Матеріали електронної техніки

КУРСОВИЙ ПРОЕКТ (РОБОТА)

на тему

Матеріали електронної техніки

РЕФЕРАТ

Об'єкт дослідження — Bi12SiO20

Метод проектування — розрахунково — графічний.

Курсовий проект складається з двох розділів.

В першому розділі надано історичний огляд історії та походження золота. Отримання промислового золота. Розгляд властивостей золота. Застосування золота в промисловості.

У другому розділі розраховано розподіл поля та заряду в об'ємі Bi12SiO20. Також розраховано: залежність розподілу поля від координат; залежність розподілу заряду від координат. Представлено нормовані значення розподілу потенціалу, поля, заряду від координат. Розраховано кількість заряду в залежності від площі та густина заряду.

АМАЛЬГАМУВАННЯ ЦІАНУВАННЯ КОНСТАНТА МАДЕЛУНГА, ЕЛЕКТРОСТАТИЧНИЙ ВОЛЬТМЕТР, ПОТЕНЦІАЛ, НОРМУВАННЯ, ЗАРЯДОГРАМА

ВСТУП

До шляхетних металів належать найбільш хімічно стійкі метали: золото, срібло, платина, паладій. Вони зустрічаються в природі в вигляді самородків та в різноманітних рудах. В результаті металургійної, хімічної та електролітичної переробки можливо отримати метали дуже високої чистоти: золото- 99,998%; срібло- 99,999%; платина- 99,9998%;паладій- 99,94%

Золото — блискучий метал жовтого кольору, володіючий високою пластичністю. Ліміт міцності при розтягуванні золотої проволки складає 150 МПа, відносне видовження при розриві рівня 40%.

В електронній техніці золото використовують як контактний матеріал, матеріал для корозійно-стїйких покриттів резонаторів СВЧ, внутрішніх поверхонь волноводів. Вагомою перевагою золота чк контактного матеріалу є його стійкість до створення сірнистих та окислених плівок в атмосферних умовах як при кімнатній температурі, так і при підігріві. Тонкі плівки золота застосовуються в якості напівпрозорих електродів в фоторезисторах та напівпровідникових фотоелементах, а також в якості контактних поверхонь в плівкових мікросхемах. В останньому випадку через погану адгезію до дцелектричних підложок плівки золота наносять зазвичай з адгезійним підшарком (частіше хром). В контактах золота с алюмінієм відбувається поступове утворення ряда інтерметалічних з`єднань, котрі володіють підвищеними питомим опром та хрупкістю.

1. ІСТОРІЯ ВИНИКНЕННЯ ТА ВЛАСТИВОСТІ ЗОЛОТА (Au)

1.1 Історія та походження назви золота (Au)

Золото (англ. Gold, франц. Оr, йому. Gold) — один з семи металів старовини. Зазвичай вважають, що золото було першим металом, з яким познайомилася людина ще в епоху кам’яного століття завдяки його поширенню в самородному стані. Особливі властивості золота — тяжкість, блиск, неокислюваність, ковкість, тягучапояснюють, чому його стали використовувати з самих прадавніх часів головним чином для виготовлення прикрас і частково — зброї. Золоті предмети різного призначення знайдені археологами в культурних шарах, що відносяться до IV і навіть V тисячоліттю до н.е., тобто до епохи неоліту. У III і II тисячоліттях до н. э. золото вже було широко поширене в Єгипті, Месопотамії, Індії, Китаї, з глибокої старовини воно було відоме в якості дорогоцінного металу народам американського і європейського континентів. Золото, з якого зроблені прадавні прикраси, нечисто, в нім містяться значні домішки срібла, міді і інших металів. Лише у VI ст. до н. э. у Єгипті з’явилося чи Ефіопія старовини). Звідси сталося і древньо єгипетська назва золота — нуб (Nub). У Месопотамії здобич золота в широкому масштабі велася вже в II тисячолітті до н. э. Вавілонська назва золота — хурэ — шу (hurasu) має приблизну схожість із старогрецьким словом (хризос), яке зустрічається в усіх прадавніх літературних пам’ятниках. Можливо, це слово походить від назви місцевості, звідки могло поступати золото. Давньоіндійське ayas (золото) пізніше вживалося на інших мовах для позначення міді, що, можливо, служить вказівкою на поширення в давнину підробного золота. З прадавніх часів золото зіставлялося з сонцем, називалося сонячним металом або просто сонцем (Sol). У єгипетській елліністичній літературі і у алхіміків символ золота — гурток з точкою посередині, тобто такий же, як і символ сонця. Іноді в грецькій алхімічній літературі зустрічається символ у вигляді гуртка із зображенням пов’язаного з ним променя.

Золото як найбільш у зв’язку з чим виникли способи виготовлення золотоподібних сплавів на основі міді. Ці способи отримали широкий розвиток і поширення і послужили основою виникнення алхімії. Головною метою алхіміків було знайти способи перетворення (трансмутації) неблагородних металів в золото і срібло. Європейські алхіміки, йдучи слідами арабських, розробили теорію «досконалого» або навіть «наддосконалого» золота, добавка якого до неблагородного металу перетворює останній на золото. У алхімічній літературі зустрічається безліч назв золота, зазвичай зашифрованих: зарас (zaras), трікор (tricor), сіль (Sol), сонце (Sonir), секур (secur), сениор (senior) і т. д. Частина з них має арабське походження, наприклад al — bahag (радість), hiti (котячий послід), ras (голова, принцип), su’a (промінь), diya (світло), alam (світ).

Латинська (етруське) назва золота аурум (Aurum, древніший ausom) означає «жовте». Слово це добре зіставляється з давньоримським aurora або ausosa (уранішня зоря на литовському — geltas, на слов’янському — золото, на фінському — kulda. У деяких сибірських народів золото називається алтун, у древніх персів — zarania (чи zar), що зіставляється з давньоіндійським hyrania (частіше, правда, що відноситься до срібла) і старогрецьким (небеса). Осібно коштує вірменська назва золота — оски. Слов’янське золото, або золотий, вживане з прадавніх часів, поза сумнівом, пов’язане (усупереч Шредеру) з прадавнім індоєвропейським Sol (сонце), ймовірно, так само як середньоєвропейське Gold (gelb) з грецьким (сонце).

Така різноманітність назв золота свідчить про повсюдне знайомство з ним різних древніх на пологів і племен і про перехрещення різноплемінних назв. Похідні назви з'єднань золото, вживане нині, походить від латинського aurum, росіянина «золото» і грецький.

діелектрик золото напівпровідник вузькозонний

1.2 Поширення в природі золота (Au)

Середній вміст золота в земній корі становить 4,3 * 10−7% за масою. У магмі і магматичних породах золото розсіяно, але з гарячих вод в земній корі утворюються гідротермальні родовища золота, що мають важливе промислове значення (кварцові золотоносні жили тощо) У природі золото в основному знаходиться у вільному (самородному) стані і лише дуже рідко утворює мінерали з селеном, телуром, сурми, вісмуту. Пірит та інші сульфіди часто містять домішки золота, що отримують при переробці мідних, поліметалічних та інших руд.

У біосфері золото мігрує в комплексі з органічними сполуками і механічним шляхом у річкових суспензії. Один літр морської і річкової води містить близько 4.10−9 г золота. На ділянках золоторудних родовищ підземні води містять приблизно 10−6 г/л золота. Воно мігрує в грунтах і звідти потрапляє в рослини, які концентрують золото — хвощі, кукурудза. Руйнування ендогенних родовищ золота призводить до утворення розсипів золота, що мають промислове значення. Золото добувають в 41 країні; його основні запаси зосереджені в Росії, ПАР і Канаді.

1.3 Фізичні властивості золота (Au)

Щільність золота 19,32 г/см3. Тут ми вказали щільність хімічно чистого золота, але, оскільки в природі таке не зустрічається, його «природна» щільність залежно від кількості домішок може складати від 15−16 до 18−19 г/см3. Літровий бутель заповнена золотим піском має масу близько 16 кг По щільності золото розташовується на другому місці після платини (21,5 г/см3)

Золото дуже м’який метал (і знову-таки не найм’якший, свинець і олово, наприклад, ще м’якше). Чисте золото дряпається нігтем. М’якість завжди робила золото дуже зручним для обробки матеріалом. Але в теж час вона ніколи не доставляла радості власникам золотих прикрас, які легко дряпаються, втрачають свій блиск і привабливість. Тому при виготовленні ювелірних виробів в золото додають для фортеці інші метали, зазвичай мідь або срібло.

Золото дуже ковкий і тягучо, що, звичайно, є результатом його м’якості.

Золото дуже легко стирається, перетворюючись на щонайтонший пил. Золото — хороший провідник тепла і електричного струму. Температура плавлення золота 1063 ОС, воно має велику летючість, яка зростає при підвищенні температури.

Модуль пружності золота 79×103 Па, а межа міцності при розриві залежно від способу його попередньої обробки (що відпалює, лите і так далі) коливається від 100 до 140 Па. Найбільшу міцність при розриві має золотий дріт, протягнутий в холодному стані.

Самородне золото, що має домішки срібла і міді, істотно відрізняється від штучних сплавів з цими ж металами. Сплав має однорідну структуру, яка утворюється в результаті твердіння розплавленої суміші металів. Самородний метал з’являється в результаті кристалізації з водних розчинів.

У чистому вигляді золото має красивий солом’яно-жовтий колір з сильним металевим блиском. У природі золото в чистому вигляді не зустрічається, а метали-домішки (передусім мідь і срібло) надають йому різні кольори і відтінки — від Домішка паладію забарвлює золото у білий колір («біле» золото).

Колір золота також залежить від толщены шматка металу і його агрегатного стану. Тому дуже тонка золота пластинка має на просвіт зелений колір. Також зелений колір має розплавлене золото. У депресивному стані золото зазвичай рубінового або темно-фіолетового кольору.

Іноді самородне золото буває покрито плівкою оксидів заліза. В цьому випадку колір його може бути найзвичайнішим — брудно-бурим, коричневим, а то і майже чорним. В деяких випадках це можуть бути найдрібніші частки порожньої породи, втиснуті в поверхню золотины. Така «сорочка» заважає розрізняти золото і утрудняє його обробку — амальгамування або ціанування.

1.4 Хімічні властивості золота (Au)

Сплави золота з сріблом, міддю, платиною, паладієм і іншими металами не є хімічними сполуками, а є твердими розчинами, тобто атомні суміші. Атоми сплавлених металів не обмінюються електронами. Саме це і є ознакою відсутності між ними хімічної взаємодії. Здатність ряду металів утворювати сплави із золотом пояснюється тим, що їх атомні радіуси дуже близькі до атомного радіусу золота.

Якщо атомний радіус золота дорівнює 1,46×10−10 м, то вісмуту 1,46×10−10м, срібла — 1,44×10−10 м, а платини — 1,39×10−10 м. Характерне те, що усі метали в сплаві із золотом мають меншу температуру плавлення чим в чистому вигляді.

Золото добре поглинає рентгенівські промені. Дробова атомної маси природного золота (196,9) говорить про те, що воно складається з суміші різних ізотопів. Як і належить «благородному» металу, золото в хімічні реакції вступає дуже не охоче, але з деякими елементами воно все-таки ртуттю і теллуром. Існують з'єднання отримані штучним шляхом, у тому числі і так зване гримуче золото — Au (NH)3, (CH)3, яке легко вибухає при ударі або просто при нагріві.

У деяких рідинах, хоча і дуже важко, золото розчиняється. У воді, що містить хлор, сірчану кислоту або гумусові кислоти, можна розчинити невелику кількість золота.

У цій суміші, при розчиненні золота, утворюється хлор і нитрозилхлорид NOCl :

ЗНСl + HNO3 = Сl2 + NOCl + 2Н20

Золото розчиняється також в розчинах ціанідів натрію або калію при доступі повітря

4Аu + 8NaCN + 2Н2O + О3 == 4Na[Au (CN)2] + 4NaOH

Ця реакція, відкрита в 1843 р. П. Р. Багратионом (племінником знаменитого полководця П.И.Багратиона), широко застосовується для витягання золота з руд.

Золото дуже легко осідає з розчинів його з'єднань неорганічними відновниками, наприклад сульфатом заліза (II):

2АuСl3 + 6FeSO4 = 2Fe2(SO4)3 + 2FeCl3 + 2Аu

Золото кристалізується в кубічній системі. Форма кристалів Чим повільніше йде охолодження, тим більше розмірів кристалів. При відпалі або повільному охолодженні утворюються кристали з прямими ребрами.

1.5 Одержання золота (Au)

Для отримання золота використовуються його основні хімічні властивості: присутність в природі в самородному стані, здатність реагувати лише з небагатьма речовинами (ртуть, ціаніди (солі ціанистоводневої (синільною) кислоти, наприклад, ціаністий калій KCN, ціаністий натрій NaCN та ін.))

До основних методів одержання золота відносять:

1) Промивання Метод промивання грунтований на високій щільності золота, завдяки якій в потоці води, мінерали з щільністю менше золота (а це майже усе мінерали земної кори) змиваються і метал концентрується у важкій фракції, піску того, що складається з мінералів підвищеної щільності, який називається шліхом. Цей процес називається відмиванням шліху або шлихованием. У невеликих об'ємах її можна проводити вручну, за допомогою промивального лотка. Цей спосіб використовується з прадавніх часів, і досі для відробітку маленьких розсипних родовищ старателями, але основне його застосування — пошук родовищ золота, алмазів і інших цінних металів.

Промивання використовується для розробки великих розсипних але при цьому застосовуються спеціальні технічні пристрої: драги і промивальні пристрої. Отримані шлихи, окрім золота, містять безліч інших щільних мінералів і метал з них витягається, наприклад, шляхом амальгамування.

Методом промивання розробляються усі розсипні родовища золота, обмежено він застосовується на корінних родовищах. Для цього породу дроблять і потім піддають промиванню. Цей метод не може бути застосований на родовищах з розсіяним золотом, де воно так розпорошено в породі, що після дроблення не відособляється в окремі зерна і змивається при промиванні разом з іншими мінералами. На жаль, при промиванні втрачається не лише дрібне золото, яке легко змивається з промивальної колоди, але і великі самородки, гідравлічна великість яких не дозволяє їм спокійно осідати в осередках килимка. Тому на драгах і на промприборах обов’язково стежать за великими уламками, що котяться, — це цілком можуть виявитися самородки.

Цей метод здобичі золота історично і у разі річкових відкладень не треба дробити породу. Економічно рентабельний відробіток розсипів зі змістом золота більше 0,1 г на 1 кубічний метр рихлої породи (пісків, суглинків і.т.д.).

2) Амальгамування Метод амальгамування грунтований на здатності ртуті утворювати сплави — амальгама з різними металами, у тому числі і із золотом. У цьому методі зволожена подрібнена порода змішувалася з ртуттю і піддавалася додатковому подрібненню в млинах — бігунних чашах. Амальгаму золото (і супутніх металів) витягало з шламу, що вийшов, промиванням, після чого ртуть отгонялась із зібраної амальгами і використовувалася повторно. Метод амальгамування відомий з I століття до н. э., найбільші масштаби придбав в американських колоніях Іспанії починаючи з XVI століття: це стало можливим завдяки наявності в Іспанії величезного ртутного родовища — Альмаден. У пізніший час використовувався метод зовнішнього амальгамування, коли подрібнена золотоносна порода при промиванні пропускалася через Метод амальгамування застосовний тільки на родовищах з високим вмістом золота або вже при його збагаченні. Зараз він використовується дуже рідко, головним чином старателями в Африці і Південній Америці.

3) Ціанування Золото розчиняється в розчинах синільної кислоти і її солей, і ця його властивість дала початок ряду методів витягання шляхом ціанування руд.

Метод ціанування грунтований на реакції золота з ціанідами у присутності кисню повітря: подрібнена золотоносна порода обробляється розбавленим (0,3−0,03%) розчином ціаніду натрію, золото з розчину ціаноаурату натрію Na, що утворюється[Au (CN)2] осідає або цинковим пилом, або на спеціальних ионнообменых смолах.

Метод ціанування спочатку застосовувався на великих заводах, де порода дробилася і ціанування проводилося в спеціальних чанах. Проте розвиток технології привів до появи методу купчастого вилуговування, який полягає в наступному: готується водонепроникний майданчик, на неї насипається руда і її заливають розчинами ціанідів, які, просочуючись через товщу породи, розчиняють золото. Після цього вони поступають в спеціальні колони, в яких золото осідає, а регенерований розчин знову якщо руда містить велику кількість сульфідів або арсенидов, оскільки ціаніди реагують з цими мінералами. Тому ціануванням переробляються малосульфідні руди або руди із зони окислення, в якій сульфіди і арсениды окислені атмосферним киснем.

Для витягання золота з сульфідних руд використовуються складні багатоетапні технології. Золото, здобуте з родовищ, містить різні домішки, тому його піддають спеціальним процесам високого очищення, які робляться на аффинажных заводах.

4) Регенерація Здійснюється дією 10% розчину лугу на розчини солей золота з подальшим осадженням аффинажного золота на алюміній з гарячого розчину гідрооксиду.

Аффинаж золота — серед яких переважають методи хімічної обробки, фізичної обробки, концентрації, і зрештою отримання металу заданої хімічної чистоти.

Різноманітна сировина готується до аффинажу, проходить обов’язкові стадії підготовки до аффинажу. Найчастіше в ці стадії включають сплав сировини з цинком, дроблення, випалення.

5) Хімічне рафінування золота Для хімічного рафінування годяться будь-які відходи що містять золото. Такою сировиною служать контакти, напівпровідникові вироби (діоди, транзистори, радіолампи вітчизняні, і т. д.) Передусім при рафінуванні золотовмісної сировини, треба відокремити із загальної маси сировину залізо, що містить, дією звичайного магніта, оскільки переробка сировини що містить залізо вимагає іншої схеми роботи.(примітка 1) примітка 1. залізовмісна сировина обробляється концентрованою соляною кислотою або сірчаною кислотою до розчинення усього заліза. Подальший хід рафінування описано нижче. Після відділення заліза, сировина в основному Для розчинення застосовують 30−40% азотну кислоту, до того стану, коли в при внесенні нових порцій кислоти і при нагріві не виділяється діоксин азоту. При цьому усі сливи поміщаються в окрему ємність, відстоюються і акуратно декантируються, в осіданні золото понесене під час зливу відпрацьованої кислоти. Після декантації в розчин вливається насичений розчин кухарської солі, про цьому виділяється хлорид срібла.

У осад той, що містить золото додається концентрована соляна кислота,(у розрахунку 1мл осаду 20мл кислоти) розчин з осадом нагрівається до кипіння і обережно прикопують концентровану азотну кислоту по краплях. Кінець збільшенні азотної кислоти визначають після закінчення сильного виділення оксидів азоту. Розчин упарюють насухо 3 рази, додають після кожного упарювання соляну кислоту. Розчин фільтрують, і до фільтрату підливають при нагріванні насичений розчин сульфату заліза (II). Золото виділяється з розчину у вигляді великого осаду, що добре фільтрує Осад переносять в склянку і кип`ятять з концентрованою азотною кислотою, для видалення заліза, міді і срібла. Фільтрують промивають водою.

1.6 Переваги золота (Au)

Істотною перевагою золота як контактного матеріалу є його стійкість проти утворення сірчистих і окисних плівок в атмосферних умовах, як при кімнатній температурі, так і при нагріванні. Його використовують у слабкострумових комутуючих пристроїв (наприклад, в герконах). Тонкі плівки золота застосовуються в якості прозорих електродів в фоторезисторах і напівпровідникових фотоелементах. У техніку слабких струмів при малих напругах в ланцюгах використовуються контакти із сплавів золота з сріблом, золота з платиною, золота з сріблом і платиною.

1.7 Використання в промисловості золота (Au)

Золото широко використовується у в найважливіших сучасних галузях техніки: електроніці, техніці зв’язку, космічній і авіаційній техніці, хімії.

Слід зазначити, що в електроніці на 90% золото використовують у вигляді покриттів. Електроніка і пов’язані з нею галузі машинобудування є основними споживачами золота в техніці. У цій області золото широко використовують для з'єднання інтегральних схем зварюванням тиском або ультразвуковим зварюванням, контактів штепсельних роз'ємів, в якості тонких дротяних провідників, для пайки елементів транзисторів і інших цілей. У останньому випадку особливо важливе те, що золото утворює легкоплавкі евтектики з індієм, галієм, кремнієм і іншими елементами, які мають провідність певного типу. Окрім технологічних удосконалень в електроніці, для ряду деталей і вузлів замість золота стали використовувати паладій, покриття оловом, сплавами олова зі свинцем і сплавом 65% Sn + 35% Ni із золотим підшаром. Сплав олова з нікелем має високу зносостійкість, корозійну стійкість, прийнятну величину контактного опору і електропровідність. Попри те, що в що він міг бути на 30% вище, коли б не заходи, спрямовані на економію золота.

У мікроелектроніці широко застосовують пасти на основі на основі золота з різним електроопоом. Широке використання золота і його сплавів для контактів слабкострумової апаратури обумовлене його високими електричними і корозійними властивостями. Срібло, платина і їх сплави при використанні як контакти, що комутують мікроструми при мікронапругах, дають набагато гірші результати. Срібло швидко тьмяніє в атмосфері, забрудненій сірководнем, а платина полімеризує органічні сполуки. Золото вільне від цих недоліків, і контакти з його сплавів забезпечують високу надійність і тривалий термін служби. Золоті припої з низьким тиском пари використовують для пайки вакуумнощільних швів деталей електронних ламп, а також для пайки вузлів в аерокосмічній промисловості.

У вимірювальній техніці для контролю температури і особливо для вимірів низьких температур використовують сплави золота з кобальтом або хромом. У хімічній промисловості золото головним чином використовують для плакирования сталевих труб, призначених для транспортування агресивних речовин.

Золоті сплави застосовують у виробництві годинних корпусів і пір'я для авторучок. У медицині використовують не лише зубопротезні золоті сплави, але і медичні препарати, що містять солі золота, для різних цілей, наприклад при лікуванні туберкульозу.

Радіоактивне золото використовують при лікуванні злоякісних пухлин. У наукових дослідженнях золото використовують для захоплення повільних нейтронів. За допомогою радіоактивних ізотопів золота вивчають дифузійні процеси в металах і сплавах.

2. РОЗРАХУНОК РОЗПОДІЛУ ЕЛЕКТРИЧНОГО ПОЛЯ І КОНТАКТНИХ ЯВИЩ В ОБ’ЕКТІ ДОСЛІДЖЕННЯ Bi12SiO20

2.1 Об’ект дослідження Bi12SiO20

Об'єкт дослідження — широкозонний напівпровідник або вузькозонний діелектрик. Ширина забороненої зони 3 еВ. Заборонена зона насичена локальними енергетичними рівнями. Це: донори, акцептори, пастки (енергетичні ями).

Основною відмінністю металів, напівпровідників і діелектриків є величина (ширина) забороненої зони. У металах відсутня або перекривається. Тому основною властивістю металів є провідність.

Вид зв’язку металевий. Металева зв’язок — зв’язок між позитивними іонами в кристалах металів, здійснювана за рахунок тяжіння електронів, що вільно переміщаються по кристалу. У відповідності з положенням в періодичній системі атоми металів мають невелике число валентних електронів. Ці електрони досить слабко пов’язані зі своїми ядрами і можуть легко відриватися від них. У результаті в кристалічній решітці металу з’являються позитивно заряджені іони і вільні електрони. Тому в кристалічній решітці металів існує велика свобода переміщення електронів: одні з атомів будуть втрачати свої електрони, а які утворюються іони можуть приймати ці електрони з «електронного газу». Як наслідок, метал являє собою ряд позитивних іонів, локалізованих в певних положеннях кристалічної решітки, і велика кількість електронів, порівняно вільно переміщаються в полі позитивних центрів. У цьому полягає важлива відмінність металевих зв’язків від ковалентних, які мають строгу спрямованість у просторі. Металева зв’язок відрізняється від ковалентного також і по міцності: її енергія в 3−4 рази менше енергії ковалентного зв’язку.

Основними властивостями діелектрика є ізоляція і опір пробою. Пробій діелектрика — різке зростання електропровідності діелектрика в електричному полі, напруженість якого перевищує електричну міцність та утворення провідного каналу в діелектрику. Пробій діелектриків може супроводжуватися їх руйнуванням.

Мінімальна прикладена до діелектрика напруга, що приводить до його пробою, називають пробивним напругою Uпр. Предпробойное стан діелектрика характеризується різким зростанням струму, відступом від закону Ома в бік збільшення провідності. Ширина забороненої зони діелектрика від 3еВ і вище. В н/п ширина забороненої зони 1−2 еВ. Структура забороненої зони в н/п і діелектриках може бути складною. Тобто включати донорні, акцепторні та інші енергетично-активні дефекти. Домішкові рівні - енергетичних станів напівпровідника, розташовані в забороненій зоні і обумовлені присутністю в ньому домішок і структурних дефектів.

Існує досить великий клас матеріалів, які можна віднести до широкозонних напівпровідників або вузькозонних діелектрікам.Шіріна забороненої зони 2,5−3 еВ.

Приклад Bi12SiO20 — ширина забороненої зони 3еВ.

Завдяки порушенню отіхіометріі в забороненій зоні знаходяться акцепторні, донорні, ловушечного, рекомбінаційні центри. Велика ймовірність утворення квазі-диполів.Різні матеріали при додатку до них ел. поля ведуть себе по різному. Важливою характеристикою є розподіл поля (потенціалу) на поверхні і в глибині об'єкта. Примітивним розподілом є лінійне. Існують більш складні функції: падіння напруги на приелектродного областях та (або) в обсязі матеріалу.Тому становить інтерес досліджувати опір потенціалу та заряду в матеріалі Bi12SiO20.

Вперше монокристали Bi12SiO20 отримані шведським вченим Silen в 1937 р. Тому альтернативним назвою є термін селеніт, або селікато селеніт. Існують модифікації: Bi12ТiO20 Bi12GeO20

Дослідження виконаємо за допомогою методу потенційного зонда, який представлений на рисунку 2.2.1.

2.2 Експерементальна установка для методу потенційного зонду Дослідження виконаємо за допомогою методу потенційного зонда, який представлений на рисунку 2.2.1.

1. Зразок; 6. Поляризована напруга;

2. Pt електрон; 7. Джерело живлення;

3. Потенціальний зонд; 8. Поляризовані фільтри;

4. Електрон ВМ; 9. Спостерігач;

5. Піч;

Рисунок 2.2.1 — Дослідження методом потенціального зонду Використання електростатичного вольтметра дозволяє уникнути падіння напруги, яка має місце в інших приладах. Унікальність електростатичного вольтметра — нескінченне внутрішній опір.

Розглянемо пристрій електростатичного вольтметра. Це класичний зразок функціональної електроніки. Схема якого представлена на рисунку 2.2.2

Принцип роботи наступний: вимірюється напруга прикладається (потрапляє) на поверхню зразка 1. Спостерігається зворотний п'єзо-ефект, зміна геометричних розмірів кристала. Нитка скручується, розкручується, дзеркальце обертається. Відображає зайчик переміщується по шкалі. Його відхилення свідчать про зміну напруги.

1. П’езо матеріал (п'єзоелектрик); 4. Підсвічування;

2. Дзеркало; 5. Око експерементатора;

3. Вита нитка;

Рисунок 2.2.2 — Схема електростатичного вольтметра

2.3 Обчислення розподілу поля та заряду в об'ємі Bi12SiO20

В результаті експерименту отримана залежність потенціалу? від відстані від анода х. Отриманні дані наведені в таблиці 2.3.1 .

Таблиця 2.3.1 — Залежність розподілу потенціалу від координат.

Залежність розподілу потенціалу від координат зображена на рисунку. 2.3.1.

Рисунок 2.3.1 — Залежність розподілу потенціалу від координат На основі даних таблиці 2.3.1 розрахована залежність розподілу поля від координат. Отримані дані наведені в таблиці 2.3.2.

Приклад розрахунків Таблиця 2.3.2 — Залежність розподілу поля від координат

Залежність розподілу поля від координат зображена на рис. 2.3.2

Рисунок 2.3.2 — Залежність розподілу поля від координат На основі даних таблиці 2.3.2 розрахована залежність розподілу заряду від координат, яка зображена на рис. 2.3.3 Отримані дані наведені в таблиці 2.3.3 :

Приклад розрахунків Таблиця 2.3.3 — Залежність розподілу заряду від координат

Залежність розподілу заряду від координат зображена на рис. 2.3.3

Рисунок 2.3.3 — Залежність розподілу заряду від координат.

2.4 Нормований графік У разі якщо дані за масштабом сильно розкидані, тобто при побудова графіків на одному аркуші. При цьому графіки масштабуються з різницею в 2 порядку і вище використовується науковий прийом — норміровка. Норміровка полягає у визначенні максимального значення (з масиву) і подальшого поділу всіх значень масиву на максимум. Норміровка здійснюється як по осі У, як і по осі Х. Дані норміровки потенціалу, поля і заряду наведені в таблиці 2.4.

Таблиця 2.4 — Нормовані значення розподілу потенціалу, поля, заряду від координат

Рисунок 2.4.1 — Нормовані значення розподілу потенціалу, поля, заряду від координат :1-?(х); 2-?(x); 3-E (x)

2.5 Розрахунок накопичуваного заряду в досліджуваному матеріалі

У процесі поляризації під дією поля та інших зовнішніх факторів, освітлення, температура, відбувається розподіл заряду в матеріалі.Перерозподіл заряду обумовлено:

1) Наявністю дефектів (розрив зв’язку) на поверхні.

2) Наявність квазі-диполів в об'ємі зразка.

3) Нелінійне розподіл захоплених електронів на пастки в процесі руху носіїв заряду від катода до анода (Електрон) та від анода до катода (дірки).

4) Важливу роль відіграють контактні явища. Основними видами контактів є: омічний і бар'єрний контакт.

· Омічний — відсутність бар'єру для руху носіїв заряду.

· Бар'єрний — наявність бар'єру.

При бар'єрному типі контакту можуть спостерігатися:

· Інжекція — впорскування основних носіїв заряду.

· Ексклюзив — впорскування неосновних носіїв заряду.

Значення заряду можна отримати з розподілу ?(х). Для цього використовуємо метод чисельного диференціювання (метод трапеції).Отримані значення представлені у вигляді таблиці 2.5.

Приклад розрахунків:

Таблиця 2.5.1 — Значення заряду

Оскільки сумарний заряд більший за 0 можна зробити висновок, що зразок став позитивно заряженим.

Представляє інтерес питомий розподіл заряду. Площа від мого зразка (10×5×1). Для розрахунку концентрації носіїв заряду (пасток, електроактивних дефектів) скористаємося формулою.

Результати представлені в таблиці 2.5.2.:

Приклади розрахунків Таблиця 2.5.2 — Розрахунок питомого розподілу заряду та концентрації носіїв заряду

На підставі даних Qv (x) побудуємо кольорову зарядограму, на якій позитивні області будуть позначені червоним кольором, негативні синім відповідно. Ступінь насиченості повинна відповідати величині заряду, тобто чим більше заряд, — тим яскравіше і насиченіший колір. Також побудуємо таблицю містить значення заряду [Кл/м3] для прианодної, прикатодної, об'ємної областях. Полога що пріанодна область 0? х? 3; прікатодном 0,7<�х?1. Відповідно внутрішньо об'ємна 0,3

Таблиця 2.5.3 — Густина заряду

Рисунок 2.5.1 — Зарядограма Проаналізувавши отриману зарядограму можна зробити висновок, що в анодній зоні діє механізм інжекція (вприск основних носіїв заряду), а в катодній ексклюзія (вприск неосновних носіїв заряду) Спостерігається гомогенний заряд. Присутня система «сендвіч» (коли знак заряду змінюється 5 і більше разів.

ВИСНОВКИ Результати, отриманні при виконанні дипломного проекту дозволяють зробити наступні висновки:

? об'єкт дослідження — широкозонний напівпровідник або вузькозонний діелектрик;

? вид зв’язку металевий. Металева зв’язок? зв’язок між позитивними іонами в кристалах металів, здійснювана за рахунок тяжіння електронів, що вільно переміщаються по кристалу;

? використання електростатичного вольтметра дозволяє уникнути падіння напруги;

? норміровка полягає у визначенні максимального значення (з масиву) і подальшого поділу всіх значень масиву на максимум;

? у процесі поляризації під дією поля та інших зовнішніх факторів, освітлення, температура, відбувається розподіл заряду в матеріалі;

— на підставі даних побудовано колірну зарядограму.

— Отримано значеня сумарного заряду:, та сумарного накопиченого заряду

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

1. Гершунский Б. С., Основы электроники и микроэлектроники. Электронной технике, [текст] Гершунский Б. С. К.: Висшая школа, 1987.

2. Миклашевский С. П. Промышленная электроника. Изд. 2-е, перар. и доп., [текст], Миклашевский С. П, М.: Висшая школа, 1973.

3. Жеребцов И. П. Основы электроники. 5-е изд., перераб. и доп., [текст], Жеребцов И.П.Л.: Энергоатомиздат, Ленингр. отд-ние, 2010.

Додаток A

Зонна схема власного та домішкового рівнів напівпровідників Рисунок A.1. — Енергетична діаграма власного напівпровідника Рисунок A.2. — Енергетична діаграма n-напівпровідника Рисунок A.3. — Енергетична діаграма p-напівпровідника Додаток B

Рисунок B.1. — Структура і нещільна упаковка іонів хлористого цезію Розрахунок константи Маделунга для хлористого цезію.

1) Епр =2[-Е2/4 ??0d + Е2/8 ??0d — Е2/12 ??0d +…]=-2 Е2/4 ??0d [1−½+1/3-…]

Епр=-Е2/4 ??0d * 2ln2

а= 2Ln2

2) Епр =2[Е2/8 ??0d — Е2/12 ??0d + Е2/16 ??0d -…]=-2 Е2/4 ??0d [-½+1/3−¼+…]

Епр= - Е2/4 ??0d * 2[-½+1/3−¼+…]

а= 2[-½+1/3−¼+…] .

3) Епр =2[-Е2/12 ??0d + Е2/16 ??0d — Е2/20 ??0d +…]=-2 Е2/4 ??0d [1/3−¼+1/5-…]

Enp= - Е2/4 ??0d * 2[1/3−¼+1/5-…]

а= 2[1/3−¼+1/5-…]

4) Епр =2[Е2/16 ??0d — Е2/20 ??0d + Е2/24 ??0d -…]=-2 Е2/4 ??0d [¼+1/5−1/6+…]

Епр= - Е2/4 ??0d * 2[-¼+1/5−1/6+…]

а= 2[-¼+1/5−1/6+…]

5) Епр =2[-Е2/20 ??0d + Е2/24 ??0d — Е2/28 ??0d +…]=-2 Е2/4 ??0d [1/5−1/6+1/7-…]

Епр= - Е2/4 ??0d * 2[1/5−1/6+1/7-…]

а= 2[1/5−1/6+1/7-…]

6) Епр =2[Е2/24 ??0d — Е2/28 ??0d + Е2/32 ??0d -…]=-2 Е2/4 ??0d [-1/6+1/7−1/8+…]

Епр= - Е2/4 ??0d * 2[-1/6+1/7−1/8+…]

а= 2[-1/6+1/7−1/8+…]

7) Епр =2[-Е2/28 ??0d + Е2/32 ??0d — Е2/36 ??0d +…]=-2 Е2/4 ??0d [1/7−1/8+1/9-…]

Епр= - Е2/4 ??0d * 2[1/7−1/8+1/9-…]

а= 2[1/7−1/8+1/9-…]

8) Епр =2[Е2/32 ??0d — Е2/36 ??0d + Е2/40 ??0d -…]=-2 Е2/4 ??0d [-1/8+1/9−1/10+…]

Епр = - Е2/4 ??0d * 2[-1/8+1/9−1/10+…]

а= 2[-1/8+1/9−1/10+…]

9) Enp =2[-Е2/36 ??0d + Е2/40 ??0d — Е2/44 ??0d +…]=-2 Е2/4 ??0d [1/9−1/10+1/11-…]

Епр= - Е2/4 ??0d * 2[1/9−1/10+1/11-…]

а= 2[1/9−1/10+1/11-…]

10) Enp =2[Е2/40 ??0d — Е2/44 ??0d + Е2/48 ??0d -…]=-2 Е2/4 ??0d [-1/10+1/11−1/12+…]

Епр= - Е2/4 ??0d * 2[-1/10+1/11−1/12+…]

а= 2[-1/10+1/11−1/12+…]

11) Enp =2[-Е2/44 ??0d + Е2/48 ??0d — Е2/52 ??0d +…]=-2 Е2/4 ??0d [1/11−1/12+ 1/13-…]

Епр= - Е2/4 ??0d * 2[1/11−1/12+1/13-…]

а= 2[1/11−1/12+1/13-…]

12) Enp =2[Е2/48 ??0d — Е2/52 ??0d + Е2/5б ??0d -…]=-2 Е2/4 ??0d [-1/12+1/13 — 1/14-…]

Епр= - Е2/4 ??0d * 2[-1/12+1/13−1/14+…]

а= 2[-1/12+1/13−1/14+…]

13) Enp =2[-Е2/52 ??0d + Е2/56 ??0d — Е2/60 ??0d +…]=-2 Е2/4 ??0d [1/13−1/14+ 1/15-…]

Епр= - Е2/4 ??0d * 2[1/13−1/14+1/15-…]

а= 2[1/13−1/14+1/15-…]

14) Епр =2[Е2/56 ??0d — Е2/60 ??0d + Е2/64 ??0d -…]=-2 Е2/4 ??0d [-1/14+1/15−1/16+…]

Епр= - Е2/4 ??0d * 2[-1/14+1/15−1/16+…]

а= 2[-1/14+1/15−1/16+…]

15) Enp =2[-Е260 ??0d + Е2/64 ??0d — Е2/68 ??0d +…]=-2 Е2/4 ??0d [1/15−1/16+1/17-…]

Enp= - Е2/4 ??0d * 2[1/15−1/16+1/17-…]

а= 2[1/15−1/16+1/17-…]

Додаток Г ПВМС ПРОМ ПРИЗ Основою ПВМС ПРОМ ПРИЗ є пластина з високоомного кристала силікату або германата вісмуту (80) товщиною 100 мкм. По боках пластини розміщені шари ізоляторів (органічний діелектрик парилен завтовшки 3 мкм) і прозорі електроди. В режимі запису прихованих зображень формування заряду відбувається під дією проявляючого засвічення після закінчення запису і може контролюватися. Це дозволяє записувати, відтворювати без нелінійних спотворень зображення у великому діапазоні експозицій. Крім того, в деяких зразках модуляторів спостерігалося прояв зображень через час, що перевищує 10 хв після впливу записуючого світла. Це дозволяє помітно збільшити час зберігання і накопичення інформації в ПВМС ПРИЗ у порівнянні зі звичайним режимом.

Нелінійні спотворення запису зображень в ПВМС ПРИЗ визначаються нелінійністю процесу формування фотоіндуковані заряду. В режимі запису прихованих зображень формування заряду відбувається під дією проявляючої засвічення після закінчення запису і може контролюватися. Це дозволяє записувати, відтворювати без нелінійних спотворень зображення у великому діапазоні експозицій. Крім того, в деяких зразках модуляторів спостерігалося прояв зображень через час, що перевищує 10 хв після впливу записуючого світла. Це дозволяє помітно збільшити час зберігання і накопичення інформації в ПВМС ПРИЗ у порівнянні зі звичайним режимом Крім того, важливо, що в ПВМС ПРИЗ використовується поперечний електрооптичний ефект, який забезпечує найбільш ефективну модуляцію зчитуівання світла при об'ємному фотоіндукційному заряді. Низький рівень шумів модулятора багато в чому визначається технологічністю вирощування кристалів типу BSO і простотою конструкції ПВМС ПРИЗ. Все це дозволяє вважати ПРИЗ одним з найбільш перспективних ПВМС для систем когерентно-оптичної обробки інформації

Додаток Д Класифікація матеріалів електронної техніки

Додаток Е Класифікація провідникових матеріалів

Додаток Ж Класифікація напівпровідників Додаток З Класифікація діелектриків

Додаток І

Термопара Матеріали для термопар:

Платина Залізо Мідь Хром ель Алюмель Рисунок H.1 Термопара: 1- провідник 1; 2- провідник 2; 3- спай Рисунок H.2 Диференційна термопара: 1- термопара 1; 2- термопара 2; 3- сосуд Дюара; 4- піч; 5- лід; 6- зона контроля Таблиця 1? Хімічний склад термоелектродного матеріалу

Таблиця 2? Градуювання (градуювальні таблиця). Термопари ТПП: платина-13% родій/платина

Вуглецеві нанотрубки — протяжні циліндричні структури діаметром від одного до декількох десятків нанометрів і завдовжки до декількох мікрон складаються з однієї або декількох згорнутих в трубку гексагональних графітових площин і

закінчуються зазвичай півсферичною головкою.

За значенням параметрів (n, m) розрізняють:

? прямі (ахіральні) нанотрубки;

? «крісло» (armchair) n=m;

? зигзагоподібні (zigzag) m=0 або n=0;

? спіральні (хіральні) нанотрубки.

Рисунок І.1 — Структура типу «крісло»

Рисунок І.2 — Зигзагоподібна структура Рисунок І.3 — Хіральна структура За структурою можна розрізняти як одношарові та багатошарові вуглецеві нанотрубки.

Методи одержання вуглецевих нанотрубок:

? розрядно-дуговий метод;

? метод хімічного осадження з пари;

? нанотрубки зі спирту;

? метод лазерної абляції;

? довгі нитки з нанотрубки;

? заточка багатошарових нанотрубок.

Застосування нанотрубок:

? пам’ять для електронно-обчислювальних машин;

? польовий транзистор;

? формування гетеро структур;

? як прототип плоских дисплеїв;

? контейнери для персування хімічних розчинів;

? використання у наномедицині.

Додаток К Гідрогенова установка

1) Електролізер; 8) Датчик температури ;

2) Форболон; 9) Кристали ;

3) Осушувач; 10) Тепловідхід ;

4) Генератор високих частот; 11) Електронасос ;

5) Кран; 12) Вакуумний насос ;

6) Магнітна пастка; 13) Вакуумна лампа;

7) Датчик концентрації атомарного гідрогену