Главная » Свойства и применение

Особые свойства полупроводниковых материалов для радиотехнического применения

Радиотехническими (далее радиоматериалами ) называют такие материалы, которые имеют специфическое назначение в электрорадиоаппаратуре при воздействии электромагнитного поля, отличаются хорошими электрическими и магнитными свойствами. Применяемые в радиотехнике и электронике материалы, подразделяются на:

  • электроизоляционные (диэлектрические)
  • проводниковые
  • полупроводниковые
  • магнитные.

    Значение материалов в промышленности возрастает по мере развития радиотехники и электроники. Вопросы уменьшения габаритов и веса радиоаппаратуры (микроминиатюризация), повышение дальности и избирательности связи, повышение надежности, особенно в экстремальных условиях наземного и космического применения, внедрение квантовой электроники в большой мере зависят от радиоматериалов.

    Значительное развитие радиоэлектроники и электронной техники, создание таких областей науки и техники, как радиолокация, радиофизика, кибернетика, биоэлектроника и др. - поставили перед материаловедением и химией задачи по разработке и применению новых материалов с новыми свойствами. Рассмотрим некоторые направления электроники.

    Полупроводниковая электроника использует свойства кристаллической решетки веществ, перемещение и распределение зарядов под действием электрических и магнитных полей внутри кристалла. Открытие и разработка новых полупроводниковых материалов способствует дальнейшему развитию электроники, в частности расширяет частотный диапазон работы (десятки гигогерц) и увеличивает скорости работы полупроводниковых приборов.

    Молекулярная электроника позволяет создавать радиосхемы в твердом теле с помощью электроактивных примесей бора, фосфора, сурьмы, мышьяка, образуя в кристаллах зоны, выполняющие функции резисторов, конденсаторов, диодов и транзисторов. Такие схемы чрезвычайно малы по размерам (минимальная ширина элемента в них не более 0.2 мкм) и вносят новые представления и теоретические предпосылки в расчет, конструирование и технологию производства радиоаппаратуры.

    Квантовая электроника использует новейшие достижения физики в исследовании квантовых процессов, происходящих внутри атомов и молекул вещества, при которых излучается электромагнитная энергия сверхвысокочастотных колебаний, с длиной волны около одного микрона, т.е. в области инфракрасных колебаний. Генераторы и усилители этого типа дают возможность использовать энергию высокой плотности и осуществлять новые виды химических реакций, сварки и плавления тугоплавких веществ и другие высокотемпературные процессы. Разработка новых материалов, обладающих квантово-оптическими свойствами, - одно из основных условий успеха в этой области.

    Все радиоматериалы должны удовлетворять следующим общим требованиям:

  • обладать высокими электрическими (магнитными свойствами);
  • нормально работать при повышенных, а часто и при низких температурах;
  • иметь достаточную механическую прочность при различных видах нагрузки, в том числе обладать устойчивостью к тряске, вибрациям и ударам;
  • Нормально работать при значительном перепаде температуры воздуха и повышенной влажности;
  • Обладать достаточной влагостойкостью, химической стойкостью и стойкостью к различного рода облучениям и плесени;
  • Иметь стабильные эксплуатационные характеристики во времени при комплексном воздействии рабочего напряжения, температуры и влажности;
  • Не иметь заметно выраженного старения;
  • Удовлетворять технологичности, т.е. должны сравнительно легко и просто обрабатываться, допускать массовое изготовление;
  • Быть недорогими, недефицитными.

    В электронной и радиотехнике применяют разнообразные материалы, количество наименований которых превышает несколько тысяч. Для правильной ориентации в них необходимо изучить классификацию материалов, предлагаемую в курсе.

    Курс состоит из четырех тем:

  • диэлектрики
  • полупроводниковые материалы
  • проводниковые материалы
  • магнитные материалы,

    в каждой из которых описаны свойства, характеристики, способы получения и области применения соответствующих материалов.

    Данный курс является базовым для курсов “Электроника”, “Физические основы оптоэлектроники” и “Электронные твердотельные приборы СВЧ и оптического диапазона”.

    ПРЕДИСЛОВИЕ

    Значение современной радиотехники огромно. На ее базе развивается радиофизика, радионавигация, радиолокация, радиотелемеханика и другие области науки и техники, которые объединяются под общим названием радиоэлектроника. Чтобы обеспечить развитие радиоэлектроники потребовались различные материалы.

    Для создания электронных приборов необходим целый арсенал материалов и уникальных и тонких технологических процессов. Современная радиотехника и особенно высокочастотная техника (радиосвязь), приборы и аппаратура радиоэлектроники требуют большого количества конструкционных и специальных радиотехнических материалов, свойства которых должны удовлетворять самым разнообразным условиям их применения. Под радиотехническими материалами принято понимать материалы, которые обладают особыми свойствами по отношению к электрическому, магнитному и электромагнитному полям. Они разделяются на 4 группы:

    4) магнитные материалы.

    Требования, которым должны удовлетворять радиоматериалы:

    1) обладать высокими электрическими (магнитными) характеристиками;

    2) нормально работать при повышенных, а иногда при низких температурах;

    3) иметь достаточную механическую прочность при различных видах нагрузки, устойчивостью к тряске, вибрации, ударам;

    4) обладать достаточной влагостойкостью, химической стойкостью, стойкостью к облучениям;

    5) не иметь заметно выраженного старения;

    6) удовлетворять технологичности, т.е. сравнительно легко обрабатываться;

    7) быть недорогими и недефицитными.

    Материалы, используемые в электронной технике, подразделяют на электротехнические, конструкционные и специального назначения. Электротехническими называют материалы, характеризуемые определенными свойствами по отношению к электромагнитному полю применяемые в технике с учетом этих свойств. Практически различные материалы подвергаются воздействиям как отдельно электрических или магнитных полей, так и их совокупности. По поведению в магнитном поле электротехнические материалы подразделяют на сильномагнитные (магнетики) и слабомагнитные. По поведению в электрическом поле материалы подразделяют на проводниковые, полупроводниковые и диэлектрические.

    Здравствуйте друзья!
    В данной статье речь пойдет о полупроводниках. Мы обсудим характеристику диодов и стабилитронов и немного затронем строение полупроводниковых приборов .
    До недавнего времени в электротехнике использовали 2 основных вида материалов: изоляторы и проводники. Металлы и их сплавы являются проводниками, из них изготавливают обмотки и токоведущие части аппаратов и электрических машин, провода и многое другое. Также к проводникам относят растворы щелочей, кислот и солей, которые называют электролитами.
    В обычных условиях изоляторы не пропускают электрического тока. К ним относятся стекло, фарфор, резина, слюда и т.д. Их используют для изоляции различных токоведущих частей и проводов. В природе существуют материалы, занимающие промежуточное положение по своей электрической проводимости между изоляторами и проводниками. Их называют полупроводниками; к ним относят селен, кремний, графит, германий и другие вещества.
    В радиотехнике полупроводниковые приборы применяли задолго до изобретения электронных ламп.
    Полупроводники подвергались научным изучениям, в результате которых были выявлены ценные качества данных материалов, которые проявляются только в химически чистых полупроводниковых веществах, имеющих строгое кристаллическое строение. Получить такие полупроводники непросто. В данное время это является сложной технической проблемой. Производство германия и кремния по достаточно низкой цене уже налажено.
    Производство селеновых диодов достаточно простое, поэтому раньше в полупроводниковых диодах использовалось данное вещество.
    Благодаря использованию полупроводниковых приборов из кремния, германия и других подобных материалов, в автоматике, радиотехнике, приборостроении, вычислительной технике произошла техническая революция. Были созданы многочисленные компактные приборы с полупроводниковыми свойствами: транзисторы, диоды, тиристоры, стабилитроны и так далее.
    Широко применяются полупроводниковые диоды в электрооборудовании тепловозов в качестве запирающих и выпрямительных устройств. Тетроды-тиристоры и триоды-транзисторы используют в электрических аппаратах систем автоматики.
    Диоды присутствуют почти во всех электронных приборах (от мобильного телефона до его зарядного устройства) и являются одним из самых популярных электронных компонентов.
    Диоды имеют одну главную особенность -они пропускают ток только в одном направлении и почти не пропускают его в обратном. Первое направление прохождения тока называют прямым током, противоположное направление -обратным током. Другими словами можно сказать так: при прохождении прямого тока сопротивление диода крайне мало и достаточно велико при обратном. В связи с этой особенностью полупроводниковые диоды используют как электрические вентили.
    Работающие на обратной ветви вольт-амперной характеристики полупроводниковые стабилитроны заняли в источниках питания прочное место (особенно низковольтных). Стабилитроны – это изготовленные по особой технологии плоскостные кремниевые диоды. Если включить их в обратном направлении в определенном напряжении, то в дальнейшем напряжение на нем остается почти неизменным. Это свойство обеспечило стабилитронам широкое применение в роли самостоятельных стабилизирующих элементов. Также стабилитроны, благодаря этому свойству, служат источником образцовых напряжений в стабилитронах на транзисторах.
    Не стоит путать стабилитроны со стабисторами. Последние отличаются от стабилитронов тем, что функционируют на прямой ветви вольт-амперной характеристики. Другими словами, при включении в проводящем (прямом) направлении.
    Существуют стабилитроны разных видов, однако каждый из них предполагает применение диодов. Их используют в цепях, служащих для коммутации накопительной индуктивности, и цепях, отвечающих за опорные напряжения.
    Отличие стабилитронов от диодов кроется в режиме работы. Нормальное рабочее давление для стабилитрона – электрический пробой. Данное свойство обеспечивает поддержание на определенных участках цепей постоянного напряжения. Другими словами, стабилитрон – своеобразная плотина электростанции на реке, поддерживающая некоторый уровень воды и создающая постоянный напор на турбинах.
    Диоды классифицируют по назначению на:
    -импульсные (нужны для применения в импульсных режимах работы)
    -выпрямительные (преобразуют переменный ток в постоянный)
    -смесительные (необходимы для преобразования высокочастотных сигналов в сигнал промежуточной частоты)
    -детекторные (их предназначение – детектирование сигналов)
    -переключательные (применяются в приборах управления уровнем сверхвысокочастотной мощности)
    -ограничительные (защищают бытовую аппаратуру и радио от повышения сетевого напряжения).
    -а также генераторные, параметрические, умножительные и настроечные.
    Ну вот, пожалуй и всё, что хтелось вам рассказать в рамках этой статьи. Ещё больше информации на подобную тему вы найдёте посетив рубрику « Чиним сами, делаем сами… », в которой множество статей, посвящённых электроники.
    Если данный материал был вам полезен, поделитесь, пожалуйста, в соц.сетях!
    Успехов вам!
  • Источники: http://s1921687209.narod.ru/2sem/course104/vved.htm, http://3ys.ru/provodniki-poluprovodniki-i-dielektriki/predislovie.html, http://viktorkorolev.ru/poluprovodnikovye-pribory/

    Комментариев пока нет!

    Ваше имя *
    Ваш Email *

    Сумма цифр внизу: код подтверждения