По дисциплине «Материалы электронной техники»
Этапы развития твердотельной электроники. Основные направления развития электроники.
Электроника: вакуумная (электронные лампы электронно-лучевые приборы, фотоэлектронные приборы, рентгеновские трубки, газоразрядные приборы), твердотельная( полупроводниковые приборы, интегральные микросхемы, микропроцессоры, микро-ЭВМ, оптоэлектроника ), квантовая( лазеры, мазеры, голография, дальномеры, оптосвязь. радиоастрономия ).
I этап:
1809 – изобретение лампы накаливания Ладыгиным
1874 – открытие Брауном выпрямительного эффекта в контакте металл - полупроводник
1884 – Эдисон открыл термоэлектронную эмиссию
1896 – Попов переда радиосообщение на 350 км
II этап
1904 – сконструирован вакуумный диод
1907 – вакуумный триод
III этап
1947 – создание транзистора
IV этап
60-е — закон Мура
1960-1985 — создание ИС(от малых до сверхбольших)
80-е — развитие функциональной микроэлектроники
V этап
90-е – создание микроскопов, позволяющих наблюдать и манипулировать атомами
XXI век – зарождение наноэлектроники
Классификация элементов электронной техники.
Пассивные.
Пассивные элементы служат для перераспределения токов, напряжений и энергии между отдельными участками электрических цепей. К ним относятся разного рода резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности, а также соединительные и коммутационные элементы.
Активные.
Активные элементы предназначены, прежде всего, для преобразования электрических сигналов или энергии. В качестве активных элементов применяются различные электронные лампы, кинескопы, умножители тока, фотоэлементы, полупроводниковые диоды, транзисторы, оптоэлектронные приборы, пьезоэлементы, жидкокристаллические индикаторы, сенсорные элементы и др.
Бывают дискретные и интегральные.
Классификация материалов электронной техники по физической природе их свойств, применению, электрическим свойствам.
Функциональные — материалы, которые обеспечивают реализацию определенных функций в элементах электронной аппаратуры, резистивные, конденсаторные и электроизоляционные материалы, высокопроводящие и сверхпроводящие вещества, материалы для хранения и записи информации, материалы с нелинейными электрическими свойствами, материалы для активных элементов полупроводниковой электроники, таких как диоды, транзисторы, лазеры, фотодетекторы и др.
Конструкционные — материалы, предназначенные для изготовления корпусов и деталей различных приборов и устройств электронной техники. Как правило, эти материалы выполняют вспомогательные функции, причем корпуса приборов и детали конструкций характеризуются большим разнообразием форм и размеров.
МЭТ – функциональные (слабомагнитные [проводники, полупроводники, диэлектрики] и сильномагнитные [проводящие, полупроводящие, непроводящие]) и конструкционные ( метыллыи сплавы, керамика, стёкла. полимеры, композитные материалы )
Проводники. Классификация проводниковых материалов.
По реакции на внешнее электрическое поле функциональные элементы подразделяют на проводники (ρ < 10-5 Ом·м), полупроводники и диэлектрики (ρ > 108 Ом·м).
Качественное различие состоит в том, что для металлов проводящее состояние является основным, а для полупроводников и диэлектриков – возбужденным.
Проводники подразделяют на металлы ( с высокой удельной проводимостью, благородные металлы, тугоплавкие металлы ), сплавы металлов ( высокого сопротивления, сверхпроводящие, припои ) и неметаллические проводниковые материалы (углеродистые материалы[графит], композиционные проводящие материалы, на основе окислов[SnO2 и In2O3])
Металлы высокой проводимости используются для проводов, обмоток электрических машин и т.д. Металлы и сплавы высокого сопротивления применяют для изготовления резисторов, электронагревательных приборов и т.д.
К жидким проводникам относятся расплавленные металлы и различные электролиты.
Механизм прохождения тока в металлах обусловлен движением (дрейфом) свободных электронов под воздействием электрического поля. Поэтому металлы называют проводниками с электронной электропроводностью или проводниками первого рода. Проводниками второго рода - электролитами являются растворы кислот, щелочей и солей. Прохождение тока через эти вещества связано с переносом вместе с электрическими зарядами ионов, вследствие чего состав электролита постепенно изменяется, а на электродах выделяются продукты электролиза. Ионные кристаллы в расплавленном состоянии также являются проводниками второго рода.
Все газы и пары в том числе, и пары кристаллов при низких напряженностях электрического поля не являются проводниками. Если напряженность поля превзойдет некоторое критическое значение, обеспечивающее начало ударной фотоионизации, то газ может стать проводником с электронной и ионной электропроводностью. Сильно ионизированный газ при равенстве числа электронов числу положительно заряженных ионов в единице объема представляет собой особую проводящую среду - плазма.