Структура и основные свойства германия и кремния

25. Структура и основные свойства селена и карбида кремния.

Селен является элементом IV группы периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева – один из первых полупроводниковых материалов. Существует  несколько разновидностей селена разных цветов аморфного и  кристаллического строения. При нагревании все аллотропические  формы превращаются в гексагональную кристаллическую  модификацию.

Селен обладает следующими свойствами. Атомная масса m = 78,96; температура плавления Тпл = 220°C; температура кипения Ткип = 685°C; по химическим свойствам он близок к сере, но менее активен.

При комнатной температуре не взаимодействует с кислородом воздуха, а при нагревании на воздухе сгорает с образованием двуокиси селена; кристаллический селен не взаимодействует с водой даже при температуре 150°C, а аморфный при температуре 100°C медленно окисляется с образованием селеновой кислоты.

При температуре 200°C реагирует с водородом, с образованием селенистого водорода, с кислородом образует ряд соединений (SeO, SeO2, SeO3), а с галогенами - несколько соединений типа SeCl4. Соляная и разбавленная серная кислоты на селен не действуют; азотная кислота окисляет селен до двуокиси селена; растворяется в щелочах с образованием солей; образует соединения с серой,  азотом, фосфором и многими металлами.

Карбид кремния SiC является единственным двойным соединением элементов IV группы  периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева в твердой фазе.

Карбид кремния обладает следующими свойствами. Существует в двух модификациях: в кубической модификации β-SiC и в гексагональной α-SiC.  Низкотемпературная кубическая модификация β-SiC с плотностью D = 3,1 г/см3 устойчива до температур 2000-2100°С.  Высокотемпературная гексагональная модификация α-SiC с плотностью D = 3,2 г/см3 образуется при высоких температурах и имеет большое число  разновидностей, которые называют политипами. Все политипы имеют одинаковый размер решетки α = 0,3078 Нм, но отличаются размещением атомов кремния в кристаллической решетке и их чередованием. В  полупроводниковом производстве получил применение лишь α – карбид кремния.

Кристаллы карбида кремния имеют незначительные размеры. Площадь наиболее крупных кристаллов от 10 до 80 кв. мм. Молекулярная масса m = 40,16.

Полупроводниковые приборы на основе карбида кремния сохраняют работоспособность при температурах до 700°C. Собственная электропроводность карбида кремния из-за  большой ширины запретной зоны наблюдается, начиная с температуры 1400°C.

Благодаря очень большой энергии связи атомов карбид  кремния обладает исключительно высокой прочностью, по твердости он немного уступает алмазу.

Карбид кремния обладает высокой химической стойкостью. При комнатной температуре вступает в реакцию только с  расплавленной ортофосфорной кислотой и смесью азотной и плавиковой кислот, а также с расплавленными щелочами.

При температуре около 100°C карбид кремния реагирует с  хлором. Окисление карбида кремния происходит только при температуре более 800°C.

14. Стёкла, ситаллы и керметы. Их применение, отличия между собой.

Стеклами называют твердые неорганические аморфные вещества,  представляющие собой сложные системы различных оксидов, атомы  которых не могут свободно перемещаться друг относительно друга. Стекло получают в результате быстрого охлаждения расплавленной  смеси оксидов. В этом случае молекулы не успевают  образовывать кристаллическую решетку и остаются закрепленными в случайных положениях в момент повышения вязкости.

По применению в радиоэлектронике различают  электровакуумные стекла, изоляторные стекла, стеклоэмали, стекловолокно и стекловоды. Электровакуумные стекла применяют для изготовления  баллонов газоразрядных и электронных ламп, оболочек рентгеновских ламп, кинескопов. Изоляторные стекла используют для герметизации выводов  некоторых типов конденсаторов, терморезисторов, для получения металлостеклянных спаев корпусов микросхем. Стеклоэмали применяют для трубчатых резисторов. Эмаль создает изоляцию между  отдельными витками, между оболочкой и окружающей средой, а также  защищает ее от окисления и влаги. Световоды широко  применяют для передачи различной информации в вычислительной  технике, телевидении и фототелеграфии.

Ситаллы – это продукт частичной кристаллизации стекломассы, в  которую кроме обычных оксидов вводят тонкодисперсные примеси,  служащие для образования центров кристаллизации.

От стекол ситаллы отличаются  несколько иным химическим составом и строением и занимают 

промежуточное место между обычными стеклами и керамикой. Они состоят из равномерно распределенных по всему объему мелких  кристалликов, сросшихся друг с другом или соединенных тонкими  прослойками остаточного стекла. В отличие от стекол ситаллы непрозрачны, но  некоторые из них частично пропускают свет.

Ситаллы обладают более высокой механической прочностью, твердостью, термической и химической стойкостью и лучшими электроизоляционными свойствами по сравнению со стеклами того же химического состава. К тому же изделия из ситаллов имеют невысокую стоимость благодаря доступности сырья и простоте технологии изготовления, малые диэлектрические потери. Эти свойства позволяют применять их для различных приборов электронной техники, работающих в широком  диапазоне частот и температур.

Керметами называют композиционные материалы, содержащие металлы (или сплавы) и один или несколько видов керамики. В качестве керамической составляющей в керметах обычно используют оксиды, карбиды или бориды, а в качестве металлической - тугоплавкие металлы, металлы группы железа или легкоплавкие металлы. Изделия из керметов получают главным образм спеканием, а также пропиткой керамической пористой заготовки расплавленным металлом. По свойствам и применению различают: высокотемпературные керметы, используемые для изготовления деталей газовых турбин, арматуры электропечей, в ракетной и реактивной технике; твердые износостойкие керметы, используемые для получения деталей, работающих на износ, а также в качестве режущих инструментов; керметы, используемые в специальных областях техники, - в атомных реакторах, в электротехнике и электронной технике

Список использованной литературы

1)       Журавлева Л. В. Электроматериаловедение. – М.: Академия, 2002. – 312с.

2)       Никулин Н. В., Назаркин Д. И. Радиоматериалы и радиокомпоненты. – М.: Высшая школа, 1981. – 221с.

Контрольная работа выполнена в соответствии с методическими указаниями для студентов-заочников ОГОУ СПО «Политехнический техникум города Рязани» по дисциплине: «Электроматериаловедение и радиокомпоненты» (базовый курс) по специальности 210306 «Радиоаппаратостроение».