Основы теории сплавов Электропроводность диэлектриков Магнитные материалы Полупроводниковые материалы

Свойства полупроводников проявляют многие материалы. Среди этих материалов встречаются как элементарные полупроводники: кремний, германий, селен, так и химические соединения: карбид кремния, сульфиды и селениды различных металлов, арсениды, фосфиды и антимониды, а также окислы металлов.

Германий используют для изготовления высокочастотных приборов и приборов, коммутирующих большие токи. Легированный кремний используют для изготовления приборов работающих в полях высокой напряженности.

В принципе для изготовления  полупроводниковых элементов пригоден и углерод в модификации алмаза.

Полупроводниковые химические соединения.

Полупроводниковыми свойствами обладают многие химические соединения. В химии полупроводниковых соединений приняты обозначения типа AIIIBV, где АIII - элемент третьей группы, a BV - элемент пятой группы.

Соединения типа AIVBIV.

Одним из важнейших для техники соединений типа AIVBIV является карбид кремния. Взаимодействие кремния с углеродом приводит к усилению ковалентной связи, следовательно, температура плавления карбида кремния будет выше, чем у чистого кремния. Кроме того, у карбида кремния повышается величина запрещенной зоны. Поэтому из карбида кремния можно изготавливать приборы, работающие при более высокой температуре, чем кремниевые приборы.

Полупроводниковые соединения типа AIIIBV

Эти соединения образуются в результате взаимодействия элементов III-б подгруппы периодической таблицы (бора, алюминия, галлия, индия) с элементами V-б подгруппы (азотом, фосфором, мышьяком и сурьмой). Для соединений такого типа характерен тип химической связи называемой донорно-акцепторной. Этот тип связи представляет собой переход от ковалентной связи к ионной. Физические свойства таких материалов определяются энергией связи, которая уменьшается по мере роста порядкового номера элементов, входящих в состав материала. Подвижность носителей заряда в полупроводниках такого типа ограничивается в основном рассеянием электронов на оптических тепловых колебаниях решетки, под которыми понимают противофазное смещение соседних атомов. Поскольку атомы А111 и BIV обладают некоторым ионным зарядом, то их противофазное смещение приводит к появлению дипольного момента, являющегося эффективным центром рассеяния носителей заряда. Чем больше разность электроотрицательностей элементов, образующих соединение, тем сильнее выражена ионная составляющая химической связи. Соответственно возрастает рассеяние электронов и дырок на оптических колебаниях и уменьшается подвижность носителей заряда.

Многообразие свойств полупроводников типа АIIIВV привело к их широкому применению в различных технических устройствах. На их основе изготавливают инжекционные лазеры и светодиоды. У арсенида галлия ширина запрещенной зоны близка к ширине запрещенной зоны кремния, а подвижность носителей заряда близка к подвижности носителей заряда германия. Поэтому данный материал является весьма перспективным для изготовления интегральных микросхем с высоким быстродействием.

Полупроводниковые соединения типа AIIBVI

К соединениям типа AIIBVI относят хапькогениды цинка, кадмия и ртути. Химическая связь носит смешанный ковалентно-ионный характер. Компонента ионной связи в таких соединениях выражена сильнее по сравнению с соединениями типа AIIBVI. С ростом средней атомной массы атомной массы соединений уменьшается ширина запрещенной зоны и снижается температура плавления, одновременно повышается подвижность носителей заряда. Соединения типа AIIBVI применяются для изготовления фоторезисторов, обладающих высокой чувствительностью в видимой области спектра, а также для изготовления люминофоров.

Основные области применения полупроводниковых материалов:

- выпрямительные и усилительные приборы разной мощности на разные частоты неуправляемые и управляемые – диоды, транзисторы, тиристоры;

- нелинейные резисторы – варисторы;

- терморезисторы;

- фоторезисторы;

- фотоэлементы;

- термоэлектрические генераторы.

Изготовленные из полупроводников приборы обладают целым рядом преимуществ. К ним относятся:

- большой срок службы (при электронной электропроводности отсутствует старение материалов);

- малые габариты и вес;

- простота и надежность конструкции, большая механическая прочность (не боятся тряски и ударов);

- полупроводниковые приборы, заменяющие лампы, не имеют цепей накала, потребляют незначительную мощность и обладают малой инерционностью;

- при освоении в массовом производстве они экономически целесообразны.

Организационная диаграмма

Свойствами проводниковых материалов обладают металлы и металлические сплавы, находящиеся как в твердом, так и жидком состоянии, углеродистые материалы, водные растворы и расплавы электролитов и ионизированные газы. В зависимости от области применения к проводниковым материалам предъявляют различные требования: от одних из них требуется высокая удельная электропроводность, от других, наоборот, — высокое (при этом заданное) удельное сопротивление, от третьих — высокое постоянство контактного сопротивления и т. д. Поэтому к этому классу электротехнических материалов относят различные по составу, строению и свойствам материалы, которые будут разбиты на отдельные группы.

Фазы и структура в металлических сплавах Металлическим сплавом называется вещество, получаемое сплавлением или другим способом (спеканием, электролизом и прочее) двух или более компонентов. Компонентами сплава называются химические элементы или химические соединения, которые образуют сплав. Фаза метллического сплава - гомогенная часть сплава, обладающая одинаковыми свойствами во всех своих точках и ограниченная от дрегих частей поверхностью раздела, при переходе через которую свойства сплавов изменяются скачкообразно.
Электротехнические материалы