Учебное пособие по материалке от Дистанционщиков, страница 48

Плазменный край −это пределизменения характера отражения, где впервые возникает полное отражение на частотеплазменного резонанса ωр+. С учетом магнитных свойств было получено выражение дляглубины проникновенияdp =2µµ 0ωσ 0где σо −статическая удельная проводимость, µо 4π10−7 Гн/м −магнитнаяпостоянная. Для меди σо (300 К)= 6,5.10-4 Ом-1см-1. В диапазоне мегагерц глубина198проникновения составляет всего лишь около 100 мкм. Следовательно, хорошиепроводники очень сильно экранируют внешнее электромагнитное поле. Низкочастотноеполе фактически также хорошо экранируется, т.к.

в этой области коэффициентотражения − R, согласно формуле Хагена-Рубенса1− R ≈8ε 0ωσ0,близок к единице. Хорошее отражение обусловливает узел электрического поля наповерхности, магнитное поле, наоборот, имеет на поверхности пучность. Внутрипроводника оно спадает на глубине проникновения. Это приводит к тому, что несмотряна высокую отражательную способность свободных электронов, низкочастотныемагнитные поля не экранируются. В этом случае для экранирования используютферромагнетики, имеющие на низких частотах очень высокую магнитнуюпроницаемость µ≈103−105 (например, чистое железо, пермаллой).При аномальном скин-эффекте эффективная глубина проникновения получается*больше, чем при классическом скин-эффекте d >dp.

Отклонение от полного отраженияпри аномальном скин–эффекте также сильнее, чем в классическом случае.Размерные эффекты в проволоках и тонких пленкахДо сих пор молчаливо предполагалось, что электрические свойства данногообразца не зависят от его формы и размера. Действительно, только при этих условияхимеет смысл рассматривать удельное сопротивление как свойство, внутреннеприсущее самому материалу. До тех пор пока средняя длина свободного пробегаэлектронов в объеме металла малa по сравнению с расстоянием между границамиобразца, присутствие этих границ не может существенно влиять на собственныесвойства переноса в материале. Если диаметр проволоки травлением или протяжкойуменьшить до такой степени, что он становится сравним с длиной свободного пробега,то значительная часть электронов проводимости будет сталкиваться с поверхностью, аследовательно, рассеиваться на поверхности, а не в объеме.

Поверхностное рассеяниев этом случае будет существенной добавкой к объемным релаксационным механизмами уменьшит эффективное время релаксации.Интерес к тонким металлическим пленкам вызывается, прежде всего,материаловедческими задачами, но, кроме того, он проявляется в связи сперспективамиразвитиявысокочувствительнойаппаратурыисредствмикроэлектроники для нужд техники и развития физических исследований. В пленкахтолщина может становиться соизмеримой не только с такимикинетическимипараметрами, как длина свободного пробеганосителей заряда или радиус ихтраектории в магнитном поле, но и может оказаться одного порядка с длиной волны деБройля носителей заряда. В этом случае в кинетических свойствах электронов долженпроявляться квантовый размерный эффект.Размерный эффект в наиболее широким понимании представляет собой явления,состоящие в изменении физических свойств с изменением размера в результатевозрастания вклада поверхностных процессов или поверхностных свойств посравнению с объемными.Полагая, что теория переноса в тонких пленках и проволоках основывается нарешении уравнения Больцмана с подходящими граничными условиями и, считая, что вслучае диффузного рассеяния на поверхности решение должно быть таким, чтобыфункция распределения для электронов, находящихся в непосредственной близости от199поверхности и движущихся от нее, была равновесной Фукс и Дингл решиликинетическое уравнение для тонких пленок и проволок.

Эти выражения для диаметрапроволоки d и средней длины свободного пробега l имеют вид (для пленок d -толщина)d >> ld << l⎛⎝3l⎞⎟8d⎠⎛⎝3l⎞⎟4d⎠Пленка:ρ = ρ b ⎜1 +Проволока:ρ = ρb ⎜1 +⎛ 4 l ⎛ l ⎞ −1 ⎞⎟ρ = ρb ⎜ln⎜ 3 d ⎜⎝ d ⎟⎠ ⎟⎠⎝lρ = ρbdгде ρb − объемное сопротивление.Приведенные выражения можно интерпретировать в терминах уменьшениясредней длины свободного пробега вследствие рассеяния на поверхности.Если толщина кристалла, пластины или пленки соизмерима с длинойдебройлевской волны элементарных возбуждений, то может быть реализованквантовый размерный эффект.

Его суть в том, что поперечное движение квазичастицявляется квантованным: проекция квазиимпульса на направление малого размераможет принимать лишь дискретный набор значений:pz =π=Ln,n = 1,2,3...Заметим, что это часто используемое соотношение справедливо в отношенииквазичастицы с квадратичным законом дисперсии в прямоугольной бесконечно высокойпотенциальной яме и в общем случае не является точным. В серии теоретическихработ рассмотрены модели электропроводности и гальваномагнитных свойствразмерно-квантовых пленок. Отмечается, в частности, появление осцилляцийпроводимости в зависимости от толщины. Изучение квантового размерного эффекта вмногочисленных экспериментальных работах, выполненных на тонких пленках,представляет интерес в связи с тем, что он является одним из немногих примеровпроявления квантово-механических закономерностей в макроскопическом объекте.Пластическая деформацияПластическая деформация и наклеп повышают электрическое сопротивлениеметаллов и сплавов.

Однако, даже при значительном наклепе сопротивление чистыхметаллов возрастает всего на 2-6%. Удельное сопротивление наклепанного металласкладывается из суммы удельного сопротивления чистого отожженного металла ρт,зависящего только от температуры, и остаточного сопротивления ρД, не зависящего оттемпературыρ=ρт + ρд .Из приведенной формулы следует, что отношение ρд/ρ будет тем больше, чемменьше ρ.

Это отношение будет расти с уменьшением температуры, поэтому ономожет быть использовано для определения степени деформации металла.Дополнительное сопротивление, наклепанного или закаленного металла может бытьвозвращено к исходному до наклепа электрическому сопротивлению путем отжига притемпературах, близких к температурам рекристаллизации.Металлы высокой проводимостиК этой группе относятся серебро, медь, алюминий.200Серебро - один из наиболее дефицитных матералов, достаточно широкоприменяемый в электротехнике и электронике для высокочастотных кабелей, защитымедных проводников от окисления, для электродов некоторых типов керамических ислюдяных конденсаторов в электрических контактах, где оно используется в сплавах смедью, никелем или кадмием, в припоях ПСр-10, ПСр-25 и др.

Серебро марки Ср999999.9 должно иметь примесей не более 0.1%. Удельное электрическое сопротивлениеρ=0.015 мкОм.м. Механические характеристики серебра невысоки: твердость поБринелю - 25 (немного более золота), предел прочности при разрыве не более 200МПа,относительное удлинение при разрыве ~50%. По сравнению с золотом и платинойимеет пониженную химическую стойкость.

Часто применение серебра ограничиваетсяего способностью диффундировать в материалы подложки.Медь - наиболее широко применяется в качестве проводникового материала: впроизводстве обмоточных и монтажных проводов и кабелей (мягкая отожженная медьмарки ММ) в производстве волноводов и т.д.; при изготовлении контактных проводов,шин распределительных устройств, коллекторных пластин электрических машин (медьтвердая марки МТ - имеет меньшую проводимость и относительное удлинение передразрывом, но большую механическую прочность, чем отожженная медь марки ММ).Наиболее нежелательными примесями в меди являются висмут и свинец, сера,кислород.

Наиболее чистые сорта проводниковой меди марок МООК (катодная) иМООБ (бескислородная), содержат примесей не более 0.001%. В производствепроводниковых изделий применяют марки меди с содержанием примесей не более 0.05- 0.1%, для проводов очень малого диаметра (0.01 мм) и проводов, работающих притемпературах выше 300оС применяют проволоку из бескислородной меди. Основныехарактеристики меди марок ММ и МТ приведены в таблице.Характеристикаплотность, кг.м3разрушающее напряжение при растяжении, МПаотносительное удлинение, %удельное электрическое сопротивление, мкОм.мтемпературный коэффициент удельногоэлектрического сопротивления, 1/oCМедь марки МММедь марки МТ89008960260 - 280360 - 3906 - 350.5 - 20.0177 - 0.01800.0172 - 0.01740.00430.0043Сплавы высокой проводимостиБронзы - сплавы меди с оловом (оловянные), алюминием (алюминиевые),бериллием (бериллиевые) и др.

легирующими элементами. По электропроводностиуступают меди, но превосходят ее по механической прочности, упругости,сопротивлению истиранию и коррозионной стойкости. Применяются для изготовленияпружинящих контактов электрических приборов, контактов токоведущих пружин,проводов линий электрического транспорта, пластин коллекторов электрических машин.Бронзовые детали для упрочнения подвергаются термической обработке - закалкеи отпуску при повышенных температурах. Предел прочности на растяжение бронзможет быть 800 - 1200 МПа и более, в то время как проводимость твердых бронз можетсоставлять 10 - 30% от проводимости чистой меди.Примеры некоторых марок бронз:• БрО10 (10% олова, остальное медь);• БрА7 (6 - 8% алюминия, остальное медь).201Металлы высокой проводимостиАлюминий - в 3.3 раза легче меди, имеет сравнительно большую проводимость(для АМ ρ=0.028 мкОм .

м) и стойкость к атмосферной коррозии за счет защитной пленкиоксида Al2O3 . Алюминий мягкий имеет прочность на разрыв 80, твердый 160 - 170 МПа.По сравнению с медью имеет больший температурный коэффициент линейногорасширения (26 . 10-6 1/оС ), что является недостатком. В местах контакта алюминиевогопровода с проводами из других металлов во влажной среде возникает гальваническаяпара, поэтому незащищенная лаками или другими способами алюминиевая проволокаразрушается коррозией.

Из алюминия особой чистоты с содержанием примесей неболее 0.005% изготовляют электроды алюминиевых конденсаторов и алюминиевуюфольгу. Из алюминия, содержащего примесей не более 0.3 - 0.5% (марки А7Е и А5Е),изготовляют проволоку и шины. Для жил кабелей может использоваться алюминий суменьшенным содержанием примесей - марки А75К, А8К, А8КУ. Алюминиевые проводаможно соединять друг с другом холодной или горячей сваркой, а также пайкой сприменением специальных флюсов и припоев.Алюминиевые сплавы.