Тема: Провідникові матеріали. Матеріали високого питомого опору

Ключові слова і фрази: Матеріали високого питомого опору. Основні властивості. Матеріали високого питомого опору. Манганін. Константан. Ніхром. Сплав МЛТ. Кермет. Вуглець. Металосиліциди. Напівпровідникові резистивні матеріали. Тонкоплівкові резистивні матеріали для ГІС.

Лекція № 8.

Матеріали високого питомого опору – це матеріали, проходження струму в яких призводить до енергетичних втрат. Вони використовуються для перерозподілу струмів та напруг в електричних колах.

Матеріали високого опру в РЕА в першу чергу використовуються для виготовлення резисторів. Тому вимоги до матеріалів дуже різноманітні, а діапазон параметрів резисторів надзвичайно широкий і для створення резисторів використовуються десятки різних матеріалів, кожен з яких має свої специфічні переваги та недоліки.

Для виготовлення резисторів необхідно мати матеріали, що дозволяють створювати опори від 1 до 10⁹ Ом. Крім того ці опори повинні бути стабільні, тобто мати мінімальні оборотний (температурний) та необоротний (старіння) дрейфи питомого опору.

До матеріалів високого опору відносять: манганін, константан, ніхром, фехраль, сплаи МЛТ, кермет, метало силіциди та вуглець.

Манганін (ρ_v = (4,2...4,8)·10^-5 Ом·м, ТКР = (5...30)·10^-6 1/^оС, Т_пл = 960 ^оС) – сплав міді (85...89%), нікелю (2...3%), марганцю (11...13%). Характеризується низьким ТКР та малою термоЕРС при контакті з міддю.

З манганіну виготовляють провід діаметром ø 0,02...6 мм та стрічки товщиною 0,01...1 мм та шириною до 270 мм. Виготовляють також обмоточні проводи з емалевою (ПЭВММ – м’який манганін, ПЭВМТ – твердий манганін) та шовковою ізоляцією (ПШДММ та ПШДМТ), які використовують для створення резисторів високого класу точності.

Константан (ρ_v = (4,8...5,6)·10^-5 Ом·м, ТКР = (0...6)·10^-5 1/^оС) – сплав міді (50...59%), нікелю (39...40%) та марганцю (1...2%). В багатьох складах константану ТКР майже не змінюється з температурою. Недоліком є значна термо-ЕРС (40...50 мкВ/^оС) в парі з міддю, що обмежує його використання в резисторах але дозволяє створювати термопари. Для термопар використовують ізольовану константанову проволоку в спаї з міддю. Використовується також для нагрівальних приладів, що працюють при температурі до 450 ^оС. (Т_пл = 1260 ^оС).

Ніхром (ρ_v = (1,0...1,4)·10^-6 Ом·м, ТКР = (1...2)·10^-4 1/^оС) – сплав нікелю (55..78%), хрому(15...23%), марганцю (1,5%). Сплав – жаростійкий, що пояснюється значною стійкістю до окислювання при високих температурах (гранично допустима робоча температура 1000...1200 ^оС. Використовується для нагрівальних елементів, для виготовлення мікропроводів ø 0,01...0,4 мм та в мікроелектроніці для виготовлення плівкових резисторів.

Сплав МЛТ (ρ_v = (1,0...3,0)·10^-4 Ом·м, ТКР = 7·10^-4 1/^оС) – сплав кремнію (43,6 %), хрому (17,6%), заліза (14,1 %), вольфраму (24,7 %) крім цього в його склад входять алюміній та хром – менше 1%.Характеризується високою хімічною стійкістю та стабільністю параметрів. Сплав випускають в вигляді порошку сірого кольору та використовують для виготовлення метало плівкових резисторів різного призначення.

Кермет (R_S = 3,5·10⁶ Ом/, ТКР = 7·10^-4 1/^оС) – метало діелектрична композиція з благородних та тугоплавких матеріалів (Ag, Au, W) та діелектриків (SiO, Ta₂O₃, WO₂, SiO₂ та інші) з неорганічною зв’язувальною речовиною (скло, кераміка). Використовується для виготовлення резисторів НВЧ навантажень а також для виготовлення товсто плівкових резисторів в мікроелектроніці.

Металосиліциди (ρ_v = (5...35,0)·10^-6 Ом·м, ТКР = (5...25)·10^-4 1/^оС) – сплави металів (Cr, Ns, Si) з кремнієм. Використовуються для виготовлення тонкоплівкових резисторів з R_S = 0,05...3,0·10³ Ом/.

Вуглець (ρ_v = (1...1,2)·10^-5 Ом·м, ТКР = 1·10^-4 1/^оС) – хімічний елемент, який використовується при виробництві резисторів. В якості сировини для виробництва електровугільних виробів використовують сажу та графіт. Сажа отримується піролітичним (термічне розкладення газоподібних вуглеводів (метан, бензин...) без доступу кисню) способом. Для отримання деталей роздрібнена маса зі зв’язкою (різні смоли або скло) спікається в відповідних формах. Для поліпшення характеристик (ТКР) використовують боровуглицеві плівки (C₃H₇)₃B або (C₄H₉)₃B, які використовуються як плівкові резистори та входять в склад резисторів МЛТ.

Напівпровідникові резистивні матеріали.

Напівпровідники – велика група матеріалів з електронною провідністю, значення якої лежить між провідністю провідників і діелектриків. Завдяки високому питомому опору напівпровідники можуть використовуватися як резистивні матеріали. Однак для них характерна висока температурна нестабільність, тому вони використовуються в основному як датчики температур в системах теплового контролю та регулювання. Таким матеріалом є оксид олова SnO₂. В залежності від призначення його легують CoO - терморезистори, In₂O₃ – прозорі електропровідні плівки, Sb₂O₃ (оксид сурми) – резистори з підвищеним робочим температурним діапазоном до 800...900 ^оС.

Плівкові резистині матеріали для ГІС.

Плівкові резистині матеріали є двох груп: матеріали для товстоплівкових резисторів та матеріали для тонкоплівкових резисторів.

Для товстоплівкових резисторів використовуються пасти, в яких наповнювачем є срібно кадмієвий сплав та порошок з сплаву МЛТ, зв’язкою - скло або смоли. Регулювання питомого опору відбувається зміною відношення струмопровідної та діелектричної фаз в пасті та ступенем окислення паладію при нанесенні.

Для тонкоплівкових використовують хром, ніхром, сплав МЛТ, метало силіциди. Основні характеристики плівкових резисторів наведені в табл.

Таблиця

Основні характеристики плівкових резисторів.

Тип резистора	RS,Ом/	Rном,кОм	ТКР, 10^6 1/^оС
Напівпровідниковий	2,5...300	1...20	0,5...25
Тонкоплівковий	(0,4...10)·10^3	1...50	±100
Товстоплівковий	(50...10)·10^4	1...1000	±250

Надпровідникові матеріали.

Надпровідникові матеріали – матеріали опір яких стрибком спадає до нуля в разі охолодження до критичної температури. Її значення залежить від напруженості магнітного поля, яке створюють зовнішнім джерелом, або від струму, що протікає у провіднику. В разі досягнення значення цього поля надпровідник може перейти провідниковий стан стрибком. До надпровідників відносяться – свинець, олово, індій, ніобій та телур. Використовуються в вигляді тонких плівок в кріоелектроніці.

Дата добавления: 2014-01-14