1 дәріс Дәріс тақырыбы: Негізгі түсініктемелер. Диэлектрикті материалдардағы физикалық процестер
жүктеу/скачать 1,33 Mb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- №13 дәріс
| Жартылайөткізгіш қасиеттері бар элементтер. Германий. Жер қыртысында германийдің 7*10-4 құрамы бар. Германий құралдардың жұмыс істеу диапазоны -60 до +700 С -ге дейін. Жоғары шекке температураны көтергенде тура екі есе, ал кері тоқ үш есе өседі.
50-60°С-ға дейін суытқанда тікелей тоқ 70-75%-ке төмендейді. Германийден жасалған құралдар ылғалдылықтан қорғалуы керек. Ол түзеткіштер, транзистролар, фото құралдар, оптикалық линзалар мен фильтрлер жасау үшін қолданылады. Германийдің тиым салынған аумақ ені ∆W = 0,72 эВ. Кремний. Жер қыртысында 26% бар. Диод, транзистор, фотоэлементтер және микроэлектрониканың қатты схемаларын жасауда негізгі элемент болып табылады . Температураның жоғарғы шегі тазалуқ деңгейіне байланысты 120-200°С. Кремнийдің тиым салынған аумақ ені ∆W = 1,12 эВ. Қоспалы жартылай өткізгіштер. Көптеген жартылай өткізгіш аспаптар үшін сондай-ақ қоспалы жартылай өткізгіштер қолданылады. Сондықтан практикада едәуір жоғары температура кезінде зарядты өзіндік тасымалдаушылардың елеулі концентрациясы пайда болатын жартылай өткізгіштер, яғни жеткілікті кең тиым салынған жартылай өткізгіштер маңызды мәнге ие. Температураның жұмыс интервалында зарядтығ бос тасымалдаушыларын жеткізушілер болып қоспалар жатады. Қарапайым жартылай өткізгіштерде қоспалар болып жат текті атомдар жатады. Егер қоспалы атомдар кристалды тордың түйіндерінде орналасса, онда олар алмастыру қоспалары, ал егер түйін арасында орналасса – енгізу қоспалары деп аталады. Донорлар мен акцепторлар. Атомдары, жартылай өткізгіштің тиым салынған шектігінде дискретті энергетикалық деңгейлерін құрайтын қоспаларды қарастырайық. Қоспалардың аз ғана концентрациясы кезінде олардың атомдары жартылай өткізгіш торында бір-бірінен үлкен қашықтықта орналасқандықтан, олар өз-ара әсерлеспейді, сондықтан-да олардың энергетикалық деңгейі жеке бос атомдардағыдай болады. Электрондардың бір қоспалы атомдардан екіншісіне тікелей өту ықтималдылығы өте аз. Бірақ-та қоспалар жартылай өткізгіштің өткізгіштік аймағына электрондарды немесе жеткізіп, немесе оның валентті аймақ деңгейінен алуы мүмкін. Донорлар. Сыртқы энергетикалық әсерлер (жылу, жарық) болмаған кезде толықтырылған қоспалар деңгейі, өткізгіштік аумағындағы «түбіндегі» тыйым салынған аумақта орналасқан. Осы кезде қоспа атомдарының активациалану энергиясы, негізгі жартылай өткізгіштің тиым салынған аумақ енінен кем, сондықтан дене қызған кезде қоспа электрондарвн лақтыру (переброс) тор электрондарының қозуын озатын болады. Бір-бірінен жеке орналасқан қоспалы атомдарда пайда болған оң зарядтар локалданған болып қалады, яғни кристалл бойынша жүре алмайды және электроөткізгіштік процессіне қатыса алмайды. Осындай қоспалары бар жартылай өткізгіштер, валентті аумақтан өткізгіштік аумаққа электрондардың өту салдарынан пайда болған кемтік концентрациясына қарағанда электрондардың үлкен концентрациясына ие, және де олар n-типті жартылай өткізгіштер деп аталады, ал өткізгіштік аумаққа электрондарды жеткізетін қоспалар – донорлар деп аталады. Акцепторлар. Валентті аумақтың «төбесі» жанындағы негізгі жартылай өткізгіштің тиым салынған аумағында орналасқан толмаған деңгейдегі қоспалар. Жылулық қоздыру бірінші кезекте электрондарды валентті аумақтан сол бос қоспалы деңгейге лақтыратын болады. Қоспа атомдарының ортақтану түріне байланысты қоспалы деңгейге лақтырылған электрондар электр тоғының тууына қатыспайды. Мұндай жартылай өткізгіш, валентті аумақтан өткізгіштік аумаққа өткен электрондар концентрациясына қарағанда, үлкен кемтіктер концентрациясына ие болады, және оларды p-типтілерге жатқызады. Жартылай өткізгіштің валентті аумағынан электрондарды алатын қоспа – акцепторлы деп аталады. №13 дәрісДәріс тақырыбы: Магнитті материалдар. Материалдардың магнитті қасиеттері жайлы жалпы мәліметтер. Материалдардың магнитті қасиеттері жайлы жалпы мәліметтер. Өз бетінше поляризацияланатын заттарда жеке обылыстар болады - домендер; олар сыртқы өрістер болмай тұрып электрлі моментке ие болады. Бірақ электр моменттерінің ориентациясы әртүрлі домендерде әртүрлі. Сыртқы өрісті беру өріс бағыты ориентациясына әрекет етеді, ол өте үлкен поляризацияны береді. Магнитті материалдар ретінде техникалық мәнге феромагнитті заттар мен ферромагнитті химиялық қоспалар (ферриттер) ие. Ферромагнетик — кристалды зат, онда әрбір доменда нәтижеленетін магнитті моменттер нөлден бөлек болады. Антиферромагнетик — кристалды зат, онда әрбір доменда нәтижеленетін магнитті моменттер нөлге тең. Ферримагнетик — кристалды зат, оның магнитті структурасын екі немесе одан көп тор астындағылар түрінде көрсетуге болады, сондай-ақ әрбір доменде нәтижеленетін магнитті моменттер нөлден бөлек болады. Материалдардың магнитті қасиеттері өздерімен элементті дөңгелек тоқтарды көрсететін электр зарядтар қозғалысының ішкі жасырын формаларымен шартталған. Осындай дөңгелек тоқ болып электрондардың өз өсімен айналуы болып табылады – электронды спиндар мен атомдарда электрондардың орбиталық айналуы. Ферромагнетизм құбылысы, магнитті домендер деп аталатын электронды спиндар макроскопиялық обылыстар шектігінде бір біріне параллельді ориентацияланатындай және бірдей бағытталатындай кездерінде арнайы температурадан төмен (Кюри нүктесі) кейбір материалдардың ішінде кристалды структураны құрумен байланысты. Осындай түрде, ферромагнитті жағдай үшін тән зат болып онда сыртқы магнитті өрісті бермей-ақ өз бетінше магниттелудңғ болуы саналады. Бірақ-та ферромагнетиктерде өз бетінше магниттелу обылыстары құрылса да, жеке домендердің магнитті моменттерінің бағыты әртүрлі болып алынады. Мұндай дененің магнитті ағыны сыртқы кеңістікте нөлге тең болады. Ферромагнитті заттардың монокристалдары әртүрлі өстер бойында магниттелудің әртүрлі жеңілдіктерінде өрнектелетін магнитті анизотропиямен сипатталады. Поликристалды магнетиктерде анизотропия жеткілікті көп өрнектелсе, ферромагнетикте магнитті текстура басым деп қабылданады. Берілген магнитті текстураны алу үлкен мәнге ие және техникада материалдың жоғары магнитті сипаттамаларын арнайы бағытта құру үшін қолданылады. Сыртқы магнит өрісі әсерімен ферромагнетикті магниттеу процесі: 1) өріс бағытымен ең аз бұрышты құрайтын магнитті моменті бар домендердің өсуі, және басқа домендердің өлшемдерінің азаюы және (домен шекараларының ығысу процесі); 2) өрістің сыртқы моменті бағытында магнит моменттерінің бұрылуы (ориентация процесі). Доменнің өсуі тоқтатылған кезде, магнитті қанығу басталады, ал магнитті домендер өріс бағытына ориентацияланған болып табылады. Қатынасты магнитті өтімділік негізгі магниттелу қисығы бойынша магниттелу қисығының берілген нүктесінде μо =4π*10-7 Гн/м магнит тұрақтылығын ескере отырып В индукциясының магнит өрісінің кернеулілігіне қатынасы ретінде анықталады: (21) H ≈ 0 кезінде μ магнитті өтімділікті, 0,1 А/м жуық өте әлсіз өрістер кезінде анықтай отырып бастапқы өтімділік деп атайды. Магнитті өтімділіктің ең үлкен мәні максимум өтімділік деп аталады және μмакс деп белгіленеді. Күшті өріс кезінде қанығу обылысында магнитті өтімділік μr нөлге ұмтылады. Ферромагнитті материалдардың магнитті өтімділігі Кюри (нүктесіне) температурасына жуық температура кезінде максимум арқылы өте отырып температурадан тәуелді болады. Таза темір үшін Кюри нууктесі 768° С құрайды, никель үшін 358° С, кобальт үшін 1131° С. Кюри нүктесінен жоғары температура кезінде кенеттен магниттелу обылысы жылу қозғалысымен бұзылады және материал магнитті болмай қалады. Егер сыртқы магнит өрісінде ферромагнетикті ақырын магниттейтін болсақ, содан соң негізгі магниттелу қисығының қандай да бір нүктесінен кернеулілікті азайтуды бастасақ, онда индукция да кеми бастайды, бірақ негізгі қисық бойынша емес, гистерезис құбылысы салдарынан негізгі қисықтан қалып кемиді. Қаныққанға дейін магниттелген үлгінің магниттелусіз процесінде Н=0 кезінде В мәні қалдық индукция деп аталады Вr. Индукцияны Вr мәнінен нөлге дейін азайту үшін ұстайтын (коэрцитивті) күш деп аталатын өрістің кері бағытталған Нс кернеулілігін беру қажет. Нс мәні аз және магнитті өтімділігі үлкен материалдарды магнитті-жұмсақ материалдар деп атайды. Коэрцитивті күші үлкен және салыстырмалы аз магнитті өтімділігі бар материалдар магнитті-қатты материалдар деп аталады. Кейбір кристалды заттар үшін жүйенің потенциалды энергия минимумына бір бағытың екіншісіне қандай да бір үстемділігімен спиндардың антипараллельді орналасуы жауап береді. Бұл заттарды ферромагнетиктер деп атайды. Оларда доменді структура; Кюри нүктесі бар; оларға ферромагнетик заттар үшін енгізілген барлық сипаттамалар қолданылады. Ферримагнетиктер болып практикада фериттер деп аталатын күрделі оксидті материалдар саналады. Ферримагнетиктер ферромагнетиктерден аз қанығу индукциясымен айырылады, едәуір күрделі температуралық тәуелділігі бар және жоғарыланған, ал кейбір материалдар үшін меншікті кедергінің мәні өте жоғары. 6 –сурет. Магнетиктердің жіңішке үлгілеріндегі доменді структуралары. Алғашқы екі айырмашылық структурада қарама қарсы компенсацияланбаған магнитті ағындарды құрайтын екі тор астындағы күрделі материалдың болуымен түсіндірілуі мүмкін, ал үшінші айырмашылық — ол материалдар металға жатпайтындығымен түсіндіріледі. Қандай да бір фррит үшін әртүрлі температура кезінде B макс1 және B макс2 қисықтарының ординаталары арасында қатынастар үшін, Кюри нүктесінен төмен қандай да бір температураға компенсациия алынады, және үлгінің нәтижелік қанығу B макс индукциясы нөлге тең болады. Бұл нүктені компенсация нүктесі деп атайды tкомп. Компенсацция нүктесінен өткенде индукция ферримагнетик үлгісінде белгісін өзгертіп және содан соң Кюри нүктесінде сыртқы өрістің кернеулілігіне (ол аз және сызба масштабында нөлге жуық) тең болады. Әртүрлі ферримагнетиктерде компенсация нүктесі болуы да болмауы да мүмкін. жүктеу/скачать 1,33 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|