教指委规划教材|《电子材料制备科学与技术》
- 2026-10-30 18:40:42
前言
材料科学是研究材料的成分/结构、合成/制备、性能、服役与应用及彼此关系与变化规律的学科，具有科学与工程结合、多学科交叉的特点。材料制备是材料科学研究的重要环节之一，是材料微观效应设计、宏观性能预测与服役效能实现的关键，需以物理、化学、力学等基础理论为支撑，将抽象的数理化理论转化为材料微观效应、功能与性能、服役行为及彼此关系的设计原理，还需将原理转化为工艺和技术以实现材料的设计和应用。因此，材料制备是基础理论与工程实践的结合，是科学与技术的融合。
以电子、光子及其相互作用为基础而实现信息产生、获取、传输、存储及处理的电子材料，是各类电子元器件、系统与信息装备的基础，电子信息产业的基石，新材料发展的重要分支。相较于传统金属、陶瓷、高分子材料，电子材料尤为注重以电子效应为根基的微观效应，又特别关注以器件、系统信息功能为目标的宏观响应，需涵盖量子、晶体到器件尺度的宏微观及跨尺度理论体系，同时其制备手段也表现出更高端、精细、集成等特点。
目前关于材料制备的教材还较为匮乏，少有的教材大多注重材料的合成与加工技术，涉及原理时常采用经验性公式（如阿伦尼乌斯方程）和定性描述，对基础物理模型、化学原理与反应机理（即基础理论）的深入还不够。此外，当前课程内容也大多针对金属、陶瓷、高分子等传统材料，较少涉及针对电子材料的先进工艺与技术，更是缺少对电子效应物理微观信息及其与宏观功能信息关联的跨尺度设计理论，也不涉及器件集成的前沿技术描述。
《电子材料制备科学与技术》
作者：杨丽、周芊骞、孙宇
定价: 179元
内容简介
本书根据作者多年来从事电子材料特色的材料科学及其与物理、力学交叉的教学与科研成果编著而成。全书基于量子力学、统计物理学、热力学知识，系统构建了电子材料制备的基础理论，并在此基础上详细阐述了材料共性与电子材料特色的先进制备技术。
全书共18章：
第1~5章
基础理论部分，分别阐述化学反应热-动力学、相变热-动力学、宏观热-动力学与微观量子态的关联、气相反应量子动力学、凝聚反应量子动力学。
第6~13章
共性制备技术，包括分子束外延、脉冲激光沉积、磁控溅射、化学气相沉积、原子层沉积、水热-溶剂热、溶胶-凝胶制备、固相反应等制备技术。
第14~18章
电子材料特色或前沿技术，包括量子点材料、二维材料、铁电压电材料、有机半导体材料的制备及电子材料器件集成技术。
本书的创新点与特色：
（1） 材料制备科学的构建。充分利用量子力学、统计物理、热力学知识构建了电子材料制备的宏观、微观与宏微观关联理论，包括化学反应和物理相变的宏观热动力学理论、热动力学模型的微观量子态关联以及气相和凝聚相变的量子动力学理论，推动了材料制备从工艺探索到理论设计的实质性转变。
（2） 制备科学与工程实践的结合。课程内容涵盖了材料制备中化学反应、相变、气相反应、凝聚反应等基础理论，设置了材料制备的物理、化学、固相、液相、气相以及薄膜、量子点、二维材料等制备工艺，内容上衔接基础理论和工程技术的同时，尤为注重基础理论在各种制备工艺中（如材料形核、生长、相变、反应）的应用与诠释，实现制备科学与工程实践的结合，使学生能够从科学上理解材料制备的原理，同时从工艺上实现材料性能的设计。
（3） 材料共性与电子材料特色的结合。电子材料是功能材料的一大类，大多通过物理或化学反应并以薄膜、涂层、纳米结构等精细结构集成于器件。因此，电子材料的制备，也多以薄膜涂层的物理或化学制备工艺为主，同时也因器件微型化而发展出量子点、二维材料等新结构形式。为此，课程内容在基础理论上注重反应、相变热动力学经典动力学理论的同时，融入量子动力学以及热动力学与量子态的关联等前沿科学，实现理论上共性与电子材料微观效应的结合。制备技术上也在薄膜涂层共性工艺基础上，进一步融入量子点、二维材料、铁电、半导体以及器件集成等电子材料特色工艺，实现技术上共性与电子材料特色的结合。
本书可作为电子信息材料、材料科学与工程、微电子科学与工程、电子科学与技术、物理学、化学、力学等相关专业的本科生、研究生的教材或参考用书，也可为电子材料领域的科研人员与工程技术人员提供参考。
作者简介
杨丽
教授，博士生导师，西安电子科技大学先进材料与纳米科技学院执行院长。国家级领军人才、国家级青年人才、中国青年科技奖特别奖获得者，作为负责人获批“材料科学与工程”国家一流本科专业、“材料科学与工程”博士后科研流动站、陕西省重点实验室、湖南省创新群体、陕西省科技创新团队等平台。还作为核心成员/作者获批国家精品课程、国家精品教材、国家级教学团队、国家级实验教学示范中心、国防特色学科等。
主要涂层薄膜材料与器件及其服役行为的研究，主持国家自然科学基金重大项目课题、重点、民用航天、基础科研等项目，成果出版《热障涂层破坏理论与评价技术》等专著3部，出版电子材料系列教材《电子材料固体力学》等教材3部，在包括固体力学和材料领域顶尖期刊J Mech Phys Solids，Int. J. Plasticity，Int J Solids Struct，Sci Adv.，Adv. Mater.，Adv. Funct. Mater等在内的期刊上发表SCI论文160余篇；以第一完成人制定国家标准1套（含11个标准）；授权国际国内发明专利60余项；以第一完成人获湖南省自然科学一等奖，以主要完成人获陕西省自然科学奖一等奖、湖南省教学成果奖一等奖等奖励5项。
周芊骞
西安电子科技大学先进材料与纳米科技学院准聘副教授、硕士生导师。主要从事涂层、薄膜与功能器件的跨尺度理论建模、人工智能在物理、力学与材料科学中的应用（AI for Science）及先进数值计算方法研究。以第一作者或通讯作者在 Int. J. Solids Struct.、Eng. Fract. Mech.、Corros. Sci. 等力学与材料领域国际学术期刊发表SCI论文10篇。主持国家自然科学基金青年科学基金项目（C类）、中国博士后科学基金面上资助项目。获中国力学学会2024年度优秀博士学位论文、2024年北京大学优秀博士学位论文等荣誉。
孙宇
西安电子科技大学先进材料与纳米科技学院副教授、博士生导师。长期从事航空发动机热防护涂层及高温防护材料研究，主要围绕新型热障涂层材料设计、微结构调控、先进制备技术及极端环境服役行为开展系统研究。主持国家自然科学基金青年项目、博士后科学基金面上项目、陕西省自然科学基金等项目，近年来以第一/通讯作者身份在Adv Mater、Chem Eng J、Ceram Int、ACS Appl Mater Interf等期刊发表SCI论文20余篇，被引1900余次，h因子22，授权发明专利5项。
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本书目录
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第1章化学反应热动力学
1.1引言
1.1.1热力学： 反应的可能性与方向
1.1.2动力学： 反应的速率与路径
1.1.3在材料科学中的融合与应用
1.2热力学与动力学
1.2.1经典热力学回顾
1.2.2反应热力学
1.2.3反应动力学
1.2.4静态多物理场热力学
1.2.5多物理场反应动力学
1.2.6系统的演化方向
1.3化学反应热-动力学理论基础
1.3.1引言
1.3.2热动力学方程
1.3.3热动力学速率定律
1.3.4热谱曲线方程
1.4简单级数化学反应热-动力学
1.4.1无量纲参数法
1.4.2对比进度法
1.4.3模拟热谱曲线法
1.4.4自函数回归法
1.5复合化学反应热-动力学
1.5.1可逆反应热-动力学
1.5.2不可逆反应热-动力学
1.5.3平行反应热-动力学
1.6总结与展望
习题
参考文献
第2章相变热-动力学
2.1前言
2.2相变中的热力学与动力学
2.2.1相变热力学
2.2.2相变统计力学
2.2.3形核-生长类相变
2.2.4KJMA模型
2.3相变热-动力学的多样性
2.3.1相稳定性中的热-动力学模型
2.3.2形核过程中的热-动力学模型
2.3.3晶核生长的热-动力学模型
2.4相变热-动力学的相关性
2.4.1形核生长过程中的热-动力学相关性
2.4.2固态相变中的热-动力学相关性
2.5多物理场相变热-动力学
2.5.1朗道相变理论
2.5.2铁电材料中的多物理场相变理论
2.5.3铁电材料相变中的热-动力学
2.6总结与展望
习题
参考文献
第3章宏观热-动力学与微观量子态的关联
3.1量子态与统计物理
3.1.1薛定谔方程和玻尔兹曼分布
3.1.2势能面
3.2从微观到宏观的化学反应常数
3.2.1反应截面与反应速率
3.2.2反应通量与反应速率
3.2.3过渡态理论
3.3量子理论解释统计规律
3.3.1阿伦尼乌斯方程参数的微观解释
3.3.2量子相变
3.4总结与展望
习题
参考文献
第4章气相反应量子动力学
4.1气相反应量子动力学概论
4.2双分子气相反应动力学
4.2.1双分子反应的独特特性
4.2.2量子效应下的过渡态理论
4.2.3非绝热效应
4.3单分子气相反应动力学
4.3.1两类单分子反应
4.3.2碰撞活化与反应机理
4.3.3气相动力学的量子化学模拟
4.4总结与展望
习题
参考文献
第5章凝聚反应量子动力学
5.1凝聚反应量子动力学概论
5.2静态溶剂效应
5.2.1昂萨格模型
5.2.2溶剂对势能面的影响
5.3动态溶剂效应
5.3.1布朗运动的量子解释
5.3.2克拉默斯速率常数理论
5.4总结与展望
习题
参考文献
第6章分子束外延技术
6.1分子束外延技术简介
6.1.1分子束外延技术发展历程
6.1.2外延生长基本概念
6.1.3超高真空的必要性
6.2分子束外延生长中的热-动力学基本原理
6.2.1气相热-动力学过程（分子动理论）
6.2.2气固界面反应原理
6.2.3外延生长模式
6.3分子束外延生长技术
6.3.1分子束外延系统
6.3.2分子束的产生
6.3.3分子束的检测
6.3.4生长过程监控
6.4分子束外延的应用
6.4.1高电子迁移率晶体管
6.4.2隧穿场效应晶体管
6.4.3宽禁带半导体
6.5总结与展望
习题
参考文献
第7章脉冲激光沉积技术
7.1脉冲激光沉积技术简介
7.1.1脉冲激光沉积的发展历程
7.1.2脉冲激光沉积的基本概念
7.1.3脉冲激光沉积的物理过程
7.2脉冲激光沉积的热-动力学基本原理
7.2.1脉冲激光烧蚀阶段的热-动力学
7.2.2等离子体膨胀行为的动力学
7.2.3薄膜沉积中的动力学
7.2.4薄膜沉积的动力学模拟
7.2.5羽流-气氛分子碰撞动力学
7.3脉冲激光沉积技术
7.3.1脉冲激光沉积系统
7.3.2高压RHEED监控
7.3.3薄膜生长特征
7.4脉冲激光沉积工艺与薄膜形貌调控
7.4.1衬底温度的影响
7.4.2粒子入射动能的影响
7.4.3脉冲强度的影响
7.4.4脉冲频率的影响
7.5脉冲激光沉积的应用
7.5.1二维材料中的应用
7.5.2复杂氧化物中的应用
7.5.3异质结中的应用
7.6总结与展望
习题
参考文献
第8章磁控溅射技术
8.1磁控溅射技术简介
8.1.1磁控溅射技术发展历程
8.1.2磁控溅射的技术基础
8.1.3磁控溅射薄膜的特点
8.2磁控溅射技术的热-动力学
8.2.1溅射基本原理
8.2.2溅射原子
8.2.3溅射机理
8.2.4辉光放电
8.2.5单个粒子的动力学过程
8.2.6材料表面实时电子动力学的时变密度泛函理论
8.3磁控溅射技术
8.3.1射频溅射与反应磁控溅射
8.3.2非平衡磁控溅射
8.3.3高功率脉冲磁控溅射
8.4磁控溅射工艺
8.4.1低压强磁控溅射方法
8.4.2磁控溅射靶的设计
8.4.3磁控溅射磁场设计
8.5磁控溅射技术前沿应用
8.5.1氧化锌薄膜制备
8.5.2铁氧体薄膜生长
8.5.3氮化铝薄膜制备
8.6总结与展望
习题
参考文献
第9章化学气相沉积技术
9.1化学气相沉积技术的产生和发展
9.1.1化学气相沉积的基本概念
9.1.2化学气相沉积的基本历史
9.1.3化学气相沉积的应用领域
9.2化学气相沉积的基本原理
9.2.1化学气相沉积反应热力学原理
9.2.2化学气相沉积反应动力学原理
9.2.3化学气相沉积反应的宏观分析
9.2.4化学气相沉积的多尺度模拟
9.2.5小结
9.3化学气相沉积技术分类
9.3.1常压化学气相沉积
9.3.2低压化学气相沉积
9.3.3等离子增强化学气相沉积
9.3.4光化学气相沉积
9.3.5金属有机化学气相沉积
9.3.6热丝化学气相沉积
9.4化学气相沉积制备与工艺
9.4.1CVD设备的基本组成
9.4.2反应器类型
9.4.3气体输送与控制系统
9.4.4温度与压力控制系统
9.5化学气相沉积技术前沿应用
9.5.1低维材料领域
9.5.2宽禁带半导体材料领域
9.5.3金属膜材料领域
9.6发展趋势与挑战
9.6.1化学气相沉积技术的发展趋势
9.6.2化学气相沉积技术面临的挑战
9.7总结与展望
习题
参考文献
第10章原子层沉积技术
10.1原子层沉积技术的产生和发展
10.1.1原子层沉积的基本概念
10.1.2原子层沉积的发展历程
10.1.3原子层沉积技术的优势
10.1.4原子层沉积的应用领域
10.2原子层沉积技术的基本理论
10.2.1原子层沉积的热力学原理
10.2.2原子层沉积动力学原理
10.2.3原子层沉积的计算与模拟方法
10.3原子层沉积设备与工艺
10.3.1原子层沉积设备的基本组成
10.3.2原子层沉积类型及特点
10.3.3前驱体与反应气体选择
10.3.4沉积工艺参数与速率控制
10.4原子层沉积技术的应用
10.4.1集成电路中的绝缘层与导电层
10.4.2存储器与柔性电子器件中的应用
10.4.3传感器与探测器中的应用
10.5总结与展望
习题
参考文献
第11章水热-溶剂热技术
11.1水热-溶剂热技术的产生与发展
11.1.1水热-溶剂热技术概述
11.1.2水热-溶剂热技术的发展历史
11.2水热-溶剂热技术基本原理
11.2.1水热-溶剂热制备的基本过程
11.2.2溶液体系平衡态的热力学模型
11.2.3水热-溶剂热技术的影响因素
11.2.4水热-溶剂热技术经典形核生长理论
11.3低受限度条件下晶体生长形态理论
11.3.1晶体生长基元过程
11.3.2生长基元的能量
11.3.3晶体能量与生长基元稳定能的关系
11.3.4晶体生长热-动力学与晶体生长形态
11.4新型水热-溶剂热技术
11.4.1微波辅助水热-溶剂热技术
11.4.2超声辅助水热-溶剂热技术
11.4.3超临界水热-溶剂热技术
11.5水热-溶剂热技术在电子器件中的应用实例
11.6发展趋势与挑战
11.6.1发展趋势
11.6.2主要挑战
11.7总结与展望
习题
参考文献
第12章溶胶-凝胶制备技术
12.1溶胶-凝胶制备技术的产生和发展
12.1.1溶胶-凝胶制备技术的基本概念
12.1.2溶胶-凝胶制备技术的发展历程与应用领域
12.1.3电子材料溶胶-凝胶制备技术的重要性
12.2溶胶-凝胶制备技术的水解-缩聚动力学
12.2.1硅醇盐的水解-缩聚动力学
12.2.2锆醇盐的水解缩聚动力学
12.3溶胶-凝胶制备技术中纳米颗粒的形成机制
12.3.1固体颗粒的成核
12.3.2固体颗粒的晶体生长机制
12.4溶胶的稳定性
12.4.1溶胶
12.4.2胶体稳定性的双电层理论的发展历程
12.4.3粒子间的范德瓦耳斯力势能
12.4.4粒子间的静电斥力势能
12.4.5斥力势能与引力势能的叠加
12.4.6舒尔策-哈代规则的DLVO理论解释
12.5凝胶化
12.5.1凝胶化的渗流模型
12.5.2凝胶化与DLVO理论
12.5.3凝胶化的实验研究
12.5.4真实溶胶的凝胶化
12.6溶胶-凝胶制备工艺的一般过程
12.6.1前驱体
12.6.2溶胶制备过程
12.6.3凝胶化动力学过程
12.6.4干燥与热处理
12.7电子材料应用实例
12.7.1航空发动机用陶瓷基复合粉体的溶胶-凝胶批量制备技术
12.7.2电子元器件用铁电薄膜材料的溶胶-凝胶制备技术
12.8总结与展望
12.8.1当前发展趋势
12.8.2未来发展挑战
习题
参考文献
第13章固相反应
13.1固相反应的产生和发展
13.1.1固相反应的基本概念
13.1.2固相反应的发展历程
13.1.3固相反应的优势
13.2固相反应的宏观原理
13.2.1固相反应的热力学原理
13.2.2固相反应的动力学原理
13.2.3粉末体系的宏观动力学模型
13.2.4影响固相反应速率和最终转换率的因素
13.3固相反应的微观原理
13.3.1晶体缺陷与原子迁移机制
13.3.2界面微观过程与电荷耦合效应
13.3.3晶界对固相反应的影响机理
13.3.4固相反应原理总结
13.4由毛细力和机械力引起的形态演变
13.4.1各向同性表面
13.4.2毛细力引起的粗化
13.4.3烧结形态演化
13.5固相反应技术在电子材料中的应用实例
13.5.1半导体材料制备
13.5.2陶瓷基电子材料制备
13.5.3磁性材料制备
13.6总结与展望
习题
参考文献
第14章量子点及制备技术
14.1低维纳米材料
14.2量子点的基本效应及其理论基础
14.2.1量子点的定义
14.2.2量子限域效应
14.2.3量子表面效应
14.2.4量子点禁带宽度调控的理论基础
14.3量子点的性质
14.3.1吸收特性、比尔-朗伯定理和消光系数
14.3.2荧光特性
14.3.3荧光寿命
14.3.4量子产率
14.3.5斯托克斯位移
14.4掺杂量子点
14.4.1掺杂对量子点光学性能的调控
14.4.2掺杂对量子点电学性能的调控
14.4.3掺杂对量子点磁学性质的影响
14.4.4掺杂对量子点热稳定性与化学稳定性的影响
14.4.5掺杂对量子点催化性能的影响
14.4.6掺杂对量子点生物相容性和毒性的影响与调控
14.5核壳量子点
14.5.1异质结与核壳量子点的分类
14.5.2核壳量子点的电子结构
14.5.3核壳量子点电子空穴分布特征
14.6量子点制备技术
14.6.1热注入法发展历程
14.6.2成核/生长机制的LaMer模型
14.6.3奥斯瓦尔德熟化
14.6.4核壳量子点的合成(连续的离子层吸附与反应法)
14.6.5新型制备方法
14.7量子点的应用
14.7.1量子点敏化太阳能电池
14.7.2量子点发光二极管
14.7.3量子点场效应晶体管
14.7.4量子点激光器
14.7.5量子点在荧光标记中的应用
14.8总结与展望
习题
参考文献
第15章二维材料制备技术
15.1二维材料的概述和性质
15.1.1二维材料的产生与发展
15.1.2二维材料的分类及结构特点
15.1.3二维材料的性质
15.2二维材料的制备技术
15.2.1二维材料CVD生长的理论基础
15.2.2二维材料的可控制备方法
15.2.3二维异质结的制备技术
15.2.4大面积单晶二维材料的制备技术
15.3二维材料的器件应用
15.3.1二维材料在电学器件中的应用
15.3.2二维材料在光电器件中的应用
15.4结论与展望
习题
参考文献
第16章铁电压电材料制备技术
16.1铁电压电材料设计方法
16.1.1铁电压电材料的类型与性质
16.1.2铁电压电材料的设计
16.1.3铁电压电材料的高通量筛选
16.2铁电压电块体材料制备技术
16.2.1多晶材料制备技术
16.2.2单晶材料制备技术
16.2.3织构材料制备技术
16.3铁电压电厚膜与薄膜材料制备技术
16.3.1铁电压电厚膜制备技术
16.3.2铁电压电薄膜制备技术
16.3.3自支撑铁电压电薄膜制备技术
16.3.4有机铁电压电薄膜制备技术
16.4低维铁电压电材料制备技术
16.4.1二维本征范德瓦耳斯铁电材料制备技术
16.4.2二维层间滑移铁电材料制备技术
16.4.3一维铁电纳米材料制备技术
16.5铁电压电材料的应用
16.5.1铁电存储器
16.5.2超声换能器
16.5.3光电器件
16.6铁电压电材料的发展趋势与未来挑战
16.7总结与展望
习题
参考文献
第17章有机半导体材料
17.1有机半导体的产生与发展
17.1.1有机半导体的基本概念
17.1.2有机半导体的发展历史
17.2有机半导体的结构与分类
17.2.1有机小分子半导体
17.2.2有机聚合物半导体
17.2.3其他类型有机半导体
17.2.4有机半导体应用现状
17.3有机小分子半导体的制备原理与技术
17.3.1气相法制备原理
17.3.2气相法制备技术
17.3.3溶液相制备原理
17.3.4溶液相制备技术
17.3.5图案化制备技术
17.4有机聚合物半导体的制备原理与技术
17.4.1聚合物半导体的设计原则
17.4.2聚合物半导体的合成方法
17.4.3聚合物半导体的溶液处理
17.4.4聚合物半导体的溶液加工
17.5有机半导体的基本器件
17.5.1有机场效应晶体管
17.5.2有机电化学晶体管
17.5.3有机电致发光二极管
17.5.4有机太阳能电池
17.6总结与展望
习题
参考文献
第18章电子材料器件集成技术
18.1电子材料、器件与集成
18.2基本元器件结构
18.2.1pn结
18.2.2双极结型晶体管
18.2.3绝缘栅型场效应晶体管
18.2.4异质结晶体管
18.3器件制造单步工艺
18.3.1光刻工艺
18.3.2刻蚀工艺
18.3.3扩散工艺
18.3.4离子注入工艺
18.3.5氧化工艺
18.3.6互连工艺
18.4现代集成技术
18.4.1沟道应变工程
18.4.2高介电常数金属栅
18.4.3FinFET、GAA和CFET
18.4.4低维材料先进集成技术
18.4.5类脑神经形态器件
18.4.6化合物半导体
18.4.7微系统
18.5总结与展望
习题
参考文献
习题答案
丛书编委会
专家委员会主任：
郝跃 中国科学院院士 西安电子科技大学
主编：
周益春 教授 西安电子科技大学
专家委员会和编委成员(按姓名拼音排序)：
陈延峰 中国科学院院士 南京大学
褚君浩 中国科学院院士 中国科学院上海技术物理研究所
崔铁军 中国科学院院士 东南大学
邓龙江 中国工程院院士 电子科技大学
傅正义 中国工程院院士 武汉理工大学
蒋成保 中国科学院院士 北京航空航天大学
林元华 中国科学院院士 清华大学
刘永坚 中国工程院院士 中国人民解放军93184部队
毛军发 中国科学院院士 深圳大学
南策文 中国科学院院士 清华大学
邱志明 中国工程院院士 中国人民解放军91054部队
孙宝德 中国工程院院士 上海交通大学
严纯华 中国科学院院士 兰州大学
杨德仁 中国科学院院士 浙江大学
张联盟 中国工程院院士 武汉理工大学
周 济 中国工程院院士 清华大学
邹志刚 中国科学院院士 南京大学
耿 林 教授 哈尔滨工业大学
李金山 教授 西北工业大学
廖庆亮 教授 北京科技大学
林 媛 教授 电子科技大学
刘马良 教授 西安电子科技大学
刘 仕 教授 西湖大学
麦立强 教授 武汉理工大学
单智伟 教授 西安交通大学
杨 丽 教授 西安电子科技大学
赵 翔 教授 西安交通大学
朱铁军 教授 浙江大学
丛书序
电子信息产业是彰显国家现代化、科技进步、经济水平、综合实力与核心竞争力的重要标志。它以前所未有的速度从国家新兴产业、支柱产业发展成为大国崛起乃至世界竞争的制高与抢占产业。以电子、光子及相互作用而实现信息产生、传输、存储、显示、探测及处理的电子材料,是各类电子元器件、电子系统与装备(即电子信息产业)的基础与先导,被列为国家信息化战略发展以及工程科技材料领域的核心基础。培养电子材料特色的高水平材料类应用型及研究型人才,是确保我国电子材料基础与先导能力、支撑电子信息产业崛起甚至世界领先的必然要求,也被国务院学位委员会办公室列为新材料类人才培养的急缺方向。
材料学科是于1957年提出,并逐渐形成以研究材料成分、结构、制备、性能与应用的新兴学科。它有三个重要特性:一是“科学”和“工程”结合,既需要基础研究,又需要应用研究;二是多学科交叉,需要和物理、化学、冶金学、计算科学(包括数学)等学科相互融合与交叉;三是发展中的学科,材料的种类繁多、日新月异,其基础理论、关键技术甚至学科基础都不尽相同。我国材料科学起源于金属、陶瓷、高分子等结构材料,科学研究与产业技术相对成熟,材料类人才培养也形成了金属、陶瓷、高分子等三大特色体系,相应的教材也是围绕这三大体系所需的晶体结构、相图、加工、表征、服役等知识体系而建设。
利用电子运动效应及其受力、热、光、电、磁等载荷而发生性质改变的电子材料,表现出与金属、无机非、高分子显著不同的几大特性。一是显著依赖物理学科的基础理论与研究方法。电子材料不仅仅需要了解电子运动的电动力学、统计物理、量子力学等基础物理理论,电子装备、系统与元器件的微小化还高度依赖于电子相对论效应、原子层级的电子相互作用等,同时还需要发展电子、原子层级的实验表征方法。二是尤其需要微观结构与宏观性能关联的理论与方法。电子运动尤其是原子层级电子材料中电子的运动,微观上需要掌握只有几个原子层厚度的二维材料的刻画理论与表征方法,宏观上又往往体现在信息的存储、传输、转换等性能,现代电子材料的性能极其依赖微观设计与调控机理,迫切需要微观结构与宏观性能关联的理论与方法。三是电子材料要应用于电子元器件与系统,需要掌握数字电路、模拟电路、集成电路以及电子元器件等相关的原理、理论与方法。因此,现有从金属、无机非、高分子等研究需求出发的材料类教材体系,不能完全适应和满足电子材料的人才培养需求。
基于电子材料类人才培养的重要性、迫切性以及现有教材体系的不适应性,我们从电子材料类人才培养的化学、物理、材料科学、表征、计算以及器件知识需求出发,邀请了国内长期从事材料学科人才培养以及电子材料研究的教育工作者,编著了这套面向本科生的电子材料系列教材,包括《电子材料科学基础》 《电子材料理论物理导论》 《电子材料化学》 《电子材料固体力学》 《电子材料计算》 《电子材料信息科学与技术导论》 《电子材料表征技术》等,涵盖了电子材料的基础理论、设计制备、表征方法、服役行为及其器件与系统基础等各个方面,为电子材料类人才培养提供系统、完整的教材体系。同时,这套教材也凝练了电子材料的前沿创新成果,也可成为研究生、科研工作者以及产业界工程技术人才的参考用书,为推动电子材料领域人才培养、科学研究以及产业发展奠定坚实基础。
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《电子材料制备科学与技术》
编辑：李孺彬
审核：刘利
