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

39 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

24197. ЧАСТНАЯ ГЕРОНТОЛОГИЯ ВОЗРАСТНЫЕ ФИЗИОЛОГИЯ и БИОХИМИЯ 350.5 KB
  ОБЩАЯ ГЕРОМОРФОЛОГИЯ Для целостного организма человека характерны следующие общие проявления: уменьшение роста старческий кифоз уменьшение массы органов отложение пигментов в коже и тканях; старческий фиброз органов снижение содержания воды; удлинение аорты и резкий изгиб ее дуги извитость плотность хрупкость сосудов бедность капиллярного русла недостаточность сфинктеров сосудов варикоз застой циркуляторная гипоксия; старческий остеопороз у женщин с начала климакса и ранее; тугоподвижность суставов атрофия синовии и фиброз...
24198. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ПАТОФИЗИОЛОГИИ 124.5 KB
  Важнейшие составляющие ПФ: ЭТИОЛОГИЯ причины и условия возникновения болезни ПАТОГЕНЕЗ механизмы заболевания и САНОГЕНЕЗ ему противостоящий механизмы выздоровления и поддержания здоровья. ЛОКАЛИЗАЦИИ болезни сердца печени ВОЗРАСТ болезни новорожденных ПРИНЦИП ЛЕЧЕНИЯ хирургические терапевтические. Органические и функциональные без видимых структурных повреждений болезни. Болезнь имеет ДИНАМИКУ: ПЕРИОДЫ БОЛЕЗНИ: ПРЕДБОЛЕЗНЬ перенапряжение ослабленность защитных механизмов фон предрасположенность к собственно...
24199. ПАТОФИЗИОЛОГИЯ КЛЕТКИ 160 KB
  ПАТОФИЗИОЛОГИЯ КЛЕТКИ Виды клеток пути транспорта патогенного агента в клетку законы системности клетки стадии парабиоза клетки защитные системы клеток лизосомы ксенобиотики АО главные причины и общие механизмы повреждения клеток главные механизмы клеточной адаптации к повреждению виды клеточных дистрофий активные формы кислорода АФК хлора азота патологические и физиологические эффекты антиоксиданты; типовые реакции при повреждении клеточных органелл стадии повреждения клетки некробиоз гипоксический некробиоз...
24200. РАССТРОЙСТВА МЕСТНОГО КРОВООБРАЩЕНИЯ 138.5 KB
  Кровоток области: от диаметра сосуда скорости пропорциональна артериовенознной разнице давления вязкости крови. АРТЕРИАЛЬНАЯ ГИПЕРЕМИЯ активная: повышенное кровонаполнение органов тканей и их частей в результате усиленного притока крови по артериям. Признаки: расширение артериальных сосудов увеличение количества функционирующих сосудов данной области ускорение кровотока в данном регионе уменьшение артериовенозной разницы по кислороду при сохранении и увеличении кислородной доставки в ткани покраснение гиперемия области...
24201. ВОСПАЛЕНИЕ. МЕХАНИЗМЫ ВОСПАЛЕНИЯ 259.5 KB
  ВОСПАЛЕНИЕ Сущность воспаления кардинальные признаки адаптивная роль воспаления виды местные и общие процессы при воспалении причины воспаления механизмы альтерации динамика сосудистой реакции в очаге воспаления механизмы экссудации медиаторы воспаления стадии фагоцитоза значение незавершенного фагоцитоза. ФОРМЫ ВИДЫ ВОСПАЛЕНИЯ Альтеративное В. МЕХАНИЗМЫ ВОСПАЛЕНИЯ: АЛЬТЕРАЦИЯ: пусковой механизм В. Ферменты лизосом ведут к дегрануляции тучных клеток и выходу гистамина важнейший медиатор воспаления ...
24202. РАССТРОЙСТВА ТЕПЛОВОГО ОБМЕНА. ЛИХОРАДКА 168.5 KB
  Главное при гипертермии снижение теплоотдачи но и нарушения обмена утилизации энергиитепла катехоламины яды митохондриальные йодсодержащие тиреоидные гормоны. Стадии: Компенсированная развитие стрессреакции активация симпатоадреналовой и гипоталамонадпочечниковой систем усиление теплоотдачи пот гипогидратация и повышение вязкости крови выделение солей; учащение ЧД ЧСС повышение ударного ОК и МОК повышение систАД при снижении диастАД; увеличение утилизации кислорода и увеличение выделения СО2 гипокапния с...
24203. ПАТОФИЗИОЛОГИЯ ИММУНИТЕТА 163 KB
  ФИЛОГЕНЕЗ иммунитет есть на самых ранних стадиях жизни: Все ГКГ АТ всех типов Fcрецепторы клеток CD антигены Тлмф АГрецепторы Тклеток АГрецепторы Вклеток это суперсемейство генов иммуноглобулинов возникших и развивающихся вместе Схема 1 Филогенез функций иммунитета Фагоцитоз пищевойзащитный прообраз иммунитета амеба  Распознавание своечужое ГКГ губки предпочтение своего Отторжение чужого кишечнополостные имеется уже иммунная память и цитотоксичность древние Тлмф и ЕК кораллы ...
24204. Исследование регистров, хранение и преобразование многоразрядных двоичных чисел 90.5 KB
  Наиболее простыми регистрами являются регистры памяти. Схема включения регистра 74173. На отечественных схемах символом регистра служат буквы RG . Работу регистра сдвига рассмотрим на примере регистра 74195 К155ИР12 схема включения которого показана на рис.
24205. ИССЛЕДОВАНИЕ СЧЕТЧИКОВ 129.5 KB
  Триггер может служить примером простейшего счетчика. Каждый из триггеров такой цепочки называют разрядом счетчика. Нулевое состояние всех триггеров принимается за нулевое состояние счетчика в целом. Число входных импульсов и состояние счетчика взаимно определены только для первого цикла.