信息材料基础-第一章-绪论综述

2023/11/231信息材料根底第一章绪论信息时代信息技术信息材料2023/11/2322023/11/2330.1信息时代农业时代工业时代信息时代人类社会时代变迁：劳动，土地密集机器、工厂为主？产生传输地位2023/11/234是人类的一切生存活动和自然存在所传达出来的信号和消息。它一般泛指我们所说的消息、情报、指令、数据及信号等四周环境的学问。信息、物质〔材料〕和能量构成世界的三大要素信息:可传递性和共享性信息必需依附于载体信息的可处理性信息的时效性信息的主要特征2023/11/235

一是信息成为最为重要的战略资源

二是信息产业上升为最重要的产业三是信息网络成为社会的根底设置伊拉克战斗非对称性微软苹果WTO全球化一体化地球村2023/11/236全球信息量增长趋势2023/11/23720世纪90年月初全球互联网用户还不到9万，1999年为1.7亿，2023年为4.14亿因特网信息传输量增长率：300%每天电子邮件：14亿封2023年：全球网页21亿个2023年，与因特网相连的主机7240万台。而1993年只有131万台。全球因特网用户进展趋势2023/11/238亚太地区国际互联带宽进展趋势2023/11/2391992年，当时的参议员、前美国副总统阿尔·戈尔提出美国信息高速大路法案。1993年9月，美国政府宣布实施一项新的高科技打算――“国家信息根底设施”〔NationalInformationInfrastructure，简称NII〕，旨在以因特网为雏形，兴建信息时代的高速大路――“信息高速大路”，使全部的美国人便利地共享海量的信息资源。信息高速大路(InformationHighway)实质上是高速信息电子网络，它是一个能给用户随时供给大量信息，由通信网络、计算机、数据库以及日用电子产品组成的完备网络体系。开发和实施信息高速大路打算,不仅促进信息科学技术的进展,而且有助于转变人们的生活、工作和交往方式。2023/11/23100.2信息技术是指信息的猎取、存储、处理、传输和显示的技术，即人们对信息的猎取、处理和应用的力量。信息技术:

信息技术信息猎取技术信息处理技术信息传递技术信息存储技术信息显示技术人类史上的五次信息技术革命2023/11/2311语言的使用造纸术和印刷术的应用文字的使用电报、、播送、电视的制造与普及应用计算机的普及应用和计算机与现代通信技术的结合口耳相传便于信息传输和收集易于存储抑制时间局限存储空间传播范围速度容量时空界限信息技术的应用2023/11/2312网上学校、现代远程教育信息高速大路、“地球村”自动取款机、可视、远程诊疗网上购物、信息检索、电子邮件2023/11/231320世纪以来，信息技术经受：电子学和微电子学技术信息的载体电子光电子学技术信息的载体电子和光子光子学技术信息的载体光子2023/11/23140.3信息材料0.3.1概述能源、信息和材料是现代文明的三大支柱，而材料又是一切技术进展的物质根底。材料的重要性材料是人类进化史上的里程碑，历史学家曾用材料来划分时代。2023/11/2315石器前10万青铜前3000铁器前1000水泥0钢1800硅1950新材料1990存储器材料的变迁大致可分为四个阶段：由1955年的存储器为水银延迟线1963年的存储器为具有方形磁滞特性的铁氧体磁心1970年涂敷的氧化铁粉〔磁盘〕近10年光存储技术〔可擦写光盘的介质材料有磁光型和相变型两类〕光通信系统材料:低损耗光纤〔光导纤维：高纯石英搀杂P、Ge等元素→氟化物玻璃光导纤维〕、化合物半导体激光器、大屏幕显示等相关材料的研制是其进展的根底和核心。电子工业数千亿的全球市场，90%的市场份额是硬件及其相关材料。

2023/11/2316新能源技术：如受控核聚变、太阳能利用、地热发电、磁流体发电、氢能贮存等方面的进展，很大程度上取决于新材料研制和开发。例：太阳能是目前人类受惠最大的自然资源。但太阳能是低值能源，只能到达1KW/m2,且转换率只10-20%。要提高发电效率,必需从集热体、半导体材料方向进展突破。〔太阳能电池材料中目前最有希望大量应用的是硅太阳能电池。单晶硅光电池光电转换效率高，但材料价格较贵。多晶硅光电池效率只达13％，半导体GaAs的转换效率可达20％～28％。承受多层复合构造，通过选择性吸取涂层和光谱转换涂层可进一步提高转换效率。IBM公司研制的多层复合太阳能电池，转换效率高达40％〕2023/11/23172023/11/2318۝人们早就知道了喷气航空发动机比螺旋桨航空发动机有很多优点，但由于没有材料能承受喷射出燃气的高温，使这种抱负只能是空中楼阁。直到1942年制成了镍基耐热合金这种新材料、才使喷气发动机的制造得以实现。۝同样，假设没有1970年制成的使光强度衰减降低到可以有用的光导纤维，也不会有现代的光通信；۝假设不能制成高纯度大直径的硅单晶，就不会有高度进展的集成电路，也不会有今日如此先进的计算机和一切电子设备。2023/11/2319生态环境不断恶化资源加速枯竭世界人口快速增长材料是现代文明的重要支柱科学技术进一步进展人类生活水平进一步提高对材料科学领域提出了更高的要求构造材料功能材料2023/11/2320利用其力学性质，要求在使用条件下能承受肯定的载荷。通过光、电、磁、声、热、湿、气、生物等特性而完成特定功能的材料。0.3.2材料分类2023/11/2321功能材料分类材料的物质性材料的功能性材料的应用性金属功能材料外形记忆合金、贮氢合金、减振合金、超耐热合金、非晶态合金、超导合金等无机非金属功能材料热功能陶瓷、光功能陶瓷、磁功能陶瓷、周密电子陶瓷、功能转化陶瓷、超硬陶瓷、生物功能陶瓷等有机功能材料导电高分子材料、液晶聚合物材料、光功能高分子材料、高分子分别膜、有机铁磁材料、生物高分子材料、化学功能高分子材料等复合功能材料金属基复合材料、陶瓷基复合材料、高分子基复合材料等2023/11/2322依据材料的物质性：材料的应用性信息材料电子材料电工材料能源材料航空航天材料生物医用材料2023/11/2323材料的功能性光学功能材料电学功能材料磁学功能材料声学功能材料热学功能材料生物医学功能材料2023/11/23242023/11/2325信息材料指用于信息的猎取、存储、处理、传输和显示的微电子材料和光电子材料，是信息技术根底和先导。信息材料领域的每一次创新都会推动信息技术和产业向前进展。信息材料信息猎取材料信息处理材料信息传输材料信息存储材料信息显示材料2023/11/23260.3.3信息处理技术及材料信息处理工具古代：中国——简洁的计算工具：算筹——算盘西方：计算尺是主要的计算工具，机械式计算机——穿孔卡片计算机——继电器计算机——1946年电子计算机的诞生。2023/11/2327世界上第一台电子计算机埃尼阿克〔ENIAC〕。

1946年诞生于美国的宾夕法尼亚大学。重达30吨，占地170多平方米，全机用了18000多个电子管，5000多个继电器，10000多只电容器，7000多个电阻，功率150千瓦，运算速度每秒钟5000次。目前，以大规模集成电路为根底，以中心处理器〔CPU〕为核心的电子计算机技术是主要的信息处理技术。它的耗电量超过174千瓦小时，据说在使用时全镇的电灯都会变暗；而且它的电子管平均每隔15分钟就要烧坏一只。2023/11/2328集成电路〔integratedcircuit，简称IC〕是将电路中的有源元件〔二极管、晶体管等〕、无源元件〔电阻、电容等〕以及他们之间的互联引线等一起制作在半导体衬底上，形成一块独立的不行分的整体电路，集成电路的各个引出端〔又称管脚〕就是该电路的输入、输出、电源和接地等的接线端。1952年，英国皇家雷达争论所的G.W.Dummer首次提出集成电路的设想。他认为，随着晶体管和一般半导体工业的进展，电子设备可以在一个固体块上实现，而不需连接线。这种固体块由绝缘体、导体、整流、放大等材料层组成。1958年美国德克萨斯仪器公司J.S.Kilby和1959年仙童半导体公司的R.Noyce分别制造了世界上第一块锗集成电路和硅集成电路，开创了集成电路时代。集成电路年份事件1947点接触型晶体管诞生，微电子技术发展的第一个里程碑1950结型晶体管诞生1951场效应晶体管发明1958集成电路发明，开创了微电子学的历史1960光刻技术发明1962MOS场效应晶体管诞生1964摩尔定律提出，预测晶体管集成度每十八个月增加一番1971Intel推出1kB动态随机存储器（DRAM），标志大规模集成电路（LSI）出现197816kB的DRAM诞生，标志进入超大规模集成电路（VLSD）阶段1979Intel推出5MHz的8088微处理器，之后推出全球第一台个人电脑198520MHz的80386微处理器诞生198816M的DRAM诞生，标志进入甚大规模集成电路（ULSI）阶段198925MHz483微处理器诞生，采用1μm工艺，后来采用0.8μm工艺199366MHz的Pentium处理器推出，采用0.6μm工艺1997300MHz的PentiumⅡ处理器推出，采用0.25μm工艺1999450MHz的PentiumⅢ处理器推出，采用0.25μm工艺，后采用0.18μm工艺20001.5GHz的PentiumⅣ处理器推出，采用0.18μm工艺2001Intel宣布采用0.13μm工艺2023/11/23292023/11/2330半导体动态随机存储器容量和硅单晶的进展2023/11/2331信息处理材料主要指用于对电信号或光信号进展检波、倍频、混频、限幅、开关、放大等信号处理的器件的一类信息材料，包括微电子信息处理材料和光电子信息处理材料。微电子信息处理即对电子电路中的信息电流、电压等信号进展接收、放射、转换、放大、调制、解调、运算、分析等处理，以猎取有用的信息。光电子信息处理包括光的放射、传输、调制、转换和探测等，而光电子信息处理材料则是基于光信号的放射、传输、调制、转换和探测的一类材料。信息处理材料2023/11/23320.3.4信息传输技术及材料移动卫星通信无线通信光纤通信

低损耗的熔石英光纤长寿命的半导体激光器掺铒光纤放大器纤芯包层保护套2023/11/2333光纤和光缆的传输速率及损耗特性比较2023/11/2334光纤通信系统进展阶段及其主要进展2023/11/2335损耗特性与光的工作波长有关,在三个工作窗口有相对小的损耗:第一窗口光工作波长0.85μm,损耗稍大其次窗口光工作波长1.31μm,损耗中等第三窗口光工作波长1.55μm,损耗最小2023/11/23360.3.5信息存储技术及材料数字信息存储要求：高存储密度、高数据传输率、高存储寿命、高擦写次数、低设备投资和低价格。信息存储的作用：*允许保存电子数据；

*为防止数据丧失而供给备份爱护；

*防止因丧失数据带来的费用；

*允许现场或非现场文档的存储2023/11/2337存储方式内存储外存储CPU可以直接访问内存，提取时间短〔ns〕，容量一般在512Mb。只读存储器ROM〔Read-OnlyMemory〕随机存取存储器RAM〔RandomAccessMemory〕一般不直接与微处理器打交道，外存中的数据应先调入内存，再由微处理器进展处理。磁存储：磁带、软磁盘、硬磁盘光存储：CD、VCD、DVD等2023/11/2338硬磁盘技术的进展2023/11/2339光盘硬磁盘磁带中等性能0.25~2Gb/in225Mb/s随机存取高容量低价格可移动长寿命高性能2～4Gb/in2150Mb/s随机存取高容量价格合理不可移动寿命较短中等性能0.8～1Gb/in240Mb/s序列存取高容量低价格可移动寿命较短光盘、硬盘和磁带性能比较2023/11/23400.3.6信息显示技术及材料当今世界是信息大爆炸的年月，据测算，上世纪末信息的年均增长率为20％，到2023年将到达每两个半月翻一番的惊人速度。在人们经各种感觉器官从外界获得的信息中，视觉占60％，听觉占20％，触觉占15％，味觉占3％，嗅觉占2％。进入21世纪以来，显示技术作为人机联系和信息展现的窗口已应用于消遣、工业、军事、交通、教育、航空航天、卫星遥感和医疗等各方面。在我国，显示技术及相关产业的产品占信息产业总产值的45％左右。可见，显示产业已经成为电子信息工业的一大支柱产业。2023/11/2341光电显示分类2023/11/2342传统显示技术阴极射线管〔CRT〕显示阴极射线加速后轰击荧光屏上的荧光材料Y2O2S：Eu〔红色〕、ZnS：Ag〔蓝色〕和ZnS：(Cu，Al〕〔绿色〕，发出各种彩色的光。1897年，布劳恩管制造；1953年，日本黑白电视播送开头1958年，中国黑白电视播送开头1960年，日本彩色电视播送开头1973年，中国彩色电视播送开头1996年，日本推出纯平CRT彩电1999年，中国推出纯平CRT彩电2023/11/2343平板显示技术等离子体显示〔PDP〕利用等离子产生的紫外线激发涂有荧光粉的电极而发出不同的由三基色混合的可见光。液晶显示〔LCD〕利用外加电压或者电流，可以转变液晶分子取向，从而转变液晶分子的光学和电学性质，最终实现显示的目的。发光二极管〔LED〕显示利用载流子在PN结四周的复合作用而发光。有机电致发光显示〔OLED〕参加外加偏压后，电子空穴分别经过电子传输层与空穴传输层后，进入一具有发光特性的有机物质，在其内部发生强相互作用，形成一个激子，再将能量释放出来回到基态，发出相应的光子。2023/11/2