Материалы электронных средств Лекция 1 Введение Классификация материалов

Материалы электронных средств Лекция 1 Введение Классификация материалов Структура твердых тел

План классификация материалов n структура твердых тел n индексы Миллера n нанокристаллы n

Классификация материалов n Электротехнические материалы – это материалы, характеризуемые определенными свойствами по отношению к электромагнитному полю и применяемые в технике с учетом этих свойств.

Классификация материалов n Проводниковыми называют материалы, основным электрическим свойством которых является сильно выраженная электропроводность, определяющая высокую удельную электрическую проводимость при нормальной температуре.

Классификация материалов n Полупроводниковые материалы являются материалами; отличительным свойством является сильная зависимость удельной проводимости от концентрации и вида примесей или различных дефектов, а также в большинстве случаев от внешних энергетических воздействий (температуры, освещенности и т. п. ).

Классификация материалов n Диэлектрическими называют материалы, основным электрическим свойством которых является способность к поляризации и в которых возможно существование электростатического поля.

Классификация материалов к проводникам ρ<10 -5 Ом*м, n к диэлектрикам ρ>108 Ом*м. n к полупроводников ρ =10 -5 - 108 Ом*м. n

Структура твердых тел. n Существуют две разновидности твердых тел: аморфное и кристаллическое.

Структура твердых тел. n n n Аморфное вещество не имеет упорядоченной структуры, частицы в нем располагаются хаотически. Подобно жидкостям, в них существует только ближний порядок. Аморфное состояние характерно для стекла, пластмасс, смол. Все аморфные тела изотропны, т. е. имеют одинаковые свойства во всех направлениях.

Структура твердых тел. n Кристаллическое состояние характеризуется дальним порядком, т. е. трехмерной периодичностью структуры по всему объему тела.

Структура твердых тел. n Монокристаллы отличаются анизотропностью – зависимостью векторных свойств (тепло− и электрическая проводимость, прочность, термическое расширение, скорость роста, растворение, травление и т. д. ) от направления в пространстве.

n Для описания формы кристалла пользуются системой трех кристаллографических осей. Эти оси представляют собой конечные отрезки a, b и c, а углы между ними могут быть прямыми и косыми. Расположение элементарных частиц в кристалле: а) пространственное изображение; б) схема.

Типы элементарных ячеек кристаллических решеток: а - примитивная; б - объемно-центрированная (или I-ячейка); в – A-, B- или C-гранецентрированная соответственно (если центрированы все грани, то F-ячейка).

1. Триклинная - все три оси симметрии имеют разную длину и расположены под разными углами. 2. Моноклинная - есть три оси симметрии: две образуют между собой прямой угол, а третья, перпендикулярная к одной из них, лежит в другой плоскости. 3. Ромбическая - при различной длине оси симметрии взаимно перпендикулярны. 4. Гексагональная - три одинаковой длины оси симметрии в одной плоскости образуют равные углы по 60°, четвертая ось им перпендикулярна. 5. Тригональная, или ромбоэдрическая – три оси одинаковой длины пересекаются под равными острыми углами. 6. Тетрагональная - все оси симметрии взаимно перпендикулярны, но только две равны. 7. Кубическая - все три оси симметрии равны между собой и пересекаются под прямым углом.

Некоторые вещества близкой химической природы образуют одинаковые кристаллические структуры. Такие вещества называются изоморфными.

n Многие соединения могут существовать в двух или более кристаллических структурах, устойчивых при различных температурах и давлениях. Такое явление называется полиморфизмом, а отвечающие им кристаллические структуры называют полиморфными формами.

Так как монокристаллы анизотропны, то для того чтобы правильно разрезать полупроводниковый монокристалл на пластинки с одинаковыми свойствами, надо различать не только параллельные или непараллельные направления, но и симметричные и несимметричные, т. е. разбираться в теории симметрии кристаллов. А при определении электрических, механических и других свойств необходимо указывать расположение кристаллографических плоскостей и направления в кристаллах. Для этого используют индексы Миллера.

Индексы Миллера n n В кубических кристаллах индексы (100) относятся к плоскости, параллельной осям Y и Z; индексы (010) - к плоскости, параллельной осям X и Z, а (001) - к плоскости, параллельной осям X и Y. В кристаллах с ортогональными осями эти плоскости вместе с тем перпендикулярны соответственно осям X, Y, Z.

n В кубических кристаллах эти направления перпендикулярны плоскости с теми же индексами. Положительное направление оси X обозначают [100], положительное направление оси Y - [010], отрицательное направление оси Z - [001], диагональ куба - [111] и т. д.

Нанокристаллы n n В промежуточной области между аморфным и кристаллическим состоянием вещества находится нанокристаллическое состояние. Нанокристаллы - это кристаллы размером от 0, 1 до 10 нм (в среднем 1 нм).

n Характерной чертой нанокристаллических материалов является разупорядоченность (хаотичность) границ между кристаллами. В 1 см 3 число таких разнообразных границ может быть около 1019. ● - атомы нанокристалла; ○ - атомы, находящиеся на границах между нанокристаллами.