- •Физические основы электроники
- •Тема 1 основы теории твердого тела
- •1.1.1 Виды связей
- •1.1.2 Кристаллическое строение веществ:
- •1.1.4 Дефекты кристалла
- •Контрольные вопросы к теме 1:
- •Тема 2 физические эффекты в твердых и газообразных диэлектриках
- •2.1 Поляризация, электропроводность, диэлектрические потери, проницаемость
- •Виды поляризации: электронная, ионная, дипольно-релаксационная, ионно-релаксационная, самопроизвольная и др.
- •Ионная поляризация. Она возникает вследствие упругого смещения связанных ионов из положения равновесия на расстояние, меньшее постоянной кристаллической решетки.
- •Дипольно-релаксационная поляризация. Заключается в повороте (ориентации) дипольных молекул в направлении электрического поля.
- •Диэлектрики с ионной структурой. К ним относятся твердые неорганические диэлектрики с выше перечисленными поляризациями и делятся по потерям на 2 группы:
- •2.2 Электропроводность диэлектриков, диэлектрические потери, диэлектрическая проницаемость, электрическая прочность, виды пробоя в диэлектриках
- •Электропроводность. В твердых диэлектриках представляет собой сумму токов:
- •Пробой диэлектриков. Явление образования в диэлектрике проводящего канала под действием электрического поля называется пробоем. Различают два вида пробоя: полный и неполный.
- •Тепловой пробой. Обусловлен нарушением теплового равновесия диэлектрика вследствие диэлектрических потерь. Мощность, выделяющаяся в образце равна:
- •2.3 Сегнетодиэлектрики
- •2.4 Пьезоэлектрики
- •2.5 Активные диэлектрики
- •Вывод. При отсутствии внешнего поля сегентодиэлектрики представляет собой как бы мозаику из доменов – областей с различными направлениями поляризованности.
- •2.6 Электропроводность газообразных диэлектриков
- •4 Вида самостоятельного разряда:
- •Закон Пашека. Пробивное напряжение воздуха и других газов в электрическом поле является функцией произведения давления газа на расстояние между электродами:
- •2.7 Электролюминесценция, катодолюминесценция
- •Контрольные вопросы к теме 2:
- •Тема 3 физические эффекты в проводниках
- •3.1 Классификация проводников
- •3.2 Полукристаллические и аморфные металлы и сплавы. Особенности металлов в тонкопленочном состоянии
- •3.2.1 Медь
- •3.2.2 Алюминий
- •3.2.3 Железо
- •3.2.4 Натрий
- •3.2.5 Вольфрам
- •3.2.6 Молибден
- •3.2.7 Благородные металлы
- •3.2.8 Никель и кобальт
- •3.2.9 Свинец
- •3.2.10 Олово
- •3.2.11 Цинк и кадмий
- •3.2.12 Индий и галлий
- •3.2.13 Ртуть
- •3.3 Особенности металлов в тонко пленочном состоянии
- •Вольфрамобариевые катоды
- •Вторичная эмиссия
- •3.4 Сверхпроводящие проводники. Статический эффект Джозефсона. Применение сверхпроводимости
- •Применение
- •3.5 Контактная разность потенциалов, термо - эдс, эффекты.
- •Два закона:
- •Механизм возникновения
- •Контрольные вопросы к теме 3:
- •Тема 4 физические эффекты в магнитных материалах
- •4.2 Зависимость параметров от температуры. Свойства магнитных материалов в свч полях
- •Магнитодиэлектрики
- •Контрольные вопросы к теме 4:
- •Тема 5 физические основы процессов в полупроводниковых материалах
- •Концентрация зарядов в пп. Вероятность Fn (w) нахождения свободного электрона в энергетическом состоянии w определяется функцией Ферми- Дирака:
- •5.2 Понятие об электронно-дырочном переходе, типы переходов, токи в p – n переходе
- •Тема 5.4 Вольт амперные характеристики и p-n модель
- •5.4.1 Модель p-n , вах
- •5.4.2 Вольт – амперная характеристика
- •5.4.3 Физические процессы в контактах пп с различной шириной запрещенной зоны (гетеропереходы), металл - пп
- •5.4.4 Гетеропереходы
- •5.4.5 Люминесценция полупроводников
- •5.4.6 Фотопроводимость полупроводников
- •5.4.7 Эффект Холла
- •5.5 Эффект поля
- •5.5.2 Эффекты в структурах мдп
- •5.5.3 В идеальных мдп-структурах не учитывалось влияние зарядов в окисле и на границе окисел – кремний
Ионная поляризация. Она возникает вследствие упругого смещения связанных ионов из положения равновесия на расстояние, меньшее постоянной кристаллической решетки.
Центры положительных и отрицательных зарядов ионов ячейки, совпадающие до приложения электрического поля, под действием поля раздвигаются на некоторое расстояние вследствие чего элементарная ячейка приобретает индуцированный электрический момент. Длительность поляризации больше электронной и составляет с. Ионная проявляется в веществах многовалентных полярных, где ионы слабо связаны друг с другом (NaCl, КСl, КВr).
Дипольно-релаксационная поляризация. Заключается в повороте (ориентации) дипольных молекул в направлении электрического поля.
а) б)
а) – при отсутствии электрического поля; б) – при воздействии электрического поля
Рисунок 2.1 - Схематическое изображение дипольной поляризации
Из рисунка видно, что при воздействии электрического поля дипольные молекулы, находящиеся в хаотическом тепловом движении, ориентируются в направлении внешнего электрического поля, создавая эффект поляризации диэлектрика. При снятии поля поляризация нарушается беспорядочным тепловым движением молекул, а поляризованность Р спадает по экспоненциальному закону какое-то время называемое временем релаксации. Это промежуток времени, в течение которого поляризованность уменьшается в 2,7 раза от первоначальной. Обычно время составляет с , т.е. она возможна на низких частотах доГц, при этом возникают потери энергии и процесс зависит от Т°. Данная поляризация свойственна полярным диэлектрикам.
Ионная-релаксационная поляризация. Обусловлена смещением слабо связанных ионов под действием внешнего электрического поля на расстояние, превышающее постоянную кристаллической решетки. Она наблюдается в неорганических кристаллических диэлектриках ионной структуры с неполной упаковкой ионов, процесс происходит с потерей энергии и усиливается с повышением Т°.
Миграционная поляризация. Она наблюдается в некоторых диэлектриках (неоднородных) особенно с полупроводниковыми включениями. Это вид поляризации заключается в перемещении (миграции) зарядов в этих включениях до их границ и накоплении зарядов на границах раздела.
Эти процессы медленные и могут продолжаться секунды и даже часы, и поэтому поляризация возможна на низких частотах.
Самопроизвольная (спонтанная) поляризация. Такая поляризация свойственна сегнетоэлектрикам.
Классификация диэлектриков по виду поляризации:
Неполярные – не содержащие электрических диполей, способных к неориентации во внешнем электрическом поле. Им свойственна электрическая поляризация. К ним относятся: полистирол, полиэтилен, фторопласт-4, бензол, воздух и т.п.
Полярные – содержат электрические диполи, которые способны к переориентации. Наблюдается как электронная, так и дипольно-релаксационная поляризации. Они обладают пониженными электрическими свойствами и применяются в качестве электроизоляционных материалов в области низких частот. К ним относятся: органическое стекло, фторопласт –3, лавсан и др.
Диэлектрики с ионной структурой. К ним относятся твердые неорганические диэлектрики с выше перечисленными поляризациями и делятся по потерям на 2 группы:
кварц, слюда, корунд, рутил и др., с электронной и ионной видами поляризаций;
стекло, керамика, микалекс и др., с электронной, ионной и релаксационной поляризацией;
3) сегнетоэлектрики - диэлектрики, обладающие спонтанной поляризацией – титанит бария, стронция, сегнетовая соль.