Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Электрические свойства. Полупроводниковые материалы

Полупроводниковые материалы

ЛЕКЦИЯ №9

Магнитодиэлектрики

Магнитодиэлектрики представляют собой композиционные материалы, состоящие из мелкодисперсных частиц магнитно-мягкого материала, соеди-ненных друг с другом каким-либо органическим или неорганическим диэлек-триком. В качестве мелкодисперсных магнитно-мягких материалов применяют карбонильное железо, альсифер и некоторые сорта пермаллоев, измельченных до порошкообразного состояния. В качестве диэлектриков применяют эпоксидные и бакелитовые смолы, полистирол, жидкое стекло.

Назначение диэлектрика состоит не только в том, чтобы соединить час-тицы магнитного материала друг с другом, но и создать между ними электро- изоляционные прослойки и тем самым повысить удельное электрическое сопротивление магнитодиэлектрика. Это резко снижает потери на вихревые токи и создает возможность использования магнитодиэлектриков на высоких частотах (от 10 до 100 МГц в зависимости от состава магнитодиэлектрика). Магнитодиэлектрики на основе карбонильного железа и полистирола могут работать на более высоких частотах по сравнению с магнитодиэлектриками на основе альсифера и бакелитовых смол.

Интевал рабочих температур карбонильных магнитодиэлектриков – от -60 до +100°С, а из альсифера – от -60 до +120°С.

Несмотря на несколько пониженные магнитные характеристики, чем у ферритов, магнитодиэлектрики применяют для изготовления сердечников высокочастотных узлов радиоаппаратуры. Это обусловлено большой стабильностью магнитных характеристик магнитодиэлектриков по сравне-нию с ферритами и возможностью изготовления из них сердечников сложной формы. Магнитодиэлектрические изделия получают горячим прессованием или литьем под давлением. Производство изделий из магнитодиэлектриков значительно проще, чем из ферритов, так как они не нуждаются в высокотем- пературной тепловой обработке. Кроме того, изделия из магнитодиэлек-триков отличаются более высокой чистотой поверхности и точностью размеров.

Наиболее высокими магнитными характеристиками обладают магнито-диэлектрики, наполнителем в которых служит молибденовый пермаллой или карбонильное железо. Чем выше давление при прессовании магнито-диэлектрических деталей, тем выше их магнитная проницаемость. Эти давления колеблются в пределах (14 ÷ 20)102 МПа в зависимости от формы и сложности прессуемого изделия. Удельное электрическое сопротивление магнитодиэлектриков 104 – 106 Ом·м.

 

 

Полупроводники по электропроводности занимают промежуточное место между металлическими проводниками и диэлектриками. Так, удельная проводимость металлических проводников 106 – 108 См/м, полупроводников 10-8 – 106 См/м, диэлектриков 10-18 – 10-8 См/м. Кроме того, все металличес-кие проводники с повышением температуры снижают свою проводимость, а полупроводники и диэлектрики – увеличивают.

В проводниках имеется огромное количество свободных электронов, направленное перемещение которых и составляет ток проводимости, а в чистых полупроводниках свободных электронов немного. Это объясняется тем, что валентные электроны в полупроводниках связаны со своими атома-ми, т.е. они не являются свободными. Другой особенностью полупроводни-ков является то, что ток в них может возникать и изменяться в широких пре- лах под влиянием внешних воздействий – нагревания, облучения и введения примесей. это увеличивает энергию валентных электронов в полупроводни-ке, позволяет им оторваться от своих атомов и под действием приложенного напряжения начать направленное перемещение, т.е. стать носителем тока.

Для изготовления полупроводниковых приборов наиболее широко применяются германий и кремний, а также арсенид галлия. Кромний и германий относятся к 4-й группе периодической группы Менделеева. Они имеют такое же кристаллическое строение, как и алмаз. Кристаллическая решетка кремния и германия имеет объемную структуру, но ради нагляд-ности ее можно изобразить плоской, как это сделано на рисунке 6.1. Большими кружочками показаны ионы кремния или германия. Ядра атомов вместе с электроними не внутренних оболочках обладают положительным зарядом +4, который уравновешивается отрицательными зарядами четырех электронов на внешней облочке. Внешние электроны показаны маленькими кружочками. Вместе с электронами соседних атомов они образуют ковалентные связи, показанные линиями на кристаллической решетке.

Чем выше температура полупроводника или чем интенсивней его облу-чение, тем больше в нем свободных электронов, а следовательно, и ток в по-лупроводнике. В результате в полупроводнике возникает электронная электропроводность n -типа, такую электропроводность называют собст-венной. Атомы полупроводника, потерявшие электроны, превращаются в по- ложительно заряженные ионы, которые закреплены на своих местах и не мо- гут перемещаться. Место на внешней орбите атома, покинутое электроном, называется дыркой, которую может занять другой электрон, покинувший свое место в соседнем атоме. В результате такого перескока электрона у соседнего атома тоже появится дырка (рисунок 6.1).

Рисунок 6.1 Рисунок 6.2

 

Если к полупроводнику приложить электрическое напряжение, элект-роны будут перемещаться с одних атомов на другие в одном напрвлении, а дырки возникать – в противоположном. Дырку принято считать положи-тельно заряженной частицей с зарядом, равном электрону. Кажущееся пере-мещение дырок в направлении, противоположном перемещению электронов, называется дырочным током. Электропроводность, обусловленная дырочным током, называется дырочной или электропроводностью р -типа.

Таким образом, перемещение электронов и дырок определяет собст-венную электропроводность полупроводника, поскольку носители тока (эле-ктроны и дырки) принадлежат собственным атомам полупроводника. В этом случае общий ток I складывается из электронного IЭ и дырочного IД токов, т.е. I = IЭ + IД (рисунок 6.2). В случае собственнной электропроводности полупроводника количество электронов NЭ и дырок NД равно. Но NЭ > NД, так как подвиж-ность электрона больше подвижности дырки. Повижность носителя тока есть отношение скорости перемещения электрона vЭ или скорости перемещения дырки vД к напряженности электрического поля Е в полупроводнике. Тогда подвижность электрона μЭ = vЭ; подвижность дырки μД = vД. Таким образом, подвижность показывает, какой путь проходит электрон или дырка при Е = 1 В/см за 1 с. Подвижность электронов в кремнии и германии в два раза выше, чем подвижность дырок, поэтому проводимость носит в основном электронный характер. Учитывая изложен-ное, можно написать выражение для электронного и дырочного токов:

IЭ = NЭ е vЭ = NЭ е μЭ Е;

IД = NД е vД = NД е μД Е,

где е – заряд электрона или дырки.

Тогда общий ток в полупроводнике

I = IЭ + IД или I = NЭ е μЭ Е + NД е μД Е.

В случае собственной электропроводности полупроводника число элек-тронов равно числу дырок, т.е. N = NЭ + NД , тогда

I = NЭ е(μЭ + μД )Е.

При температуре абсолютного нуля (-273°С) электроны не обладают подвижностью, поэтому полупроводники становятся диэдектриками.

Характерным свойством полупроводников является нелинейность зави- симости тока в полупроводнике от приложенного напряжения, (рисунок 6.3), т.е. ток I растет значительно быстрее, чем напряжение U. Одновременно с ростом тока I резко уменьшается сопротивление R полупроводника.

Рисунок 6.3 Рисунок 6.4

 

При изменении напряжения с + U на - U ток в полупроводнике пойдет в обратном направлении и будет изменяться по такому же закону (рисунок 6.4), это значит, что полупроводник имеет симметричную вольт-амперную характеристику

<== предыдущая лекция | следующая лекция ==>
Ферриты | Примесные полупроводники. Полупроводник, который не имеет посторонних примесей, называется собственным полупроводником
Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2014-01-20; Просмотров: 829; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



studopedia.su - Студопедия (2013 - 2024) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление




Генерация страницы за: 0.018 сек.