《先进电子材料》课件.ppt

*************************************LED材料及原理可见光LEDInGaN（蓝/绿）、AlGaInP（红/黄/橙）等材料2紫外LEDAlGaN、AlN基材料，能隙宽，波长短3红外LEDGaAs、InGaAs等小能隙材料系统发光二极管（LED）是将电能直接转换为光能的半导体器件，其工作原理基于载流子辐射复合。当电子和空穴在PN结区域复合时，释放的能量以光子形式辐射出来。光子能量（即发光波长）由半导体材料的能隙决定，满足关系：E=hc/λ。LED的关键性能参数包括：发光效率（内量子效率和外量子效率）、发光波长、光谱宽度、寿命、亮度和色彩饱和度等。为提高效率，现代LED通常采用双异质结或量子阱结构，通过能带工程增强载流子限制和辐射复合概率。蓝光LED的发明（基于InGaN材料）是照明革命的关键突破，使白光LED成为可能，相关研究获得了2014年诺贝尔物理学奖。有机发光二极管（OLED）材料阴极层通常使用低功函金属如铝、钙或镁，有时添加LiF等注入增强层。负责向器件注入电子，功函越低注入效率越高。电子传输层如Alq?、PBD等材料，具有优良电子迁移率，将电子从阴极高效传输到发光层。发光层由主体材料和客体发光材料组成。荧光材料利用单线态发光，磷光材料利用三线态发光，后者理论效率更高。空穴传输层如NPB、TPD等材料，具有高空穴迁移率，将空穴从阳极传输到发光层。阳极层通常使用透明导电氧化物（如ITO）或导电聚合物，负责注入空穴并透过产生的光线。光伏材料光伏材料是能将光能直接转换为电能的半导体材料，是太阳能电池的核心。其工作原理基于光生伏特效应：当光子能量大于半导体禁带宽度时，可激发价带电子跃迁至导带，形成电子-空穴对，在内建电场作用下分离产生光生电流。理想的光伏材料应具有合适的能隙（1.1-1.7eV）、高吸收系数、良好的载流子传输特性和长期稳定性。光伏材料经历了三代发展：第一代为晶体硅（单晶硅和多晶硅），效率高但成本较高；第二代为薄膜太阳能电池（非晶硅、CIGS、CdTe等），成本较低但效率略低；第三代为新型高效太阳能电池（钙钛矿、有机太阳能电池、量子点、多结电池等），追求突破传统效率极限。其中，钙钛矿太阳能电池因效率快速提升（目前超过25%）和制备工艺简单，成为研究热点。非线性光学材料频率转换非线性光学材料能实现倍频（如KDP、BBO、LBO晶体）、和频、差频等过程，扩展激光光源的波长范围。这些材料通常具有非中心对称结构，二阶非线性系数高。光开关利用三阶非线性效应如克尔效应，材料折射率随光强变化，实现全光开关和调制。有机聚合物、半导体量子阱和纳米材料在这方面表现优异。自聚焦/散焦基于光强依赖的折射率变化，光束可发生自聚焦或自散焦，形成空间光孤子或光束分裂。这在光束整形和光学限幅器中有重要应用。光学数据存储利用光诱导的材料结构或相变，实现信息永久或可擦除存储。相变材料如锗-锑-碲合金和光敏聚合物是典型代表。非线性光学材料是指在强光场作用下，其光学响应与入射光场强度呈非线性关系的材料。这类材料能实现频率转换、光参量过程、光开关、光限幅等功能，是现代光电子技术的重要组成部分。电子封装材料塑封材料主要为环氧树脂基复合材料，包含固化剂、填料、阻燃剂等保护芯片免受机械损伤防潮、防腐蚀、绝缘散热和应力缓冲连接材料实现电气互连和热传导焊料：锡铅、无铅焊料导电胶：银胶、各向异性导电膜键合线：金线、铜线、铝线倒装焊凸点：锡球、铜柱基板材料提供电路互连和机械支撑有机基板：FR-4、ABF、BT树脂陶瓷基板：氧化铝、氮化铝、LTCC金属基板：铜基、铝基玻璃基板：高频、光电应用热管理材料控制和分散热量热界面材料：导热硅脂、相变材料散热器：铝合金、铜、石墨烯热管：铜/水热管、均热板导热填充材料：氧化铝填充胶4环氧树脂封装材料基本组成环氧树脂塑封料通常由以下部分组成：环氧树脂基体：提供基本结构和粘结性能固化剂：酸酐类、胺类，促进树脂交联无机填料：一般为熔融硅石粉，占70-90%重量阻燃剂：溴化环氧树脂、氢氧化铝等偶联剂：改善填料与树脂界面结合着色剂：通常为碳黑，赋予黑色外观脱模剂：防止模具粘连应力释放剂：减轻内部应力，提高可靠性关键性能指标环氧塑封料的性能直接影响电子器件的可靠性，主要指标包括：流动性：控制模塑工艺能力固化特性：固化速度、固化度热膨胀系数：与芯片、引线框架匹配弹性模量：影响应力传递吸湿性：低吸湿率避免开裂热导率：通常为0.7-0.9W/(m·K)介电性能：高绝缘性，低介电损耗阻燃等