Застосування напівпровідникових матеріалів

 

 16 квітня 2021р. 

Предмет: Матеріалознавство радіоелектронних засобів.

 Урок 12, 13 : Застосування напівпровід­никових матеріалів. Основні властивості магнітних матеріалів.

         Напівпровідники займають проміжне місце по електричної провідності між металевими провідниками і діелектриками. Електричний опір металевих провідників з підвищенням температури збільшується, а напівпровідників і діелектриків зменшується.

Провідники мають величезну кількість вільних електронів, спрямоване переміщення яких є струмом провідності, а в напівпровідниках вільних електронів трохи. Це пояснюється тим, що валентні електрони в напівпровідниках пов'язані зі своїми атомами. Струм в напівпровідниках може виникати і змінюватися в широких межах тільки під впливом зовнішніх впливів:
 нагрівання, опромінення або при введенні деяких домішок.

Це збільшує енергію валентних електронів, дозволяє їм відриватися від своїх атомів і під дією прикладеної напруги направлено переміщатися, ставати носіями струму. Чим вище температура напівпровідника або чим інтенсивніше його опромінення, тим більше в ньому вільних електронів і тим більше струм.

Атоми напівпровідника, що втратили електрони, перетворюються в позитивно заряджені іони, які не можуть переміщатися. Місце на зовнішній оболонці атома, покинуте електроном, називають діркою. Цю дірку (вакансію) може зайняти інший електрон, який залишив своє місце в сусідньому атомі. В результаті на оболонці сусіднього атома теж з'явиться дірка, він перетвориться в позитивно заряджений іон.

Якщо до напівпровідника прикласти електричну напругу, то електрони будуть переміщатися від одних атомів до інших в одному напрямку, а дірки - в протилежному. Дірку прийнято вважати позитивно зарядженою часткою з зарядом, рівним заряду
 електрона. Переміщення дірок в напрямку, протилежному переміщенню електронів, називають дірковим струмом.

        Наявність у напівпровідників двох типів електропровідності – електронної (n) та електронно-діркової (р) дозволяє створювати напівпровідникові прилади з p-n переходом. До них належать різні типи як потужних, так і малопотужнихв випрямлячів, генераторів.
Напівпровідникові прилади з успіхом можна використати для перетворення енергії випромінювання в електричну – сонячні батареї та термоелектричні генератори. За допомогою напівпровідників можна знизити температуру на кілька десятків градусів (автомобільні холодильники та кріогенні прилади). Напівпровідники можна використовувати і як нагрівальні елементи (ксилітові стержні), як індикатори радіоактивного випромінювання, вимірники напруженості магнітного поля та ін.

У вузькому значенні напівпровідники – сукупність кількох груп найтиповіших речовин, напівпровідникові властивості котрих чітко виявляються вже при кімнатній температурі.

Виготовлені з напівпровідникових матеріалів прилади відзначаються важливими перевагами:

1) великий строк служби;

2) малі габарити та маса;

3) простота і надійність конструкції, значна механічна міцність (не бояться трясіння та ударів);

4) відсутність кіл розжарення – економність за потужністю споживання;

5) економічність (дешевизна) при масовому виробництві.

        Розвиток електроніки твердого тіла та досягнення технології дозволили перейти від виготовлення окремих – дискретних приладів до створення монолітних вузлів електронної апаратури – мікросхем, яке сприяло подальшому зниженню маси, розмірів, енергоспоживання, вартості, підвищенню надійності.

Основні властивості магнітних матеріалів.

          МАГНІ́ТНІ МАТЕРІА́ЛИ – матеріали, які суттєво змінюють значення магнітного поля, де вони розміщені. Серед поширених елементів високі феромагнітні властивості мають залізо, кобальт і нікель, серед рідкоземел. – диспрозій, тербій, гадоліній, гольмій, М. м. переважно є сплавами, хоча існують й кераміки (ферити), які не проводять електр. струм. До складу майже всіх магніт. сплавів входять залізо, кобальт і нікель. Існують також сплави з немагніт. елементів, які мають невеликі феромагнітні властивості, – т. зв. гейслер. сплави. М. м. широко використовують у сучас. пром-сті. Більшу їх частину за величиною коерцитив. сили поділяють на 2 великі групи: магнітно-тверді (понад 1кА/м) та магнітно-м’які. Магнітно-твердим матеріалам властиві мала магнітна проникність та великі гістерезисні втрати. Зазвичай з них виготовляють постійні магніти. Магнітно-м’які матеріали мають малу коерцитивну силу, велику магнітну проникливість та малі гістерезисні втрати. Їх використовують як провідники та перетворювачі магніт. поля. Важливою характеристикою М. м. є петля гістерезису. Для магнітно-м’яких матеріалів вона надає інформацію про індукцію насичення матеріалу, його магнітну проникність та коерцитивну силу. Ці величини є вихід. даними для розрахунків магніт. ланцюгів. Для магнітно-твердих матеріалів за другим квадрантом петлі гістерезису знаходять залишк. індукцію, коерцитивну силу за намагніченістю та індукцією, а також розраховують робочу точку постій. магніту. Ці дані дають можливість оцінити, який матеріал є найбільш придатним для використання у конкрет. випадку. 

Завдання: скласти конспект, що містить застосування та властивості матеріалів.