Материалы электронной техники

1.

Материалы электронной техники
Лекции
Практика
Лабор. работы
Экзамен
18 час.
16 час.
16 час
Битнер Лилия Райнгольдовна – доцент кафедры ФЭ (к.319)
1. В.В. Пасынков, В.С. Сорокин. Материалы электронной техники, 2002
2. Л.Р.Битнер. Материалы и элементы электронной техники. ТУСУР,
2007 (2003)
3. Н.С.Легостаев Материалы электронной техники. - Томск:, 2012
4. В.П.Антипов, В.С.Сорокин, В.А.Терехов. Материалы электронной
техники. Задачи и вопросы. 2003.
1

2. Положение о рейтинге

№
Виды контроля
Баллы
1
Тесты по теоретическому материалу – 7*2
14
2
Работа во время практич. занятий – 6*1
6
3
Контрольные работы – 2*10
20
4
Лабораторные работы – 4*3
12
5
Коллоквиум
18
Всего
70
36 баллов – зачет
2

3.

Материалы электронной техники
Материаловедение изучает
Строение
Состав
Химический
состав
Свойства
Структура
•Функциональные
•Технологические
•Тип кристаллической решетки
•Степень упорядоченности атомов
•Дефекты
Структура – взаимное расположение атомов
3

4.

Тип кристаллической решетки
кубическая
а – постоянная решетки
а) объемноцентрированная
кубическая;
б) гранецентрированная
кубическая;
в) гексагональная.
4

5.

Тип кристаллической решетки
постоянная
решетки
ГЦК - гранецентрированная
кубическая;
ГЕК - гексагональная
5

6.

Степень упорядоченности атомов
Монокристалл
алмаз
монокрист. Si
Поликристалл
металлы
Аморфные
стекла
границы
Поликристалл – твердое тело, состоящее из кристаллитов (зерен),
разделенных границами
Монокристаллическое состояние наиболее энергетически выгодное.
Степень упорядоченности атомов зависит от условий получения
6

7.

"
Степень упорядоченности атомов
Свойства материалов с разной степенью
упорядоченности
Монокрист.
Поликрист.
анизотропия
фиксирован. Тпл
изотропия
фиксирован. Тпл
Аморфные
изотропия
интервал размягчения
Изотропия означает, что свойства вещества проявляются одинаково во
всех направлениях
Интервал размягчения из-за разной энергии связи между атомами
Размер зерен в поликристаллах: 1 мкм – 1 мм
На границах зерен в поликристаллах - ускоренное окисление и
диффузия атомов, низкая прочность
7

8.

Дефекты кристаллической решетки
Динамические
Статические
Точечные
•атомы примеси
•вакансии
•межузлия
Протяженные
тепловые
колебания
атомов
•трещины
•поры
•дислокации
тепловые
колебания
примесь
межузлие
вакансия
8

9.

Влияние тепловой и механической обработки
Т
отжиг
закалка
время
Закалка увеличивает количество дефектов. Отжиг уменьшает.
до мех. обработки
после прокатки или
протяжки
9

10.

Свойства материалов
Функциональные
Технологические
определят пригодность
материала для создания
изделий.
характеризуют
поведение материала
при обработке
(механические,
теплофизические,
оптические и т.п.)
(растворимость,
простота пайки и сварки,
пластичность)
10

11. Свойства материалов (механические)

Прочность – способность противостоять разрушению
Жесткость – способность противостоять деформации
Твердость – способность противостоять надавливанию
(или царапанию)
Пластичность – способность необратимо изменять
форму и размеры при нагрузке
F
S
стальной
шарик
алмазная
пирамида
D
d
11

12. Свойства материалов (теплофизические)

Тепловое расширение (температурный
коэффициент линейного расширения)
1 L
L
L T
Теплопроводность (коэффициент теплопроводности )
Нагревостойкость (способность сохранять химический
состав и структуру при высоких температурах)
Стойкость к термоударам
12

13. Элементы зонной теории

Отдельный атом
E
Твердое тело (металл)
E
x
x
зона проводимости
валентный
электрон
валентная зона
валентный
электрон
+
+
+
+
Число уровней в зоне
равно числу атомов в
твердом теле
+
свободные электроны
13

14. Элементы зонной теории

уд. сопротивл., Ом м
10-5
металл
108
полупроводник
диэлектрик
зона проводимости
запрещенная зона
E
валентная зона
E=0
E < 3 эВ
E > 3 эВ
Металлы, полупроводники, диэлектрики отличаются типом
химической связи, зонной диаграммой, величиной удельного
сопротивления
14

15. Элементы зонной теории в металлах

E
E F уровень Ферми
уровень
вакуума
уровень
Ферми
F (E ) вероятность нахождения
электрона на уровне E
EF
F (E)
1
E EF
1 exp
kT
функция
Ферми-Дирака
Уровень Ферми в металлах – максимальная энергия,
которую может иметь электрон при Т=0 К
Уровень Ферми связан с концентрацией свободных электронов в
металле
15

16. Электропроводность металлов

Природа электропроводности металлов – движение
свободных электронов под действием электрического поля
j enVдр
en
плотность тока определяется концентрацией
электронов и их дрейфовой скоростью
удельная проводимость
Vдр
Е
µ - подвижность, Е – напряженность электр. поля
Концентрация электронов в металле не зависит от температуры
Удельная проводимость металла зависит от количества дефектов
в кристалле
16

17. Электропроводность металлов

1
- удельное сопротивление материала
1
T
L
R
S
- температурный коэффициент
удельного сопротивления
S
- полное сопротивление
образца
L
Теплопроводность металлов пропорциональна их
электропроводности
17