Таким
образом, введение примесей приводит к
появлению, в полупроводнике примесной
электропроводности за счет ионизации
атомов примесей. Принципиальное отличие
примесной электропроводности от собственной
заключается в том, что в ее создании участвуют
носители заряда только одного знака (электроны
в полупроводниках n-типа и дырки в полупроводниках
р-типа).
Возможность
управления величиной и типом
электропроводности полупроводников
путем введения примесей лежит в основе
создания практически всех полупроводниковых
приборов. Процесс контролируемого введения
в полупроводник необходимых примесей
называют легированием.
Виды
примесей. Если атом примеси замещает
атом полупроводника и занимает его место
в узле кристаллической решетки, то такого
рода примеси называют примесями замещения.
Для простых полупроводников несложно
предсказать, какой характер электропроводности
вызовет та или иная примесь замещения:
атомы примесей с большей валентностью
поставляют дополнительные свободные
электроны и являются донорами, а атомы
примесей с меньшей валентностью принимают
электроны из валентной зоны, образуя
дополнительные дырки, и являются акцепторами.
В сложных полупроводниках, где роль примесей
зависит от того, какой именно атом химического
соединения они замещают, значительно
труднее предсказать характер электропроводности,
вызванной той или иной примесью. Роль
примесей в полупроводниковых соединениях
играют не только инородные атомы, но и
избыточные по отношению к стехиометрическому
составу атомы самого соединения (например,
избыток атомов кремния придает карбиду
кремния электронную электропроводность,
а избыток углерода — дырочную).
Атомы
примеси могут также внедряться
между узлами кристаллической решетки;
в этом случае их называют примесями
внедрения. При этом тип примесной электропроводности
определяется в основном относительными
размерами атомов. Так, атомы элементов
I группы, большие по размерам, при внедрении
в междоузлие легко теряют свой единственный
валентный электрон, играя роль
доноров.
Атомы
многих примесей могут и замещать
атомы полупроводника в узлах кристаллической
решетки, и внедряться в междоузлие. Такие
примеси являются амфотерными, т. е. могут
играть роль и доноров, и акцепторов. Созданные
ими в запрещенной зоне дополнительные
энергетические уровни обычно лежат далеко
от дна зоны проводимости и от потолка
валентной зоны и называются глубокими.
Существуют
также примеси, не оказывающие влияния
на электропроводность полупроводника.
Такие примеси называют нейтральными.
4.)Ферриты (магнитомягкие)
1. Классификация
веществ по магнитным свойствам
По реакции на внешнее магнитное
поле и характеру внутреннего
магнитного упорядочения все
вещества в природе можно подразделить
на пять групп: диамагнетики,
парамагнетики, ферромагнетики, антиферромагнетики
и ферримагнетики. Перечисленным
видам магнетиков соответствуют
пять различных видов магнитного
состояния вещества: диамагнетизм,
парамагнетизм, ферромагнетизм, антиферромагнетизм
и ферримагнетизм.
К диамагнетикам относят вещества,
у которых магнитная восприимчивость
отрицательна и не зависит
от напряженности внешнего магнитного
поля. К диамагнетикам относятся
инертные газы, водород, азот, многие
жидкости (вода, нефть и ее
производные), ряд металлов (медь, серебро,
золото, цинк, ртуть, галлий и
др.), большинство полупроводников
( кремний, германий, соединения А3В5,
А2В6) и органических соединений,
щелочно-галоидные кристаллы, неорганические
стекла и др. Диамагнетиками являются
все вещества с ковалентной
химической связью и вещества
в сверхпроводящем состоянии.
К парамагнетикам относят вещества
с положительной магнитной восприимчивостью,
не зависящей от напряженности
внешнего магнитного поля.К числу
парамагнетиков относят кислород,
окись азота, щелочные и щелочноземельные
металлы, некоторые переходные
металлы, соли железа, кобальта, никеля
и редкоземельных элементов.
К ферромагнетикам относят вещества
с большой положительной магнитной
восприимчивостью (до 106), которая сильно
зависит от напряженности магнитного
поля и температуры.
Антиферромагнетиками являются
вещества, в которых ниже некоторой
температуры спонтанно возникает
антипараллельная ориентация элементарных
магнитных моментов одинаковых
атомов или ионов кристаллической
решетки. При нагревании антиферромагнетик
испытывает фазовый переход в
парамагнитное состояние. Антиферромагнетизм
обнаружен у хрома, марганца
и ряда редкоземельных элементов
(Ce, Nd, Sm, Tm и др.). Типичными антиферромагнетиками
являются простейшие химические
соединения на основе металлов
переходной группы типа окислов,
галогенидов, сульфидов, карбонатов
и т.п.
К ферримагнетикам относят вещества,
магнитные свойства которых обусловлены
нескомпенсированным антиферромагнетизмом.
Подобно ферромагнетикам они
обладают высокой магнитной восприимчивостью,
которая существенно зависит
от напряженности магнитного
поля и температуры. Наряду
с этим ферримагнетики характеризуются
и рядом существенных отличий
от ферромагнитных материалов.
Свойствами ферримагнетиков обладают
некоторые упорядоченные металлические
сплавы, но, главным образом,- различные
оксидные соединения, среди которых
наибольший практический интерес
представляют ферриты.
Применяемые в электронной технике
магнитные материалы подразделяют
на две основные группы: магнитотвердые
и магнитомягкие.В отдельную группу
выделяют материалы специального
назначения.
К магнитотвердым относят материалы
с большой коэрцитивной силой
Нс. Они перемагничиваются лишь
в очень сильных магнитных
полях и служат для изготовления
постоянных магнитов.
К магнитомягким относят материалы
с малой коэрцитивной силой
и высокой магнитной проницаемостью.
Они обладают способностью намагничиваться
до насыщения в слабых магнитных
полях, характеризуются узкой
петлей гистерезиса и малыми
потерями на перемагничивание. Магнитомягкие
материалы используются в основном
в качестве различных магнитопроводов:
сердечников дросселей, трансформаторов,
электромагнитов , магнитных систем
электроизмерительных приборов
и т. п.
Условно магнитомягкими считают
материалы, у которых Нс < 800 А/м,
а магнитотвердыми - с Нс > 4 кА/м.
Необходимо, однако, отметить, что у
лучших магнитомягких материалов
коэрцитивная сила может составлять
менее 1 А/м, а лучших магнитотвердых
материалах ее значение превышает
500 кА/м. По масштабам применения
в электронной технике среди
материалов специального назначения
следует выделить материалы с
прямоугольной петлей гистерезиса
(ППГ), ферриты для устройств сверхвысокочастотного
диапазона и магнитострикционные
материалы.
Внутри каждой группы деление
магнитных материалов по родам
и видам отражает различия
в их строении и химическом
составе, учитывает технологические
особенности и некоторые специфические
свойства.
Свойства магнитных материалов
определяются формой кривой намагничивания
и петли гистерезиса. Магнитомягкие
материалы применяются для получения
больших значений магнитного
потока. Величина магнитного потока
ограничена магнитным насыщением
материала, а потому основным
требованием к магнитным материалам
сильноточной электротехники и
электроники является высокая
индукция насыщения. Свойства
магнитных материалов зависят
от их химического состава,
от чистоты используемого исходного
сырья и технологии производства.
В зависимости от исходного
сырья и технологии производства
магнитомягкие материалы делятся
на три группы: монолитные металлические
материалы, порошковые металлические
материалы (магнитодиэлектрические)
и оксидные магнитные материалы,
кратко называемые ферритами.
Основными компонентами монолитных
металлических магнитомягких материалов
является железо с низким содержанием
углерода, никель или кобальт.
Для цепей техники связи важнейшими
из этой группы материалов
являются:
а) сплавы
и стали с гарантированной
малой коэрцитивной силой;
б) листовая
сталь с гарантированными потерями
при высоких значениях магнитной
индукции;
в) сплавы
с гарантированной индукцией
насыщения;
г) сплавы
и стали с гарантированной
высокой проницаемостью;
д) материалы
со специальнымы свойствами.
Материалы первой подгруппы предназначены,
например, для реле. К ним относятся
сталь с минимальным содержанием
углерода, низколегированная кремнистая
сталь и сплавы железа с
никелем.
Вторую подгруппу материалов
образует кремнистая сталь, применяемая
для сердечников сетевых трансформаторов.
Материалы третьей подгруппы
включают в себя сплавы железа
с кобальтом.
Материалами с гарантированной
проницаемостью являются низкоуглеродистые
стали с присадкой 3-4,5% кремния
и сплавы на основе никеля.
К подгруппе специальных материалов
относятся материалы с прямоугольной
петлей гистерезиса, магнитострикционные
материалы и т.п.
К специальным порошковым металлическим
материалам относятся, например,
магнитный порошок для магнитофоной
ленты и других магнитных носителей
информации.
Оксидные
материалы - ферриты.
Ферриты представляют собой химические
соединения, в общем случае имеющие
формулу МFe2O4, где М - чаще всего
двухвалентный ион металла, например,
Cu, Zn, Mg, Ni, Fe, Co и Mn. В отличие
от порошковых сердечников ферриты
представляют собой монолитные
материалы. Магнитомягкие ферриты
кристаллизуются в кубической
системе и имеют структуру
шпинели - минерала состава MgAl2O4.
Чаще всего применяются ферриты
следующих типов: MnO*ZnO x 2Fe2O3 - марганцево-цинковый
феррит; Nio*ZnO x 2Fe2O3 - никель-цинковый феррит;
MgO*MnO*2Fe2O3 - магний-марганцевый феррит.
Ферриты имеют высокое удельное электрическое
сопротивление порядка 10-109 Ом*см и
благодаря этому низкие потери на вихревые
токи. Индукция насыщения составляет приблизительно
20-25% от индукции насыщения железа.
Ферриты делятся
на три подгруппы:
а) ферриты
с гарантированными потерями
и проницаемостью;
б) ферриты
с прямоугольной петлей гистерезиса;
в) ферриты
со специальными свойствами.
Марганец-цинковые
ферриты по сравнению с никель-цинковыми
имеют меньшие потери. Оба эти
вида ферритов относятся к
первой подгруппе. Т.к. никель-цинковые
ферриты имеют более высокое
электрическое сопротивление, то
их целесообразно применять в
области частот от 500 кГц до 200
МГц и выше, т.е. для цепей
высокочастотной техники. Магний-цинковые
ферриты предназначены для применения
в диапазоне от звуковых частот
до нескольких МГц.
Ферриты
с прямоугольной петлей гистерезиса
бывают никель-цинковыми или магний-марганцевыми.
В технике УКВ также применяются
магний-марганцевые ферриты, однако
соотношение отдельных составных
частей в тройной системе отличается
от состава магний-марганцевых
ферритов с прямоугольной петлей
гистерезиса. Эти ферриты вместе
с магнитострикционными материалами
относятся к группе материалов
со специальными свойствами. Благодаря
своим свойствам, ферриты имеют
очень широкий диапазон применения.
В настоящее время ферриты
применяются в производстве реле,сетевых
трансформаторов устройств связи,
дросселей, электромеханических
преобразователей и резонаторов
и т.п. Однако наибольшее распространение
ферриты получили в производстве
сердечников для катушек (феррокатушек),
запоминающих и переключающих
цепей и т.п.