Методические указания

Раздел 1. Основные физические процессы в проводниковых материалах

Проводниками электрического тока могут служить твердые тела, жидкости, а при соответствующих условиях, и газы.

Изучите физическую природу электропроводности металлов, температурную зависимость удельного сопротивления металлических проводников, электрические свойства металлических сплавов, сопротивление проводников на высоких частотах, сопротивление тонких металлических пленок, контактные явления и термо-ЭДС.

Рассмотрите классификацию проводниковых материалов. Обратите внимание на основные физические, химические, механические, эксплуатаци-

онные свойства материалов и области их применения в электронной технике.

Раздел 2. Физические процессы в полупроводниках

К полупроводникам относится большое количество веществ с электронной электропроводностью, удельное сопротивление которых при нормальной температуре находится между значениями удельного сопротивления проводников и диэлектриков. Основной особенностью полупроводников является их способность изменять свои свойства под влиянием различных внешних воздействий (изменение температуры и освещения, приложение электрического и магнитного полей, внешнего давления и т.д.).

Изучите собственные и примесные полупроводники, механизм рассеяния и подвижность носителей заряда в полупроводниках, температурную зависимость удельной проводимости полупроводников, оптические и фотоэлектрические явления в полупроводниках, термоэлектрические явления и эффект Холла, электропроводность полупроводников. Рассмотрите классификацию полупроводниковых материалов. Изучите способы очистки и выращивания монокристаллов. Особое внимание уделите физическим, химическим, электрическим свойствам полупроводников, областям их при-менения.

Раздел 3. Физические процессы в диэлектриках

В электронной технике, радиотехнике и приборостроении применяют множество различных диэлектриков. По функциям, выполняемым в аппаратуре и приборах, их можно подразделить на электроизоляционные и конденсаторные материалы (пассивные диэлектрики) и управляемые (активные диэлектрики).

Прежде всего уясните, что основным свойством диэлектрика является поляризация, возникающая под действием внешнего электрического поля и механических напряжений.

Изучите механизмы поляризации, классификацию диэлектриков по механизмам поляризации, диэлектрическую проницаемость диэлектриков, токи смещения и электропроводность, потери в диэлектриках и пробой.

Пассивные диэлектрики, классификация, основные свойства и области применения.

Активные диэлектрики, классификация, основные свойства и области применения.

Раздел 4. Магнитные материалы

Общие сведения о магнетизме.

Изучите классификацию веществ по магнитным свойствам, природу ферромагнитного состояния, основные процессы при намагничивании ферромагнетиков, влияние температуры на магнитные свойства ферромагнетиков, особенности ферромагнетиков. Доменные структуры в тонких магнитных пленках.

Рассмотрите классификацию магнитных материалов, магнитомягкие материалы для постоянных и низкочастотных магнитных полей, высокочастотные магнитодиэлектрики, магнитные материалы специализированного назначения, основные свойства и области применения.

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

К ВЫПОЛНЕНИЮ И ОФОРМЛЕНИЮ

КОНТРОЛЬНЫХ ЗАДАНИЙ

Контрольные задания 1

Вариант 1

1. Основные виды химической связи в материалах и чем они обусловлены. Приведите примеры.

2. Каким образом производится кристаллизационная очистка кремния и германия? Какой метод получил наиболее широкое распространение для выращивания крупных монокристаллов этих полупроводников.

Вариант 2

1. В чем различия между монокристаллами, поликристаллическими и аморфными веществами?

2. Какие свойства полупроводниковых соединений типа А³В⁵ вам известны? Назовите области их применения.

Вариант 3

1. Приведите примеры точечных и протяженных дефектов структуры в реальных кристаллах.

2. Какие полупроводниковые материалы используются для изготовления инжекционных лазеров и светодиодов? Опишите их свойства.

Вариант 4

1. Чем различаются зонные структуры проводника, полупроводника и диэлектрика.

2. Для каких целей перспективно использование полупроводников А⁴В⁶ и твердых растворов на их основе?

Вариант 5

1. Как можно классифицировать проводниковые материалы?

2. Что называют поляризацией диэлектрика? Какие виды поляризации можно считать мгновенными, а какие являются замедленными?

Вариант 6

1. Какие свойства меди обусловливают ее широкое применение в электронной технике? Что такое «водородная болезнь» меди?

2. Опишите эпитаксиальные методы осаждения полупроводниковых слоев.

Вариант 7

1. Какими преимуществами и недостатками по сравнению с медью обладает алюминий как проводниковый материал?

2. Что называют диэлектрическими потерями? Какие механизмы диэлектрических потерь вам известны?

Вариант 8

1. Какие металлы и в каких условиях могут переходить в состояние сверхпроводимости? Что является причиной образования куперовских пар?

2. В чем сходство и различие между ситаллом и стеклом? Какова технология изготовления ситаллов и для каких целей они применяются?

Вариант 9

1. Какие металлические сплавы нашли применение в электронной технике и для каких целей?

2. От каких факторов зависят пьезоэлектрические свойства сегнетоэлектрической керамики? В чем преимущества пьезокерамики перед монокристаллическими пьезоэлектриками?

Вариант 10

1. Каким образом обеспечивается прочность и формоустойчивость вольфрамовых нитей и спиралей при высоких температурах эксплуатации?

2. Приведите примеры установочных высокочастотных керамических диэлектриков. Назовите наиболее характерные области их применения?

Вариант 11

1. Чем обусловлено широкое применение тантала в электронной технике?

2. Какие магнитомягкие материалы имеют высокое значение магнитной проницаемости в слабых магнитных полях? Области их применения.

Вариант 12

1. Почему ферромагнитные металлы обладают нелинейной зависимостью удельного сопротивления от температуры? Какие основные требования предъявляются к диэлектрику как лазерному материалу?

2. Какие элементы и почему наиболее часто используются в качестве активаторов люминесценции в твердотельных лазерах?

Вариант 13

1. Что понимают под мягкими и твердыми припоями? Назовите основные характеристики.

2. Какие магнитные материалы обладают прямоугольной петлей гистерезиса? Каково их основное применение?

Вариант 14

1. Назовите неметаллические проводниковые материалы и приведите примеры их применения в электронной технике.

2. Какие физические принципы положены в основу магнитной записи и воспроизведения информации? Какие материалы используются для этих целей?

Контрольные задания 2

При выполнении вариантов требуется подобрать материал для деталей, указанных в задании устройств. Получив у преподавателя исходные данные, в том числе условия работы приборов и устройств, произвести обоснованный выбор материалов, описать их свойства, обусловливающие их применение в предлагаемом варианте.

Вариант 1

Изобразите схему и подберите материалы для металлокерамического узла, получаемого торцевой пайкой в специальном приспособлении (приложение А, рис. 1). Литература [4].

Вариант 2

Изобразите схему и подберите материалы для сборного металлокерамического узла на конической посадке для пайки (приложение А, рис. 2). Литература [4].

Вариант 3

Изобразите схему и подберите материалы для металлокерамического узла полупроводникового прибора (приложение А, рис. 3 б). Литература [7].

Вариант 4

Изобразите схему и подберите материалы для металлокерамического узла полупроводникового прибора (приложение А, рис. 3 г). Литература [7].

Вариант 5

Изобразите схему и подберите материалы для металлокерамического узла полупроводникового прибора (приложение А, рис. 3 д). Литература [7].

Вариант 6

Изобразите схему и подберите материалы для корпусов транзисторов (приложение А, рис. 4 а). Литература [5].

Вариант 7

Изобразите схему и подберите материалы для корпусов транзисторов (приложение А, рис. 4 б). Литература [5].

Вариант 8

Изобразите схему и подберите материалы для корпусов транзисторов (приложение А, рис. 5 а). Литература [5].

Вариант 9

Изобразите схему и подберите материалы для корпусов транзисторов (приложение А, рис. 5 б). Литература [5].

Вариант 10

Изобразите схему и подберите материалы для фланцевых соединений с металлическим уплотнением (приложение А, рис. 6 в). Литература [6].

Вариант 11

Изобразите схему и подберите материалы для бесфланцевых грибковых соединений с резиновыми уплотнениями (приложение А, рис. 7 а). Литература [6].

Вариант 12

Изобразите схему и подберите материалы для бесфланцевых грибковых соединений с резиновыми уплотнениями (приложение А, рис. 7 б). Литература [6].

ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

И КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

Лабораторная работа 1. Исследование механических свойств

материалов, применяемых в электронной технике

Контрольные вопросы

1. Что такое кривая растяжения и о каких механических свойствах материалов можно судить по ней?

2. Какими константами характеризуются упругие свойства твердых тел и какая связь существует между ними?

3. Объяснить механизм пластической деформации твердых тел.

4. Как нарушения кристаллической структуры влияют на механические свойства твердых тел?

5. Каков механизм хрупкого и вязкого разрушения?

Литература

1. Золотаревский B.C. Механические свойства металлов: учебник для вузов / B.C. Золотаревский, О.М. Коновалова. Μ.: Металлургия, 1983. 350 с.

2. Бушманов Б.Н. Физика твердого тела / Б.Н. Бушманов, Ю.А. Хромов. М.: Высшая школа, 1971. 222 с.