Любой радиотехнический материал – проводник, полупроводник или диэлектрик – проводит электрический ток. Но в диэлектриках протекают токи очень малой величины, если даже они находятся под воздействием большого напряжения (500 В и выше). В реальном диэлектрике за счет несовершенства структуры и наличия примесей имеется незначительное число свободных носи¬телей зарядов, перемещение которых под действием электрического поля создает ток сквозной проводимости или же ток утечки (Iск). Смещение связанных зарядов обусловливает поляризацион¬ные токи или токи смещения, называемые токами абсорбции (Iаб). Они возникают только в момент включения и выключения внешнего электрического поля. В переменном электрическом поле токи смещения имеют место при изменении фазы напряженности внешнего поля, т.е. все время, пока приложено это поле. Величина и называется подвижностью носителей заряда. Она равна скорости направленного движения носителя в электрическом поле единичной напряженности. Носителями зарядов могут быть электроны (дырки), ионы и молионы - заряженные группы молекул (коллоидные частицы). В связи с этим различают электронную, ионную и молионную электропроводности. Электронная электропроводность характерна для проводников (металлов), полупроводников и относительно реже встречается у диэлектриков. Ионная электропроводность наблюдается у кристаллических диэлектриков за счет ионов самого вещества или ионов примесей. Однако она особенно характерна для аморфных веществ – смол, лаковых пленок, компаундов, стекол, а также для жидких диэлектриков. Прохождение ионных токов сопровождается явлением электролиза, т.е. переносом вещества с образованием вблизи электродов новых химических веществ. Это явление используется при нанесении различных покрытий. Молионная электропроводность по своей физической сущности довольно близка к ионной и наблюдается в коллоидных системах, представляющих собой смесь двух веществ (фаз), одно из которых в виде макроскопических частиц находится во взвешенном состоянии в другом веществе. Из коллоидных систем наиболее часто в электроизоляционной технике используются эмульсии (обе фазы - жидкости) и суспензии (одна фаза - твердое вещество, другая - жидкость). При приложении внешнего поля молионы приходят в движение, и процесс сопровождается явлением электрофореза, который отличается от электролиза тем что не происходит образование новых веществ, а лишь меняется концентрация одной фазы в другой за счет осаждения молионов на электродах. Примером практического использования электрофореза является покрытие металлических предметов каучуком, смолами из их суспензий. Молионная электропроводность наблюдается у жидких лаков и компаундов, увлажненных масел и т.д. Пробой диэлектрика. Электрическим пробоем называют явление, приводящее к длительному или кратковременному образованию в диэлектрике канала с высокой электропроводностью. Естественно, что в этом случае диэлектрик теряет электроизоляционные свойства. Значе¬ние напряжения, при котором происходит пробой, называет¬ся пробивным напряжением Uпp, а соответствующая ему напряжен¬ность поля Епр - электрической прочностью диэлектрика, имеющей размерность [В/м].
2. В чем сущность метода выращивания монокристаллов из расплава?
В настоящее время более половины технически важных кристаллов выращивают из расплава. Этими методами выращивают элементарные полупроводники и металлы, оксиды, галогениды, халькогениды, вольфраматы, ванадаты, ниобаты и другие вещества. В ряде случаев из расплава выращиваются монокристаллы, в состав которых входит пять и более компонентов. Наличие альтернативных методов выращивания кристаллов из расплава позволяет на основании сравнительного анализа их основных технологических характеристик правильно выбрать тот или иной метод получения кристаллов с различными свойствами. Веществами, наиболее подходящими для выращивания из расплава, являются те, которые плавятся без разложения, не имеют полиморфных переходов и характеризуются низкой химической активностью. При кристаллизации из расплава важно учитывать процессы, влияющие на состав расплава (термическая диссоциация, испарение, взаимодействие расплава с окружающей средой), процессы на фронте кристаллизации, процессы теплопереноса в кристалле и расплаве, процессы массопереноса (перенос примесей, обусловленный конвекцией и диффузией в расплаве). Один из наиболее широко используемых промышленных методов получения полупроводниковых и других монокристаллов это метод Чохральского. Разработан в 1918 году. Исходный материал (шихту) загружают в тугоплавкий тигель и нагревают до расплавленного состояния. Затем затравочный кристалл в виде тонкого стержня диаметром в несколько мм устанавливают в охлаждаемый кристаллодержатель и погружают в расплав. Столбик расплава, осуществляющий связь растущего кристалла с расплавом, поддерживается силой поверхностного натяжения и формирует мениск между поверхностью расплава и растущим кристаллом. При этом граница расплав-кристалл, т. е. фронт кристаллизации, оказывается расположенной над поверхностью расплава. Высота расположения границы раздела зависит от степени перегрева расплава и условий теплоотвода от затравки. После частичного оплавления торца затравки ее вместе с растущим на ней кристаллом вытягивают из расплава. В результате теплоотвода через затравку на ней начинается ориентировочная кристаллизация. Диаметр растущего кристалла регулируется путем подбора скорости вытягивания и температуры расплава. В процессе вытягивания кристалл вращают с целью перемешивания расплава и выравнивания температуры на фронте кристаллизации. Преимущество метода вытягивания из расплава по сравнению с другими методами заключается в том, что кристалл растет в свободном пространстве без контакта со стенками тигля, при этом достаточно легко можно менять диаметр растущего кристалла и визуально контролировать рост. Методами вытягивания из расплава в настоящее время выращивают большинство полупроводниковых (кремний, арсенид галлия, фосфид и арсенид индия и др.) и диэлектрических материалов, синтетических кристаллов драгоценных камней. Технологические особенности проведения процесса определяются свойствами выращиваемого материала и требованиями, как по геометрическим параметрам, так и по физико-химическим свойствам, предъявляемыми к монокристаллу. Для выращивания монокристаллов полупроводниковых соединений, содержащих в своем составе легколетучие компоненты, используют метод Чохральского с жидкостной герметизацией расплава. В этом случае кристаллизуемый расплав находится под слоем легкоплавкого флюса, плотность которого меньше плотности расплава. Тигель с расплавом и флюсом помещают в рабочую камеру, в которой создают давление инертного газа на 50 –100% превышающее давление пара летучего компонента. В общем случае выращивание монокристаллов полупроводников методом Чохральского можно проводить как в вакууме, так и в атмосфере инертного газа, находящегося под различным давлением. Выращивание монокристаллов разлагающихся полупроводниковых соединений методом жидкостной герметизации проводят под высоким давлением инертного газа (10Мпа). Метод Чохральского может осуществляться как в контейнерном, так и бесконтейнерном вариантах. Наиболее существенным недостатком метода Чохральского является значительная химическая неоднородность выращиваемых кристаллов, выражающаяся в монотонном изменении состава последовательных слоев кристалла вдоль направления роста. С. Киропулос предложил в 1926 способ выращивания крупных щелочногалоидных монокристаллов, используемых в оптических приборах. В методе Киропулоса монокристаллическая затравка, закрепленная в водоохлаждаемом кристаллодержателе, приводится в контакт с расплавом, находящимся в тигле. На этой затравке происходит постепенное нарастание кристалла в форме полусферы. При этом кристалл как бы врастает в расплав. Когда разрастающийся кристалл приближается к стенке тигля, кристаллодержатель с кристаллом поднимается на несколько мм и затем продолжается дальнейший рост до очередного разрастания до стенок тигля, последующего подъема и т. д. После каждого такого подъема на боковой поверхности кристалла остаются кольцеобразные метки — следы перехода от одного уровня к другому. Таким образом, при выращивании методом Киропулоса диаметр выращиваемого кристалла ограничивается лишь размерами тигля и практически может достигать 300 см и более. Известны также модификации метода Киропулоса, в которых вместо периодического подъема кристаллодержателя с растущим кристаллом осуществляется непрерывный его подъем с постоянной скоростью. В целях снижения напряжений выращенные кристаллы подвергаются специальному послеростовому отжигу. Метод горизонтальной направленной кристаллизации (ГНК) разработан в Институте кристаллографии АН. Благодаря своим достоинствам метод ГНК получил широкое распространение при получении тугоплавких монокристаллических материалов, применяемых не только в радиоэлектронике и электронной технике, но и в акустоэлектронике и в ювелирной промышленности. К достоинствам этого метода можно отнести его относительную техническую и технологическую простоту. Этот метод обеспечивает возможность выращивать монокристаллы большого сечения. Для данного метода выращивания характерно эффективное удаление примесей, чему способствует не только весьма высокая температура расплава, но и хорошо развитая поверхность расплава при небольшой величине отношения глубины лодочки к ее ширине — в отличие от методов Чохральского и Киропулоса. Особенностью метода ГНК является также возможность проведения многократной предростовой перекристаллизации материала, что способствует глубокой очистке кристаллизуемого вещества и позволяет значительно снизить требования к чистоте исходных шихтовых материалов. Наличие открытой поверхности расплава позволяет вводить в него активирующую примесь на любом этапе выращивания кристалла. Синтез драгоценных ювелирных и технических камней по способу М. А. Вернейля считается классическим и является первым промышленным методом выращивания кристаллов корунда, шпинели и других синтетических кристаллов. В методе Вернейля к горелке с направленным вниз соплом через внешнюю трубу подводится водород, а через внутреннюю — кислород. В ток кислорода подается измельченный порошок окиси алюминия, который при этом нагревается до определенной температуры и затем попадает в водородно-кислородное пламя гремучего газа, где расплавляется. Внизу под соплом располагается стержень из спеченного корунда, выполняющего роль кристаллодержателя. На него стекает расплавленная окись алюминия, образуя шарик расплава. Стержень кристаллодержателя постепенно опускается со скоростью 5-10 мм/ч, при этом обеспечивается постоянное нахождение расплавленной растущей части корунда в пламени. Для получения рубина к порошку окиси алюминия добавляют окись хрома, для синтеза сапфира — окись железа и титана, для синтеза александритоподобного корунда — соли ванадия. Этим же методом выращивают синтетический рутил и титанат стронция. шпинель, гранаты, ниобат лития и другие искусственные камни.
3. Какие существуют группы МТМ, разделяемые по составу и способу получения?
Магнитотвердые материалы характеризуются широкой пет¬лей гистерезиса, т.е. высоким значением коэрцитивной силы Нс (до 800 кА/м).П рименяют магнитотвердые материалы для производства постоянных магнитов. Они являются источниками постоянных магнитных полей, используемых в различной аппаратуре в электро- и радиотехнике, автоматике, приборостроении, электронике, в устройствах электромагнитной записи, фокусирующих устройствах для телевизоров, микрофонах, электроизмерительных приборах, микроэлектронике, СВЧ-приборах и т.д. Их используют в электрических машинах малой мощности, для записи и хранения цифровой, звуковой и видеоинформации и др. Преимущества постоянных магнитов по сравнению с электромагнитами постоянного тока - повышенная работоспособность; экономия материалов и потребления энергии; экономическая и техническая выгода применения. По составу и способу получения магнитотвердые материалы подразделяются на легированные стали, закаленные на мартенсит, литые высококоэрцитивные сплавы, порошковые магнитотвердые материалы, магнитотвердые ферриты, пластически деформируемые сплавы, сплавы для магнитных носителей информации.
Легированные стали, закаленные на мартенсит По составу это высокоуглеродистые стали, легированные W, Mo, Cr или Co. Эти стали сравнительно дешевы и допускают обработку на металлорежущих станках. Но применение мартенситных сталей вследствие низких магнитных свойств ограничено. Высокая коэрцитивная сила у этих материалов достигается в результате максимального деформирования кристаллической решетки.
Литые высококоэрцитивные сплавы К этой группе относятся сплавы систем Fe—Ni—Al (ални) и Fe—Ni—Co—Al, модифицированные различными добавками. Литые высококоэрцитивные сплавы являются основными промышленными материалами для изготовления постоянных магнитов. Они являются активными элементами многих приборов и характеризуются благоприятным соотношением между магнитными свойствами и стоимостью производства. Их магнитные характеристики: Hc 30-110 кА/м, Wm 3-30 кДж/м3. Магнитная текстура высококоэрцитивных сплавов создается путем их охлаждения в сильном магнитном поле. При этом достигается упорядоченное расположение пластинчатых выделений сильномагнитной фазы, которые своими осями легкого намагничивания ориентируются в направлении поля. Такое магнитное текстурирование эффективно лишь для сплавов с высоким содержанием кобальта. Текстурированный материал магнитно анизотропен, наилучшие свойства у него обнаруживаются в том направлении, в котором при охлаждении на него действовало магнитное поле. Кристаллическую текстуру создают методом направленной кристаллизации сплава, залитого в форму, используя особые условия теплоотвода. Сплавы, полученные направленной кристаллизацией, имеют специфическую столбчатую структуру. Сочетание кристаллической и магнитной текстур позволяет улучшать все параметры магнитотвердого материала. Бескобальтовые сплавы наиболее дешевые. Сплавы, содержащие кобальт, применяются в тех случаях, когда требуются повышенные магнитные свойства и нужен изотропный магнитный материал. Сплавы с 24% кобальта (магнико), обладающие высокими магнитными свойствами в направлении магнитной текстуры, используют при направленном магнитном потоке. Сплавы с направленной кристаллизацией обладают наибольшим запасом магнитной энергии.
Порошковые магнитотвердые материалы Получают путем прессования порошков с последующей термообработкой. В зависимости от особенностей производства и природы высококоэрцитивного состояния материалы этой группы подразделяются на металлокерамические магниты и металлопласты, в том числе металлопластические магниты. Сложность получения особенно мелких изделий со строго выдержанными размерами из литых железоникельалюминиевых сплавов обусловила использование методов порошковой металлургии для производства постоянных магнитов. Эти магниты дешевы, обладают высокой коэрцитивной силой, но малой остаточной индукцией. К недостаткам также относятся плохие механические свойства и невысокая термостабильность. Высококоэрцитивное состояние обусловлено трудностью зародышеобразования или вращения намагниченности в мелких частицах феррита, обладающих высокой кристаллической анизотропией. В результате ряда технологических операций частицы оказываются изолированными друг от друга и перемагничиваются в значительной степени индивидуально.
Магнитотвердые ферриты Магнитотвердые ферриты (оксидные магниты) — это ферримагнетики с большой кристаллографической анизотропией. Применяются главным образом феррит бария BaO.6Fe2O3, феррит кобальта CoO.6Fe2O3 и феррит стронция SrO.6Fe2O3. Ферриты бария и стронция имеют гексагональную кристаллическую решетку с одноосной анизотропией. Высокая коэрцитивная сила у этих материалов обусловлена малым размером кристаллических зерен и сильной магнитной кристаллографической анизотропией. Технология их получения аналогична технологии приготовления керамики. Для получения мелкокристаллической структуры осуществляют тонкий помол, а спекание проводят при относительно невысоких температурах, чтобы исключить процесс рекристаллизации. Для придания анизотропии магнитных свойств материал текстурируют. Текстура создается путем формования массы в сильном магнитном поле. В зависимости от технологии изготовления магниты на основе феррита бария могут быть изотропными и анизотропными. Ферриты кобальта имеют кубическую структуру и получают их по той же технологии, что и ферриты бария. Основное отличие заключается в термомагнитной обработке спеченных магнитов.
Пластически деформируемые сплавы К пластически деформируемым сплавам относятся сплавы систем:
Fe — Со — Mo — (72%Fe, 12%Со, 16%Mo — комол);
Fe — Со — V — (37%Fe, 52%Со, 11%V — викаллои);
Fe — Ni — Cu — (20%Fe, 20%Ni, 60%Cu — кунифе);
Co — Ni — Cu —(45%Co, 25%Ni , 30%Cu — кунико).
Эти сплавы более пластичны и значительно легче поддаются механической обработке. Благодаря мелкодисперсной структуре, магнитные свойства этих сталей лучше, чем у легированных мартенситных сталей. Дисперсионно-твердеющие сплавы типа Fe — Со — Mo (комолы) приобретают высококоэрцитивное состояние (магнитную твердость) в результате отпуска после закалки, при котором происходит распад твердого раствора и выделяется фаза, богатая молибденом. Сплавы типа Fe — Со — V (викаллои) для придания им свойств магнитотвердых материалов подвергают холодной пластической деформации с большим обжатием и последующему отпуску. Высококоэрцитивное состояние сплавов типа Pt — Со возникает за счет появления упорядоченной тетрагональной фазы. К этой группе материалов относятся сплавы систем Fe — Ni — Cu и Co — Ni — Cu. Магнитные свойства этих сплавов высокие: Hc (12-55) кА/м, Wm (3-19)кДж/м3. Магнитотвердые ферриты применяются для работы в условиях рассеянных магнитных полей и в СВЧ-диапазоне. Основной недостаток этих сплавов — высокая стоимость.
Сплавы на основе редкоземельных элементов Редкоземельные элементы (РЗЭ) образуют большое число бинарных соединений с металлами переходной группы, обладающих высокими магнитными свойствами. Наибольший интерес представляют соединения RCo5 и R2Co17, где R — редкоземельный металл (самарий, празеодим, церий); кобальт может быть частично замещен медью или железом. Эти соединения имеют гексагональную структуру и им присуща сильная магнитная анизотропия и высокая температура Кюри. Наиболее высокая намагниченность насыщения наблюдается у соединений кобальта с элементами первой половины ряда лантаноидов, что обусловлено ферримагнитным упорядочением спинов атомов РЗЭ и атомов кобальта в этих соединениях. При температуре ниже некоторого критического значения соединения RСо5 метастабильны и распадаются на две фазы. Нарушение фазовой однородности является одной из причин проявления высокой коэрцитивной силы в материале. У материалов на основе РЗЭ Hc = (560-800) кА/м, Wm = (56-80) кДж/м3. Магниты из этих сплавов получают наиболее часто жидкофазным спеканием из порошков. Например, магниты на основе SmCo5 спекаются после прессования при температуре 1100 оС в течение 30 мин в атмосфере чистого аргона. Магниты из этих соединений должны быть защищены от окисления покрытиями из металла или оксидных пленок. Основные их недостатки — высокая хрупкость и высокая стоимость.
Сплавы для магнитных носителей информации Материалы этой группы должны иметь высокие значения остаточной магнитной индукции Br и коэффициента выпуклости в, а также высокую остаточную индукцию для повышения уровня считываемого сигнала. Для записи и воспроизведения информации используют тонкие металлические ленты и проволоку из специальной нержавеющей стали и викаллоя. В качестве магнитного носителя информации используют магнитотвердые порошковые покрытия, нанесенные на различные основания. Намагниченность магнетика после «отключения» поля будет зависеть от величины этого поля. Именно этот эффект используется для магнитной записи информации. Для этого различные участки ферромагнетика в виде тонкого магнитного слоя, нанесенного на диамагнитный диск или ленту, намагничивают полем, создаваемым миниатюрным источником магнитного поля — записывающей головкой. В результате такой записи различные участки ферромагнетика будут иметь различную остаточную намагниченность, несущую в себе информацию о поле, создаваемом записывающей головкой. Записанная информация может долго храниться. С помощью различных устройств, называемых считывающими головками, записанная информация может быть считана и превращена в записанный ранее электрический сигнал. В настоящее время достигнута очень высокая плотность записи — свыше 100 мегабит на см2. В качестве магнитного порошка используют оксиды железа, магнитотвердые ферриты, сплавы типа ални. Магнитные свойства лент, дисков и других устройств существенно зависят от размера частиц порошка, их ориентации и объемной плотности в рабочем слое. Качество поверхности влияет на ее частотные показатели.
4. Проводники и их количественные характеристики.
Проводник - вещество, основным электрическим свойст¬вом которого является электропроводность. Проводники являются наиболее широко применяемыми в технике материалами. Из них изготавливают обмоточные и мон¬тажные провода, силовые кабели и линии электропередач, кабели радио, телефонно-телеграфной связи, проводящие дорожки печат¬ных плат и интегральных схем, конструкционные детали прибо¬ров и устройств и т.п. Столь широкие области применения про¬водниковых материалов предполагают различные варианты их классификации. Классификация по смешанным признакам: - чистые металлы; - сплавы (высокого сопротивления, для термопар, припои); - тугоплавкие металлы с температурой плавления выше 1700 ºС -благородные металлы. Для электротехнического применения целесообразно про¬водниковые материалы подразделить на следующие группы: - материалы с высокой проводимостью; - материалы с высоким удельным сопротивлением; - металлы и сплавы различного назначения; - материалы на основе углерода и его модификаций; - сверхпроводниковые материалы. По агрегатному состоянию проводники могут быть тверды¬ми, жидкими и газообразными. Твердыми проводниками являют¬ся металлы и некоторые модификации углерода. К жидким отно¬сятся ртуть, расплавленные металлы и электролиты - водные растворы кислот, щелочей и солей, которые обладают электро¬проводностью. Пары и газы при низких напряжениях не являются провод¬никами, однако, при больших внешних полях они становятся про¬водниками за счет ударной ионизации. Газовая среда при ра¬венстве в единице объема электронов и ионов называется плазмой. Электрофизические, а также механические свойства про¬водников весьма разнообразны и характеризуются широким набо¬ром параметров: - удельная проводимость или удельное сопротивление; - температурный коэффициент удельного сопротивления; - температурный коэффициент линейного расширения; - работа выхода; - теплоемкость; - удельная теплопроводность; - температура плавления; - плотность; - пределы прочности при сжатии, растяжении, изгибе; - относительное удлинение при разрыве; При использовании проводников для решения различных задач в области радиотехники и электроники любой из перечис¬ленных параметров может оказаться наиболее значимым. Однако основными параметрами проводниковых материалов являются первые четыре. Удельная проводимость σ является количественной характе¬ристикой способности проводить электрический ток, т.е. электро¬проводности вещества. Величина ρ = 1/σ, обратная удельной про¬водимости, называется удельным сопротивлением и определяется выражением
ρ = RS/l, (2.1) где R - сопротивление, [Ом]; S - поперечное сечение, [м2]; l - длина проводника, [м]. В системе СИ размерность ρ – [Ом•м]. Диапазон значений ρ для металлов достаточно узок и со¬ставляет всего около трех порядков: от 1,6•10-8 [Ом•м] для серебра до 6•10-5 [Ом•м] для материалов на основе углерода. Температурный коэффициент удельного сопротивления ТКρ характеризует изменение сопротивления материала при изме¬нении температуры. У металлов с ростом температуры сопротив¬ление увеличивается вследствие уменьшения подвижности элек¬тронов за счет рассеяния на тепловых колебаниях решетки. Количественной мерой изменения удельного сопротив¬ления при изменении температуры является ТКρ. Он показывает, относительное изменение удельнгое сопротивления ρ при измене¬нии температуры на один градус. Математически ТКρ определяется выражением
Он может быть как положительным для чистых металлов, так и отрицательным для некоторых сплавов. Для металлов ТКρ находится в пределах (2-6)•10-3 К-1. Температурный коэффициент линейного расширения αl ха¬рактеризует изменение линейных размеров образца материала при изме¬нении температуры. Этот коэффициент необходимо особенно учи¬тывать в случаях совместной или сопряженной работы различных материалов, например, металл-стекло, металл-керамика и т.д. Количественные значения αl контактирующих материалов долж¬ны быть близки, чтобы не возникали недопустимые напряжения на стыках, в спаях и т.п., приводящие к разрушению одного из материалов. Величина αl; определяется выражением
которое показывает относительное изменение линейного размера (длина) образца материала при изменении температуры на один градус. Численные значения αl металлов колеблются в широких пределах, от 4•10-6 К-1 (для вольфрама) до 182•10-6 К-1 для ртути. Работа выхода φ численно равна энергии, необходимой для удаления электрона из вещества в вакуум без сообщения ему ки¬нетической энергии. На энергетической диаграмме вещества рабо¬та выхода φ представляет собой энергетический интервал между уровнем вакуума и уровнем Ферми (ЕF) (рисунок 1а). Уровень Ферми, или энергия Ферми, есть максимально возможная энергия электронов в металле при тем¬пературе абсолютного нуля. В металлах при Т = 0 К ЕF совпа¬дает с потолком валентной зо¬ны. В полупроводниках ЕF на¬ходится в запрещенной зоне (рисунок 2б) и поэтому является условным уровнем, удобным для описания свойств и расчета количественных параметров по-лупроводников. Тем не менее, принято считать, что уровень Ферми есть энерге-тический уро¬вень, вероятность заполнения которого электро-нами при темпера¬туре, отлич-ной от абсолютного нуля, равна 1/2. Работа выхода и ее количест-венное значение является наи¬более важным параметром в случае контакта различных веществ, например, металл-металл (М-М), металл-полупроводник (М-П), полупроводник-полупроводник (П-П) и т.д. За счет разных значений работ выхода для электронов в месте контакта возника¬ет контактная разность потенциалов, определяющая прохождение тока через этот контакт. В случае проводящего контакта М—М возникновение разности потенциалов — явление вредное, а для создания термопар необходима наибольшая разница значений ра¬бот выхода контактирующих металлов. Для других типов контак¬тов работы выхода контактирующих материалов и соотношения между ними определяют физические принципы работы приборов и устройств, использующих контакты. Таким образом, работа выхода является одним из основных параметров проводниковых и полупроводниковых материалов и должна учитываться при создании и анализе работы различных приборов и устройств.
Задача Определить заряд Q на обкладках плёночного конденсатора с площадью S = 0,25 см2 при напряжениях U(10, 20, 30, 40, 50) В и построить зависимость Q = f(U) для двух толщин конденсаторов. Варианты диэлектриков: Плёнка SiO2 (ε=4, d= 1,77 мкм) Плёнка Al2O3 (ε=8,d = 0,89 мкм)
Решение:
Q=UC, где U – напряжение, С – емкость конденсатора
C=(ε_0 εS)/d, где ε_0- электрическая постоянная (8,85*10-12Ф/м), ε-относительная диэлектрическая проницаемость. Найдем емкости конденсаторов с первым и вторым диэлектриком:
Конденсатор с диэлектриком SiO2 Конденсатор с диэлектриком Al2O3 U C Q U C Q 10 5 50 10 10 100 20 5 100 20 10 200 30 5 150 30 10 300 40 5 200 40 10 400 50 5 250 50 10 500
Построим график зависимости Q = f(U):
Литература:
Казанцев, А. П., Электротехнологические материалы: учеб. пособие / А. П. Казанцев. – Мн.: Дизайн ПРО, 1988, 2001 г. Пасынков, В. В. Материалы электронной техники / В. В. Пасынков, В. С. Сорокин, – М., ВШ., 1986 г., «Лань», 2003 г. Воробей, З.Ф. Физика полупроводников и диэлектриков: метод. пособие и контрольные задания / З.Ф. Воробей, А.П. Казанцев, И.Н. Лещенко – Мн.: МРТИ, 1984 г.
