功能材料与器件基础

本书是根据教育部新的学科专业目录对材料科学与工程、功能材料、新能源材料与器件专业的课程设计和教学内容的要求，以及加强教材建设、编写面向21世纪优秀教材的精神，结合新工科复合型高技术人才知识学习和能力培养的教学诉求编写的。 全书共7章，第1章介绍功能材料的特点、分类及器件发展历程。第2~7章介绍以二次功能材料为基础的典型器件，包括功率半导体分立器件、光电转换材料与器件、功能电介质材料与器件、热电转换材料与器件、敏感材料与传感器、化学电源材料与器件。 本书既适合作为普通高等院校本科材料类、电子信息类、机械类等与功能材料器件密切相关专业的教材，也可作为独立学院、高职（专科）院校和成人高等学校等院校的同类专业的教材，还可供企业及培训机构的相关技术人员参考。 本书配有电子教案、多媒体课件等数字资源，凡选用本书作为教材的教师均可登录机械工业出版社教育服务网（http://www.cmpedu.com）注册后下载。

高等院校教师

前言 第1章绪论 1.1功能材料的特点与分类 1.2功能材料与器件的发展 1.3本书的内容与特色 思考题 第2章功率半导体分立器件 2.1PN结 2.1.1PN结的基本结构与制备方法 2.1.2热平衡PN结 2.1.3非平衡状态下的PN结 2.1.4PN结击穿 2.2PIN二极管 2.2.1PIN二极管的结构 2.2.2PIN二极管的I-U特性 2.2.3PIN二极管的设计 2.2.4PIN二极管的载流子分布及结电压 2.2.5功率二极管的开通特性 2.2.6功率二极管的反向恢复 2.3晶体管 2.3.1双极型晶体管 2.3.2MOSFET 2.3.3IGBT 2.4晶闸管 2.4.1晶闸管的结构与功能 2.4.2晶闸管的I-U特性 2.4.3晶闸管的阻断特性 2.4.4晶闸管的触发方式 2.4.5晶闸管的关断与恢复 2.4.6双向晶闸管 2.5工程案例 思考题 参考文献 第3章光电转换材料与器件 3.1光电信息转换原理 3.1.1外光电效应 3.1.2内光电效应 3.2外光电效应器件：光电倍增管 3.2.1打拿极型PMT 3.2.2微通道板型PMT 3.2.3硅基型PMT 3.3光电导效应器件：光敏电阻 3.3.1光电二极管 3.3.2光敏电阻 3.4光伏效应器件：太阳能电池 3.4.1太阳能电池的原理与结构 3.4.2太阳能电池的发展历程 3.4.3多晶硅太阳能电池 3.4.4非晶硅薄膜太阳能电池 3.4.5CIGS薄膜太阳能电池 3.4.6钙钛矿太阳能电池 3.5半导体电光效应器件：发光二极管（LED） 3.5.1LED结构及发光原理 3.5.2单色LED 3.5.3白光LED 3.5.4多色白光LED 3.5.5基于磷光的LED（pcLEDs） 3.5.6钙钛矿发光二极管（PeLEDs） 3.6工程案例 思考题 参考文献 第4章功能电介质材料与器件 4.1压电材料与器件 4.1.1压电微机械超声换能器（PMUT） 4.1.2PMUT器件中的压电材料 4.1.3PMUT压电器件的应用 4.1.4压电电机 4.2热释电材料与器件 4.2.1热释电红外探测器 4.2.2红外热像仪 4.2.3电卡制冷 4.3铁电材料与器件 4.3.1铁电存储器中的铁电材料 4.3.2铁电存储器 4.4工程案例 思考题 参考文献 第5章热电转换材料与器件 5.1热电转换效应 5.1.1塞贝克（Seebeck）效应 5.1.2珀尔帖（Peltier）效应 5.1.3汤姆逊（Thomson）效应 5.1.4热电效应之间的关系 5.1.5热电转换效率 5.2热电转换材料 5.2.1Bi2Te3基热电材料 5.2.2PbX（X=S、Se、Te）化合物 5.2.3SiGe合金 5.2.4方钴矿型热电材料 5.2.5半赫斯勒型热电材料 5.2.6导电聚合物热电材料 5.2.7碳基热电材料 5.3热电转换器件 5.3.1热电器件工作原理与基本结构 5.3.2热电器件的分类 5.3.3热电器件的制备工艺 5.3.4热电器件的发展历程 5.4工程案例 思考题 参考文献 第6章敏感材料与传感器 6.1电阻式应变传感器 6.1.1应变传感器中的一维材料 6.1.2应变传感器中的二维材料 6.1.3应变传感器中的三维材料 6.2霍尔传感器 6.2.1线性（模拟）霍尔传感器 6.2.2数字（开关）霍尔传感器 6.2.3霍尔效应齿轮齿传感器 6.2.4角度霍尔传感器 6.2.5电流霍尔传感器 6.2.6差分霍尔传感器 6.3红外温度传感器 6.3.1红外温度传感机制 6.3.2常用红外温度传感器材料 6.4湿度传感器 6.4.1湿度传感器的分类 6.4.2湿度传感器的特性参数 6.5气敏传感器 6.5.1气敏传感器的分类 6.5.2气敏传感器的发展方向 6.6光纤传感器 6.6.1光纤布拉格光栅传感器 6.6.2分布式光纤传感器 思考题 参考文献 第7章化学电源材料与器件 7.1锂离子电池材料与器件 7.1.1锂离子电池正极材料 7.1.2锂离子电池负极材料 7.1.3锂离子电池电解质 7.1.4锂离子电池隔膜 7.1.5锂离子电池结构改进 7.2超级电容器材料与器件 7.2.1超级电容器的概念及基本原理 7.2.2超级电容器的分类 7.2.3超级电容器件的构成 7.3燃料电池材料与器件 7.3.1燃料电池的概念及基本原理 7.3.2燃料电池的分类 7.3.3燃料电池器件的构成 7.4工程案例 思考题 参考文献