- •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
Сверхпроводящие металлы и сплавы
Сверхпроводимость впервые была обнаружена у ртути при 4,2 К голландским физиком Каммерлинг-Оннесом в 1911 году. Температура, при которой электрическое сопротивление резко падает до нуля называется критической температурой перехода. Если в кольце сверхпроводника индуцировать ток, то он долго не затухает. Электрическое сопротивление сверхпроводника приблизительно в 1017 раз меньше электрического сопротивления меди при 20˚С. Квантовая теория сверхпроводимости была разработана только в 1957 году американскими физиками Бардиным, Купером, Шлиффером (БКШ). Явление сверхпроводимости возникает, когда электроны с противоположным направлением спина и импульса связываются в пары называемыми куперовскими. Притяжение электронов возможно только в среде, содержащей положительно заряженные ионы, поле которых ослабляет силы кулоновского отталкивания между ними. Силы притяжения возникают в результате обменного фононного взаимодействия.
Схема образования электронной пары:
1-ый электрон смещает ионы
образуется область ( + )
к ней притягивается 2-ой электрон
Примерно 10-4 электронов создает пары, которые распадаются и вновь образуются. За счет образования электронных пар энергия системы уменьшается и в энергетическом спектре материала появляется область запрещенных состояний - энергетическая щель. Размер щели зависит от температуры: чем температура меньше, тем больше изменение энергии. При Т Тсв щель исчезает. Так как электрическое сопротивление обусловлено рассеянием электронов на тепловых колебаниях решетки, то при Т Тсв энергии тепловых колебаний не хватает для перевода электронов в возбужденное состояние, то есть для преодоления изменения энергии. Отсюда электроны не рассеиваются, а электрическое сопротивление стремится к нулю.
Переход в сверхпроводящее состояние происходит в интервале сотых долей ˚С. Неупорядоченность структуры немного расширяет этот интервал.
Важной особенностью сверхпроводников является то что внешнее магнитное поле не проникает в их толщу, затухая в поверхностном слое за счет круговых токов. Это называется эффектом Мейснера (δ = 10-7-10-8 м).
Сверхпроводник - идеальный диамагнетик(μ = 0), выталкивается из магнитного поля с большой силой. При напряженности поля больше критического значения может быть разрушено состояние сверхпроводимости. При этом, если этот переход скачкообразный, то сверхпроводимость называется сверхпроводимостью I рода, а если постепенно, то II рода. Для сверхпроводимости I рода Нкрит.= 105А/м, для II рода 107А/м. Сверхпроводимость может быть разрушена также большим током I > Iкрит..
, где r- радиус проводника.
Сверхпроводящие материалы - это 26 металлов. Еще 13 элементов (Si, Ge, Te, Sb, Se и др.) проявляют сверхпроводимость под давлением, а также многие сплавы. Всего известно более 2000 соединений, обладающих сверхпроводимостью. Из металлических сплавов максимальную температуру сверхпроводимости имеют: Nb3Sn-18,3˚K; Nb3Ga-20,3˚K; Nb3Ge-21-24,3˚K. Эти материалы могут охлаждаться жидким водородом, что дешевле, чем гелий.
В 1986-87 г.г. открыта высокотемпературная сверхпроводимость у ряда металлооксидных соединений: La-Sr-Cu-O; Y-Ba-Cu-O. Ткрит.=100-150˚К и больше. Однако из-за непостоянства свойств и малой механической прочности пока они не нашли практического применения.
Применение: сверхсильные магнитные поля (Н>107А/м) для накопителей энергии, силовые кабели, трансформаторы и линии электропередач большой мощности. Удержание плазмы в реакторах термоядерного синтеза. За счет исключения сердечников из электрических машин, их масса уменьшается в 5-6 раз. Вычислительная техника - быстродействующие ячейки ЭВМ. Железнодорожный транспорт на «магнитной подушке». Высокочувствительные ИК - датчики.