19350

Материалы используемые в электронных приборах

Лекция

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Лекция №1 Введение Для создания электронных приборов необходимо много различных материалов и уникальных технологических процессов. Современная радиотехника и особенно высокочастотная техника радиосвязь приборы и аппаратура радиоэлектроники требуют б...

Русский

2013-07-12

126 KB

1 чел.

Лекция №1

  1.  Введение

Для создания электронных приборов необходимо много различных  материалов и уникальных технологических процессов. Современная радиотехника и особенно высокочастотная техника (радиосвязь), приборы и аппаратура радиоэлектроники требуют большого количества конструкционных и специальных радиотехнических материалов, свойства которых должны удовлетворять самым разнообразным условиям их применения. Под радиотехническими материалами принято понимать материалы, которые обладают особыми свойствами по отношению к электрическому, магнитному и электромагнитному полям.

Они разделяются на 4 группы:

  1.  проводники
  2.  диэлектрики
  3.  полупроводники
  4.  магнитные материалы

Требования, которым должны удовлетворять радиоматериалы:

  1.  обладать высокими электрическими (магнитными) характеристиками.
  2.  нормально работать при повышенных, а иногда при низких температурах.
  3.  иметь достаточную механическую прочность при различных видах нагрузки, устойчивостью к тряске, вибрации, ударам…
  4.  обладать достаточной влагостойкостью, химической стойкостью, стойкостью к облучениям.
  5.  не иметь заметно выраженного старения.
  6.  удовлетворять технологичности, т.е. сравнительно легко обрабатываться.
  7.  быть недорогими и не дефицитными.

  1.  


  1.  Типы проводников

Проводниками электрического тока могут служить твёрдые тела, жидкости, а при соответствующих условиях и газы

Твёрдыми проводниками являются металлы, металлические сплавы и некоторые модификации углерода. За последнее время получены также органические полимеры. Среди металлических проводников различают:

а) материалы, обладающие высокой проводимостью, которые используют для изготовления проводов, кабелей, проводящих соединений в микросхемах, обмоток трансформаторов, волноводов, анодов мощных генераторных ламп и т.д.

б) металлы и сплавы, обладающие высоким сопротивлением, которые применяются в электронагревательных приборах, лампах накаливания, резисторах, реостатах.

К жидким проводникам относятся расплавленные металлы и различные электролиты. Как правило температура плавления металлов высока за исключением ртути (-39°C), галлия (29,8°C) и цезия (26°C). Механизм протекания тока обусловлен движением свободных электронов. Поэтому металлы называются проводниками первого рода. Электролитами или проводниками второго рода являются растворы солей, кислот и щелочей. Все газы и пары, в том числе пары металлов при низкой напряженности не являются проводниками. При высоких напряженностях может произойти ионизация газа, и ионизированный газ, при равенстве числа электронов и положительных ионов в единице объёма, представляет собой особую равновесную проводящую среду, которая называется плазмой.

  1.  


  1.  Металлические проводники
    1.   Зонная энергетическая структура металлов

Чтобы понять, почему металлы обладают значительной проводимостью, намного большей, чем проводимость диэлектриков и полупроводников, следует рассмотреть какова структура их энергетических зон.

В изолированном атоме имеется ряд разрешённых уровней энергии, которые могут быть «заселены» электронами (рис. 1.1, а). Если атомов много, но они удалены на достаточно большие расстояния друг от друга, структура энергетических уровней не изменяется, а электроны по-прежнему оказываются локализованными вблизи своих ядер. При конденсации вещества и при образовании кристаллической решётки твёрдого тела все имеющиеся у атомов данного типа электронные уровни (как заполненные электронами, так и незаполненные) несколько смещаются вследствие воздействия соседних атомов друг на друга. В частности, притяжение электронов одного атома ядром соседнего снижет высоту потенциального барьера, разделяющего электроны в уединённых атомах. Главное состоит в том, что при сближении атомов происходит перекрытие электронных оболочек, а это в свою очередь существенно изменяет характер движения электронов. Благодаря перекрытию оболочек электроны могут без изменения энергии посредством обмена переходить от одного атома к другому, то есть перемещаться по кристаллу. Обменное взаимодействие имеет чисто квантовую природу и является следствием неразличимости электронов. В этом случае уже нельзя говорить о принадлежности того или иного электрона определённому атому – каждый валентный электрон всем атомам кристаллической решётки одновременно. Иными словами, при перекрытии электронных оболочек происходит обобществление электронов.

Вследствие обменного взаимодействия дискретные энергетические уровни изолированного атома расщепляются в энергетические зоны (рисунок 1.1, б). Разрешенные энергетические зоны разделены запрещёнными интервалами энергии (запрещёнными зонами - ЗЗ). Уровни энергии внутренних оболочек, которые локализованы вблизи ядра и не подвержены сильному возмущению со стороны окружающих атомов, расщепляются меньше, чем уровни валентных (внешних) электронов.

Рисунок 

Уровень невозбуждённого состояния атома энергетические уровни:

а – уединённого атома;

б – твёрдого тела;

Рассмотрим простую кристаллическую решётку, образованную одним сортом атомов. В каждой разрешённой энергетической зоне содержится столько уровней энергии, сколько атомов содержится во всём кристалле. Если учесть, что энергетические зоны имеют ширину порядка единиц эВ, то для кристалла размером 1см3, содержащего 1022-1023 атомов, энергетическое «расстояние» между уровнями окажется ~ 10-22-10-23 эВ. Эти цифры говорят о том, что энергетический спектр зоны можно считать непрерывным, поскольку даже тепловые флуктуации энергии электрона при нормальных условиях составляют значительно большую величину ~ 103эВ.

Стремление системы атомов к минимуму энергии приводит к тому, что энергетические уровни зон заселяются имеющимися электронами «снизу - вверх». При этом действует принцип Паули – каждый уровень может быть заселён не более чем двумя электронами. В итоге, нижние (внутренние) зоны заселяются полностью вплоть до зоны, образованной валентными уровнями. Валентная зона (ВЗ) является последней заселяемой зоной. В зависимости от «укомплектованности» электронами она может оказаться либо полностью заполненной, либо частично заполненной. Например, если валентная зона образована S-оболочками атомов, имеющих по одному электрону (щелочные металлы), то она будет заполнена ровно на половину. Следующая за валентной зоной свободная, незаполненная электронами зона называется зоной проводимости (ЗП). Взаимное положение этих зон и степень заполнения валентной зоны определяют большинство процессов, происходящих в твёрдом теле.

1) Предположим, что валентная зона заполнена полностью (рисунок  -1). Если при этом между валентной зоной и зоной проводимости имеется достаточно большая зона запрещённых энергий Е > ~ 0.1 эВ, то такое состояние соответствует либо полупроводнику (Е < ~ 3 эВ), либо диэлектрику (Е > ~ 3 эВ). Находясь в валентной зоне, электроны совершают квантовомеханические движения, но не способны к направленному движению (дрейфу) в электрическом поле, поскольку для этого им необходимо изменять свою энергию, переходя с уровня на уровень. Но уровни в пределах валентной зоны полностью заселены, поэтому дрейф возможен лишь при условии перебрасывания части электронов из валентной зоны в зону проводимости за счёт внешних возбуждающих факторов (температурный нагрев, освещёние и т.д.).

1 – валентная зона;

2 – зона проводимости;

3 – запрещенная зона.

  Рисунок  

Структура энергетических зон диэлектриков (а), полупроводников (б) и металлов (в).

2. Случай, когда запретная зона оказывается незначительной, или вообще отсутствует, (валентная зона перекрывается с зоной проводимости) соответствует материалу высокой проводимости – металлы, поскольку электроны получают возможность относительно свободно изменять свою энергию при воздействии внешнего электрического поля, беспрепятственно переходя из зоны в зону.

3. Если валентная зона заполнена электронами частично то, очевидно, что соответствующий материал обладает металлическими свойствами независимо от взаимного расположения валентной зоны и зоны проводимости.

Случай перекрытых зон и случай частично заполненной валентной зоны с точки зрения электропроводности эквивалентны. Важно отметить, что уровень Ферми металлов располагается в области разрешённых квазинепрерывных энергетических зон, и что концентрацию носителей заряда («свободных» электронов) можно считать почти постоянной по отношению к изменению внешних условий. Это также отличает металлы от полупроводников, у которых количество носителей заряда резко возрастает с ростом температуры.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

27079. Архитектура ERPII-систем 142.37 KB
  Объяснить что такое ERPII Что такое архитектура Как архитектура относится к классу данной системы ERPII Enterprise Resource and Relationship Processing – Управление внутренними ресурсами и внешними связями предприятия. Появление концепции ERP II связано с началом широкого применения Интернеттехнологий в практике корпоративного управления. По мере развития соответствующего программного обеспечения и его интеграции с ERPпродуктами корпоративные системы управления стали выходить за традиционные рамки автоматизации операций внутри...
27080. Архитектура ERP-систем 134.57 KB
  Архитектура ERPсистем. Объяснить что такое ERP Что такое архитектура Как архитектура относится к классу данной системы 1. ERP – Enterprise Resource Planning Управление ресурсами предприятия – это методология эффективного планирования и управления всеми ресурсами предприятия которые необходимы для осуществления продаж производства закупок и учета при исполнении заказов клиентов в сферах производства дистрибьюции и оказания услуг. ERPсистема –это система реализующая эту концепцию.
27081. Архитектура MRP II 131.24 KB
  Архитектура MRP II Объяснить что такое MRP II Что такое архитектура Как архитектура относится к классу данной системы 1. Концепция MRP II– Manufacturing Resource Planning – Планирование производственных. В отличие от MRP рассматривающего производственные мощности как неограниченные MRP II содержит специальную функцию позволяющую согласовывать потребности в материалах с возможностями производства. Таким образом MRP II представляет собой сочетание планирования по MRP с функцией CRP включая управление складами снабжением продажами и...
27082. Архитектура MRP-систем 132.39 KB
  Архитектура MRPсистем. Объяснить что такое MRP. В 60е годы был разработан метод MRP Material Requirements Planning – Планирование потребностей в материалах позволяющий устранить недостатки простейших систем управления запасами. MRP базируется на данных основного производственного плана при составлении которого за исходную точку принимается ожидаемый спрос на готовую продукцию либо иные возникающие потребности в материалах.
27083. MRP II (Manufacturing Resources Planning) 34.44 KB
  В общем случае можно выделить следующие направления:  планирование бизнеса  планирование производства  формирование основного производственного планаграфика  MRP  CRP Системы MRP II предполагают вовлечение в информационную интеграцию финансовой составляющей планирование бизнеса. В системах MRP II предполагается специальный инструментарий формирования финансового плана и составления бюджетных смет прогнозирования и управления движением денежных средств на основании которых определяется возможность реализации производственного...
27084. MRP (Material Requirements Planning) 17.84 KB
  MRP Material Requirements Planning MRP системы интенсивная разработка теории которых осуществлялась с начала 60 годов в настоящее время присутствуют практически во всех интегрированных информационных системах управления предприятием. В настоящее время использование современных интегрированных систем на Российских предприятиях пока не нашло широкого распространения тем более функциональности планирования материальных ресурсов MRP В каких случаях использование MRP систем является целесообразным Прежде всего необходимо заметить что MRP...
27085. SCM 95.29 KB
  supply chain management SCM организационная стратегия и прикладное программное обеспечение предназначенные для автоматизации и управления всеми этапами снабжения предприятия и для контроля всего товародвижения. SCMсистемы охватывает весь товарный цикл: закупку сырья производство распространение товара. Выделяется шесть основных областей на которых сосредоточено управление цепями поставок: производство поставки месторасположение запасы транспортировка и информация В составе SCMсистемы можно условно выделить две подсистемы: SCP ...
27086. Информация в бизнесе. Информационная поддержка бизнеса 15.71 KB
  Информация сведения об объектах и явлениях окружающей среды их параметрах свойствах и состоянии которые воспринимают информационные системы живые организмы управляющие машины и др. Финансовоуправленческие системы включают подкласс малых интегрированных систем. Такие системы предназначены для ведения учета по одному или нескольким направлениям бухгалтерия сбыт склад кадры и т. Системы этого класса обычно универсальны цикл их внедрения невелик иногда можно воспользоваться коробочным вариантом купив программу и самостоятельно...
27087. Документооборот 14.98 KB
  Следует отметить что в этом определении упор делается на словах движение документов то есть их пути из одного подразделения или от одного сотрудника к другому. Автоматизация позволяет сократить время на обработку документов а также снижает риски случайной потери данных кроме того СЭД позволяет руководству контролировать выполнение управленческих решений. Возможность параллельного выполнения операций позволяющая сократить время движения документов и повышения оперативности их исполнения Непрерывность движения документа позволяющая...