8

IV. Зміст навчальної програми (лекції)

МОДУЛЬ 1. ОСНОВНІ ВІДОМОСТІ ПРО МАТЕРІАЛИ ЕЛЕКТРОННОЇ ТЕХНІКИ

Тема 1. Класифікація матеріалів електронної техніки.

Предмет і завдання курсу. Етапи і перспективи розвитку матеріалознавства. Місце і роль матеріалознавства в системі природничих і прикладних наукових дисциплін.

Загальна класифікація матеріалів електронної техніки. Основні групи електротехнічних матеріалів.

Тема 2. Види хімічного зв’язку.

Ковалентний зв'язок. Полярний та неполярний ковалентний зв'язок. Схема утворення ковалентного зв’язку у напівпровідниках.

Іонний зв'язок. Поняття електронегативності атома. Природа молекулярного зв’язку (зв’язку Ван-дер-Ваальса). Металевий зв'язок.

Тема 3. Кристалічні та аморфні матеріали.

Кристалічна будова речовини. Поняття кристалічної решітки. Просторові решітки кристалічних систем. Загальні представлення про аморфні речовини. Дисперсна та компактна форми. Склоподібні речовини.

Тема 4. Поліморфізм і структурні дефекти в кристалічних тілах.

Поліморфні форми(алотропні модифікації) речовини.

Загальні поняття про типи дефектів. Динамічні і статичні дефекти. Точкові (нульмірні) дефекти: вакансія, дефект Шоткі, дефект Френкеля. Лінійні (одномірні) дефекти – дислокації. Поверхневі (двомірні) недосконалості. Об’ємні (тримірні) недосконалості.

Тема 5. 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.

Тема 6. Електричні властивості.

Електропровідність металів, напівпровідників і діелектриків. Питомий електричний опір. Поняття рухливості носія заряду. Температурні залежності провідності.

Тема 7. Акустичні і теплові властивості.

Середовища пружних хвиль. Види взаємодії акустичних хвиль. Акустоелектронний і акустооптичний ефекти.

Теплопровідність матеріалів. Закон Фур’є. Закон Відемана-Франца. Поняття про фонони. Теплове розширення тіл.

Тема 8. Механічні властивості.

Механічні властивості матеріалів: пружність, міцність, пластичність, крихкість. Криві «напруження-деформація». Закон Гука. Основні види руйнування.

Твердість. Мікротвердість.

Тема 9. Термодинаміка фазових рівноваг.

Основні термодинамічні поняття. Типи фаз. Фазові рівноваги. Правило фаз Гіббса. Фазові перетворення однокомпонентних систем. Фазові перетворення 1-го та ІІ-го роду.

Тема 10. Загальні поняття про діаграми фазових рівноваг (діаграми стану).

Методи побудови діаграм стану. Принцип неперервності. Принцип відповідності. Методи фізико-хімічного аналізу.

Класифікація діаграм стану бінарних систем. Т-Х- діаграми фазових рівноваг двокомпонентних систем з необмеженою розчинністю компонентів. Неперервні ряди твердих розчинів. Правило Вегарда. Ізотерми «склад-властивість».

Тема 11. Т-Х – діаграми стану подвійних систем з обмеженою розчинністю компонентів.

Умови утворення граничних твердих розчинів. Діаграми стану систем з евтектичним перетворенням. Діаграми стану систем з перитектичним перетворенням. Діаграми стану систем з хімічними сполуками.

Тема 12. Т-Х – діаграми стану потрійних систем.

Основні відомості для побудови діаграм стану трьохкомпонентних систем. Потрійні діаграми стану з необмеженою розчинністю компонентів. Потрійні діаграми стану з потрійною евтектикою. Потрійні діаграми стану з стійкою і нестійкою хімічними сполуками.

Модульна контрольна робота №1 (2 години)

МОДУЛЬ 2. ПРОВІДНИКИ.

Тема 13. Фізична природа електропровідності металів.

Особливості провідності речовину 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.

Тема 14. Температурна залежність питомого опору металевих провідників.

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.

Тема 15. Електричні властивості металевих сплавів.

Металеві сплави. Закон Нордґейма. Температурний коефіцієнт питомого опору сплавів.

Тема 16. Електричні властивості провідників на високих частотах та металічних плівок.

Опір провідників на високих частотах. Скін-ефект.

Опір тонких металевих плівок. Розмірні ефекти.

Тема 17. Контактні явища і термо-ЕРС.

Контактні явища в провідниках.Ефекти Зеєбека, Пельтьє і Томсона. Термоелектрорушійна сила. Поняття контактної різниці потенціалів.

Тема 18. Класифікація провідникових матеріалів.

Класифікація провідників за складом, властивостями і призначеннями.

Тема 19. Припої. Неметалеві провідні матеріали.

Спеціальні сплави – припої. Групи припоїв. Флюси.

Неметалеві провідні матеріали. Вуглецеві матеріали. Композиційні провідні матеріали.

Контактоли і кермети. Провідні матеріали на основі окислів.

Модульна контрольна робота №2 (2 години).

МОДУЛЬ 3. НАПІВПРОВІДНИКИ.

Тема 20. Власні і домішкові 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.

Тема 21. Температурна залежність концентрації носіїв заряду та питомої провідності напівпровідників.

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.

Тема 22. Оптичні явища в напівпровідниках.

Поглинання світла. Закон Бугера-Ламберта. Механізми оптичного поглинання у напівпровідниках. Власне, екситонне і домішкове поглинання.

Тема 23. Фотоелектричні явища у напівпровідниках.

Поняття і природа фотопровідності. Релаксація фотопровідності. Залежність фотопровідності від інтенсивності випромінювання. Спектральна залежність фотопровідності напівпровідників.

Тема 24. Термоелектричні явища в напівпровідниках.

Термоелементи. Термоелектрорушійна сила. Ефекти Зеєбека, Пельтьє і Томсона.

Тема 25. Гальваномагнітні явища в напівпровідниках.

Ефект Холла. Магніторезистивний ефект.

Датчики Холла. Магніторезистори.

Тема 26. Класифікація напівпровідникових матеріалів.

Класифікація напівпровідників за складом і властивостями. Алмазоподібні напівпровідники.

Тема 27. Основні властивості і застосування германію, кремнію і карбіду кремнію.

Фізико-хімічні,електричніі оптичні властивості германію. Застосування германію.

Одержання кремнію. Фізико-хімічні, електричні і оптичні властивості кремнію. Застосування кремнію.

Особливості будови, властивості і застосування карбіду кремнію.

Тема 28. Основні властивості і застосування напівпровідникових сполук типу А^IIIВ^V та твердих розчинів на їх основі.

Кристалічна структура, хімічний зв'язок та властивості сполук типу А^IIIВ^V. Домішки й дефекти структури в кристалічнійрешітцісполук типу А^IIIВ^V. Властивість випромінювальної рекомбінації напівпровідників типу А^IIIВ^V. Застосування сполук типу А^IIIВ^V і твердих розчинів на їх основі.

Модульна контрольна робота №3 (2 години)

МОДУЛЬ 4. ДІЕЛЕКТРИЧНІ ТА МАГНІТНІ МАТЕРІАЛИ.

Тема 29. Поляризація діелектриків. Механізми поляризації.

Основні поняття і визначення.

Поляризованість. Діелектрична проникність. Діелектрична сприйнятливість. Механізми поляризації.

Класифікація діелектриків за механізмами поляризації. Лінійні і нелінійні діелектрики.

Тема 30. Втрати в діелектриках.

Діелектричні втрати. Тангенс кута діелектричних втрат.

Втрати на електропровідність. Релаксаційні втрати. Іонізаційні втрати. Резонансні втрати.

Тема 31. 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.

Тема 32. Неорганічні стекла. Ситали.

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.

Тема 33. Класифікація активних діелектриків. Сегнетоелектрики.

Класифікація активних діелектриків. Вимоги до активних діелектричних матеріалів. Основні властивості сегнетоелектриків. Поняття доменної структури. Класифікація сегнетоелектриків. Мікроскопічний механізм спонтанної поляризації. Застосування сегнетоелектриків.

Тема 34. П’єзо- і піроелектрики.

П'єзоелектричний ефект. Рівняння п'єзоефекту. П'єзомодуль.

Основні п'єзоелектричні матеріали. Монокристалічний кварц. П'єзокераміка.

Піроелектричний ефект. Рівняння піроелектричного ефекту. Піроелектричний коефіцієнт. Застосування піроелектриків.

Тема 35. Рідкі кристали.

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.

Тема 36. Види магнетиків.

Загальні відомості про магнетизм. Класифікація речовин за магнітними властивостями. Слабомагнітні та сильномагнітні матеріали. Діамагнетики. Особливості парамагнетиків. Закон Кюрі-Вейса. Природа феромагнітного стану. Антиферомагнетики.

Точка Неєля. Особливості феримагнетиків.

Тема 37. Класифікація магнітних матеріалів. Властивості магнітом'яких матеріалів.

Класифікація магнітних матеріалів. Магнітом'які та магнітотверді матеріали. Матеріали спеціального призначення.

Магнітом'які матеріали для постійних і низькочастотних магнітних полів. Вимоги до матеріалів. Залізо й низьковуглецеві сталі. Електротехнічна сталь. Низькокоерцетивні сплави.

Магнітом'які високочастотні матеріали. Ферити, їх одержання, властивості і застосування. Магнітодіелектрики.

Тема 38. Властивості магнітних матеріалів спеціалізованого призначення.

Ферити і металеві сплави з прямокутною петлею гістерезису. Ферити для пристроїв НВЧ. Магнітострикційні матеріали.

Модульна контрольна робота №4 (2 години)

V. ТЕМАТИЧНИЙ ПЛАН ЛАБОРАТОРНИХ ЗАНЯТЬ

№п/п	Назва лабораторної роботи	Обсяг (год)	Література
	Вступне заняття	1	-
1.	МОДУЛЬ 2. Провідники. Дослідження термоелектричних властивостей металевих матеріалів.	4
2.	МОДУЛЬ 2. Провідники. Дослідженнятемпературних залежностей питомогоопоруметалевих провідників.	4
3.	МОДУЛЬ 3. Напівпровідники. Дослідженнятемпературних залежностей питомої електропровідності напівпровідників.	4
4.	МОДУЛЬ 4. Діелектричні та магнітні матеріали. Дослідження температурних залежностей діелектричних параметрів сегнетоелектриків.	4
	Підсумкове заняття	1	-
	Разом	18

VI. ТЕМАТИЧНИЙ ПЛАН САМОСТІЙНОЇ РОБОТИ СТУДЕНТА

(вибрані теми)

МОДУЛЬ 1.