Собственные и примесные полупроводники

ЛЕКЦИЯ № 16

Припои

Пайка – процесс соединения металлов, находящихся в твердом состоянии, посредством расплавленного присадочного металла, называемого припоем. Припой имеет температуру плавления меньше температуры плавления основного металла.

Твердые припои

Твердыми припоями называются припои с температурой плавления более 500°С. Припои имеют относительно высокую механическую прочность (σ_в до 500 МПа).

Для пайки меди, латуней, бронз, сталей применяют следующие припои:

1. Медные (чистая медь с t_пл = 1083°C).

2. Медно- цинковые. Например, ПМЦ 36, ПМЦ 48, ПМЦ 54, Л62 и другие.

Расшифровка маркировки: ПМЦ 36 – припой медно-цинковый, содержит 36 % цинка и 64 % меди.

3. Медно- никелевые.

4. Серебряные. Например, ПСр 70, ПСр 45, ПСр 10.

Расшифровка маркировки: ПСр 70 – припой серебряный, содержит 70% серебра, 26 % меди, 4% цинка.

Пайка алюминия и его сплавов затруднена вследствие легкой окисляемости алюминия с образование6м плотной оксидной пленки, а также вследствие слабой сопротивляемости коррозии мест пайки.

Для пайки алюминия применяют сплавы на основе алюминия:

§ cилумин (Si – 10 ÷ 13%, Cu – 0,8%, Zn - 0,3%, Al – остальное), применяют для пайки алюминия, сплавов АМц;

§ 34A (Si –6 %, Cu – 28%, Al – остальное), применяют для пайки алюминия и сплавов АМг.

Мягкие припои

Мягкими припоями называются легкоплавкие припои с температурой плавления менее 400 °С. Припои имеют низкую механическую прочность (σ_в = 50 - 70 МПа).

Мягкими припоями паяют медь, латуни, бронзы, стали, свинец и сплавы на основе свинца.

Марки припоев: ПОС-90, ПОС-61, ПОС-18 и др.

Расшифровка маркировки: ПОС-90 – припой оловянно-свинцовый, содержит 90 % олова, 10 % свинца.

РАЗДЕЛ 11. «ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ»

Тема: «ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ»

Полупроводники по удельному сопротивлению (10^-6–10⁺⁸ Ом·м при 20°С) занимают промежуточное положение между проводниками и диэлектриками. С точки зрения зонной теории твердого тела, к полупроводникам относятся те материалы, ширина запрещенной зоны (33) которых имеет величину в пределах от 0,05 до 3 эВ.

Полупроводники обладают рядом характерных только для них свойств:

- при введении в полупроводник малого количества примесей их удельное сопротивление резко изменяется;

- зависимость электропроводности от интенсивности внешних энергетических воздействий – температуры, длины волны светового потока, освещенности, напряженности электрического и магнитного поленй, давления и т.д.

Управляемость электропроводностью полупроводниковых материа­лов посредством температуры, света, электрического поля, механиче­ского напряжения положена в основу принципа действия соответствующих приборов: терморезисторов, фоторезисторов, нелинейных рези­сторов (варистаров), тензорезисторов и т.д.

Применение полупроводников с двумя типами проводимости в одном кристалле (электронной и дырочной), так называемых p-n переходов положено в основу работы диодов, транзисторов, тиристоров, варикапов, стабилитронов и других устройств.

Классификация полупроводников

В зависимости от природы различают следующие виды полупроводников.

1. Простые полупроводники. К ним относятся Si, Ge, Se, B, P, As, S, Te

J, а также некоторые модификации олова Sn (серое), сурьмы Sb и углерода С.

2. Полупроводниковые химические соединения:

- A^IV В^IV (например, SiС); (здесь буквы А и В – символы химических элементов, цифры – валентности этих элементов);

- A^III В^V (фосфиды, арсениды, антимониды, например, арсенид галлия AsGa, фосфид галлия PGa, антимонид индия JnSb и др.);

- A^II В^IV(сульфиды, селениды, теллуриды, например, PbS, HgSe, CdTe и др.);

- оксиды металлов, например закись меди Сu₂O;

-соединения сложного химического состава, например, Bi₂ Te_2,7 Se_0,3 .

3. Полупроводниковые комплексы – многофазные материалы с полупроводящей или проводящей фазами, например SiС и графит, сцепленные глинистой, стеклянной или другой связкой (тирит, вилит, лэтин, силит).

4. Органические полупроводники – антрацен, полинафталин полиацетилен и др.).

5. Стеклообразные полупроводники (халькогенидные стекла).

6. Жидкие полупроводники.

Изготовленные из полупроводниковых материалов приборы об­ладают рядом преимуществ: 1) большим сроком службы; 2) малыми габаритами и массой; 3) простотой и надежностью конструкuии, большой механической прочностью (не боятся вибрации и ударов); 4) отсутствием цепей накала, что при замене ими электронных ламп приводит к снижению потребления мощности и инерционности.

Величина и тип электропроводности полупроводников зависят от природы и концентрации примеси, в том числе специально введенной (легирующей).

Собственные полупроводники

Собственные полупроводники не содержат легирующих добавок; к ним относятся высокой степени чистоты простые полупроводники: кремний Si, германий Се, селен Se, теллур Те и др. и многие полупроводниковые химические соединения: арсенид галлия GaAs, антимонид индия InSb, арсенид индия InAs и др.

В собственных полупроводниках в результате внешнего энергетического воздействия электроны перейдут из валентной зоны (ВЗ) в зону проводимости (ЗП) и станут свободными. Необходимая для этого перехода энергия определяется шириной запрещенной зоны (ЗЗ) - Δ W полупроводника. С уходом электрона в ЗПв валентной зоне остается свободным энергетический уровень, называемый дыркой, а сама ВЗ становится не полностью заполненной (рис. 16.1, а). Электрон имеет отрицательный заряд, дырку принято считать положительно заряженной частицей, численно равной заряду электрона.

Δ W _вз

Рис. 16.1. Энергетические диаграммы полупроводников:

а – полупроводник без легирующей примеси; б – полупроводник с акцепторной примесью; в - полупроводник с донорной примесью;

Δ W _а – энергия активации (образования) дырок в валентной зоне полупроводника за счет перехода электронов на уровни акцепторной примеси;

Δ W _д – энергия активации электрона – энергия, необходимая для перехода электронов с уровней донорной примеси в ЗП полупроводника

Таким образом, в кристалле образуется пара свободных носителей заряда - электрон в ЗП и дырка в ВЗ, которые и создают собственную -электропроводность полупроводника.

В отсутствие внешнего электрического поля электрон и дырка совершают тепловые хаотические движения в пределах кристалла, а под действием поля осуществляют дополнительно направленное движение - дрейф, обусловливая тем самым электрический ток. Если концентрации свободных электронов и дырок равны между собой, то подвижность у них различна. В результате более низкой эффективной массы, из-за различной инерционности при движении в поле кристаллической решетки свободные электроны более подвижны, чем дырки. Поэтому собственная электропроводность полупроводников имеет слабо преобладающий электронный характер.

Дата добавления: 2017-01-13