2016. 2 nd semester
1 st class
Jihoon Jang
Electrical & Electronic materials
1. Materials
■ 재료 (Materials)
: 물체를 구성하는 재질
→ 생산이나 제조에 쓰이는 물리적인 원자재나 부품
Materials
Metal Ceramics Polymers Semiconductor composite
material
2. Type of materials
■ 재료의 종류
1. 금속 (Metals)
1) 기계적 & 전기적 특성 우수
- 강도, 경도, 가공성, 전기 전도도, 열 전도도...
2) 자연계에서 채취 가능 3) 재활용 가능
4) 종류
- 홑 원소 물질 : Fe, Cu, Cr, Ni, Al ...
- 합금 (alloy) : stainless steel (Fe-Cr), bronze (Cu-Sn) ...
2. Type of materials
■ 재료의 종류
2. 세라믹스 (Ceramics)
1) 고온에서 구워 만든 비금속 무기질 재료 2) 일반적으로 산화물 형태
3) 높은 강·경도, 내식성우수, 높은 취성 4) 종류
- 일반 : 생활용품, 기계재료 등
- 전자세라믹(electroceramics) : quartz, BaTiO3, TCO(ITO, ZnO ...) ...
2. Type of materials
■ 재료의 종류
3. 폴리머 (polymers)
1) 유기물 : 분자사슬을 가짐
2) 낮은 전기전도성, 낮은 열전도성, 낮은 강도, 우수한 가공성 3) 전자소자, 식기류 등
4. 반도체 (semiconductors)
1) 전기 전도를 제어할 수 있는 재료 2) 전기·전자기기의 핵심 재료
3) 종류 : Si, Ge, GaAs, InP ... 이미지 출처 : 산업일보, 2016, 2, 27 (http://www.kidd.co.kr/news/184269)
5. 복합재료 (composite material)
1) 두 가지 또는 그 이상의 재료의 혼합물
2) 기초원소의 단점을 상쇄 : ex) 철근-콘크리트
Properties of Materials
Mechanical Optical Electrical Thermal magnetic
3. Properties of material
• strength, hardness
• malleability, ductility • conduction, Insulation, semiconductor
• electrical conductivity
• dielectric constant
• thermal conductivity
• heat capacity
• specific heat
• Magnetic Field Intensity
• Magnetic Flux Density
• Permeability
• penetration, reflection
• scattering
• brightness
atoms microstructure
(unit cell)
macrostructure (bulk)3. Properties of material
■ 원자 (atoms)
1) 원자의 정의
:
물질을 이루는 기본단위(입자)
→ 화학반응으로 더 쪼개질 수 없는 단위
* 원소 (元宵, element) : 동일한 원자번호를 가지는 원자로 구성된 물질 종
* 분자 (分子, molecule) : 각 물질의 화학적 성질을 가진 최소의 단위입자
- 총 원자수 : 3개 (수소원자 2개, 산소원자 1개) - 총 원소수 : 2개 (수소원소, 산소원소)
- 물분자 (H
2O): 수소원자와 산소원자로 이루어진 화합물 - 설탕물 : 설탕 화합물과 물 화합물로 이루어진 혼합물
● 물(H2O)를 통한 원자와 원소의 이해
3. Properties of material
■ 원자 (atoms)
1) 원자의 구성
: 핵(양성자 & 중성자) + 전자
* 양성자, 중성자, 전자는 쿼크입자로 구성
3. Properties of material
■ 단위격자 (Unit cells)
: 원자 배열에서 바탕이 되는
최소 단위의 규칙성
: 격자상수(lattice constant)를 이용하여 단위격자를 나타냄
→ 격자상수 : 단위격자의 세 모서리와 그들 사이의 각의 값 모서리 : a, b, c & 각 : α, β, γ
3. Properties of material
■ 단위격자 (Unit cells)
1) 브라베 격자 (Brevais lattice) : 7 system & 14 structure
(1) Cubic system : a = b = c and α = β = γ = 90˚
(2) Tetragonal system : a = b ≠ c and α = β = γ = 90˚
Simple Cubic Face-Centered Cubic Body-Centered Cubic
Simple Tetragonal Body-Centered Tetragonal
3. Properties of material
■ 단위격자 (Unit cells)
1) 브라베 격자 (Brevais lattice) : 7 system & 14 structure
(3) Orthorhombic system : a ≠ b ≠ c and α = β = γ = 90˚
(4) Trigonal system : a = b = c and α ≠ β ≠ γ
Simple Orthorhombic Body-Centered
Orthorhombic Base-Centered Orthorhombic Face-Centered Orthorhombic
Trigonal
3. Properties of material
■ 단위격자 (Unit cells)
1) 브라베 격자 (Brevais lattice) : 7 system & 14 structure
(5) Monoclinic system : a ≠ b ≠ c and α = β = 90˚ γ ≠ 90˚
(6) Triclinic system : a ≠ b ≠ c and α ≠ β ≠ γ ≠ 90˚
Simple Monoclinic Base-Centered
Monoclinic
Triclinic
3. Properties of material
■ 단위격자 (Unit cells)
1) 브라베 격자 (Brevais lattice) : 7 system & 14 structure
(7) Hexagonal system : a = b ≠ c and α = β = 90, γ = 120˚
Hexagonal
3. Properties of material
■ 단위격자 (Unit cells)
1) 브라베 격자 (Brevais lattice)
결정계 명칭
길이 각 결정구조 명칭
국문 영문
입방정계 Cubic a = b = c α= β= γ= 90°
단순입방격자SC, FCC, BCC simple cubic (SC) 면심입방격자 face centered cubic (FCC) 체심입방격자 body centered cubic (BCC) 정방정계 Tetragonal a = b ≠ c α= β= γ= 90° 단순정방격자 simple tetragonal
체심정방격자 body centered tetragonal (BCT) 사방정계 Orthorhombic a ≠ b ≠ c α= β= γ= 90°
단순사방격자 simple orthorhombic 체심사방격자 face centered orthorhombic 면심사방격자 body centered orthorhombic 저심사방격자 base centered orthorhombic (=마름모계)삼방정계 Trigonal
(=Rhombohedral) a = b = c α≠β≠γ≠ 90° (단순)삼방격자 trigonal (=rhombohedral) 단사정계 Monoclinic a ≠ b ≠ c α= β= 90°, γ≠ 120° 단순단사격자 simple monoclinic
저심단사격자 base centered monoclinic 삼사정계 Triclinic a ≠ b ≠ c α≠β≠γ≠ 90° (단순)삼사격자 triclinic
육방정계 Hexagonal a = b ≠ c α= β= 90°, γ= 120° (단순)육방격자 hexagonal
3. Properties of material
■ 단위격자 (Unit cells)
1) 브라베 격자 (Brevais lattice) : cubic system 의 비교
Structure a0 vs r 단위세포 내 원자 수 배위수 원자충진율
SC 1 6 0.52
BCC 2 8 0.68
FCC 4 12 0.74
3
0 4
r/
a
=2
0 4
r/
a
=r
a
0=23. Properties of material
■ 단위격자 (Unit cells)
2) 밀러지수 (Miller index)
: 브라베 격자의 결정 구조를 나타내는 지수
→ 결정에서 방향과 면을 정의하는 간략한 방법
→ 결정의 방항 & 결정면에 따라 재료의 물리적ㆍ화학적 성질이 상이 ex) 우선성장방향, 최밀 충진면 등
3. Properties of material
■ 단위격자 (Unit cells)
2) 밀러지수 (Miller index) (1) 결정 방향
① 좌표계에서 한 방향에 놓여진 두 개의 좌표점을 결정한다.
② 좌표계에서 각 축의 방향으로 이동한 격자상수의 수를 얻어
머리좌표점에서 꼬리 좌표점을 뺀다.
③ 분수항을 제거하거나, 가장 작은 정수로 약분한다.
④ 괄호 [ ] 로 수들을 묶는다.
만일 음의 부호가 생긴다면 그 수 위에 바(-) 로 음의 표시를 해준다.
3. Properties of material
■ 단위격자 (Unit cells)
2) 밀러지수 (Miller index) (1) 결정 방향
: 방향은 벡터이기 때문에
양의 부호와 음의 부호는 동일하지 않다.
; [100] ≠ [100]
: 어떤 방향과 그것의
배수는 동일한 것이다.
; [100] = [200]
: 한 그룹의 방향들은 동일한 것이다. → < > 로 방향들의 집합 표기
방향집단의 동일성 및 방향집단
3. Properties of material
■ 단위격자 (Unit cells)
2) 밀러지수 (Miller index) (2) 결정면
① 면이 x, y, z 좌표를 가로지르는 점을 격자상수의 수에 의해서 확인한다.
만약 면이 원점을 지난다면 그 좌표의 원점을 움직인다.
② 이러한 절편들의 역수를 취한다.
③ 분수를 없앤다.
(최소정수로는 약분하지 말 것!!)
④ 괄호 ( ) 로 수들을 묶는다.
만일 음의 부호가 생긴다면 그 수 위에 바(-) 로 음의 표시를 해준다.
3. Properties of material
■ 단위격자 (Unit cells)
2) 밀러지수 (Miller index) (2) 결정면
: 어떤 면들과
음부호의 같은 지수의 면들은 동일한 것이다.
; (100) = (100)
: 면들과 면들의
배수는 동일한 것이 아니다.
; (100) ≠ (200)
: 한 그룹의 면들은 동일한 것이다. → { } 로 면들의 집합 표기
