稀土与电子信息材料.doc

电子信息材料 论文班级：姓名：学号：稀土与电子信息材料【摘要】 暑假参加国庆群众游行方阵时，我们用的道具是太阳能电池板(虽然不是真的电池板)，太阳能电池板中最主要的部分是半导体。当我在查阅半导体有关资料时，经常会看到“稀土”俩字，于是我对稀土产生了浓厚的兴趣。稀土在电光源材料、永磁材料、储氢材料、激光材料、超导材料、磁致伸缩材料、磁光存储材料、光导纤维材料等电子信息材料方面有着重要的应用。【关键词】稀土元素，磁性材料，巨磁阻效应，介电性能，发光材料。稀土就是化学元素周期表中镧系元素镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)，以及与镧系的15个元素密切相关的两个元素钪(Sc)和钇(Y)共17种元素，称为稀土元素(Rare Earth)。简称稀土(RE或R)。稀土是21世纪的战略资源，已广泛应用于国民经济各个领域，是可持续发展不可或缺的重要资源。稀土一个非常重要的用途就是应用在磁性材料方面。磁性材料的应用很广泛，可用于电声、电信、电表、电机中，还可作记忆元件、微波元件等。可用于记录语言、音乐、图像信息的磁带、计算机的磁性存储设备、乘客乘车的凭证和票价结算的磁性卡等。我们都知道著名的巨磁阻效应。所谓巨磁阻效应，是指磁性材料的电阻率在有外磁场作用时较之无外磁场作用时存在巨大变化的现象。巨磁阻是一种量子力学效应，它产生于层状的磁性薄膜结构。这种结构是由铁磁材料和非铁磁材料薄层交替叠合而成。当铁磁层的磁矩相互平行时，载流子与自旋有关的散射最小，材料有最小的电阻。当铁磁层的磁矩为反平行时，与自旋有关的散射最强，材料的电阻最大。巨磁阻效应自从被发现以来就被用于开发研制用于硬磁盘的体积小而灵敏的数据读出头（Read Head）。这使得存储单字节数据所需的磁性材料尺寸大为减少，从而使得磁盘的存储能力得到大幅度的提高。第一个商业化生产的数据读取探头是由IBM公司于1997年投放市场的，到目前为止，巨磁阻技术已经成为全世界几乎所有电脑、数码相机、MP3播放器的标准技术。稀土锰氧化物RMnO3（RE为稀土元素）具有天然钙钛矿晶体结构，一般情况下为非导体，具有反铁磁性。这种反铁磁性源于Mn离子的磁矩之间通过氧离子的激发电子态发生的超交换作用。后来人们发现，当稀土元素RE被一价碱土金属元素部分替代后，形成的掺杂稀土锰氧化物RE1-xAxMnO3（A=Ca，Sr，Ba，Pb等）有着独特的物理性质，这种性质被广泛应用到巨磁阻材料上。稀土元素还能有效地影响物质系统的介电性能。稀土元素所具有的独特电子结构，即4f04P4独特亚层结构。由于这种结构使其4f电子具有定域化和不完全填充，因此它对电子的捕获和释放都很容易。稀土元素的上述性质决定了它容易与其他元素关联以补偿陶瓷中各种可能的空位，从而减少了陶瓷在烧结过程中由于粘合剂的挥发留下的空洞以及材料中本身可能存在的缺陷与空位，改善了陶瓷的介电性能。例如向Ag(Nb1-xTax)O3中添加Gd203，能使得系统的介电损耗明显下降。稀土另一个重要应用就是制作发光材料。稀土发光是由稀土4f电子在不同能级间跃出而产生的，因激发方式不同，发光可区分为光致发光、阴极射线发光、电致发光、放射性发光、X射线发光、摩擦发光、化学发光和生物发光等。稀土发光具有吸收能力强，转换效率高，可发射从紫外线到红外光的光谱，特别在可见光区有很强的发射能力等优点。例如稀土掺杂SrAl204：Eu，Dy稀土发光材料以铝酸盐为基质，二价铕离子为激活剂，三价镝离子为共激活剂，发光亮度大、效率高、余辉时间长、不含放射性元素，是一种新型无机发光材料和节能“绿色”光源稀土元素在光电子领域, 如固体激光器、光纤和光显示等方面有非常重要的应用, 是一种重要的光电子材料。过去用于掺杂稀土元素的基体材料主要是非半导体材料, 如氧化物和玻璃等。近年来, 掺稀土半导体的发光研究引起人们广泛关注和重视。基体材料包括元素半导体和化合物半导体。掺杂元素包括镧系大部分稀土元素。目前国外掺稀土半导体发光研究较多的主要有掺铒硅基材料的发光和掺稀土GaN的发光。随着纳米材料的光学性质被越来越多的研究，以及其在光电集成方面的重要应用，纳米发光材料引起了广泛的重视同时，随着人们对过渡金属和稀土离子掺杂的纳米晶体的深入研究，稀土离子掺杂的纳米材料被证明是一种有效增强材料可见发光的方法。由此产生的一种新想法是，在硅基材料中同时嵌入掺杂稀土离子的金属氧化物纳米颗粒，同时运用稀土离子特殊的4f-4f跃迁和纳米晶体的限域效应进行调制，形成具有优良性质的发光材料。由此可见，很多发光材料离不开稀土元素的应用。2005年中国稀土产量占全世界的96%，出口量世界第一，中国产量的60%用于出口，出口量占国际贸易的63%以上，而且中国是世界上唯一大量供应不同等级、不同品种稀土产品的国家。稀土就是21世纪的石油！【参考文献】稀土巨磁阻材料及应用. 刘蓉生. 四川大学材料科学与工程学院掺杂稀土元素对Ag(Nb1-xTax)O3介电性能的影响. 李玲霞，赵晶，郭锐，王洪茹. 天津大学电子信息工程学院纳米氧化铟和稀土共掺杂二氧化硅薄膜的结构和光学性质研究林涛，万能，徐骏，徐岭，李伟. 南京大学物理系,中国科学院上海技术物理研究所