6. Пассивные и активные диэлектрики. Сегнетоэлектрики.

Пассивные или линейные диэлектрики характеризуются отсутствием зависимости относительной диэлектрической проницаемости от напряженности электрического поля меньшей величины электрической прочности диэлектрика. Пассивные диэлектрики — это электроизоляционные материалы. Иными словами, удельное электрическое сопротивление должно стремиться к максимуму. При этом следует различать два случая: если материал используется только как электрический изолятор, то относительную диэлектрическую проницаемость стремятся уменьшить до минимума. Это будет способствовать уменьшению вероятности возникновения паразитных наводок в электрической схеме. Кроме того, при использовании пассивного диэлектрика в печатных платах уменьшение ε способствует увеличению быстродействия; если пассивный диэлектрик используется как конденсаторный материал, то относительную диэлектрическую проницаемость стремятся увеличить до максимума, так как это приводит к увеличению электрической энергии (W), запасенной в конденсаторе. Представители пассивных диэлектриков: оксид алюминия (Al₂O₃), оксид магния (MgO), диоксид кремния (SiO₂), полиэтилен, полипропилен, тефлон Активные диэлектрики — диэлектрики, у которых имеются специфические зависимости ε, γ, коэффициента прохождения электромагнитной волны через материал, а также показателя преломления света от напряженности электрического поля. Активный диэлектрик также называется нелинейным или управляемым, так как его свойства изменяются под воздействием электрического поля или другого внешнего энергетического фактора.

Сегнетоэлектрики. Главное свойство сегнетоэлектриков — наличие зависимости относительной диэлектрической проницаемости от напряженности электрического поля. Сегнетоэлектрики имеют доменную структуру, причем в пределах каждого домена все электрические дипольные моменты сориентированы друг относительно друга. Сегнетоэлектрики относятся к полярным диэлектрикам с упорядоченным расположением дипольных электрических моментов. сегнетоэлектрики характеризуются сверхбольшими значениями относительной диэлектрической проницаемости, достигающими величины 10⁵. Представители: титанат бария (BaTiO₃), титанат кальция (СaTiO₃), титанат стронция (SrTiO₃) и другие. Сегнетоэлектрики используются для создания варикондов (нелинейных конденсаторов), для которых характерна зависимость емкости от напряженности электрического поля.

7. Элементы зонной теории твердого тела.

Согласно принципу Паули, сформулированному крупнейшим физиком-теоретиком ХХ века В. Паули, на каждом энергетическом уровне может находиться не более двух электронов с антипараллельными спинами. Подобное утверждение вытекает из общей формулировки принципа Паули: в любом заданном состоянии может находиться не более одного электрона, определенного квантовыми числами: l, n, m, s. l, n, m — определяют орбиту электрона в атоме; s — определяет спин электрона (↓↑). Если в случае изолированного атома электроны занимают определенные энергетические уровни, то в твердом теле вследствие взаимного влияния всей совокупности электронов уровни расщепляются на подуровни и образуются зоны — заполненная (валентная), запрещенная (энергетическая щель) и свободная (зона проводимости) (рис. 3.8). Электрон в свободной зоне более слабо связан с ядром, т. е. он «квазисвободен». Отсюда следует второе название зоны — «зона проводимости». Зоны могут перекрываться или заполняться частично, что характерно для проводников, имеющих высокую концентрацию квазисвободных электронов. Ширина запрещенной зоны (∆W) важная характеристика материала. ∆W измеряется в электрон-вольтах [эВ]. 1 эВ = 1,6·10^{- 19} Дж — это энергия, которую приобретает электрон, проходя в пространстве расстояние между точками, разность потенциалов которых равна 1 В.