Учебно-методический комплекс по дисциплине «электротехнические материалы»

Влияние механических усилий. Электропроводность полупроводников изменяется вследствие увеличения или уменьшения междуатомных расстояний. Ширина запрещенной зоны может как увеличиваться, так и уменьшаться при сближении атомов, и у разных полупроводников одна и та же деформация может вызывать как увеличение, так и уменьшение удельной проводимости. На данном принципе основаны тензодатчики, они фиксируют деформацию.
Простые полупроводники
Из десяти элементов, обладающих свойствами полупроводников, наибольшее применение в технике нашли германий и кремний.
Германий – один из наиболее тщательно изученных полупроводников, и многие явления, характерные для полупроводников, впервые экспериментально были обнаружены на этом материале.
Содержание германия в земной коре невелико, около 7·10^-4 %. Для полупроводников необходим тщательно очищенный германий. Один из способов очистки – метод зонной плавки. Германий применяется для изготовления выпрямителей, транзисторов, фоторезисторов, фототранзисторов и т. д. Рабочий диапазон температур германиевых приборов – от –60 до +70 ^оС. Германиевые приборы должны быть защищены от действия влажности воздуха.
Кремний, как и германий, относится к IV группе таблицы Д. И. Менделеева. Он является одним из самых распространенных элементов в земной коре, его содержание составляет примерно 29 %. Однако в свободном состоянии в природе он не встречается.
Технический кремний (около одного процента примесей), получаемый восстановлением из диоксида (SiO₂) в электрической дуге между графитовыми электродами, широко применяется в черной металлургии как легирующий элемент (например, в электротехнической стали). Технический кремний как полупроводник использован быть не может. Он является исходным сырьем для производства кремния полупроводниковой чистоты, содержание примесей в котором должно быть менее 10^-6 %. Технология получения кремния полупроводниковой чистоты очень сложна, она включает несколько этапов. Конечная очистка кремния может выполняться методом зонной плавки, при этом возникает ряд трудностей, так как температура плавления кремния значительно выше температуры плавления германия.
В настоящее время кремний является основным материалом для изготовления полупроводниковых приборов: диодов, транзисторов, стабилитронов, тиристоров и т. д. У кремния верхний предел рабочей температуры приборов может составлять в зависимости от степени очистки материалов 120–200 ^оС, что значительно выше, чем для германия.