多数金属电阻率减小，这可以解释为晶体中原子在压力作用下互相靠近所致。
在不太大的压力下ρ（p）=ρ0（1+αp）其中ρ（p）为压力p下的电阻率，而α=1/ρ0•dρ/dp为电阻压力系数，一般为10-5～10-6，且为负数。
在强大的压力下，金属会发生相变，甚至将绝缘体或半导体变为金属导电物质，这将使电阻率发生突变。
③缺陷的影响——如果说温度使晶格发生动畸变，则缺陷使晶格发生静畸变，结果引起电子波散射几率的增加，从而增加电阻率。
缺陷中点缺陷如空位及间隙原子对电阻率的影响最大。
造成金属中缺陷的原因很多，如冷加工，热处理，辐照等工艺过程都可能造成金属中的缺陷。
塑性变形过程中形成点缺陷与位错，因而增加电阻率。
经冷加工后的金属再进行退火，则电阻率下降。
若退火中发生相变，电阻率将发生突变。
淬火产生空位，故一般增加电阻率，淬火温度愈高，空位浓度愈大。
纯金从800℃淬火后，在4.2K下电阻率增加35％；纯铂自1500℃淬火后，在4.2K下电阻率增加一倍。
三、半导体材料
1.半导体的导电特性具有两个显著的特点：
①半导体的电导率对材料的纯度极为敏感，例如：
百万分之一的硼含量就可以使纯硅的电导率成万倍增加；杂质类型不同，导电类型也不同。
②电阻率受外界条件的影响很大，温度升高或者受光照射等均可使电阻率迅速下降。
半导体工艺的目的：
制备尽可能纯的材料，然后可控制地引入杂质（称为掺杂）。
2.本征半导体与非本征（杂质）半导体
即使半导体中不存在任何杂质，也会由于热激发使少数电子从价带热激发到导带底，产生所谓的本征导电。
把纯的半导体称为本征半导体，因为它们的行为仅仅由它原有的性质决定。
半导体的导电性能往往是由于存在一定的杂质，它们对于能带填充情况有所改变，使导带中有少数电子或价带缺少了少数电子，从而产生一定的导电性叫掺杂导电。
把由于外部作用而改变半导体固有性质的半导体称为非本征（杂质）半导体。
半导体器件主要使用的是非本征半导体。
3．n型半导体与P型半导体
在掺杂半导体中，导带的电子或价带的空穴可以独立改变，也就是说电子和空穴浓度可以是不相等的。
根据电子和空穴浓度的大小，掺杂半导体可以分为N型和P型半导体。
根据对导电性的影响，杂质态可分为施主杂质和受主杂质，相应地两者所产生的额外能级分别为施主能级和受主能级，并最终引出两种杂质半导体，即n型半导体和P型半导体。
含施主杂质的半导体，主要依靠电子导电，称为n型半导体。
含受主杂质的半导体，由于价带中有些电子激发到受主能级而产生许多空穴，这种主要依靠空穴导电的半导体，称为p型半导体。
真实材料通常既有施主又有受主存在（不一定必须是ⅢA族或ⅤA族元素）。
材料是n型半导体（以电子载流子为主）还是P型半导体（以空穴载流子为主），要看是哪类杂质超过另一类杂质。
如果每立方米里同时含有1020个三价铟In原子和1021个五价的磷，那么磷的多余电子不仅到达导带，而且同样填充受主能级，磷特性淹没了铟，使它成为n型半导体。
4.PN结
N型和P型半导体的导电能力虽然大大增加了，但并不能直接用来制造半导体器件。
通常是在一块N型（或P型）单晶上，采取适当的工艺方法将P型（或N型）杂质掺入其中，使单晶的不同区域分别形成N型和P型半导体，二者交界面上构成PN结。
PN结是许多半导体器件的基本组成单元，如结型二极管、晶体三极管的主要部分都是PN结构成的。
PN结具有单向导电性，许多重要的半导体效应（如整流、放大、击穿、光生伏特效应等）都发生在PN结所在的位置。
5.什么是N型与P型半导体？
怎样掺杂才能使SiO2成为N型与P型半导体？
举例说明当施主与受主同时存在时，如何判断SiO2是N型还是P型半导体。
答：
（1）N型半导体是以电子载流子为主的半导体。
以硅为例，人为地加入少量ⅤA族元素如Sb、As和P等作为杂质，ⅤA族元素的原子可能取代点阵上的硅原子，并用四个价电子与硅原子形成共价键，多余的电子与核不再紧密结合（而成为导电的电子）；在有限温度下，需要不高于10-2ev的能量，便可以把它激发至导带，从而导电。
杂质原子给出电子，称为施主。
（2）P型半导体，是以空穴载流子为主的半导体。
若在硅本征半导体中加入ⅢA族元素In、Al、B、Ga，ⅢA族元素的原子有三个价电子，当它代替硅原子时，无法满足四个价键的要求，那么，任何一个在附近游走的电子都被“欢迎”帮助结合，或者说杂质原子核从邻近结点“偷”来电子。
被杂质原子接受的电子能量应高于价带顶部的能量，但十分接近价带。
而价带失去电子，必然留下空穴，空穴成为导电载流子。
杂质原子接受电子，称为受主。
真实材料通常既有施主又有受主存在。
通常当—种杂质类型超过另一类杂质时，我们便可以说n型半导体（以电子载流子为主）或P型半导体（以空穴载流子为主）。
如，本征硅中，如果每立方米里含有1020个三价铟In原子，那么它将是p型半导体；如果每立方米含有1021个五价的磷，磷的多余电子不仅到达导带，而且同样填充受主能级，磷特性淹没了铟，使它成为n型半导体。
6.如何对ⅣA族中的Si或Ge（4s24p2）进行掺杂，以获得P型、N型半导体？
如果用ⅤA族元素置换ⅣA族晶体的原子，则ⅤA族原子的4个电子与ⅣA族的原子中的4个价电子结合为共价键，则多余一个价电子，由于这个价电子受ⅤA+原子核电场作用比较弱，很易受热激发进入导带成为传导电子。
因此，ⅤA族元素的原子经常在ⅣA族晶体中做为施主使用，使之成为n型半导体。
如果ⅢA族元素置换ⅣA族晶体的原子，则因为ⅢA族原子只有3个价电子，所以还必须从附近的ⅣA族的原子“借”或“偷”电子来完成共价结合。
这样，在价带生成空穴。
因此，常用ⅢA族原子在ⅣA族晶体中作为受主之用，使之成为p型半导体。
7.典型半导体：
硅和锗
1）硅和锗在常温下化学性质是稳定的，但升高温度时，很容易同氧、氯等多种物质发生化学反应。
--锗不溶于盐酸或稀硫酸，但能溶于热的浓硫酸、浓硝酸、王水及HF-HNO3混合酸中。
--硅不溶于盐酸、硫酸、硝酸及王水，易被HF-HNO3混合酸所溶解。
--硅比锗易与碱起反应。
2）杂质对硅、锗电学性质的影响和杂质能级在禁带中的位置密切相关。
硅、锗中的杂质可分为两类：
①ⅢA族或ⅤA族元素，它们在锗、硅中只有一个能级，且电离能小，一个杂质原子只起一个受主或施主作用，ⅢA族原子起受主作用使材料呈P型导电，ⅤA族杂质起施主作用，使材料呈n型导电。
②除了ⅢA、ⅤA族以外的杂质。
3）单晶硅是做半导体器件和集成电路时用得最多的材料。
世界上95%以上的半导体器件用硅制成。
主要用途：
硅是目前电子工业中使用的主要半导体材料，是制造大规模集成电路最关键的材料，如①小容量整流器，②可控硅（大容量整流器），③晶体二极管，④晶体三极管等。
8.化合物半导体
最大的优点：
可按任意比例组合两种以上的化合物半导体，因此，材料选择的自由度显著增大，为材料的设计带来便利。
包括：
（1）ⅢA-ⅤA族化合物半导体，如砷化镓、磷化铟（InP）、磷化镓（GaP）等；
（2）ⅡB—ⅥA化合物半导体，如碲镉汞，（3）其它化合物半导体。
9.直接带隙半导体和间接带隙半导体
间接带隙半导体:
导带与价带的极值点K的位置不相一致，导带底和价带顶不在k空间同一点的半导体，如Si,Ge。
直接带隙半导体：
导带的极小值点和价带的极大值点位于k空间的同一点，这种半导体称为直接带隙半导体，如GaAs。
10.典型半导体举例：
砷化镓
属闪锌矿型晶体结构，禁带宽度比硅、锗大，达到1.424eV，决定了由其制成的半导体器件可以在较高的温度下工作，适用于大功率器件。
砷化镓的电子有效质量小，仅为硅、锗的1/3以下，这使得杂质电离能减小，在极低的温度下仍可电离，保证了砷化镓器件能在极低的温度下工作，并使噪音减小；
砷化镓具有双谷导带，在外电场作用下电子在能谷中跃迁，迁移率变化，电子转移后电流随电场增大而减小，产生负阻效应。
砷化镓的电子迁移率高，约为硅的7倍，可用于制作场效应晶体管等器件，满足信息处理的高速化和高频化等要求；且具
升级会员 