- •Предисловие.
- •Введение
- •Руководство по изучению дисциплины
- •Проводники
- •1.2. Теплопроводность металлов
- •1.3. Термоэлектродвижущая сила
- •1.4. Зависимость удельного электрического сопротивления металлов от температуры
- •1.5. Электрические характеристики сплавов
- •1.6. Классификация проводниковых материалов
- •1.7. Материалы высокой проводимости
- •1.8. Сплавы высокого сопротивления
- •1.9. Контактные материалы
- •1.10. Сверхпроводники
- •1.11. Высокотемпературные сверхпроводники (втсп)
- •1.12. Криопроводники
- •Контрольные вопросы по теме: «Проводниковые материалы».
- •Проводниковые материалы
- •Полупроводники
- •2.1. Определение и классификация
- •2.2. Основные параметры полупроводников.
- •2.3. Зависимость подвижности носителей заряда от температуры
- •2.4. Зависимость концентрации носителей заряда от температуры
- •2.6. Время жизни носителей и диффузионная длина
- •2.7. Основные эффекты в полупроводниках и их применение
- •2.8. Полупроводниковые материалы
- •Контрольные вопросы к разделу Полупроводниковые материалы
- •А) Равна подвижности дырок
- •А) Температурой
- •А) Простыми органическими п/п материалами
- •А) Поликристаллический кремний
- •Задачи и упражнения к разделу Полупроводники
- •Введение
- •3.1 Поляризация диэлектриков
- •3.1.1 Определение поляризации
- •3.1.2 Диэлектрическая проницаемость
- •3.1.3 Классификация диэлектриков на линейные и нелинейные
- •3.1.4 Диэлектрики полярные, неполярные и с ионной структурой
- •Метан сн4
- •3.1.5 Электронная поляризация
- •3.1.6 Ионная поляризация
- •3.1.7 Релаксационные виды поляризации
- •3.1.8 Зависимость диэлектрической проницаемости от температуры, давления, влажности, напряжения
- •Влияние давления на ε учитывается барическим коэффициентом ε
- •3.1.9 Диэлектрическая проницаемость смесей
- •3.2 Электропроводность диэлектриков
- •3.2.1 Зависимость тока от времени приложения постоянного напряжения
- •3.2.2 Токи абсорбции
- •3.2.3 Общее выражение для удельной объемной электропроводности
- •С учетом (3.2.4) получим
- •3.2.4 Поверхностное сопротивление твердых диэлектриков
- •3.2.5 Электропроводность газообразных диэлектриков
- •3.2.6 Электропроводность жидких диэлектриков
- •3.2.7 Электропроводность твердых диэлектриков
- •3.2.8 Зависимость удельной электропроводности от напряженности электрического поля
- •3.3 Диэлектрические потери
- •3.3.1 Определения
- •3.3.2 Полные и удельные диэлектрические потери
- •3.3.3 Потери на электропроводность
- •3.3.4. Релаксационные потери
- •3.3.5. Диэлектрические потери полимеров
- •3.3.6. Диэлектрические потери неорганических диэлектриков
- •3.3.7. Диэлектрические потери в неоднородных диэлектриках
- •3.4. Электрическая прочность диэлектриков
- •3.4.1 Пробивное напряжение и электрическая прочность
- •3.4.2 Электротепловой пробой
- •3.4.3. Пробой газообразных диэлектриков
- •3.4.4. Пробой жидких диэлектриков
- •3.4.5. Пробой твердых диэлектриков
- •3.5. Механические, термические и физико-химические свойства диэлектриков
- •3.6. Газообразные диэлектрики
- •3.7. Жидкие диэлектрики
- •3.8. Полимеры. Общие свойства
- •3.9. Синтетические полимеры
- •3.10. Пластмассы и пленочные материалы
- •3.11. Стекло и керамика
- •3.12. Лаки, эмали, компаунды
- •3.13. Слюда и слюдяные материалы
- •3.14. Активные диэлектрики
- •Задачи и упражнения к разделу Диэлектрические материалы
- •Консультация Напомним, что поляризованность есть электрический момент единицы объема
- •Ответ: 0.025 нм
- •4. Магнитные материалы
- •4.1. Магнитные характеристики
- •4.2. Классификация веществ по магнитным свойствам
- •4.3. Природа ферромагнетизма
- •4.4. Доменная структура
- •4.5. Намагничивание магнитных материалов. Кривая намагничивания
- •4.6. Магнитный гистерезис
- •4.7. Структура ферромагнетиков
- •4.8. Магнитострикционная деформация
- •4.9. Магнитная проницаемость
- •4.10. Потери в магнитных материалах
- •4.11. Электрические свойства магнитных материалов
- •4.12. Классификация магнитных материалов
- •4.13. Основные параметры магнитотвердых материалов
- •4.14. Магнитомягкие материалы
- •Тема 8. Магнито диэлектрики (мд)
- •4.14.1. Технически чистое железо
- •4.14.2. Электротехнические стали
- •4.14.3. Пермаллои
- •4.14.4. Альсиферы
- •4.14.5. Магнитомягкие ферриты.
- •4.14.6. Специальные магнитные материалы
- •14.4.7. Аморфные магнитные материалы (амм)
- •4.14.8. Магнито диэлектрики (мд)
- •4.15. Магнитотвердые материалы
- •Тема 1. Сплавы на основе железа. Тема 2. Металлокерамические магниты Тема 3. Магнитотвердые ферриты Тема 4. Сплавы на основе редкоземельных металлов (рзм)
- •4.15.1. Сплавы на основе железа—никеля—алюминия
- •4.15.2. Металлокерамические магниты
- •4.15.3. Магнитотвердые ферриты
- •4.15.4. Сплавы на основе редкоземельных металлов (рзм)
- •Контрольные вопросы к разделу «Магнитные материалы»
- •А) температуру, при которой значение минимально;
- •Задачи и упражнения к разделу “Магнитные материалы“
- •Термины и определения Термины, использованные в эу в соответствии с госТом 22622 – 77
- •Основные государственные стандарты на электротехнические материалы *
- •Предметный указатель
- •А люминий –15
- •Литература.
- •Содержание
2.8. Полупроводниковые материалы
Германий.Один из наиболее хорошо изученных полупроводников. Упрощенная технологическая схема производства германия показана ниже:
германийсодержащая руда <- концентрированная НС1
↓
тетрахлорид германия <— глубокая очистка (экстракция и ректификация)
↓
очищенный GeCLt гидролиз водой дихлорид германия GeOs просушка Ge02<- восстановление в токе Н2 при 650°С
↓
Ge металлический <- травление в смеси кислот
↓
сплавление в слитки <- очистка зонной плавкой
↓
выращивание монокристаллов по Чохральскому.
При зонной очистке вдоль горизонтально расположенного образца создается 4—5 узких расплавленных зон, перемещающихся вдоль слитка. Примеси оттесняются к концу слитка. Процесс повторяют много раз. Монокристаллы германия можно создавать диаметром до 300—500 мм. Германий применяется для изготовления диодов различных типов, транзисторов, датчиков Холла, тензодатчиков, детекторов ядерных излучений и в ПК— оптике. Рабочий диапазон германиевых приборов, фотодиодов и фототранзисторов от —60 до +70°С.
Кремнийполупроводниковой чистоты получается по следующей технологии:
превращение технического кремния в легколетучее соединение;
очистка соединения физическими и химическими методами;
восстановление соединения, выделение чистого кремния;
очистка кремния бестигельной зонной плавкой;
выращивание монокристаллов.
Метод бестигельной зонной плавки позволяет получать кристаллы кремния до 100 мм. Схема этого метода показана на рис. 2.12. Кремниевые приборы благодаря большей, чем у германия ширине запрещенной зоны, могут работать при более высоких температурах, чем германиевые. Верхний предел рабочей температуры достигает у кремниевых приборов 180-200°C.
Кремний является пока единственным материалом для изготовления БИС и микропроцессоров.
Кремний удается наращивать на монокристаллы или на инородные подложки при толщине слоя 5—10 мкм. Этот процесс производится при температуре, меньшей температуры плавления и называется эпитаксией, при наращивании кремния на инородных подложках, например, на сапфире — гетеро-эпитаксией. Такие структуры используются как основа ИС наиболее быстродействующих, энергоемких и радиационно стойких.
Селен —элемент VI группы таблицы Менделеева, обладающий рядом интересных электрических свойств. Применяется для изготовления выпрямителей переменного тока, фотоэлементов, а также в технологии красок, пластмасс, керамики, как легирующая добавка при производстве стали, в электрофотографии.
Теллур— элемент VI группы таблицы Менделеева с шириной запрещенной зоны 0,35 эВ. Применяется в виде сплавов с сурьмой и свинцом для изготовления термоэлектрических генераторов. Некоторые характеристики германия, кремния, селена приведены в табл. 2.2
Таблица 2.2
Свойства |
Германий |
Кремний |
Селен |
Атомный номер |
32 |
14 |
34 |
Температура плавления, °С |
937 |
1412 |
218 |
Собственное уд. Сопротивление при 20°С, Ом·м |
0,47 |
2*103 |
|
Собственная концентрация носителей, м -3 |
2*1019 |
2*1016 |
|
Ширина запрещенной зоны, эВ при 0 К при 300 К |
0,74 0,65 |
1,165 1,12 |
2,5 2,0 |
Подвижность электронов, м /(В·с) |
0,39 |
0,14 |
|
Подвижность дырок, м2/В·с |
0,19 |
0,05 |
0,2 *10-4 |
Карбид кремния —SiС — бинарное соединение с большой шириной запрещенной зоны 2,8—3,1 эВ в зависимости от модификации. Карбид кремния — одно из наиболее твердых веществ, полупроводниковые приборы из которого могут работать при высоких температурах вплоть до 700°С. Карбид кремния устойчив против окисления до температур свыше 1400°С. При комнатной температуре он не взаимодействует ни с какими кислотами.
Карбид кремния применяется для изготовления варисторов (нелинейных резисторов), светодиодов, высокотемпературных диодов, транзисторов, тензорезисторов, счетчиков частиц высоких энергий, способных работать в химически агрессивных средах. В электротехнике карбид кремния применяется для изготовления вентильных разрядников, предназначенных для защиты от перенапряжений аппаратуры и линий передачи высокого напряжения. Карбид кремния применяется для изготовления силитовых стержней для электрических печей на максимальные температуры до 1500°С. Силитовые стержни изготовляются на основе карбида кремния, кристаллического кремния и углерода.
Бинарныесоединения—соединения А3В5классифицируют по металлоидному элементу. Различают нитриды, фосфиды и антимониды. Особое место среди них занимает арсенид галлия, отличающийся большой шириной запрещенной зоны (1,4 эВ) и высокой подвижностью электронов (0,85 м2/(B·c). Он используется для изготовления приборов, работающих при высоких температурах и высоких частотах, для инжекционных лазеров, светодиодов, туннельных диодов, диодов Ганна, транзисторов, солнечных батарей и других приборов.
Широко применяются антимонид индия, фосфид галлия, антимонид галлия.
Соединения А2B6, к которым относятся халькогениды цинка, кадмия, ртути, сульфиды, селенилы, теллуриды применяются для изготовления фоторезисторов, высоковольтных датчиков Холла, в инфракрасной технике для создания промышленных люминофоров и др.