Простые п/п Ge и Si. Свойства и области применения.

Германий – один из первых п/п, получивший широкое практическое применение в производстве п/п приборов. Его используют для изготовления выпрямительных и импульсных диодов, транзисторов, фотодиодов, фоторезисторов, тиристоров, тензометров и т.д. 

Кремний – элемент IV группы таблицы Менделеева. В технологическом отношений кремний более сложен, чем Ge, т.к. имеет высокую температуру плавления 1420 0С и в расплавленном состоянии весьма активен. Кремний применяют для различных диодов, транзисторов, тиристоров, стабилитронов, фотодиодов, датчиков Холла, тензометров, интегральных схем и других п/п приборов.

Из простых элементов для изготовления п/п приборов применяются элементы элемент VI группы (Se) и теллур(Te).

31. Электропроводность полупр. зонная теория:Электропроводность, возникающая под действием электрического поля за счет движения электронов и в противоположном направлении такого же количества дырок, называется собственной. В удельную проводимость полупроводника дают вклад носители двух типов - электроны и дырки.Зонная теория-это квантовомеханическая теория движения электронов в твёрдом теле. В основе зонной теории лежат следующие главные приближения:

1.Твёрдое тело представляет собой идеально периодический кристалл.

2.Равновесные положения узлов кристаллической решётки фиксированы, то есть ядра атомов считаются неподвижными (адиабатическое приближение). 3.Малые колебания атомов вокруг равновесных положений, которые могут быть описаны как фононы, вводятся впоследствии как возмущение электронного энергетического спектра.

Многоэлектронная задача сводится к одноэлектронной: воздействие на данный электрон всех остальных описывается некоторым усредненным периодическим полем.

32. Исп-ие карбида-кремния для изготовл резисторов вентильных разрядников:Карби́д кре́мния (карбору́нд) — бинарное неорганическое химическое соединение кремния с углеродом. Химическая формула SiC. В природе встречается в виде чрезвычайно редкого минерала — муассанита. Порошок карбида кремния был получен в 1893 году. Используется как абразив, полупроводник, искусственные драгоценные камни.

Первыми электрическими устройствами из SiC были нелинейные элементы варисторы и вентильные разрядники для защиты электроустановок от перенапряжений. Карбид кремния в разрядниках применяется в виде материала вилита — смеси SiC и связующего. Также на основе карбида кремния делают варисторы. Эти элементы должны были обладать высоким сопротивлением до тех пор пока напряжение на них не достигнет определенного порогового значения VT, после чего их сопротивление должно упасть до более низкого уровня и поддерживать этот уровень, пока приложенное напряжение падает ниже VT.

33.Эффект выпрямления полупр.(п-н перехода): p-n-Перехо́д (n — negative — отрицательный, электронный, p — positive — положительный, дырочный), или электронно-дырочный переход — область пространства на стыке двух полупроводников p- и n-типа, в которой происходит переход от одного типа проводимости к другому. p-n-Переход является основой для полупроводниковых диодов, триодов и других электронных элементов с нелинейной вольт-амперной характеристикой. Выпрямление:

Если приложить внешнее напряжение так, чтобы созданное им электрическое поле было направленным противоположно направлению электрического поля между областями пространственного заряда, то динамическое равновесие нарушается, и дрейфовый ток преобладает над диффузионным током, быстро нарастая с повышением напряжения. Такое подключение напряжения к p-n-переходу называется прямым смещением. Если же внешнее напряжение приложено так, чтобы созданное им поле было одного направления с полем между областями пространственного заряда, то это приведет лишь к увеличению областей пространственного заряда, и ток через p-n-переход не идёт. Такое подключение напряжения к p-n-переходу называется обратным смещением.

34. Причина магнитных св-в материалов. Процесс намагничивания:Гипотеза Ампера. Причина, вследствие которой тела обладают магнитными свойствами, была установлена французским ученым Ампером. Сначала, под непосредственным впечатлением от наблюдения за поворачивающейся вблизи проводника с током магнитной стрелкой в опытах Эрстеда Лмиер предположил, что магнетизм Земли вызван токами, проходящими внутри земного шара. Главный шаг был сделан: магнитные свойства тела можно объяснить циркулирующими внутри него токами. Далее Ампер пришел к общему заключению: магнитные свойства любого тела определяются замкнутыми электрическими токами внутри него. Этот решающий шаг от возможности объяснения магнитных свойств тела токами к категорическому утверждению, что магнитные взаимодействия — это взаимодействия токов, — свидетельство большой научной смелости Ампера. Процесс намагничивания Магнитная лента представляет собой гибкую основу из полихлорвинила или других веществ. На нее наносится рабочий слой в виде магнитного лака, состоящего из очень мелких игольчатых частиц железа или другого ферромагнетика и связующих веществ. Запись звука производят на ленту с помощью электромагнита, магнитное поле которого изменяется в такт со звуковыми колебаниями. При движении ленты вблизи магнитной головки различные участки пленки намагничиваются. При воспроизведении звука наблюдается обратный процесс: намагниченная лента возбуждает в магнитной головке электрические сигналы, которые после усиления поступают на динамик магнитофона.

35. Клас. магнит. материалов:

Магнитные материалы делят на слабомагнитные и сильномагнитные.

К слабомагнитным относят диамагнетики и парамагнетики.

К сильномагнитным – ферромагнетики, которые, в свою очередь, могут быть магнитомягкими и магнитотвердыми. Формально отличие магнитных свойств материалов можно охарактеризовать относительной магнитной проницаемостью. Диамагнетиками называют материалы, атомы (ионы) которых не обладают результирующим магнитным моментом. Внешне диамагнетики проявляют себя тем, что выталкиваются из магнитного поля. К ним относят цинк, медь, золото, ртуть и другие материалы. Парамагнетиками называют материалы, атомы (ионы) которых обладают результирующим магнитным моментом, не зависящим от внешнего магнитного поля. Внешне парамагнетики проявляют себя тем, что втягиваются в неоднородное магнитное поле. К ним относят алюминий, платину, никель и другие материалы. Ферромагнетиками называют материалы, в которых собственное (внутреннее) магнитное поле может в сотни и тысячи раз превышать вызвавшее его внешнее магнитное поле. Любое ферромагнитное тело разбито на домены – малые области самопроизвольной (спонтанной) намагниченности. В отсутствие внешнего магнитного поля, направления векторов намагниченности различных доменов не совпадают, и результирующая намагниченность всего тела может быть равна нулю.

36. Магнит.ст-ра.Магнитострикция:

Магнитостри́кция (от лат. strictio — сжатие, натягивание) — явление, заключающееся в том, что при изменении состояния намагниченности тела его объём и линейные размеры изменяются. Эффект открыт Джоулем в 1842 году и вызван изменением взаимосвязей между атомами в кристаллической решётке, и поэтому свойствен всем веществам. Изменение формы тела может проявляться, например, в растяжении, сжатии, изменении объёма, что зависит как от действующего магнитного поля, так и от кристаллической структуры тела. Наибольшие изменения размеров обычно происходят у сильномагнитных материалов. Их относительное удлинение обычно варьируется в пределах . Магнитострикционный эффект является обратимым, то есть при изменении линейных размеров тела под действием внешних сил его магнитные свойства соответственно изменяются. Это явление называется магнитоупругим эффектом (эффект Виллари).

37.Осн.характ.магнитнотв.материалов:

характеристики магнитотвердых материалов существен-гую роль играет кривая размагничивания, которая представляет собой [асть петли гистерезиса, располагающуюся во втором квадранте. Кри-!ая размагничивания (как и полная петля гистерезиса) может быть пред-тавлена в виде зависимости намагниченности 4л/ или индукции В от иешнего магнитного поля Н. Основными параметрами кривой размаг-шчивания в этом случае являются остаточная намагниченность 4л/г, )статочная индукция ВГ коэрцитивная сила fHc и ВНС, максимальная магнитная энергия (5//)тах. Анализ предельных кривых размагничива-и кривой магнитной энергии (рис. 8.1) позволяет оценить предель-значения основных характеристик магнитотвердого материала, если «вестна его намагниченность насыщения 4л.

38.Осн.характ.магнит.мягких матер:

магнитно-мягкие материалы — материалы, обладающие свойствами ферромагнетика или ферримагнетика, причём их коэрцитивная сила по индукции составляет не более 4 кА/м.[1] Такие материалы также обладают высокой магнитной проницаемостью и малыми потерями на гистерезис. Магнитомягкие материалы используются в качестве сердечников трансформаторов, электромагнитов, в измерительных приборах и в других случаях, где необходимо при наименьшей затрате энергии достигнуть наибольшей индукции. Для уменьшения потерь на вихревые токи в трансформаторах используют магнитомягкие материалы с повышенным удельным электрическим сопротивлением, обычно применяются в виде магнитопроводов, собранных из отдельных изолированных друг от друга тонких листов. Листы изолируются лаком друг от друга. Такое исполнение сердечника называется шихтованным.

39.Листовая электротех. сталь, св-ва,применение:Наибольшее применение в электротехнике получила листовая электротехническая сталь. Эта сталь является сплавом железа с кремнием, содержание которого в ней 0,8 - 4,8%. Такие стали, в которые вводятся в малом количестве какие-либо вещества для улучшения их свойства, называются легированными. Свойства: Электротехническая листовая сталь обладает хорошими магнитными характеристиками - высокой индукцией насыщения, малой коэрцитивной силой и малыми потерями на гистерезис. Благодаря этим свойствам она широко используется в электротехнике для изготовления сердечников статоров и роторов электрических машин, сердечников силовых трансформаторов, трансформаторов тока и магнитопроводов различных электрических аппаратов. Применение:Наибольшее применение имеют текстурованные стали, поскольку они обладают наибольшими значениями магнитных характеристик.

40. Магнитотвердые материалы. Св-ва.Применение: МАГНИТОТВЕРДЫЕ МАТЕРИА́ЛЫ (магнитожесткие материалы), магнитные материалы, характеризующиеся высокими значениями коэрцитивной силы Hc. Качество магнитотвердых материалов характеризуют также значения остаточной магнитной индукции Br, максимальной магнитной энергии, отдаваемой материалом в пространство Wm и коэффициента выпуклости. Применение:Преобразование механической энергии в механическую (в сепараторах, магнитных муфтах и др.)

Преобразование механической энергии в электрическую (в генераторах и микрофонах)

Преобразование электрической энергии в механическую (в моторах и динамиках) Преобразование механической энергии в тепловую (в тормозных устройствах, в микроволновых печах) Специальные эффекты (датчики Холла, магниторезонансные томографы, СВЧ-связь) Каталитическое влияние на химические процессы в водных системах, связанное с воздействием градиентных магнитных полей на гидратные структуры ионов, растворённых газов, белковых молекул.

41.Потери на перемагн.и вихревые токи. Кривая намагничиания и петля гистерезиса. Если сердечник довести до насыщения (максимальная магнитная индукция +Вм в точке А), а затем, уменьшая ток в сердечнике, размагничивать сталь, то магнитная индукция будет уменьшаться по новой кривой С. Эта точка соответствует моменту, когда ток в катушке равен нулю (Н=0). Однако индукция в сердечнике снизилась не до нуля, а до некоторого значения Вr. Эта индукция носит название остаточной магнитной индукции. Явление отстаивания магнитной индукции В от намагничивающей силы Н называют гистерезисом. Чтобы сталь полностью размагнитилась, в катушку в катушку следует подать ток обратного направления., который создал бы напряженность выражаемую отрезком 0 D. Чем больше этот отрезок, тем больше требуется энергии на размагничивание. Отрезок 0 D характеризует собой сопротивляемость стали размагничиванию и называется

задерживающей (коэрцитивной) силой. Если и дальше увеличивать ток в катушке, индукция снова возрастет до значения насыщения - Вм , но с измененным направлением магнитных силовых линий.

 Размагничивание в обратном направлении дает остаточную индукцию – Вr . Увеличивая ток через катушку в первоначальном направлении, снова возвращается в точку А. Кривую АCDEFGA называют циклической кривой перемагничивания или петлей гистерезиса.

На перемагничивание расходуется энергия, которая превращается в теплоту. Чем больше площадь петли гистерезиса, тем больше потери на перемагничивание и тем больше выделяется теплоты в сердечнике.