- •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
2.13. Вопросы и задачи
2.13.1. Удельное сопротивление меди при комнатной температуре равно 1,6010-8Омм. Рассчитайте теплопроводность меди.
2.13.2. Удельное сопротивление золота 0,024мкОмм, относительная атомная масса 197, плотность 19300кг/м3. Рассчитайте для этого металла концентрацию и подвижность свободных электронов, а также коэффициент теплопроводности.
2.13.3. Найдите электрическое сопротивление медного провода круглого сечения длиной 100м и поперечным сечением 1мм2, =0,0168мкОмм.
2.13.4. Адгезия, а, следовательно, и прочность оксидной пленки в структуре металл – собственный оксид зависит от разницы ТКЛР металла и оксида. Какая из двух пар Si – SiO2 или Al – Al2O3 предпочтительна в этом отношении? Значения ТКЛР приведены в таблице 2.1.
Таблица 2.1
Материал |
Аl |
Al2O3 |
Si |
SiO2 |
ТКЛР, 1/К |
2,510-5 |
910-6 |
310-6 |
510-4 |
2.13.5. Удельное сопротивление пленочного алюминия значительно выше справочных значений для массивного образца. Почему? Определите соотношение ПЛ/МАС, если известно, что сопротивление шины размером 1х100х1000мкм равно 6Ом, а МАС=0,028мкОмм.
2.13.6. Чем, помимо возможного обрыва проводника, опасна электромиграция алюминиевых коммутационных слоев в интегральных схемах? Какими способами можно снизить опасность электромиграции?
2.13.7. Сочетание каких материалов дает явление, называемое «пурпурной чумой»? В чем оно заключается и какие имеет последствия?
2.13.8. Почему алюминий в полупроводниковых интегральных схемах применяется для создания проводников и контактных площадок, а в тонкопленочных ГИС для контактных площадок используется ограниченно?
2.13.9. Контакт между пленками алюминия двух уровней разводки обычно имеет высокое сопротивление. Почему? Как обработать пленку алюминия, чтобы снизить ее сопротивление?
2.13.10. Удельное объемное сопротивление алюминиевой пленки толщиной 1мкм на 10% больше, чем удельное объемное сопротивление в массивном образце, МАС=0,028мкОмм. Каково пленки?
2.13.11. В пленочном состоянии V алюминия на 10% выше, чем в массивном образце. При какой температуре замерено алюминиевой пленки, если его величина составляет 0,03Ом/, а ТК =410-3К-1?
2.13.12. При пайке компонентов печатной платы она нагревается до температуры около 2600С. Какие из коммутационных шин более критичны: прилегающие по поверхности плат или переходные с одной стороны на другую? Учесть, что предел прочности при удлинении меди около 5%. ТКЛР стеклотекстолита вдоль поверхности 210-5К-1, поперек 25010-6К-1 в диапазоне температур 0…3000С.
2.13.13. Докажите, что уменьшение ширины шин коммутационных плат есть непременное условие уменьшения их длины.
2.13.14. Каким должен быть ТКR резистивного материала, пригодного для изготовления прецизионного резистора, сопротивление которого изменяется не более 2% в диапазоне температур –60…1200С?
2.13.15. Нихром марки Н80Х20 при T=200С имеет =1,03мкОмм. Температурный коэффициент сопротивления в диапазоне температур 20…1000С равен 2,31 10-4К-1. Определите: а) удельное сопротивление при температуре 1000С; б) остаточное сопротивление, обусловленное рассеянием на примесях, используя правило Маттиссена.
2.13.16. Почему для терморезисторов более пригодны чистые металлы, чем сплавы?
2.13.17. ТКЛР меди, серебра, золота, алюминия заметно выше, чем у подавляющего большинства остальных металлов ((15...23)∙10-6К-1 против (5...10)∙10-6К-1). Чем это можно объяснить? Какими еще свойствами отличаются перечисленные металлы?
2.13.18. Сколько витков нихромовой проволоки диаметром 0,1мм надо навить на керамическое основание радиусом 2,5мм, чтобы получить резистор сопротивлением 100Ом?
2.13.19. Определите падение потенциала на медном проводе длиной 50м и диаметром 0,2мм, если сила тока в нем 2А.
2.13.20. По медному проводу течет ток плотностью j=104А/м2. Определите среднюю скорость упорядоченного движения электронов, полагая, что на каждый атом меди приходится один электрон проводимости.
2.13.21. Две проволоки – медная и алюминиевая – имеют одинаковую массу. Длина медной проволоки в 10 раз больше длины алюминиевой. Во сколько раз отличаются их сопротивления? Плотность меди в 3,3 раза больше плотности алюминия, удельное сопротивление в 1,65 раза меньше.
2.13.22. Докажите справедливость закона Видемана – Франца для стандартной меди при Т=293К. Параметры меди =58мСм/м; λТ=390Вт/м К.
2.13.23. Рассчитайте время безотказной работы алюминиевого проводника при температурах Т=250С и Т=1500С, S=10-7см2 и j=106А/см2. Сравните полученные результаты.