lekcii (774103), страница 30
Текст из файла (страница 30)
Неподвижные (зажимные, болтовые, винтовые);2. Разрывные (контакторы, реле и другие);3. Подвижные или скользящие (контактыпотенциометров, щетки и коллекторы электрическихмашин и другие).Применение материалов электрических контактовдля изготовления контактов:1.Неподвижных;2.Разрывных;3.Скользящих большой и малой мощности.Применение материалов специальногоназначения(металлы и сплавы) в:4.Электронно-вычислительных приборах;5.Сверхпроводниковых устройствах;6.Термопарах.Особенности материалов неподвижныхконтактов- Медные контакты покрываются пленкой Cu2O(разрушается при нажатии);- для повышения коррозионной стойкости контактыпокрывают оловом или серебром;- Алюминиевые контакты при работе подвергаются«усадке».( для стабилизации сопротивлениятребуется периодическое затягивание контакта);- Серебряные контакты обладают высокойхимической стойкостью и стабильностьюсопротивления , применяются в ответственныхслучаях ( на медные контакты наносят серебро,например, в штепсельных разъемах).Факторы, действующие на материалыразрывных контактов:- электрическая дуга( возникает в процессеразмыкания и замыкания);- эрозия( происходит перенос массы металлас одного контакта на другой);- коррозия( приводящая к образованиюокисных пленок);- механический износ( происходитистирание, растрескивание ирасплющивание).Требования, предъявляемые кматериалам разрывных контактов:Высокая электропроводность;Стойкость против эрозии;Стойкость против коррозии;Механическая прочность и стойкость противистирания;Технологичность и недефицитность.Классификация разрывных контактовВ зависимости от условий работыразрывные контакты делятся на 2 группы:Контакты, разрывающие большуюмощность( свыше 1 квт);Контакты, разрывающие малуюмощность( слаботочные контакты до 1 квт).Материалы мощных разрывных контактовКомпозицияСреднийколичественныйсостав, %Cu-W-Ni47Cu; 50,5W; 2,5NiAg-W-Ni47Ag; 50,5W; 2,5Ni13,50,041200-1500Ag-GdO14Ag9,60,02530-560Основные свойстваПлотностьρ,ТвердостьТ/м3мкОм·мНВ,МПа12,10,051200-1500Материалы для разрывныхконтактов малой мощностиНаименованиематериалаПлотностьТ/м3Температураплавления,Суд.
эл.сопротив.мкОм·м·106ТвердостьНВМПаМедь8,910831,7350Серебро10,59611,6250Серебро-Медь10,37781,956Серебро-Палладий(20%)Платина-Иридий(30%Jr)10,7100010,15521,8188532,3285Подвижные контакты:1-й группы -регуляторов напряжения;2-й группы- движков потенциалов;3-й группы- между щеткой иколлектором электрических машин.Требования к материалам 1 и 2 группы- высокая коррозионная стойкость( недопускаются образования на контактнойплощадке окисных пленок, имеющихвысокое сопротивление);- высокая износостойкость.Основными материалами являются:-Платина с иридием;Палладий с иридием;Платина с никелем;Серебро с палладием.Особенности работы скользящихконтактов1.
В контактной паре щетка-коллектор основнаячасть износа приходится на сменную щетку.Коллекторы электрических машинизготавливают из:меди марки МТ, серебра, кадмиевой бронзы илилатуни( материалы обладают высокой электрои теплопроводностью).Требования, предъявляемые кматериалам щеток.высокая электропроводность;хорошая прирабатываемость к коллектору;малая абразивность( не допускающая быстрый износколлектора);малый коэффициент трения;стойкость к коррозии и эрозии.Материалы щеток : графит, композиции из порошковметалла (медь, серебро) и графита.Кристаллическая решеткаграфитаОсновные свойства электротехническогоугляСвойстваЕд.
изм.Поликристаллический(природный) графитБлестящийуглеродПлотностьт/м32,262,07ТКЛР х10-6Град7,56,5-7ρмкОм м8,010-20ТКρград-1-1-2х10-4Лекция 13Полупроводниковые материалы1.Свойства и характеристики полупроводниковых материалов.2.Основы технологии полупроводниковых материалов.3.Важнейшие полупроводниковые материалы и области ихприменения.Литература:1.
Материаловедение. под редакцией Б. Арзамасова. М, 2007. Стр.585-599.К полупроводниковым материалам относят вещества, обладающиезависимостью удельного электросопротивления от внешнихфакторов:температуры;электрического поля;освещѐннсти и др.1.Свойства и характеристики полупроводниковых материалов .Характерные значения для материалов, lg ρ-8-6-4-202468… 16ПроводникиПолупроводникиДиэлектрикиПолупроводниками являются:- некоторые простые вещества, важнейшие- Si, Ge;- химические соединения ІІІ и ІV групп таблицы Менделеева,АІІІВІV; ІІ и ІV- АІІВІV; и ІV и ІV –АІVВІV;некоторые оксиды металлов переменной валентности- Fe, Sn, V,Mn, Cu, Ti и др., с расщеплѐнными энергетическими электроннымизонами.Физические основы проводимости полупроводниковыхматериаловРаспределение энергетических зон в различныхматериалахОбразование электронов проводимости.Активация электронов нагревом, облучением или освещением,высоким напряжением может привести к переходу электронов состационарного уровня в зону проводимости.ЗонапроводимостиЗапрещѐннаязона-ВалентнаязонаСвет, напряжение,нагрев…Дырочная проводимость.
Покинув орбиту, электрон образуетнезаполненное место- «дырку», равноценную положительномузаряду, равному по модулю заряду электрона.В идеальном п/пр кристалле количество дырок и свободныхэлектронов равно, а сумма зарядов =0. Такие материалы называютсясобственными п/пр.Образование «дырки»--+---Добавка в чистый п/пр примесей, способных легко отдаватьвалентные электроны приводит к образованию п\пр с электроннойпроводимостью- n-типа.
Примеси называются донорными.Для Si и Ge донорные примеси Pb, Sb, As.-Электроны донорнойпримеси------Собственные валентныеэлектроны п/прДобавка в чистый п/пр примесей, способных легко отдаватьвалентные электроны приводит к образованию п\пр с электроннойпроводимостью- n-типа. Примеси называются донорными.Для Si и Ge донорные примеси Pb, Sb, As.---Электроны донорнойпримеси------Собственные валентныеэлектроны п/прНапротив, добавка в чистый п/пр примесей, способных легко отбиратьвалентные электроны приводит к образованию п\пр с дырочнойпроводимостью- р-типа. Примеси называются акцепторными.Для Si и Ge акцепторные примеси Br, Al, In, Ga.Дырки акцепторнойпримеси-+-+-+Собственные валентныеэлектроны п/прЕсли совместить два типа п/пр, образуется р-n переход.
В п/пр р-nпереход зависит от величины и направления тока. Это позволилосоздать твердотельный слаботочный аналог электронной лампы ипривелокреволюциивэлектронике–появлениюмикроэлектроники.n -полупроводник-----р-n переход-+-+-+р -полупроводникОсновные характеристики полупроводниковых материаловТип проводимостиШирина запрещѐнной энергетической зоны ΔЕ, еВВеличина ρ=(neμе+ nрμр) /еПодвижность носителей μ, м2/В*сек.Время жизни сек, за которое число неосновных носителей уменьшаетсяв е разТипматериалаA IVAI I IBVAI IBVIAI IBI VCV2МатериалSiGeGaPGaAsInPZnSColSCdSeCdGeP2CdGeAs2Температураплавления, 0СШириназапрещеннойзоны,х1019 ДжМаксимальнаяподвижность,µ ,м2/В·сэлект дырокронов14289871465123810701850175013607766711,81,13,52,22,05,74,22,90,040,20,20,40,030,80,40,010,030,060,040,20,040,20,010,040,010,0020,03Зависимость удельного электросопротивления ППМ от температуры:1-материал с собственной проводимостью; 2- материал с примеснойпроводимостью..Зависимость удельного электросопротивления полупроводникаот освещенностиЗависимость удельного электросопротивления полупроводника отнапряженности электрического поляЗависимость удельного сопротивления германия и кремния отконцентрации примесей при 200С.МатериалТпл, 0ССвойства некоторыхППМΔЕ, эВПодвижностьносителей, м2/В сПредельнаяТраб, 0СЭлектроновдырокГерманий9580,690,40,1480Кремний14141,10,20,05160Арсенидгалия12381,430,850,045200Карбидкремния27003,00,10,01500Свойства некоторых фосфидов, арсенидов и антимонидовСоединениеΔE, эВμn,см2/(В-с)μр, см2/(В-с)А1Р2,458030GaP2,26190120IпР1,354600150AlAs2,16280—GaAs1,438500450InAs0,3633000460AlSb1,58200550GaSb0,6240001400InSb0,1878000650Обязательным условием качества п/пр материалов являются:- особо высокая чистота 10(-7)… 10(-5) ат%;- отсутствие границ зѐрен, т.е.
монокристалл с совершеннойкристаллической решѐткой, строго определѐнной ориентации.Эти требования определяют сложность и специфические технологииизготовления п/пр материалов.2.Основы технологии полупроводниковых материалов.2.1.Методы получения сверхчистых материалов.Химические методыДистилляция(испарение жидкойфазы)Ректификация(многократные Д+конденсация)СублимацияМонокристаллы имеют ρ ≈0,1 Ом∙м,примесей≈10(*20) ат/м32.2.Получение совершенных монокристаллов п/проводников.Разрезка на пластины.Решается кристаллофизическими методами. При выращиваниимонокристалла одновременно достигаются:получение монокристалла;совершенное кристалографическое состояние (устраняютсяграницы зѐрен, снижается число дефектов- дислокаций, вакансий,примесных атомов;высокая степень очистки.Для дальнейшего производства изделий монокристалл разрезают натонкие пластины.
При этом кристалл повреждается, разрезку ведутспециальным инструментом и на специальном оборудовании, послеразрезки поверхность восстанавливают.Кристаллофизические методы основаны на различнойрастворимости примесей в Ж и Тв фазах. К=Nтв/NжНаправленнаякристаллизацияТвЖЗонная очисткаТвВытягиваниемонокристалла израсплаваЖ ТвЗатравкаМонокристаллРасплав п/прЗатравка вырезается из монокристалла, сечением 5х5 мм в определѐнномкристаллографическом направлении. Скорость вытягивания≈мм/сек,частота вращения тигля ≈ 60 об/мин.Рис. Монокристаллы, полученные горизонтальной направленнойкристаллизацией.Установка и схема для получениямонокристаллов п/пр вытягиванием израсплава (Чохральского)Метод эпитаксии.Заключаетсяввыращиваниитонких(15…20мкм)плѐнокмонокристалланаподложкеизмонокристалла того жематериала.
При этомполучают монокристаллболее совершенный, чемподложка, более чистый.Исключаетсяразрезка.Выращиваниеосуществляют из газовойфазы,напримериххлоридакремния(германия),восстановлениемвводороде.Установка для проведения эпитаксииРис. Монокристаллы кремния, германия, полученные методамивытягивания, зонной очистки. Слитки и вырезанные пластины.2.3.Легирование п/проводников и получение р-n переходов.Чистый, высокосовершенный монокристалл п/пр- исходный элементдля изготовления п/пр приборов.Необходимо создать р-n переходы, возникающие на стыке зонразличной проводимости. Эти зоны имеют толщину несколькихатомных слоѐв.Для получения определѐнной проводимости применяют прецезионноелегирование исходных монокристаллов.
Содержание легирующихдобавок составляет 10*(-5…-7) % ат.Вытягивание монокристалла из расплава,легированного добавкой.Зонное выравнивание затравки легирующей добавкив предварительно очищенном монокристалле.Подготовка установки к работеДиффузия из газовой фазыМетодом диффузии можно получать р-n переходы на регулируемойглубине, вводить различные примеси совместно, получатьнесколько р-n переходов. Недостатком является плавное изменениеконцентрации элементов , что снижает качество р-n переходов.Этого недостатка лишѐн сплавно-диффузионный метод. Наповерхности пластины монокристалла п/пр расплавляют порциюлегирующих добавок, которая при нагреве расплавляется идиффундирует в кристалл.Ионное легирование в тлеющем разрядеИспользуют тлеющий разряд- электрическая дугу в вакууме слегирующей добавкой в газовой фазе.Под действие электрического поля газ ионизируется, ускоряется ивнедряется в монокристалл.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
