Питомий опір провідників

Для провідників зі сталим поперечним перерізом S та довжиною L питомий опір обчислюється за формулою

. (1)

Розмірність питомої провідності 1/(Омм) або См/м (сименс на метр), а розмірність питомого опору Омм. Для вимірювання ρ провідникових матеріалів зручно користуватись позасистемною одиницею Оммм²/м; очевидно, що провід з матеріалу довжиною 1м з поперечним перерізом 1мм² має опір в омах, що чисельно дорівнює ρ матеріалу в Оммм²/м. Замість цієї одиниці доцільно вживати рівну їй за величиною одиницю системи СІ мкОмм.

Питомий опір чистих металів, кристалічна решітка яких найбільш досконала, має найменші значення ρ. Введення домішок і сплавлення металів призводять до змін кристалічної решітки і збільшення ρ. Питомий опір сплавів вищий (до 10 мкОмм), ніж у чистих металів. Діапазон значень питомого опору металевих провідників складає три порядки.

Питомий опір провідників залежить від багатьох чинників: від температури, деформації, магнітного поля, тиску і інших факторів.

На високих частотах спостерігається нерівномірний розподіл електричного струму по перетину провідників. Щільність струму максимальна на поверхні і убуває у міру проникнення в глиб провідника (Рис.5) . Це явище отримало назву поверхневого ефекту (скін-ефекту).

Н ерівномірний розподіл струму|току| пояснюється|тлумачить| дією маг­нітного| поля того ж провідника. Зчеплений з|із| дротом|проводом| магнітний потік пропорційний|пропорціональний| струму|току|:

Ф = Li (2)

де L — індуктивність провідника.

Зміну магнітного потоку викликає|спричиняє| появу э. д. с. само­індукції

|

е = — L (3)

Э. д. с. самоіндукції має напрям|направлення|, протилежний струму|току| в дроті|проводі| і гальмує його зміну відповіднодо закону Ленца. При проходженні змінного струму |току|змінне магнітне поле виникає| як поза|зовні| провідником, так і усередині|всередині|нього, причому по відношенню до цього поля різні ділянки перетину дроту|проводу| знаходяться|перебувають| не в рівних| умовах. Дійсно, потокосцеплення максимально для внутрішньої центральної жили і мінімально для поверхневих|поверхових| шарів провідника. Тому э. д. с. самоіндукції максимальна в центрі провідника і затухає у напрямі до поверхні. Відповідно і щільність струму|току| найсильніше ослабляється в центральних частинах|частках| провідника. Із|із| зростанням|зростом| частоти «витіснення» струму|току| до поверхні провідника виявляється сильніше, оскільки|тому що| э. д. с. самоіндукції пропорційна|пропорціональна| частоті. При високих частотах щільність струму|току| у всіх частинах|частках| перетину, за винятком невеликого поверхневого|поверхового| шару, практично дорівнює нулю|нуль-індикатору|. Оскільки центральна частина|частка| перетину провідника майже не використовується|, активний опір дроту|проводу| при проходженні по ньому змінного струму|току| більше, ніж його активний опір при постійному струмі|току|. |току|

Опір тонкіх плівок

Металеві плівки широко використовуються в мікроелектроніці в якості| міжелементних з'єднань|сполучень|, обкладинок конденсаторів, магнітних і резистивних елементів інтегральних схем. Електричні властивості тонких плівок металів і сплавів можуть значно відрізнятися від властивостей об'ємних зразків|взірців| |вихідних| провідникових матеріалів. Одній з причин такої відмінності є| різноманітність структурних характеристик тонких плівок, які отримують| методом конденсації молекулярних пучків у високому ваку­мі|.

На рис.6 приведено зображення ділянки плівки алюмінію отримане за допомогою скануючего мікроскопа. На рис.7 приведено зображення ділянки розміром 5х5 мкм плівки міді.

Рис.6. Сруктура плівки алюмінію Рис.7.Структура плівки міді

При зміні умов конденсації структура плівок, що утворюються, може змінюватися від гранично неврегульованого | стану|достатку| (аморфний конденсат) до структури монокристалічного шару (епітаксіальні плівки). Інша причина зміни властивостей матеріалу в плівковому стані|достатку| пов'язана з проявом|виявом| розмірних ефектів, тобто із|із| зростаючою роллю по­верхневих| процесів в порівнянні з об'ємними|обсяг|. Зокрема, в електропровідності розмірний ефект виникає у тому випадку, коли товщина плівки виявляється|опиняється| порівняною | з|із| середньою довжиною вільного пробігу електронів. У цих умовах до­пущення| про незалежність опору матеріалу від геометричних розмірів зразка|взірця| стає несправед­ливим|.

Структура плівок зазнає істотні зміни на різних стадіях їх конденсації. На рис..6 приведені типові залежності питомого опору р від товщини плівки. Пунктиром показані значення р для об'ємного зразка провідника. У більшості плівок у функціональній залежності спостерігаються три різні області. Область - І відповідає товщині близько 0,1 мкм і вище. У цій області питомий опір близький до опору масивного зразка. Область - ІІ охоплює діапазон зміни від 10^-1 до 10^-2 мкм. На цій ділянці питомий опір плівки вже істотно більше опору масивного зразка. Область -ІІІ, відповідна товщині близько 10^-3 мкм, характеризується дуже високим питомим опором.