ЛИСТ1 Электронные приборы (ЭП) делят на пассивные (резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности, трансформаторы, элементы коммутации цепей и пр.) и активные (обеспечивают преобразование вида энергии, усиление мощности сигнала или нелинейные преобразования какого-либо параметра). К ним относятся диоды, транзисторы, тиристоры, ИС. ИС как РК характеризуются самыми высокими сложностью внутреннего устройства и точностью изготовления входящих в них РЭ. ИС предполагают интеграцию (объединение) двух видов: схемотехническую и функциональную. Функциональная электроника базируется на использовании разнообразных явлений и процессов в физических средах (оптоэлектроника, акустоэлектроника, магнитоэлектроника и пр.). Для потребителя главным являются свойства материалов, т.к. - комплекс физических, механических и других свойств определяет возможность конкретного применения того или иного материала.

Наиболее общими являются механические свойства материалов.

Жесткость - способность противостоять деформации или деформироваться без существенного изменения геометрических размеров (важна для корпусов, плат, осей, иначе будут нагружаться и рваться пайки, контакты, проводники и т.п.). Иногда нужны детали малой жесткости - пружины, буфера, торсионы.

Твердость материала- свойство материала противостоять деформации при локальном контакте (тв. по Бринеллю, по Роквеллу, по Шору, шк. Мооса).

Прочность – способность материала сопротивляться деформации и разрушению под действием внешних нагрузок. Упру́гость - свойство материала под действием механических напряжений деформироваться обратимо: после снятия напряжений материал остается недеформированным. Закон линейной связи деформации с механическим напряжением р (закон Гука - ф.30, рис.32) сохраняется до опр. пределов (предела упругости ф.27). С некоторого значения (предела текучести – ф.28) деформация растет быстрее, чем по линейному закону, и форма образца после снятия р не восстанавливается (пластическая деформация). Дальнейшее повышение р приводит к разрушению образца при р_р– предела прочности –ф.29.

Пластичность – способность материала необратимо пластически деформироваться без разрушения. Основные параметры: относительное удлинение при растяжении (ф.25) и относительное сужение, предел прочности при сжатии, ударная вязкость (ф. 26)-предел прочности материала при ударном изгибе (для оценки степени хрупкости материалов), предел прочности при статическом изгибе (ф.31).

Хрупкость — свойство разрушаться без образования заметных остаточных деформаций.

Усталость материала - процесс постепенного накопления повреждений под действием переменных мех. напряжений, приводящий к изменению его свойств, образованию трещин, их развитию и разрушению материала за указанное время.

Выносливость - свойство материала воспринимать переменные (циклические) нагрузки без разрушения за указанное время.

К тепловым характеристикам РМ относятся: температура размягчения (для аморфных)(термореактивные полимеры разлагаются раньше, чем размягчаются), температура плавления (для кристаллических) (Есть сплавы: при некоторой температуре, называемой «солидус» происходит частичное расплавление, т.е. переход части вещества в жидкое состояние. Остальное вещество - в твердом состоянии. При некоторой t, называемой «ликвидус» произойдет полное расплавление вещества.).

Теплопрово́дность — это процесс переноса внутренней энергии от более нагретых частей тела к менее нагретым частям, осуществляемый хаотически движущимися частицами тела (атомами, молекулами, электронами и т. п.). Коэффициент теплопроводности (ф.20) позволяет оценить способность материала проводить тепло Q от более нагретой его поверхности к менее нагретой за время τ.

Температурный коэффициент линейного расширения (ф. 17) ТКl определяет изменение первоначальной длины материала при изменении его температуры от t₀ до t₁. Нельзя соединять друг с другом детали с резко отличающимися ТКl.

Нагревостойкость — способность длительно выдерживать предельно допустимую температуру без заметного снижения механических, электрических и других характеристик (несколько классов).

Холодостойкость —стойкость материалов к низким температурам.

Теплостойкость (методы Мартенса и Вика)—стойкость к кратковременному нагреву при одновременном воздействии изгибающей механической нагрузки (для диэлектриков).

Температурный коэффициент удельного сопротивления (ф.18) учитывает скорость изменения ρ в зависимости от t материала (рис.11 –лист 2). Температурный коэффициент сопротивления (ф.19).

Температура вспышки - такая t, при которой пары жидкого или расплавленного диэлектрика образуют с воздухом смесь, вспыхивающую при контакте с посторонним источником зажигания.

Стойкость к термоударам - для хрупких материалов (фарфоровые изоляторы) (нагрев и охлаждение- переменные). Температура воспламенения - такая t, при кот. материал воспламеняется и продолжает гореть после удаления горелки не менее 5 сек.

К физико-химическим характеристикам относятся:

Водопоглощаемость w — свойство материала противостоять проникновению в него воды (ф.21).

Гигроскопичность W — способность сорбировать влагу из окружающей среды (из воздуха), противостоять проникновению в него паров воды (водяного тумана).

Влагопроницаемость (для защитных покрытий)- способность пропускать сквозь себя пары воды (ф.22).

Тропикостойкость - стойкость к атмосферным воздействиям (влажность, разл. темп. грибки) (Радиокерамика, ситаллы, некоторые полимерные диэлектрики (кремнийорганические, фторорганические и др.).

Радиационная стойкость - стойкость радиоматериалов к воздействиям фоновых (ионизирующих) излучений: α, β, γ, лучей, потоков нейтронов и др. Радиация вызывает дефекты в материалах на наноуровне. Особенно сильным фоновым излучениям подвергаются узлы радиоустройств и радиоматериалы в летательных аппаратах (ракеты, космические корабли). Радиационностойкая изоляция - неорганические пленки, керамика, стеклотекстолит, слюдинитовые материалы, некоторые виды полимеров (полиимиды, полиэтилен).

Растворимость оценивают по количеству материала, переходящего в раствор за единицу t с единицы поверхности, соприкасающейся с растворителем. Свойство важное для подбора растворителей лаков, пластификаторов, для оценки стойкости э/изоляционных материалов к действию жидкостей, с которыми эти материалы соприкасаются в процессе изготовления изоляции (при пропитке лаками) и в эксплуатации (изоляция маслонаполненных трансформаторов). При повышении t растворимость увеличивается. Растворимость уменьшается с повышением степени полимеризации.

Химостойкость способность выдерживать воздействие химически активных веществ без ухудшения его свойств. Кислотное число -количество граммов едкого калия КОН, которое требуется для нейтрализации всех свободных кислот, содержащихся в 1 кг испытуемого материала. КЧ измеряют для масел, смол. В трансформаторном масле – высокое КЧ является признаком плохой очистки при изготовлении.

Коррозионная стойкость — способность материалов сопротивляться коррозии. Повышение возможно при помощи легирования, нанесения защитных покрытий (Cr, Ni, Zn-ние, окраска изделий), пассивации. 

Дисперсность — физическая величина, характеризующая размер частиц. Чем меньше размер частиц, тем больше дисперсность.

Звукопоглощение - способность материалов поглощать звуковые волны.

Адгезия (прилипание), слипание поверхностей двух разнородных твёрдых или жидких тел.

Когезия- сцепление внутри однородного материала.

Оптические свойства материалов важны для материалов оптоэлектроники, но не менее - для анализа свойств электрических. Свет поглощается в полупроводниках и может создавать пару носителей. Свет, падающий на П/П, частично отражается, частично проходит, частично поглощается.

Величина света, которая просачивается через поверхность материала, определяется коэффициентом пропускания τ, равным отношению пропущенного телом светового потока Фτ к падающему Фi, т. е. τ=Фτ/Фi . Количество света, которое полностью растворяется в материале, оценивается коэффициентом поглощения α, равным отношению светового потока Фα, поглощенного телом, к световому потоку Фi, падающему на тело: α=Фα/Фi . Отношение отраженного потока Фρ к падающему Фi называется коэффициентом отражения ρ, т. е. ρ=Фρ/Фi . (Белые непрозрачные тела ρ ≈1). По закону сохранения энергии Фi=Фα+Фρ+Фτ. Откуда следует, что α+ρ+τ=1,сумма коэффициентов поглощения, отражения и пропускания равна единице.

На границе раздела двух прозрачных сред действуют: Закон отражения света: падающий и отраженный лучи, а также перпендикуляр к границе раздела двух сред, восстановленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости (плоскость падения). Угол отражения γ равен углу падения α.

Закон преломления света: падающий и преломленный лучи, а также перпендикуляр к границе раздела двух сред, восстановленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости. Отношение синуса угла падения α к синусу угла преломления γ есть величина, постоянная для двух данных сред(ф. 23) Постоянную величину n называют относительным показателем преломления второй среды относительно первой (ф. 24). Если свет падает на границу раздела среды, c меньшим n, то доля отраженной энергии возрастает с увеличением угла падения. Начиная с некоторого угла падения, вся световая энергия отражается от границы раздела. Это явление носит название полного внутреннего отражения (применяется в ВОЛС).

Налётоопасность - устойчивость оптического материала к воздействию влажной атмосферы. Пятнаемость - устойчивость оптического материала к слабокислым водным растворам и дистиллированной воде (изм. время за которое поверхность заготовки, помещенная в 0,1 % раствора уксусной кислоты при t= 50°С приобретет в отраженном свете фиолетовую окраску (снижение коэффициента отражения на 0,4%). Лучевая (оптическая) прочность - прочность материалов, работающих с лазерным излучением. Токсичность материалов и оптических сред необходимо учитывать как при их выборе, так и организации производства деталей оптических элементов. Изменение показателя преломления в зависимости от длины волны называется оптической дисперсией. Мутность, способность оптически неоднородной среды рассеивать проходящий сквозь неё свет. Глянец - способность поверхности отражать больше света в некотором направлении по сравнению с другими направлениями. Бессвильность - наличие прозрачных включений, отличающихся по показателю преломления от окружающей массы стекла.

К электромагнитным характеристикам относятся: удельное сопротивление (Ом*м), величина обратная – удельная проовдимость (См/м) (ф. 13), диэлектрические потери оцениваются тангенсом угла диэлектрических потерь (ф. 10)– угла между вектором  электрической индукции D и вектора напряженности переменного электрического поля E.

Диэлектрическая проницаемость (ф.12) ε определяет интенсивность поляризации Р вещества в ЭП и является мерой ослабления поля в веществе.

Магнитная проницаемость μ определяет интенсивность намагничивания (ф.11). Способность вещества поляризоваться и намагничиваться определяются по диэлектрической (ф.15) и магнитной восприимчивости (ф.14).

Электрическая прочность Е_пр представляет собой напряженность электрического поля (В/м), при которой наступает пробой диэлектрика или п/п толщиной h (ф.16).

Электромагнитные параметры, характеризующие материалы как среду распространения электромагнитных волн: коэффициенты затухания (ф.1 и 3) и фазы (ф.2 и 3), глубина проникновения поля внутрь среды (ф. 6), скорость распространения ЭМП (ф.4 и 5) и Волновое сопротивление ( ф.7-9). Магнитные материалы, кроме перечисленных, характеризуются: напряженностью магнитного поля Н (А/м), магнитной индукцией В (Тл), намагниченостью Jм (единица объема V, обладающая магнитным моментом М), температурой Кюри (при которой пропадают магнитные св-ва и μ=1; у сегнетоэлектриков пропадает способность поляризоваться), остаточной намагниченностью Вr (магнитная индукция, при которой Н=0), Коэрцитивной силой (Нс-напряженность МП, при которой Вr =0) или (Ес- напряженность ЭП, при которой Р=0 – для активных диэлектриков).

(лист 2 Окно 1) Вещества, применяемые в электронике, могут находиться как в твердом (основная масса ЭП), так и жидком (трансформаторное, кабельное, конденсаторное масла, кремний и фторорганические жидкости), и газообразном состоянии (воздух, элегаз, водород, азот, аргон, неон, гелий). Агрегатное состояние вещества определяется расположением, характером движения и взаимодействия молекул. В газообразных веществах расстояние между молекулами во много раз больше размеров молекул. Молекулы перемещаются хаотически по всему занимаемому объему, собственным объемом не обладают. В жидких веществах (обладающих объемом, но не обл. формой) молекулы расположены беспорядочно возле друг друга. В твердых веществах (обл. собственным объемом и формой), молекулы расположены упорядоченно, вплотную друг к другу, они совершают хаотические колебания около положения равновесия. При переходе вещества из одного агрегатного состояния в другое молекулы вещества не изменяются, а изменяются расположение и характер движения молекул. Фазовый переход кристаллических веществ из жидкого состояния в твердое называется кристаллизацией.

Твёрдые вещества подразделяют: по структуре на: кристаллические, и аморфные (канифоль, смолы, каучуки). Физические свойства аморфных веществ: нет постоянной температуры плавления, по мере повышения температуры размягчаются, изотропны, т.е. их физические свойства одинаковы по всем направлениям, при низких температурах они ведут себя подобно кристаллическим телам, а при высокой ­– подобны жидкостям. Стекло при повышенных температурах или давлении может расстекловываться и превращаться в аморфно-кристаллический материал, называемый ситаллом. К аморфно-кристаллическим относят также опал, оксид кремния, жидкие кристаллы при определенных температурах.

Кристаллические делятся на: поликристаллические (металлы, графит) и монокристаллические (алмаз) П оликристаллические материалы состоят из большого числа сросшихся друг с другом мелких кристаллических зерен, связанных м/у собой силами сцепления, хаотически ориентированных в разных направлениях. Физические свойства:1) правильная форма, 2) постоянная температура плавления, 3) изотропность. Монокристаллы - анизотропные (свойства среды различны по всем направлениям) крупные одиночные кристаллы правильной геометрической формы с постоянной температурой плавления.

Применяемые в электронике П/П имеют монокристаллическую структуру, что означает, что по всему объему такого вещества атомы размещены в строго периодической последовательности на определенных постоянных расстояниях друг от друга, образуя кристаллическую решетку. Геометрический образ, описывающий трехмерную периодичность в размещении атомов в кристаллическом пространстве называется кристаллической решеткой. Внутреннее устройство кристаллов минерала, способ взаимного расположения составляющих их атомов, ионов, молекул называется кристаллической структурой. Габитус кристалла, придающий ему внешний облик называется кристаллографической формой. Число ближайших соседей, окружающих данный атом в кристаллической решетке и находящихся от него на одинаковом расстоянии, называется координационным числом. Кристаллическая решетка кремния и германия представляет собой наложение двух кубических гранецентрированных решёток.

Д ля оценки анизотропных свойств (окно 2) кристалла определяют внутри кристалла направления (проходящие через 2 узла) и положения плоскостей (проходящих через 3 узла КР) относительно трехмерной системы координат (х, у, z) и идентифицируют их системой индексов Миллера. В кубических кристаллах индексы (100) относятся к плоскости, параллельной осям Y и Z, индексы (001) – к плоскости, параллельной осям X и Y, а индексы (010) – к плоскости, параллельной осям X и Z. Направления обозначают теми же индексами, но в квадратных скобках. Положительное направление оси Х обозначают [100], положительное направление оси Y – [010], отрицательное направление оси Z – [00ī], диагональ куба [111].

Все окружающие нас вещества состоят из мельчайших частиц – атомов. В атоме вокруг ядра (из протонов и нейтронов) по орбитам движутся электроны (число которых = порядковому номеру элемента в т.Д.И. Менделеева). В нормальном состоянии атом содержит одинаковое число протонов и электронов и поэтому электрически нейтрален. Вращающиеся в атоме электроны, которые расположены на внешних орбитах связаны с ядром слабее, чем электроны, находящиеся на внутренних, близких к ядру орбитах. Они определяют химическую активность вещества, т.е. участвуют в создании химической связи между атомами. В образовании химических связей не участвуют электроны внутренней электронной оболочки атома. Виды химической связи, которые характерны для: проводников-металлическая, для полупроводников (Ge, Si) -ковалентная, (GaAs)- ковалентно-ионная), для диэлектриков (ионная, ковалентная, ков-ион.) Наиболее сильной является химическая связь ковалентная, наиболее слабой - молекулярная (органические соединения, отличающиеся низкими температурами плавления и кипения). В узлах КР с ковалентной связью находятся нейтральные атомы, с металлической связью- положительные ионы, в промежутках между которыми, находятся свободные электроны, с ионной связью - чередующиеся положительно и отрицательно заряженные ионы (окно 1).

(Окно 3) Кристаллов с идеально правильным строением в природе не существует. Реально наблюдаются отклонения расположения частиц. Отклонения могут быть временными (динамическими: механические, тепловые, ЭМ воздействие) и постоянными (статическими). К статическим относят: Атомные (точечные) дефекты – проявляются в виде незанятых узлов решетки – вакансий, в виде смещений атома из узла в междоузлие, в виде внедрения в решетку чужеродного атома или иона.

Дефекты по Шоттки связаны с образованием вакансии и выходом атомов из узлов на поверхность кристалла. Дефекты по Френкелю характеризуются вакансиями и атомами в междоузлиях.

Примесные дефекты: примесные атомы располагаются в междоузлиях (примесь внедрения) или в узлах (примесь замещения).

Протяженные дефекты: Искажение структуры кристалла, охватывающее достаточно большое число атомов в окрестности некоторой линии называется дислокацией. Дислокации (смещение) бывают краевые и винтовые. При повороте части кристалла на одно межатомное расстоянии в направлении некоторой оси появляется винтовая дислокация. Краевая возникает при сдвиге (скольжении) атомных плоскостей относительно друг друга). Дефекты и дислокации кристаллической решётки полупроводника появляются из-за несовершенства технологии выращивания кристаллов, из-за невозможности полностью очистить исходный материал от примесей. Дислокации уменьшают прочность кристалла, увеличивают проводимость, увеличивают пластичность. Трещины и поры относятся к поверхностным дефектам.

Атом называется возбужденным, если он поглотил квант энергии. Атом, электронная оболочка которого не заполнена, называется ионом. Атом, потерявший один или несколько электронов, становится положительно заряженным ионом. Атом, который присоединил к себе один или несколько электронов становится отрицательно заряженным ионом. Процесс отрыва электрона от атома или присоединения к нему лишнего электрона называется ионизацией. В 1913 году Н. Бор установил, что атом излучает или поглощает энергию только при переходе из одного стационарного состояния в другое. Атом может испускать фотоны. Де Бройль в 1923 году выдвинул гипотезу: движущиеся частицы обладают волновыми свойствами. В 1900 году М. Планк выдвинул гипотезу: энергия электронов в атоме может принимать вполне определенные дискретные значения, изменения энергий может происходить только скачкообразно. Отдельные атомы имеют дискретный энергетический спектр, т.е. электроны могут занимать лишь вполне определенные энергетические уровни. Так как атом находится в кристалле, вследствие обменного взаимодействия дискретные энергетические уровни изолированного атома расщепляются в энергетические зоны, состоящие из отдельных близко расположенных по энергии уровней, число которых соответствует числу однородных атомов в данном кристаллическом теле. Энергетические уровни валентных электронов при расщеплении образуют валентную зону (С , верх.рис. окно 5). Разрешенные энергетические уровни, свободные от электронов в невозбужденном состоянии атома, расщепляясь, образуют одну или несколько свободных зон. Нижнюю из свободных называют – зоной проводимости (А, верх. рис. окно5). Значение энергии разрешенного энергетического уровня в атоме определяется номером разрешенной орбиты. Разрешенные энергетические зоны разделены запрещенными зонами (В, рис. окно 5)– области значений энергии, которыми не могут обладать электроны в идеальном кристалле. Носители заряда, отвечающие за проводимость материала, могут находиться на энергетических уровнях зоны проводимости и валентной зоны.

Согласно принципу Паули на одном энергетическом уровне может находиться не более двух электронов, с противоположными спинами. Ширина разрешенных энергетических зон не зависит от размеров кристалла, а определяется лишь природой атомов, образующих твердое тело, и симметрией кристаллической решетки. Наибольшей шириной запрещенной зоны обладают диэлектрики (окно 5 верх. рис.3)(ΔW условно от 3 до 10 эВ), к полупроводникам относят вещества с ΔW от 0,1 до 3 эВ (окно 5, верх. рис.2). Запрещённая зона у проводников отсутствует на энергетической диаграмме, т.к. валентная зона и зона проводимости перекрываются (окно5, верх.рис.1). Запрещённая зона у полупроводников с повышением температуры уменьшается. При Т=0К полупроводник не обладает проводимостью, ведет себя как диэлектрик. Для появления электропроводности нужно электроны перевести из валентной зоны в зону проводимости (для этого повысить температуру, подать энергию эл. или магнитного поля, осветить кристалл). Незаполненные электронами уровни в валентной зоне образуют второй тип носителей заряда, равный по величине электрону проводимости, но имеющий положительный заряд – дырки. Носители заряда в полупроводнике, которые могут перемещаться по кристаллу, называются электронами проводимости. Дырки не перемещаются. Процесс одновременного образования свободных электронов проводимости и дырок называется генерацией.

Рекомбинация - это столкновение дырки и электрона проводимости, приводящее к их исчезновению и образованию нейтрального атома. Нейтральный атом – это атом, у которого заполнены все ковалентные связи. При фононной рекомбинации избыточная энергия электрона передаётся в виде тепла кристаллической решётке п/п, при фотонной рекомбинации избыточная энергия электрона излучается в виде квантов света. Так же рекомбинация бывает межзонная (при одновременном нахождении в одном и том же месте кристалла электрона проводимости и дырки, одинаковых, но противоположно направленных, импульсах электрона проводимости и дырки) и с помощью рекомбинационных ловушек, в качестве которых могут выступать примесные атомы и ионы (часто примесь золота), трещины, поверхностные и объемные дефекты. Значительно интенсивнее идет процесс рекомбинации на поверхности полупроводника.

По поведению в электрическом поле материалы делятся на: проводниковые, полупроводниковые, диэлектрические.

Полупроводниками называются такие материалы, которые по удельному сопротивлению занимают промежуточное положение между проводниками и диэлектриками. В электронике находят применение ограниченное число веществ Si, Ge, GaAs, Se. Многие применяют в качестве примесей B, P, S, As, Te, I и пр.). При температуре Т = 0 К удельное сопротивление полупроводника бесконечно большое (т.е. полупроводник превращается в диэлектрик). C повышением температуры проводимость увеличивается, т.к. увеличивается количество свободных носителей заряда. Электропроводность полупроводников зависит от концентрации и вида примесей, от внутренней структуры, от внешних воздействий (температура, свет, напряжение и т.д.). Именно полупроводники используются для производства активных ЭП. При описании процессов переноса заряда в полупроводнике пользуются следующими параметрами: Эффективные массы электронов проводимости m_n и дырок m_p, которые не совпадают с массой свободного электрона и зависят от направления движения заряженных частиц, учитывают сложный характер взаимодействия электрона с кристаллической решеткой при его движении под действием силы внешнего электрического поля. Характеристическая длина L (окно 9, ф.4)- это среднее расстояние, проходимое носителем до рекомбинации (диффузионная длина). Время жизни носителей заряда в полупроводнике (до рекомбинации), чем оно больше, тем менее быстродействующим будет электронный прибор (окно 9, ф.7). Подвижности электронов и дырок (ф.1, рис. окно 9) в полупроводнике, которые с ростом температуры сначала увеличиваются, затем уменьшаются (меньше становится степеней свободы). С увеличением концентрации примесей подвижность носителей заряда уменьшается. Большей подвижностью в полупроводнике обладают электроны. Энергия Ферми – уровень Ферми, энергетический уровень, вероятность заполнения которого электроном равна 0,5. (рис. окно 5 , ф.2,4,6 в окне 6).

На энергетической диаграмме собственного полупроводника (i-типа, безпримесного, например, 4- валентного кремния или германия) уровень Ферми находится вблизи середины запрещённой зоны (рис. окно 5). В собственном полупроводнике концентрации электронов проводимости и дырок находятся в следующей зависимости n_i=p_i (окно 6, ф.1) и с ростом температуры увеличиваются. Концентрация собственных носителей больше в полупроводнике с меньшей шириной запрещённой зоны, т.е. например у германия (ΔW=0,7 эВ , n_i=10¹⁹м^-3), по сравнению с кремнием (ΔW=1,12 эВ , n_i=10¹⁵м^-3), или арсенидом галлия (ΔW=1,43 эВ , n_i=10¹²м^-3).

Процесс контролируемого внедрения примесей в полупроводник называется легированием. Управлять электропроводностью кристалла могут примеси внедрения и замещения.

Фосфор, мышьяк, сурьма, висмут (5 валентные)– наиболее распространенные вещества, применяемые для кристаллов кремния и германия в качестве донорных примесей. Легирование собственного полупроводника донорной примесью изменяет проводимость полупроводника на электронную (n-типа). При ионизации донорного атома возникают подвижные носители заряда электроны проводимости - основные носители заряда, в этом случае в полупроводнике остаются и дырки- неосновные. На энергетической диаграмме полупроводника n–типа уровень Ферми располагается в запрещённой зоне вблизи дна зоны проводимости. (рис. окно 5 , ф.4 в окне 6). С увеличением концентрации донорной примеси в полупроводнике уровень Ферми приблизится ко дну зоны проводимости. При увеличении концентрации донорной примеси выше критической Уровень Ферми заходит в зону проводимости (вырожденные п/п).

Бор, алюминий, галлий, индий (III-валентные) – наиболее распространенные вещества, применяемые для кристаллов кремния и германия в качестве акцепторных примесей Легирование собственного полупроводника акцепторной примесью изменяет проводимость полупроводника на дырочную (р-типа), основные носители заряда – дырки, неосновные – электроны,т.е. с увеличением концентрации акцепторной примеси концентрация дырок увеличится, концентрация электронов проводимости уменьшится. Энергия ионизации примесных атомов меньше энергии ионизации собственных атомов полупроводника. Удельное сопротивление примесных полупроводников (хоть p-, хоть n‑ типа) меньше, чем собственных, соответственно проводимость больше. На энергетической диаграмме полупроводника р–типа уровень Ферми располагается в запрещённой зоне вблизи потолка валентной зоны. (ф.6 в окне 6). С увеличением концентрации акцепторной примеси в полупроводнике уровень Ферми приблизится к потолку валентной зоны. Уровень Ферми на энергетической диаграмме полупроводника р-типа при увеличении концентрации акцепторной примеси выше критической заходит в валентную зону (вырожденные п/п). Уровень Ферми при повышении температуры смещается в направлении середины запрещенной зоны, т.е электропроводность стремится к собственной… Появление собственной электропроводности в примесных полупроводниках ухудшает параметры ЭП.

Процесс переноса заряда в п/п может наблюдаться при наличии электронов как в ЗП, так и в ВЗ. Движение носителей заряда под действием ЭП в кристалле п/п называется дрейфом. Векторы скорости дрейфа дырок и напряжённости электрического поля сонаправлены (ф.2, окно 9). Векторы скорости дрейфа электронов проводимости и Е направлены противоположно. Плотность дрейфового тока J_др в п/п прямо пропорциональна напряженности электрического поля Е, обратно ~ уд. сопротивлению (закон Ома в дифференциальной форме j_др = sЕ, где s – уд. проводимость.ф.8, окно 9).

Направленное движение носителей заряда в п/п, обусловленное неравномерным их распределением, называется диффузией. Вектор плотности тока диффузии дырок (электронов) направлен в направлении уменьшения концентрации дырок (электронов проводимости). Удельная электропроводность примесных п/п определяется ф.5, окно 9.

(окно 7) Диэлектрики –вещества с наибольшим уд. сопротивлением, которое при увеличении t уменьшается. Основным свойством является способность к поляризуемости, которая используется в активных диэлектриках (сегнето, пара-, пироэлектрики, электреты). Пассивные диэлектрики используются в качестве изоляции, а так же в конденсаторах (слой между двумя проводниковыми пластинами). Газообрзные исп. для изоляции и в качестве хладагентов (воздух, водород, элегаз, азот, неон, аргон). К жидким относятся нефтяные масла (трансформаторное, кабельное и конденсаторое) и синтетические жидкие диэлектрики (хлордифинилы: совол, гексол; кремнийорганические; фторорганические жидкости). К твердым органическим диэл. относятся полимеры (высокомолекулярные соединения, совокупность большого количества имеющих одинаковое строение групп атомов, которые получаются в результате объединения друг с другом молекул сравнительно простых по своему составу веществ – мономеров), которые получают методами поликонденсации (процесс соединения мономеров с образованием полимера и выделением побочного продукта реакции) и полимеризации (без выделения побочных продуктов) при этом молекулярная масса и вязкость увеличивается, возрастает t_{плавления} и t_{кипения} (стирол – жидкий углеводород – полистирол – твердое вещество). Полимеры делят на 2 группы - линейные (сравнительно гибки и эластичны, при повышении t размягчаются, а затем расплавляются, растворяются в растворителях) и пространственные (обладают большей жесткостью, размягчаются лишь при высоких t и многие разрушаются не достигая t размягчения. Не растворимы в растворителях). Полимеры полученные поликонденсацией пространственной структуры: Фенолформальдегидные, полиэфирные, эпоксидные и полиамидные смолы. Пластмассы обладают высокими механическими характеристиками для изделий, не подвергающихся динамическим нагрузкам, хорошими э/из.свойствами, стойкостью к коррозии, химостойкостью, низкой гигроскопичностью. Электроизоляционные лаки это растворы пленкообразующих веществ: смол, битумов, высыхающих масел, эфиров целлюлозы или композиций этих материалов в органических растворителях. В процессе сушки лака из него испаряются растворители, а в лаковой основе происходят физико-химические процессы, приводящие к образованию лаковой пленки. По своему назначению электроизоляционные лаки делят на: пропиточные, покровные и клеящие. Эмали представляют собой лаки с введенными в них пигментами — неорганическими наполнителями (окись цинка, двуокись титана, железный сурик и др.). Пигменты вводятся с целью повышения твердости, механической прочности, влагостойкости, дутостойкости и других свойств эмалевых пленок. Эмали относятся к покровным материалам. Компаунды представляют собой изоляционные составы, которые в момент использования бывают жидкими, а затем отвердевают. Компаунды не имеют в своем составе растворителей. По своему назначению данные составы делятся на: пропиточные и заливочные. Первые из них применяют для пропитки обмоток электрических машин и аппаратов, вторые — для заливки полостей в кабельных муфтах, а также в электромашинах и приборах с целью герметизации. Компаунды бывают термореактивными (не размягчающимися после отвердевания) и термопластичными (размягчающимися при последующих нагревах). Эластомеры полимеры, обладающие высокоэластичными свойствами, материалы на основе каучука и близких к нему по свойствам веществ. Из-за малой стойкости к действию t, а также растворителей чистый каучук для изготовления электрической изоляции не употребляют. Для устранения этих недостатков каучук подвергают так называемой вулканизации, т.е. нагреву после введения в него серы.  К группе волокнистых материалов относятся листовые и рулонные материалы, состоящие из волокон органического (бумага, картон, фибра и ткань) и неорганического происхождения (асбест, стекловолокно:св. негорючесть и высокая нагревостойкость). Электроизоляционные лакированные ткани (лакоткани)- гибкие материалы, состоящие из ткани, пропитанной лаком или каким-либо электроизоляционным составом. В качестве пропиточных составов для лакотканей применяют масляные, масляно-битумные, эскапоновые и кремнийорганические лаки, а также кремнийорганические эмали, растворы кремнийорганических каучуков и др. Наибольшей растяжимостью и гибкостью обладают шелковые и капроновые лакоткани. Основными областями применения лакотканей являются: электрические машины, аппараты и приборы низкого напряжения. Лакоткани используют для гибкой витковой и пазовой изоляции, а также в качестве различных электроизоляционных прокладок. Слоистые пластики — материалы, состоящие из чередующихся слоев листового наполнителя (бумага или ткань) и связующего (бакелитовые, эпоксидные, кремнийорганические смолы и их композиции). Важнейшими из слоистых электроизоляционных пластмасс являются гетинакс, текстолит и стеклотекстолит на кремнийорганических и эпоксидных связующих (наибольшая нагревостойкость, лучшие электрические и механические характеристики, повышенная влагостойкость и стойкость к грибковой плесени). Стекла - неорганические изотропные аморфные вещества – представляют собой сложные системы различных окислов. Для волоконных световодов используют чистое (сердцевина) и легированное кварцевое стекло (оболочка). Керамика – группа твердых плотных материалов, получаемых спеканием неорганических солей (хлористые Al, Fe, Mg) с минералами (кварц, глинозем, тальк) и оксидами металлов. Металлизация керамики (обычно нанесением серебра методом вжигания) обеспечивает возможность осуществления спайки с металлом, что имеет особое значение для создания герметизированных конструкций. Слюда - Природный минерал сложного состава. Достоинство слюды - высокая термостойкость, высокие электроизоляционные характеристики. В электротехнике используют два вида слюд: мусковит КАl₂(АlSi₃О₁₀)(ОН)₂ и флогопит КMg₃(АlSi₃О₁₀(ОН)₂. Мусковит обладает лучшими э/из.св-вами, более мех.прочен, тверд, гибок и упруг. Многие флогопиты более нагревостойки. Используется как в виде щипаных тонких пластинок, в.т.ч. склееных между собой (миканиты) так и в виде слюдяных бумаг, в.т.ч. пропитанных различными связующими (слюдиниты или слюдопласты).

(окно 4) Активные диэлектрики: Сегнетоэлектрики - материалы, обладающие спонтанной поляризацией, направление которой может быть изменено с помощью внешнего электрического поля (E). В отсутствии внешнего ЭП сегнетоэлектрики имеют доменную структуру, то есть разбиваются на микроскопические области, обладающие спонтанной поляризацией. Ниже некоторой температуры (температуры Кюри) сегнетоэлектрики самопроизвольно поляризуются, и при этом деформируется их кристаллическая решетка. Выше температуры Кюри сегнетоэлектрики переходят в параэлектрическое состояние, и кристаллическая решетка становится симметричной. Изменение типа кристаллической решетки при переходе через точку Кюри принято называть фазовым переходом. В пьезоэлектриках возможны 2 эффекта: Прямой пьезоэффект – возникновение электростатических зарядов на пластинке, вырезанной из кристалла кварца, под действием механических напряжений. Эти заряды пропорциональны механическому напряжению, меняют знак вместе с ним и исчезают после снятия напряжений. Обратный пьезоэффект, когда под действием электрического поля возникает механическая деформация кристалла, причем величина механической деформации прямо пропорциональна напряженности электрического поля. Обратный пьезоэффект не следует смешивать с электрострикцией – деформацией диэлектриков под действием электрического поля E. Электрострикция наблюдается как в твердых диэлектриках, так и жидких, тогда как пьезоэффект наблюдается только в твердых диэлектриках с определенной кристаллической структурой. Электретами называют диэлектрики, длительное время сохраняющие электризованное состояние после окончания внешнего воздействия, вызвавшего электризацию. В зависимости от способов получения различают: термоэлектреты получают нагреванием материала с последующим охлаждением в сильном ЭП; радиоэлектреты – облучая радиоактивным излучением (неорганич.стекла); электроэлектреты – поляризацией в сильном поле без нагрева; криоэлектреты – при застывании органических растворов в ЭП; механоэлектреты – механической деформацией полимеров; трибоэлектреты- трением полимера (янтарь, эбонит, плексиглас); короноэлектреты - действием поля коронного разряда; фотоэлектреты – освещением. Применяют диэлектрики с большим ρ: полимеры (политетрафторэтилен, поликарбонат, полиметилметакрилат), керамика (титанаты магния и кальция). Пироэлектрики — кристаллические диэлектрики, обладающие самопроизвольной (спонтанной) поляризацией в отсутствие внешних воздействий. При изменении температуры величина спонтанной поляризации изменяется, что вызывает появление электрического поля, которое можно наблюдать до его компенсации свободными зарядами.

Проводник - вещество, обладающее высокой удельной проводимостью, малым или заданным удельным сопротивлением. Служат для проведения электрического тока (металлы высокой проводимости), изготовления резисторов, электронагревательных элементов (сплавы высокого сопротивления, полупроводниковые композиции).

Основным свойством для проводников является электропроводность (измеряется в См) или удельная проводимость (в См/м), которая с ростом температуры уменьшается (соответственно величина, обратная электропроводности,- сопротивление (Ом) (или удельное сопротивление (Ом×м) - возрастает). Металлы обладают наибольшей теплопроводностью. В некоторых материалах наблюдается свойство сверхпроводимости - при охлаждении их ниже определенной температуры Т _кр (и при определенной напряженности магнитного поля) уменьшается ρ до нуля.(окно11, кривая 4).

(окно 10) Металлы и сплавы высокой проводимости используются для электродов, жил кабелей, проводов, контактов. Сплавы: латунь-(медь и цинк), бронза (медь и любой элемент, кроме цинка и никеля), «дуралюмин» - сплав Al , Cu и Mg (деформируемый прочный сплав, пригодный для штамповки и используемый для изготовления листов, профилей и т.п. ), «силумин», представляющий собой сплав Al с кремнием, с добавкой магния и марганца, пригоден только для литья, т.к. они достаточно текуч, обладает малой усадкой и не образует горячих трещин. Сталь - деформируемый железоуглеродистый сплав, содержание С <2,14% (0,05-1,5%). Сплавы с содержанием C> 2.14 % называются чугуном. В силу своего строения не поддается ковке, зато обладает лучшими литейными качествами, меньшей усадкой, более низкой t плавления (около 1000 °С). Тугоплавкие: ним относятся металлы с tпл> 1700°С. Как правило, они химически устойчивы при низких t, но становятся активными при повышенных (молибден, вольфрам, тантал, титан). К благородным металлам относят золото, серебро, платину и металлы платиновой группы (рутений Ru, родий Rh, палладий Pd, осмий Os и иридий Ir). Эти металлы названы благородными за их красивый внешний вид и высокую химическую стойкость. Металлы платиновой группы применяются в качестве проводников и контактов для коррозионно-устойчивых покрытий, электродов ФЭ. Ag применяют также для непосредственного нанесения на диэлектрики в качестве обкладок в производстве керамических и слюдяных конденсаторов. Ag-контакты нельзя применять в присутствии S и сернистых соединений, а так же рядом с эбонитом и резиной. Ag подвержено эрозии и имеет низкие параметры дуги, контакты могут свариваться при коммутировании больших I, не рекомендуется применять сереб. контакты при большой f включений из-за быстрого износа. Аu часто применяют в виде примесей для увеличения быстродействия, в качестве покрытий. Иридий, рутений и осмий наиболее тугоплавкие и хрупкие. Применяют в качестве легирующих добавок, повышающих прочность Pt и палладия.

Пайку осуществляют с целью создания механически прочного (герметичного) шва, с целью получения постоянного (не разрывного или скользящего) контакта. В качестве высокотемпературных припоев используют сплавы на основе серебра ( ПСР) для пайки ответственных изделий ЭТ (стальных медных серебряных, платиновых деталей, из латуней и бронз) и ПМЦ-36 (36% меди) –медно-цинковые – t плавления от 779 до 920 ⁰. Для низкотемпературной пайки (до 400 град) применяют мягкие припои: оловянно-свинцовые (ПОС) –олова от18% до 90%, ПОССу (с сурьмой) – лучше прочность, ПОСК (с кадмием) – выше проводимость и мех. прочность. Используют для пайки внутренних выводов корпусов микросхем, проволочных выводов навесных элементов, герметизации корпусов, лужения наружных выводов ИМС…

Для пайки при температурах меньше 100 град. применяют сплав Вуда /Sn-12.5, Pb-25, Bi -50, Cd-12.5 / температура плавления 60,5 0.….не обеспечивают высокой прочности – хрупкие.

Флюсы: растворяют и удаляют окислы и загрязнения с поверхности спаиваемых металлов, защищают в процессе пайки поверхность металла, а также расплавленный припой от окисления, уменьшают поверхностное натяжение расплавленного припоя, улучшают растекаемость припоя и смачиваемость им соединяемых поверхностей. По действию оказываемому на припаиваемый материал, флюсы делят на: Активные (кислотные)- на основе соляной кислоты, фтористых, хлористых соединений металлов (они активно растворяют оксидные пленки на поверхности металла, благодаря чему обеспечивается хорошая адгезия и высокая механическая прочность спая. Остаток флюса вызывает коррозию спая и основного металла, поэтому их применяют когда возможна тщательная промывка и полное удаление флюса). Бескислотные флюсы – канифоль и на ее основе с добавлением спирта или глицерина. Активированные – на основе канифоли и небольшого кол-ва солянокислого или фосфорнокислого анилина, салициловой кислоты, солянокислого диэтиламина. Позволяет проводить пайку без предварительного удаления окислов после обезжиривания. Антикоррозийные изготовляют на основе фосфорной кислоты с добавлением различных органических соединений и растворителей, а также флюсы на основе органических кислот. Остатки этих флюсов не вызывают коррозии (например, флюс ВТС)

Контактные материалы: для слаботочных контактов обычно используют благородные или тугоплавкие металлы: Ag, Pt, Pa, Au, W и сплавы на основе этих металлов. Для получения неокисляемых, твердых контактов со слабой эрозией в Au добавляют Ag (до 50%), Ni и цирконий, Pt. Для сильноточных контактов чистые металлы не применимы - используют т.н. псевдосплавы, получаемые методами порошковой металлургии. Псевдосплав - спеченная смесь двух порошков, один из которых является более тугоплавким. Используют следующие псевдосплавы: Ag-окись кадмия, Ag -графит, Ag -Ni, Ag -W, Cu-графит, Cu-W. Идеальных материалов для контактов - нет.

Сплавы высокого сопротивления. Помимо высокого R от таких материалов требуются высокая стабильность ρ во времени, малый ТКρ . Желательно, чтобы такие сплавы были дешевыми и по возможности не содержали дефицитных компонентов. Манганин - Cu- 85%, Mn- 12% и Ni- 3%; Cплав для образцовых резисторов и для электроизмерительных приборов. Предельная допустимая рабочая t<200°С. Хорошо вытягивается в тонкую проволоку до диаметра 0,02 мм. Константан

Сплав: 60% меди и 40% никеля; название объясняется значительным постоянством ρ при изменении t (при t<450⁰C). Используют для реостатов, термопар, т.к. в паре с Cu и Fe приобретает большую термо-ЭДС. Сплавы на основе железа -жаростойкие сплавы (для нагревательных элементов печей, плит, паяльников): Нихромы, Ферронихромы, Фехрали, Хромали. Нихромы технологичны: их можно протягивать в тонкую проволоку или ленту, они имеют высокую рабочую t. Хромо-алюминиевые сплавы намного дешевле нихромов, однако эти сплавы менее технологичны, более тверды и хрупки. Они в основном используются для электронагревательных устройств большой мощности.

Наряду с металлами и сплавами в качестве резистивных, контактных и токопроводящих элементов используются неметаллические проводящие материалы (окно12). Прежде всего это проводящие модификации углерода( графит, антрацит, сажа, стеклоуглерод, пиролитический углерод и пр. Для производства электроугольных изделий сырье измельчают в порошок, смешивают со связующим веществом, формуют, обжигают, после чего изделия приобретают механическую прочность и твердость, допускают мех.обработку. Угольные изделия имеют ТК ρ<0. Графит – аллотропная модификация C с малым ρ, значительной теплопроводностью, стойкостью к агрессивным средам, высокой нагревостойкостью, легкостью механической обработки. Изделия из графита могут эксплуатироваться до температуры 2500 град. (Температура плавления 3900). В последние годы открыты новые модификации чистого углерода - т.н. фуллерены. Это соединения многих атомов углерода Сn , где n-60, 70 и т.д. Эти атомы соединены так, что образуется сфера из них, с пустотой внутри. Протяженные структуры, состоящие из свернутых гексагональных сеток с атомами углерода в узлах называют нанотрубками. Свойства нанотрубок можно менять 1)путем заполнения их другими веществами, 2)путем изменения хиральности (угла ориентации графитовой плоскости относительно оси трубки), 3) путем изменения порядка размещения атомов.

Композиционные проводниковые материалы - смесь проводящего наполнителя с диэлектрической связкой. Путем изменения состава и характера распределения компонентов можно управлять электр. свойствами материалов в широких пределах. Особенность – f-зависимость проводимости и старение при длительной нагрузке. Контактолы – используются в качестве токопроводящих клеев, красок, покрытий и эмалей, маловязкие и пастообразные полимерные композиции, используют для получения контактов между металлами, металлами и полупроводниками, создания электродов на диэлектриках, экранирования помещений и приборов от помех, для токопроводящих коммуникаций на диэлектрических подложках, в гибких волноводах и др. Керметы – металлодиэлектрические композиции с неорганическим связующим. Предназначены для изготовления тонкопленочных резисторов. Наиб. распр. получила композиция – Сr-SiO.

(окно 8)Магнитные материалы. Согласно поведению в МП все магнитные материалы делятся на две основные группы – магнитно-мягкие (МММ) и магнитно-твердые (МТМ). МММ характеризуются большими значениями начальной и максимальной магнитной проницаемости и малыми значениями коэрцитивной силы (меньше 1000 А/м). Они легко намагничиваются и размагничиваются, отличаются малыми потерями на гистерезис. Чем чище МММ, тем лучше его магнитные характеристики.  МТМ обладают большой коэрцитивной силой (больше 4000А/м) и остаточной индукцией (больше 0.1 Тл). Они с большим трудом намагничиваются, но зато могут долго сохранять магнитную энергию, т.е. служить источниками постоянного МП. По составу все магнитные материалы делятся на металлические, неметаллические, магнитодиэлектрики. Металлические магнитные материалы это чистые металлы (железо, кобальт, никель) и магнитные сплавы некоторых металлов. Неметаллические магнитные материалы – ферриты, получаемые из порошкообразной смеси окислов железа и окислов других металлов. Oпрессованные ферритовые изделия подвергаются отжигу, в результате чего они превращаются в твердые монолитные детали. Магнитодиэлектрики представляют собой композиционные материалы, состоящие из 60-80% порошкообразного магнитного материала и 40-20% диэлектрика. Ферриты и магнитодиэлектрики отличаются от металлических магнитных материалов большими ρ(10²-10⁸ Ом·м), от чего потери на вихревые токи малы. Это позволяет использовать их в ВЧ технике.

Пространство вблизи магнита или проводника, по которому протекает ток, называется магнитным полем (МП), которое характеризуется напряженностью магнитного поля Н, (А/м). Количественную оценку магнитных свойств принято давать по относительной магнитной проницаемости, температуре Кюри- t фазового перехода, при нагреве до которой, вещества теряют магнитные свойства, доменная структура ферромагнетика распадается, спонтанная намагниченность исчезает, ферромагнетик превращается в парамагнетик. Явление гистерезиса – зависимость магнитных свойств от предшествующего состояния. Если рассматривать кривую намагничивания, то можно выделить 3 участка. На I и II уч. наблюдается pост тех доменов, магнитные моменты котоpых оpиентиpованы по полю, размеpы же доменов с моментами, напpавленными пpотив поля, уменьшаются. I стадия обpатима: пpи снятии H домены восстанавливают свои пpежние pазмеpы. На III стадии магнитные моменты доменов повоpачиваются в напpавлении поля. Пpи дальнейшем увеличении H пpоисходит пpоцесс насыщения. "паpапpоцесс". В монокристаллах ферромагнетиков существуют направления легкого и трудного намагничивания. Это явление называется магнитной анизотропией. Росту доменов препятствует магнитострикция - деформация кристаллической решетки под воздействием магнитного поля. Остаточная индукция Вr,(Тл) количественно оценивается величиной намагниченности, сохраняющейся в образце после того, как он был намагничен внеш. магн. полем до насыщения, а затем напряженность поля сведена до нуля. Величина существенно зависит от формы образца, его кристаллич. структуры, t, мех. воздействий (удары, сотрясения и т.п.) и др. факторов. Степень прямоугольности петли гистерезиса оценивается коэффициентом прямоугольности а=В_r/В_мах. Идеально а=1, реально 0,85…0,98. Коэрцитивная сила Hс (А/м)-напряженность поля, необходимая для изменения индукции МП от значения Br до нуля. Зависит от магнитной, кристаллографич. и др. видов анизотропии в-ва, наличия дефектов, способа изготовления образца и его обработки, а также внеш. условий, напр. t. Для размагничивания образца материала необходимо: 1.Чтобы магнитная индукция В достигла нуля

2.Чтобы вектор напряженности магнитного поля н изменил свое направление на обратное.

Лист 3 Резисторы

Резисторы являются элементами РЭА и могут применяться как дискретные компоненты или как составные части ИС. Принцип действия резисторов основан на использовании свойства материалов оказывать R протекающему через них I. Особенностью резисторов является то, что электрическая энергия в них превращается в тепло, которое рассеивается в окружающую среду. Параметры резисторов характеризуют эксплуатационные возможности применения конкретного типа резистора в конкретной электрической схеме.

Номинальное сопротивление R_ном   и его  допустимое отклонение от номинала ±∆R являются основными параметрами резисторов.

Номинальная мощность рассеивания Р_ном определяет допустимую электрическую нагрузку, которую способен выдержать резистор в течение длительного времени при заданной стабильности сопротивления.

К ак уже отмечалось, протекание тока через резистор связано с выделением в нем тепла, которое должно рассеиваться в окружающую среду. Мощность, выделяемая в резисторе в виде тепла, определяется величиной приложенного к нему напряжения U и протекающего тока I и равна P_ВЫД = UI . Мощность, рассеиваемая резистором в окружающую среду, пропорциональна разности температур резистора T_R и окружающей среды Т_O и зависит от условий охлаждения резистора, определяемых величиной теплового сопротивления R_т которое тем меньше, чем больше поверхность резистора и теплопроводность материала резистора.

Предельное рабочее напряжение U_ПРЕД  определяет величину допустимого напряжения, которое может быть приложено к резистору. Для резисторов с небольшой величиной сопротивления (сотни Ом) эта величина определяется конструкцией резистора и рассчитывается по формуле в 1 окне.

Температурный коэффициент сопротивления (ТКС) (6 окно) характеризует относительное изменение сопротивления при изменении температуры Он может быть как положительным, так и отрицательным. Если резистивная пленка толстая, то она ведет себя как объемное тело, сопротивление которого с ростом температуры возрастает.

В цепи переменного тока ток и напряжение на резисторе совпадают по фазе. Эквивалентное сопротивление последовательно соединенных резисторов определяется формулой 2 в окне 2

По назначению дискретные резисторы делятся на резисторы общего назначения, прецизионные (допуск от +/-0,001% до 1%), высокочастотные (f до ГГц), высоковольтные (U-кВ) и высокоомные (R ном до ТОм).

По постоянству значения сопротивления резисторы подразделяются на постоянные, переменные и специальные. Постоянные резисторы имеют фиксированную величину R, у переменных резисторов предусмотрена возможность изменения R в процессе эксплуатации, R специальных резисторов изменяется под действием внешних факторов: приложенного напряжения (варисторы), температуры (терморезисторы), освещения (фоторезисторы) , магнитного поля (магниторезисторы), механических воздействий (тензорорезисторы).

Варисторы R=f(U) изготавливаются путем спекания кристаллов карбида кремния (SiC) и связующих веществ. В готовой структуре варистора между кристаллами кремния существуют мельчайшие зазоры. При приложении к варистору внешнего напряжения происходит перекрытие этих зазоров, в результате чего сопротивление варистора уменьшается. Типичный вид вольт - амперной характеристики показан на рис в окне 3. Параметрами варистора являются: номинальные напряжение U_ном и ток I_ном: статическое сопротивление;  дифференциальное сопротивление;   коэффициент нелинейности.   

Терморезисторы - это полупроводниковые R=f(t) Параметрами терморезистора являются: номинальное сопротивление R_и при T=20^oC,    TKC,    P_max; постоянная времени τ , численно равная времени, в течение которого температура резистора при перенесении его из воздушной среды с t=0^o С в воздушную среду с t=100^o С изменяется на 63%. Терморезисторы с положительным ТКС называются позисторами (окно 6) ВАХ- Б, темп. хар-ка 2.

Фоторезисторы - это полупроводниковые резисторы, сопротивление которых меняется под воздействием светового потока Ф(лм). Фотоприемники характеризуются не только ВАХ, но и частотными и спектральными характеристиками. ФР используются в качестве датчиков освещенности в системах телеметрии (окно7) .

Тензорезисторы — это резисторы, сопротивление которых меняется под влиянием механических воздействий. Исп. для измерения деформаций.

Магииторезисторы - это R с резко выраженной зависимостью сопротивления от магнитного поля (B,Тл) или Н (А/м).

По виду токопроводящего элемента резисторы делятся на проволочные и непроволочные.

Основным элементом конструкции постоянного резистора является резистивный элемент, который может быть либо пленочным, либо объемным. Величина объемного сопротивления материала определяется количеством свободных носителей заряда в материале, температурой, напряженностью поля и т.д. и определяется известным соотношением R=ρl/S где ρ- удельное электрическое сопротивление материала,    l - длина резистивного слоя,    s - площадь поперечного сечения резистивного слоя.

В чистых металлах всегда имеется большое количество свободных электронов, поэтому они имеют малую величину ρ и для изготовления резисторов не применяются. Для изготовления проволочных резисторов применяют сплавы никеля, хрома и т.д., имеющие большую величину ρ.

Резисторы гибридных ИС изготавливаются в виде резистивных пленок, наносимых на поверхность подложки. Эти резисторы могут быть тонкопленочными (толщина порядка 1 мкм) и толстопленочными (толщина порядка 20 мкм).

Для расчета сопротивления тонких пленок пользуются понятием удельного поверхностного сопротивления ρ_s , под которым понимается сопротивление тонкой пленки, имеющей в плане форму квадрата, зависящее от толщины пленки d и имеющее размерность Ом/ _(Ом/квадрат). Форма резистора (меандр или прямоуг) определяется коэффициентом формы Кф.

Переменные резисторы (окно 4) могут иметь разный закон изменения сопротивления в зависимости от угла поворота оси α. У линейных резисторов (типа А) сопротивление зависит от угла поворота линейно. У логарифмических резисторов (тип Б) сопротивление изменяется по логарифмическому закону, а у резисторов типа В - по обратнологарифмическому (экспоненциальному). Кроме того, существуют резисторы, у которых сопротивление изменяется по закону синуса (тип И) или косинуса (тип Б). Схемы включения переменного резистора для регулировки тока (реостат) и напряжения (потенциометр Uвых=UвхR2/(R1+R2)) приведены также в окне 4.