5.6. Запитання до самоконтролю

1. Поясніть, які матеріали називаються напівпровідниковими.

2. Основні властивості напівпровідникових матеріалів.

3. Вкажіть, які енергетичні зони існують у напівпровідникових матеріалах.

4. Перелічіть зовнішні фактори, які впливають на електро-провідність напівпровідників.

5. Поясніть методику визначення типу провідності в напів-провідниках.

6. Поясніть, у чому полягає ефект Холла і при яких умовах він виникає.

7. Перелічіть особливості режимів роботи p-n переходу.

8. Перелічіть основні технологічні операції, які застосовуються у виробництві напівпровідників.

Розділ 6. Магнітні матеріали

6.1. Основні характеристики магнітних матеріалів

Всі речовини в природі є магнітними, тобто вони взаємодіють із зовнішнім магнітним полем і володіють визначеними магнітними властивостями, які зумовлені внутрішніми прихованими формами руху електричних зарядів. По силі взаємодій з магнітним полем всі речовини можна розділити на слабомагнітні і сильномагнітні. Сила взаємодії речовини з магнітним полем оцінюється безрозмірною величиною – магнітною сприйнятливостю К_М:

(6.1)

де М – намагніченість речовини під дією магнітного поля, (А/м), Н – напруженість цього поля (А/м).

Слабомагнітні речовини характеризуються К_М<<1, тобто зміна намагніченості речовини під дією зовнішнього поля дуже незначна. До них відносяться діамагнетики і парамагнетики.

До діамагнетиків відносяться речовини, в яких магнітна сприйнятливість не залежить від напруженості зовнішнього магнітного поля. Діамагнітний ефект зумовлений незначною зміною кутової швидкості орбітального обертання електронів. Якщо електронну орбіту розглядати як замкнутий контур, який не володіє активним опором, то під дією зовнішнього поля в цьому контурі змінюється сила струму й виникає додатковий магнітний момент. Відповідно до закону Ленца цей момент спрямований назустріч зовнішньому полю. У тому випадку, коли площина електронної орбіти розташована не перпендикулярно до вектора Н, то зовнішнє магнітне поле викликає прецесійний рух орбіти навколо напрямку Н. При цьому вектор орбітального магнітного моменту описує конус. Кутова швидкість прецесії визначає значення негативного магнітного моменту ∆М. Діамагнітний ефект має місце у всіх речовинах, але виступає на перший план у тих випадках, коли власний момент атомів дорівнює нулю, тобто спінові магнітні моменти попарно скомпенсовані.

Чисельне значення магнітної сприйнятливості діамагнетиків становить – (10^-6-10^-7). Відносна магнітна проникність цих речовин незначна (μ < 1). Зовнішнім проявом діамагнітного ефекту є виштовхування цих речовин з неоднорідного магнітного поля. Діамагнетики характеризуються тим, що послаблюють всередині себе це магнітне поле, яке діє ззовні. Це проходить внаслідок того, що їх намагніченість напрямлена проти зовнішнього поля (K_М < 0). До них відносяться: інертні гази, водень, азот, вода, мідь, срібло, золото, свинець та більшість органічних з’єднань. Діамагнетиками є також речовини в надпровідному стані.

Парамагнетики відрізняються тим, що при поміщенні цих речовин у магнітне поле вони підсилюють його всередині себе (K_М > 0). Це проходить із-за співпадання напрямку намагніченості парамагнетиків з напрямом зовнішнього поля.

До парамагнетиків відносяться речовини з позитивною магнітною сприйнятливістю, що не залежить від напруженості зовнішнього магнітного поля, а саме алюміній, платину, хром, вольфрам, кисень, лужні й лужноземельні метали, солі заліза, кобальту, нікелю та інші. У парамагнетиках атоми мають елементарні магнітні моменти навіть при відсутності зовнішнього магнітного поля, однак через тепловий рух ці магнітні моменти розподілені хаотично, в результаті чого намагніченість речовини в цілому дорівнює нулю. Зовнішнє магнітне поле викликає переважну орієнтацію магнітних моментів атомів в одному напрямку, але теплова енергія протидіє створенню магнітної впорядкованості. У зв'язку з цим парамагнітна сприйнятливість сильно залежить від температури. При нормальній температурі магнітна сприйнятливість парамагнетиків дорівнює 10^-4-10^-6. Тому їхня магнітна проникність невисока (μ > 1). Завдяки позитивній намагніченості парамагнетики, вміщені в неоднорідне магнітне поле, втягуються в нього.