Классификация полупроводниковых материалов ⇐ ПредыдущаяСтр 12 из 19Следующая ⇒ Приведем классификацию полупроводников по химическому составу и структуре материалов. 1. Элементарные атомарные кристаллические материалы: кремний (Si), германий (Ge), селен (Se), фосфор (P), теллур (Те). 2. Полупроводниковые кристаллические (алмазоподобные) соединения, типа: А1В7 – CuCl, AgCl и др. А2В6 – PbS. CdS… А3В5 – GaAs, InSb… А4В4 – SiC, GeSi… 3. Молекулярные неорганические полупроводники: Те2, Se2… 4. Оксиды, теллуриды, фосфиды, селениды, карбиды – NiO, MgO, CuO, SiC, PbS и др. 5. Стеклообразные полупроводники: халькогенидные стекла – As2Te2Se, As2Se3∙Al2Se3. 6. Органические полупроводники: а) ароматические углеводороды – антрацен, нафталин и др.; б) красители и пигменты – краска индиго, хлорофилл и др.; в) комплексы с переносом зарядов (донорно-акцепторные системы): бром-антрацен, иод-пирен. Ниже приведена таблица 3.1 некоторых групп полупроводниковых материалов. В таблицу помещены основные параметры конкретных полупроводников. Таблица 3.1 Полупроводниковые материалы № п/п Наименование полупроводни- кового материала Хими- ческий индекс Ширина запрещ. зоны Wg, эВ Концен- трация собственных носителей заряда ni, м-3 Подвижность носителей заряда U, Темпе- ратура плавле-ния, °С Удель- ное элект- рич. сопро- тивле- ние ρ, Ом∙м электронов Un дырок Up 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Неорганические Кристаллические элементарные (атомарные)
1	Германий	Ge	0,72	2,5∙1019	0,39	0,19	936		− 0,5
2	Кремний	Si	1,12	6,8∙1016	0,14	0,05	1417		−2∙103
3	Селен	Se	1,7	1010	—	2∙10-3	220
Кристаллические соединения
4	Карбид кремния	SiC	2,8	10	0,1	0,005	2200 возгонка
5	Сурьмянистый индий	InSb	0,18	1022	7,8	0,08	525
6	Арсенид галлия	GaAs	1,4	1012	0,85	0,04	1240
7	Фосфид галлия	GaP	2,25	—	0,011	0,0075	1500
8	Арсенид индия	InAs	0,36	—	4	0,06	940	570
9	Теллурид висмута	Bi2Te3	0,16	—	0,057	0,04
10	Сульфид свинца	PbS	0,4	—	0,04	—	1114
Стеклообразные
11	Халькогениды	As2Te2Se, As2Se3∙Al2Se3		1,7∙1021	0,015	—	—		108 1010
Органические
12	Антрацен	—	1,6	—	—	—	—		1012
13	Нафталин	—	1,4	—	—	—	—		1014

 

Окончание табл. 3.1

1	2	3	4	5	6	7	8	9
14	Красители и пигменты Фталоцианин меди	—	1,7	—	—	—	—	1011
15	Молекулярные комплексы Иод-пирен	—	0,14	—	—	—	—	1,3
16	Полимеры Полиакрилонитрил	—	0,75	—	—	—	—	140

 

Магнитные материалы

Все вещества в природе взаимодействуют с внешним магнитным полем, но каждое вещество по-разному.

Магнитные свойства веществ зависят от магнитных свойств элементарных частиц, структуры атомов и молекул, а также их групп, но основное определяющее влияние оказывают электроны, их магнитные моменты.

Все вещества, по отношению к магнитному полю, поведению в нем, разделяются на следующие группы:

Диамагнетики – материалы, не имеющие постоянного магнитного дипольного момента, обладающие относительной магнитной проницаемостью чуть меньше единицы (μ≤1). Относительная диэлектри-ческая проницаемость μ диамагнетиков почти не зависит от величины магнитного поля (Н) и не зависит от температуры. К ним относятся: инертные газы (Nе, Аr, Кr, Хе), водород (H₂); медь (Сu), цинк (Zn), серебро (Аg), золото (Au), сурьма (Sb) и др.

Парамагнетики – материалы, имеющие постоянные дипольные моменты, но расположены они беспорядочно, поэтому взаимодействие между ними очень слабое. Относительная магнитная проницаемость парамагнетиков чуть больше единицы (μ≥1), слабо зависит от напряженности магнитного поля и температуры.

К парамагнетикам относятся следующие материалы: кислород (О₂), алюминий (Al), платина (Рt), щелочные металлы, соли железа, никеля, кобальта и др.

Ферромагнетики – материалы, имеющие постоянные магнитные дипольные моменты, доменную структуру. В каждом домене они параллельны друг другу и одинаково направлены, поэтому взаимодействие между ними очень сильное. Относительная магнитная проницаемость ферромагнетиков велика (μ >> 1), у некоторых сплавов доходит до
1 500 000, зависит от напряженности магнитного поля и температуры.

К ним относятся: железо (Fe), никель (Ni), кобальт (Со), многие сплавы, редкоземельные элементы: самарий (Sm), гадолиний (Gd) и др.

Антиферромагнетики – материалы, имеющие постоянные дипольные магнитные моменты, которые расположены антипараллельно друг другу. Относительная магнитная проницаемость их чуть больше единицы (μ ≥ 1), очень слабо зависит от напряженности магнитного поля и температуры. К ним относятся: окиси кобальта (CoO), марганца (MnO), фтористый никель (NiF₂) и др.

Ферримагнетики – материалы, обладающие антипараллельными постоянными дипольными магнитными моментами, которые не полностью компенсируют друг друга. Чем меньше такая компенсация, тем выше их ферромагнитные свойства. Относительная магнитная проницаемость ферримагнетиков может быть близка к единице (при почти полной компенсации моментов), а может доходить до десятков тысяч (при малой компенсации).

К ферримагнетикам относятся ферриты, их можно назвать оксиферрами, так как они представляют собой, окислы двухвалентных металлов с Fe₂O₃. Общая формула феррита [MeO Fe₂O₃], где Ме – двухвалентный металл.

Магнитная проницаемость ферритов зависит от температуры и напряженности магнитного поля, но в меньшей степени, чем у ферромагнетиков.

Ферриты представляют собой керамические ферромагнитные материалы с малой электропроводностью, вследствие чего могут быть отнесены к электронным полупроводникам с высокой магнитной (μ ≈ 10⁴) и высокой диэлектрической (ε ≈ 10³) проницаемостями.

Диа-, пара- и антиферромагнетики можно объединить в группу слабомагнитных веществ, а ферро- и ферримагнетики – в группу сильномагнитных веществ.

Для технического применения в области радиоэлектроники наибольший интерес представляют сильномагнитные вещества (рис. 4.1).

 

 

 

 

Рис. 4.1. Структурная схема магнитных материалов

 

Природа ферромагнетизма

 

Магнитные свойства материалов определяются внутренними скрытыми формами движения электрических зарядов, представляющими собой элементарные круговые токи. Круговой ток характеризуется магнитным моментом и может быть заменен эквивалентным магнитным диполем. Магнитные диполи образуются, в основном, спиновым вращением электронов, орбитальное же вращение электронов принимает в этом процессе слабое участие, так же как и ядерное вращение.

У большинства материалов спиновые моменты электронов компенсируют друг друга. Поэтому ферромагнетизм наблюдается далеко не у всех веществ таблицы Менделеева.

Условия, которые необходимы, чтобы материал был ферромагнитным:

1. Существование элементарных круговых токов в атомах.

2. Наличие нескомпенсированных спиновых моментов, электронов.

3. Соотношение между диаметром электронной орбиты (D), имеющей нескомпенсированный спиновый момент, и постоянной кристаллической решетки вещества (а) должно быть

.                                         (4.1)

4. Наличие доменной структуры, т. е. таких кристаллических областей, в которых дипольные магнитные моменты оказываются параллельно ориентированы.

5. Температура материала (вещества) должна быть ниже точки Кюри, так как при более высокой температуре происходит исчезновение доменной структуры, материал переходит из ферромагнитного состояния в парамагнитное.

 

Вопросы для самоконтроля

1. За счет чего в материалах существуют круговые токи?

2. Что собой представляет доменная структура материала?

3. Перечислите условия, необходимые для проявления в материале ферромагнетизма?

 

⇐ Предыдущая78910111213141516Следующая ⇒

Поделиться: