Контрольная работа по "Химии радиоматериалов"

Федеральное агентство связи

 

Сибирский Государственный Университет  Телекоммуникаций и Информатики

 

Межрегиональный центр  переподготовки специалистов

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Контрольная работа

По дисциплине: Химия радоиматериалов

                                  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил: Канаев А.А

Группа: СБТ- 24

Варианты: 8 и 1     

                                                                   Проверила: Фадеева Н.Е

 

 

 

 

 

 

 

 

Новосибирск, 2012 г

1. Основные  вопросы курса.

1.1 Общие вопросы.

1.Основные требования, предъявляемые к электрорадиоматериалам.

2.Классификация радиоматериалов  по физико-химическим свойствам.

3.Экологические аспекты  технологии формирования материалов (диэлектриков, полупроводников, проводников,  магнитных материалов).

1.2 Проводниковые материалы.

1.Физико-химические свойства проводниковых материалов.

2.Параметры и характеристики  проводимости проводниковых материалов.

3.Материалы с высокой  удельной проводимостью. Сверхпроводники.  Криопроводники. Характеристики. Области  применения в электронике.

4.Металлы с большим удельным сопротивлением. Характеристики. Область применения.

5.Неметаллические проводники. Характеристики проводимости неметаллических  проводников.

1.3 Полупроводниковые материалы.

1.Физико-химические свойства  полупроводниковых материалов.

2.Области применения полупроводниковых материалов в электронике.

3.Собственные полупроводники.

4.Донорные полупроводники.

5.Акцепторные полупроводники.

6.Электропроводность  в полупроводниках.

7.Токи в полупроводниках.

8.Влияние температуры  на электропроводность полупроводников.

9.Влияние света на  электропроводность полупроводников.

10.Влияние деформации  на электропроводность полупроводников.

11.Влияние сильных  электрических полей на электропроводность  полупроводников.

12.Структура и проводимость  германия.

13.Структура и проводимость кремния.

14.Полупроводниковые  соединения типа А^IIB^VI. Характеристики. Области применения в электронике.

15.Полупроводниковые  соединения типа А^IIIB^V. Характеристики. Области применения в электронике.

16.Твердые растворы  на основе полупроводниковых соединений. Характеристики. Области применения в электронике.

1.4 Диэлектрические материалы.

1.Назначение диэлектрических  материалов. Основные характеристики.

2.Виды поляризации  диэлектриков.

3.Электропроводность  диэлектриков.

4.Диэлектрические потери электроизоляционных материалов. Виды диэлектрических потерь.

5.Пробой диэлектриков. Виды пробоя.

6.Пассивные диэлектрики.  Классификация. Область применения  в электронике.

7.Активные диэлектрики.  Классификация. Область применения  в электронике.

8.Органические материалы.  Физико-химические свойства органических  материалов.

9.Области применения  органических материалов в электронике.

1.5 Магнитные материалы.

1.Классификация веществ  по магнитным свойствам.

2.Магнитные характеристики  материалов. Модели намагничивания материалов.

3.Металлические магнитномягкие  материалы. Характеристики. Области  применения в электронике.

4.Металлические магнитотвердые  материалы. Характеристики. Области  применения в электронике.

5.Ферриты. Характеристики. Области применения в электронике.

6.Магнитодиэлектрики. Характеристики. Области применения в электронике

 

 

 

1.1 Общие вопросы.

1. Радиоматериалами называют такие материалы, которые имеют специфическое назначение в электрорадиоаппаратуре при воздействии электромагнитного поля, отличаются хорошими электрическими и магнитными свойствами.

2. Физико-химические свойства радиоматериалов делятся на функциональные и технологические [1]. Функциональными называют свойства, определяющие пригодность материала для создания изделий высокого качества. В зависимости от принципы действия радиоэлектронной аппаратуры и ее назначения функциональные свойства делятся на электрические, механические, теплофизические, оптические, химические и магнитные. 
Свойства, характеризующие поведение материала при обработке, называются технологическими. В зависимости от методов обработки (механическая, термическая, химическая, электрохимическая и т.п.) большое значение приобретают такие свойства, как твердость, пластичность, стойкость в химически агрессивных средах, пределы растворимости легирующих примесей и др.

3. Полупроводниковые материалы. Важнейшая роль полупроводников в радиоэлектронике обусловлена прежде всего тем, что они служат основой активных полупроводниковых приборов, способных усиливать мощность или преобразовывать один вид энергии в другой.

Проводниковые материалы - материалы, основным электрическим свойством которых является сильно выраженная электропроводность. Их применение обусловлено в основном этим свойством. Проводниками электрического тока могут быть твердые тела, жидкости, а при соответствующих условиях и газы.

Магнитные материалы. Разделение радио- и электротехнических материалов на проводники, полупроводники, диэлектрики было произведено по их способности проводить электрический ток. Однако это свойство материалов не является единственным. В соответствии с магнитными характеристиками различают диамагнитные, парамагнитные и сильномагнитные вещества (в технике их чаще называют магнитными материалами или просто магнетиками).

Диэлектрические материалы  - материалы, основным электрическим свойством которых является способность к поляризации. В радиотехнике применяют множество различных диэлектриков. По функциям, выполняемым в аппаратуре и приборах, их можно подразделить на электроизоляционные и конденсаторные материалы (пассивные диэлектрики) и управляемые материалы (активные диэлектрики) (рис. 2.3).

 

1.2 Проводниковые материалы.

1. К физико-химическим свойствам относят цвет, плотность, температуру плавления, теплопроводность, тепловое расширение, электропроводность, магнитные свойства, поглощение газов, коррозионную стойкость и др.

Физико-химические свойства оценивают удельным электрическим  сопротивлением , удельной электрической проводимостью , температурным коэффициентом удельного электрического сопротивления и коэффициентом теплопроводности.

2. К важнейшим параметрам, характеризующим свойства проводниковых материалов, относятся: 
-удельная проводимость g или обратная ей величина – удельное сопротивление r, 
-температурный коэффициент удельного сопротивления ТКr или a_r, 
-теплопроводность g _т, 
-контактная разность потенциалов и термо-э.д.с., 
-работа выхода электронов из металла, 
-предел прочности при растяжении s_r и относительное удлинение при разрыве Dl/l.

3. К наиболее широкораспрстраненным материалам высокой проводимости следует отнести медь и алюминий. В качестве проводникового материала чаще всего используется медь марок М1 и М0. Медь марки М1 содержит 99.9% Cu, а в общем количестве примесей (0.1%) кислорода должно быть не более 0,08%. Присутствие в меди кислорода ухудшает ее механические свойства. Лучшими механическими свойствами обладает медь марки М0, в которой содержится не более 0.05% примесей, в том числе не свыше 0.02% кислорода. Для электротехнических целей используют алюминий, содержащий не более 0.5% примесей, марки А1. Еще более чистый алюминий марки АВ00 (не более 0.03% примесей) применяют для изготовления алюминиевой фольги, электродов и корпусов электролитических конденсаторов. Алюминий наивысшей чистоты АВ0000 имеет содержание примесей не более 0ю004%. Добавки Ni, Si, Zn или Fe при содержании их 0.5% снижают γ отожженного алюминия не более, чем на 2-3%. Более заметное действие оказывают примеси Cu, Ag и Mg, при том же массовом содержании снижающие γ алюминия на 5-10%. Очень сильно снижают электропроводность алюминия Ti и Mn.

Исчезновение электрического сопротивления, т.е. появление практически бесконечной  электрической проводимости материала, называется сверхпроводимостью, а температура, при охлаждении до которой совершается переход вещества в сверхпроводящее состояние – температурой сверхпроводникового перехода Т_с.  Помимо сверхпроводящих электромагнитов можно отметить возможности использования сверхпроводников для создания электрических машин, трансформаторов и тому подобных устройств малой массы и габаритов, но с высокими к.п.д.; линий электропередачи весьма больших мощностей на дальние расстояния; волноводов с особо малым затуханием; накопителей энергии и пр.

Помимо явления сверхпроводимости  в современной электротехнике все  шире используется явление криопроводимости , т.е. достижение некоторыми металлами весьма малой удельной проводимости при криогенных температурах (но более высоких, чем температура сверхпроводникового перехода, если данный металл вообще принадлежит к сверхпроводникам. Материалы, обладающие особо благоприятными свойствами для применения в качестве проводников в условиях криогеннных температур, называются криопроводниками или гиперпроводниками. Криопроводники могут с успехом использоваться для обмоток электрических машин и трансформаторов, для токопроводящих жил кабелей и т.п.

4. Сплавы высокого сопротивления

Помимо высокого сопротивления  от таких материалов требуются высокая  стабильность ρ во времени, малый ТКρ и малый коэффициент термо-э.д.с. в паре данного сплава с медью. Желательно, чтобы такие сплавы были дешевыми и по возможности не содержали дефицитных компонентов.

 Манганин

Это наиболее типичный и широко применяемый  для образцовых резисторов сплав. Примерный его состав: Cu- 85%, Mn- 12% и Ni- 3%; название происходит от наличия в нем марганца; желтоватый цвет объясняется большим содержанием меди. ρ манганина 0.42-0.48 мкОм∙м, коэффициент термо-э.д.с. в паре с медью всего 1-2 мкВ/К, α_ρ весьма мал. Предельная длительно допустимая рабочая температура не более 200°С.

 Константан

Сплав, содержащий около 60% меди и 40% никеля; этот состав отвечает минимуму α_ρ в системе Cu-Ni при довольно высоком значении ρ. Название константан объясняется значительным постоянством ρ при изменении температуры. Нагревостойкость константана выше, чем манганина, а механические свойства близки. Существенным отличием последнего является высокая термо-э.д.с. в паре с медью и с железом. Широкому применению константана препятствует большое содержание дорогого и дефицитного никеля.

Сплавы на основе железа

Сплавы системы Fe – Ni – Cr называются нихромами или (при повышенном содержании железа) ферронихромами; сплавы системы Fe – Cr – Al называются фехралями и хромалями. Нихромы весьма технологичны: их можно легко протягивать в тонкую проволоку или ленту, они имеют высокую рабочую температуру. Однако, как и в костантане, в них велико содержание никеля. Нихромы применяются в качестве электронагревательных элементов.

Хромо-алюминиевые сплавы намного дешевле нихромов, однако эти сплавы менее технологичны, более тверды и хрупки. Они в основном используются для электронагревательных устройств большой мощности.

5. Неметаллические проводники

Из числа твердых неметаллических  проводниковых материалов наибольшее значение имеют материалы на основе углерода. Из угля изготавливают щетки электрических машин, электроды для прожекторов, электроды для дуговых электрических печей и электролитических ванн, аноды гальванических элементов. Угольные порошки используют в микрофонах, из угля делают высокоомные резисторы, разрядники для телефонных сетей.

В качестве сырья для производства электроугольных изделий можно  использовать сажу, графит и антрацит. Природный графит – одна из модификаций  чистого углерода слоистой структуры с большой анизотропией как электрических, так и механических свойств. Сажи представляют собой мелкодисперсный углерод с примесями слоистых веществ. Лаки, в состав которых в качестве пигмента добавлена сажа, обладают малым удельным сопротивлением и могут быть использованы для выравнивания электрического поля в электрических машинах высокого напряжения.

1.3 Полупроводниковые материалы.

1. ширина запрещённой зоны, подвижность носителей тока, температура плавления

Ширина Запрещённой зоны — область значений энергии, которыми не может обладать электрон в идеальном (бездефектном) кристалле. Подвижность носителей заряда — коэффициент пропорциональности между дрейфовой скоростью носителей и приложенным внешним электрическим полем. Определяет способность электронов и дырок в металлах и полупроводниках реагировать на внешнее воздействие.

Температу́ра  плавле́ния и отвердева́ния — температура, при которой твёрдое кристаллическое тело совершает переход в жидкое состояние и наоборот.

2. Важнейшая область применения полупроводниковых материалов — микроэлектроника. Дальнейший прогресс в повышении быстродействия и в снижении потребляемой мощности связан с созданием интегральных схем на основе GaAs, InP и их твёрдых растворов с др. соединениями типа А^IIIВ^V. В больших масштабах используют полупроводниковые материалы для изготовления «силовых» полупроводниковых приборов (вентили, тиристоры, мощные транзисторы). Здесь также основным материалом является Si, а дальнейшее продвижение в область более высоких рабочих температур связано с применением GaAs, SiC и др. широкозонных полупроводниковых материалов.

3. Собственный полупроводник или полупроводник i-типа или нелегированный полупроводник (англ. intrinsic — собственный) — это чистый полупроводник, содержание посторонних примесей в котором не превышает 10⁻⁸ … 10⁻⁹%. Концентрация дырок в нём всегда равна концентрации свободных электронов, так как она определяется не легированием, а собственными свойствами материала, а именно термически возбуждёнными носителями, излучением и собственными дефектами.