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

38 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

83843. Хирургическая анатомия лицевого и тройничного нерва. Разрез при гнойном паротите 50.26 KB
  Хирургическая анатомия лицевого нерва Лицевой нерв смешанный. Двигательная часть начинается от ядра лицевого нерва в Варолиевом мосту. У клеток двигательного ядра имеются многочисленные чувствительные коллатерали идущие из чувствительных ядер тройничного нерва.
83844. Кровеносные сосуды лица 50.02 KB
  Артерии Верхнечелюстная артерия является одной из двухконечных ветвей наружной сонной артерии. В первом отделе следующие ветви: 1 глубокая ушная артерия разветвляется в коже наружного слухового прохода в барабанной перепонке и в капсуле височно нижнечелюстного сустава; 2 передняя барабанная артерия проникает через каменисто барабанную щель к слизистой оболочке барабанной полости; 3 нижняя альвеолярная артерия вхожи в канал нижней челюсти и отдаёт ветви к зубам и десне нижней челюсти; её конечная ветвь подбородочная артерия...
83845. Клетчаточные пространства лица. Хирургическая тактика при флегмонах лица 52.56 KB
  выше линии соединяющей углы рта. VI Клетчаточные пространства под слизистой оболочкой мышцами и органами дна полости рта: Боковые клетчаточные пространства между языком и нижней челюстью В них окруженные клетчаткой располагаются подъязычные слюнные железы с большими выводными протоками. Гнойные процессы возникающие в межмышечных клетчаточных пространствах дна полости рта могут распространятся в пределах дна полости рта. Височноязычный промежуток сообщается с жировым телом щеки крылонебной ямкой а через круглое отверстие с полостью...
83846. Хирургическая тактика при флегмонах лица 54.42 KB
  Раскрытие и дренирование флегмон скуловой области. Раскрытие и дренирование флегмон височной области. В указанной области возможно возникновение поверхностной межапоневротической подапоневротической глубокой и разлитой флегмон. Поверхностная флегмона височной области образуется между кожей и собственной височной фасцией.
83847. Подчелюстная область, треугольник Пирогова. Перевязка язычной артерии, показания, техника выполнения 48.93 KB
  В пределах подчелюстной области залегают: подчелюстная слюнная железа лицевые артерия и вена подподбородочные артерия и вена подъязычный и челюстноподъязычный нервы лимфатические узлы и клетчатка окружающая эти образования. Последняя сообщается с клетчаткой подъязычной области крыловидночелюстного окологлоточного пространств боковой области лица и шеи. Подчелюстные лимфатические узлы являются регионарными узлами челюстнолицевой области полости рта. Треугольник Пирогова Треугольное пространство в боковой части надподъязычной...
83848. Коникотомия. Показания, техника выполнения, осложнения, их профилактика 116.46 KB
  Врач встав справа от больного указательным пальцем левой руки нащупывает бугорок перстневидного хряща и углубление между ним и нижним краем щитовидного хряща соответствующее расположению конической связки. Большим и средним пальцами левой руки фиксируют щитовидный хрящ натягивая кожу над хрящами гортани и смещая кзади грудиноключичнососцевидные мышцы с расположенными под ними шейными сосудистыми пучками второй палец находится между дугой перстневидного и нижним краем щитовидного хряща. Скальпелем проводят горизонтальный поперечный разрез...
83849. Трахеостомия. Верхняя и нижняя трахеостомия. Показания, техника операции. Осложнения и их профилактика 53.71 KB
  Трахеостомия это операция формирования искусственного наружного свища трахеи трахеостомы после вскрытия ее просвета. Рассечение стенки трахеи называется трахеотомией и она является этапом выполнения трахеостомии. Показания: Механическая асфиксия: инородные тела дыхательных путей при невозможности удалить их при прямой ларингоскопии и трахе обронхоскопии; нарушение проходимости дыхательных путей при ранениях и закрытых травмах гортани и трахеи; стенозы гортани: при инфекционных заболеваниях дифтерия грипп коклюш при...
83850. Хирургическая анатомия переднего отдела шеи и основного сосудисто-нервного пучка шеи. Хирургическая тактика при ранении шеи 55.76 KB
  Хирургическая тактика при ранении шеи. Трегольники шеи и их прикладное значение 1. грудиноключичнососцевидной мышцей и срединной линией шеи: Подчелюстной треугольник ограничен краем нижней челюсти и обоими брюшками двубрюшной мышцы.
83851. Хирургическая анатомия щитовидной железы и околощитовидных желёз 49.08 KB
  Хирургическая анатомия щитовидной железы Щитовидная железа состоит из двух боковых долей и перешейка. В каждой доле железы различают верхний и нижний полюсы. Примерно в одной трети случаев наблюдается наличие отходящего кверху от перешейка в виде добавочной доли железы.