Контрольная по математике Дизайн Конспект лекций по электротехнике Теоретическая механика Электротехнические материалы Атомная энергетика Энергетический реактор

Электротехнические материалы Теория конструктивных материалов

Теллур - элемент группы Менделееева с шириной запрещенной зоны 0.35 эВ.

С точки зрения применения в электротехнике к важнейшим относятся эффекты выпрямления, усиления (транзисторный эффект), Холла, Ганна, фотоэлектрический, термоэлектрический.

В каждом полупроводнике носители имеют некоторое среднее время жизни , так как генерируемые носители заряда могут рекомбинировать, встречаясь между собой и с различными дефектами решетки.

Подвижность носителей заряда в полупроводниках зависит от температуры, так как тепловое хаотическое колебание частиц мешает упорядоченному движению.

Для собственного полупроводника концентрация свободных носителей заряда в зависимости от температуры определяется выражением

Характер этой зависимости в полулогарифмических координатах показан на рисунке . В области собственной проводимости удельная продимость полупроводника зависит от температуры согласно выражению

Полупроводники при комнатной температуре занимают по удельному сопротивлению , имеющему значения 10-6 - 109 Ом . м, промежуточное положение между металлами и диэлектриками. По ширине запрещенной зоны к полупроводникам относят вещества, ширина запрещенной зоны которых лежит в диапазоне 0.1 - 3.0 эВ.

Свободными носителями заряда в полупроводниках как правило, являются электроны, возникающие в результате ионизации атомов самого полупроводника (собственная проводимость) или атома примеси (примесная проводимость). В некоторых полупроводниках носителями заряда могут быть ионы.

На практике часто используются неоднородные композиционные диэлектрики, представляющие собой смеси двух или более различных веществ - компонентов смеси.

Характер температурной зависимости диэлектрической проницаемости диэлектриков с различными видами поляризаций часто определяют с помощью температурного коэффициента диэлектрической проницаемости

Ионно-релаксационная поляризация наблюдается в диэлектриках с ионным типом химических связей, например в неорганических стеклах, имеющих неплотную упаковку ионов. Слабо связанные ионы вещества под действием приложенного электрического поля среди хаотических тепловых перебросов получают избыточные перебросы в направлении поля, и смещаются на расстояния, существенно превышающие величину смещения ионов при упругой ионной поляризации.

Релаксационные (замедленные) виды поляризации - проявляются в газах, жидкостях и твердых диэлектриках в том случае, если они состоят из полярных молекул, диполей или молекул, имеющих отдельные радикалы или части (сегменты), обладающие собственными электрическими моментами

Ионная поляризация - наблюдается в веществах с ионной химической связью и проявляется в смещении друг относительно друга разноименно заряженных ионов

Ионные соединения представляют собой твердые неорганические диэлектрики с ионным типом химической связи. Для этой группы соединений характерны, кроме электронной, ионная и электронно-релаксационная поляризации. Для практических расчетов заряда и емкости, когда наряду с системой СИ используются единицы системы СГСЭ, оказываются полезны соотношения между единицами в разных системах и дольными единицами

Рассмотрим электрический конденсатор, изготовленный из плоских параллельных пластин площадью S (м2), расстояние между которыми d (м). Приложим к пластинам (электродам) конденсатора электрическое напряжение U и рассмотрим два случая

Поляризацией называется состояние вещества, при котором элементарный объем диэлектрика приобретает электрический момент.

Простые полупроводники

Германий. Один из наиболее хорошо изученных полупроводников. Упрощенная технологическая схема производства германия показана ниже

 

германийсодержащая рудаконцентрированная HCl
тетрахлорид германияглубокая очистка (экстракция и ректификация)
очищенный GeCl4гидролиз водой
дихлорид германия GeO2просушка
GeO2восстановление в токе Н2 при 650оС
Geметаллическое травление в смеси кислот
сплавление в слиткиочистка зонной плавкой
выращивание монокристаллов по Чохральскому

При зонной очистке вдоль горизонтально расположенного образца создается 4-5 узких расплавленных зон, перемещающихся вдоль слитка. Примеси оттесняются к концу слитка. Процесс повторяют много раз. Монокристаллы германия можно создавать диаметром до 300-500мм. Германий применяется для изготовления диодов различных типов, транзисторов, датчиков Холла, тензодатчиков, детекторов ядерных излучений и в ИК-оптике. Рабочий диапазон германиевых приборов от -60 до +70оС.

Кремний полупроводниковой чистоты получается по следующей примерной технологической схеме:

превращение технического кремния в легколетучее
очистка соединения физическими и химическими методами
восстановление соединения
выделение чистого кремния
очистка кремния бестигельной зонной плавкой
выращивание монокристаллов

Метод бестигельной зонной плавки позволяет получать кристаллы кремния до 100 мм. Схема этого метода показана на рисунке. Кремнивые приборы благодаря большей, чем у германия ширине запрещенной зоны, могут работать при более высоких температурах, чем германиевые. Верхний предел рабочей температуры достигает у кремниевых приборов 180-200оС. Кремний является пока единственным материалом для изготовления БИС и микропроцессоров. Кремний удается наращивать на монокристаллы или на инородные подложки при толщине слоя 5-10 мкм. Этот процесс производится при температуре, меньшей температуры плавления и называется эпитаксией, при наращивании на инородных подложках, нпример, на сапфире - гетероэпитаксией. Такие структуры используются как основа ИС наиболее быстродействующих, энергоемких и радиационно стойких.

Селен - элемент группы таблицы Менделеева, обладающий рядом интересных электрических свойств. Применяется для изготовления выпрямителей переменного тока, фотоэлементов, а также в технологии красок, пластмасс, керамики, как легирующая добавка при производстве стали, в электрофотографии.

На главную