Розділ II. Основні відомості про матеріали електронної техніки
Електронна будова атомів. Модель атома водню. Квантові числа як характеристики стану електрона в атомі. Розподіл електронів по орбіталям. Принцип Паулі та правило Хунда. Періодичний закон і Періодична система елементів Менделєєва.
Хімічний зв'язок, його основні параметри та характеристики. Види електричної взаємодії і відповідні типи хімічного зв’язку. Електронна густина. Основні параметри та характеристики хімічного зв’язку (міцність, насиченість і направленість). Наближені параметри оцінки міцності. Хімічний та розмірний фактори насиченості. Залежність параметрів кристалічної гратки від направленості хімічного зв’язку.
Види хімічного зв’язку. Полярний та неполярний ковалентний зв'язок. Методи визначення направленості ковалентного зв’язку. Квантовомеханічний опис схеми утворення ковалентного зв’язку. Поняття гібридизації атомних орбіт.
Природа іонного зв’язку. Поняття електронегативності атома. Параметри іонної кристалічної гратки (іонний радіус, енергія зв’язку). Поляризованість іонного зв’язку. Основні властивості іонних кристалів.
Природа металевого зв’язку. Хімічні зв’язки простих і перехідних металів. Природа молекулярного зв’язку (закон Ван-дер-Ваальса). Поняття електронної поляризації. Руйнування молекулярних та іонних зв’язків. Водневий зв'язок як особливий випадок молекулярного зв’язку.
Кристалічні та аморфні матеріали. Кристалічна будова речовини. Поняття кристалічної решітки. Просторові решітки кристалічних систем. Індекси Міллера. Позначення кристалографічних площин. Направленість у кристалах. Поліморфізм.
Структурні недосконалості у твердих тілах. Загальні поняття про типи дефектів. Динамічні і статичні дефекти. Точкові (одномірні) дефекти – дислокації. Поверхневі (двомірні) недосконалості. Об’ємні (тримірні) недосконалості.
Загальні представлення про аморфні речовини. Постулат Йоффе. Поняття про ближній порядок. Дисперсна та компактна форми. Склоподібні речовини.
Елементи зонної теорії. Обмінна взаємодія. Розщеплення енергетичних рівнів. Енергетичні зони. Розподіл електронів. Валентна зона, зона провідності, заборонена зона. Енергетичні відмінності провідників, напівпровідників і діелектриків. Густина станів. Висновки зонної теорії.
Електричні властивості матеріалів. Електропровідність металів, напівпровідників і діелектриків. Питомий електричний опір. Поняття рухливості носія заряду. Температурні залежності провідності.
Акустичні властивості. Середовища пружних хвиль. Види взаємодії акустичних хвиль. Акустоелектронний і акустооптичний ефекти.
Теплові властивості. Теплопровідність матеріалів. Закон Фур’є. Закон Відемана-Франца. Поняття про фонони.
Механічні властивості. Механічні властивості матеріалів: пружність, міцність, пластичність, крихкість. Криві «напруження-деформація». Закон Гука. Основні види руйнування. Твердість. Мікротвердість.
РОЗДІЛ III. ПРОВІДНИКИ.
Особливості провідності речовин у різних агрегатних станах. Провідники першого та другого родів. Поняття плазми. Експериментальні закони й електронна теорія електропровідності металів. Закон Відемана-Франца. Класична і квантова статистики електронів у металі.
Природа температурної залежності питомого опору металів. Поняття довжини вільного пробігу електронів. Температура Дебая. Температурний коефіцієнт питомого опору. Вплив домішок та інших структурних дефектів на питомий опір металів. Правило Маттіссена. Залишковий опір, розсіяння на домішках.
Електричні властивості металевих сплавів. Металеві сплави. Закон Нордґейма. Температурний коефіцієнт питомого опору сплавів.
Опір провідників на високих частотах. Скін-ефект. Глибина проникнення. Опір тонких металевих плівок. Розмірні ефекти. Острівкова структура.
Матеріали високої провідності – мідь і алюміній. Одержання міді. Марки і спеціальні сорти міді. Властивості міді. Застосування міді. Порівняння властивостей алюмінію та міді. Марки алюмінію. Поверхня алюмінію. Застосування алюмінію.
Надпровідні метали і сплави. Явище надпровідності. Фізична природа надпровідності. Обмінна фононна взаємодія. Магнітні властивості надпровідників. Ефект Мейснера. Надпровідники 1-го та ІІ-го роду. Надпровідні матеріали. Основні властивості надпровідних сплавів. Застосування надпровідників.
Метали і сплави різного призначення. Властивості і застосування тугоплавких металів - вольфраму, молібдену, танталу, ніобію і ренію. Сплави тугоплавких металів. Властивості і застосування благородних металів - золота, срібла, платини і паладію. Метали із середнім значенням температури плавлення - залізо, нікель і кобальт. Сплави високого опору – манганін, константан і ніхроми, їх властивості і застосування. Сплави для термопар - копель, хромель, алюмель і платинородій. Використання термопар.
Спеціальні сплави – припої. Групи припоїв. Флюси.
Неметалеві провідні матеріали. Вуглецеві матеріали. Композиційні провідні матеріали. Контактоли і кермети. Провідні матеріали на основі окислів.
РОЗДІЛ IV. НАПІВПРОВІДНИКИ.
Поняття про власні та домішкові напівпровідники. Положення рівня Фермі у власних та домішкових напівпровідниках. Донорні й акцепторні домішки. Основні й неосновні носії заряду. Співвідношення "діючих мас" для носіїв заряду.Елементи статистики електронів. Енергія іонізації домішок. Область збіднення домішок. Вироджений і невироджений напівпровідник. Температурна залежність концентрації носіїв заряду. Механізми розсіяння у напівпровідниках. Рухливості носіїв заряду в напівпровідниках з атомною решіткою. Температурна залежність питомої провідності напівпровідників.
Оптичні явища в напівпровідниках. Поглинання світла. Закон Бугера-Ламберта. Механізми оптичного поглинання у напівпровідниках. Власне, екситонне і домішкове поглинання.
Поняття і природа фотопровідності. Релаксація фотопровідності. Залежність фотопровідності від інтенсивності випромінювання. Спектральна залежність фотопровідності напівпровідників.
Нерівноважні носії зарядів. Механізми прямої і непрямої рекомбінації. Рекомбінаційні пастки і пастки захоплення. Час життя нерівноважних носіїв заряду. Дифузійна довжина. Явища люмінесценції у напівпровідниках. Основні види люмінесценції. Фотолюмінесценція. Закон Стокса-Ломмеля. Електролюмінесценція. Ефект Дестріо.
Поняття і природа фотопровідності. Релаксація фотопровідності. Залежність фотопровідності від інтенсивності випромінювання. Спектральна залежність фотопровідності напівпровідників.
Термоелектричні явища в напівпровідниках. Термоелементи. Термоелектрорушійна сила. Ефекти Зеєбека, Пельтьє і Томсона.
Ефект Холла. Датчики Холла. Магніторезистивний ефект. Магніторезистори.
Ефекти сильного поля. Нахил енергетичних зон в електричному полі. Відхилення від закону Ома. Вплив напруженості поля на концентрацію носіїв заряду. Термоелектронна, ударна і електростатична (тунельний ефект) іонізація. Ефект Ганна.
Класифікація напівпровідникових матеріалів. Класифікація напівпровідників за складом і властивостями. Алмазоподібні напівпровідники.
Одержання кремнію. Епітаксія кремнію. Фізико-хімічні, електричні і оптичні властивості кремнію. Застосування кремнію. Особливості будови, властивості і застосування карбіду кремнію.
Кристалічна структура, хімічний зв'язок та властивості сполук типу АIIIВV. Домішки й дефекти структури в кристалічній решітці сполук типу АIIIВV. Властивість випромінювальної рекомбінації напівпровідників типу АIIIВV. Застосування сполук типу АIIIВV і твердих розчинів на їх основі.
Будова, хімічний зв'язок і властивості сполук типу АIIВVI. Домішки в сполуках типу АIIВVI. Застосування напівпровідникових сполук типу АIIВVI. Технологія одержання монокристалів напівпровідникових сполук типу АIIВVI. Будова, хімічний зв'язок і властивості сполук типу АIIВVI. Застосування сполук типу АIIВVI. Тверді розчини на основі напівпровідникових сполук типу АIVВVI та АIIIВV.
РОЗДІЛ V. ДІЕЛЕКТРИКИ
Поляризація діелектриків. Основні поняття і визначення. Поляризованість. Діелектрична проникність. Діелектрична сприйнятливість.
Механізми поляризації. Класифікація діелектриків за механізмами поляризації. Лінійні і нелінійні діелектрики. Вплив агрегатного стану на діелектричну проникність лінійних діелектриків. Діелектрична проникність складних діелектриків.
Струми зміщення й електропровідність діелектриків. Основні поняття та визначення. Об'ємна і поверхнева електропровідності. Електропровідність газів. Електропровідність рідких діелектриків. Електропровідність твердих діелектриків. Поверхнева електропровідність твердих діелектриків.
Діелектричні втрати. Тангенс кута діелектричних втрат. Втрати на електропровідність. Релаксаційні втрати. Іонізаційні втрати. Резонансні втрати.
Пробій діелектриків. Основні поняття та визначення. Пробій газів. Механізми пробою газу. Ударна іонізація і внутрішня фотонна іонізація газу. Пробій газу в однорідному й неоднорідному електричних полях. Пробій рідких діелектриків. Пробій твердих діелектриків. Електричний, тепловий, електрохімічний і поверхневий пробій.
Загальна класифікація діелектриків. Групи пасивних діелектриків. Електроізоляційні і конденсаторні матеріали. Основні відомості про будову і властивості полімерів. Реакції утворення полімерів. Лінійні і просторові полімери. Гнучкість і хімічний зв'язок лінійних полімерів. Структурні форми і фізичні стани полімерів. Електричні й теплові властивості полімерів. Неполярні та полярні лінійні полімери.
Будова і властивості композиційних порошкових пластмас. Різновидності композиційних пластмас. Шаруваті пластики - гетинакс і текстоліт. Електроізоляційні компаунди. Класифікація компаундів за призначенням і властивостями. Епоксидні смоли. Застосування компаундів. Загальні відомості про керамічні матеріали. Особливості технологічного циклу. Класифікація, властивості і застосування керамічних матеріалів.
Неорганічні стекла. Загальна характеристика стекол. Залежність властивостей стекол від їх хімічного складу.
Класифікація стекол за технічним призначенням – електровакуумні, ізоляторні, кольорові, лазерні стекла, скловолокно і світловоди. Використання стекол.
Особливості й технологія одержання ситалів. Фотоситали і термоситали. Властивості ситалів. Класифікація ситалів за технічним призначенням.
Класифікація активних діелектриків. Вимоги до активних діелектричних матеріалів. Основні властивості сегнетоелектриків. Поняття доменної структури. Класифікація сегнетоелектриків. Мікроскопічний механізм спонтанної поляризації. Застосування сегнетоелектриків.
П’єзоелектрики. П'єзоелектричний ефект. Рівняння п'єзоефекту. П'єзомодуль. Основні п'єзоелектричні матеріали. Монокристалічний кварц. П'єзокераміка.
Піроелектрики. Піроелектричний ефект. Рівняння піроелектричного ефекту. Піроелектричний коефіцієнт. Застосування піроелектриків.
Особливості електретів. Термоелектрети, фотоелектрети і короноелектрети. Природа утворення електретного стану в діелектриках. Застосування електретів.
Особливості рідких кристалів. Види рідких кристалів – смектичні, нематичні й холестеричні. Термохромний ефект. Оптична й діелектрична анізотропія рідких кристалів. Ефект динамічного розсіяння світла й польовий "твіст"-ефект. Застосування рідких кристалів.
Властивості матеріалів для твердотільних лазерів. Вимоги до матеріалів елементів твердотільних лазерів. Основні матеріали лазерної техніки – рубін та іттрій-алюмінієвий гранат.