Петров К.С. Радиоматериалы и радиокомпоненты (2003) (1152094), страница 8
Текст из файла (страница 8)
Она максимальна на поверхности и убывает по мере проникновения вглубь проводника. Это явление называется поверхностным эффектом. Неравномерное распределение тока объясняется действием магнитного поля тока, протекающего по проводнику. Магнитный поток, сцепленный с проводом, пропорционален току: Ф=й, где А — индуктивность проводника.
1.2. Эле офизические свойства проводииковых материалов Если ток изменяется по синусоидальному закону 1 = 1 зш о~д то изменение маг- нитного потока вызывает появление ЭДС самоиндукции: Й еь = -Š— = -шА1„слюд Й Эта ЭДС имеет направление, противоположное току в проводе, и тормозит его изменение в соответствии с законом Ленца. При прохождении переменного тока переменное магнитное поле возникает как вокруг проводника„так и внутри него.
При этом потокосцепление максимально для внутренних слоев и минимально для внешних слоев. Поэтому ЭДС самоиндукции оказывается максимальной в центре проводника и уменьшается в направлении к поверхности. Соответственно, и плотность тока наиболее значительно ослабляется в центральной части проводника и в меньшей степени — у поверхности, иначе говоря, происходит вытеснение тока к поверхности проводника.
Оно тем сильнее, чем выше частота. Распределение плотности тока по сечению проводника подчиняется экспоненциальному закону: 1 =,1,ехР—— где 1', — плотность тока на поверхности; г — расстояние, измеряемое от поверхности; д — глубина проникновения тока. Глубина проникновения тока, выраженная в миллиметрах, равна расстоянию, на котором плотность тока уменьшается в е = 2,72 раз по отношению к своему значению на поверхности проводника. Она пропорциональна удельному сопротивлению р ~Ом м1 и обратно пропорциональна частоте 1 ~МГц]: В случае сильно выраженного поверхностного эффекта, когда ток протекает по тонкому поверхностному слою, толщина которого много меньше диаметра провода 4 экспоненциальное распределение тока может быть заменено однородным распределением с постоянной плотностью тока в пределах тонкого слоя толщиной Ь, на основании чего можно ввести понятие эквивалентной площади сечения проводника, занятой током: 5, = тиЫ.
Поскольку площадь сечения, через которое протекает ток, уменьшилась, то сопротивление провода переменному току В стало больше, чем его сопротивление постоянному току Яэ что учитывают коэффициентом увеличения сопротивления: л 50 Ы2/4 Ы о Яо Я, ЫЬ 4Ь Полученная формула справедлива при Ь «Н. 40 Глава 1. Электрофизические свойства радисматериалов Электропроводность тонких пленок Электрические свойства тонких пленок отличаются от свойств объемных проводников. Это обьясняется изменением структуры проводящих пленок и, соответственно, механизма перемещения электрических зарядов, создающих электрический ток.
На рис. 1.21 показаны три области, соответствующие трем различным механизмам протекания тока. При напылении пленки сначала образуются отдельные разрозненные островки (область 1), переход электронов происходит через узкие диэлектрические зазоры, что обусловлено термоэлектронной эмиссией и туннельным эффектом. В этой области удельное сопротивление очень велико, а температурный коэффициент отрицателен, так как с ростом температуры облегчается переход электронов от островка к островку.
рис. 1.21 По мере напыления пленки происходит образование проводящих цепочек между отдельными островками и начинает работать обычный механизм электропровод- ности, удельное сопротивление пленки уменьшается, а температурный коэффициент становится положительным (область 2). При дальнейшем напылении островки исчезают и образуется сплошная пленка толщиной около 0,1 мкм (область 3). На этом участке удельное сопротивление выше, чем удельное сопротивление монолитного проводника, что объясняется размерным эффектом, суть которого состоит в сокращении длины свободного пробега электронов вследствие их отражения от поверхности пленки.
Полагая, что процессы рассеяния электронов в объеме и на поверхности независимы, можно для длины свободного пробега 1, электронов в пленке записать: 1.2. Электрофизические свойства п оаодиикоаых мате иалоа Рь "2 Р~1+ ! . еч' 1ь (1.23) Здесь Р— удельное электрическое сопротивление монолитного проводника.
Сопротивление пленки определяется по формуле В=р —, ву где 1 — длина проводящей пленки; 5 — площадь поперечного сечения пленки. Учитывая, что Я = 0 ге, где ге — ширина пленки, получаем: 1 Р,1 )г=Рь = Ре бб б 5 (1.24) Здесь Р = — ' — удельное поверхностное сопротивление. Величина Рз равна соРь в противлению пленки при условии 1 = в, то есть р5 представляет собой сопротивление пленки, имеющей форму квадрата. Подбором толщины пленки можно изменять величину рв независимо от удельного сопротивления материала.
В микроэлектронике в качестве соединительных пленок применяют пленки из чистого металла, чаще всего алюминия, а в качестве резистивных пленок — тугоплавкие металлы (вольфрам, тантал, рений, хром, молибден) и сплавы никеля с хромом. Классификация проводниковых материалов Все проводниковые материалы можно разделить на три основные группы: с~ металлы; и сплавы металлов; а неметаллические проводящие материалы. Металлы подразделяют на четыре группы.
С1 Металлы с высокой удельной проводимостью. К ним относят медь и алюминий, у меди Р = 0,017 мкОм м, у алюминия Р = 0,028 мкОм м. Это наиболее широко применяемые в электронике металлы. Они применяются для изготовления радиомонтажных проводов и кабелей, а также в качестве тонких пленок в интегральных микросхемах.
Здесь 1 и 1в — длины свободного пробега электронов при рассеянйи в объеме и на поверхности. Приближенно полагая длину свободного пробега при рассеянии на поверхно- сти 1 равной толщине пленки Ь, получим: О 0 0 Сплавы металлов подразделяют на три группы: 0 0 0 Неметаллические проводящие материалы подразделяют на три группы; 0 1з Сг Глава 1. Электрофизические свойства радиомате иаяоя Благородные металлы, К ним относят золото, серебро, платину и палладий. Они обладают высокой химической стойкостью. Применяются в качестве кон- тактных материалов и коррозиестойких покрытий.
Тугоплавкие металлы. Эти металлы имеют температуру плавления, превыша- ющую 1700 'С. К ним относят вольфрам, молибден, хром, рений и др. Металлы со средним значением температуры плавления. К ним относятся же- лезо, никель и кобальт, обладающие температурой плавления около 1500 'С. Эти металлы имеют сильно выраженные магнитные свойства. Сплавы высокого сопротивления. К ним относят манганин (86% Сп, 12 % Мп, 2 % Х1), константан (60% Сг, 40% Х1), хромоникелевые сплавы. Эти сплавы имеют удельное электрическое сопротивление более 0,4 мкОм м. Они применяются для изготовления резисторов и электронагревательных элементов.
Сверкпроеодлгцие сплавы. Это сплавы, у которых при температурах, близких к абсолютному нулю, наблюдается резкое уменьшение удельного сопротивления. Среди таких сплавов наилучшими параметрами обладают сплавы ниобия (ХЬзЗп, ХЬгба, ХЬ,Се). Припоя.
Это низкотемпературные сплавы, применяемые при пайке. Различают мягкие и твердые припои. Мягкие припои имеют температуру плавления ниже 300 'С. В их состав входит от 10 (ПО С-10) до 90 % (ПОС-90) олова, остальное — свинец. Наиболее распространенными твердыми припоями, имеющими температуру плавления более 300 'С, являются медно-цинковые (ПМЦ) и серебряные (ПСР). Углеродистые материалы. Наиболее широкое применение среди этих материалов имеет графит — одна из разновидностей чистого углерода. К ценным свойствам графита относятся малое удельное сопротивление и хорошая теплопроводность, а также стойкость ко многим агрессивным химическим средам. Композиционные проводящие материалы.
Они представляют собой механическую смесь проводящего наполнителя с диэлектрической связкой. Наибольший интерес представляют контактолы и керметы. Контактолами называют маловязкие или пастообразные композиции, применяемые в качестве токопроводящего клея или краски. Связующим веществом в них являются синтетические смолы, а токопроводящим наполнителем — мелкодисперсные порошки металлов (серебра, никеля, палладия).
Керметами называют металлодиэлектрические композиции с неорганическим связующим веществом. Они обладают высоким удельным поверхностным сопротивлением, поэтому применяются для изготовления тонкопленочных резисторов. Наибольшее распространение получила микрокомпозиция Сг-510, тонкие пленки которой изготовляют путем напыления в вакууме на диэлектрическую подножку. Проводящие материалы на основе отгслов. Подавляющее большинство чистых оксидов являются диэлектриками, однако прн неполном окислении или при введении примесей проводимость оксидов резко повышается. Такие материалы можно использовать в качестве контактных и резистивных слоев.
Практический интерес представляют тонкие пленки диоксида олова 5пО, и оксида индия 1п,Оэ 4з 1.3. Электрофизические свойства диэле ическик материалов 1.3. Электрофизические свойства диэлектрических материалов Диэлектриками называют материалы, обладающие незначительной электропроводностью. Основным электрическим свойством диэлектриков является их способность к поляризации.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
