Читать онлайн «Материалы электронных средств. Учебное пособие»

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ, МЕХАНИКИ И ОПТИКИ Гатчин Ю. А. , Ткалич В. Л. , Камаев П. А. , Симаков Д. Д. , Хмелёв Е. Д. Материалы электронных средств Учебное пособие Санкт-Петербург 2010 УДК 621. 3:[621. 315. 5+621. 315. 6]+538. 9 Гатчин Ю. А. , Ткалич В. Л. , Камаев П. А. , Симаков Д. Д. , Хмелёв Е. Д. «Материалы электронных средств». Учебное пособие. СПб: СПбГУ ИТМО, 2010. 112 с. В учебном пособии рассмотрены элементы кристаллофизики, а также основные виды проводниковых, полупроводниковых и диэлектрических материалов электронных средств. Предназначено для студентов и магистров факультетов КТиУ и ТМиТ, изучающих дисциплины «Физические основы микроэлектроники», «Ма- териаловедение и материалы электронных средств»: направления 210202 — «Проектирование и технология электронно-вычислительных средств» для специалистов и 210200. 05 — «Информационные технологии проектирования электронных средств» для магистров техники и техно- логии, а также 200100 и 200101 — «Приборостроение» для бакалавров и дипломированных специалистов. Рекомендовано Учебно-методическим объединением вузов Россий- ской Федерации по образованию в области приборостроения и оптотех- ники для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направ- лению подготовки 200100 — Приборостроение и специальности 200101 — Приборостроение (решение УМО по образованию в области приборо- строения и оптотехники от 29. 04. 10, протокол № 3). Печатается по решению Совета факультета КТиУ СПбГУ ИТМО от 13. 04. 10 (протокол № 9) и решению Совета факультета ТМиТ СПбГУ ИТМО от 13. 04. 10 (протокол № 7). В 2009 году Университет стал победителем многоэтапного конкурса, в результате которого определены 12 ведущих университетов России, ко- торым присвоена категория «Национальный исследовательский универ- ситет». Министерством образования и науки Российской Федерации бы- ла утверждена Программа развития государственного образовательно- го учреждения высшего профессионального образования «Санкт-Петер- бургский государственный университет информационных технологий, механики и оптики» на 2009–2018 годы. ○ c Санкт-Петербургский государственный университет информационных технологий, механики и оптики, 2010 ○ c Гатчин Ю. А. , Ткалич В. Л. , Камаев П. А. , Симаков Д. Д. , Хмелёв Е. Д. , 2010 Оглавление Введение 5 1 Элементы кристаллофизики 7 1. 1 Химическая связь в кристаллах . . . . . . . . . . . . . . 7 1. 2 Геометрия кристаллической решетки . . . . . . . . . . . 11 1. 3 Дефекты структуры кристаллов . . . . . . . . . . . . . . 17 1. 4 Аморфные твердые тела . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 2 Проводниковые материалы 28 2. 1 Общие сведения о проводниках . . . . . . . . . . . . . . 28 2. 2 Медь . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 2. 3 Алюминий . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 2. 4 Никель . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 2. 5 Хром . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 2. 6 Золото . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 2. 7 Серебро . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 2. 8 Платина . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 2. 9 Палладий . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 2. 10 Сравнение проводников . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 3 Полупроводниковые материалы 37 3. 1 Основные понятия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 3. 2 Простые полупроводники . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 3. 2. 1 Кремний . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 3. 2. 2 Германий . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 3. 3 Двойные полупроводниковые фазы . . . . . . . . . . . . 46 3. 3. 1 Соединения типа AIII BV . . . . . . . . . . . . . . . 46 3. 3. 2 Полупроводниковые сверхрешетки . . . . . . . . 48 3. 3. 3 Соединения типа AII BVI . . . . . . . . . . . . . . . 50 3 ОГЛАВЛЕНИЕ 3. 3. 4 Соединения типа AIV BVI . . . . . . . . . . . . . . . 51 3. 3. 5 Карбид кремния . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 3. 4 Очистка и получение монокристаллов . . . . . . . . . . 52 3. 5 Легирование полупроводников . . . . . . . . . . . . . . . 54 3. 6 Методы получения тонких пленок . . . . . . . . . . . . 57 4 Диэлектрические материалы 62 4. 1 Основные понятия о диэлектриках . . . . . . . . . . . . 62 4. 1. 1 Поляризация диэлектриков . . . . . . . . . . . . . 62 4. 1. 2 Токи смещения, электропроводность . . . . . . . 66 4. 1. 3 Диэлектрические потери . . . . . . . . . . . . . . 67 4. 2 Пассивные полимеры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 4. 2. 1 Основные сведения о полимерах . . . . . . . . . 69 4. 2. 2 Линейные полимеры . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 4. 2. 3 Порошковые пластмассы . . . . . . . . . . . . . . 72 4. 2. 4 Электроизоляционные компаунды . . . . . . . . 73 4. 2. 5 Неорганические стекла . . . . . . . . . . . . . . . 75 4. 2. 6 Ситаллы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 4. 2. 7 Керамика . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 4. 3 Активные диэлектрики . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 4. 3. 1 Сегнетоэлектрики . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 4. 3. 2 Пьезоэлектрики . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 4. 3. 3 Пироэлектрики . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 4. 3. 4 Электреты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87 4. 3. 5 Пористый кремний . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 4. 3. 6 Жидкие кристаллы . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 4. 4 Тонкие диэлектрические пленки . . . . . . . . . . . . . . 93 A Справочные таблицы 96 Литература 106 4 Введение Данное учебное пособие предназначено для студентов выс- ших учебных заведений, обучающихся по направлению 210202 — «Проектирование и технология электронных средств», а так- же для магистров по направлениям 210200. 05 — «Информацион- ные технологии проектирования электронных средств», 200100 и 200101 — «Приборостроение».