Частина і. Матеріали електроніки Вступ. Основні явища у матеріалах при дії електричного та магнітного полів

1. При дії не дуже сильного електричного поля у матеріалах можуть протікати два основних процеси: електропровідність і поляризація.

Електропровідність – це процес переміщення на значну відстань вільних заряджених частинок – носіїв заряду. Електропровідність проявляється у наскрізному протіканні електричного струму.

Переміщення заряджених частинок приелектропровідності відбувається на відстань значно більшу відстані між сусідніми атомами (у 10…1000 разів). Характеристикою матеріалу є питома електрична провідність (або просто – електропровідність) речовини  [См/м], або еквівалентний їй параметр – питомий опір  [Ом∙м]:  = 1/.

Питома електропровідність – це параметр, що характеризує здатність речовини проводити незмінний у часі постійний електричний струм при незмінній постійній напрузі.

Питома електропровідність визначається як електропровідність одиниці об’єму речовини через густину струму J та напруженість електричного поля E:  = J/ E [См/м або Ом^–1∙м^–1].

Поляризація – це процес упорядкованого зміщення на обмежену відстань зв'язаних електричних зарядів (чи поворот диполів), що призводить до появи електричного моменту в будь-якої частини об'єму матеріалу.

В результаті поляризації тіло в цілому набуває електричного моменту M_E. Ступінь поляризації характеризується величиною поляризованості.

Поляризованість – це електричний момент одиниці об'єму речовини.

P_E = M_E /V [Кл/м²].

Поляризованість речовини, яка виникає під дією електричного поля зв’язана з напруженістю електричного поля E:

P_E = χ_E∙ε₀∙E

де χ_E – діелектрична сприйнятливість; ε₀= 8,854∙10^-12 Ф/м².

2. При дії магнітного поля у матеріалах може відбуватись намагнічування характерного виду і різної величини.

Намагнічування – процес зміни магнітного стану частинок речовини під дією магнітного поля, який призводить до появи магнітного моменту в усьому об'ємі речовини.

У результаті намагнічування тіло в цілому набуває магнітного моменту M_M. Ступінь намагнічування речовини характеризується такою величиною як намагніченість.

Намагніченість – це магнітний момент одиниці об'єму речовини.

Намагніченість речовини формується як векторна сума магнітних моментів атомів в одиниці об’єму. Магнітні моменти атомів творяться елементарними круговими струмами в атомах – орбітальним і спіновим.

Для ізотропного матеріалу –

Величина намагніченості зв’язана з напруженістю магнітного поля:

J_M = χ_M H;

де χ_M - магнітна сприйнятливість; H - напруженість магнітного поля, А/м.

Магнітна сприйнятливість характеризує здатність речовини до намагнічування під дією магнітного поля, та показує у скільки раз магнітне поле речовини більше зовнішнього поля намагнічування.

Класифікація матеріалів електронної техніки

Усі матеріали, використовувані в електроніці, за застосуванням можна поділити на 3 класи: конструкційні матеріали; матеріали спеціального призначення; матеріали електронної техніки.

Матеріали електронної техніки (МЕТ) – це матеріали, які характеризують особливими властивостями при дії на них електричного й магнітного полів і які застосовуються в техніці з урахуванням цих властивостей.

Матеріали електронної техніки ділять на 2 групи, враховуючи окремо вплив електричного поля та взаємодію з магнітним полем.

1. Перша група відповідає класифікації за особливостями взаємодії з електричним полем. Виділяють 3 види матеріалів: – провідникові; – напівпровідникові; – діелектричні.

Провідник – це матеріал, основною електричною властивістю якого є сильно виражена електропровідність.

Провідники класифікують за величиною провідності на 4 типи:

1. матеріали високої провідності;

2. матеріали високого опору;

3. матеріали середнього опору;

4. надпровідні матеріали, у яких опір практично рівний нулю.

Напівпровідник – це матеріал, основною електричною властивістю якого є непропорційно сильна залежність електропровідності від температури та інших факторів.

Напівпровідники класифікують за типом електропровідності:

1. власної провідності;

2. домішкової електронної провідності;

3. домішкової діркової провідності.

Діелектрик – це матеріал, основною електричною властивістю якого є здатність до електричної поляризації.

Діелектричні матеріали класифікують за характером поляризації:

1. діелектрики неполярні (тільки електронний вид поляризації);

2. діелектрики полярні (з дипольним видом поляризації);

3. діелектрики – йонні сполуки (з йонними видами поляризації);

4. діелектрики, що від природи мають самовільну поляризацію.

Матеріали мають різну електропровідність. Питомий опір однорідних чистих матеріалів при нормальних умовах звичайно становить:

у провідників – (0,01…10)10^–6 Омм; у напівпровідників – (10^–6…10⁺⁸)Омм; у діелектриків – (10⁺⁷…10⁺¹⁸)Омм.

Розподіл за питомим опором не абсолютний, опір істотно залежить від структури матеріалу й наявності домішок, від температури й інших зовнішніх умов. Наприклад в електроніці широко використовують композиційні провідникові матеріали у яких питомий опір може бути такий як у напівпровідників. Тому при класифікації конкретних матеріалів розглядають у першу чергу наявність характерних признаків.

2. Класифікація за взаємодією з магнітним полем. Всі матеріали електронної техніки за здатністю намагнічуватись ділять на 3 групи.

1. Немагнітні матеріали, до таких відносяться діамагнетики.

2. Слабомагнітні матеріали (парамагнетики та антиферомагнетики).

3. Сильномагнітні матеріали або магнетики (феро- і феримагнетики).

Магнетики – матеріали, основною властивістю яких є здатність намагнічуватися до насичення у слабких магнітних полях.

Як характерну групу МЕТ виділяють магнетики. Магнетиком може бути провідник, напівпровідник, і діелектрик.