电子信息产业中所使用的, 能满足电子信息产业专门要求的一定规格的材料称为电子信息材料。它是电子信息产业发展的支柱 , 同时也是随着电子信息产业的发展而逐步发展起来的一个重要的精细化工分支。电子信息材料是当前材料科学的一个重要方面,品种多, 用途广,涉及面宽. 用途广,涉及面宽.是制作电子元器件和集成电路的基 础,是获得高性能高可靠先进电子元器件和系统的保证. 是获得高性能高可靠先进电子元器件和系统的保证.
电子信息材料品种多、门类广 , 目前尚无统一的分类方式。按产品的用途可分成以下 18大类基材、抛磨材料、光致抗蚀剂和配套试剂、酸及蚀刻剂、清洗剂及溶剂、高纯金属、超大规模集成电路生产用超净高纯试剂、磁记录技术材料、高纯特种气体及MO源、掩模板、掺杂剂、 封装材料、镀覆化学品、液晶显示器件用材料、浆料、电子专用胶粘剂、超纯水制备用化工材料、层间绝缘膜和表面保护膜材料。
1. 按用途分:结构电子材料和功能电子材料. 按用途分:结构电子材料和功能电子材料.
1) 结构电子材料是指能承受一定压力和重力, 并能保持尺寸和大部分力 学性质(强度,硬度及韧性等)稳定的一类材料;
2)结构电子材料是指除强度性能外,还有特殊性能,或能实现光, 电, 磁,热,力等不同形式的交互作用和转换的非结构材料; 2. 按组成(化学作用) 按组成(化学作用)分:无机电子材料和有机电子材料
1) 无机电子材料以可分为金属材料(以金属键结合)和非金属材料( 非金属材料,);
2)有机电子材料主要是指高分子材料(以共价键和分子键结合);
3. 按材料的物理性质和应用领域分: 按材料的物理性质和应用领域分 导电材料,超导材料,半导体材料,绝缘材料, 压电铁电材料,磁性材料,光电材料和敏感材料等.
4. 传统电子材料与先进电子材料
电子信息材料在做成元器件和集成电路之后,还应具备一致性和稳定性,能够承受各种恶劣的环境.主要表现在以下几方面:
1. 温度
2. 压力
3. 湿度
4. 环境中的化学颗粒及尘埃
5. 霉菌和昆虫
6. 辐射
7. 机械因素
1. 结构与功能相结合
2. 智能材料
3. 减少污染
4. 节省能源
5. 长寿命与可控寿命
1. 根据元器件性能参数
2. 根据元器件结构特点
3. 根据元器件工艺特点
4. 按经济原则
我国信息产业的稳步、健康发展,电子信息材料成为不可或缺的重要组成部分。电子信息材料高速增长的主要原因是信息产业快速增长;新能源光伏产业需求的带动;新型元器件技术提升、规模扩大,对高附加值电子信息材料需求增加;提高了对自主创新的认识,高附加值电子信息材料产品逐步增加;材料价格有所上调等。
——半导体材料,太阳能电池是热点
多晶硅:节能降耗是迫切任务。近几年由于市场需求的快速增长,作为半导体、光伏太阳能电池的重要原材料多晶硅材料,从需求来看半导体用多晶硅需求约在20900吨,太阳能电池用多晶硅需求约在18000吨,总的需求量约为38900吨,产需缺口5950吨。预测世界多晶硅生产企业的产能扩大需要2年左右的时间。据专家统计,近几年国内对多晶硅材料的需求将大幅上涨,供需差距很大,95%以上的多晶硅仍来自进口,提升突破多晶硅产业化技术,节能降耗是行业的迫切重要任务。
多晶硅材料的短缺及其价格的上涨,带来国内对多晶硅投资、引资的强烈增长,因此为了保证多晶硅产业的健康、有序、快速的发展。为此专家建议:全球7大多晶硅材料厂的扩产产能陆续释放,另外一些新建的工厂也会有部分产量产出,多晶硅材料市场将会得到进一步的充实;多晶硅产品纯度高,工艺要求严格,设备专用而且资金投入大,行业技术进步快,生产中的副产品回收利用、三废处理和循环经济投入大,需要加大研究费用的投入,才会显现产业链和规模的综合效应;近几年国内多晶硅实际需求量约1万吨,对已有基础条件的多晶硅生产企业,加大产业化新技术的突破,同时新建2~3家多晶硅生产线,形成我国的多晶硅产业是必要的。
另外,专家还建议:加强自主创新,加大对太阳能电池用低成本多晶硅生产技术研究开发的支持力度;国家有关部门加强宏观引导。当前我国多晶硅工程投资过热,国内上马和筹建项目产能初步统计已达5万多吨,预计投放的资金量达400亿元以上,国内多晶硅产能将面临过剩的局面,新建项目设立和启动建设工程一定要慎重;国内多晶硅厂家将在人才不足、生产成本、产品质量、价格和节能减排等方面面临严峻挑战;为了规范行业和市场的发展,建议上下游行业企业紧密结合,组织半导体用多晶硅标准的修订,加快太阳能电池用多晶硅标准的制定。
单晶硅:中小尺寸为主。太阳能级硅单晶产量的大幅增加主要是受太阳能电池市场快速增长的拉动,以及国产单晶炉质量提高、价格较国外单晶炉低等原因。半导体级硅单晶总的发展状况趋于平稳。
在硅材料中硅抛光片的技术含量高,抛光片的发展标志着国内硅产品的进步。我国的抛光片产量上涨势头良好,抛光片主要以4、5、6英寸为主。全球年硅外延片的产量中,我国只占全球的3.3%。目前,我国绝大部分企业只能生产4~6英寸硅外延片,8英寸、12英寸硅外延片正在研究试制。专家介绍说,硅材料市场前景广阔,我国硅单晶的产量、销售收入近几年递增较快,以中小尺寸为主的硅片生产已成为国际公认的事实,为世界和我国集成电路、半导体分立器件和光伏太阳能电池产业的发展做出了较大的贡献。
砷化镓材料:向大直径长尺寸发展。随着GaAs IC集成度的提高和降低成本的需要,GaAs材料总的发展趋势是晶体大直径、长尺寸化。用于光电子领域的砷化镓材料采用水平布里其曼法(HB)、垂直布里其曼法(VB)和垂直梯度冷凝法(VGF)制备;半绝缘砷化镓材料主要应用于微电子领域,主要采用高压液封直拉法(HPLEC)、常压液封直拉法(LEC)、垂直布里其曼法(VB)和垂直梯度冷凝法(VGF)制备。VB/VGF技术在国际上已发展成为成熟的砷化镓晶体生长工艺,采用该技术生产的Ф76.2mm、Ф100mm的抛光片已商品化,目前国外半导体砷化镓材料的主流产品依然是Ф76.2mm。国内低阻砷化镓材料的主流产品为Ф50.8mm和Ф76.2mm。
低阻砷化镓材料主要用来制造发光管(LED)、半导体激光器(LD)、高效太阳能电池、霍尔组件等。随着国内汽车电子显示器件及高亮度LED尾灯的需要量增长,对这类材料的需求量还会大幅度增长。目前,在福建、广东、山东、江西及石家庄等地区已建成和正在兴建的Φ50.8mm器件生产线就有十几条,基本上全部从国外进口该衬底材料。因此预计,在未来3年~5年内,国内的年需求量将达到200万片左右。
——光电子信息材料,LED、LCD唱主
半导体照明:关键设备还很薄弱。我国LED完整的产业链已基本形成,在上游外延生长、中游芯片、下游封装与应用各环节均已进入量产阶段,不过目前在相应的关键设备方面还非常薄弱。据专家介绍,上游外延材料已实现了量产,但产业化水平不高,而外延和芯片制造的关键设备主要还是依赖进口;中游芯片制造与国外差距不大,GaN基LED芯片依赖进口的局面正在改变,但企业规模与国外大公司相比差距较大;下游封装实现了大批量生产,我国正在成为世界重要的中低端LED封装基地;半导体照明光源及灯具已批量出口销售。我国LED市场规模平均增长率为34%。“十五”期间,在“国家半导体照明工程”的组织实施过程中,通过自主技术创新,材料研究与开发方面取得了许多重要突破并达到世界先进或水平;在材料的制备、结构与性能表征等基础研究方面取得了一批具有世界先进水平的成果。
液晶显示材料:空前繁荣。显示器市场显得空前繁荣与活跃,我国原有的TN-LCD、STN-LCD产业在液晶全行业中依然占据十分重要的地位,尽管其总产值已低于TFT-LCD,但TN-LCD、STN-LCD产业基本上保持了平稳发展的态势,而与它相关的材料、制造设备业也得到相应的发展。到目前为止,尽管我国LCD相关材料还不能完全满足TN、STN-LCD产业的需求,但是经过这些年的努力确有长足进步。首先是涉及的面宽了许多,几乎TN、STN-LCD产业所需的所有材料,国内都可以生产。其次产品质量上这几年也明显有所提高。第三,材料销售额在全行业的比重加大了,现在的问题是,我们的TFT器件产业起来了,但原材料大大地跟不上。现在除了背光源在相当程度上可满足TFT模块的要求外,几乎所有TFT器件生产所需要的材料都要进口。这就大大增加了成本,不利于产业健康发展。因此,大力发展TFT-LCD相关材料成了行业的共同任务和当务之急。
OLED有机发光材料:备受关注。随着OLED技术及产业化的兴起,制约OLED屏显示性能的有机发光材料成为显示屏制造的关键原材料,也因此受到众多研究学者和产业界更多的关注。国内在有机发光材料领域走在产业化前面的为以长春应化所为研发背景的欧莱德化学材料有限公司,但其在自主创新材料的开发上离业界水平还有很大距离。其次,是以OLED器件研究为主的北京维信诺显示技术有限公司,维信诺同清华大学有机光电实验室合作,近两年来在创新材料的开发上取得了一系列的进展,尤其在红光材料和阴极电子注入材料的开发上获得了实用性的自主创新的材料,为昆山维信诺OLED量产线运行所需的有机发光材料产业化配套奠定了基础。此外,华南理工大学的曹镛院士在聚合物发光材料方面颇有建树,北京大学、吉林大学、东南大学、北京理工大学、中科院化学所也纷纷投入有机光电材料开发领域的研究工作,但未见到世界水平的新材料报道。
光纤、光纤预制棒材料:市场需求旺盛。光通信是我国推行以信息化带动工业化,建设信息社会的基石;目前我国光纤年需求量约占全球1/4,产量约占全球1/3,能否在光通信领域掌握主动权直接关系到国家信息安全和国民经济能否健康稳定发展。“十五”期间,我国在光纤预制棒的研究和生产中取得显着的成果。长飞公司对PCVD进行优化改进,制备了120mm大尺寸光棒,低水峰光纤达到世界先进水平,同时正在开发世界上先进的RIC大尺寸光棒拉丝工艺技术,富通集团、法尔胜股份公司的光纤预制棒生产规模也有不同程度的扩大并有少量出口。我国已成为世界光纤预制棒和光纤生产应用大国,北京国晶辉红外科技公司研制的四氯化锗材料年生产能力达20吨,替代了大部分进口产品。
当前,光纤供求关系正在逐渐发生变化光纤到户做准备、3G基站建设已开始、“村村通”工程促进了光纤市场的发展。光纤到户是信息化的必然趋势,我国光纤到户、3G基站启动,预计在未来5年内我国FTTH市场总规模将有可能超过10000亿元。专家表示,光纤产业前景广阔,新的市场机遇已经来临。
基础元器件和专用原材料
这类产品是电子信息产业的重要基础。相对于整机设备,它们是上游产品,包含了大量的核心技术。这类产品一般来说由于技术难度高,投资较大、产品又不直接对消费者,不易引起社会重视,但确又非常重要,我国电子信息产业当前大部份的瓶颈或障碍属于这类产品和技术。因此,政府的扶持和引导要重点放在这类产品上。
(一)基础元器件
基础元器件范围十分广泛,分类和命名方式繁多,从传统分类上,基本可以分为器件类、元件类、组件类。器件类中又有电真空器件(如显像管)、半导体器件(如晶体管和半导体集成电路)等等,元件类中有电阻电容、电感元件、接插件、电声元件、电(光)线(纤)缆、电池、微特电机、敏感元件等等。组件则是由元件、器件组成,属于整机设备的一个组成部份的产品、亦称部件。
1、半导体集成电路
集成电路是由多个半导体器件、电子元件按设计要求实现电学互连而成的统一体。依据材料和工艺不同,分有半导体集成电路,厚膜电路, 薄膜混合电路,现在生产和使用的绝大多数是半导体集成电路(1C)。半导体集成电路按集成度(即每块芯片包含的元器件数)可分为小规模IC(/100个)、中规模IC(100--1000个)、大规模(1000---10万个)、超大规模(10万 一1000万个)、特大规模(1000万 一10亿个)、巨大规模(10亿以上)。按电路功能可分为数字IC,模拟IC,模拟/数字IC等。数字IC包括了存储器IC,逻辑IC,微处理器IC等。模拟IC包括线性放大器 IC、运算放大器IC等。
自1958年美国研制块半导体集成电路以来,IC遵循摩尔定律,飞快发展,并促使计算机、通讯、消费类电子产品和各种信息工程等整个电子信息产业发生翻天覆地的巨变,也带动和促进了国防和国民经济各部门的发展。IC产 业已成为国家具有战略地位的高技术基础产业。
IC产业是技术密集产业,涉及冶金、化工等高纯原材料,光机电一体化精密设备、各类仪器仪表、软件和电子信息整机技术等。IC产业又是资金密集产业,一个具备8″硅片、0.25u(微米)线宽的芯片工厂,一般投入约15亿美金,如果是先进的12″、0.18u则大约20--25亿美元。IC产业又是市场波动大,更新周期快的产业,产品和设备的更新期大致是3--5年,因此IC产业确是高风险的产业。
现代的IC产业按化发展已演变成相互独立的设计业,芯片制造业,封装测试业,除一 些大IC企业集团仍是各业具全外,大多数的IC企业只是从事其中的某一。
我国对IC研制起步并不晚,但目前整个产 业的各个方面和世界的差距甚大,我国需求的IC本地化配套只有10%左右。国内现有IC设计企业数百家,IC封装测试数十家,IC芯片生产 企业几家。除华虹NEC外,整个产业水平仍是 较低的。国家对发展IC这一战略产业非常重视, 2000年国务院18号文发布了发展软件和集成电路的若干政策,予集成电路发展大力扶持,上海、北京、深圳等地也颁布了许多优惠及扶持政策,省委省政府领导多次强调要抓紧发展集成电路,相信我省的IC产业会很快有突破性发展。
2、片式元器件
随着电子整机的小型化和快速生产,对元器件的体积要求更小,电路板上的元器件由插入式改为贴装式,片式元器件快速发展起来,它是无引线或短引线的片状的微型元器件。现在大多数元件都在向片式化发展。目前,世界上发达国家元器件中片式化率已达80%,世界也达50%,可以说,片式化是当前元器件的一个发展趋势。
片式元器件有片式电容、片式电阻、片式电感、片式晶体管、片式变压器,片式滤波器等等。但用量及产量为片式电容和片式电阻,二者合计占当前片式元器件的95%左右。
片式电容也叫独石电容,是由多个以电子陶瓷作为介质材料的电容叠加并联而成,层数已可达数百层,融合了薄膜成型技术、烧结技术、电子功能陶瓷材料和导电材料技术等。目前向大比容化、电极*金属化、微型化和高频高Q值发展。
片式电阻是在精密电子陶瓷基板上印刷电阻材料,经过激光调阻再划片而成,片式电阻正向高阻、低阻、高压和多种电阻膜发展。
我国去年电子元器件产量2500亿只,其中,片式元器件约为1000亿只。片式化率达40%。我省风华集团是的片式元件企业。
3、光电子器件
光电子器件是种类繁多用途十分广泛、前景广阔的新兴高科技产品,大致分有,光信号和电信号互相转换的器件,如光探测器、图像传感器、光纤传感器、太阳能电池、真空显像管、 液晶或其它材料显示器等等。第二,以光电子材料制成的光源,如激光器件、各类新型发光器件等。第三,控制和处理光电信号的元器件,如光耦合、光滤波、光放大、光复用、光开关器等等。光电子器件是新兴光产业的基础。
(1)显示器件
最常用的显示器件是电视机用的显像(CRT)和台式计算机用的显示器(CDT),它们实际是真空阴极射线管,通过电信号控制阴极发射的电子轰击荧光屏显示图像。市场上经常宣传这类产品进展的有:平面显示、超平显示、纯平显示或是中清晰度、高清晰度显示等,主要是指显示屏的弧度及显示图像的线条密度,其主要工作原理是一样的。当前世界上真空管显示器仍占主流,主要是性能价格比有优势,估计在未来真空管显示器在20″--36″范围内仍将长期占有优势。
近年来迅速推广的还有液晶显示器(LCD),它是利用液态晶体物质分子排列对光线折射的各向异性原理工作,又分有单色和彩色液晶显示。对于单色液晶,我国已能批量生产、特别是小面积低档TN型液晶我国已是世界主要产地,但彩色液晶(主流产品是TFT--LCD,又叫薄膜晶体管液晶显示器)主要是日本、韩国产品占据市场。目前LCD已广泛用于小型显示设备,随着价格下降,未来在20″以下的电视和计算机领域会逐步占主流。
显示器件在信息产业的重要位置(承担信息的显示),使世界各国都在大力开发重量轻、体积小(薄型)、清晰、色泽美、省电的新型显示器件,从目前来看,已开始生产的有:等离子体显示器(PDP),目前已应用于大屏幕平板电视, 但价格大贵而影响销售。真空荧光显示器(VFD),主要用于仪器仪表、影碟机的显示屏。发光二极管显示屏(LED),主要用于仪器仪表或公共场合的大面积显示屏。场致发光显示器(FED), 目前只能生产小面积彩色显示屏,用于摄像机显示器或军用产品。有机电致发光显示器(OELD),目前已有中小面积彩色屏,用于数码相机、手机显示屏等。上述这些产品由于种种原因,目前仍未大量使用,但相信不久的将来,肯定有的显示器件大量推出市场。届时,更轻、更薄,甚至可卷绕的彩色电子屏幕将是现实。
(2)激光器
激光器是通过能发射激光的工作物质将其它形式的能量转变为激光的器件,所谓激光就是具有极高亮度,单色性极纯,定向发射的相于光。自从1960年美国科学家研制台红宝石激光器以来,激光器和激光技术广泛应用于光通讯、计算机和音像设备、机械加工设备、医疗设备、舞台设备、高能物理和军事设备等,极大地加速了信息产业发展和整个科学技术的发展。按不同的工作物质激光器可以分为固体激光器、气体激光器、半导体激光撂等。固体激光器峰值功率高,多用在工业加工、医疗等。气体激光器输出能量大,多用在大功率加工设备和军事装备。半导体激光器是国内外发展较快的激光器,在整个激光器件市场超过50%,例如光通讯中的光源、激光唱机和影碟机的光头都是采用半导体激光器,目前世界主要产地是日本,我国中科院半导体所和我省华阳集团合作已能小批生产。
4、敏感元件与传感器
敏感元件是能敏锐感受并获取被测量对象信息(物理的、化学的、生物的信息)的电子元件。传感器则是能将感受获取的信息转换成有用的输出信号的器件。传感器由敏感元件和转换元件构成。
传感器的信息采集作用决定了它在信息产业中的重要地位和作用。由于信息的多样化又决定了敏感元件和传感器的多样性。一般有物理量传感器(如光敏、热敏、力敏、电压敏、磁敏、声敏、射线敏等),还有化学传感器(如气体敏、湿度敏等)及生物量传感器等,品种约2万多种。不同的传感器采用不同的工作原理和不同的材料工艺,其间可谓千差万别,体现了传感器产品研制和生产的多样性、边缘性和综合性。世界市场约200亿美元,我国已能批量生产热敏、力敏、磁敏、气敏、湿敏、光敏等元件,但规模和水平与国外仍有较大差距。
5、 新型环保电池
电池是使用极广泛的产品,老一代电池不少因材料或生产过程对环境有较大污染,另外大量移动式电子电气设备的应用和对汽车废气的限制都要求使用新一代高效而又环保电池。目前已批量生产及重点开发的环保电池主要有:碱性锌锰干电池,由于应用无汞锌粉材料而避免汞污染,已成为干电池的主流产品;镍氢电池,取代了含有害物质的镍镉电池;锂离子电池,由于性能更优越大有取代镍氢电池之势,最近几年又发展了塑料锂离子电池(也称聚合物锂离子电池),由于电解液固化在聚合薄膜之中,电池可制成软性片状,是很有前途的产品,我省TCL公司在聚合物电池研究中有重要贡献;燃料电池,利用燃料(如氢气或含氢燃料)和氧化剂(如空气中的氧)直接发电,普遍认为是电动汽车最理想的动力源。
(二)电子信息专用材料
专用材料是生产基础元器件必需的材料。因此,这类产品可说是信息产业基础中的基础,它决定和支撑着整个电子信息产品的水平和发展。专用材料涉及冶金、有色、化工、生物、精密设备等广阔领域,主要有半导体材料、光电子材料、电子陶瓷材料、磁性材料、生物材料、纳米材料等等。由于过去计划经济影响和自身技术资金的难度,目前专用材料更是我国薄弱环节,而这类产品的市场前景和效益前景却是十分可观,因此,在产业结构调整中应大力鼓励发展。
1、半导体材料
半导体材料的品种门类繁多。从材料构成看,主要是硅半导体材料和化合物半导体材料二大类;从工艺构成看,主要是单晶片和外延片二大类。所谓外延,就是通过非常精密的物理或化学等方法在衬底材料上生成所需要的半导体功能材料。
硅单晶材料是目前世界上用量的半导体材料,世界95%以上的半导体器件和99%以上的集成电路是用硅材料制作的。,目前世界上硅单晶的主流产品是8英寸,12英寸亦已开始生产,研制水平已达到16英寸,而我国大量生产的是4-6英寸,8英寸只是小批量生产。
化合物半导体主要有砷化镓材料(包括单晶和外延片),磷化铟材料等,这些材料比硅材料更适用于高频率、超高速、低功耗、低噪声的器件和电路,以及发光器件和激光器件,主要用于移动通信、光通信、数字音像设备、超高速电脑和军事电子装备等,因此近年有快速的增长,这类产品有非常良好的市场前景。我国对化合物半导体的研究比较重视,其门类比较广泛齐全,但基本处于实验室研制或少数品种小批量生产,在规模化生产及产品的技术水平上和国外有较大差距。
半导体集成电路生产还大量需要超高纯的化学试剂、各种超高纯的气体和芯片包封的化学材料,以上材料我国有开发和生产部份品种,但适用1μm以下IC生产的材料基本上仍是空白。
2、光电子材料
光电子材料品种类别繁多,如按功能分类主要有:激光材料、光电探测材料、光学功能材料、光纤材料、光电显示材料、光存贮材料等。以上材料中,我国较强的是非线性光学功能材料,如研制生产居国际前列的偏硼酸钡(BBO) 和三硼酸钽(LBO),可用于大功率全固态激光器等。其次是光纤材料(详见下述);激光晶体只有掺钕钇铝石榴石能批量生产,其它基本上生产能力极小;液晶材料能批量生产的只有低档的TN型。其它光电子材料虽然有不少研制单位,但绝大部份仍是处于实验室阶段,整体产品水平与国际水平差距较大。光电子材料是技术难度很高、生产投资较大的产品,不少是需要政府行为加以扶持的。
由于光通信发展迅速和市场广阔,有必要介绍一下光纤材料的发展情况。1966年英藉华人高琨论证了光纤传输损耗可降到20dB/km后,1970年美国康宁公司研制出根损耗低于20dB/km的光纤。此后三十年,光纤产业发 展突飞猛进,当前全世界80%的信息业务由光纤传输,光纤已成为承担信息高速公路的主要角色。
光纤是两种不同折射率的传光材料制成,内芯材料是传输光波的主体、外层是包层。所谓光纤材料主要是指由这二种材料合制成的光纤预制棒,光纤就是用预制棒在炉中拉出细细的光纤维丝。常见的光纤材料主要是石英玻璃类、掺铒玻璃类(用于光纤放大器)、塑料光纤类(可用于接入网)。由于光纤预制棒内杂质控制和尺寸要求极高,全世界只有少数十几个公司能批量生产。我国武汉长飞公司已能小批生产,但目前已有7--8家公司正在启动,其中包括我省深圳特发公司。
3、电子陶瓷材料
电子陶瓷材料是制作各类电子陶瓷元件的主要材料。主要分为装置陶瓷材料(用于厚膜电路、片式电阻瓷基板)和功能陶瓷材料二大类。而功能陶瓷材料又分有介质陶瓷(用于片式电容等)、热敏陶瓷(用于热敏电阻)、压敏陶瓷(传 感器等)、压电陶瓷(换能器、滤波器等)、微波介质陶瓷(振荡器、双工器等)材料等,以上各类材料我国基本都有生产,但对于高精度或超小体积式、超高频率的范围元件仍不适应。我省风华集团研制的片式电容用的各种材料已通过863 计划验收并大批量生产。
4、磁性材料
凡运用电磁特性原理制作电子元器件基本上都要用到磁性材料。磁性材料按性能可分为永磁(又称硬磁)材料、软磁材料、旋磁材料、磁记录材料等;从材料分则主要是金属磁性材料和铁氧体磁性材料。磁性材料及其制成的零部件,广泛地应用在经济和社会生活各个领域。
永磁材料是经过一次充磁能量后,即能产生恒定磁场的材料。金属永磁材料的代表品种主要是钕铁硼合金;铁氧体永磁材料主要有锶铁氧体和钡铁氧体,铁氧体永磁材料产量占永磁材料的90%以上。
软磁材料是容易磁化也容易退磁的磁性材料。金属软磁材料主要有铁硅合金、坡莫合金等;铁氧体软磁材料主要有锰锌铁氧体(重量产量占6096)镁锰锌铁氧体(占35%)和高频用镍锌铁氧体材料等。
磁记录材料是磁记录、磁光记录中的数据载体材料和信息读写磁头的材料。作为磁记录材料,主要是各类磁粉(氧化铁、金属磁粉等)和基片材料(塑料薄膜、金属薄膜、玻璃片等)。作为磁头材料,主要是坡莫合金、铁氧体材料、镍铁薄膜、磁阻及巨磁阻材料等。作为磁光记录材料,主要有重稀土--过渡族金属非晶薄膜、多晶调制薄膜和石榴石多晶薄膜等。
在永磁材料和软磁材料方面,我国的生产规模已属,但在产品档次和工艺设备方面,与世界水平仍有5-10年左右差距。在磁记录材料方面,我国在改革开放后引进并大量地生产了录音、录像磁带片的材料及产品,但这类产品市场已大大萎缩。而软盘、硬盘片的材料我国基本不能自主生产。我国现在是各类磁头的生产大国,但磁头材料除录音磁头外,其它的磁头材料基本依靠进口。磁光记录材料也是基本依靠进口。总体说来,差距仍在扩大,这确应引起高度注视。
5、生物材料和生物芯片
各种各样的电子敏感器件是由各种各样的材料制成,其中有一类是有生物活性物质的材料。这类材料制成的敏感器件,可用以测量分析各种生物化学数据。生物材料主要包括:生物酶、动植物组织、微生物膜、抗原与抗体、核酸链(DNA)等。
DNA芯片是近年兴起的热门生物芯片。将各种已知特定序列的核酸单链(常称DNA探针),以很高密度有序地固定在玻璃、硅片等固体基片上,就制成了DNA芯片。在检测作为目的物的DNA时,通常先将目的物加以标记(如放射性、荧光酶标记等)然后用DNA芯片检测目的物,经过一定化学处理,让芯片上的DNA探针与带有标记的目的物DNA进行杂交反应。完全杂交反应、不完全反应或不能杂交反应都将在DNA芯片上产生相应的信号。这些信号通过检测并经电脑处理,可以得出被检测的DNA信息。目前DNA芯片已达每片集成40万条以上DNA片段。我省肇庆星湖生化公司已开始和上海合作共同开发生产DNA芯片。生物芯片对疾病检测、治疗、生物筛选以及对人工智能、生命揭示的研究将有重要的意义。
6、纳米材料和纳米技术
纳米是长度度量单位,1纳米(1nm)为十亿分之一米,略等于45个原子排列的长度。当超微细材料特征尺寸为1nmm -100 nm范围时,称为纳米材料。纳米级范围的材料存在着尺寸效应和量子效应,会导致电学、磁学、光学、力学等性质发生奇异的变化,例如1991年发明的碳纳米管,重量相当于钢的六分之一,强度却是钢的十倍。纳米材料的种种特异功能,将可广泛制作各种神奇功能的纳米产品。在电子工业上,有纳米磁性和磁记录材料,纳米电子陶瓷材料,纳米有机存储材料,纳米电波吸波材料,纳米导电浆料等等。实际上,各个行业都将广泛应用纳米材料。
纳米技术是一个更广泛的概念,就电子信息产业范围来说,纳米技术主要可以体现在三个方面。一是研制和生产纳米材料的技术;二是纳米级的加工和制作技术,例如集成电路的开发生产低于0.1um(即100纳米),将进入纳米级范围,将采用更多不同于常规的设备和原理去研制生产;三是利用纳米级物质的特性原理去制作新一代的产品,例如至今为止,电子器件都只是利用电子波粒二象性的粒子性原理,在纳米级器件将要用电子的量子效应(波动相位)原理制作量子器件,这将解决集成电路线宽极限的问题,对整个信息产业的发展和前途都是无可估量的。
我国对纳米材料的开发和纳米技术的研究非常重视,起步与世界基本同步,有不少纳米材料研制已达世界水平,如碳纳米材料、纳米有机存储材料等等,但在纳米级加工设备和利用纳米范畴原理制作新一代产品方面与世界仍有较大差距。
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