- •Оглавление
- •Классификация мэт
- •Проводниковые материалы
- •Физическая природа электропроводности металлов
- •Зависимость электропроводности металлов от температуры и примеры
- •Электрические свойства металлических сплавов
- •Сопротивление проводников на высоких частотах
- •Сопротивление тонких металлических плёнок. Размерный эффект
- •Контактные явления в металлах
- •Материалы высокой проводимости. Медь
- •Алюминий
- •Сверхпроводящие металлы и сплавы
- •Специальные сплавы
- •Сплавы для термопар
- •Сплавы для корпусов приборов
- •Тугоплавкие металлы
- •Благородные металлы
- •Неметаллические проводящие материалы
- •Полупроводники. Классификация полупроводниковых материалов
- •Собственные и примесные полупроводники
- •Температурная зависимость концентрации носителей заряда.
- •Подвижность носителей заряда в полупроводниках
- •Электрофизические явления в полупроводниках.
- •Кремний
- •Физико-химические и электрические свойства Si
- •Марки кремния.
- •Германий
- •Физико-химические и электрические свойства германия
- •Карбид кремния (SiC)
- •Полупроводниковые соединения аiii вv
- •Твердые растворы на основе аiii вv
- •Полупроводниковые соединения aiibvi и трз на их основе
- •Полупроводниковые соединения aivbvi и трз на их основе
- •Диэлектрики, классификация, основные свойства
- •Электропроводность диэлектриков
- •Потери в диэлектриках
- •Пробой диэлектриков
- •Полимеры в электронной технике
- •Композиционные пластмассы и пластики
- •Электроизоляционные компаунды
- •Неорганические стекла
- •Ситаллы
- •Керамики
- •Активные диэлектрики
- •Сегнетоэлектрики
- •Пьезоэлектрики
- •Пироэлектрики
- •Электреты
- •Жидкие кристаллы
- •Материалы для твердотельных лазеров
- •Магнитные материалы. Их классификация
- •Магнитомягкие материалы
- •Магнитотвердые материалы
- •Технология получения материалов электронной техники Методы получения тонких пленок
- •Вакуумные методы. Термическое вакуумное напыление.
- •Кинетика процесса конденсации. Роль подложки
- •Создание вакуума в вакуумных установках
- •Измерение вакуума
- •Вакуумные установки термического напыления
- •Катодное вакуумное распыление (диодное)
- •Ионно - плазменное распыление
- •Эпитаксиальные процессы в технологии материалов электронной техники
- •Механизм процесса эпитаксии
- •Автоэпитаксия кремния
- •Гетероэпитаксия кремния
- •Эпитаксия полупроводниковых соединений аiiibv и трз на их основе
- •Температурно - временной режим эпитаксии
- •Эпитаксия SiC
- •Оборудование для наращивания эпитаксиальных слоев
- •Элионные технологии
- •Ионно-лучевые установки
- •Механическая обработка полупроводниковых материалов
- •Шлифование и полирование пластин
- •Химическая обработка поверхности полупроводника
- •Методы отчистки поверхности
- •Фотолитография (операции, материалы)
- •Нанотехнология, определения и понятия
- •Инструменты для измерения наноструктур
- •Наноструктуры и наноустройства
- •Методы нанотехнологий
Полупроводниковые соединения aivbvi и трз на их основе
Наиболее изучены сульфида и селенида свинца и олова: PbS, PbSe, PbTe; SnS, SnSe, SnTe.
Они с сороковых годов двадцатого века используются в качестве материалов инфракрасных датчиков. Основные характеристики:
|
период. реш. |
плотность |
Tпл |
∆E |
PbS |
5,94 |
7,61 |
1114 |
0,40 |
PbSe |
6,12 |
8,15 |
1076 |
0,27 |
PbTe |
6,46 |
8,16 |
917 |
0,32 |
Все три соединения кристаллизуются в кубической решетке NaCl с выраженной ионностью. Характеризуется нестехиометрией 10-3 ат %. Избыток Pb дает электронную проводимость, избыток халькогена – дырочную. Зафиксирована сверхпроводимость при Т < 7,2К.
Примесь Na, Cu, Ag являются акцептором, а Bi – донором. Галогены дают электронную проводимость.
Есть трудности в получении AIVBVI с концентрацией носителей < 1023м-3 .
Особенностью халькогенидов свинца является аномальные значения температурных коэффициентов ширины запрещенной зоны, то есть с ростом температуры ∆Е увеличивается, а не уменьшается.
d∆E/dT = 3,3·10-4 для PbS [эВ/К]
d∆E/dT = 4,0·10-4 для PbSе [эВ/К]
d∆E/dT = 4,3·10-4 для PbТе [эВ/К]
Далее - для PbSe ∆E < чем у PbTe.
Получают как правило гидрохимическим синтезом из водных сред, а также, например, PbTe вакуумным напылением.
PbS – лучший материал для фотоприемников ближней инфракрасной области (0,6-3,0мкм), а PbSe – для средней инфракрасной области – до 5,0 мкм. Фоторезисторы.
Правая граница спектральной чувствительности у халькогенидов свинца смещается с уменьшением температуры в длинноволновую область. Материал тепловых головок наведения – PbSe
AIVBVI – перспективы для лазеров инжекционного типа, термоэлементов, термоэлектрических генераторов.
Большой интерес представляют ТРЗ на основе AIVBIV . CdxPb1-xS – разработчик и изготовитель кафедра физической и коллоидной химии УГТУ – УПИ. Плавное изменение области спектральной чувствительности с 0,3 до 3,0 мкм.
PbxSn1-xTe – один из основных материалов оптоэлектроники, работающий в окне прозрачности 8-14 мкм.
Получают МК, эпитаксиальные пленки. Уникальный характер имеет изменение ∆Е в зависимости от состава. При содержании Sn 60 % при 300К или 40 % при 77К ∆Е проходит через «0» и далее имеет отрицательные значения.
ТРЗ с большим содержанием SnTe «р - типа». На основе PbxSn1-xTe Разработаны инжекционные лазеры с максимальной длиной волны излучения 30 мкм.
Слабо изучены, но перспективны PbxHg1-xSe – узкозонный полупроводник. PbxSn1-xSe – обладает инверсией зон. ∆E для PbSe = 0,28 эВ; ∆E для SnSe = 0,6; ∆Е гидрохимически полученных ТРЗ = 0,10-0,12 эВ.
PbxSn1-xS – не исследован
Получены, но слабо исследованы PbxHg1-xS, PbxCu1-xS; PbxAg1-xS.
Диэлектрики, классификация, основные свойства
Это твердые, жидкие и газообразные вещества, основным электрическим свойством которых является способность к поляризации. Термин введен Фарадеем для обозначения веществ, проницаемых для электрического поля.
По другому определению это вещества с -10 Ом м, либо, имеющие ∆ > 3эВ.
Это большая и разнообразная группа веществ, которую по функциональному назначению в электронной технике разделяют на две подгруппы:
электроизоляционные и конденсаторные материалы (пассивные диэлектрики)
управляемые материалы (активные диэлектрики).
Требования к электроизоляционным и конденсаторным материалам существенно различаются. Для первых должна быть малая диэлектрическая проницаемость , для вторых наоборот – большая .
Управляемые диэлектрики подразделяют по принципу управления. Они используются для усиления сигналов по мощности, создания преобразователей, элементов памяти, датчиков, генераторов колебаний и так далее.
Иногда проводят классификацию диэлектриков на основе особенностей строения или их свойств.
Поляризация – это состояние диэлектрика, характеризующееся наличием электрического момента у любого элемента объема. Различают поляризацию под действием внешнего электрического поля, спонтанную, под действием механических напряжений.
Способность поляризоваться в электрическом поле характеризуется относительной диэлектрической проницаемостью . = , где
СД – емкость конденсатора из данного диэлектрика;
СО – емкость конденсатора в вакууме (геометрическая емкость)
Абсолютная связана с относительной = , где
-переводной коэффициент, зависящий от системы единиц.
В CИ = 8,854*10 Ф/м (const)
Поляризация сопровождается появлением на поверхности диэлектрика связанных электрических зарядов, уменьшающих напряженность поля внутри вещества.
Количественной характеристикой поляризации служит поляризованность P= , где dp – единичный электрический момент; dV – единица объема.
Механизмы поляризации:
1. электронная поляризация – упругое смещение и деформация электронных оболочек атомов и ионов, =10 с, поэтому называют мгновенной. Имеет место у всех видов диэлектриков.
2. ионная поляризация – обусловлена смещением связанных ионов в кристаллической решетке на расстояние меньшее периода решетки. Для кристаллов NaCl Na+ смещается в направлении поля, а Cl- - против поля. =10 с.
3. дипольно-релаксационная поляризация – дипольные моменты ориентируются в электрическом поле. Свойственна полярным жидким и твердым органическим веществам. Время релаксации – промежуток времени в течение которого поляризация под действием тепловой энергии уменьшается в 2,7 раза. Сильное влияние оказывает значение температуры.
4. ионно-релаксационная поляризация – слабо связанные ионы перемещаются на расстояния большие постоянной решетки (неорганические стекла, ионные диэлектрики с неплотной упаковкой). После снятия Е ионы постепенно возвращаются.
5. электронно-релаксационная поляризация – механизм тот же, но касается слабосвязанных носителей заряда.
6. резонансная поляризация – наблюдается в диэлектриках при световых частотах и относится к собственной частоте электронов или ионов, при которой резко возрастает поглощение электромагнитной энергии. Изменение с изменением частоты называемой диэлектрической дисперсией.
7. миграционная поляризация – имеет место в неоднородных по структуре и проводимости материалах и наличии проводящих примесей. Перемещения ограничиваются границами неоднородностей.
8. самопроизвольная поляризация – существует у группы материалов, обладающих особенностями сегнетовой соли (NaKC4H4O6*4H2O) и поэтому названных сегнетоэлектриками.
В зависимости от влияния напряженности поля Е на диэлектрики подразделяются на линейные и нелинейные (активные).
Линейные диэлектрики можно разделить на несколько групп, исходя из механизмов поляризации:
неполярные диэлектрики (г, ж, тв) обладают электронной поляризацией (водород, бензол, сера, парафин, полиэтилен).
полярные (дипольные) диэлектрики – органические жидкие и твердые вещества, обладающие одновременно электронной и дипольно-релаксационной поляризацией (нитробензол, фенол-формальдегидные смолы, хлоруглеводороды, капрон).
ионные диэлектрики – твердые неорганические диэлектрики:
а) с ионной и электронной поляризацией (кварц, слюда, корунд и другие)
б) с ионной, электронной и релаксационной поляризацией (неорганические стекла, многие виды керамики)
Большое влияние на линейных диэлектриков оказывает их агрегатное состояние.
Газы. Поляризация незначительна, близка к 1, , где n –показатель преломления. Поляризация либо электронная, либо дипольная, если молекулы газа полярны. тем больше, чем больше радиус молекул, пропорциональна давлению и обратно пропорциональна температуре. Для воздуха .
Жидкости могут состоять из полярных и неполярных молекул. Для неполярных и < 2,5 - электронная поляризация. Для полярных жидкостей имеет место электронная и дипольно-релаксационная поляризация. Чем больше электрическое значение диполя, тем больше . При частотах более 109 – 1010 Гц уменьшается. (Н2О)= 60-85.
В твердых телах возможны все виды поляризации. Наименьшее значение у твердых тел из неполярных молекул (электронная поляризация) . Парафин – 2,0; сера – 3,8; алмаз – 5,7. Твердые тела состоящие из ионных кристаллов имеет больше. Корунд Al2O3 - 10; TiO2 – 110; CaTiO3 – 150, для стекол - = 4 - 20.
У полярных органических диэлектриков сильно зависит от Т, f.