单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,2024/11/16,1,信息材料根底,第一章 绪论,信息时代,信息技术,信息材料,2024/11/16,2,2024/11/16,3,0.1,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,2024/11/16,4,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,2024/11/16,5,一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,2024/11/16,6,全球信息量增长趋势,2024/11/16,7,20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,2024/11/16,8,亚太地区国际互联带宽进展趋势,2024/11/16,9,1992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”National Information Infrastructure，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(Information Highway)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。,2024/11/16,10,0.2,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,2024/11/16,11,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,2024/11/16,12,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,2024/11/16,13,20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,2024/11/16,14,0.3,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。,2024/11/16,15,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。,2024/11/16,16,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2028。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40,2024/11/16,17,2024/11/16,18,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。,2024/11/16,19,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,2024/11/16,20,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,2024/11/16,21,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,2024/11/16,22,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,2024/11/16,23,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,2024/11/16,24,2024/11/16,25,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,2024/11/16,26,0.3.3,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。,2024/11/16,27,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。,2024/11/16,28,集成电路integrated circuit，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,1962,MOS,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,1971,Intel,推出,1kB,动态随机存储器（,DRAM,），标志大规模集成电路（,LSI,）出现,1978,16kB,的,DRAM,诞生，标志进入超大规模集成电路（,VLSD,）阶段,1979,Intel,推出,5MHz,的,8088,微处理器，之后推出全球第一台个人电脑,1985,20MHz,的,80386,微处理器诞生,1988,16M,的,DRAM,诞生，标志进入甚大规模集成电路（,ULSI,）阶段,1989,25MHz483,微处理器诞生，采用,1,m,工艺，后来采用,0.8,m,工艺,1993,66MHz,的,Pentium,处理器推出，采用,0.6,m,工艺,1997,300MHz,的,Pentium,处理器推出，采用,0.25,m,工艺,1999,450MHz,的,Pentium,处理器推出，采用,0.25,m,工艺，后采用,0.18,m,工艺,2000,1.5GHz,的,Pentium,处理器推出，采用,0.18,m,工艺,2001,Intel,宣布采用,0.13,m,工艺,2024/11/16,29,2024/11/16,30,半导体动态随机存储器容量和硅单晶的进展,2024/11/16,31,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,2024/11/16,32,0.3.4,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,2024/11/16,33,光纤和光缆的传输速率及损耗特性比较,2024/11/16,34,光纤通信系统进展阶段及其主要进展,2024/11/16,35,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0.85m,损耗稍大,其次窗口光工作波长1.31m,损耗中等,第三窗口光工作波长1.55m,损耗最小,2024/11/16,36,0.3.5,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,2024/11/16,37,存储方式,内存储,外存储,C