Химические соединения (Бинарные полупроводники АmBn)

Полупроводниковыми свойствами обладают не только простые полупроводники (германий, кремний), но и целый ряд химических соединений. Среди них наибольшее распространение получили двойные (бинарные) соединения А^IIIВ^V, А^IIB^VI, А^IVB^IV и др.

а) Соединения А^IIIВ^V

Полупроводниковые соединения А^IIIВ^V являются ближайшими аналогами кремния и германия. Они образуются в результате взаимодействия элементов III подгруппы таблицы Менделеева (бор, алюминий, галлий, индий) с элементами V подгруппы (азот, фосфор, мышьяк, сурьма), которые соответственно называются нитриды, фосфиды, арсениды и антимониды. Наиболее исследованными и технологически не очень сложными из них являются фосфиды, арсениды и антимониды.

Среди соединений А^IIIВ^V особое положение занимает арсенид галлия (GaAs). У него ширина запрещенной зоны превышает ширину запрещенной зоны германия и кремния, но ещё не очень велика (1,43эВ).

Полупроводниковые приборы из арсенида галлия по частотному пределу превосходят германиевые, а по максимальной рабочей температуре (до 450^оС) – кремниевые.

б) Соединения А^IIB^VI

Они образуются в результате взаимодействия элементов II подгруппы (цинк, кадмий, ртуть, медь, висмут) с элементами VI подгруппы (сера, селен, теллур, кислород), которые соответственно называются сульфиды, селениды, теллуриды, оксиды.

К этой же группе относится оксид цинка ZnO, имеющий ΔW=3,2эВ, который широко используется в ограничителях перенапряжения.

в) Карбид кремния (SiC)

Карбид кремния является единственным бинарным соединением, образованным элементами IV подгруппы (А^IVB^IV) и относящихся к полупроводникам. Этот полупроводниковый материал с большой шириной запрещённой зоны (2,8÷3,1 эВ) применяется для изготовления полупроводниковых приборов, работающих при высоких температурах (до 700^оС).

4.16. Магнитные материалы Общие сведения

Магнитная индукция в веществе определяется суммой индукции внешнего и собственного магнитных полей

B = μ В₀,

где В – магнитная индукция в веществе (Тл);

В₀ – магнитная индукция внешнего поля;

μ = – относительная магнитная проницаемость.

Относительная магнитная проницаемость характеризует способность материала намагничиваться и показывает во сколько раз магнитная индукция поля, созданного в данном материале, больше чем в вакууме.

По магнитным свойствам все материалы можно разделить на две группы:

1. слабо магнитные (μ ≈ 1);

2. сильно магнитные (μ >> 1).

Сильно магнитные материалы можно разделить на две группы:

- ферромагнитные (железо, никель, кобальт и их сплавы);

- ферримагнитные (ферриты – магнитная керамика, окислы металлов).

В ферромагнитных материалах образуются самопроизвольно намагниченные области – домены, в которых магнитные моменты электронов направлены параллельно друг другу.

Магнитные моменты отдельных доменов расположены неупорядоченно, вследствие чего суммарная намагниченность их равна нулю (рис.4.3).

Рис. 4.3. Ориентация доменов в ферромагнетике

Если ферромагнетик включить под переменное напряжение, то кривая В = f(H) примет форму замкнутой кривой – петли гистерезиса (рис.4.5).

Для всех кривых характерны следующие особенности:

- при снижении напряжённости магнитного поля от +Н до 0 магнитная индукция не равна нулю, она имеет остаточное значение В_r (остаточная индукция);

- для доведения остаточной индукции до нуля необходимо к ферромагнетику приложить магнитное поле противоположной полярности

(-Н_С). Величина Н_С – называется коэрцитивной силой.

- циклическое перемагничивание материала происходит с определённой потерей энергии, выделяющейся внутри ферромагнетика в виде тепла. Потери на перемагничивание пропорциональны площади петли гистерезиса.

Рис. 4.5. Петля гистерезиса

По величине коэрцитивной силы все магнитные материалы можно разделить на две группы:

- магнитомягкие;

- магнитотвёрдые.

Граница этого раздела по значению Н_С условная. Материалы, у которых Н_С< 4 кА/м, относят к мягким, а у которых Н_С> 4 кА/м − к магнитотвердым.

Магнитомягкие материалы легко перемагничиваются и их используют в переменных полях для сердечников.

Магнитная проницаемость ферромагнитных материалов зависит от температуры (рис.4.6).

Рис. 4.6. Зависимость магнитной проницаемости ферромагнетика от температуры

При увеличении температуры облегчается переориентация доменов по полю и магнитная проницаемость растёт, но при температуре выше определённого значения, называемого точкой Кюри, происходит разрушение доменной структуры и магнитные материалы теряют свои ферромагнитные свойства. Для чистого железа точка Кюри составляет 768^оС, для никеля 358^оС, для кобальта 1131^оС.

Физическая величина, показывающая, во сколько раз магнитная индукция поля в однородной среде отличается от магнитной индукции поля в вакууме, называется …

относительной магнитной проницаемостью

коэрцитивной силой

индукцией насыщения

остаточной индукцией

Напряженность магнитного поля, при которой магнитная индукция предварительно намагниченного материала становится равной нулю, называется …

коэрцитивной силой

магнитным гистерезисом

точкой Кюри

магнитной индукцией

Самопроизвольно намагниченные области ферромагнитных материалов называются …

доменами

вакансиями

дислокациями

кристаллической ячейкой

Веществами, значительно усиливающими внешнее магнитное поле, являются …

ферромагнетики и ферримагнетики

ферромагнетики и парамагнетики

ферримагнетики и диамагнетики

парамагнетики и антиферромагнетики