- •1. Полупроводниковые материалы
- •1.1. Характеристика основных свойств
- •1.2 Классификация.
- •3. Подвижность свободных носителей заряда ( n и p)
- •5. Относительная диэлектрическая проницаемость.
- •6. Плотность материала.
- •7. Удельное сопротивление собственных полупроводников.
- •1.3.1. Кремний Si.
- •1.3.2. Германий Ge.
- •1.4. Сложные полупроводники.
- •1.4.1. Соединения группы а2b6.
- •1.4.2. Соединения группы а4в4.
- •1.4.3. Окисные полупроводники.
- •1.4.4. Поликристаллические полупроводники.
- •1.4.5. Аморфные полупроводники.
- •1.5. Параметры полупроводниковых материалов
- •1.6. Классификация полупроводниковых материалов
- •1.7. Полупроводниковый кремний как конструкционный материал
- •1.8. Вопросы и задачи
- •2. Проводниковые материалы
- •2.1. Определение и свойства проводников
- •2.2. Зависимость электрических свойств проводниковых материалов от внешних факторов
- •2.2.1. Температурная зависимость удельного сопротивления металлических проводников
- •2.2.2. Зависимость удельного сопротивления проводниковых материалов от давления
- •2.2.3. Сопротивление проводников на высоких частотах
- •2.2.4 Свойства материалов в виде тонких плёнок.
- •2.3 Материалы высокой проводимости.
- •2.4 Металлы высокого сопротивления.
- •2.5 Монометаллические резистивные материалы.
- •2.6 Металлические сплавы
- •2.7. Металло-окисные резистивные материалы.
- •2.8. Интерметаллические сплавы.
- •2.9. Механические композиции.
- •2.10. Материалы для толстоплёночных гис.
- •2.11. Сплавы специального назначения.
- •2.12 Биметаллы.
- •2.13. Вопросы и задачи
- •3. Диэлектрические материалы
- •3.1. Определение, основные свойства
- •3.1. Графики зависимости диэлектрической проницаемости
- •3.2. Параметры диэлектриков
- •3.2.1. Электрические параметры
- •3.2.2. Тепловые параметры
- •3.2.3. Физические параметры
- •3.3. Обзор диэлектрических материалов.
- •3.4. Функции пассивных диэлектриков в рэа.
- •3.5. Классификация пассивных диэлектриков.
- •3.6. Газообразные диэлектрики.
- •3.7. Жидкие диэлектрики.
- •3.8. Твердеющие диэлектрики.
- •3.9.1. Лаки.
- •3.9.2. Эмали.
- •3.9.3. Компаунды.
- •3.10. Полимеры.
- •3.11.1. Природные полимеры.
- •3.11.2. Линейные полимеры.
- •3.11.3. Полимеры, получаемые поликонденсацией.
- •3.12. Композиционные пластмассы и слоистые пластики.
- •3.13. Полимерные клеи и адгезивы.
- •3.14. Стекла.
- •3.14.1 Способы аморфизации материалов.
- •3.14.2. Общая характеристика стекол.
- •3.14.3. Химический состав и свойства оксидных стекол.
- •3.14.4. Техническое назначение стекол.
- •3.14.5. Кварцевое стекло высокой чистоты.
- •1.10. Стеклокристаллические материалы – ситаллы.
- •3.16. Техническая керамика.
- •3.16.1. Общая характеристика.
- •3.16.2. Виды керамики, применяемые в рэа.
- •3.17. Кварцевое стекло
- •3.18. Вопросы и задачи
- •4.2. Прецизионные сплавы
- •4.3. Вопросы
- •5. Магнитные материалы
- •5.1. Классификация веществ по магнитным свойствам
- •5.2. Основные свойства и параметры магнитных материалов
- •5.3. Виды магнитных материалов
- •5.4. Влияние состава, механической и термической обработки на магнитные свойства ферромагнетиков.
- •5.5. Магнитомягкие материалы.
- •5.5.1. Требования к магнитомягким материалам.
- •5.5.2. Классификация магнитомягких материалов.
- •5.5.3. Магнитомягкие материалы для постоянных и низкочастотных магнитных полей.
- •5.5.4. Высококачественные магнитомягкие материалы.
- •5.6. Магнитотвердые материалы.
- •5.6.1. Мтм для постоянных магнитов.
- •5.6.2. Мтм для магнитных лент.
- •5.7. Магнитные материалы специального назначения.
- •5.7.1. Материалы с прямоугольной петлей гистерезиса (ппг)
- •5.7.2. Магнитострикционные материалы.
- •5.7.3. Магнитные пленки.
- •5.7.4. Свч ферриты.
- •5.8. Вопросы
2.3 Материалы высокой проводимости.
Эти материалы используются для изготовления проводников и контактных площадок, обкладок конденсаторов. В основном применяются чистые металлы: Ag, Al, Cu, Au; в СВЧ: Pt, Pa; для плат на керамике - молибден.
2.3.1 Cеребро Ag.
Отличается наилучшей проводимостью. Относится к благородным металлам, т.к. обладает высоким электрохимическим потенциалом, однако, на воздухе вступает в соединение с серой, образуя Ag2S. Для защиты серебра от внешних воздействий его можно покрывать тонким слоем золота Au и платины Pt. Как проводящий материал используется довольно редко. В основном в диапазоне СВЧ покрывают внутренние поверхности приборов.
Как проводящий материал серебро используется в проводящих пастах, при изготовлении толстоплёночных ГИС. Cеребро используется для обкладок керамических конденсаторов. Его недостатком является высокая стоимость и миграция атомов Ag по поверхности диэлектрика и внутрь его во влажной среде и при повышенных температурах.
2.3.2. Медь Cu.
По проводимости медь является вторым после серебра. Добывают из сульфатных руд. В зависимости от технологии получения Cu бывает твёрдая и мягкая. Твёрдая медь, получаемая холодной прокаткой, имеет меньшее удельное сопротивление, но более высокую механическую прочность. Мягкая медь, получаемая методом горячей прокатки, обладает большим удельным сопротивлением, большей пластичностью, но меньшей механической прочностью. В РЭА используется мягкая медь.
Эта медь должна иметь высокую чистоту, содержать минимальное колличество О2. Используется вакуумная бескислородная медь и электролитическая медь. Её используют для создания проводов и медной фольги. Порошок меди в сочетании с порошком графита после спекания используется для создания скользящих контактов. Она подвержена окислению, хотя медленнее, чем железо, поэтому в микроэлектронной аппаратуре для защиты используют покрытия из золота или никеля. Массивные изделия покрываются лаками и компаундами. Cu используется как проводящий материал в тонкоплёночных ГИСах, в полупроводниковых ИС. Медь для создания проводников и выводов не используется, т.к. обладает высокой скоростью диффузии в кремний, меняя время жизни свободных зарядов.
2.3.3. Алюминий Al.
Алюминий – химически активный металл и почти мгновенно покрывается тонким слоем ~10нм Al2O3, который обладает хорошими защитными свойствами и предотвращает дальнейшее окисление алюминия, но затрудняет процесс пайки обычными припоями. Паять можно с кислотными флюсами или ультразвуковой пайкой – разрушение идёт механически.
Al используется в производстве монтажных проводов, качестве проводящего слоя в полупроводниковых ИС. Однако, при нанесении Al на слой SiO2, он может взаимодействовать с кислородом и образовывать Al2O3, поэтому наносится слой Al на тонкий подслой из ванадия, который хорошо адгезирует. Достоинства алюминия: при нанесении на холодную кремниевую подложку он образует выпрямляющий контакт металл-полупроводник (диод Шотке), при нанесении на горячую кремниевую подложку образуется невыпрямляющий (омический) контакт. К достоинствам относятся также: малый удельный вес, Al и Al2O3 имеют близкие температурные коэффициенты линейного расширения, поэтому они устойчивы к циклам нагрев-охлаждение. Недостатки: невысокая температура плавления, плохая паяемость, невозможность его получения методом электролиза из водных растворов и гальваническим способом. В настоящее время в производстве полупроводниковых интегральных схем Al стремятся заменить поликристаллическим низкоомным кремнием или силицидами тугоплавких металлов, которые имеют более высокое удельное сопротивление, это затрудняет уменьшение размеров проводников.
2.3.4. Золото Au.
Благородный металл с высоким электрохимическим потенциалом, с высокой пластичностью. В тонком слое металл пористый и прозрачный. Применяют в качестве защитного покрытия и при монтаже полупроводниковых кристаллов в корпус.
Недостатки: высокая стоимость, низкая стойкость к абразивному воздействию, быстро растворяется в припое, вступает в соединения с Al, образует Al2Au, который разрушает контакт, его устраняют легированием золота кобальтом, никелем, кадмием.