Крутогин - Материалы и компоненты микроэлектроники (1074334), страница 11
Текст из файла (страница 11)
Индуктивные элементы РЭА и телефонии.Индуктивность и емкость – основные элементы колебательногоконтура, важнейшего узла радиотехнической аппаратуры. В широкомчастотномдиапазонематериаломмагнитопроводовиндуктивностейявляются магнитомягкие ферриты с диапазоном проницаемости от 104 доединиц. К этому же классу устройств относятся магнитные головки аудио ивидеоаппаратуры, антенные сердечники радиоприемников и передатчиков.По физическому обьему(тысячи тонн) и номенклатуре типов и размеров этосамые массовые элементы магнитоэлектроники3.
Среды хранения информации.Порошки магнитотвердых ферритов, тонкие пленки магнитотвердыханизотропных микрокристаллических сплавов широко используются каксреды хранения информации, записанной как в аналоговой, так и в цифровойформе. Магнитные ленты, дискеты, жесткие диски винчестеров – все этосреды хранения больших или малых объемов информации. В последние годыразвитие оптоэлектронных и микросхемных средств записи и храненияинформации создает значительную конкуренцию магнитным формам записи,но по способности к перезаписи, по быстродействию и надежностимагнитный накопитель на жестких дисках, в просторечии "винчестер" покасохраняет ведущие позиции в компьютерной технике.Материальным носителем бита записанной информации в такихмагнитных устройствах является микрочастица ферритового порошка илимикрокристаллит магнитного сплава, намагниченный полем записывающей86головки.
В пределе такие микрочастицы могут быть и нанометровыхразмеров (10-50 нм). Увеличение плотности записи на магнитных дискахвинчестеров до сотен и тысяч гигабайт показывает, что переход кнаноразмерным технологиям в этой сфере магнитоэлектроники уже начался.4.Ферритовыеэлементыдлясверхвысокочастотных(СВЧ)устройств.В диапазоне частот 109 – 1012 Гц проницаемость магнитомягкихферритов стремится к единице, что, казалось бы, делает ферритыбесполезным материалом. Но еще 70 лет назад Л. Ландау и Е. Лифшицтеоретически предсказали появление анизотропии магнитной проницаемостина СВЧ в феррите, однородно намагниченном постоянным магнитнымполем. А с 50 годов прошлого века особые свойства намагниченного ферритаявляются объектом изучения и применения в устройствах для управленияамплитудой, фазой, плоскостью поляризации радиоволн СВЧ-диапазона.
Пообъемам изготовления СВЧ ферритов это сравнительно небольшой разделферритового производства, но в этой отрасли у ферритов нет, и непредвидится никакой материальной альтернативы. Техника СВЧ диапазонабыстро развивается, первоначально это была, в основном, техникарадиолокации, теперь это еще и мобильная телефония, спутниковая связь инавигационные системы, сверхдальняя космическая связь, наконец, СВЧпечи для домашнего и общественного питания, для промышленной сушкидревесины и т.п.
Следовательно, сфера применения СВЧ ферритов такжеобречена на развитие и расширение.5. Радиопоглощающие материалы и покрытияПеремагничивание материалов на высоких и сверхвысоких частотахвсегда сопровождается магнитными потерями, т.е. преобразованием частимагнитной энергии в тепло, которое нагревает материал и затем рассеиваетсяв окружающей среде.
Эти неизбежные потери обращаются во благо, когда спрогрессомвразвитиирадиолокациивстаетзадачасоздания87"радионевидимых"объектов военно-техническогозначения:кораблей,самолетов, мостов и т.п. Покрытия и экраны из поглощающих радиоволнуматериалов (РПМ) в десятки раз снижают радиоотражение от этих объектов.С повышением рабочих частот компьютеров до сотен мегагерц игигагерц возникли проблемы ликвидации высокочастотных утечек сигналовиз компьютера по сетевым и мониторным кабелям. Причем утечки – это нетолько экологическая проблема облучения персонала, но и не менее важнаяпроблемаутечекзаинтересованныеконфиденциальнойитехническиинформации,которуюоснащенные лица могут считыватьдистанционно, находясь за десятки и сотни метров от работающегокомпьютера.
Поэтому в новых моделях компьютеров на кабели одетыферритовые кольца – поглотители высокочастотного сигнала.Но иэкологические проблемы необходимо решать. Плотность коммерческогорадиоизлучения в крупных городах так велика, что японские экологисерьезно обсуждают проблемы создания радиопоглощающих красок ипокрытий для жилых домов.Сверхпроводящие материалы(История развития и состояние вопроса)Явление сверхпроводимости открыто в начале ХХ века и состоит врезком уменьшении удельного сопротивления некоторых веществ, практически до нуля ниже некоторой температуры, обычно очень низкой: 3 – 10 К.За первые 80 лет исследования этого эффекта удалось установить, чтосверхпроводящими свойствами обладают 42 металла периодической системыи около двух тысяч сплавов и соединений, удалось разработать достоверныетеории сверхпроводимости, поднять критическую температуру перехода всверхпроводящее состояния до 21 К (сплав Nb3Sn), организовать произ-88водство сверхпроводящей проволоки (Nb3Sn на медной основе) длясверхпроводящих соленоидов.Существенный прорыв наступил в 1986 г., когда швейцарские физикиД.
Беднорц и К. Мюллер обнаружили сверхпроводимость в оксиднойполупроводниковой керамике при 35 К. Это направление работ было названоВТСП – ВысокоТемпературная СверхПроводимость. Наиболее устойчивыерезультаты в последующие годы были получены на керамике Y1Ba2 Cu3O7- имногих ей подобных. По численным коэффициентам катионов такиекерамики стали называть 1-2-3. Был преодолен очень важный поэкономическим соображениям "азотный рубеж" – сверхпроводимостьнаступает при температурах выше точки кипения жидкого азота – 77К,дешевого и безопасного в использовании хладоагента.В начале 90-х годов ожидалось появление сверхпроводимости прикомнатных температурах, но этого не случилось и постепенно эйфорияуспехов ослабла.Возможныеприменениясверхпроводящихматериаловвэлектротехнике и электронике были разработаны и опробованы задолго доВТСП.Ясно,чтотрансформаторы,сверхпроводящиеэлектродвигатели)электромашиныобещают(генераторы,гигантскуюэкономиюразмеров, обмоточных материалов и тепловых потерь.
Но беда в том, чтосильноемагнитноеполе,возникающеевокругсильноготокавсверхпроводнике при некотором критическом уровне разрушает породившийего эффект сверхпроводимости. И по величине критического поля ВТСПкерамики сильно проигрывают металлическим СП сплавам Поэтому и насегодняшнийдень,через24годапослеоткрытияВТСПуспехисверхпроводящей электротехники не так велики как хотелось бы.Сверхпроводниковая электроника в перспективных проектах должнабыла базироваться на так называемых криотронах Джозефсона, элементахключевоготипасоченьмалойэнергиейуправленияивысоким89быстродействием. На заре эры ВТСП эти преимущества криотронов казалисьрешающими,достаточнымидляпреодолениянеудобствработыскриотехникой.
Однако сегодня поступательное развитие полупроводниковойнанотехнологии сводит почти на нет возможные, но далеко не освоенныепреимущества криоэлектроники. Исследования ВТСП продолжаются, и,возможно, рубеж комнатных температур сверхпроводимости будет достигнут(теоретических запретов нет), но компьютер на криотронах появится еще нескоро. Символв формуле керамик 1-2-3 говорит о том, что ВТСП –керамики имеют дефицит кислорода в составе и находятся в динамическомравновесии с атмосферным кислородом, а значит, стабильность свойствВТСП в условиях эксплуатации требует изучения.ГлоссарийМатериал – продукт более или менее глубокой переработки вещества(или сплава веществ) для придания ему необходимой формы или усилениянеобходимых свойств.Химическая связь – способ взаимодействия электронных оболочекатомов, существенно определяющий структуру и важнейшие свойствавеществ. Различают три типа прочной связи – металлическую, ковалентную,ионную, и одну слабую – Вандерваальсову.Структура – в основном понимании это устойчивое пространственноерасположение атомов в твердом теле (кристаллическая решетка).технологиирадиоэлектроникиВтермин структура часто обозначаетискусственно созданную последовательность слоев разнородных веществметаллов,полупроводников,структура,МОП-илидиэлектриков:КНС- структура,например,многослойнаягетероструктура(см.ниже),эпитаксиальная структура и т.п.Электрон (свободный) – носитель заряда в твердых телах, несвязанный с каким- либо конкретным атомом и поэтому обладающийнекоторой избыточной энергией.90Дырка – специфический дефект, возникающий только в ковалентныхсвязях, если из связи удален(выбит) один из двух электронов.
Дырка кажетсяподвижным(свободным) положительным зарядом, поэтому называетсяквазичастицей. Дырки существуют только в полупроводниках.Акцептор – химический элемент или его атом, который в структуреполупроводниказамещает собственные атомы и обладает свойствомзахватывать свободные электроны, увеличивая концентрацию дырок.Донор – химический элемент или атом,который в структуреполупроводника замещает собственные атомы и обладает свойством легкоотдавать электрон, увеличивая концентрацию свободных электронов. Донор,отдавший электрон (как и акцептор, принявший электрон) становитсяионом, т.е.
неподвижным заряженным дефектом .Концентрация - свободных носителей заряда, ионов легирующейпримеси, или точечных дефектов. Оценивается по их количеству в 1см3 .Концентрация дислокаций оценивается по наблюдаемому числу их выходовна поверхность площадью 1см2 и называется плотностью дислокацийПроводимость (П) – свойство направленного перемещения носителейзаряда в веществе под действием приложенной разности потенциалов.Электронная(П)-если основным носителем заряда являются электроны,дырочная (П)- если преобладаютдырки, собственная (П)- в чистомполупроводнике в редком случае равенства концентраций электронов идырок, компенсированная(П)- в полупроводнике, содержащем одновременнодонорную и акцепторную примесь в равных концентрациях,ионная(П)- если заряд переносят подвижные ионы.Запрещенная зона (ширина запрещенной зоны Еg) - интервалзначений энергии, которые не разрешены для электрона в решеткеполупроводника и диэлектрика. В металле запрещенных зон нет.91Генерация (электронно-дырочной пары) – акт разрыва ковалентнойсвязи при получении атомом избыточной энергии.
В результате возникаетсвободный электрон и дефектная ковалентная связь-дырка.Рекомбинация – возможноевзаимодействие электрона и дырки, врезультате которого электрон возвращается в дефектную связь, и выделяетсяизбыточная энергия.Вакансия–точечный(нульмерный)дефекткристаллическойструктуры, когда один из атомов покинул(или не занял вовремя) свое место врешетке. Вакансии в полупроводнике и диэлектрике могут захватыватьсвободные носители и заряжаться, при этом сильно влиять на электрическиеи оптические свойства.Дислокация – протяженный (одномерный) дефект кристаллическойструктуры, представляемый, например, обрывом атомной плоскости внутрикристалла. По краю обрыва располагаются атомы с незавершеннымихимическими связями.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
