軍用電子信息材料：實現信息發射、傳輸、探測與獲取、存儲、顯示及禁止等功能的材料。
基本介紹
- 中文名：軍用電子信息材料
- 釋義：實現信息發射、傳輸、探測與獲取、存儲、顯示及禁止等功能的材料
實現信息發射、傳輸、探測與獲取、存儲、顯示及禁止等功能的材料。
軍用電子信息材料是元器件功能的物質載體，其性能對電子元器件功能至關重要，直接影響電子信息裝備的性能。軍事電子信息技術各階段的發展都經歷了一代材料、一代器件、造就一代新型電子系統、發展成新一代武器及平台的歷程。是提高武器系統能力的重要物質基礎。
軍用電子信息材料按套用情況，可分為信息發射材料、信息傳輸材料、信息獲取（探測）材料、信息存儲材料、信息顯示材料及信息禁止材料。按材料本身特性，可分為半導體材料、雷射晶體材料、紅外探測材料、光纖材料、壓電晶體材料、聲光晶體材料、磁性材料、電子陶瓷材料、發光與顯示材料。半導體材料是導電能力介於金屬和絕緣體之間的固體材料；雷射晶體材料是在光激勵下可發射雷射的晶體材料；紅外探測材料是吸收紅外輻射後，能實現紅外光電轉換的材料；光纖材料是光能以波導方式在其中進行傳輸的纖維狀光學介質材料；壓電晶體材料是具有壓電效應的晶體材料；聲光晶體材料是具有聲波對光發生衍射效應的材料；磁性材料是具有鐵磁性或亞鐵磁性的材料；電子陶瓷材料是具有電磁、電聲、電光、電熱和電彈等效應的陶瓷材料；發光與顯示材料是能將電信號轉變為光信號的材料。
①材料純度高，特別是半導體材料、紅外探測材料，純度一般都在99.9999%以上，少量雜質即會對材料性能產生很大影響。②晶體材料的原子排列整齊，結構完整性好，位錯等缺陷少。③粉體材料的粒度大小、粒度分布、顆粒形貌對其性能有重大影響。④製造工藝複雜、難度大，包括晶體生長技術、晶體定向切割、研磨、拋光等精密加工技術、薄膜生長技術、粉體製備技術、流延成型技術、材料複合技術、鍵合技術、納米技術和材料特徵參數表征技術等，涉及高溫、高壓、高頻、超純、超微細、高精度等多種技術指標。
半導體材料主要用於製作具有信號放大、信息發射、接收和控制等功能的微電子器件與積體電路，在綜合電子戰、C4ISR（指揮、控制、通信、計算機、情報、監視和偵察）系統、衛星通信、相控陣雷達、衛星導航、精確制導等電子信息裝備中得到廣泛套用。還可用於製造各種光電器件，廣泛套用於測距、制導、定位、偵察、跟蹤、遙感、遙測、遙控和引信等電子裝備。
雷射晶體材料、紅外探測材料是軍用光電子技術的主體材料，主要用於製作大功率發射的固體雷射器和高靈敏探測的紅外探測器，這些器件大量套用於測距、定位、制導、雷射致盲與干擾等武器裝備。光纖材料主要用於光纖通信系統，亦能用於製作各種光纖感測器，在水下警戒、導航、雷達系統中廣泛套用。
壓電與聲光晶體材料主要用於製作各種濾波器、振盪器、卷積器、延遲線以及偏轉器、調製器和移頻器等元器件，在微波雷達、脈衝雷達定標及動目標的顯示系統、穩頻系統、電子對抗系統等均得到大量套用。
電子信息材料涉及的材料門類較多，各類材料的發展歷程相互交錯又互相促進，其發展與電子信息科學的發展同步。
20世紀初，人們發現半導體晶體檢波器具有優良特性。1935年奧利等人首先研製成功矽（Si）檢波器材料，隨後在1939年，美國杜邦公司研製出高純度的半導體矽（Si）材料。50年代初，半導體鍺（Ge）單晶和矽（Si）單晶的問世，大大促進了半導體器件與積體電路的發展，開始了軍用微電子技術發展的新進程。1952年韋克爾等人將Ⅲ-V族化合物作為新一類半導體材料進行研究並獲得成功。50年代中後期，銻化銦（InSb）和砷化鎵（GaAs）等化合物半導體單晶相繼問世，使眾多的新型微波器件、光電子器件脫穎而出。如1962年誕生的第一個半導體雷射器就是用GaAs製成的。其他Ⅲ-V族化合物，如磷化鎵（GaP）、磷化銦（InP）、銻化鎵（GaSb）及相關的固溶體化合物半導體材料，在60年代陸續研製成功並投入器件套用。80年代，隨著軍用微波大功率器件、高溫半導體器件發展的需要，寬禁帶半導體碳化矽（SiC）、氮化鎵（GaN）等材料被人們重視，發展迅速。
1960年世界上第一台紅寶石（Cr3+:Al2O3）固體雷射器誕生，拉開了雷射材料研究與發展的序幕。此後，又研製出一大批雷射新材料並先後獲得雷射運轉。如1964年首次研製出實現雷射運轉的摻釹釔鋁石榴石（Nd:YAG）晶體，可在室溫下工作，產生雷射的閾值低、增益高，並具有優良的物化性能，使固體雷射技術迅速得到廣泛套用。70年代末至80年代初，研製開發出一批在室溫工作環境中高功率輸出的可調諧雷射晶體材料，其中突出的是1978年出現的金綠寶石（Cr:BeAl2O4）晶體和1982年出現的鈦寶石（Ti:Al2O3）晶體，實現了室溫下高功率可調諧雷射運轉，使可調諧固體雷射技術進入實用化階段。80年代末至90年代初，大功率半導體雷射二極體（LD）技術和高平均功率固體雷射器技術的發展，帶動了LD泵浦雷射材料和高功率雷射材料的研發，獲得摻釹釩酸釔（Nd:YVO4）和摻鐿釔鋁石榴石（Yb:YAG）等一批適合LD泵浦的高效率、高功率雷射晶體，並成為其發展的重要方向。雷射晶體材料經過40多年研究與發展，獲得實用的晶體種類已達數十種。
1940年前後在德國用硫化鉛（PbS）材料研製出紅外探測器用於武器裝備，到1959年紅外技術已相當成熟。隨著20世紀50年代晶體生長技術的發展，相繼出現3～5微米波段的InSb和8～12微米波段的Ge摻汞（Hg）光導材料。勞森等人在1958年首次報導三元系碲鎘汞（HgCdTe）晶體材料，使中長波紅外探測器件得到迅速發展。80年代初，HgCdTe光導探測器廣泛套用於各種軍事裝備，在提高武器性能上發揮重大作用。外延生長技術的套用使紅外探測器材料的性能出現新的飛躍。如通過在碲化鎘（CdTe）或碲鋅鎘（CdZnTe）襯底上外延生長碲鎘汞（HgCdTe）薄膜材料，其使用面積和組分均勻性大幅度提高。另外，各種異質結、超晶格等特殊結構的材料，包括鋁鎵砷（AlGaAs）、銦砷銻（InAsSb）和鍺矽（GeSi）合金等一大類新型的紅外探測器材料於80年代末和90年代初相繼問世。在光探測器材料發展的同時，熱探測器用材料同樣取得很大進展。1978年後，相繼出現水溶晶體、鐵電陶瓷和聚合物等多種熱釋電材料，用這些材料製作的探測器比一般熱探測器性能好且速度快，廣受人們的重視。
1966年，華人科學家高錕曾預言光纖的傳輸損耗可降低到20分貝/千米以下（當時光纖的傳輸損耗約為1000分貝/千米）。1970年，美國康寧玻璃公司拉制出世界上第一根損耗為20分貝/千米的光纖。在此後的30多年中，光纖材料已發展成一門新興的技術領域。其中通信光纖包括多模光纖和單模光纖，先後在20世紀70年代末和80年代中期得到大量套用。隨著光纖技術的發展及需求的推動，人類對光纖的套用，從對傳輸光束向控制和利用光束的相位、偏振狀態和波長的方向擴展，自80年代起，保偏光纖等感測器用的各種特種光纖應運而生。
1968年，可見光發光二極體的研製推動了發光材料的發展，以Ⅲ-V族化合物半導體為主的各種發光材料陸續研製成功並投入使用。到20世紀90年代，已開發出超高亮度和可發出各色光的發光材料。20世紀末以來，隨著SiC晶體材料、GaN外延材料生長技術的進步，使發藍綠光的材料也達到實用化水平。顯示材料涉及品種較多，主要有傳統顯示器件陰極射線管和平板顯示器用材料。70年代以前，陰極射線管用各種螢光粉是顯示材料的主體；70年代以後，隨著液晶顯示、電漿顯示、電致發光顯示和場發射顯示等平板顯示技術的快速發展，平板顯示器用的各種顯示材料，包括液晶材料、氧化銦錫導電玻璃（ITO）、各種彩色螢光粉等也得到較快發展。
20世紀50年代主要用於超聲換能器、水聲換能器、電聲器件及濾波器等。從60年代開始，由於微波聲學、雷射技術等發展的要求和推動，以及晶體製備工藝的發展與完善，陸續出現許多新型的壓電晶體，並發現它具有諸如熱釋電、鐵電、電光、聲光、非線性光學等一系列效應，被軍事無線電電子技術和光電子技術廣泛套用。
20世紀20年代由於通信技術的發展，出現了鐵鎳、鐵鋁合金等磁性材料，30年代又出現鋁鎳鈷和鐵氧體等材料。第二次世界大戰後，鐵氧體材料廣泛用於無線電、雷達、計算機、磁記錄技術中。90年代後，稀土永磁、非晶態、超導磁、生物磁等迅速發展，新材料、新效應不斷湧現，促進了高磁能積、巨磁電阻、巨磁致伸縮、巨磁阻抗和巨磁光等新材料的產生。
電子陶瓷材料特殊效能的開發，主要來源於對複雜多元氧化物的化學組成、物相結構、工藝、性能和使用效能之間關係的系統研究。20世紀90年代，隨著高純超微粉體技術、緻密化成型及燒結技術、陶瓷薄膜製備技術等取得重大進展，電子陶瓷材料的研究開始從經驗式的探索，逐步走向按所需性能進行材料設計，發展速度迅猛，並在微電子、光電子及各種特種軍用元器件中得到廣泛套用。
針對武器信息系統擴展頻域、增大功率、提高速度和精度、減小體積與重量、增強可靠性與信息安全等需要，軍用電子信息材料技術的發展趨勢是：①晶體大尺寸化。為提高材料的利用率並降低成本，晶體材料的大尺寸化已是一個明顯的趨勢。②晶體加工技術的高精度化。隨著元器件小型化，器件加工工藝進一步精細化，對晶體表面的質量包括平整度、光潔度等的要求將越來越高，晶體加工技術將進一步高精度化。③結構進一步最佳化。使晶體更均勻、純度更高、缺陷密度更低、材料結構更完整。④低維化。元器件日趨小型化及器件平面工藝的進一步成熟，將使薄膜材料得到越來越廣泛套用，材料也將從三維向二維進而向一維方向發展。⑤微細化。使用納米材料，具有小尺寸效應、表面界面效應、量子尺寸效應和量子隧道效應等許多新效應，將使現代電子信息技術發生重大變革。納米尺寸的半導體材料、磁性材料、電子陶瓷材料等將成為今後重要的電子信息材料。⑥功能複合化。通過材料功能複合技術，將具有電、聲、光、熱、磁特性的材料，按不同的套用進行匹配組合，得到不僅保持原有特性，還產生一些新特性或具有比原來更優越特性的材料，包括有機壓電複合材料、複合永磁材料、雷達用複合吸波材料及納米複合功能材料等。⑦智慧型化。一般的電子信息材料可以判斷環境如溫度、電場等，尚不能順應環境。將來，電子信息材料不但具有判斷環境的能力，而且還具有根據環境變化而進行自我診斷及修復的能力。
發布者：中國軍事百科全書編審室
