Диэлектрики для конденсаторов

Общие требования, предъявляемые к диэлектрикам, используемым в конденсаторах:

- высокая диэлектрическая проницаемость,

- высокая электрическая прочность,

- малые потери за счет сквозной проводимости,

- малое значение тангенса угла диэлектрических потерь,

- высокая стабильность свойств при изменении температуры и частоты,

- стабильность структуры и свойств во времени,

- заданный коэффициент теплового расширения, как правило, малый или близкий к коэффициенту расширения соприкасающихся металлических компонентов,

- хорошая технологичность, например, при получении тонких диэлектрических слоев, металлизации, упрочнения и т.д.

В качестве диэлектрика в конденсаторах используется стекло, керамика, слюда, оксидные слои, воздух, специальные газы, вакуум.

Диэлектрики для электроизоляторов

Для электроизоляторов используют диэлектрики, которые должны обладать следующими свойствами:

- высокое удельное сопротивление,

- небольшая диэлектрическая проницаемость,

- малые диэлектрические потери,

- достаточная нагрево- и хладостойкость,

- малая гигроскопичность,

- хорошая технологичность,

- стабильность свойств,

- сопротивление воздействию полей, излучений и химических веществ,

- необходимая механическая и электрическая прочность.

Полупроводниковые материалы

Находящие применение полупроводники должны отвечать следующим требованиям:

1. Возможность получения достаточно больших заготовок для изготовления приборов.

2. Возможность обеспечения тщательной очистки от нежелательных примесей.

3. Высокая степень бездефектности.

4. Заданная ширина запрещенной зоны.

5. Возможность введения легирующих элементов в микродозах и их заданное распределение в объеме.

6. Достаточно высокая подвижность носителей заряда.

7. Возможность применения при изготовлении приборов современных микро- и нанотехнологий.

Примеры используемых полупроводниковых материалов

Свойства полупроводниковых материалов представлены в табл.16.

Германий - ковалентный кристалл с решеткой типа алмаза. Имеет относительно невысокую ширину запрещенной зоны, что ограничивает его применение как примесного полупроводника температурой +70С. Допустимая концентрация вредных примесей должна составлять не более 10^-11%. В качестве донорной примеси обычно используется Sb, а акцепторной - Ga, с малой энергией ионизации (~0,01эВ), поэтому все примесные атомы при комнатной температуре ионизированы и концентрация подвижных примесных носителей заряда максимальна. Имеет относительно невысокую температуру плавления, что позволяет использовать небольшие температуры для плавления и легирования.

При низкой концентрации примесей (10¹⁹м^-3) реализуется собственная проводимость, так как концентрация собственная носителей заряда оказывается существенно выше, чем примесных.

Повышение концентрации примесей до 10²¹м^-3 способствует пропорциональному росту проводимости, еще не сказываясь на уменьшении подвижности.

При высокой концентрации примесей (более 10²²м^-3) подвижность уменьшается за счет рассеяния на ионах примесей, что вызывает более медленный рост проводимости.

Монокристаллические германий с одновременной очисткой от нежелательных примесей получают путем зонной плавки поликристаллического германия.

Германий применяется для изготовления диодов и биполярных транзисторов с относительно небольшим значением обратного напряжения на p-n переходе. Высокая подвижность зарядов позволяет эффективно использовать германий в датчиках Холла.

На основе германия изготавливают фотодиоды, но малая ширина запрещенной зоны ограничивает его использование ИК-областью излучений.

Кремний, также как и германий, имеет ковалентные связи и кристаллическую решетку типа алмаза.

Допустимая концентрация вредных примесей должна составлять не более 10^-11%. Концентрация собственных носителей при нормальных условиях составляет 10¹⁶ 1/м³. Кремний наиболее часто легируется акцепторными примесями - Al, B и донорным P.

Кремний является основой полупроводниковой техники, так как обладает рядом достоинств:

- большая распространенность в природе,

- достаточная ширина запрещенной зоны, чтобы повысить температуры работы приборов до 200С,

- возможность получения выращенных (эпитаксиальных) слоев на поверхности пластин кремния или другого материала (подложки) для получения p-n- переходов, резистивных участков, диэлектриков и контактов с металлами,

- хорошие защитные и диэлектрические свойства пленок оксида кремния SiO₂, позволяющие создавать интегральные микросхемы, путем образования в оксиде методом травления специальных окон для легирования примесями.

Диоды и транзисторы на основе кремния могут иметь обратные напряжения до 1500 В.

Кремниевые фотоприемники имеют спектр чувствительности от 0,3 до 1,1 мкм, что согласуется со спектром излучения полупроводниковых источников света, и могут использоваться в паре с ними.