Электротехнические материалы Теория конструктивных материалов

Элeктрoизoляциoнныe материалы прaктичeски нe прoвoдят электрический ток, чaстo иx нaзывaют, диэлeктрикaми, oблaдaют бoльшим удельным сопротивлением, пoрядкa 10/8 – 10/13 Oм.м. Oни испoльзуются для изoлирoвaния токоведущих чaстeй элeктрoустaнoвoк. Пoлупрoвoдникoвыe материалы, a тoчнee удельное сопротивление пoлупрoвoдникoв измeняeтся в oчeнь бoльшoм интeрвaлe пo срaвнeнию с диэлeктрикaми и прoвoдникaми – oт 10/-5 дo 10/8 Oм-м.

Простые полупроводники

Теллур - элемент группы Менделееева с шириной запрещенной зоны 0.35 эВ. Применяется в виде сплавов с сурьмой и свинцом для изготовления термоэлектрических генераторов. Некоторые характеристики германия, кремния, селена приведены в таблице.

Свойства
Германий
Кремний
Селен
Атомный номер
32
14
34
Температура плавления, оС
937
1412
218
Собственное удельное сопротивление при 20оС,Ом . м
0.47
2 . 103
-
Собственная концентрация носителей, м-3
2 . 1019
2 . 1016
-
Ширина запрещенной зоны, эВ

при О К

при 300 К



0.74

0.65



1.165

1.12



2.5

2.0

Подвижность электронов, м2/(В . с)
0.39
0.14
-
Подвижность дырок, м2/(В . с)
0.19
0.05
0.2 . 102

Карбид кремния - бинарное соединение с большой шириной запрещенной зоны 2.8-3.1 эВ в зависимости от модификации. Карбид кремния одно из наиболее твердых веществ, полупроводниковые приборы из которого могут работать при высоких температурах вплоть до 700оС. Карбид кремния устойчив против окисления до температуры свыше 1400оС. При комнатной температуре он не взаимодействует ни с какими кислотами.

Карбид кремния применяется для изготовления варисторов (нелинейных резисторов), светодиодов, высокотемпературных диодов, транзисторов, тензорезисторов, счетчиков частиц высоких энергий, способных работать в химически агрессивных средах. В электротехнике карбид кремния применяется для изготовления вентильных разрядников, предназначенных для защиты от перенапряжений аппаратуры и линий передачи высокого напряжения. Карбид кремния применяется для изготовления силитовых стержней для электрических печей на максимальную температуру до 1500оС. Силитовые стержни изготовляются на основе карбида кремния, кристаллического кремния и углерода.

Бинарные соединения

Бинарные соединения - соединения А3В5 классифицируют по металлоидному элементу. Различают нитриды, фосфиды и антимониды. Особое место среди них занимает арсенид галлия, отличающийся большой шириной запрещенной зоны (1.4 эВ) и высокой подвижностью электронов (0.85 м2/(в . с)). Он используется для изготовления приборов, работающих при высоких температурах и высоких частотах, для инжекционных лазеров, светодиодов, туннельных диодов, диодов Ганна, транзисторов, солнечных батарей и других приборов. Широко применяются антимонид индия, фосфид галлия, антимонид галлия.

Соединения А2В6, к которым относятся халькогениды цинка, кадмия, ртути, сульфиды, селениды, теллуриды применяются для изготовления фоторезисторов, высоковольтных датчиков Холла, в инфракрасной технике, для создания промышленных люминофоров и другие.


По строению молекул диэлектрики делят на неполярные (нейтральные) и полярные. Нейтральные диэлектрики состоят из электрически нейтральных атомов и молекул, которые до воздействия на них электрического поля не обладают электрическими свойствами. Нейтральными диэлектриками являются: полиэтилен, фторопласт-4 и др. Среди нейтральных выделяют ионные кристаллические диэлектрики (слюда, кварц и др.), в которых каждая пара ионов составляет электрически нейтральную частицу