- •Оглавление.
- •Глава 1. Общие сведения.
- •Глава II. Проводниковые и резистивные материалы.
- •Глава III. Полупроводниковые материалы.
- •Глава IV. Диэлектрические материалы.
- •4.6. Контрольные вопросы.
- •Глава V. Магнитные материалы.
- •5.1. Классификация.
- •Глава VI. Конструкционные материалы.
- •Глава VII. Пассивные радиокомпоненты.
- •7.6. Контрольные вопросы.
- •Глава I. Общие сведения.
- •Основные определения.
- •3. Технологические свойства:
- •1.2. Строение радиоматериалов.
- •1.2.1. Строение атома.
- •1.2.2. Виды химических связей.
- •1.2.3. Физическое состояние материалов.
- •1.3.4. Зонная теория твёрдого тела.
- •2.2. Электрические свойства и параметры.
- •2.2.1. Удельное электрическое сопротивление.
- •2.2.2. Температурный коэффициент удельного сопротивления.
- •2.2.3. ТермоЭдс.
- •2.3. Неэлектрические свойства.
- •2.3.1. Механические свойства.
- •2.3.2. Тепловые свойства.
- •2.3.3. Технологические свойства.
- •2.3.4. Специальные свойства.
- •2.4. Материалы высокой проводимости.
- •2.4.1. Медь.
- •2.4.2. Алюминий.
- •2.6. Материалы специального назначения
- •2.6.1. Благородные металлы.
- •2.6.2. Тугоплавкие материалы.
- •2.6.3. Припои.
- •2.6.4. Неметаллические проводники.
- •2.6.4.1. Углеграфитовые материалы.
- •2.6.4.2. Композиционные резистивные и проводящие материалы.
- •2.6.5. Материалы для контактов.
- •2.6.6. Материалы для термопар.
- •2.7. Сверхпроводники и криопроводники.
- •2.8. Контрольные вопросы.
- •Глава III. Полупроводниковые материалы.
- •3.1. Историческая справка.
- •3.2 Классификация полупроводников.
- •3.3. Типы полупроводников.
- •3.3.1. Собственные полупроводники.
- •3.3.2. Примесные полупроводники.
- •3.4. Электронно-дырочный переход.
- •3.6. Параметры полупроводников.
- •3.7. Простые полупроводники.
- •3.8. Полупроводниковые соединения.
- •3.10. Термоэлектрические эффекты.
- •3.11. Эффект Холла.
- •3.12. Проводимость в сильных электрических полях.
- •3.13. Пьезоэлектрические эффекты.
- •3.15. Контрольные вопросы к разделу III.
- •Глава IV. Диэлектрические материалы.
- •4.1. Электрические свойства диэлектриков.
- •4.1.1. Поляризация диэлектриков.
- •4.1.4. Проводимость диэлектриков. Проводимость твёрдых диэлектриков.
- •4.1.5. Диэлектрические потери.
- •4.2. Неэлектрические свойства диэлектриков.
- •4.2.1. Влажностные свойства диэлектриков.
- •4.2.2. Механические свойства.
- •4.2.3. Тепловые свойства.
- •4.3. Твёрдые пассивные органические диэлектрики.
- •4.3.2. Полимеры.
- •4.3.3. Полимеры, получаемые полимеризацией.
- •4.3.4. Полимеры, получаемые поликонденсацией.
- •4.3.6. Волокнистые материалы.
- •4.3.7. Лаки и эмали.
- •4.3.8. Компаунды.
- •4.3.9. Слоистые пластики.
- •4.3.10. Эластомеры.
- •4.4. Неорганические диэлектрики.
- •4.4.1. Свойства неорганических диэлектриков.
- •4.4.3. Ситаллы (стеклокерамика).
- •4.4.4. Электротехническая керамика.
- •4.4.5. Слюда.
- •4.4.6. Асбест.
- •4.4.7. Жидкие диэлектрики.
- •4.4.8. Газообразные диэлектрики.
- •4.5. Активные диэлектрики.
- •4.5.1. Сегнетоэлектрики.
- •4.5.3. Пироэлектрики.
- •4.5.5. Материалы квантовой электроники.
- •4.5.6. Материалы с оптическими эффектами.
- •4.6. Контрольные вопросы к главе IV.
- •Глава V. Магнитные материалы.
- •5.1 Классификация.
- •5.2 Свойства ферромагнетиков.
- •5.3.1. Материалы для постоянных и низкочастотных магнитных полей.
- •5.4. Литые высококоэрцитивные сплавы.
- •5.4.2. Металлокерамические и металлопластические материалы.
- •5.4.3. Магнитотвёрдые ферриты.
- •5.5. Контрольные вопросы.
- •Глава VI. Конструкционные материалы.
- •6.1. Строение конструкционных материалов.
- •6.2. Механические свойства.
- •6.3. Производство чугуна и сталей.
- •6.4. Конструкционные металлические сплавы.
- •6.4.1. Сплавы на основе железа.
- •6.4.2. Сплавы на основе алюминия.
- •6.4.3. Сплавы на основе меди.
- •Глава VII. Пассивные радиокомпоненты.
- •7.1. Общие сведения.
- •7.2.1. Классификация.
- •7.2.2. Параметры резисторов.
- •7.2.5. Свойства резисторов.
- •7.2.6. Специальные резисторы.
- •7.3. Конденсаторы.
- •7.3.2. Классификация конденсаторов.
- •7.3.3. Условные обозначения и маркировка.
- •7.4. Катушки индуктивности.
- •7.4.1. Свойства катушек индуктивности.
- •7.4.3. Классификация катушек индуктивности.
- •7.4.4. Условные графические обозначения.
- •7.4.5. Основные параметры катушек индуктивности.
- •7.4.6. Специальные катушки индуктивности.
- •7.6. Контрольные вопросы.
3.6. Параметры полупроводников.
Основные свойства полупроводниковых материалов меняются, чтобы их сравнивать используют несколько стабильных параметров, которые приведены в табл. 3.1.
Ширина запрещённой зоны (ШЗЗ) характеризуется энергией активации. Изменение ШЗЗ пропорционально меняет удельное сопротивление, рабочую температуру, мощность управляющего сигнала, оптические и фотоэлектрические свойства.
Подвижность электронов и дырок влияет на величину проводимости и быстродействия полупроводниковых приборов.
Рабочая температура ― наибольшая температура, при которой параметры полупроводника не выходят за допустимые пределы. Кремний получил самое широкое применение в связи с тем что его рабочая температура выше, чем у германия и селена.
Температура плавления характеризует энергетические затраты на тепловую обработку и процессы очистки полупроводников от нежелательных примесей. Чем выше температура плавления , тем меньше материалов, которые можно ввести в виде примесей.
3.7. Простые полупроводники.
Элементарные полупроводники IV группы периодической системы (кремний и германий) являются основными материалами полупроводникового приборостроения; имеют кристаллическую решётку типа алмаза, в которой атомы соединены ковалентной связью. Период решётки у кремния меньше, чем у германия, что определяет более прочную ковалентную связь из-за более сильного перекрытия электронных облаков и, следовательно, большую ширину запрещённой зоны. Это различие обусловило также более высокий верхний предел рабочих температур у кремния (200°С).
Кремний и германий в большинстве случаёв применяют в виде монокристаллических слитков и плёночных структур.
Кремний. Базовый материал для создания ИМС и дискретных полупроводниковых приборов (диодов, транзисторов и т.д.) при комнатной температуре химически инертен, в расплавленном состоянии ― химически активен. Широкое применение получил после создания метода бестигельной зонной очистки. Кремний наиболее подходящий материал для изготовления фотоэлектрических преобразователей, трансформирующих световую энергию в электрическую.
Поликристаллический кремний наряду с монокристаллическим находит применение в производстве ИМС. Плёнки из нелегирированного поликристаллического кремния имеют относительно высокое удельное сопротивление (104÷106 Ом·м) из-за рассеяния носителей заряда на границах зёрен. Такие плёнки в сочетании с плёнкой из SiO2 используются в качестве межэлементной электрической изоляции.
Для создания токопроводящих и резистивных элементов применяют плёнки из легированного поликристаллического кремния с удельным поверхностным сопротивлением 20÷30 Ом. Замена ими плёнок из алюминия позволяет повысить плотность элементов и быстродействие БИС.
Маркировка кремния буквенно–цифровая. Первая буква обозначает название материала, вторая ― тип электропроводности, третья ― название легирующего элемента; числитель дроби показывает значение удельного сопротивления (Ом·м), знаменатель диффузную длину неосновных носителей заряда (м). Например, КЭФ 15,0\0,3 ― кремний с электронной проводимостью, легированный фосфором, ρ = 15·10-2Ом·м, L = 0,3·10-3м.
Параметры полупроводников. Таблица 3.1
Параметры |
Материал |
|
Ge |
Si |
|
Температура плавления. |
936 |
1414 |
Рабочая температура, |
60…70 |
180…200 |
Подвижность электронов, м2\(В·с) |
0,39 |
0,14 |
Коэффициент теплопроводности, Вт\(м·К) |
60 |
140 |
Удельное объёмное сопротивление при 300К Ом·м |
106…0,47 |
106…2·103 |
Ширина запрещённой зоны при 300К (эВ) |
0,665 |
1,12 |
Диэлектрическая проницаемость,ε |
15 |
11 |
Содержание в земной коре, % |
7·104 |
~26 |
Защитные плёнки |
– |
SiO2, Si3N4 |
Достоинства кремния:
1. Чувствительность проводимости к внешним энергетическим воздействиям.
2. Технологичность.
3. Высокая рабочая температура.
4. Доступность сырья.
Применение кремния в промышленности:
1. Получение электротехнических сталей легированных кремнием.
2. Получение специальных стёкол.
3. Получение силикатного кирпича.
4. Получение керамики и бетона.
Применение кремния в радиолектроннике:
1. Микроэлектроника (диоды, триоды, транзисторы,, тиристоры, ИС и др.).
2. Оптоэлектроника (модуляторы, системы передачи, приёма, переработки информации).
3. Лазерная техника.
4. Атомная техника (счётчики частиц высоких энергий, детокторы излучений).
5. Приборостроение (кварцевые резонаторы, генераторы СВЧ – колебаний).
6. Различные преобразователи и датчики.
7. Материалы с оптическими эффектами.