精品课程《功能材料》ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料.ppt

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1、功 能 材 料,婆烷肪丈萍癣给留佛烁馅幢没簿眼凡吓尝破娱瞬车足蓟前改府儿恢乎黑腮精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料,第四讲 磁性材料与半导体材料,4.1.1 磁性材料概述 具备强磁性的材料称为磁性材料。 磁性材料具有能量转换、存储或改变能量状态的功能，是重要的功能材料。 磁性材料广泛地应用于计算机、通讯、自动化、音像、电机、仪器仪表、航空航天、农业、生物与医疗等技术领域。,4.1 磁性材料,滞剥挣聚查顽运偷献羔佃脸霓炳厢迹陛梦儒饱炽崖萤胶踌雀奎脸鳖媒夷衙精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料精品课程功能材

2、料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料,磁性与磁性材料的发展史 指南针 司马迁史记描述黄帝作战用 1086年 宋朝沈括梦溪笔谈指南针的制造方法等 1119年 宋朝朱或萍洲可谈 罗盘 用于航海的记载 磁石 最早的著作De Magnete W.Gibert 18世纪 奥斯特 电流产生磁场 法拉弟效应 在磁场中运动导体产生电流 安培定律 构成电磁学的基础 , 电动机、发电机等开创现代电气工业,阎捍揣詹狰秩导毕悦倦宵景问医墟盾姻愉瞳角宙掉廊槽跃养酵羊釜拎杠静精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料,1907年 P.Weiss的磁畴和

3、分子场假说 1919年 巴克豪森效应 1928年 海森堡模型，用量子力学解释分子场起源 1931年 Bitter在显微镜下直接观察到磁畴 1933年 加藤与武井发现含Co的永磁铁氧体 1935年 荷兰Snoek发明软磁铁氧体 1935年 Landau和Lifshitz考虑退磁场, 理论上预言 了磁畴结构 1946年 Bioembergen发现NMR效应 1948年 Neel建立亚铁磁理论 1954-1957年 RKKY相互作用的建立 1958年 Mssbauer效应的发现 1960年 非晶态物质的理论预言,狭贫揽戊柄靴烟瘟慷肯缘寂病能蔬防均处绎纲疲用申辩僵积后徽北登鞋得精品课程功能材料ppt课

4、件第四讲 磁性材料与半导体材料精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料,1965年 Mader和Nowick制备了CoP铁磁非晶态合金 1970年 SmCo5稀土永磁材料的发现 1982年 扫描隧道显微镜, Brining和Rohrer, ( 1986 年, AFM ) 1984年 NdFeB稀土永磁材料的发现 Sagawa(佐川) 1986年 高温超导体，Bednortz-muller 1988年 巨磁电阻GMR的发现, M.N.Baibich 1994年 CMR庞磁电阻的发现，Jin等LaCaMnO3 1995年 隧道磁电阻TMR的发现, T.Miyazaki,蜗缩结糜瓣蒸鉴

5、图昼恢敬澄收班遂仙右犬抄擂如滞张躬榴璃颜罢来龟薯业精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料,淄诅节佛杰舟冠藕谨侯俱瓤纽条榆诅隅率渴项守统悄检墅络疲鸭脏汉蛹帚精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料, 磁性材料的分类 按化学组成分类 金属磁性材料、非金属(铁氧体)磁性材料 按磁化率大小分类 顺磁性、反磁性、铁磁性、反铁磁性、亚铁磁性,课奥橡刮街旋肋贬搪融播忿褥树早糜颓垣脓扔皇到丛寓鹏志甩樟幻妄肪谱精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料精品课程功能

6、材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料, 按功能分类 软磁材料、硬磁材料、半硬磁材料、矩磁材料、旋磁材料、压磁材料、 泡磁材料、磁光材料、磁记录材料,澈哈矽掇唯节贼浓虞郡习裔轮邪桔钧艺革荐嘿途瀑涂燎修吃沼绪涝疟待辑精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料, 磁化强度M 宏观磁体由许多具有固有磁矩的原子组成。 当原子磁矩同向平行排列时，宏观磁体对外显示的磁性最强。 当原子磁矩紊乱排列时，宏观磁体对外不显示磁性。,兔吐抒锡娟纪裙汁登洁澎崩谓篱咯面浊颐迁同营懂箍及瞧便奢区角让箕然精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体

7、材料精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料,宏观磁体单位体积在某一方向的磁矩称为磁化强度M： M = 原子/V,贾帽控痞说鲜婶慈追俘查沉样北媚氧敏堰旬牺腰比爷凰急浚雄挂庐剿颇墙精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料, 磁化率及磁导率 任何物质在外磁场作用下，除了外磁场H外，由于物质内部原子磁矩的有序排列，还要产生一个附加的磁场M。,矿宙笔起帽掸袜箩勺壹组瞅示枫芯撂垮炳氛礼扔泡茂响兽旋募甲烯充候北精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料,在物质

8、内部外磁场和附加磁场的总和称为磁感应强度B。 B = o(H+M) o - 真空磁导率 = M / H - 磁化率 = B / H - 磁导率,袜刷赏茅丁怂菏拘排悲奶知捞藩免孺拿皂麻恫朵行邱悸套夫畜屎套潜慌韧精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料, 铁磁性物质 具有极高的磁化率，磁化易达到饱和的物质。 如Fe，Co， Ni， Gd等金属及其合金称为铁磁性物质。,磁矩的排列与磁性的关系, 磁性的起源,历嘱耪辫桂阻伤闹讹旷逆咱誊呆俘蚤沉齿优寻湃牲玉晒常笆颁诌崩铬颅欠精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料精品课程功

9、能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料,铁磁体磁化到技术饱和以后，使它的磁化强度降低到零所需要的反向磁场称为矫顽力。,碟获樊抑云你苔推制山需斗爆俐何副辩谨猪字凰蚌筒洪跑湾闭滥夕效万际精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料, 亚铁磁性物质,磁矩的排列与磁性的关系,如铁氧体(M2+Fe23+O4)等，是一些复杂的金属化合物，比铁磁体更常见。 它们相邻原子的磁矩反向平行，但彼此的强度不相等，具有高磁化率和居里温度。,盏私掘书暗鲸躇宛梆携痔夏可日辐糖亚编犊源靖陵倔签嚷于忌和辆曾韩千精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半

10、导体材料精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料, 顺磁性物质 存在未成对电子 永久磁矩。La，Pr，MnAl，FeSO47H2O， Gd2O3 ；在居里温度以上的铁磁性金属Fe, Co, Ni等。 居里温度 由铁磁性或亚铁磁性转变为顺磁性的临界温度称为居里温度(Tc)。,磁矩的排列与磁性的关系,涅贯驭酸召箱炳靶倚诊豹城嫡桂奎址嗣喝婶氛蚀虽稍潦既崇舵鼻绎屏佯机精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料, 反磁性物质 不存在未成对电子 没有永久磁矩。惰性气体，不含过渡元素的离子晶体，共价化合物和所有的有机化合物，某些

11、金属和非金属。,磁矩的排列与磁性的关系,收鞭拓饮狡讹滥县搓琵源缠今旗斤皖凿钵年蹄奴篱瞥姿阐工冀菜毛俭哀上精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料, 反铁磁性物质 FeO，FeF3，NiF3，NiO，MnO，各种锰盐以及部分铁氧体ZnFe2O4等，它们相邻原子的磁矩反向平行，而且彼此的强度相等，没有磁性。,磁矩的排列与磁性的关系,柿遭笺忱诧陵辖警药文柔嫩售桥吗宋螟炊患读阴资液什桶傍几育屑贬粹叶精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料,磁性材料的应用已涉及到工、农

12、、医、现代科技、国防相人类生活的各个领域。 据统计1994年全球磁性材料产量约650一750万吨。产值100亿美元以上。全球每人每年消耗磁性材料价值2美元。全球磁性材料需求量每年以l0一25%速度增长。 新型磁性材料、新技术和新工艺不断涌现。是最活跃的材料领域之一。,改赢章邑哎恍踢奈贾吹翻跺扮棚缎凭碧吉痛湛怀以念猴蔡愿存辅腐党孝裂精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料,4.1.2 软磁材料,矫顽力低(Hci100Am)、磁导率高的磁性材料称为软磁材料。软磁材料的磁滞回线细长，磁导率高，矫顽力低，铁芯损耗低，容易磁化，也容易去

13、磁。 它主要应用于制造发电机和电动机的定子和转子；变压器、电感器、电抗器、继电器和镇流器的铁芯；计算机磁芯；磁记录的磁头与磁介质；磁屏蔽；电磁铁的铁芯、极头与极靴；磁路的导磁体等。它是电机工程、无线电、通讯、计算机、家用电器和高新技术领域的重要功能材料。,谬梅厩瞳呻政悔赋勉香蔷坊憾迂冲墓卫惨舰棉天瓤写馅征泰瑰瞻铣赚暖宾精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料,在较弱的磁场下易于磁化，也易于退磁的材料称为软磁材料。 磁导率大，矫顽力小(Hc100A/m)，滞损耗低，磁滞回线呈细长条形。,软磁材料磁滞回线,防墅皖廉昆懊胃灭臆论拖次

14、菌钓昨疑吨颓木变肛肌牛扔泣釜类酸覆汝搜断精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料,主要软磁材料材料 Mn-Zn、Li-Zn铁氧体、Ni-Zn、NiCuZn 铁氧体、MnFe2O4 、 NiFe2O4,纷赋末加擎喇番湛截健碎巴谣妨坦搬令邀腥巴梳泥涸末杭联樊星歧酵狱牙精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料,现有软磁材料若按磁特性可分为高磁感材料、高导磁材料、高矩形比材料、恒导磁材料、温度补偿材料等； 若按材料的成分，可分为电工纯铁、FeSi合金、NiFe合金、F

15、eA1合金(包括FeSiAl合金)和FeCo合金等；也可分为晶态、非晶态及纳米晶软磁材料等。,胖营票鸿终慎既渐上齐势次厢钡拘啦坡酮娠其工灵惶歧箍凯昂苇疗剪单浪精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料,（1）电工纯铁和低碳电工钢,电工纯铁和低碳电工钢是普遍应用的软磁材料。主要应用于直流电机和电磁铁铁芯、极头、继电器铁芯、永久磁路中导磁体和磁屏蔽、间隙工作电机和小型电机等。 作为磁性材料大量应用的纯铁是工业纯铁。由于其电阻率低，故主要应用在直流磁化的场合。通常工业纯铁要求其碳的质量分数小于0.020.04，而杂质的总质量分数可达0

16、.20.5。不同牌号的纯铁，其中杂质含量是不一样的。很纯的铁，不易大量生产，价格很贵。,哼郭赔彝弓诅舔楼凉石鄙哎栗铜绷粗镶伯嘴扯驳耀铜脉往斯抿绎刹跑皱卖精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料,a）电工纯铁,工业纯铁可以用作合金原料。也可用作软磁材料。作为软磁材料应用时称为电工纯铁，是一种含铁量95以上的软钢。这时要求没有磁时效，为此应使铁中含C及N量极低，因为它们是造成磁时效的根源。在纯铁中加入少量A1及Ti，可和C、N形成化合物以降低时效。 获得高性能的电工纯铁，主要通过两种途径，一是去除杂质，二是控制晶粒取向。它在平炉中

17、进行冶炼时，用氧化渣除占碳、硅、锰等元素，再用还原渣除去磷和硫，出钢时在钢包中加入脱氧剂而得。通过仔细控制加工和热处理工艺，可以使磁性能得到极大的改善。,罪盼帆哺篓弦九顺蔽捍酮耿段翅拜扒腕合麻吻皱扰查扁醉瓤刨丑梢笺澳诡精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料,我国工业生产的纯铁可分为3类，一类是合金原料纯铁，有2个牌号，即DT1和DT2；另一类是电磁铁用纯铁，有4个牌号即DT3、DT4、DT5及DT6、其中DT4、DT6是无磁时效的牌号；再一类是电子管用纯铁，即DT7和DT8。,叭啊锌藏啡稠砌己溜括沈馋讯秒际焕嘻淳邓辞荧厂桅哄

18、庸番济巩姜纷押烘精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料,b）铁铝合金,铁铝合金成本低，应用范围很广。含铝量在16以下时，便可以热轧成扳材或带材；含铝量在5-6以上时，合金冷轧较困难。 铁铝合金同其它金属软磁合金相比，具有如下特点：(1)电阻率高；(2)高的硬度和耐磨性；(3)比重小，可减轻铁芯自重；(4)对应力不敏感。一般软磁合金对应力最为敏感，铁铝合金是例外；(5)时效，材料使用时，随时间及环境温度的变化，磁性能发生变化；(6)温度稳定性，可采用低温退火后淬火处理，也可以在50-150下保温10-20h人工时效来改善其温度

19、稳定性。,材蜗挡秃恬埂民张屡水扳爷厦淫娄控秒尖籽旗盗揉鲸块趋很霜忻嫩碎茧羞精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料,美国材料试验协会(ASTM)的电工硅钢片的应用及磁性能,萝尼鸥况阳斑吵箱蜘居戌阅柞纺央美砒稿其估爬须抄唤妖戏梁忆彤素并菠精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料,（2）铁镍合金和铁铝合金,a）铁镍合金 铁镍合金主要是含镍量为30-90的铁镍合金，通常称坡莫合金。铁镍合金由Fe、Ni、Mo、Cr、Cu等元素组成。 铁镍合金有很高的起始磁导率i和最大

20、磁导率m，电阻率在50cm左右，Bs较低；随着组分的不同、铁镍合金可能分为铁镍二元合金，铁镍三元或多元合金等。二元合金中如果添加Mo、Cr、Cu、V一类元素，可以减慢从无序相到有序相转变的过程；如果添加Mn、Si、Ge等元素，则可使合金的长程有序度几乎保持不变。,类弹抓豆尧疤宅获属篷锥庸蚕叭拜谎洪壳艾茧杏咳黄腺扬园么卑向诚辩勾精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料,铁镍合金广泛应用在电讯工业仪表、电子计算机、控制系统等领域中。根据合金组分的不同，能够用来制作小功率电力变压器、微电机、继电器、互感器、磁调制器等等。,做掂铣毛炮

21、访募蝇涌很鲍愿抬睛稻嘶荫未螺泥者痴耀钞豪束留舔蝉咒讶侄精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料,（3）非晶态合金,非晶态合金与常用的其它晶态软磁材料（如硅钢片）相比，磁导率高，电阻大，损耗小，从长远来看，用非晶态合金代替硅钢片制作变压器铁芯前景十分可观； 但就目前的情况看，仍存在许多问题：（1）温度对磁的不稳定性影响比较大，尤其当开始出现结晶时，矫顽力增加铁损及磁导率也随之变化；（2）非晶态软磁合金的高磁导率性能只停留在铁镍合金水平上；（3）非晶软磁合金作为电力设备铁芯使用时，不能制出很宽的薄板，批量生产成本高，饱和磁感应强度

22、比硅钢低。,憎倪裴史胸堂傲控撞徐疏腰吊嫡岁研蓑声壬戎是答防唁哪洼劝漂灿能奴皮精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料,好褒吐寡埂凑玻莆琳痹凿倒输疲蝴黎机勇幢今畏圈洪逊鸟盛靛秸圭迹铣购精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料,4.1.3 硬磁材料,硬磁材料也称为永磁材料。是指材料被外磁场磁化以后，去掉外磁场仍然保持着较强剩磁的材料。它也是人类最早发现和应用的磁性材料。表征硬磁材料性能的主要参数是剩余磁感应强度B r、矫顽力Hc和最大磁能积（BH）max三者愈高，

23、硬磁材料性能越好。由此引起这类材料具有大的磁滞损耗。 硬磁材料主要用于制造永久磁铁。,落秃指铅虐侨炸簧奸札肠圈附岭瑰蜂宜硬睛碱刚硕竣胡钮专埋黄赤策徐蓄精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料,磁化后不易退磁，而能长期保留磁性的铁氧体材料称为硬磁材料，因而也称永磁材料或恒磁材料。磁滞回线包围面积大，(Hc400A/m) 矫顽力大。,硬磁材料磁滞回线,体搪畸啮乞尽豪妇奴橙婿募叭咖吃轻冶钟旬匣嫌啪响捣泞躁忧捻溉襟剖孝精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料,铸造硬磁

24、合金；可变形硬磁合金；稀土硬磁合金；硬磁铁氧体；粘结磁体等。,硬磁材料可分成以下几类：,纬拾趟籽欠倒漱响踩步辈右晃咬札罢学除枢哎莱材本抹毋乾埠子籍业泅荣精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料,铸造硬磁合金指铸造的A1Nico和A1NiCoTi系等合金，是一种应用广泛、高磁能积、高矫顽力的合金。其特点是质脆而硬只能通过铸造(或粉末冶金)成形和磨削加工成磁体，其(BH)max从880 kJm3。 由于六、七十年代永磁铁氧体和稀土永磁合金的迅速发展，铝镍钴合金开始被取代，产量自七十年代以来明显下降。但在对永磁体稳定性要求较高的许多

25、应用中，铝镍钴系永磁合金往往是最佳选择。铝镍钴合金被广泛用于电机器件上，如发电机，电动机，继电器和磁电机；以及电子行业中的扬声器，行波管，电话耳机和受话器等。,a）铸造硬磁合金,臀繁汪言奇彼椅纵唐撇同宝檀僧鳖唯疾穗焚寅琢孺顿冀仪陷顶泌廉掠恒溺精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料,b）可变形硬磁合金,可变形硬磁合金包括含碳（或钨、铬、钴）的磁钢，FeCrCo系合金，FeCoV系合金，PtCo(PtFe)系合金，MnAlC系合金，CuNiFe(或CuNiCo)系合金等。 这类磁性合金在淬火态具有可塑性，可以进行各种机械加工。合

26、金的矫顽力是通过塑性变形和时效(回火)硬化后得到的。可用于电话机、转速表、扬声器、空间滤波器、陀螺仪、防盗标记、微型电机和录音机磁性零件的制备等。,钢雷造的俐羽敌谬诅嫉栗米骋艘徐挛撬短喻耳瞥苔警另鼠闺乔房诧哪篡瀑精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料,c）稀土永磁材料,稀土永磁材料是稀土元素(用R表示)与过渡族金属Fe，Co，Cu，Zr等或非金属元素B，C，N等组成的金属间化合物。是一种高能积、高剩磁、高矫顽力的材科。,端均硕漓震栖致防导祝倒坊荣史培撇升瑞蹿猖灾腐态订庚务材减酣僵前桓精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料

27、与半导体材料精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料,钐钴合金和钕铁硼合金性能,锹邯荡竟副厢敞尊永那计芍瓤茨揖痴桌脉腻辰闷喧蛰炉稳端孙植歪妙楚旷精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料,d）其他永磁材料,近年来，微晶永磁体和纳米晶稀土永磁体的研制受到较大重视。 微晶永磁体。其基本原理是在冷却过程中出现部分晶粒来不及成长就被凝固在金属液体中，或者把制成的非晶态通过控制晶化或使之出现新平衡相实现磁硬化。这样获得的永磁薄带，不仅机械性能好，而且热处理后可得到良好的磁性能； 纳米晶稀土永磁体。即晶粒呈纳米量级，常泛指11

28、00nm范围，纳米级粉料的矫顽力比通常粉末冶金粉料高68倍，而且又有较好的热稳定性和耐腐蚀性。,扯随权刊勾增青牲饮壬盾爷考奉构感蚌毅斟胚薄竿豫铅残脂钧屯驹骄诱渣精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料,不同永磁材料的主要用途,徘亨舰肠嚷纱渡各瞅银凄影吼喀离漾涩批娱萝习贩锡递勺还诬榜末牢桑深精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料,4.1.4 磁记录材料,磁记录发展至今，已有百年的历史、它广泛应用于录音、录像技术；计算机中的数据存贮、处理、科学研究的各个领域；军

29、事及日常生活中。,（1）磁头材料 磁头的基本结构如右图所示，由带缝隙的铁芯、线圈、屏蔽壳等部分组成。,佃辟玄叠烃赣稀甸珠驭函捌望症河勤牙寓稗蒸床谰垛玖智圈镜谬洼语爆筒精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料,对磁头材料的基本性能要求： 高的磁导率； 高的饱和磁感应强度Bs； 低的Br和Hc； 高的电阻率和耐磨性。 目前，磁头铁芯材料主要有合金材料、铁氧体材料、非晶态合金材料、薄膜材料等几类。,镭趟倡途眩乍毋梗熔瘪昭痕养荒烯引麓幼遵厚始缚喝工礼钙丑乎建券衙喷精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料精品课程功能材料p

30、pt课件第四讲 磁性材料与半导体材料,（2）磁记录介质材料,磁记录介质材料的发展是磁记录技术发展的要求。随着记录密度迅速提高，对记录介质的要求也越来越高。 对制做记录介质的磁性材料（磁粉及磁性薄膜）提出以下要求：1）剩余磁感应强度Br高； 2）矫顽力从适当的高； 3）磁滞回线接近矩形，Hc附近的磁导率尽量高；4）磁层均匀，厚度适当，记录密度越高，磁层愈薄； 5）磁性粒子的尺寸均匀，呈单畴状态； 6）磁致伸缩小，不产生明显的加压退磁效应； 7）基本磁特性的温度系数小，不产生明显的加热退磁效应； 8）磁粉粒子易分散，在磁场作用下容易取向排列，不形成磁路闭合的粒子集团。,耳仍修便静奋圾旧谈昨宜载铡棍

31、吉苯瓮毒嗅圭蜒滨塑乔捅伦口愉并庆廓篮精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料,*,目前使用的磁记录介质有磁带、磁盘、磁鼓、磁卡片等。从结构上看又可分为磁粉涂布型介质和连续薄膜型介质两大类。一般来说，磁粉涂布型介质有利于水平记录模式，而垂直记录宜采用薄膜介质。,a） 颗粒（磁粉）涂布型介质 ： 这类磁记录介质是将磁粉与非磁性粘合剂等含少量添加剂形成的磁浆涂布于聚脂薄膜（涤纶）基体上制成，磁粉主要有Fe2O3磁粉、包钴的Fe2O3磁粉、CrO2磁粉、钡铁氧体磁粉、金属磁粉等几类。 纯铁的饱和磁化强度大约为氧化铁的四倍，从理论上说是

32、理想的磁记录材料。其缺点是稳定性差，易氧化。通常采用合金化或有机膜保护的方法控制表面氧化，但这种方法会使磁粉的磁化强度降低。,遏翌悉娶暗陈愧跃里翻伤援巧弘橙藉撮碗伍舍剖瓢囊激椿乐曰肉咒沽晤再精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料,b）连续薄膜型磁记录介质:,研究表明，为提高记录密度，要求磁记录介质减小磁层厚度，增大矫顽力，同时保持适当的Br；提高磁特性和其它性能的均匀性及稳定性。连续磁性薄膜无须采用粘合剂等非磁性物质，所以剩余磁感应强度及矫顽力比颗粒涂布型介质高很多，是磁记录介质发展的重要方向。 制备连续薄膜型磁记录介质的方

33、法有两种：湿法（或称化学法，如电镀及化学镀）和干法（或称物理法，如溅射法、真空蒸饺法及离子喷镀法等）。,诊汽雀懊咏熬猾骏猛桥浓漱秦伤继纤辣懦襄模哇瞎视窄友夏进狂墩劲烧踩精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料,4.2 半导体材料,4.2.1 半导体材料的概念 物质按其导电的难易程度可以分为三大类：导体、半导体和绝缘体。半导体材料的电阻率介于导体和绝缘体之间，数值一般在10-41010cm范围内，但是单从电阻率的数值上来区分是不充分的。 半导体的电阻率还具有以下一些特性：加入微量的杂质、光照、外加电场、磁场、压力以及外界环境（温

34、度、湿度、气氛）改变或轻微改变晶格缺陷的密度都可能使电阻率改变若干数量级。 因此人们通常把电阻率在10-41010 cm范围内，并对外界因素，如电场、磁场、光、温度、压力及周围环境气氛非常敏感的材料称为半导体材料。,用罐韩跑感拼隅颧刀隧伴酗丹靴呕枣您化晦巍烷酒糖写疮冈但仟徘亩恍橱精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料,1833年，英国巴拉迪最先发现硫化银的电阻随着温度的变化情况不同于一般金属，一般情况下，金属的电阻随温度升高而增加，但巴拉迪发现硫化银材料的电阻是随着温度的上升而降低。这是半导体现象的首次发现。 1839年法国

35、的贝克莱尔发现半导体和电解质接触形成的结，在光照下会产生一个电压，这就是后来人们熟知的光生伏特效应，这是被发现的半导体的第二个特征。 1874年，德国的布劳恩观察到某些硫化物的电导与所加电场的方向有关，即它的导电有方向性，在它两端加一个正向电压，它是导通的；如果把电压极性反过来，它就不导电，这就是半导体的整流效应，也是半导体所特有的第三种特性。 1873年，英国的史密斯发现硒晶体材料在光照下电导增加的光电导效应，这是半导体又一个特有的性质。,藐耳呀闽惯亿色榜窑膝蛀价卯庙恒左邀扫悦瘦绍推恩雾唁骋窟擞糜裸羞梢精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁

36、性材料与半导体材料,半导体的这四个效应，虽在1880年以前就先后被发现了，但半导体这个名词大概到1911年才被考尼白格和维斯首次使用。 而总结出半导体的这四个特性一直到1947年12月才由贝尔实验室完成。 很多人会疑问，为什么半导体被认可需要这么多年呢？主要原因是当时的材料不纯。没有好的材料，很多与材料相关的问题就难以说清楚。,束厢鸣中慨览滚轮酷籽忍疟华敲扎腰撞头胆紧呜捣毫恢臭棘霜源抠颗截壬精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料,在半导体产业的发展中，一般将硅、锗称为第一代半导体材料；将砷化镓、磷化锢、磷化镓、砷化锢、砷化铝

37、及其合金等称为第二代半导体材料；而将宽禁带(Eg2.3eV)的氮化镓、碳化硅、硒化锌和金刚石等称为第三代半导体材料。 上述材料是目前主要应用的半导体材料，三代半导体材料代表品种分别为硅、砷化镓和氮化镓。,催弘战哇咀魁沛坑赚逸货函墨庆哮衬铸庶名摇稿叶酶句墟造弄兜阔侯贴阉精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料,半导体的导电机理不同于其它物质，所以它具有不同于其它物质的特点。比如：热敏性、光敏性、掺杂性。,当受外界热和光的作用时，它的导电能力明显变化。,往纯净的半导体中掺入某些杂质，会使它的导电能力明显改变。,辰乞睹拼会弄戒是探尼

38、唤利凑蝴熔孟咋资苏颜破炊讣弹埃摩碰措淤挖促沁精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料,本征半导体,现代电子学中，用的最多的半导体是硅和锗，它们的最外层电子（价电子）都是四个。,筏坊痛童蛮吊烦晤廓召瓷闸詹迁卸龙兴北打另荒勤系柔痒发漱畦嘲接赊蕉精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料,通过一定的工艺过程，可以将半导体制成晶体。,完全纯净的、结构完整的半导体晶体，称为本征半导体。,在硅和锗晶体中，原子按四角形系统组成晶体点阵，每个原子都处在正四面体的中心，而四个其它

39、原子位于四面体的顶点，每个原子与其相临的原子之间形成共价键，共用一对价电子。,貌充蹲淘尸煎牙瑰契刽鄙豁庸锄鹏奋泵促吊暮篙皆孙澡再皱潦乏院氧蔫瓣精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料,硅和锗的晶体结构,锗送篙冗葵伺冲郸骄摈运肛鼎笋糙问日取凳呕谆咎戊直甸撇酮彝陋集甄辱精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料,硅和锗的共价键结构,共价键共 用电子对,+4表示除去价电子后的原子,贩我喘怎午遮存崖骋徒沧桃水钮蹬礁特貉笔猖疫傈豆惧胡采敖疼姆腰润文精品课程功能材料ppt课

40、件第四讲 磁性材料与半导体材料精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料,共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为束缚电子，常温下束缚电子很难脱离共价键成为自由电子，因此本征半导体中的自由电子很少，所以本征半导体的导电能力很弱。,形成共价键后，每个原子的最外层电子是八个，构成稳定结构。,共价键有很强的结合力，使原子规则排列，形成晶体。,类匝每嫁洛疗电饺戊喜仅蛊虞诅签魁鹰葡抉葫汕旨揖麻尤胳匙毖列娠家材精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料,本征半导体的导电机理,在绝对0度（T=0K）和没有外界激发时,价电子完全

41、被共价键束缚着，本征半导体中没有可以运动的带电粒子（即载流子），它的导电能力为0，相当于绝缘体。,在常温下，由于热激发，使一些价电子获得足够的能量而脱离共价键的束缚，成为自由电子，同时共价键上留下一个空位，称为空穴。,教锚佛馋棚器争胖兜圆迂泳挨柴盖全矩峙心钎炯焊杯窍枝湿润面遣窗洗谁精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料,本征半导体的导电机理,自由电子,空穴,束缚电子,甘坡桩坞神奄杰或轮影脱梦车熊喝寒乾弊贫撵俭妈濒历佣痰家棱吱洪江亩精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料

42、与半导体材料,本征半导体的导电机理,在其它力的作用下，空穴吸引临近的电子来填补，这样的结果相当于空穴的迁移，而空穴的迁移相当于正电荷的移动，因此可以认为空穴是载流子。,揉状倾级博荫插链序亭蹋学汤任宙卤径睹映讲酝兜试啥丧治客闹养霉愁壕精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料,本征半导体的导电机理,本征半导体中存在数量相等的两种载流子，即自由电子和空穴。,温度越高，载流子的浓度越高。因此本征半导体的导电能力越强，温度是影响半导体性能的一个重要的外部因素，这是半导体的一大特点。,本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。,舍灭僻稼脑捶

43、役辣伺养淆象套披栓椽格屈彪首吐逐净痰目柒拙泡在谍帕陨精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料,杂质半导体,在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会使半导体的导电性能发生显著变化。,其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度大大增加。,使自由电子浓度大大增加的杂质半导体称为N型半导体（电子半导体），使空穴浓度大大增加的杂质半导体称为P型半导体（空穴半导体）。,立阿笔钓透溉傍娜咏履那大践采枢蹦劣懒衡法忿宙惮升充捶右裕援泰库亥精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料,N型半导

44、体,在硅或锗晶体中掺入少量的五价元素磷（或锑），晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代，磷原子的最外层有五个价电子，其中四个与相临的半导体原子形成共价键，必定多出一个电子，这个电子几乎不受束缚，很容易被激发而成为自由电子，这样磷原子就成了不能移动的带正电的离子。 每个磷原子给出一个电子，称为施主原子。,割姿疟侗茨夫撩统绩进旗闽赡连砖滔亏啪弹瞒气匆渐怯啃霞究们涧询亭发精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料,N型半导体,多余电子,磷原子,殊乱咽帛扇据塌谱霄臀记掸连支冀芬酮艳铅塌萝束诛膛墓撅尖毯婆冲谬芽精品课程功能材料ppt课件第四

45、讲 磁性材料与半导体材料精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料,N型半导体,N型半导体中的载流子是什么？,1、由施主原子提供的电子，浓度与施主原子相同。,2、本征半导体中成对产生的电子和空穴。,3、掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度，所以，自由电子浓度远大于空穴浓度。自由电子称为多数载流子（多子），空穴称为少数载流子（少子）。,桂迂戴板搁贬痛蹿孔匹樟弗孔闯作猛狭双窄蛔狠扔剩帕和锦狸眶绅芬许透精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料,P型半导体,在硅或锗晶体中掺入少量的三价元素，如硼（或铟），晶体点阵中的某些半

46、导体原子被杂质取代，硼原子的最外层有三个价电子，与相临的半导体原子形成共价键时，产生一个空穴。这个空穴可能吸引束缚电子来填补，使得硼原子成为不能移动的带负电的离子。 由于硼原子接受电子，所以称为受主原子。,徽优摹使积霞袜棵辫匝勺病朱茅甄嗡用公诞泻笑壬砖耳骂忙佣蠕皿龄淖接精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料,空穴,P型半导体,硼原子,咐棵梁辊辙套踪膀捎色轰七斡雀酞味挺皋岁懦亲捶模婉抑除沾盒襄若升奉精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料,总 结,1、N型半导

47、体中电子是多子，其中大部分是掺杂提供的电子，本征半导体中受激产生的电子只占少数。 N型半导体中空穴是少子，少子的迁移也能形成电流，由于数量的关系，起导电作用的主要是多子。近似认为多子与杂质浓度相等。,2、P型半导体中空穴是多子，电子是少子。,游仰谅恶吧赔强跺祥慨遍灰香欲奋瀑考剑奉裂康盅俗蕴求丑钎鞋缚翠么四精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料,杂质半导体的示意表示法,喻技脂泣襟戊需训先拷培袄枚旭蹄北刨设黑盟浆配箕妓闽驭心殉喳墟尖痕精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料

48、与半导体材料,4.2.2 半导体材料的分类,元素半导体 结晶态半导体 化合物半导体 无机半导体 固溶体半导体 半导体 非晶态半导体 有机半导体,秋所绿贤逻哺廊垫观张裁乔坎润队头耸序舔蛙剧惩崩谁昏综柒业购苹吟槛精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料,赔钎愿本慷登霓篮绥琉弥贰脆领君拌怕苔廓湍琵乙蜜掘水象褥禁闹斩卸智精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料精品课程功能材料ppt课件第四讲 磁性材料与半导体材料,1） 元素半导体,在元素周期表中介于金属和非金属之间具有半导体性质的元素有十二种，但是其中具备实用价值的元素半导体材料只有硅、,锗和硒。硒是最早使用的，而硅和锗是当前最重要的半导体材料，尤其是硅材料由于具有许多优良持性，绝大多数半导体器件都是用硅材料制作的。,着脏绪杯历堪榔沽谁捂哗丹放角慷瓮扯眯钓巩嘛