МАТЕРИАЛЫ ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКИ Дрозденко Алексей Александрович доцент, к.ф.-м.н.,

МАТЕРИАЛЫ ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКИ Дрозденко Алексей Александрович доцент, к.ф.-м.н., первый зам. декана ЕлИТ Кафедра «НАНОЭЛЕКТРОНИКИ»

Структура предмета Лабораторные работы (ЭТ-105), 6х4 = 24 балов Тесты (атестация по теор. материалу), 10х2 = 20 балов Посещаемость: 15 балов ИТОГО: 59 балов (+1 бал бонус каждому). ДСК=40 Rmax=100 б

Рейтинговые балы ECTS A B C отлично хорошо 90 ≤ RD ≤ 100 82 ≤ RD ≤ 89 74 ≤ RD ≤ 81 При условии выполнения всех видов работ студент получает соответствующую оценку D E удовлетв. 64 ≤ RD ≤ 73 60 ≤ RD ≤ 63 оценка Rmax = 100 FX неуд. 35 ≤ RD ≤ 59 Студент перездает 1-2 раза F неуд. RD ≤ 34 Отчисление. Повторное изучение курса

Рекомендуемая литература І.І. Василенко, В.В. Широков, Ю.І. Василенко, Конструкційні та електротехнічні матеріали.- Львів: Магнолія 2006, 2008 – 242с. Богородицкий Н.П., Пасынков В.В., Тареев Б.М. Электротехнические материалы. – Л.: Энергоатомиздат, 1985. – 304 с. Пасынков В.В. Материалы электронной техники. – М.: Высшая школа, 1986. – 367 с. Методичні вказівки до виконання лабораторних робіт з курсу "Матеріали електронної техніки" / Укладач Зимогляд В.І. – Суми: Вид-во СумДУ, 2005. – 36 с. http://ftemk.mpei.ac.ru/ELTM/etm.htm http://ru.wikipedia.org

Материалы электронной техники Электротехнические материалы Корпусные и специальные материалы Диэлектрики Полупроводники Проводники Сверхпроводники Магнитные материалы Диамагнетики Парамагнетики Ферромагнетики Магнитомягкие Магнитотвердые Специальные магнитные

Структура H и H2 а — простейшая планетарная модель водородного атома (пунктиром показана разрешенная, но не занятая электроном в невозбужденном состоянии атома, орбита); б — квантовомеханическая модель электронной структуры двух уединенных атомов водорода; в — квантовомеханическая модель молекулы водорода (точками показана плотность заряда электрона.

Орбиты электронов атома Н

Энергетические уровни атома Н

Размеры атомов, положительных и отрицательных ионов некоторых элементов в ангстремах.

Виды связей в веществе: ковалентная связь Ковалентная связь Ковалентная связь (атомная связь, гомеополярная связь) — связь между двумя атомами за счет обобществления (electron sharing) двух электронов — по одному от каждого атома: A· + В· -> А : В Подвиды: Простая ковалентная связь (Н2, Сl2, Н2О, NH3, CH4, СО2, НСl и др.). Донорно-акцепторная связь ((+)NH4 - катион аммония, (-)BF4 тетрафторборат анион) Семиполярная связь N2O, (-)O-(+)PCl3

Виды связей в веществе: ионная связь Прочная химическая связь, образующаяся между атомами с большой разностью электроотрицательностей, при которой общая электронная пара полностью переходит к атому с большей электроотрицательностью. Силы взаимодействия между узлами являются в основном электростатическими (кулоновскими). При низких температурах являются диэлектриками. При температурах близких к температуре плавления они становятся проводниками электричества. Примером может служить соединение CsF, "степень ионности" - 97%. NaCl CsCl

Виды связей в веществе: металлическая связь Особый тип связи, характерный для металлов и металлидов. Во всех узлах кристаллической решетки расположены положительные ионы металла. Между ними беспорядочно, подобно молекулам газа (воды), движутся валентные электроны, отщепившиеся от атомов при образовании ионов. Эти электроны играют роль цемента, удерживая вместе положительные ионы; в противном случае решетка распалась бы под действием сил отталкивания между ионами. Вместе с тем и электроны удерживаются ионами в пределах кристаллической решётки и не могут её покинуть. Силы связи не локализованы и не направлены. Поэтому в большинстве случаев проявляются высокие координационные числа (например, 12 или 8). Свободно движущиеся электроны обусловливают высокую электро- и теплопроводность.

Виды связей в веществе: связь Ван-дер-Ваальса или молекулярная связь В узлах кристаллической решетки помещаются определенным образом ориентированные молекулы. Силы связи между молекулами в кристалле имеют ту же природу, что и силы притяжения между молекулами, приводящие к отклонению газов от идеальности Энергия связи 0,8 — 8,16 кДж/моль. Валентные электроны становятся общими для ближайших соседних атомов (как у двухатомной модели водорода)

Кристаллические решетки Это присущее кристаллическому состоянию вещества регулярное расположение частиц (атомов, ионов, молкул) Возможные расположения частиц подразделены на 32 класса симметрии, объединяющие 230 пространственных групп (Е.С. Федоров)

Решетки Браве

Сингонии решеток Браве триклинная сингония — наименьшая симметрия, нет одинаковых углов, нет осей одинаковой длины; моноклинная сингония — два прямых угла, нет осей одинаковой длины; ромбическая сингония — три прямых угла (поэтому ортогонально), нет осей одинаковой длины; гексагональная сингония — две оси одинаковой длины в одной плоскости под углом 120°, третья ось под прямым углом; тетрагональная сингония — две оси одинаковой длины, три прямых угла; тригональная сингония — три оси одинаковой длины и три равных угла, не равных 90°; кубическая сингония — высшая степень симметрии, три оси одинаковой длины под прямым углом.

Дефекты кристаллических решеток Дефектами кристалла называют всякое нарушение трансляционной симметрии кристалла — идеальной периодичности кристаллической решётки. Различают по размерности: нульмерные (точечные), одномерные (линейные), двумерные (плоские) и трёхмерные (объемные) дефекты. Дефекты существенно влияют на физические свойства кристаллов: пластичность, вязкость, упругость, спротивление. Различают вредные и полезные (примеси, дамасская сталь) дефекты.

Дефекты – вакансия и междоузельный атом Вакансия (точечный дефект) - дефект кристалла, состоящий в отсутсвии атома или иона в узле кристаллической решетки. Межузельный атом или междоузельный атом — точечный дефект кристаллической решётки, атом, который занимает промежуточное положение между узлами решётки. Межузельные атомы обычно образуются в паре из вакансиями (френкелевская пара). Причиной образования такой пары могут быть тепловые флуктуации в кристалле, но особенно большое количество межузельных атомов возникает при облучении кристалла високоэнергетичными частицами, нейтронами, электронами или ионами.

Дефект - дислокація Дислокация — линейный дефект кристаллической решётки твёрдого тела, представляющий собой наличие "лишней" атомной полуплоскости. Различают краевые и винтовые дислокации. В отдельных случаях дислокации могут образовывать дислокационные петли. Краевая и винтовая дислокации

Энергетические уровни ансамлей атомов проводник диэлектрик

ДИЭЛЕКТРИКИ Диэлектрик (изолятор) — вещество, плохо проводящее электрический ток. Концентрация свободных носителей заряда в диэлектрике не превышает 108 см−3. Основное свойство диэлектрика состоит в способности поляризоваться во внешнем электрическом поле. С точки зрения зонной теории твёрдого тела диэлектрик — вещество с шириной запрещённой зоны больше 3 эВ. На практике абсолютных диэлектриков не существует 

Поляризация диэлектриков — явление, связанное с ограниченным смещением связанных зарядов в диэлектрике или поворотом электрических диполей, обычно под воздействием внешнего электрического поля, иногда под действием других внешних сил или спонтанно.

Диэлектрическая простоянная Диэлектрическая постоянная – это велечина, которая показывает показывает отношение заряда QД, полученного при определенном напряжении на пластинах, к заряду Q0, который можно получить на этих же пластинах и при том же напряжении, но без диэлектрика (в вакууме).

Класифікація діелектриків по виду поляризації (по механізму ). 1. Неполярні діелектрики. Діелектрики, що не містять електричних диполів, здатних до переорієнтації в зовнішнім електричному полі. Властива електронна поляризація. Вони застосовуються як високоякісні електроізоляційні матеріали в техніці високих і надвисоких частот. До них відносять полістирол, поліетилен, бензол, повітря й ін. 2. Полярні діелектрики. Діелектрики, що містять електричні диполі, що здатні до переорієнтації в зовнішнім електричному полі. Крім електронної спостерігають і дипольно-релаксаційну поляризацію. Знижені електричні властивості в порівнянні з неполярними і застосовуються як електроізоляційні матеріали в області низьких частот. Полівінілхлорид, епоксидні смоли, лавсан, органічне скло і ін. 3. Діелектрики з іонною структурою. У цю групу входять тверді неорганічні діелектрики з електронною, іонної і іонно-електронно-релаксаційною поляризаціями. Дві підгрупи у залежності від величини втрат електричної енергії, що витрачається на поляризацію: а) діелектрики з електронним і іонним видами поляризації, при яких втрат електричної енергії практично немає. До них відносять кварц, слюду і ін.; б) діелектрики з електронним, іонним і релаксаційним видами поляризації, при яких маються істотні втрати електричної енергії. Наприклад, неорганічні стекла, кераміка, мікалекс і ін. 4. Сегнетоелектрики. Матеріали, що володіють насамперед спонтанною поляризацією. До них можна віднести сегнетову сіль, титанат барію (ВаТіОз).