
книги из ГПНТБ / Брук В.А. Производство полупроводниковых приборов учебник для подготовки рабочих на пр-ве
.pdfУвеличение тока будет происходить до тех пор, пока аі + а г = І.При аі + а2=1 происходит переключение.
Напряжение, при котором выполняется условие аі + а2=1, назы вают напряжением переключения Unp. На вольтамперной характе ристике появляется участок отрицательного сопротивления, ток через структуру увеличивается, а напряжение уменьшается. Если через структуру проходит ток 1^1 выкл, то (аі + а 2 ) > 1 .
Переключение прибора из закрытого состояния в открытое про исходит не только при подаче на прибор напряжения, превышаю щего напряжение переключателя. Можно переключать прибор из закрытого состояния в открытое и путем подачи тока на третий управляющий электрод, имеющий вывод от одной из внутренних областей структуры.
При подаче на управляющий электрод напряжения полярности, соответствующей смещению эмнттерного перехода п — р — «-тран зистора в прямом направлении, в цепи управляющего электрода течет ток управления г'о. Этот ток суммируется с общим током при бора в закрытом состоянии и, следовательно, увеличивает коэффи циент усиления по току, что приводит к снижению напряжения переключения.
Ток io, вызывающий снижение напряжения переключения до
величины, |
соответствующей |
прямой ветви |
тиристора |
(спрямление |
|
характеристики), |
называют |
включающим |
током |
управляющего |
|
электрода |
/упр, или |
током |
управления. |
|
|
Основные электрические параметры управляемых кремниевых тиристоров Д235А—Д235Г приведены в табл. 16.
Т а б л и ц а 16
Основные электрические параметры управляемых кремниевых тиристоров Д235А — Д235Г
|
Н а п р я ж е н и е |
Остаточное |
В к л ю ч а ю щ и й |
т о к |
|||||||
|
н а п р я ж е н и е |
у п р а в л я ю щ е г о э л е к |
|||||||||
|
переключения |
У о с т , |
|
- " Р н |
т р о д а / у п р > |
ма, |
п р и |
||||
Т и п |
U |
в. |
при |
в |
н а п р я ж е н и и на |
п р и |
|||||
|
|
|
' У П Р = |
0 |
И |
боре -f- |
10 |
в |
|||
тиристора |
' v n p |
= |
° |
||||||||
т о к е , |
прохо |
|
|
|
|||||||
|
( Г и з м е н я е т с я |
д я щ е м |
|
через |
Г = 2 5 + |
Г = — 6 0 + |
|||||
|
от |
—60 |
прибор |
|
1—2 |
a |
|||||
|
д о + 1 0 0 ° С) ( Г = 2 5 ± 1 0 ° С ) |
± 1 0 ° С |
+ 5 ° С |
Обратное на п р я ж е н и е
^ о б р . |
|
" Р И |
/ У П Р |
= |
° * |
' о б р = |
5 |
м а |
(T и з м е н я е т с я |
||
от —60 , |
||
д о + 1 0 0 ° |
С) |
Д235А |
40 |
2 |
20 |
50 |
|
Д235Б |
60 |
2 |
20 |
50 |
|
Д235В |
40 |
2 |
20 |
50 |
40 |
Д235Г |
80 |
2 |
20 |
50 |
80 |
§ 33. ФОТОДИОДЫ, |
ФОТОТРАНЗИСТОРЫ |
И |
|
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ |
|
ИСТОЧНИКИ |
СВЕТА |
|
|
|
|
Фотодиодами и фототранзисторами называются полупроводни ковые приборы, которые преобразуют световую энергию в электри ческую. Фотодиоды и фототранзцсторы представляют собой группу полупроводниковых приборов с одним и двумя р — «-переходами,
способных реагировать на внешнее световое излучение. Принцип действия этих приборов основан на изменении величины обратного тока р — «-перехода под действием электромагнитного излуче ния.
Если внешнее излучение падает на базу фотодиода или эмит тер, базу или коллектор фототранзистора, под воздействием внеш
него света в этих областях полупроводникового |
кристалла образу |
|||||||
ются |
пары |
электрон — дырка, |
которые, |
|
||||
диффундируют к р — «-переходу и увели |
|
|||||||
чивают общий |
ток, |
протекающий через |
|
|||||
р — «-переход. В фотодиоде это приводит |
|
|||||||
к возрастанию обратного тока р — «-пере- |
|
|||||||
хода, |
а |
в фототранзисторе — к |
увеличе |
|
||||
нию |
обратного |
тока |
коллектора. |
Таким |
|
|||
образом, |
при |
освещении |
р — «-перехода |
|
||||
внешним |
источником, |
его |
вольтамперная |
|
||||
характеристика |
изменяется. Изменения |
|
||||||
характеристики |
зависят от |
интенсивности |
|
|||||
и длины |
волны |
падающего |
света, |
геомет Рис. |
50. Вольтамперные |
рических размеров и физических |
парамет |
характеристики |
фото |
|
ров р — «-перехода, а также направления |
диода для |
|
различных |
|
падения светового потока на поверхность |
световых |
потоков |
||
|
|
|
||
полупроводникового кристалла. |
|
|
|
|
Электрические парметры фотодиодов |
и фототранзисторов разде |
|||
ляются на темновые и световые. Темновые параметры, |
измеряемые |
|||
при отсутствии внешнего света |
(т. е. в |
темноте), соответствуют |
параметрам обычных диодов и транзисторов. Световые параметры измеряются при фиксированных значениях внешнего излучения, падающего на полупроводниковый кристалл.
На рис. 50 приведены вольтамперные характеристики фотодио да для различных значений световых потоков Ф. При отсутствии светового потока (Ф—0) вольтамперная характеристика фотодиода совпадает с вольтамперной характеристикой выпрямительного диода.
При световом потоке Ф = Ф ( вольтамперная характеристика фотодиода смещается относительно оси ординат и оси абцисс. Если световой поток, падающий на поверхность полупроводникового кристалла, возрастает ( Ф з > Ф г > Ф і ) , происходит еще более значи тельный сдвиг вольтамперной характеристики фотодиода, что сви детельствует об увеличении обратного тока фотодиода пропорцио нально световому потоку.
Ток освещенного фотодиода
|
qU |
|
|
|
|
1=1s \ e кТ |
1 |
|
|
где Isобратный |
ток неосвещенного р — «-перехода; I L — ток до |
|||
полнительных |
носителей заряда, созданных |
светом; |
q — заряд |
|
электрона; |
U — напряжение, |
приложенное |
к р — |
«-переходу; |
6 З а к а з 305 |
81 |
Т — температура, 0 К; к— постоянная Больцмана; е — основание натурального логарифма ( е « 2 , 7 ) .
Ток дополнительных носителей заряда, созданных светом, может быть определен из формулы
'к к т 1 кф *
где 1К — общий ток коллекторного р — n-перехода фототранзистора;
/ к т — ток коллекторного р — /г-перехода без |
освещения; / К ф — ток |
дополнительных носителей заряда, созданных |
светом. |
Фототранзисторы часто используют в схемах с отключенной базовой областью, т. е. с током базы, равным нулю. Внешний вывод от базовой области в таких фототранзисторах обычно отсутствует, и по своим параметрам они отличаются от фотодиодов только большей чувствительностью.
Особенностью конструкции фотодиодов и фототранзисторов являются их корпуса. Обязательной составной частью корпуса служит стеклянное окно (линза), через которое свет от внешнего источника попадает на поверхность полупроводникового кристалла, расположенного внутри корпуса.
Фотодиоды и фототранзисторы нашли широкое применение в промышленности как чувствительные фотоэлементы. Фотоэлектри
ческие установки с фотоприборами используют в схемах |
автомати |
||
ческого контроля различных технологических |
процессов |
производ |
|
ства. |
|
|
|
Полупроводниковыми |
источниками света |
называются |
приборы, |
которые преобразуют электрическую энергию в световую. В каче
стве таких |
приборов |
используют |
диоды |
с |
одним |
р — п-переходом. |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
При |
пропускании |
через р — «-переход то |
||||||||||
дона |
проводимости |
|
|
ка полупроводниковый кристалл испускает |
|||||||||||||||
|
|
свет. |
Проходящий |
через |
|
р — «-переход |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
ток |
инжектирует |
в |
область |
базы |
диода |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
электроны |
и дырки. В |
области |
базы |
эти |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
носители |
заряда |
рекомбинируют, |
вызы |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
вая |
свечение |
полупроводникового |
кри |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
сталла. Таким образом, эффект свечения |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
связан с процессом рекомбинации носите |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
лей |
заряда — электронов |
и |
дырок. |
|
|
|||||||
+ + + + + + + + + |
|
Существует четыре основных процесса |
|||||||||||||||||
Валентная зона |
|
|
|
рекомбинации |
(рис. 51). Первый |
процесс |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
рекомбинации |
1 связан с переходом носи |
|||||||||||
Рис. |
51. Зонные |
схемы |
телей заряда |
из |
зоны |
проводимости |
в |
||||||||||||
процессов |
|
рекомбина |
валентную зону |
полупроводникового |
ма |
||||||||||||||
|
|
ции: |
|
|
|
|
териала. Например, переход электрона |
из |
|||||||||||
/ — з о н а п р о в о д и м о с т и — в а |
зоны |
проводимости |
в |
валентную |
зону. |
||||||||||||||
л е н т н а я з о н а , 2 — з о н а |
п р о |
||||||||||||||||||
в о д и м о с т и — |
д о н о р н ы й |
|
у р о |
Второй |
процесс |
рекомбинации |
2 |
имеет |
|||||||||||
вень — в а л е н т н а я |
з о н а , |
3 — |
место при |
переходе |
носителей заряда |
из |
|||||||||||||
з о н а |
п р о в о д и м о с т и — |
а к ц е п |
|||||||||||||||||
т о р н ы й у р о в е н ь — в а л е н т н а я |
зоны |
проводимости |
на донорный |
уровень |
|||||||||||||||
зона, |
4 ~ з о н а |
п р о в о д и м о |
|||||||||||||||||
сти — д о н о р н ы й |
у р о в е н ь |
— |
и далее |
с донорного уровня — в валент |
|||||||||||||||
а к ц е п т о р н ы й |
у р о в е н ь |
— |
ва |
||||||||||||||||
|
л е н т н а я |
з о н а |
|
|
|
ную |
зону. |
При |
переходе |
электрона |
из |
валентной зоны происходит его захват одним из донорных уровней, а затем переход его в валентную зону. Третий процесс рекомбина ции 3 связан с переходом носителей заряда из зоны проводимости на акцепторный уровень и с акцепторного уровня — в валентную зону. Четвертый процесс рекомбинации 4 основан на трехступенчатом переходе носителей заряда: из зоны проводимости — на донорный уровень, с донорного уровня — на акцепторный уровень и с акцеп торного уровня — в валентную зону.
Чем больше ток, проходящий через р — «-переход, тем выше инжекция и рекомбинация носителей заряда и, следовательно, силь нее световое излучение. В случае процесса рекомбинации типа зона проводимости — валентная зона длина волны испускаемового полу проводниковым кристаллом света определяется шириной запрещен ной зоны Д£ исходного полупроводникового материала (германия, кремния, арсенида галлия, карбида кремния и др.). В случае про цесса рекомбинации типа зона проводимости — примесный уро вень — валентная зона длина волны света определяется энергетиче ским 'Промежутком Д-Еі между соответствующей зоной и примесным уровнем полупроводникового кристалла.
При изготовлении полупроводниковых приборов используют при меси, обладающие различной глубиной залегания в запрещенной зоне исходного полупроводникового материала, что позволяет полу чать приборы с нужной длиной волны испускаемого света.
Особенностью конструкций полупроводниковых источников света является полусферическая стеклянная или полупроводниковая лин за, которая располагается над областью свечения кристалла с р — «-переходом и служит для усиления и концентрации светового потока.
На рис. 52 показаны наиболее часто встречающиеся конструкции
полупроводниковых источников света. На рис. 52, |
а показан прибор |
|
с винтом и полупроводниковой полусферической |
линзой, |
которая |
является частью р — «-перехода, а на рис. 52, б — прибор |
без вин |
та, который имеет стеклянную полусферическую линзу, являющую ся его отдельным элементом. Существуют и другие конструкции
6* |
83 |
полупроводниковых источников света, в которых для усиления светоотдачи используются параболические рефлекторы. Основные типы полупроводниковых источников света приведены в табл. 17.
Т а б л и ц а 17
Полупроводниковые источники света
Т и п д и о д а |
Ц в е т свечения |
Прямой |
Н а п р я ж е н и е , |
Я р к о с т ь , |
|
т о к , ма |
в |
п/п |
|||
|
|
||||
АЛ102А |
Красный |
5 |
2,5 |
5 |
|
АЛ102Б |
Красный |
20 |
2,5 |
40 |
|
АЛ102В |
Зеленый |
30 |
3 |
50 |
|
ДИ1А |
Красный |
3 |
2,5 |
20 |
|
ДИ1Б |
Зеленый |
5 |
2,5 |
20 |
|
ДИ1В |
Красный |
5 |
2,5 |
20 |
|
ДИ1Г |
Зеленый |
10 |
3 |
20 |
|
ДИ1Д |
Красный |
30 |
3 |
20 |
|
ДИ1Е |
Зеленый |
30 |
3,5 |
30 |
|
ДИ1Ж |
Зеленый |
30 |
5 |
60 |
|
ДИ1И |
Красный |
30 |
5 |
60 |
|
Б35А |
Желтый |
10 |
5,5 |
10 |
|
Б35Б |
Желтый |
20 |
5,5 |
15 |
§ 34. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ИНТЕГРАЛЬНЫЕ СХЕМЫ
За время развития микроэлектроники были разработаны раз личные направления микроминиатюризации: уплотненный монтаж, сварные модули, микромодули и полупроводниковые интегральные схемы. Эти направления быстро развивались, заимствуя одно у другого лучшие технологические решения. В настоящем учебнике рассматриваются только интегральные схемы.
Полупроводниковые интегральные схемы — это микроминиатюр ные функциональные узлы электронной аппаратуры, в которых активные, пассивные и соединительные элементы изготовляются единым технологическим циклом на поверхности или в объеме полу
проводникового материала и имеют общую герметичную |
обо |
лочку. |
|
В настоящее время не существует единой классификации |
инте |
гральных схем. Готовые схемы обычно получают наименования по методам их создания, принципам работы и способам соединения {коммутации) отдельных элементов схем.
Наибольшее распространение в полупроводниковой электронике получили четыре типа интегральных схем: тонкопленочные, гибрид ные, твердые и совмещенные.
Т о н к о п л е н о ч н ы е с х е м ы изготовляют нанесением тонких металлических, диэлектрических и полупроводниковых пленок в соответствующей последовательности на изоляционную подложку для создания активных и пассивных элементов. Основным техноло гическим способом изготовления тонкопленочных схем является способ испарения металлов и диэлектриков в вакууме. Метод ваку-
умного испарения позволяет получать многослойные структуры в течение одного технологического процесса. Преимуществом тонкопленочной технологии является возможность ее полной автомати зации. К недостаткам следует отнести нестабильность получаемых пленочных активных элементов.
Г и б р и д н ы е с х е м ы представляют собой тонкопленочные схемы, состоящие из пассивных элементов с присоединенными к ним обособленными (дискретными) активными элементами любого на значения (транзисторами, диодами, варикапами, стабилитронами и др.). Преимущества гибридных схем состоят в том, что они поз воляют изготовлять по пленочной технологии пассивные элементы
(резисторы, токоведущие дорожки |
и др.) и сочетать их с дискрет |
ными полупроводниковыми структурами. |
|
Т в е р д ы е с х е м ы отличаются |
от гибридных тем, что их актив |
ные элементы изготовляются в объеме полупроводника. Соединения между активными элементами осуществляются как внутри объема полупроводникового кристалла, так и на его поверхности. Основ ным преимуществом схем этого типа является возможность изго товления высококачественных активных компонентов. К недостат кам следует отнести большое число паразитных связей, возникаю щих между активными элементами и снижающих электрические характеристики твердых схем.
Следует отметить, что изготовление твердых схем является од ним из наиболее перспективных направлений, позволяющих созда вать наиболее функциональные и высоконадежные схемы.
С о в м е щ е н н ы е с х е м ы ^изготовляют комбинированием твер дых схем и пленочных пассивных элементов. В совмещенных схе мах пассивные элементы наносят методом вакуумного испарения на поверхность изоляционного слоя, покрывающего монолитную полупроводниковую структуру с активными элементами. Этот ме
тод, позволяет |
изготовлять |
схемы |
с более широким |
диапазоном |
электрических |
параметров. |
|
|
|
В настоящее время выпускается большое количество различных |
||||
типов интегральных схем, которые |
по функциональным |
признакам |
||
можно объединить в семь основных групп: |
|
|||
схемы с непосредственной связью; |
|
|||
схемы с резисторно-емкостными |
связями; |
|
||
резисторно-транзисторные; |
|
|
||
диодно-транзисторные; |
|
|
|
|
транзисторно-транзисторные; |
|
|
||
схемы с объединенными |
эмиттерами; |
|
||
диодные матрицы. |
|
|
|
|
С х е м ы с |
н е п о с р е д с т в е н н о й с в я з ь ю (рис. 53,а) отли |
чаются простотой и имеют однотипные активные элементы. Иногда для уменьшения влияния разброса входных характеристик тран зисторов в цепь базы каждого транзистора включают сопротивле ние в несколько сотен ом. Схемы с непосредственной связью между активными элементами используют для изготовления логических схем, однако широкого распространения они не нашли.
С х е м ы с р е з и с т о р н о-е м к о с т н ы м и с в я з я м и |
(рис. 53, б) |
||||||||||||||||||||
характеризуются наличием RC-связей |
между |
отдельными |
каскада |
||||||||||||||||||
ми. Эти схемы имеют базовый |
кристалл |
полупроводникового мате |
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
риала |
с резисторами, |
диодами |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
и транзисторами, |
соединенны |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
ми |
металлизацией, |
и |
|
исполь |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
зуются |
в |
|
наземной |
|
бортовой |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
аппаратуре |
и космической |
тех |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
нике. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
Р е з и с т о р но - т р а н з и |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
с т о р н ы е |
с х е м ы |
(рис. 53, |
s) |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
достаточно просты и состоят |
из |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
нескольких однотипных элемен |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
тов. |
|
Отличительная |
|
особен |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
ность |
этих |
схем — малая |
пот |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
ребляемая |
мощность и |
среднее |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
быстродействие, |
основное |
на |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
значение |
— работа |
в |
|
режиме |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
ключа. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
Д и о д н о - т р а н з и с т о р |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
н ы е с х е м ы |
(рис. |
53, г) |
до |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
статочно |
сложны и имеют боль |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
шое количество различных эле |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
ментов (до 80 на одном |
кри |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
сталле), |
|
что позволяет |
созда |
||||||||||
|
д) |
|
|
|
|
|
|
вать |
|
|
|
многофункциональные |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
схемы, |
такие |
как |
триггеры. |
|||||||||||
|
|
о |
Н |
|
1 |
|
|
Возможность |
использования |
||||||||||||
|
|
|
|
|
этих |
|
схем в различных |
сочета |
|||||||||||||
|
|
с |
Ы |
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
ниях |
(например, триггер может |
||||||||||||||
|
|
° |
WI |
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
ы |
|
|
|
|
быть |
использован |
как |
|
счетчик, |
|||||||||
|
|
0 |
^1 |
|
|
|
|
или как элемент сдвигового ре |
|||||||||||||
|
|
|
ы |
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
гистра) |
|
придает |
им |
большую |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
[ |
|
|
логическую |
гибкость. |
Эти |
схе |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
мы |
обладают |
средней |
|
величи |
||||||||||
|
|
|
|
|
\ |
|
|
ной |
быстродействия |
и |
|
средним |
|||||||||
|
|
|
ж) |
|
|
уровнем |
|
рассеиваемой |
|
мощно |
|||||||||||
Рис. |
53. |
Полупроводниковые |
интег |
сти. |
|
|
|
|
|
|
|
|
- т р а н |
||||||||
Т р а н з и с т о р н о |
|||||||||||||||||||||
|
|
ральные |
схемы: |
|
|
з и с т о р н ы е |
(рис. |
53,6) |
са |
||||||||||||
а — с н е п о с р е д с т в е н н о й с в я з ь ю , 6 - е |
ре - |
||||||||||||||||||||
мые |
|
быстродействующие. Эле |
|||||||||||||||||||
з н с т о р н о - е м к о с т н ы м и |
с в я з я м и , |
в — |
р е з и - |
|
|||||||||||||||||
с т о р н о - т р а н з н с т о р н а я , |
г — д и о д н о - т р а н з и - |
ментами |
этих |
схем |
являются |
в |
|||||||||||||||
с т о р н а я , |
д — |
т р а н з и с т о р н о - т р а н з и с т о р н а я , |
|||||||||||||||||||
є — с |
о б ъ е д и н е н н ы м и |
|
э м и т т е р а м и , |
ж — |
основном |
|
обычные |
и |
много- |
||||||||||||
|
|
д и о д н а я м а т р и ц а |
|
|
эмиттерные |
транзисторы |
|
и |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
диффузионные |
резисторы, |
ис- |
пользование которых значительно улучшает и стабилизирует температурыые характеристики схем. Эти схемы обеспечивают большую нагрузочную способность при сохранении высокого уровня быстродействия и используются для изготовления счетверенных

двухвходовых, строенных трехвходовых, сдвоенных четырехвходо-
вых и восьмивходовых ключевых схем. |
|
|
С х е м ы |
с о б ъ е д и н е н н ы м и э м и т т е р а м и |
(рис. 53, е) |
состоят из |
большого количества транзисторов, диодов |
и резисто |
ров и используются для переключателей большой мощности в бор товой аппаратуре.
Д и о д н ы е м а т р и ц ы (рис. 53, ж) представляют собой набор быстродействующих диодов, соединенных по определенному прин ципу. Количество диодов в матрице может быть различным и за висит от типа схемы. Обычно диодные матрицы включают от 4 до
64 |
отдельных |
элементов. Схемы |
этой группы |
используются как |
||
быстродействующие логические элементы. |
|
|
||||
|
Контрольные |
вопросы |
|
|
|
|
|
1. Каков механизм образования р— |
гс-перехода? |
|
|
||
|
2. |
Что такое |
пробой р — гс-перехода |
и какие виды пробоя вы |
знаете? |
|
|
3. |
Каков принцип действия выпрямительного диода |
и какими |
параметрами |
||
он |
характеризуется? |
|
|
|
4.Чем отличаются стабилитрон и варикап от выпрямительного диода?
5.Какова зависимость напряжения стабилизации стабилитрона от темпе ратуры?
6.Какими параметрами характеризуется импульсный диод и как эти пара метры зависят от свойств исходного материала?
7.В чем отличие туннельного диода от обращенного диода?
8.Каков принцип действия транзистора?
9-. Каковы основные параметры транзистора?
10.Каков принцип действия тиристора?
11.Каков принцип действия фотодиодов и фототранзисторов?
12. |
Каков |
принцип действия |
полупроводниковых источников |
света? |
13. |
Какие |
типы интегральных |
схем вы знаете? |
. |
\
ГЛАВА ПЯТАЯ |
|
|
МЕХАНИЧЕСКАЯ |
ОБРАБОТКА |
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ |
МАТЕРИАЛОВ |
|
|
§ 35. АБРАЗИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Абразив — слово латинского происхождения, в переводе на рус ский язык означает скоблить. Это понятие и определяет характер •обработки, выполняемой абразивными материалами — снятие тон ких слоев с поверхности обрабатываемого материала. Абразив представляет собой смесь зерен неправильной формы и разных размеров. Зерном абразива называют отдельный кристалл, срост ки кристаллов или их осколки.
Характеристика |
абразивных зерен. Основными |
требованиями, |
||||
предъявляемыми к |
качеству |
абразивных |
материалов, |
являются |
||
высокая |
твердость, |
минимальная хрупкость |
и высокая |
абразивная |
||
способность. |
|
|
|
|
|
|
Под |
твердостью |
понимают |
способность |
материала |
сопротив |
|
ляться |
вдавливанию в него другого материала, не |
получающего |
остаточных деформаций. По твердости абразивные материалы со гласно минералогической шкале Мооса разделяют на 10 классов. Минерал высшего класса оставляет царапину на всех минералах
низших классов. |
Шкала |
твердости включает в качестве эта |
|
лонов следующие |
десять |
минералов: тальк, гипс, кальцит, |
флюорит, |
ортоклаз, апатит, кварц, топаз, корунд, алмаз. |
микротвер |
||
Более точной характеристикой абразива является |
|||
дость, определяемая по величине вдавливания алмазной |
пирамид |
ки в исследуемый материал. Величина отпечатка, оставляемого алмазом в зависимости от физико-механических свойств исследуе мого абразива, может меняться в интервале от 7 до 50 мкм с изме нением нагрузки от 1 до 200 Г, что соответствует микротвердости
материала от 100 до 7000 |
кГ/мм2. |
|
|
Хрупкостью |
определяется способность |
материала выдерживать |
|
без разрушения внешние нагрузки. |
|
||
Абразивная |
способность |
характеризует |
количество материала, |
сошлифованного за определенное время при номинальном режиме работы станка, и зависит от твердости, остроты граней и других •физико-механических свойств абразива.
Размер |
зерен абразива характеризуется |
диаметром. |
Если зер |
но имеет |
неправильную форму, около зерна |
описывают |
паралле |
лепипед с линейными размерами: а — длина, в — ширина, с — вы сота. Оценку диаметра зерен производят по формуле.
d=V abc .
Виды и свойства абразивных материалов. Абразивные |
материа |
||||||
лы подразделяются |
на природные. (алмаз, |
корунд |
и кремень) |
и |
|||
искусственные |
(электрокорунд, карбид кремния, |
карбид |
бора |
и |
|||
синтетические |
алмазы). |
|
|
|
|
|
|
А л м а з является |
самым твердым материалом. Его твердость |
||||||
по минералогической |
шкале Мооса равна |
10, |
микротвердость-— |
||||
10 000 кГ/мм2. |
Плотность алмаза 3,4—3,6 г/см3. |
В |
промышленно |
сти используются только черные минералы. Однако широкое при
менение алмаза |
ограничено ввиду малой |
распространенности |
его- |
||||
в природе. |
|
|
|
|
|
|
|
К о р у н д — безводный |
глинозем |
А12 0з |
уступает по твердости |
||||
(по шкале |
Мооса |
9) |
только |
алмазу; |
микротвердость- |
||
2000—3000 кГ/мм2, плотность |
колеблется |
от 3,9 |
до 4,0 г/см3. |
Гли |
нозем способен изоморфно кристаллизоваться с окислами хрома,
железа, титана. Примеси придают кристаллу глинозема |
различные |
|||
оттенки. Бесцветный прозрачный корунд носит название |
лейко- |
|||
корунда, синий, |
называют |
сапфиром, красный—рубином, |
жел |
|
тый — топазом. |
В качестве |
абразивного материала |
используют |
полупрозрачные, помутневшие кристаллы. Известные в настоящее время месторождения корунда почти исчерпаны, что ограничивает его применение в промышленности.
К р е м е н ь |
представляет |
собой |
минеральное образование, |
||
состоящее из |
кристаллического и аморфного кремнезема. Твер |
||||
дость |
кремния |
по шкале |
Мооса равна 7, микротвердость 1000— |
||
1100 |
кГ/мм2, |
плотность |
2,6 |
г/см3. В |
качестве примесей в квар |
цевых |
песках |
(кремниях) |
могут быть |
глинистые минералы, слю |
да и т. д.
Относительно малые запасы месторождений природных абра зивов, обладающих высокой твердостью, послужили причиной
развития производства |
искусственных |
абразивных |
материалов, |
обладающих высокой твердостью. |
|
|
|
К р и с т а л л и ч е с к и й |
г л и н о з е м |
а — AI2O3, |
получаемый |
плавкой глиноземистого сырья в дуговой электрической печи, называют э л е к т р о к о р у н д о м. Электрокорунд, выпускаемый про мышленностью, бывает трех сортов: белый, нормальный и черный.
Белый электрокорунд содержит от 98,5% до 99,5% |
А12 03 |
и полу |
|||
чается |
плавкой чистого глинозема; нормальный электрокорунд — |
||||
основной продукт |
производства — содержит |
от |
91% |
до 96% |
|
А12 03 |
и получается |
плавкой боксита с углем; |
черный |
электро |
корунд, содержащий 65—75% А12 03 , получают плавкой желези стого боксита без добавки восстановителя (угля). Твердость элек
трокорунда |
по шкале Мооса 9—9,2, микротвердость 2000— |
2600 кГ/мм2, |
плотность колеблется от 3,2 до 4 Г/см3. |
К а р б и д |
к р е м н и я SiC получают нагреванием смеси квар |
цевого песка с коксом в электрической печи при температуре не ниже 2000° С. Химически чистый карбид кремния бесцветный, тех нический— приобретает в зависимости от количества примесей оттенки от светло-зеленого до черного. Наиболее часто в полупро водниковой промышленности используют зеленый и черный кар-