- •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
2.2. Зависимость электрических свойств проводниковых материалов от внешних факторов
2.2.1. Температурная зависимость удельного сопротивления металлических проводников
Удельное сопротивление металлических проводников выражается эмпирическим правилом Маттиссена:
-
; ,
(2.11)
где ЧИСТ – это удельное сопротивление чистого металла, обусловленное рассеянием на тепловых колебаниях атомов решетки, оно зависит от температуры; ПРИМ – постоянная добавка, обусловленная рассеянием носителей заряда на примесях и дефектах кристаллической решетки; ПРИМ часто называют остаточным сопротивлением. Его оценивают по измерению при температуре жидкого азота (4,2К). Обычно
-
(2.12)
Измерение остаточного удельного сопротивления монокристаллических металлов дает возможность оценить степень их чистоты 8
Типичная кривая изменения удельного сопротивления металлического проводника в зависимости от температуры представлена на рис. 2.1.
В области I, составляющей несколько кельвинов, у ряда металлов может наступить состояние сверхпроводимости, и на рисунке виден скачок удельного сопротивления при температуре ТСВ. В реальных металлах при наличии дефектов и примесей наблюдается рост удельного сопротивления.
В пределах области II наблюдается быстрый рост удельного сопротивления Тn, где остаточное n может быть до 5 и постепенно убывает с ростом температуры до 1 при , где – температура Дебая. Она определяет максимальную частоту тепловых колебаний, которые могут возбуждаться в кристалле:
-
(2.13)
где h – постоянная Планка; К – постоянная Больцмана; – максимальная частота.
Область III – линейный T-участок температурной зависимости – у большинства металлов простирается до температур, близких к точке плавления. Исключение составляют ферромагнитные металлы. Вблизи точки плавления, т.е. в области IV, начало которой отмечено температурой TПЛ, и в обычных металлах может наблюдаться некоторое отступление от линейной зависимости.
При переходе из твердого состояния в жидкое у большинства металлов наблюдается увеличение удельного сопротивления приблизительно в 1,5–2 раза – зона а на рис. 2.1, хотя у веществ со сложной кристаллической структурой (висмут, галлий) плавление сопровождается уменьшением – зона б.
За счет введения примесей ПРИМЧИСТ удельное сопротивление сплавов значительно выше, чем удельное сопротивление чистого металла. Повышение удельного сопротивления сплава по сравнению с чистым металлом отражает эмпирическое уравнение Нордхейма:
, где х – доля металла-примеси в сплаве; А – постоянная, характеризующая эффективность примесных атомов как рассеивающих центров.
Чем больше удельное сопротивление сплава, тем меньше его . Это вытекает из того, что в твердых растворах ПРИМ значительно больше ЧИСТ и не зависит от температуры. В соответствии с определением формула температурного коэффициента
-
,
(2.14)
В концентрированных твердых растворах применяют обычно на порядок больше ЧИСТ. Поэтому может быть значительно ниже чистого металла. На этом основано получение термостабильных проводящих материалов. Во многих случаях температурная зависимость удельного сопротивления сплавов более сложная, чем та, которая вытекает из правила Маттиссена. Температурный коэффициент сплавов может быть существенно ниже и даже отрицательным.