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

45504. Графические средства представления проектных решений АСОИУ (IDEF, DFD, UML, ERD и т.п.) 36 KB
  DFD диаграммы потоков данных являются основным средством моделирования функциональных требований к проектируемой системе. Первый шаг моделирования – извлечение информации из интервью и выделение сущностей. Второй шаг моделирования – идентификация связей. Язык UML находится в процессе стандартизации проводимом OMG – организацией по стандартизации в области ОО методов и технологий в настоящее время принят в качестве стандартного языка моделирования и получил широкую поддержку в индустрии ПО.
45505. Анализ и оценка производительности АСОИУ 23 KB
  В основе такой оценки лежит понятие производительности. Есть 2 показателя производительности процессов по чистому времени: показатель производительности процессоров на операциях с данными целочисленного типа MIPS – отношение числа команд в программе к времени ее выполнения показатель производительности процессоров на операциях с данными вещественного типа при все кажущейся простоте критерия оценки чем MIPS тем быстрее выполняется программа его использование затруднено вследствие нескольких причин: процессоры разной архитектуры...
45506. Общая характеристика процесса проектирования АСОИУ. Цели и этапы разработки консалтинговых проектов 41 KB
  Проект проектноконструкторская и технологическая документация в которой представлено описание проектных решений по созданию и эксплуатации системы в конкретной программнотехнической среде. Проектирование системы процесс преобразования входной информации об объекте проектирования о методах проектирования и об опыте проектирования объектов аналогичного назначения в соответствии с ГОСТом в проект АСОИУ. Проектирование АСОИУ сводится к последовательной формализации проектных решений на различных стадиях жизненного цикла системы....
45507. Структурный подход к проектированию ИС. Функциональная модель АСОИУ 72.5 KB
  Сущность структурного подхода к разработке ИС заключается в ее декомпозиции на автоматизированные функции. Основные элементы этой методологии основываются на следующих концепциях: графическое представление блочного моделирования – функции изображаются в виде блока интерфейсы – дуг входящих и выходящих взаимодействие блоков – с помощью интерфейсных дуг. Блок детализируется на другой диаграмме с помощью нескольких блоков эти блоки представляют подфункции исходной функции. Обратные связи итерации продолжающие процессы и перекрывающая во...
45508. Разработка модели защиты данных в АСОИУ 29.5 KB
  Разработка модели защиты данных в АСОИУ Большое внимание в настоящее время уделяется вопросам формирования принципов построения механизмов защиты информации ЗИ и системы требований к ним. На основе имеющегося опыта можно сформулировать следующие фундаментальные принципы организации защиты информации: системность; специализированность; неформальность. Основные требования принципа системности сводятся к тому что для обеспечения надежной защиты информации в современных АСОИУ должна быть обеспечена надежная и согласованная защита во всех...
45509. Разработка пользовательского интерфейса 44 KB
  Интерфейс пользователя эта та часть программы которая находится у всех на виду. Процесс разработки ПИ разбивается на этапы ЖЦ: Анализ трудовой деятельности пользователя объединение бизнесфункций в роли. Формулировка требований к работе пользователя и выбор показателей оценки пользовательского интерфейса. Разработка обобщенного сценария взаимодействия пользователя с программным модулем функциональной модели и его предварительная оценка пользователями и Заказчиком.
45510. Разработка программы для исследования веб-камер для стрелкового тренажера 3.1 MB
  В процессе работы была разработана программа для исследования веб-камер и микрофонов в качестве регистратора точки прицеливания и спускового крючка для стрелкового тренажера на общедоступных компонентах.
45511. УПРАВЛЕНИЕ ПРОЕКТОМ АСОИУ 35.5 KB
  Таким образом система управления проектами является одним из важнейших компонентов всей системы управления организацией. Основные преимущества использования системы управления проектами включают: централизованное хранение информации по графику работ ресурсам и стоимости; возможности быстрого анализа влияния изменений в графике ресурсном обеспечении и финансировании на план проекта; возможность распределенной поддержки и обновления данных в сетевом режиме; возможности автоматизированной генерации отчетов и графических диаграмм...
45512. Проектная документация АСОИУ 54.5 KB
  Пояснительные записки к эскизному техническому проектам содержат разделы: общие положения; описание процесса деятельности; основные технические решения; мероприятия по подготовке объекта автоматизации к вводу системы в действие. Описание автоматизируемых функций содержит разделы: исходные данные; цели АС и автоматизированные функции; характеристика функциональной структуры; типовые решения при наличии. Описание постановки задачи комплекса задач содержит разделы: характеристики комплекса задач; выходная информация; входная информация....