电子信息技术是20世纪最伟大的技术。从电子管到晶体管到集成电路,再到超大规模和超微集成电路,电子信息技术的飞速发展使得亿万家庭用上了电话、电视、手机,计算机。数码相机...使人类的生活发生了革命性的变化,变得更加美好。在这个过程中,电子信息材料的革新又是技术革新的先导。几乎每一次较大的技术进步,都是由新材料的应用所推动的。
你知道为什么美国的电子信息产业基地叫“硅谷”吗?这是因为几乎所有的半导体材料目前都是以硅为材料。什么时候人们不叫“硅谷",而改叫“钻石谷”了,那将意味着人类的电子信息技术又取得了一个巨大的进步。
按材料的性质用途,可以把电子信息材料分成五类:信息存储材料、信息处现材料,信息探测材料,信息传输材料,信息显示材料。以下,对它们作一个简单的介绍:
1.信息存储材料
指用于各种存储器的,能够用来记录和存储信息的材料,比如磁带、光盘、硬盘等。这类材料在: -定的外场(如光,电磁或热等)作用下会从-种状态变成另一种状态,井且这种状态可以保持较长的时间,因此能把信息较长时间储存起来。读取的时候,通过测量存储材料状态变化前后的物理性质,就能够实现信息的读取。简单总结起来是一个“信息存入-材料改变-信息读取"的过程。
例如磁带。我们很多人都用过磁带式录音机,磁带上面镀有- -层特殊的膜。我们看看它是怎么工作的:录音时,声音通过音频转换器转化为有序的电流,然后通过录音磁头使磁带上的微粒按照磁力线重新排序,即微粒被磁化了,录音完成;当你播放磁带时,磁带上的微粒经过播放磁头,在磁头中产生电流变化,录音机将此电流放大,音乐就播放出来了。其他存储材料的工作原理,也大同小异。
2.信息处理材料
指用于对电信号或光信号进行检波,倍频、混频、限幅、开关,放大等信号处理的材料。主要包括单晶硅为代表的半导体微电子材料、激光晶体为代表的光电子材料、集成光路材料等。其中,微电子材料主要用于晶体管、二极管、电阻、电容,以及集成电路。
这里,顺便介绍两个概念:集成电路、集成光路。
集成电路(Integrated Circuit,简称IC)是一种微型电子器件或部件。采用一定的工艺,把一个电路中所需的晶体管、二极管、电阻、电容和电感等元件及布线互连在一起,制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上,然后封装在一个管壳内,成为具有所需电路功能的微型结构。
集成光路是在集成电路的启示下,试图把传统的光学元件、器件组合在一块固体上,以使光学系统缩小体积、减轻重量、增强抗震能力、减小功耗、提高可靠性、增加带宽和降低噪声。
3.信息探测材料
指对电,磁、光,声、热辐射、压力变化或化学物质敏感的材料。可用来制成传感器,用于各种探测系统,如电磁敏感材料、光敏材料、压电材料等。这些材料有陶瓷、半导体和有机高分子化合物等多种。
4.信息传输材料
主要是光导纤维,简称光纤。光纤通信就是由电信号通过半导体激光器变为光信号,而后通过光导纤维进行长距离传输,到达终端处再把光信号变成电信号。光纤具有重量轻、占空间小、抗电磁干扰、通信保密性强等优点,可以制成光缆以取代电缆,是一种很有发展前途的信息传输材料。
5.信息显示材料
通常指显示器中使用的光电子材料。一般分为两类:本身发光的主动显示材料,如阴极射线发光材料、LED等:本身不发光,依靠别的光源来完成显示的被动显示材料,如液晶。
随着科技的进步,对显示材料性能的要求越来越高,新的显示材料成为当前电子信息领域的研究和开发热点。
随着电子学向光电子学、光子学迈进,光电子材料、光子材料将成为未来最有前途的信息材料。但在未来10~15年内,以硅材料为主体的微电子材料仍将是最基本的信息材料,其中,仍有巨大的技术进步空间。对中国企业而言,短期仍需重点把握硅晶材料向大尺寸、高均匀性、晶格完整性方向发展中的进口替代机会。而对于过于前沿的技术,中国企业很难超越那些有着深厚技术积累的国外公司,很难形成竞争优势。
新型电子信息材料方面的重点细分领城有液晶显示材料、LED和OLED显示材料等,我们在新一代信息技术部分已经有较详细的介绍,这里就不再重复。