Радиоматериалы и радиокомпоненты: Рабочая программа, задание на контрольную работу

Министерство образования Российской Федерации Северо-Западный государственный заочный технический университет Кафедра конструирования и производства радиоэлектронной аппаратуры

РАДИОМАТЕРИАЛЫ И РАДИОКОМПОНЕНТЫ

Рабочая программа Задание на контрольную работу

Факультет радиоэлектроники Специальность: 200700 - радиотехника Направление: 552500 - радиотехника

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 2001

Утверждено редакционно-издательским советом университета УДК 621.3.002.396.6 Радиоматериалы и радиокомпоненты. Рабочая программа, задание на контрольную работу.- СПб., СЗТУ, 2001.- 25 с. Рассматриваются основные типы радиоматериалов и радиокомпонентов. Излагается физика процессов, определяющих диэлектрические, полупроводниковые, проводниковые и магнитные свойства радиоматериалов, а также взаимосвязь этих свойств с эксплуатационными характеристиками дискретных радиокомпонентов (электрических конденсаторов, резисторов, полупроводниковых диодов и др.) и их интегральных аналогов. Обсуждаются тенденции развития электронного материаловедения и элементной базы электронной техники. Приведена рабочая программа дисциплины, сформулировано задание на контрольную работу. Рабочая программа дисциплины разработана в соответствии с требованиями Государственных образовательных стандартов высшего профессионального образования по специальности 200700 “Радиотехника” и направлению 552500 “Радиотехника”. Рассмотрено на заседании кафедры конструирования и производства радиоэлектронной аппаратуры __ ___ 2000 г., одобрено методической комиссией факультета радиоэлектроники __ ___ 2000 г. Рецензенты: кафедра КиПРЭА (зав. каф. Воронцов В.Н., канд. техн. наук, доц.), Ротенберг Б.А., д-р техн. наук, нач. лаб. НИИ “Гириконд”. Составители: С.Д.Ханин, д-р физ.-мат. наук, проф., А.И.Адер, канд. техн. наук, доц., О.В.Денисова, канд. хим. наук, доц.

© Северо-Западный государственный заочный технический университет, 2001

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ВВЕДЕНИЕ Неотъемлемой

частью

подготовки

инженерных

кадров

для

современной радиоэлектроники является усвоение студентами достаточного объема теоретических знаний и практических навыков в области создания элементной

базы

радиоэлектронной

аппаратуры

(РЭА).

Успешная

деятельность специалистов в области конструирования и производства РЭА требует

наличия

у

них

четких

представлений

о

многообразии

радиотехнических материалов, их свойствах и путях реализации этих свойств в конкретных изделиях - активных и пассивных радиокомпонентах. “Радиоматериалы и радиокомпоненты” изучаются на втором курсе студентами очно-заочной и заочной форм обучения специальности 200700 и направления 552500 в течение третьего семестра. ЦЕЛИ ПРЕПОДАВАНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ Основными целями преподавания дисциплины являются: • ознакомление студентов с существующими типами радиоматериалов и радиокомпонентов; • изучение физических процессов, определяющих функциональные свойства радиоматериалов; • изучение влияния свойств радиоматериалов на эксплуатационные характеристики радиокомпонентов, изготовленных на их основе; • подготовка студентов к решению задач, связанных с поиском наиболее рациональных конструкторско-технологических решений при разработке и усовершенствовании РЭА.

ЗАДАЧИ ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ В результате изучения дисциплины студенты должны: • знать основные качественные и количественные характеристики радиоматериалов различных классов, обеспечивающие возможность их практического применения; • владеть современными представлениями о физических процессах, определяющих основные свойства радиоматериалов; • уметь использовать полученные знания о свойствах радиоматериалов в практической деятельности - при конструировании изделий электронной техники; • обладать знаниями об основных типах радиокомпонентов: их назначении,

конструкции,

основах

технологии

изготовления,

эксплуатационных характеристиках; •

приобрести

навыки

экспериментального

изучения

свойств

радиоматериалов и эксплуатационных параметров радиокомпонентов. СВЯЗЬ С ДРУГИМИ ДИСЦИПЛИНАМИ

Изучение данной дисциплины опирается на комплекс теоретических знаний и практических навыков, полученных при изучении таких дисциплин, как “Высшая математика”, “Физика”, “Химия” и является основой для изучения таких дисциплин, как "Электроника", "Микроэлектроника", “Радиотехнические цепи и сигналы”, “Аналоговые электронные устройства”, “Конструирование и технология РЭС”.

2. СТРУКТУРА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

Радиоматериалы и радиокомпоненты

Радиоматериалы

Радиокомпоненты

Полупроводниковые материалы

Электрические конденсаторы

Проводниковые материалы

Резисторы

Диэлектрические материалы

Катушки индуктивности, транформаторы

Материалы с магнитными свойствами

Полупроводниковые диоды и транзисторы

3. СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ Изучение дисциплины рассчитано на 100 часов учебных занятий, из которых 16 часов отводится на лекции, 8 часов - на выполнение лабораторных работ, 76 часов предназначены для самостоятельной работы. Промежуточный выполнения

контроль

студентами

знаний

контрольной

проводится

работы.

по

результатам

Изучение

дисциплины

заканчивается сдачей теоретического зачета.

ВВЕДЕНИЕ (2 часа)

Основные типы радиоматериалов: классификация по электрическим и магнитным свойствам. Пассивные и активные радиокомпоненты. Связь материаловедения радиоматериалов с фундаментальными дисциплинами.

Взаимосвязь функциональных свойств радиоматериалов и эксплуатационных характеристик радиокомпонентов на их основе. Создание радиоматериалов и радиокомпонентов с заданными свойствами. 3.1. РАДИОМАТЕРИАЛЫ 3.1.1. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ (12 часов) Качественные

особенности

полупроводникового

состояния.

Классификация полупроводниковых материалов по составу и структуре. Кристаллические и некристаллические, неорганические и органические полупроводники. Электронное строение твердых тел. Основы зонной теории. Зонная структура полупроводников. Собственные и примесные полупроводники. Электропроводность полупроводниковых материалов. Электронная и дырочная проводимость полупроводников. Генерация и рекомбинация носителей заряда. Зависимость концентрации и подвижности носителей заряда в полупроводниках от температуры. Температурная зависимость проводимости полупроводников. Механизм прыжковой электропроводности в полупроводниках. Процессы электропереноса в полупроводниках в сильных электрических полях. Диффузия носителей заряда в полупроводниках. Диффузионный ток. Неравновесные электронные процессы в полупроводниках. Оптические и фотоэлектрические свойства полупроводников. Инжекционные явления в полупроводниках. Поверхностные электронные состояния и их влияние на свойства полупроводниковых материалов. 3.1.2. ПРОВОДНИКОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ (12 часов) Качественные особенности металлического состояния. Металлическая химическая связь. Зонная структура металлов.

Классификация

проводниковых

материалов

по

структурно-

химическим особенностям и уровню проводимости. Металлические сплавы. Неметаллические проводниковые материалы. Температурная зависимость проводимости металлов и сплавов. Температурный коэффициент сопротивления проводниковых материалов. Влияние примесей и других дефектов структуры на проводимость металлов. Явление

сверхпроводимости.

Низко-

и

высокотемпературная

сверхпроводимость. Перспективы применения сверхпроводящих материалов в радиоэлектронике.

3.1.3. ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ (16 часов) Классификация

диэлектрических

материалов.

Диэлектрики

органические и неорганические, полярные и неполярные. Поляризация

диэлектриков

и

диэлектрическая

проницаемость.

Механизмы поляризации диэлектриков. Спонтанная (самопроизвольная) поляризация. Сегнето- и параэлектрики. Зависимость диэлектрической проницаемости от температуры и частоты переменного электрического поля. Электропроводность диэлектриков. Токи утечки. Диэлектрические потери. Явления электронного и ионного переноса в диэлектриках. Старение и пробой диэлектриков. Механизмы пробоя. Электрическая прочность диэлектриков. Электроизоляционные материалы и их применение в электронной технике. 3.1.4. РАДИОМАТЕРИАЛЫ С МАГНИТНЫМИ СВОЙСТВАМИ (8 часов) Классификация материалов по магнитным свойствам. Ферро- и ферримагнетики. Механизмы, отвечающие за магнитные свойства.

Магнитомягкие и магнитотвердые материалы. Элементы памяти с использованием магнитных свойств материалов. Ферриты и их применение в технике сверхвысоких частот.

3.2.РАДИОКОМПОНЕНТЫ 3.2.1. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ КОНДЕНСАТОРЫ (12 часов) Основные параметры конденсаторов. Классификация конденсаторов по типу рабочего диэлектрика. Конденсаторы с неорганическим, оксидным и органическим

диэлектриком.

Высокочастотные,

низкочастотные

и

полупроводниковые керамические конденсаторы. Воздушные конденсаторы постоянной и переменной емкости. Конструктивно-технологические конденсаторов.

Монолитные

электролитические

и

особенности

керамические

современных

конденсаторы.

оксидно-полупроводниковые

Оксидно-

конденсаторы.

Безвыводные конструкции конденсаторов (“чип”- конденсаторы). Влияние свойств материала диэлектрика и режима эксплуатации на электрические характеристики конденсаторов. Принципы обозначения (маркировки) отечественных и зарубежных конденсаторов. 3.2.2. РЕЗИСТОРЫ (8 часов)

Общие сведения. Типономиналы, основные характеристики и варианты классификации

резисторов.

Постоянные

и

переменные

резисторы

(потенциометры). Проволочные и непроволочные резисторы. Тонкослойные резисторы на основе пленок проводниковых и полупроводниковых материалов (металлопленочные и металлоокисные). Композиционные резисторы. (керметные резисторы).

Резисторы на основе микрокомпозиций

Полупроводниковые варисторы,

терморезисторы,

резисторы позисторы,

функционального критические

назначения:

терморезисторы,

фоторезисторы. Принципы обозначения (маркировки) отечественных и зарубежных резисторов. 3.2.3. ПАССИВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ ГИБРИДНЫХ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ (4 часа) Проводниковые, резистивные и диэлектрические пленки, получаемые по тонко- и толстопленочной технологии. Виды пассивных компонентов гибридных интегральных микросхем (ГИС), их конструктивные особенности и специфика монтажа. Основные характеристики пассивных компонентов гибридных интегральных микросхем. 3.2.4. КАТУШКИ ИНДУКТИВНОСТИ, ДРОССЕЛИ, ТРАНСФОРМАТОРЫ И ЛИНИИ ЗАДЕРЖКИ ( 8 часов) Основные свойства катушек индуктивности. Общая классификация. Катушки индуктивности с магнитным сердечником. Виды магнитных сердечников. Индуктивная связь между катушками. Дроссели высокой частоты. Типономиналы и основные эксплуатационные характеристики. Трансформаторы. Применение трансформаторов в РЭА и требования к ним. Принцип действия и схемы замещения. Основные расчетные соотношения и параметры трансформаторов питания. Особенности конструкций и анализ характеристик трансформаторов питания. Линии задержки. Принцип действия, применение в РЭА.

3.2.5. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ДИОДЫ И ТРАНЗИСТОРЫ (8 часов) Работа

выхода

электронов

из

металлов

и

полупроводников.

Термоэлектронная эмиссия. Контактная разность потенциалов. Контакт металл-полупроводник. Диод Шоттки. Варикап. Электронно-дырочный

(p-n)

переход.

Гомо-

и

гетеропереходы.

Выпрямляющее действие p-n перехода и диоды на его основе. Емкость p-n перехода в зависимости от приложенного внешнего напряжения. Туннельные

и

лавинно-пролетные

диоды.

Физические

основы

функционирования и свойства. Биполярные и полевые транзисторы. Структура и принцип действия биполярного транзистора. ЗАКЛЮЧЕНИЕ (2 часа)

Современные тенденции развития электронного материаловедения и совершенствования элементной базы электронной техники. Тематический план лекций для студентов очно-заочной формы обучения (16 часов) 1. Введение: классификация радиоматериалов по электрическим и магнитным свойствам. Взаимосвязь между свойствами радиоматералов и параметрами радиокомпонентов на их основе. Полупроводниковые материалы. Качественные особенности, электронное строение и свойства полупроводников . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 часа 2. Проводниковые материалы. Структура и электрические свойства металлов и сплавов. Сверхпроводящие материалы. Магнитные материалы, их свойства и применение . . . . . . . . . 4 часа 3. Диэлектрические материалы. Общие свойства, механизмы поляризации, диэлектрические потери, электрическая прочность. Сегнетоэлектрические материалы . . . . . . . . . . . . . . 4 часа

4. Электрические конденсаторы. Основные типы, назначение и эксплуатационные характеристики. Резисторы. Варианты классификации и основные параметры. Полупроводниковые диоды . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 часа

ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ (8 часов) (студенты выполняют работы по выбору преподавателя) 1. Электрические свойства проводниковых материалов . . . . . .. 4 часа 2. Электрические свойства диэлектриков . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 часа 3. Исследование электрических свойств сегнетоэлектриков . . . 4 часа 4. Исследование свойств ферромагнитных материалов . . . . . . 2 часа 5. Исследование магнитных свойств ферритов . . . . . . . . . . . . . 4 часа 6. Электрические свойства конденсаторов с оксидным диэлектриком . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 часа 7. Исследование свойств нелинейных полупроводниковых сопротивлений (варисторов) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 часа 4. ЛИТЕРАТУРА О с н о в н а я: 1. Материалы микроэлектронной техники: Учеб. пособие для вузов/ В.М.Андреев,

М.Н.Бронгулеева,

С.Д.Дацко,

Л.В.Яманова;

Под

ред.

В.М.Андреева.- М.: Радио и связь, 1989.- 352 с. 2. Дриц М.Е., Москалев М.А. Технология конструкционных материалов и материаловедение: Учеб. для вузов. - М.: Высш. школа, 1990. - 447 с. 3. Пасынков В.В., Сорокин В.С. Материалы электронной техники.- М.: Высш. школа, 1986.- 367 с.

4. С.Д. Ханин, А.И. Адер, В.Н. Воронцов, О.В. Денисова, В.Ю.Холкин. Пассивные радиокомпоненты. Часть 1. Электрические конденсаторы: Учеб. пособие. - СПб., СЗПИ, 1998.- 86 с. 5. С.Д. Ханин, А.И. Адер, В.Н. Воронцов, О.В. Денисова.. Пассивные радиокомпоненты. Электрические конденсаторы: Учеб. пособие.- 2-е изд., перераб. и доп.- СПб.: СЗПИ, 2000.- 160 с. 6. В.В.Пасынков, Л.К Чиркин, А.Д.Шинков. Полупроводниковые приборы: Учебник для студентов вузов. - М.: Радио и связь, 1989.-352 с. 7.

Радиоматериалы

и

радиокомпоненты.

Материаловедение

и

материалы электронных средств: Методические указания к выполнению лабораторных работ. - СПб: СЗПИ, 1999. - 37 с. 8.

Рычина

Т.А.,

Зеленский

А.В.

Устройства

функциональной

электроники и электрорадиоэлементы: Учебник для вузов. – М.: Радио и связь, 1989. – 352 с. Д о п о л н и т е л ь н а я: 8. Справочник по электротехническим материалам: в 3-х т./ Под ред. Корицкого Ю.В. - М.: Энергоатомиздат, 1988. 9. Антипов Б.Л., Сорокин В.С., Терехов В.А. Материалы электронной техники. Задачи и вопросы: Учеб. пособие для вузов.- М.: Высш. школа, 1990. - 208 с. 10.Тареев Б.М. Физика диэлектрических материалов: Учеб. пособие для вузов. - М.: Энергоиздат, 1982. - 320 с. 11.Зи С.М. Физика полупроводниковых приборов. - М.:Энергия, 1973. 656 с.

5. ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ к разделу 3.1.1: 1. Какой материал называют собственным полупроводником и каковы его основные свойства? 2. Какие примеси в полупроводниках называют донорными, а какие акцепторными? 3. Каковы соотношения концентраций электронов и дырок в собственном и примесном полупроводниках? 4.

Прокомментируйте

кривую

температурной

зависимости

концентрации носителей заряда в полупроводнике. 5. Каков физический смысл параметра “подвижность носителей заряда” в полупроводнике? 6. Какие механизмы рассеяния носителей заряда в полупроводниках вам известны? 7. Какие источники энергии могут использоваться для генерации носителей заряда в полупроводнике? 8. Какие свойства кремния сделали его основным материалом современной полупроводниковой микроэлектроники? 9. Какие полупроводниковые материалы наиболее перспективны ля создания гетеропереходов? 10. Какие полупроводниковые материалы используют для изготовления инжекционных лазеров и светодиодов? к разделу 3.1.2: 1. Как и почему удельное сопротивление металлов изменяется с изменением температуры? 2. Дайте определение температурного коэффициента удельного сопротивления. Является ли его значение константой для каждого конкретного металла? 3. Какие факторы влияют на удельное сопротивление металлов?

4. Сформулируйте, какие

проводниковые материалы

называют

сплавами? 5. С привлечением правила Матиссена поясните, почему удельное сопротивление металлических сплавов выше, чем удельное сопротивление металлов, образующих эти сплавы? 6. Почему и как удельное сопротивление тонких металлических пленок отличается от сопротивления соответствующих металлов в массивном состоянии? 7.

Поясните,

как

зависит

удельное

сопротивление

тонких

металлических пленок от их толщины. 8. Какое физическое явление называют сверхпроводимостью? Что такое высокотемпературная сверхпроводимость? 9. Какие теории сверхпроводимости вам известны? 10.Приведите

примеры,

иллюстрирующие

наличие

явления

сверхпроводимости в металлах. к разделу 3.1.3: 1. Какое физическое явление называют поляризацией диэлектрика? 2. Какие механизмы поляризации диэлектриков вам известны? 3. Что отличает механизмы упругой поляризации от механизмов поляризации релаксационной? 4. Каковы механизмы электропроводности твердых диэлектриков? 5. Что такое “диэлектрические потери”? Какими явлениями в диэлектрике они обусловлены? 6. Что понимают под “пробоем диэлектрика”? Какие механизмы пробоя твердых диэлектриков вам известны? 7.

Каковы

особенности

кристаллохимического

строения

сегнетоэлектриков? 8.

Какие

проницаемость

факторы и

сегнетоэлектриков?

наличие

обуславливают гистерезиса

высокую

диэлектрическую

поляризационной

кривой

у

9. Какие материалы используются в качестве диэлектрических оснований печатных плат? 10.Пригоден ли стеклотекстолит для использования в качестве материала печатной платы, работающей в СВЧ- диапазоне? к разделу 3.1.4: 1.

Какие

процессы

происходят

в

ферромагнетике

при

его

намагничивании внешним магнитным полем? 2. Что называют основной кривой намагничивания материала? 3. Как зависит статическая магнитная проницаемость ферромагнетика от напряженности внешнего магнитного поля? 4. Как влияет температура окружающей среды на индукцию насыщения ферромагнетика? 5. Каковы причины возникновения магнитных потерь при циклическом перемагничивании ферромагнетиков? 6. Какие свойства ферритов обеспечивают их успешное применение в СВЧ-технике? 7. Какова специфика требований, предъявляемых к ферритам, используемым в СВЧ- технике? к разделу 3.2: 1. Перечислите основные эксплуатационные параметры конденсаторов постоянной емкости. 2. Какие группы диэлектрических материалов, применяемых в конденсаторостроении, вам известны? 3.

В

конденсаторах

каких

типов

используют

неорганические

диэлектрики? Каковы основные области применения этих конденсаторов? 4. Какие параметры конструкции конденсатора определяют его емкость и тангенс угла диэлектрических потерь? 5. За счет чего обеспечиваются высокие удельные параметры конденсаторов с оксидным диэлектриком?

6. Каковы основные особенности конструкции и преимущества применения чип-конденсаторов? 7. Какие материалы и технологические приемы используют при изготовлении непроволочных резисторов? 8. Назовите основные эксплуатационные параметры постоянных резисторов. 9.Чем определяется нелинейность вольт-амперной характеристики варисторов? 10.Каковы

природа

позисторного

эффекта

и

отличительные

особенности позисторов по сравнению с традиционными терморезисторами? 11.Каковы

основные

методы

создания

p-n

-

переходов

в

полупроводниковом кристалле? 12.Какой

параметр

полупроводникового

материала

является

определяющим для рабочей длины волны формируемого фоторезистора? 13.Какова природа вентильного эффекта в полупроводниковых диодах с p-n - переходом и с контактом “металл-полупроводник”? 14.Что определяет зависимость емкости полупроводникового диода от напряжения обратного смещения? 15.Какие

приборы,

использующие

свойства

полупроводниковых

гетеропереходов, вам известны? 16.Каковы конструктивные особенности пассивных элементов ГИС? 17.Перечислите основные технологические приемы, используемые при изготовлении пассивных элементов ГИС.

6. ЗАДАНИЕ НА КОНТРОЛЬНУЮ РАБОТУ Контрольная работа состоит из пяти задач, условия которых приведены ниже.

Конкретный вариант задания выбирается студентом по двум

последним цифрам шифра. ЗАДАЧА 1 Для плоского конденсатора с зарядом Q, имеющего металлические обкладки площадью S, расположенные на расстоянии d друг от друга и разделенные слоем материала с диэлектрической проницаемостью ε, определить: • • • • • •

емкость; удельную емкость; разность потенциалов между обкладками; напряженность электрического поля в диэлектрике; энергию, запасенную в конденсаторе; плотность запасенной в конденсаторе энергии.

У к а за н и я: 1. Исходные данные для конкретных вариантов задачи 1 приведены в табл.1 и 2. Диэлектрическая Последняя Материал проницаемость цифра шифра диэлектрика 1 Политетрафторэтилен 2 2 Окись алюминия 10 3 Керамика на основе 40 титаната циркония 4 Поликарбонат 3 5 Пятиокись ниобия 41 6 Керамика на основе 9000 титаната бария 7 Ультрафарфор 8,2 8 Керамика на основе 30000 ниобата свинца 9 Слюда 7 0 Пятиокись тантала 27

Таблица 1 Толщина диэлектрика, мкм 1000 0,2 100 10 0,05 10 6 3 1000 0,01

2. Удельную емкость конденсатора и плотность запасенной в конденсаторе энергии определять в расчете на единицу активного объема диэлектрика. 3. При решении задачи целесообразно пользоваться [1] - гл.15, [9] - гл.3 (разделы 3.8 и 3.9), [4] - гл.1 и [5] - гл.1 Таблица 2 Предпоследняя цифра шифра 1и2 Площадь электродов,м2 1,0⋅10-2 Материал диэлектрика Политетрафторэтилен

3и4

5и6

7и8

2,5⋅10-5

1,0⋅10-6

4,0⋅10-8

9и0 1,0⋅10-10

Заряд конденсатора, Кл 1,8⋅10-8 4,4⋅10-11

1,7⋅10-12

7,0⋅10-14

1,8⋅10-16

Окись алюминия

4,4⋅10-4

1,1⋅10-6

4,4⋅10-8

1,8⋅10-9

4,4⋅10-12

Керамика на основе титаната циркония Поликарбонат

3,5⋅10-6

8,8⋅10-9

3,5⋅10-10

1,4⋅10-11

3,5⋅10-14

2,6⋅10-6

6,6⋅10-9

2,6⋅10-10

1,1⋅10-11

2,6⋅10-14

Пятиокись ниобия

7,3⋅10-3

1,8⋅10-5

7,3⋅10-7

2,9⋅10-8

7,3⋅10-11

Керамика на основе титаната бария Ультрафарфор

8,0⋅10-3

2,0⋅10-5

8,0⋅10-7

3,2⋅10-8

8,0⋅10-11

1,2⋅10-5

3,0⋅10-8

1,2⋅10-9

4,8⋅10-11

1,2⋅10-13

Керамика на основе ниобата свинца Слюда

8,9⋅10-2

2,2⋅10-4

8,9⋅10-6

3,5⋅10-7

8,9⋅10-10

6,2⋅10-8

1,6⋅10-10

6,2⋅10-12

2,5⋅10-13

6,2⋅10-16

Пятиокись тантала

2,4⋅10-2

6,0⋅10-5

2,4⋅10-6

9,6⋅10-8

2,4⋅10-10

ЗАДАЧА 2 Для печатной платы, фрагмент топологии которой приведен на рис.1, определить: • сопротивление изоляции между проводниками 1 и 2; • максимальные величины токов, которые могут быть пропущены по каждому из проводников, если толщина проводников δ, а допустимая плотность тока на прямолинейных участках проводников jдоп;

• падение

напряжения ∆U и выделяющуюся мощность P на участке

проводника 2 длиной

при прохождении по нему максимального по

величине допустимого тока.

1

2

a

Рис.1. Фрагмент топологии печатной платы к задаче 2. У к а з а н и я: 1. Исходные данные для конкретных вариантов задачи 2 приведены в табл.3 и 4. 2. При решении задачи целесообразно пользоваться [3], [7] и [9].

Таблица 3 Предпоследняя цифра шифра 1,2,3,4,5 Материал основания

6,7,8,9,0

печатной платы Удельное поверхностное сопротивление, ρs, Ом

гетинакс

стеклотекстолит

108

109

Таблица 4 Последняя цифра шифра 1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

Материал проводников

Cu Cu Cu Cu Cu

Al

Cu

Al

Cu

Al

Толщина проводников, δ, мкм Линейные размеры проводников, мм: a

10

30

30

40

30

50

20

30

40

50

1,0 1,5 2,0 1,0 1,5 2,0 1,0 1,5 2,0 1,0

b

2,0 2,5 3,0 2,0 2,5 3,0 2,0 2,5 3,0 2,0

c

2,0 1,0 2,0 1,0 2,0 1,0 2,0 1,0 2,0 1,0

Допустимая плотность тока, jдоп, А/мм2

10 20

15 20

20 20

10 20

15 20

20 15

10 20

15 15

20 20

10 15

ЗАДАЧА 3 Собственная концентрация носителей заряда в полупроводнике при комнатной

температуре

равна

n i;

подвижность

электронов

-

µn;

подвижность дырок - µp. Определить: • отношение полного тока, протекающего через полупроводник, к току, обусловленному электронной составляющей, а также к току, обусловленному

дырочной

составляющей,

в

собственном

полупроводнике; • концентрацию электронов и дырок в примесном полупроводнике nили p-типа с удельным сопротивлением ρ;

• отношение полного тока, протекающего через полупроводник, к току, обусловленному электронной составляющей, а также к току, обусловленному

дырочной

составляющей,

в

примесном

полупроводнике n- или p-типа с удельным сопротивлением ρ. У к а з а н и я: 1. Исходные данные для конкретных вариантов задачи 3 приведены в табл.5 и 6. 2. При решении задачи целесообразно пользоваться [1] - гл.4 (разделы 4.1 и 4.2) и [8] - гл.3.

Полупроводниковый материал µn, м2/(В.с) µp, м2/(В.с) ni, м-3

1и9 n-Si

Таблица 5 Предпоследняя цифра шифра 2и8 3и7 4и6 5 0 p-Si n-Ge p-Ge n-GaAs p-GaAs

0,14 0,05 1,0.1016

0,39 0,19 2,5.1019

0,95 0,045 6,6.1012 Таблица 6

n-Si Последняя цифра шифра 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0

5,0.10-1 1,0.10-1 4,5.10-2 6,0.10-3 9,0.10-4 3,5.10-4 2,0.10-4 6,0.10-5 8,0.10-6 3,0.10-6

Полупроводниковый материал p-Si n-Ge p-Ge n-GaAs Удельное сопротивление ρ, Ом.м 1,0.100 3,0.10-1 1,5.10-1 2,0.10-2 3,0.10-3 1,0.10-3 6,0.10-4 1,0.10-4 2,0.10-5 1,0.10-6

1,0.10-1 2,0.10-2 1,5.10-2 2,0.10-3 4,0.10-4 1,0.10-4 7,0.10-5 2,0.10-5 3,0.10-6 7,0.10-7

3,0.10-1 7,0.10-2 4,0.10-2 4,0.10-3 6,0.10-4 2,0.10-4 1,0.10-4 3,0.10-5 5,0.10-6 1,0.10-6

1,0.10-1 2,0.10-2 1,0.10-2 3,0.10-3 4,0.10-5 2,0.10-5 4,0.10-6 2,0.10-6 1,0.10-6 9,0.10-7

p-GaAs 1,0.100 5,0.10-1 2,5.10-1 2,0.10-2 6,0.10-4 3,0.10-4 8,0.10-5 4,0.10-5 2,0.10-5 4,0.10-6

ЗАДАЧА 4 В полупроводниковом кристалле с собственной концентрацией носителей заряда ni, подвижностью электронов µn и подвижностью дырок µp

сформирован p-n переход. При этом удельная электропроводность p-области составила γ1, а удельная электропроводность n-области - γ2. Определить: • контактную разность потенциалов в p-n переходе при температуре Т= 300 К; • плотность обратного тока насыщения в сформированной диодной структуре, если диффузионная длина электронов равна Ln, а диффузионная длина дырок - Lp. • отношение дырочной составляющей обратного тока насыщения к электронной; • значение прямого напряжения, при котором плотность тока через p-n переход достигает значения j. У к а за н и я: 1. Исходные данные для конкретных вариантов задачи 4 приведены в табл.7 и 8. 2. При решении задачи целесообразно пользоваться [6] - Введение (раздел В.1), гл.1 (раздел 1.3), 3. Плотность обратного тока насыщения определять из формулы для плотности тока насыщения в диоде с толстой базой. 4. Коэффициенты диффузии D для электронов и дырок следует находить из соотношения Эйнштейна: D/µ = kT/e, где µ - подвижность носителей заряда; k - постоянная Больцмана; Т - температура, К; е - заряд электрона. 5. Напряжение, при котором плотность прямого тока через p-n переход достигает заданного значения, определять с использованием уравнения вольт-амперной характеристики диода в области малых токов.

Таблица 7 Предпоследняя цифра шифра 1, 2 и 3

4, 5 и 6

7и8

9и0

Si

Ge

GaAs

InSb

µn, м2/(В.с)

0,14

0,39

0,95

7,8

µp, м2/(В.с)

0,05

0,19

0,045

0,075

Материал p-n перехода Параметры материала

ni, м-3

1,0.1016

2,5.1019

6,6.1012

2,0.1022

Ln, м

5,0.10-4

1,0.10-3

8,0.10-3

1,0.10-2

Lp, м

4,0.10-3

9,0.10-4

3,6.10-3

5,0.10-3

Таблица 8 Последняя цифра шифра

γ1, Ом-1 см-1

γ2, Ом-1 см-1

j, A/м2

1

1,0.100

1,0.102

1.103

2

2,0.101

1,0.103

5.103

3

4,8.101

2,0.103

1.104

4

1,0.102

1,0.104

3.104

5

3,0.103

6,0.105

7.103

6

5,0.104

3,0.101

4.104

7

3,0.105

7,0.102

6.104

8

2,0.102

5,0.100

3.103

9

2,0.103

4,0.106

1.105

0

8,0.105

1,0.105

9.104

ЗАДАЧА 5 Определить максимальное напряжение, которое можно приложить при температурах Т1 и Т2 к миниатюрному резистору сопротивлением Rном ± ∆R, работающему на частоте f = 50 Гц, если допустимая мощность рассеяния

резистора равна Р, температурный коэффициент сопротивления резистора

αR,

а постоянное предельное напряжение, выше которого происходит

поверхностный пробой, равно Uпр. У к а за н и я: 1. Исходные данные для конкретных вариантов задачи 5 приведены в табл.9 и 10. 2. При решении задачи целесообразно пользоваться [1] и [9]. Таблица 9 Предпоследняя цифра шифра 1и2

3и4

5и6

7и8

9и0

Т1, °С

20

20

20

20

20

Т2, °С

120

100

85

150

160

Таблица 10 αR, 10-6/ oC

Uпр, В

±5

+200

50

120

±10

+200

100

3

2 . 103

±20

+50

50

4

5,1.103

±5

-100

100

5

1,8.104

±10

-500

50

6

3,0.105

±20

-500

100

7

7,2.105

±10

-1500

50

8

1,0.106

±20

-1500

100

9

2,0.106

±10

-2000

50

0

4,8.106

±20

-2000

Последняя цифра шифра 1

Rном, Ом 100

2

∆R,

%

ЛР № 020308 от 14.02.97 Редактор М.Ю.Комарова Подписано в печать . .01. Формат 60х84 1/16. Б. кн.-журн. П.л. 1,75 Б.л. 0,875 РТП РИО СЗТУ Тираж . Заказ . __________________________________________________________________ Редакционно-издательский отдел Северо-Западный государственный заочный технический университет 191186, Санкт-Петербург, ул.Миллионная, д.5