Классификация веществ по электрическим свойствам:

В процессе изготовления и в различных условиях эксплуатации радиоэлектронной аппаратуры на ЭТМ воздействуют электрическое и магнитное поля (в отдельности и совместно). ПО поведению в электрическом поле эти материалы подразделяют на проводниковые, полупроводниковые и диэлектрические.

Классификация ЭТМ по электрическим свойствам основана на представлениях зонной теории электропроводности твердых тел, сущность которой состоит в следующем.

В изолированном атоме электроны вращаются вокруг ядра на определенных орбитах. Согласно принципу Паули на каждой орбите может находиться не более двух электронов. Каждой орбите соответствует строго определенное значение энергии, которой может обладать электрон, т.е. каждая орбита представляет собой определенный энергетический уровень. Под воздействием притяжения положительно заряженного атомного ядра электроны стремятся занять ближайшие к ядру уровни с минимальным значением энергии. Поэтому нижние энергетические уровни оказываются заполненными электронами, а верхние уровни - свободными. Электрон может скачкообразно перейти с нижнего энергетического уровня W₁ на другой свободный уровень W₂ (рис.). Для этого электрону необходимо сообщить дополнительную энергию W= W₂ – W₁. Если свободных уровней в атоме нет, то электрон не может изменить свою энергию, поэтому не участвует в создании электропроводности.

В кристаллической решетке, состоящей из нескольких атомов, отдельные энергетические уровни расщепляются на подуровни, которые образуют энергетические зоны (см. рисунок). При этом расщепляются свободные и заполненные энергетические уровни. Зона, заполненная электронами, называется валентной. Верхний уровень валентной зоны обозначается W_v. Свободная зона называ­ется зоной проводимости. Нижний уровень зоны проводимости (свободной зоны) обозначается W_c. Промежуток между валентной зоной и зоной проводимости называется запрещенной зоной W. Значение запрещенной зоны существенно влияет на свойства материалов.

Если W равна или близка к нулю, то электроны могут перейти на свободные уровни благодаря собственной тепловой энергии и увеличить проводимость вещества. Вещества с такой структурой энергетических зон относятся кпроводникам. Проводниковые материалы служат для проведения электрического тока. Обычно к проводникам относятся вещества с удельным электрическим сопротивлением ρ < 10^-5 Ом×м. Типичными проводниками являются металлы.

Если значение запрещенной зоны превышает несколько электрон-вольт (1 эВ — энергия электрона, полученная им при перемещении между двумя точками электрического поля с разностью потенциалов 1 В), то для перехода электронов из валентной зоны в зону проводимости требуется значительная энергия. Такие вещества относятся к диэлектрикам. Диэлектрики имеют высокое удельное электрическое сопротивление и обладают способностью препятствовать прохождению тока. К диэлектрическим материалам относятся вещества с удельным электрическим сопротив­лением р > 107 Ом м. Благодаря высокому удельному электриче­скому сопротивлению их используют в качестве электроизоляци­онных материалов.

Если значение запрещенной зоны составляет 0,1...0,3 эВ, то электроны легко переходят из валентной зоны в зону проводимости благодаря внешней энергии. Вещества с управляемой прово­димостью относятся к полупроводникам. Удельное электрическое сопротивление полупроводников составляет 10^-6... 10⁹ Ом×м. Полупроводниковые материалы обладают проводимостью, с помощью которой можно управлять напряжением, температурой, освещенностью и т.д.

В зависимости от структуры и внешних условий материалы могут переходить из одного класса в другой. Например, твердые и жидкие металлы — проводники, а пары металлов — диэлектрики; типичные при нормальных условиях полупроводники германий и кремний при воздействии высоких гидростатических давлений становятся проводниками; углерод в модификации алмаза — диэ­лектрик, а в модификации графита — проводник.

Диэлектрические	Полупроводниковые	Проводниковые	Магнитные
Значения их удельного сопротивления находятся в соответствующих пределах
Ширина запрещенной зоны (энергия активации)
W=0.-0.05 эВ	W=0.05-3 эВ	W›3 эВ

Диэлектрик обладает способностью поляризоваться под действием приложенного электрического поля и подразделяются:

1. Пассивные диэлектрики. Применяются:

   1. Для создание электрической изоляции токопроводящих частей. Они препятствуют прохождение тока другими, нежелательными путями и являются материалами электроизоляционными.

   2. В конденсаторах для создания определенной электрической емкости.

2. Активные диэлектрики. Применяются для изготовления активных элементов электрических схем. Служат для генерации, усиления, преобразования электрического сигнала.

Полупроводник по величине удельной электропроводности занимают промежуточное положение между диэлектриками и проводниками. Характерной их особенностью является существенная зависимость электропроводности от интенсивности внешнего энергетического воздействия: напряженности электрического поля, температуры, освещенности, длины волны падающего света, давления и т.п.

Проводники подразделяются на 4 подкласса:

1. Материалы высокой проводимости. Используются там, где необходимо, чтобы ток протекал с минимальными потерями. К таким материалам относят металлы: Cu, Al, Fe, Ag, Au, Pt и сплавы на их основе. Из них изготавливают провода, кабели, токопроводящие части электроустановок.

2. Сверхпроводники – материалы, у которых при температурах ниже некоторой критической Т_кр сопротивление электрическому току становится равным 0.

3. Криопроводники – это материалы высокой проводимости, работающие при криогенных температурах (температуре кипения жидкости азота – 195^оС).

4. Проводниковые материалы высокого сопротивления – металлические сплавы, образующие твердые растворы.

Магнитные – материалы, предназначенные для работы в магнитном поле при непосредственном взаимодействии с этим полем. К ним относят ферромагнетики и ферриты. Собственное магнитное поле в сотни и тысячи раз больше, чем вызывающее его внешнее магнитное поле. Они способны сильно намагничиваться даже в слабых полях, а некоторые из них сохраняют намагниченность и после снятия внешнего магнитного поля. К наиболее широко используемым в технике магнитным материалам относятся Fe, Co, Ni.