Реферат: Полупроводниковые материалы в металлургии - текст реферата. Скачать бесплатно.
Банк рефератов, курсовых и дипломных работ. Много и бесплатно. # | Правила оформления работ | Добавить в избранное
 
 
   
Меню Меню Меню Меню Меню
   
Napishem.com Napishem.com Napishem.com

Реферат

Полупроводниковые материалы в металлургии

Банк рефератов / Металлургия

Рубрики  Рубрики реферат банка

закрыть
Категория: Реферат
Язык реферата: Русский
Дата добавления:   
 
Скачать
Архив Zip, 30 kb, скачать бесплатно
Заказать
Узнать стоимость написания уникального реферата

Узнайте стоимость написания уникальной работы

1 15 Министерство Образования и Науки Украины Национальная Металлургическая Академия Украины Технологический факультет Реферат на тему: Ѕ Полупроводниковые материалы Ѕ Подготовила ст.гр.МТ -97-2 Черных Е.С. Проверила профессор Губенко С.И. г.Днепропетровск 2001г. Содержание: 1.Общие сведения 3 2.Металлургия германия и кремния 7 3.Применение полупроводников 3.1.Тепловые сопротивления (термисторы) 9 3.2.Фотосопротивления 11 3.3.Термоэлементы 12 3.4.Холодильники и нагреватели 12 Литература 15 1.Общие сведения Полупроводниками называют вещества, обладающие электронной про в о димостью, занимающей промежуточное положение между металлами и изол я тор ами. От металлов они отличаются тем, что носители электрического тока в них с оздаются тепловым движением, светом, потоком электронов и т.п. источнико м энергии. Без теплового движения (вблизи абсолютного нуля) полупроводни ки являются изоляторами. С повышением температуры электропроводность пол у проводников возра с тает и при расплавлении носит металлический х арактер. Полупроводники – это новые материалы, с помощью которых на прот я жении последних десятилетий удаётся разр ешать ряд чрезвычайно важных электротехнических задач. В настоящее вре мя насчитывается свыше двадцати различных областей, в которых с помощью полупроводников разрешаются важнейшие вопросы эксплуатации машин и ме ханизмов, контроля производс т венных процессов, получения электрической энергии, усиления высокочасто т ных колебаний и генерирования радиоволн, с оздания с помощью электрическ о го т о ка тепла или холода, и для осуществлен ия многих других процессов. К полупроводниковым материалам относится большинство минералов, неме таллические элементы IV, V, VI групп периодической системы Менделе е ва, неорганические соединения (оксиды, сульфи ды), некоторые сплавы мета л лов, органич еские красители. Широко применяемыми полупроводниковыми материалами я вляются элементы IV группы периодической системы Менделе е ва – германий и кремний. Это вещества, кристал лизирующиеся в решётке типа алмаза. Такая решётка представляет собой те траэдр, по вершинам которого расположены четыре атома, окружающие атом, находящийся в центре тетраэ д ра. Здесь каждый атом связан с четырьмя ближайшими соседями силами ков а лентной связи, так как каждый из них имеет четы ре внешних валентных эле к трона. При температурах около абсолютного нуля в идеальном кристалле кре м ния или германия все ковалентные связи зап олнены, а все электроны связаны с атомами и не могут участвовать в процес се электропроводности. Чтобы эле к тро н мог проводить электрический ток, нужно затратить некоторую работу для его освобождения из к о валентной связ и. Это происходит при освещении кристалла. Свет, как известно, представл я ет собой поток частиц – фотонов, или к вантов света. Если энергия фотона больше или равна энергии разрыва связи , то электрон может стать свободным и сможет принимать участие в процесс е электропроводности. Здесь происходит переход электронов из наружной заполненной зоны в зону проводимости. При этом вместо ушедшего электрон а в кристалле появляется незаполненная связь, которая может быть занята электроном из другой какой-нибудь связи. Одн о временно в ранее заполненной зоне образуется дырка. Таким обра зом, незапо л ненная связь или дырка мож ет перемещаться по кристаллу. Эта незаполненная связь эквивалентна пол ожительной частице, двигающейся по кристаллу под действием внешнего эл ектрического поля. В действительности дырки не пре д ставляют собой положительно заряженных частиц. Очевидно, что в идеальном кристалле количество дырок будет равно количеству своб одных эле к тронов. С прекращением освещения электропроводность кристалла начнёт умен ь шаться, так как электроны, которые осв ободились под действием света, будут размещаться в связях, т.е. произойдё т рекомбинация электронов и дырок. Этот процесс заканчивается в течение тысячных долей секунды или меньше и кр и сталл снова перестаёт проводить электрический ток. Явление, при к отором во з никает электрический ток п од действием света в кристалле, помещённом во внешнее электрическое пол е, называется фотопроводимостью. Наименьшая энергия, которая необходима для перевода электрона из з а полненной зоны в зону проводимости, опре деляет собой величину энергетич е ског о интервала между этими двумя или ширину запретной зоны. Для разрыва валентных связей при очень низких температурах необходима энергия, равная 1.2 эв (~0.1922 адж) для кремния и 0.75 эв (~0.1201 адж) для германия. В светово м луче энергия фотонов значительно выше: так, для жёлт о го света она составляет 2 эв (0.3204 адж). Освобождение электронов может произойти и другим путём, например при на гревании кристалла, когда энергия колебания атомов в кристаллической р ешётке может увеличиться настолько, что связи разрушатся и электроны см о гут освободиться. Этот процесс также протекает с образованием дырок. В идеальных кристаллах, где количества электронов и дырок равны, пр о водимость называется собственной. Так как удельное сопротивление идеальных кристаллов полупроводников зависит только от температуры, то величина его может служить характеристикой да нного полупроводника. Сопротивление ид е альных кристаллов называют собственным сопротивлением полупров одника, например, для кремния при 300°К собственное удельное сопротивлени е равно 63600 ом·см (636 ом·м), а для германия при той же температуре 47 ом·см (0.470 ом· м). Идеальные кристаллы, не содержащие никаких примесей, встречаются очень редко. Примеси в кристаллах полупроводников могут увеличивать кол и чество электронов или дырок. Было установл ено, что введение одного атома сурьмы в кубический сантиметр германия ил и кремния приводит к появлению одного электрона, а одного атома бора – к появлению одной дырки. Появление электронной или дырочной проводимости при введении в ид е альный кристалл различных примесей проис ходит следующим образом. Пре д положим, что в кристалле кремния один из атомов замещен атомом сурьмы. Сурьма на в нешней электронной оболочке имеет пять электронов (V группа п е риодической системы). Четыре электрона образу ют парные электронные связи с четырьмя ближайшими соседними атомами кр емния. Оставшийся пятый электрон будет двигаться около атома сурьмы по о рбите, подобной орбите электрона в атоме водорода, но сила его электриче ского притяжения к ядру уменьшится соответственно диэлектрической про ницаемости кремния. Поэт о му, чтобы осв ободить пятый электрон, нужна незначительная энергия, равная примерно 0,05 эв (~ 0,008 адж). Слабо связанный электрон легко может быть оторван от атома сур ьмы под действием тепловых колебаний решётки при ни з ких температурах. Такая низкая энергия ионизации примесн ого атома означает, что при температурах около – 100°с, все атомы примесей в германии и кремнии уже ионизированы, а освободившиеся электроны участ вуют в процессе эле к тропроводности. В этом случае основными носителями заряда будут электр о ны, т.е. здесь имеет место электронная проводим ость или проводимость n-типа (n - первая буква слова negative). После того как «лишний», пятый, электрон удалён, атом сурьмы станови т ся положительно заряженным ионом, имеющим четыре валентных электрона, как и все атомы кремния, т.е. ион сурьмы станов ится заместителем кремния в кристаллической решётке. Примеси, обусловливающие возникновение электронной проводимости в кри сталлах, называются донорами. В кремнии и германии ими являются эл е менты V группы таблицы Менделеева – сурьм а, фосфор, мышьяк и висмут. Трёхвалентный атом примеси бора в решётке крем ния ведёт себя по-иному. На внешней оболочке атома бора имеются только тр и валентных электрона. Зн а чит, не хвата ет одного электрона, чтобы заполнить четыре валентные связи с четырьмя б лижайшими соседями. Свободная связь может быть заполнена эле к троном, перешедшим из какой-либо другой связи, эта связь заполнится эле к тронами сле дующей связи и т.д. Положительная дырка (незаполненная связь) может перем ещаться по кристаллу от одного атома к другому (при движении электрона в противоположном направлении). Когда электрон заполнит недо с тающую валентную связь, примесный атом бора с танет отрицательно заряже н ным ионом, заменяющим атом кремния в кристаллической решётке. Дырка б у дет слабо связана с атомом бора силами электр остатического притяжения и б у дет дви гаться около него по орбите, подобной орбите электрона в атоме вод о рода. Энергия ионизации, т.е. энергия, необхо димая для отрыва дырки от отр и цательн ого иона бора, будет примерно равна 0,05 эв. Поэтому при комнатной температу ре все трёхвалентные примесные атомы ионизированы, а дырки пр и нимают участие в процессе электропроводност и. Если в кристалле кремния имеется примесь трёхвалентных атомов (III групп а периодической системы), то проводимость осуществляется в основном дыр ками. Такая проводимость носит название дырочной или проводимости р (р - п ервая буква слова positive). Пр и меси, вызываю щие дырочную проводимость, называются акцепторами. К а к цепторам в германии и кремнии относятся элеме нты третьей группы период и ческой сис темы: галлий, таллий, бор, алюминий. Количество носителей тока, возникающих при введении примеси каждого ви да в отдельности, зависит от концентрации примеси и энергии её ионизации в данном полупроводнике. Однако большинство практически используемых примесей при комнатной температуре полностью ионизировано, поэтому ко н центрация носителей, создаваемая при этих условиях примесями, определяется только их концентрацией и для мно гих из них равна числу введенных в пол у проводник атомов примеси. Каждый атом донорной примеси вносит один электрон проводимости, сл е довательно, чем больше донорных атомов в каждом кубическом сантиметре полупроводника, тем больше концентрация их превышает концентрацию д ы рок, и про водимость носит электронный характер. Обратное положение имеет место п ри введении акцепторных примесей. При равной концентрации донорной и акцепторной примесей в кристалле пр оводимость будет обеспечиваться, как и в собственном полупроводнике, эл ектронами и дырками за счёт разрыва валентных связей. Такой полупрово д ник называется компенсированным. Количество электричества, переносимого дырками или электронами, опр е деляется не только концентрацией нос ителей, но и подвижностью электронов и дырок. Важнейшей характеристикой, определяющей качество германия и кремния в технике полупроводниковых приборов, является величина ф, называемая вр е менем жизни неосновных носителей тока. В большинстве случаев ф желательно иметь максимальным. Для использования германия и кремния в полупроводниковых приборах (нап ример, солнечных батареях, преобразующих световую энергию в электр и ческую) и инфракрасной оптике важно знат ь коэффициент преломления, отр а жател ьную способность и пропускание света в широком диапазоне длин волн. Наряду с элементарными полупроводниками в полупроводниковой техн и ке находят широкое применение полупрово дниковые соединения, получаемые путём сплавления или химической обраб отки чистых элементов. Таковы закись меди (Cu2O), из которой изготавливают по лупроводниковые выпрямители ра з нооб разных типов, сурьмянистый цинк (SbZn), используемый для изготовления полуп роводниковых термобатарей, теллуристый свинец (PbTe), нашедший применение д ля изготовления фотоэлектрических приборов и для отрицател ь ной ветви термоэлементов и многие другие. Особый интерес представляют соединения типа АIIIВV. Получают их п у тём синтеза элементов III и V групп периодическо й системы элементов Менд е леева. Из сое динений этого типа наиболее интересными полупроводниковыми свойствам и обладают A1P, A1As, A1Sb, GaP, GaAs, GaSb, InP, InAs, InSb. По ряду свойств эти соединения близки к полупр оводниковым элементам IV гру п пы герман ию и кремнию. Подвижность носителей тока в них достигает бол ь ших значений; ширина запрещённой зоны у некот орых из этих соединений также велика; примеси, вводимые в них, изменяют ме ханизм электропроводн о сти; так, некот орые атомы II группы ведут себя как акцепторы, а ряд атомов VI группы – как д оноры. Полупроводниковая техника требует применения особо чистых матери а лов. Примеси, как было уже отмечено, изменя ют свойства полупроводников. Поэтому в зависимости от назначения матер иалов количество примесей в них ограничивают. Легирующие добавки, вводи мые в полупроводники для прид а ния им о пределённых свойств, также должны быть чисты от примесей. В современной технике пользуются рядом способов получения материалов высокой чистоты. Таковы йодидный метод, применяемый для очистки некот о рых металлов, и метод зонной плавки; об а они описаны в разделе производства титана. Кроме этих методов, для очис тки полупроводниковых материалов пр и меняют некоторые виды их переплавки. Простейшей является открытая переплавка в тигле, устанавливаемом в эле ктрической печи. Во время переплавки порошкообразного материала из н е го удаляются влага, газы и окислы (посл едние всплывают вверх). Некоторые окислы затвердевают на поверхности ра сплава, который можно слить, проб и вани ем отверстия в корке окислов. Более полной является очистка, производимая при переплавке в вакууме. Ма териал, подлежащий очистке, загружают в кварцевую ампулу, которую п о мещают в электрическую печь. Открытый коне ц ампулы соединяют с вакуу м ной устано вкой и откачивают выделяющиеся во время расплавления материала газы и л етучие соединения. Откачка длится от нескольких минут до нескольких час ов в зависимости от времени плавки. Высокую степень чистоты полупроводниковых материалов получают во з гонкой или сублимацией. Этот метод основ ан на способности некоторых твё р дых в еществ переходить в парообразное состояние, минуя жидкую фазу, а з а тем в обратном порядке переходить из пароо бразного в твёрдое состояние, о б разуя твёрдый продукт – сублимат. Такими свойствами обладают некоторые полу проводники. Возможность возгонки определяется упругостью паров пр и месей или чистого вещества при данной те мпературе. Полупроводниковые м а териа лы обладают довольно высокой упругостью паров, что даёт возможность про изводить возгонку при относительно низких температурах и небольшом в а кууме. Сублимат осаждается на стенках вертикально установленного конденс а тора, причём наиболее летучие примеси оседают в верхней зоне, наименее л е тучие – внизу, а труднолетучие остаю тся в остатке. В результате повторной возгонки получают более чистый про дукт. Различные методы очистки полупроводников дают возможность получать пр одукт требуемой чистоты. Так, например, зонной плавкой загрязнённого ге рмания удаётся снизить число атомов примеси в нём до одного на 10 атомов г ермания. 2.Металлургия германия и кр емния Германий п ринадлежит к редким рассеянным в природе элементам. Зап а сы его в земной коре составляют 7·10 %. Атомный ве с германия 72,6, темпер а тура плавления 958,5° С. производят его из отходов цинкового производства, пыли, получаемой пр и сжигании углей, германиевых концентратов, извлека е мых из медно-свинцово-цинковых сульфидных руд и содержащ ей германий пыли, улавливаемой при медной плавке. Технология получения г ермания ос у ществляется путём превращ ения двуокиси в тетрахлорид германия, очистки п о следнего и превращения тетрахлорида в двуокись с последующи м восстановл е нием двуокиси. Эти проце ссы можно представить уравнениями реакций: GeO 2 +4HCl
1Архитектура и строительство
2Астрономия, авиация, космонавтика
 
3Безопасность жизнедеятельности
4Биология
 
5Военная кафедра, гражданская оборона
 
6География, экономическая география
7Геология и геодезия
8Государственное регулирование и налоги
 
9Естествознание
 
10Журналистика
 
11Законодательство и право
12Адвокатура
13Административное право
14Арбитражное процессуальное право
15Банковское право
16Государство и право
17Гражданское право и процесс
18Жилищное право
19Законодательство зарубежных стран
20Земельное право
21Конституционное право
22Конституционное право зарубежных стран
23Международное право
24Муниципальное право
25Налоговое право
26Римское право
27Семейное право
28Таможенное право
29Трудовое право
30Уголовное право и процесс
31Финансовое право
32Хозяйственное право
33Экологическое право
34Юриспруденция
 
35Иностранные языки
36Информатика, информационные технологии
37Базы данных
38Компьютерные сети
39Программирование
40Искусство и культура
41Краеведение
42Культурология
43Музыка
44История
45Биографии
46Историческая личность
47Литература
 
48Маркетинг и реклама
49Математика
50Медицина и здоровье
51Менеджмент
52Антикризисное управление
53Делопроизводство и документооборот
54Логистика
 
55Педагогика
56Политология
57Правоохранительные органы
58Криминалистика и криминология
59Прочее
60Психология
61Юридическая психология
 
62Радиоэлектроника
63Религия
 
64Сельское хозяйство и землепользование
65Социология
66Страхование
 
67Технологии
68Материаловедение
69Машиностроение
70Металлургия
71Транспорт
72Туризм
 
73Физика
74Физкультура и спорт
75Философия
 
76Химия
 
77Экология, охрана природы
78Экономика и финансы
79Анализ хозяйственной деятельности
80Банковское дело и кредитование
81Биржевое дело
82Бухгалтерский учет и аудит
83История экономических учений
84Международные отношения
85Предпринимательство, бизнес, микроэкономика
86Финансы
87Ценные бумаги и фондовый рынок
88Экономика предприятия
89Экономико-математическое моделирование
90Экономическая теория

 Анекдоты - это почти как рефераты, только короткие и смешные Следующий
У Сальвадора Дали стакан всегда наполовину слон.
Anekdot.ru

Узнайте стоимость курсовой, диплома, реферата на заказ.

Обратите внимание, реферат по металлургии "Полупроводниковые материалы в металлургии", также как и все другие рефераты, курсовые, дипломные и другие работы вы можете скачать бесплатно.

Смотрите также:


Банк рефератов - РефератБанк.ру
© РефератБанк, 2002 - 2016
Рейтинг@Mail.ru