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

35 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

59327. Сценарій фестивалю “Повір у себе” 32.5 KB
  Весна. Цвіте на землі і летить у небесах, як сонячна богиня волі, розбуджує природу, звільняє від снігів і морозів землю, розсіває квіти і квітчає сади. Весна – це поклик молодості, голос радості й щастя, віри й любові, надії й краси, поезії й пісні.
59328. Ток-шоу “Дзеркало” 53.5 KB
  В його програмі будуть висвітлюватися актуальні питання опираючись на твори мистецтва та досвід з власного життя. Яке ще призвання Туди ідуть щоб забезпечити собі безбідне і спокійне життя.
59329. Місце Т. Шевченка в українському національному відродженні 42.5 KB
  Тарас Оксано Подивись що я намалював. Оксана Ой як гарно яка хатинка Тарас а ти мене колинебудь намалюєш Тарас Звичайно. А вірша про тебе складу хочеш Голос мачухи: Тарас Тарас Ой лихо мені.
59330. Повторення таблиць множення і ділення чисел 2 і 3. Складання задач на дві дії за даним виразом. Знаходження значень буквенних виразів 39 KB
  Мета: Виявити обсяг і якість знань про множенні і ділення таблиць 2 і 3, рівень навичок у лічбі та обчислювальній діяльності; Вдосконалити вміння учнів розв’язувати задачі на 2 дії за даним виразом. Розвивати пам’ять, логічне мислення, зв’язне мовлення, увагу.
59332. Мамо, тобі низенько вклонюсь 36.5 KB
  Син: Чому у тебе у косі ясна Забриніла раптом сивина Мати: Од любові од. Син: А в бабусі голова біліш То ж мене бабуся любить більш Мати: В неї діти доньки і сини Додають сердешній сивини. Син: Чом же тітка біла як зима – В неї ж діток не було й нема Мати: Так синочку біла геть вона...
59334. Відкритий урок „Тарас Шевченко” 43 KB
  Портрет Тараса Шевченка рушники серветки. Тарасова доля то правда жива. Тарасе наш Кобзарю всюди Приходиш нині ти як свій Тебе вітають щиро люди На всій Україні моїй.
59335. О слово рідне! України слово! (Сценарій свята мови) 51.5 KB
  О слово рідне України слово Богдана мудрість і Тараса заповіт. О слово рідне Мудру і прадавнє Ти вросло з могутньої землі Тебе валуєви жорстоко розпинали А ти возносилось і не корилось – ні 3 учень. О слово рідне Подарунок мами І пісня ніжна і розрада нам Я всім на світі...