29773

Классификация и особенности материалов электронной техники. Структура материалов. Обозначение кристаллографических плоскостей и направлений кристалла

Контрольная

Химия и фармакология

Структура материалов. Классификация и особенности материалов электронной техники. Электрофизические свойства являются одним из основных свойств материалов определяют их применение в электронной технике.

Русский

2013-08-21

25.27 KB

37 чел.

Классификация и особенности материалов электронной техники. Структура материалов. Обозначение кристаллографических плоскостей и направлений кристалла.

Классификация и особенности материалов электронной техники.

По применению материалы электронной техники можно разделить на электротехнические и конструкционные специального назначения. Конструкционные материалы применяются для изготовления различного рода конструкционных опорных деталей, держателей каркасов, различных металло-конструкционных деталей, машинных приборов и т.д.

Электротехническими называются материалы, характеризуемые определёнными свойствами по отношению к электромагнитному полю и применяемые в технике с учётом этих свойств. Электрофизические свойства являются одним из основных свойств материалов, определяют их применение в электронной технике. В связи с этим наиболее распространена классификация материалов электронной техники по их свойствам проводить электрический ток. В соответствии с данной классификацией материалы делятся на проводники, полупроводники и диэлектрики.

Проводники имеют удельное электрическое сопротивление от  до  . С позиции зонной теории твёрдых тел валентная зона и зона проводимости в проводниках практически перекрывается.

Полупроводники имеют удельное электрическое сопротивление от  до  и ширину запрещённой зоны от 0,1 до 3 эВ.

Диэлектрики имеют удельное сопротивление более  и ширину запрещённой зоны более 3 эВ.

Особенностью материалов электронной техники является широкое использование всех этих 3-х классов материалов, как в виде элементарных веществ, так и химических соединений.

По структурным особенностям материалы электронной техники делятся на кристаллы и аморфные тела, при этом кристаллические материалы могут быть как монокристаллическими, так и поликристаллическими. Монокристаллические материалы, такие как Si, GaAs являются базовыми материалами электронной техники. Другая особенность состоит в использовании материалов, как в объёмном, так и в плёночном виде. При этом свойства материалов в плёночном исполнении могут существенно отличаться от свойств объёмных материалов.

В электронной технике применяются вещества высокой степени частоты. Поскольку малейшее изменение в количестве присутствующей примеси может привести к резкому изменению свойств материалов. В то же время все эти материалы редко используются в беспримесном виде. Обычно для управления свойствами в них преднамеренно вводят те или иные элементы, т.е. легируются.

Структура материалов

В электронной технике применяются материалы как аморфные, так и кристаллические. В аморфных телах атомы образуют пространственную сетку случайным образом соединенных друг с другом атомов. Большая часть материалов электронной техники представляет собой кристаллы.

Кристаллами называются твёрдые тела, которые имеют регулярное строго-периодическое расположение частиц в пространстве. В идеальном кристалле строгое расположение частиц выдерживается на неограниченном расстоянии, что называется дальним порядком расположения атомов. Основной особенностью структуры кристаллов является симметрия.

Симметрия кристаллов – это свойство кристаллов совмещаться с собой при поворотах, отражениях, параллельных переносов или комбинации этих операций. Любой кристалл может быть охарактеризован определённым набором элементов симметрии. Полным набором всех элементов симметрии, присущих данному кристаллу, называется его классом симметрии. Симметрия внешнего строения обуславливает и симметрию физических свойств кристаллов. Существование пространственной решётки, образованной закономерным расположением частиц объясняется тем, что равновесие сил притяжения и отталкивания достигается при условии трёхмерной периодичности. Различные воздействия, такие как электрическое или магнитное поле, механическое усилие или добавление в кристалл атомов другого сорта нарушают это динамическое равновесие и меняют свойства кристалла, что позволяет управлять свойствами кристаллов и активно используется в технике.

Выделяют монокристаллы и поликристаллы. В монокристаллах дальний порядок выдерживается на расстояниях соизмеримых с размерами кристалла. Поликристалл представляет собой соединения большого числа мелких кристаллов, которые называются кристаллитами или зёрнами. В поликристаллах они могут быть, как случайным образом ориентированы друг относительно друга, так и иметь какую-то преимущественную ориентацию. В этом случае поликристалл является текстурированным.

Элементарные ячейки решётки Бравэ

Пространственную решётку можно представить как множество смежных параллелепипедов. Параллелепипед, являющийся минимальной частью кристалла, в котором сосредоточены все его свойства, называется элементарной ячейкой. Рёбра элементарного параллелепипеда являются параметрами решётки или векторами трансляции.

Все элементарные ячейки имеют определённые метрические и угловые характеристики. Выделяют всего 14 типов элементарных ячеек, которые называют элементарными ячейками решёток Бравэ. Решётки Бравэ играют немало важную роль в кристаллографии. С помощью 14-ти типов решёток Бравэ могут быть описаны структуры всех существующих в природе кристаллов, как химических элементов, так и сложных по составу химических соединений.

Все типы пространственных решёток распределяются на семь сингоний, которым свойственно одинаковая совокупность угловых и метрических характеристик. 7 из 14 элементарных ячеек являются примитивными. В них атомы расположены только в узлах элементарного параллелепипеда. Остальные семь элементарных ячеек являются сложными, а точнее производными от примитивных. В них атомы располагаются не только в узлах, но и на параллельных гранях – базо-центрированная. Внутри элементарного параллелепипеда – объемно-центрированная. И в центре всех граней – гранецентрированная решётка.

Сингонии объединяются по принципу симметрии в категории низшую, среднюю и высшую. Для описания кристаллических структур материалов электронной техники наиболее шире элементарные ячейки кубической и гексагональной сингонии. Гексагональная сингония принадлежит к средней категории, и для неё выполняются следующие соотношения: , . В этом случае возможна только примитивная элементарная ячейка.

Кубическая сингония принадлежит к высшей категории. Для неё выполняются следующие соотношения:  . Возможна примитивная, объёмно-центрированная и гранецентрированная элементарные ячейки.

Обозначение кристаллографических плоскостей и направления в кристаллах

Для кристаллов характерна анизотропия многих свойств. Необходимо различать и определённым образом обозначать различные плоскости и направления в кристаллах.

Для обозначения плоскостей и направлений в кристаллографии используются так называемые кристаллографические индексы.

Кристаллическая структура и кристаллографическая плоскость являются бесконечно протяжёнными. Для их задания берут фрагмент кристаллической структуры, элементарную ячейку, и рассматривают фрагмент плоскости в её пределах. Кристаллографические индексы плоскостей и направлений в кубических кристаллах задаются в системе координат рассматриваемого кристалла. Начало координат помещается в один из узлов элементарной ячейки. Оси координат направляют по рёбрам. Предполагают, что некоторая плоскость отсекает на осях  в прямоугольной системе координат отрезки , тогда можно записать следующее уравнение плоскости в отрезках  , умножаем обе части на наименьший общий делитель, тогда получаем . Новые целочисленный коэффициенты при , заключённые в круглые скобки  называются кристаллографическими индексами Миллера для обозначения плоскостей в кубических кристаллах.

Таким образом, кристаллографические индексы плоскости – это совокупность трёх наименьших целых чисел, которые относятся между собой как величины обратные отрезкам, отсекаемым данной плоскостью на осях координат кристалла. Символ  обозначают не одну единственную плоскость, а семейство параллельных плоскостей. Т.е., все плоскости, параллельные данной, имеет те же индексы. С точки зрения кристаллографии в кристаллах имеются плоскости, которые не параллельны, но также тождественны или кристаллографически эквивалентны. Это обусловлено симметрией кристалла. Вся совокупность эквивалентных семейств плоскостей обозначается символом  в фигурных скобках. Символы отдельных семейств эквивалентных плоскостей отличаются друг от друга местом и знаком индекса.

Кристаллографические индексы направления в кубических кристаллах – это совокупность наименьших целых чисел  пропорциональна проекциям какого-либо отрезка направления на оси  системы координат кристалла. Символ  обозначает также семейство параллельных направлений. Как и в случае плоскостей сохраняется понятие кристаллографической эквивалентности направления.

Совокупность кристаллографических эквивалентных направлений обозначается в угловых скобках .

Для обозначения кристаллографических плоскостей направлений в гексагональных кристаллах используется система четырёх числовых индексов, которые называются индексами Миллера-Бравэ. Система координат гексагональной решётки является четырёхосной:  лежат в одной базисной плоскости под углом  , а четвёртая ось  перпендикулярна им.

Кристаллографические индексы плоскостей в этой системе представляют собой четыре наименьших целых числа , отношения между которыми соответствует отношению величин, обратным длинам отрезков, отсекаемых плоскостью на осях .

Индексы  зависимы и связаны между собой следующим соотношением .

Индексы кристаллографических направлений для гексагональных кристаллов – это 4 наименьших целых числа , отношение между которыми соответствует отношению проекции какого-либо отрезка этого направления на оси . Как и в случае кубических кристаллов, для гексагональных сохраняются понятия семейства плоскостей и направлений, и эквивалентных плоскостей и направлений.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

75725. Порядок расследования одиночного несчастного случая на производстве 19.73 KB
  Порядок расследования одиночного несчастного случая на производстве. Производственный травматизм и профессиональные заболевания это сложные многофакторные явления обусловленные действием на человека в процессе его трудовой деятельности опасных вызывающих травмы и вредных вызывающих заболевание факторов. Расследование и учет несчастных случаев на производстве необходимы для разработки и осуществления мероприятий по профилактике травматизма улучшению состояния условий и охраны труда. Несчастный случай на производстве это случай...
75726. Порядок расследования тяжелого, группового несчастного случая и несчастного случая со смертельным исходом на производстве 15.81 KB
  Порядок расследования тяжелого группового несчастного случая и несчастного случая со смертельным исходом на производстве. Несчастные случаи подлежащие расследованию и учету Порядок проведения расследований несчастных случаев При расследовании каждого несчастного случая комиссия в предусмотренных случаях государственный инспектор труда самостоятельно проводящий расследование несчастного случая выявляет и опрашивает очевидцев происшествия лиц допустивших нарушения требований охраны труда получает необходимую информацию от работодателя...
75727. Порядок оформления акта по форме Н-1 о несчастном случае на производстве и учета несчастного случая на производстве 18.73 KB
  Указывается число месяц год и время проишетвиям несчастного случая количество полных часов от начала работы смены. Почтовый юридический адрес указывается в последовательности установленной правилами оказания услуг связи: почтовый индекс название и вид населенного пункта название улицы номер дома номер корпуса номер офиса если организация не занимает здание полностью. При наличии в организации нескольких ОКВЭД в акте указывается только основной вид экономической деятельности. Наименнование структурного подразделения организации...
75728. Методы изучения причин несчастных случаев на производстве 14.61 KB
  Методы изучения причин несчастных случаев на производстве. Вывешенные на стене такие планы постоянно сигнализируют напоминают о местах несчастных случаев. Повторение несчастных случаев в определенных местах будет свидетельствовать о неблагополучии с охраной труда на данных объектах. Путем дополнительного обследования указанных мест выявляют причины вызвавшие несчастные случаи и намечают текущие и перспективные мероприятия по устранению несчастных случаев для каждого отдельного объекта.
75729. Расчет показателей(коэф-ов) , характеризующих состояние производственного травматизма 101.75 KB
  Для характеристики уровня производственного травматизма в бригаде участке цехе предприятии отрасли и народном хозяйстве в целом а также для сопоставления состояния травматизма в этих структурных подразделениях используются относительные показатели коэффициенты частоты тяжести несчастных случаев и нетрудоспособности. Показатели рассчитываются на основе данных отчета о пострадавших при несчастных случаях.Показатель частоты несчастных случаев кч:...
75730. Статистический метод анализа причин производственного травматизма 14.48 KB
  Статистический метод анализа причин производственного травматизма Статистический метод анализа причин производственного травматизма служит сегодня пожалуй основным методом позволяющим вырабатывать политику действий и намечать конкретные меры по предотвращению этого печального и нежелательного явления. Для анализа собирают массив данных по всем изучаемым показателям. С помощью статистического анализа можно обнаруживать закономерности свойственные этим показателям изучать особенности возникновения несчастных случаев в отдельных...
75731. Условия и факторы производственной среды, вредно влияющие на организм человека. Нормативные документы, регламентирующие их параметры 36 KB
  Условия и факторы производственной среды вредно влияющие на организм человека. Производственная среда это часть окружающей человека среды включающая природно-климатические факторы и факторы связанные с профессиональной деятельностью шум вибрация токсичные пары газы пыль ионизирующие излучения и др. Опасными называются факторы способные при определенных условиях вызывать острое нарушение здоровья травму и гибель организма; вредными факторы отрицательно влияющие на работоспособность или вызывающие профессиональные заболевания и...
75732. Показатели, характеризующие метеорологические условия производственной среды. Понятие терморегуляции 43 KB
  В понятие метеорологических условий производственной среды или микроклимата входят: температура воздуха его влажность и скорость движения атмосферное давление и тепловое излучение от нагретых поверхностей. Исследования показывают что повышение температуры воздуха выше 2022С снижает работоспособность на 24 на каждый градус повышения температуры а при температуре в 30С и выше на 46 на каждый градус. При температуре воздуха более 30С и значительном тепловом излучении от нагретых поверхностей наступает нарушение терморегуляции...
75733. Оптимальные параметры микроклимата производственной среды. Организация и проведение контроля параметров микроклимата 47.5 KB
  В этих нормах отдельно нормируется каждый компонент микроклимата в рабочей зоне производственного помещения: температура относительная влажность скорость движения воздуха в зависимости от способности организма человека к акклиматизации в разное время года характера одежды интенсивности производимой работы и характера тепловыделений в рабочем помещении. Перепады температуры воздуха по высоте и по горизонтали а также изменения температуры воздуха в течение смены при обеспечении оптимальных величин микроклимата на рабочих местах не должны...