- •Физические основы электроники
- •Тема 1. Основы теории твердого тела
- •1.1 Строение твердых тел
- •2. Кристаллическое строение веществ:
- •4. Дефекты кристалла
- •1.3 Собственная проводимость полупроводников
- •1.5 Примесные полупроводники
- •1.6 Оптические и электрические свойства полупроводников
- •1.7 Жидкокристальные приборы для отображения информации
- •Тема 2. Физические эффекты в твердых и газообразных диэлектриках
- •2.1 Поляризация, электропроводность, диэлектрические потери, проницаемость
- •Виды поляризации: электронная, ионная, дипольно-релаксационная, ионно-релаксационная, самопроизвольная и др.
- •Ионная поляризация. Она возникает вследствие упругого смещения связанных ионов из положения равновесия на расстояние, меньшее постоянной кристаллической решетки.
- •Дипольно-релаксационная поляризация. Заключается в повороте (ориентации) дипольных молекул в направлении электрического поля.
- •Диэлектрики с ионной структурой. К ним относятся твердые неорганические диэлектрики с выше перечисленными поляризациями и делятся по потерям на 2 группы:
- •2.2 Электропроводность диэлектриков, диэлектрические потери, диэлектрическая проницаемость, электрическая прочность, виды пробоя в диэлектриках
- •Электропроводность. В твердых диэлектриках представляет собой сумму токов:
- •Пробой диэлектриков. Явление образования в диэлектрике проводящего канала под действием электрического поля называется пробоем. Различают два вида пробоя: полный и неполный.
- •Тепловой пробой. Обусловлен нарушением теплового равновесия диэлектрика вследствие диэлектрических потерь. Мощность, выделяющаяся в образце равна:
- •2.3 Сегнетодиэлектрики
- •2.4 Пьезоэлектрики
- •2.5 Активные диэлектрики
- •Вывод. При отсутствии внешнего поля сегентодиэлектрики представляет собой как бы мозаику из доменов - областей с различными направлениями поляризованности.
- •2.6 Электропроводность газообразных диэлектриков
- •4 Вида самостоятельного разряда:
- •Закон Пашека. Пробивное напряжение воздуха и других газов в электрическом поле является функцией произведения давления газа на расстояние между электродами:
- •2.7 Электролюминесценция, катодолюминесценция
- •Тема 3. Физические эффекты в проводниках
- •3.2 Полукристаллические и аморфные металлы и сплавы
- •2 Алюминий
- •3 Железо
- •4 Натрий
- •5 Вольфрам
- •6 Молибден
- •7 Благородные металлы
- •8 Никель и кобальт
- •9 Свинец
- •10 Олово
- •11 Цинк и кадмий
- •12 Индий и галлий
- •13 Ртуть
- •3.3 Особенности металлов в тонкопленочном состоянии
- •Вольфрамобариевые катоды
- •Вторичная эмиссия
- •3.4 Сверхпроводящие проводники. Статический эффект Джозефсона. Применение сверхпроводимости
- •Применение
- •3.5 Контактная разность потенциалов, термо-эдс, эффекты
- •Два закона:
- •Механизм возникновения
- •Тема 4. Физические эффекты в магнитных материалах
- •4.2 Зависимость параметров от температуры. Свойства магнитных материалов в свч полях
- •Магнитодиэлектрики
- •Тема 5. Физические основы процессов в полупроводниковых материалах
- •Концентрация зарядов в пп. Вероятность Fn (w) нахождения свободного электрона в энергетическом состоянии w определяется функцией Ферми- Дирака:
- •5.2 Понятие об электронно-дырочном переходе, типы переходов, токи в p-n-переходе
- •5.3 Прямо смещенный p-n-переход
- •5.4 Вольтамперные характеристики и p-n модель
- •2 Вольтамперная характеристика
- •3. Физические процессы в контактах пп с различной шириной запрещенной зоны (гетеропереходы), металл - пп
- •4. Гетеропереходы
- •5. Люминесценция полупроводников
- •6. Фотопроводимость полупроводников
- •7. Эффект Холла
- •5.5 Эффект поля
- •2 Эффекты в структурах мдп
- •3. В идеальных мдп-структурах не учитывалось влияние зарядов в окисле и на границе окисел - кремний
2.3 Сегнетодиэлектрики
Сегнетодиэлектриком называют диэлектрик, обладающий спонтанной поляризацией, направление которой может быть изменено внешними воздействиями, например, электрическим полем.
Особенности сегнетодиэлектриков:
Обладают доменной структурой. Домен - это макроскопическая область, имеющая пространственно - однородное упорядочение дипольных моментов элементарных кристаллических ячеек. В отсутствие внешнего электрического поля дипольные моменты в доменах ориентированы равновероятно по всем направлениям, что вызывает их взаимную компенсацию.
При воздействии электрического поля дипольные моменты доменов ориентируются преимущественно в направлении поля, что вызывает эффект очень сильной поляризации, а следовательно, высокое и сверхвысокое значение диэлектрической проницаемости.
Сильная зависимость Е от температуры (с максимумом при Т°, называемой сегнетоэлектрической точкой Кюри) и сверхвысокое значение диэлектрической проницаемости.
Поляризация связана с достаточно большими затратами энергии. В переменном поле имеет место гистерезис.
Сильная зависимость Е и диэлектрических потерь от частоты, особенно на СВЧ.
Спонтанная (самопроизвольная) поляризация возникает под влиянием внутренних процессов, без внешних воздействий. Зависимость поляризованности от Е нелинейная и при циклическом изменении Е вид кривой является петля гистерезиса. По значению коэрцитивной силы подразделяются на сегнетомягкие и сегнетотвердые.
Важный параметр - сегнетоэлектрическая точка Кюри - температура, при которой возникает (при охлаждении) или возникает (при нагреве) спонтанная поляризация. При достижении точки Кюри происходит фазовый переход из сегнетоэлектрического состояния в параэлектрическое, когда Рs = 0. При этом изменяется симметрия кристалла, параметры элементарной ячейки, а диэлектрические, упругие, пьезоэлектрические, электрооптические характеристики имеют резкие максимумы.
В сегнетодиэлектриках с фазовым переходом первого рода спонтанная поляризация в точке Кюри изменяется скачком, что характеризуется наличием температурного гистерезиса и выделение скрытой теплоты. В сегнетоэлектриках с размытым переходом, в которых нет определенной точки перехода, наблюдается широкая область температур, где Рs постоянно уменьшается. В этой области существуют обе фазы - сегнето- и параэлектрическая.
По виду поляризации подразделяются на ионные и дипольные. Ионные - представляют собой кристаллы со значительной степенью ионной связи. Наблюдается спонтанная поляризация.
Дипольные - в них существуют постоянные электрические диполи или дипольные группы.
Параметры сегнетодиэлектриков меняются в широких пределах от -273°С до +1200°С, а Е изменяется от единиц до десятков тысяч.
Применение:
- Конденсаторная сегнетокерамика - для изготовления конденсаторов (низкочастотных) большой емкости (титанат бария ВаТiО3).
- Нелинейная сегнетокерамика - специальный конденсатор - вариконд, емкость которого зависит от напряжения. Используются: в вычислительной технике (запоминающее устройство), бесконтактных переключателях, преобразователях частоты, усилителях, стабилизаторах.
- Терморезистивная - (относится к полупроводникам) отличается позисторным эффектом, в резком возрастании проводимости при повышении температуры. Этот эффект наблюдается в определенном интервале температур. Изготовляют терморезисторы позисторы (стабилизаторах тока, термостатах, регулировки температур и измерения и т.д.).