Fizičke osnove i karakteristike elektrotehničkih materijala
Predgovor
U osnovi naučno-tehnološkog progresa naiaze se materijali i tehnologije. Poslednjih decenija dobijeni su novi elektrotehnički materijali sa znatno boljim karakteristikama poluprovodnici, superprovodnid, superdielektrici, kablovski materijali, magnetid itd. - koji su omogućili minijaturizaciju elektronskih naprava, mašina, aparata i uređaja, s jedne strane, i izradu moćnih generatora električne energije, s druge strane.
S obzirom da izuzetno brz razvoj elektrotehnike postavlja zahteve za brzu sirrtezu materijala odgovarajućih svojstava, to se poslednjih decenija razvila nauka o materijalima, koja je omogućila teorijsko modeliranje povezanosti zahtevanih karakteristika materijala sa njihovom strukturom i tehnologijom izrade. Ovo je bilo od izuzetnog značaja za izbegavanje često mukotrpnog, dugotrajnog iskupog eksperimentalnog istraživažkog rada.
Ovom udžbeniku prethodili su "Elektrotehnički materijali. Flzičke osnove, karakteristike i specijalne tehnologije", napisani u koautorstvu sa prof. P. Nikolićem, u izdanju Naučne knjige (1987). U medjuvremenu su se dogodile promene u nastavnim planovima na Elektrotehničkom fakultetu u Beogradu, gde je akcenat prebačen sa tehnologije na fiziku elektrotehničkih materijala, zbog čega je i bilo nužno znatno izmeniti koncepciju udžbenika.
U ovom udžbeniku akcenat je stavljen na fizičke osnove i karakteristike elektrotehničkih materijala. Udžbenik u ceiini predstavlja gradivo predmeta Fizika materijaia II na Smeru za elektrotehničke materijale i tehnologije Odseka za fizičku elektroniku na Elektrotehničkom fakultetu u Beogradu, pri čemu se podrazumeva da studenti poseduju osnovna znanja iz kvantne mehanike, statističke fizike i fizičke elektronike poiuprovodnika (čiji repetitorijumi su dati u Dodacima D.1-3). To se isto podrazumeva (ali u znažno manjem obimu) i za studente druge godine neenergetskih usmerenja Elektrotehničkog fakulteta u Beogradu, za koje ovaj udžbenik pokriva drugu polovinu predmeta Fizika materijala (ovi studenti mogu da propuste pri učenju Odeljke 1.1.3-4, 2.4, 3.2.1, 3.2.5, 3.4.1, 4.1-3, kao i one delove štampane srtnijim tekstom ili u obliku fusnota, uključujući i komplikovanija izvođenja, koji se vremenski ne mogu uklopiti u postojeći nastavni fond časova). Udžbenik može biti od koristi i studentima energetskih usmerenja, kojima se posebno preporučuje Glava 6, koja pokriva uporedne karakteristike elektrotehničkih materijala, sa osvrtom na njihove primene.
Jasno, ovaj udžbenik može korisno poslužiti i studentima elektrotehnike na drugim univerzitetima, kao i diplomiranim inženjerima i postdiplomcima - kojima može biti i koristan priručnik iz oblasti elektrotehničkih materijala, pošto sadrži i mnogobrojne tablice,
UVOD
Svi inženjeri imaju svakodnevno posla sa materijalima. Oni izrađuju i obrađuju materijale, projektuju komponente i strukture korišćenjem materijala, vrše izbor odgovarajućih materijala, analiziraju defekte u materijalima, ili prosto veruju da će korišćeni materijali adekvatno funkcionisati.
Kao odgovorni inženjeri, zainteresovani smo za poboljšanje proizvoda koje projektujemo ili izrađujemo. U tu svrhu, neophodno je poznavati vezu primena-karakteristike-struktura/sastav-sinteza/obrada. Promenom jednog od ta četiri faktora, jedan ili nekoliko preostalih se takođe menja. Zato je neophodno odrediti kako su ta četiri faktora međusobno povezana, da bi se konačno dobio željeni proizvod.
Primena. Eiektrolehnički materijali se prema primeni mogu podeliti, u širem smislu, na poluprovodnike, provodnike, superprovodnike, magnetike i dielektrike. Poluprovodnici se primenjuju za izradu mikroelektronskih i optoelektronskih kola, sa daljom aplikacijom u kompjuterskoj tehnici, telekomunikacifama, industrijskoj i mernoj elektronici, HI-FI tehnici itd. Provodnici se uglavnom koriste za izradu provodnih žica u izolovanim provodniđma i kablovima, provodnih veza u mikroelektronskim kolima, otpornika, grejača, termospregova za merenje temperature, topljivih osigurača, električnih kontakata, lemova, baterija i akumulatora. Superprovođnici služe za izradu superprovodnih namotaja snažnih elektromagneta i generatora, kao i Džozefsonovih mernih naprava ultravisoke tačnosti, sa perspektivama đalje primene za superprovodne pogone, kablove za prenos energije bez gubitaka, i još mnoge druge koje bi mogle doneti novu revoluciju u elektrotehnici. Dielektrici se pretežno koriste kao izolacija kablova i energetskih postrojenja, ali i za izradu priključnica, optičkih kablova, kondenzatora, tečnokristalnih displeja, piezoelektričnih pretvarača i dr. Magnetici se primenjuju za izradu jezgara električnih mašina, stalnih magneta za energetiku, elektroniku, mernu i HI-FI tehniku, ka'o i memorijskih elemenata.
Karakteristike. Karakteristike materijala mogli bi samo podeliti u dve kategorije: fizičke i mehaničke.
Fizičke karakteristike, koje uključuju električno, toplotno, optičko, dielektrično, magnelno i hemijsko ponašanje, zavise i od strukture/sastava i od sinteze/obrade materijala. Čak i male promene u sastavu prouzrokuju značajne promene u električnoj provodnosti mnogih poluprovodničkih materijala; male količine nečistoća menjaju boju stakla ili polimera. Odstupanje od optimalne temperature sinterovanja magnetnih keramika pogoršava njihova svojstva; slično važi i za superprovodne materijale. Osim toga, hemijska degradacija materijala značajno zavisi od defekata u njihovoj strukturi.
Sadržaj
Uvod
1 Struktura čvrstih kristalnih materijala, 4
1.1 Prostoma struktura kristalnih tela, 5
1.1.1 Translaciona simetrija, 5
1.1.2 Recipročna rešetka. Prva Briluenova zona. Milerovi indeksi, 7
1.1.3 Simetrije kristalne strukture, 11
1.1.4 Klasifikacija kristalnih struktura, 13
1.1.5 Proste i složene kristalne strukture. Predstavnici, 17
1.2 Hemijske veze u čvrstim telima, 22
1.2.1 Jonske veze, 24
1.2.2 Kovalentne veze, 25
1.2.3 Metalne veze, 27
1.2.4 Van der Vaisove veze, 28
1.3 Nesavršenosti u kristalnoj strukturi, 29
1.3.1 Šotkijevi i Frenkeljevi defekti, 30
1.3.2 Primesni atomi, 31
1.33 Dislokacije, 33
1.3.4 Granice kristalnih zrna, 36
1.4 Zadaci, 36
1.5 Literatura, 46
2 Model kvazislobodnih elektrona u kristalu, 48
2.1 Energetske zone kristala, 49
2.1.1 Podela elektrotehničkih materijala prema veličini energetskog procepa. Vrste energetskog procepa, 55
2.2 Pojam efektivne mase kvazislobodnih nosilaca, 57
2.3 Pojam kvazislobodnih nosilaca šupljina, 59
2.4 Statistika kvazislobodnih nosilaca, 60
2.4.1 Provodnici, 61
2.4.2 Sopstvenj poluprovodnici, 63
2.4.3 Primesnilpoluprovodnici, 66
2.5 Električna provodnost materijala, 70
2.5.1 Podela elektrotehničkih materijala prema veličini specifične električne otpomosti, 73
2.6 Toplotna provodnost materijala, 74
2.7 Kontaktne pojave. Difuzija, 78
2.7.1 Kontaktna razlika potencijala. Termoelektrične pojave, 80
2.8 Zadaci, 83
2.9 Literatura, 90
3 Nedovoljnost mođela kvazislobođnih elektrona - uticaj kristalne strukture, 91
3.1 Vibracije atoma u kristalu - fononi, 91
3.1.1 Rasejavanje kvazislobodnih nosilaca na nesavršenostima i vibracijama kristala. Temperaturska zavisnost specifične elcktrične otpomosti, 95
3.1.8 Toplotno širenje kristala, 98
3.2 Dielektrična svojstva materijala, 101
3.2.1 Veza između makroskopskih i mikroskopskih parametara dielektrika, 104
3.2.2 Teorija polarizabilnosti, 108
3.2.3 Dielcktrična propustljivost. 21avisnost realnog i imaginarnog dela dielektrične propustljivosti od spoljašnjih činilaca (učestanosti, temperature i vlažnosti), 114
3.2.4 Dielektrična čvrstoća
3.2J Nelinearni dielektrid (piroelektrid, piezoelektrid, feroelektrid, antiferoelektrid i elektreti),
3.3 Magnetna svojstva materijala, j23
3.3.1 Slabo magnetno uređenje (dijamagnetid i paramagnetki)
3.3.2 Jako magnetno uređenje (feromagnetid, antiferomagnetici i ferimagnetiđ)
3.3.3 Makroskopska struktura magnetika,
3.4 Superprovodnost, 138
3.4.1 Fenomenološke teorije, 141
3.4.2 Mikroskopska (BCS) teorija, 14S
3.5. Zadaci, 150
3.6 Uteratura
4 Struktura čvrstih nekristalnih materijala, 183
4.1 Amorfni materijali, 186
4.2 Tečni kristali, 191
4.3 Polimeri, 194
4.4 Zadaci, 199
4.5 Literatura, 199
5 Metode karakterizacije čvrstih tela,
5.1 Određivanje prostorne strukture,
5.1.1 Rendgenska difrakcija,
5.1.2 Elektronska difrakcija,
5.1.3 Neutronska difrakcija,
5.1.4 Optička, elektronska i skanirajuća tunelska mikroskopija,
5.1J Defektoskopske metodc,
5.2 Određivanje elektronske zonalne strukture,
5.2.1 Optičke metodc. Određivanje veličine i vrste energetskog procepa
5.2.2 Određivanje veličine energetskog procepa termičkom metodom
5.3 Određivanje tipa hemijskih veza,
5.3.1 Spekttoskopske vibracione metode. Inftacrvena apsorpcija i Ramanovo rasejanje,
5.3.2 Neelastično neutronsko rasejanje na vibracijama kristala,
5.4 Određivanje transportnih karakteristika poluprovodnika,
5.4.1 Holova metoda,
5.4.2 Metode "vruće tačke" i "čctiri tačke",
5.43 Ciklotronska rezonanca,
5.5 Određivanje dielektričnih karaktcristika materijala,
5.5.1 Određivanjc rclativne dielektrične propustljivosti i tangensa ugla gubitaka,
5.5.2 Određivanjc unutrašnje i površinske specifične elcktrične otpornosti
5.53 Određivanje dielektrične čvrstoče,
5.6 Određivanje magnetne strukture materijala,
5.6.1 Neutronska difrakcija i ncelastično neutronsko rasejanje,
5.62 Nuklerana magnetna rezonanca,
5.63 Odredivanje temperaturske zavisnosti magnetne susceptibilnosti . .
5.6.4 Određivanjc makroskopskih magnetnih karakteristika,
5.6.5 Odrcđivanje magnetne susceptibilnosti superprovodnika,
5.7 Ispitivanje mehaničkih karakteristika materijala,
5.7.1 Ispitivanje zatezanjem,
5.7.2 Ispitivanje tvrdoće,
5.73 Ispitivanje žilavosti,
5.8 Zadaci,
6 Uporedne karakteristike elektrotehničkih materijala, 243
6.1 Poluprovodnici, 244
6.1.1 Inženjering energetskog procepa: poluprovodnička jedinjenja, legure i nanostrukture, 244
6.1.2 Primena poluprovodničkih materijala prema veličini i vrsti energetskog procepa 247
6.1.3 Uporedne karakteristike silicijuma, germanijuma i galijum-arsenida, 249
6.1.4 Ostali važniji poluprovodnički elementi, jedinjenja, legure i nanostrukture, 252
6.1.5 Organski poluprovodnid, 253
6.1.6 Metode dobijanja masivnih i tankoslojnih monokristala, 256
6.1.7 Silidjumska mikroelektronika, 260
6.1.8 Tankoslojna, debeloslojna i hibridna mikroelektronika, 268
6.1.9 Perspektive daljeg razvoja poluprovodničkih mikroelektronika, 271
6.2 Provodnid, 280
6.2.1 Metali velike provodnosti, 281
6.2.2 Metali male provodnosti i otpomi materijali, 282
6.2.3 Spedjalni provodni materijali, 283
6.2.4 Organski provodnici, 287
6.2.5 Inženjering mehaničkih karakteristika metala, 289
6.3 Dielektrid, 304
6.3.1 Izoladoni materijali, 305
6.3.2 Kablovske tehnologije, 307
6.3.3 Kondenzatorski materijali, 312
6.3.4 Spedjalni dielektrični materijali, 314
6.3.3 Dielektrična mikroelektronika. Optičke memorije, 316
6.4 Magnetid, 318
6.4.1 Magnetno meki materijali, 320
6.4.2 Magnetno tvrđi materijali, 321
6.4.3 Magnetna mikroelektronika. Magnetne memorije, 323
6.5 Superprovodnici, 325
63.1 Niskotemperaturski i visokotemperaturski superprovodnici, 325
63.2 Organski superprovodnici, 327
63.3 Superprovodne žice i katlovi, 329
63.4 Superprovodna mikroelektronika. Džozefsonovi spojevi, 331
6.6 Biomedicinski materijali, |, 333
6.7 Zadad, 336
6.8 Literatura, 351
DODACI, 353
D.1 Repetitorijum iz kvantne mehanike, 354
D.1.1 Osnovni kvantnomehanički postulati. Šredingerova talasna jednačina, 354
D.1.2 Srednje vrednosti fizičldh veličjna. Klasični limit, 356
D.1.3 Stacionarna stanja. Vremenski nezavisna Šredingerova talasna jednačina, 357
D.1.4 Hajzenbergove relacije neodređenosti. Klasični limit, 358
D.1.6 Svojstvene talasne funkdje komutirajućih operatora, 360
D.1.6 Razvoj talasne funkcije po proizvoljnom bazisnom skupu. Redukcija talasnog paketa, 361
D.1.7 Hajzenbergova matrična forma kvantne mehanike, 362
D.1.8 Kvantnomehanički integrali kretanja, 365
D.1.9 Gustina struje verovatnoće, 365
D.1.10 Talasna funkcija slobodne čestice. Kontinualni energetski spektar, 367
D.1.11 Grupna i fazna brzina slobodne čestice. Talasni paket, 368
D.1.12 Čestica u bcskonačno dubokoj jednodimenzionoj potencijalnoj jami. Diskretni energetski spektar, 370
D.1.13 Tuneliranje čestice kroz pravougaonu jednodimenzionu potencijalnu barijeru,
D.1.14 Talasna funkcija sistema N neinteragujućih čestica,
D.1.15 Talasne funkcije sistema bozona i fermiona. Paulijev princip isključenja,
D.1.16 Litcratura,
D.2 Repetitorijum iz statističke fizike,
D.2.1 Statistička fizika, teorija informacija i termodinamika,
D.2.2 Fcrmi-Dirakova, Boze-Ajnštajnova i Maksvel-Bolcmanova raspodela,
D.2.3 Litcratura
D3 Repetitorijum iz flzičke elektronike poluprovodničkih struktura
D.3.1. p-n spoj. Diode, 385
D.3.2 p+-n+, p+-p i n*-n spojevi. Omski kontakti, 396
D.33 n-p-n i p-n-p spojevi. Bipolarni tranzistori, 398
D.3.4 Unipolarni tranzistori, 406
D.3.5 n-p-n-p spoj. Tiristori, 412
D.3.6 Heterospojevi, 416
D.3.7 Nanostrukture. Superrešctke, kvantne žice i kvantne tačke, 418
D.3.8 Izvori zračenja. Laseri i LED diode, 423
D.3.9 Detektori zračenja, 426
D.3.10 Sunčeve ćelijc, 429
D.3.11 Zadaci, 432
D.3.12 Literatura, 447
D.4 Karakteristike odabranih klasa elektrotehničkih materijala, 448
Tablica D.4.1 Karakteristike odabranih poluprovodničkih elemenata i jedinjenja, 448
Tablica D.4.2 Osnovnc karakteristike metala malc provodnosti, 449
Tablica D.4.3 Karaktcristike važnijih legura za zagrcvne elemente, 450
Tablica D.4.4 Ncke karakteristike mekih lcmova, 450
Tablica D.4.5 Neke karakteristike tvrdih lemova, 451
Tablica D.4.6 Vrednosti kritične tcmperature za odabrana superprovodna
jedinjenja i legure, 451
Tablica D.4.7 Karaktcristike važnijih dielektričnih materijala, 452
Tablica D.4.8 Karakteristike odabranih magnetno mekih materijala, 453
Tablica D.4.9 Karakteristike odabranih magnetno tvrdih materijala, 453
Tablica D.4.10 Odnos zatezna čvrstoća-prema-gustini (cjp) za neke konstrukcione materijalc, 454
Tablica D.4.11 Fizičke konstante, 455
U osnovi naučno-tehnološkog progresa naiaze se materijali i tehnologije. Poslednjih decenija dobijeni su novi elektrotehnički materijali sa znatno boljim karakteristikama poluprovodnici, superprovodnid, superdielektrici, kablovski materijali, magnetid itd. - koji su omogućili minijaturizaciju elektronskih naprava, mašina, aparata i uređaja, s jedne strane, i izradu moćnih generatora električne energije, s druge strane.
S obzirom da izuzetno brz razvoj elektrotehnike postavlja zahteve za brzu sirrtezu materijala odgovarajućih svojstava, to se poslednjih decenija razvila nauka o materijalima, koja je omogućila teorijsko modeliranje povezanosti zahtevanih karakteristika materijala sa njihovom strukturom i tehnologijom izrade. Ovo je bilo od izuzetnog značaja za izbegavanje često mukotrpnog, dugotrajnog iskupog eksperimentalnog istraživažkog rada.
Ovom udžbeniku prethodili su "Elektrotehnički materijali. Flzičke osnove, karakteristike i specijalne tehnologije", napisani u koautorstvu sa prof. P. Nikolićem, u izdanju Naučne knjige (1987). U medjuvremenu su se dogodile promene u nastavnim planovima na Elektrotehničkom fakultetu u Beogradu, gde je akcenat prebačen sa tehnologije na fiziku elektrotehničkih materijala, zbog čega je i bilo nužno znatno izmeniti koncepciju udžbenika.
U ovom udžbeniku akcenat je stavljen na fizičke osnove i karakteristike elektrotehničkih materijala. Udžbenik u ceiini predstavlja gradivo predmeta Fizika materijaia II na Smeru za elektrotehničke materijale i tehnologije Odseka za fizičku elektroniku na Elektrotehničkom fakultetu u Beogradu, pri čemu se podrazumeva da studenti poseduju osnovna znanja iz kvantne mehanike, statističke fizike i fizičke elektronike poiuprovodnika (čiji repetitorijumi su dati u Dodacima D.1-3). To se isto podrazumeva (ali u znažno manjem obimu) i za studente druge godine neenergetskih usmerenja Elektrotehničkog fakulteta u Beogradu, za koje ovaj udžbenik pokriva drugu polovinu predmeta Fizika materijala (ovi studenti mogu da propuste pri učenju Odeljke 1.1.3-4, 2.4, 3.2.1, 3.2.5, 3.4.1, 4.1-3, kao i one delove štampane srtnijim tekstom ili u obliku fusnota, uključujući i komplikovanija izvođenja, koji se vremenski ne mogu uklopiti u postojeći nastavni fond časova). Udžbenik može biti od koristi i studentima energetskih usmerenja, kojima se posebno preporučuje Glava 6, koja pokriva uporedne karakteristike elektrotehničkih materijala, sa osvrtom na njihove primene.
Jasno, ovaj udžbenik može korisno poslužiti i studentima elektrotehnike na drugim univerzitetima, kao i diplomiranim inženjerima i postdiplomcima - kojima može biti i koristan priručnik iz oblasti elektrotehničkih materijala, pošto sadrži i mnogobrojne tablice,
UVOD
Svi inženjeri imaju svakodnevno posla sa materijalima. Oni izrađuju i obrađuju materijale, projektuju komponente i strukture korišćenjem materijala, vrše izbor odgovarajućih materijala, analiziraju defekte u materijalima, ili prosto veruju da će korišćeni materijali adekvatno funkcionisati.
Kao odgovorni inženjeri, zainteresovani smo za poboljšanje proizvoda koje projektujemo ili izrađujemo. U tu svrhu, neophodno je poznavati vezu primena-karakteristike-struktura/sastav-sinteza/obrada. Promenom jednog od ta četiri faktora, jedan ili nekoliko preostalih se takođe menja. Zato je neophodno odrediti kako su ta četiri faktora međusobno povezana, da bi se konačno dobio željeni proizvod.
Primena. Eiektrolehnički materijali se prema primeni mogu podeliti, u širem smislu, na poluprovodnike, provodnike, superprovodnike, magnetike i dielektrike. Poluprovodnici se primenjuju za izradu mikroelektronskih i optoelektronskih kola, sa daljom aplikacijom u kompjuterskoj tehnici, telekomunikacifama, industrijskoj i mernoj elektronici, HI-FI tehnici itd. Provodnici se uglavnom koriste za izradu provodnih žica u izolovanim provodniđma i kablovima, provodnih veza u mikroelektronskim kolima, otpornika, grejača, termospregova za merenje temperature, topljivih osigurača, električnih kontakata, lemova, baterija i akumulatora. Superprovođnici služe za izradu superprovodnih namotaja snažnih elektromagneta i generatora, kao i Džozefsonovih mernih naprava ultravisoke tačnosti, sa perspektivama đalje primene za superprovodne pogone, kablove za prenos energije bez gubitaka, i još mnoge druge koje bi mogle doneti novu revoluciju u elektrotehnici. Dielektrici se pretežno koriste kao izolacija kablova i energetskih postrojenja, ali i za izradu priključnica, optičkih kablova, kondenzatora, tečnokristalnih displeja, piezoelektričnih pretvarača i dr. Magnetici se primenjuju za izradu jezgara električnih mašina, stalnih magneta za energetiku, elektroniku, mernu i HI-FI tehniku, ka'o i memorijskih elemenata.
Karakteristike. Karakteristike materijala mogli bi samo podeliti u dve kategorije: fizičke i mehaničke.
Fizičke karakteristike, koje uključuju električno, toplotno, optičko, dielektrično, magnelno i hemijsko ponašanje, zavise i od strukture/sastava i od sinteze/obrade materijala. Čak i male promene u sastavu prouzrokuju značajne promene u električnoj provodnosti mnogih poluprovodničkih materijala; male količine nečistoća menjaju boju stakla ili polimera. Odstupanje od optimalne temperature sinterovanja magnetnih keramika pogoršava njihova svojstva; slično važi i za superprovodne materijale. Osim toga, hemijska degradacija materijala značajno zavisi od defekata u njihovoj strukturi.
Sadržaj
Uvod
1 Struktura čvrstih kristalnih materijala, 4
1.1 Prostoma struktura kristalnih tela, 5
1.1.1 Translaciona simetrija, 5
1.1.2 Recipročna rešetka. Prva Briluenova zona. Milerovi indeksi, 7
1.1.3 Simetrije kristalne strukture, 11
1.1.4 Klasifikacija kristalnih struktura, 13
1.1.5 Proste i složene kristalne strukture. Predstavnici, 17
1.2 Hemijske veze u čvrstim telima, 22
1.2.1 Jonske veze, 24
1.2.2 Kovalentne veze, 25
1.2.3 Metalne veze, 27
1.2.4 Van der Vaisove veze, 28
1.3 Nesavršenosti u kristalnoj strukturi, 29
1.3.1 Šotkijevi i Frenkeljevi defekti, 30
1.3.2 Primesni atomi, 31
1.33 Dislokacije, 33
1.3.4 Granice kristalnih zrna, 36
1.4 Zadaci, 36
1.5 Literatura, 46
2 Model kvazislobodnih elektrona u kristalu, 48
2.1 Energetske zone kristala, 49
2.1.1 Podela elektrotehničkih materijala prema veličini energetskog procepa. Vrste energetskog procepa, 55
2.2 Pojam efektivne mase kvazislobodnih nosilaca, 57
2.3 Pojam kvazislobodnih nosilaca šupljina, 59
2.4 Statistika kvazislobodnih nosilaca, 60
2.4.1 Provodnici, 61
2.4.2 Sopstvenj poluprovodnici, 63
2.4.3 Primesnilpoluprovodnici, 66
2.5 Električna provodnost materijala, 70
2.5.1 Podela elektrotehničkih materijala prema veličini specifične električne otpomosti, 73
2.6 Toplotna provodnost materijala, 74
2.7 Kontaktne pojave. Difuzija, 78
2.7.1 Kontaktna razlika potencijala. Termoelektrične pojave, 80
2.8 Zadaci, 83
2.9 Literatura, 90
3 Nedovoljnost mođela kvazislobođnih elektrona - uticaj kristalne strukture, 91
3.1 Vibracije atoma u kristalu - fononi, 91
3.1.1 Rasejavanje kvazislobodnih nosilaca na nesavršenostima i vibracijama kristala. Temperaturska zavisnost specifične elcktrične otpomosti, 95
3.1.8 Toplotno širenje kristala, 98
3.2 Dielektrična svojstva materijala, 101
3.2.1 Veza između makroskopskih i mikroskopskih parametara dielektrika, 104
3.2.2 Teorija polarizabilnosti, 108
3.2.3 Dielcktrična propustljivost. 21avisnost realnog i imaginarnog dela dielektrične propustljivosti od spoljašnjih činilaca (učestanosti, temperature i vlažnosti), 114
3.2.4 Dielektrična čvrstoća
3.2J Nelinearni dielektrid (piroelektrid, piezoelektrid, feroelektrid, antiferoelektrid i elektreti),
3.3 Magnetna svojstva materijala, j23
3.3.1 Slabo magnetno uređenje (dijamagnetid i paramagnetki)
3.3.2 Jako magnetno uređenje (feromagnetid, antiferomagnetici i ferimagnetiđ)
3.3.3 Makroskopska struktura magnetika,
3.4 Superprovodnost, 138
3.4.1 Fenomenološke teorije, 141
3.4.2 Mikroskopska (BCS) teorija, 14S
3.5. Zadaci, 150
3.6 Uteratura
4 Struktura čvrstih nekristalnih materijala, 183
4.1 Amorfni materijali, 186
4.2 Tečni kristali, 191
4.3 Polimeri, 194
4.4 Zadaci, 199
4.5 Literatura, 199
5 Metode karakterizacije čvrstih tela,
5.1 Određivanje prostorne strukture,
5.1.1 Rendgenska difrakcija,
5.1.2 Elektronska difrakcija,
5.1.3 Neutronska difrakcija,
5.1.4 Optička, elektronska i skanirajuća tunelska mikroskopija,
5.1J Defektoskopske metodc,
5.2 Određivanje elektronske zonalne strukture,
5.2.1 Optičke metodc. Određivanje veličine i vrste energetskog procepa
5.2.2 Određivanje veličine energetskog procepa termičkom metodom
5.3 Određivanje tipa hemijskih veza,
5.3.1 Spekttoskopske vibracione metode. Inftacrvena apsorpcija i Ramanovo rasejanje,
5.3.2 Neelastično neutronsko rasejanje na vibracijama kristala,
5.4 Određivanje transportnih karakteristika poluprovodnika,
5.4.1 Holova metoda,
5.4.2 Metode "vruće tačke" i "čctiri tačke",
5.43 Ciklotronska rezonanca,
5.5 Određivanje dielektričnih karaktcristika materijala,
5.5.1 Određivanjc rclativne dielektrične propustljivosti i tangensa ugla gubitaka,
5.5.2 Određivanjc unutrašnje i površinske specifične elcktrične otpornosti
5.53 Određivanje dielektrične čvrstoče,
5.6 Određivanje magnetne strukture materijala,
5.6.1 Neutronska difrakcija i ncelastično neutronsko rasejanje,
5.62 Nuklerana magnetna rezonanca,
5.63 Odredivanje temperaturske zavisnosti magnetne susceptibilnosti . .
5.6.4 Određivanjc makroskopskih magnetnih karakteristika,
5.6.5 Odrcđivanje magnetne susceptibilnosti superprovodnika,
5.7 Ispitivanje mehaničkih karakteristika materijala,
5.7.1 Ispitivanje zatezanjem,
5.7.2 Ispitivanje tvrdoće,
5.73 Ispitivanje žilavosti,
5.8 Zadaci,
6 Uporedne karakteristike elektrotehničkih materijala, 243
6.1 Poluprovodnici, 244
6.1.1 Inženjering energetskog procepa: poluprovodnička jedinjenja, legure i nanostrukture, 244
6.1.2 Primena poluprovodničkih materijala prema veličini i vrsti energetskog procepa 247
6.1.3 Uporedne karakteristike silicijuma, germanijuma i galijum-arsenida, 249
6.1.4 Ostali važniji poluprovodnički elementi, jedinjenja, legure i nanostrukture, 252
6.1.5 Organski poluprovodnid, 253
6.1.6 Metode dobijanja masivnih i tankoslojnih monokristala, 256
6.1.7 Silidjumska mikroelektronika, 260
6.1.8 Tankoslojna, debeloslojna i hibridna mikroelektronika, 268
6.1.9 Perspektive daljeg razvoja poluprovodničkih mikroelektronika, 271
6.2 Provodnid, 280
6.2.1 Metali velike provodnosti, 281
6.2.2 Metali male provodnosti i otpomi materijali, 282
6.2.3 Spedjalni provodni materijali, 283
6.2.4 Organski provodnici, 287
6.2.5 Inženjering mehaničkih karakteristika metala, 289
6.3 Dielektrid, 304
6.3.1 Izoladoni materijali, 305
6.3.2 Kablovske tehnologije, 307
6.3.3 Kondenzatorski materijali, 312
6.3.4 Spedjalni dielektrični materijali, 314
6.3.3 Dielektrična mikroelektronika. Optičke memorije, 316
6.4 Magnetid, 318
6.4.1 Magnetno meki materijali, 320
6.4.2 Magnetno tvrđi materijali, 321
6.4.3 Magnetna mikroelektronika. Magnetne memorije, 323
6.5 Superprovodnici, 325
63.1 Niskotemperaturski i visokotemperaturski superprovodnici, 325
63.2 Organski superprovodnici, 327
63.3 Superprovodne žice i katlovi, 329
63.4 Superprovodna mikroelektronika. Džozefsonovi spojevi, 331
6.6 Biomedicinski materijali, |, 333
6.7 Zadad, 336
6.8 Literatura, 351
DODACI, 353
D.1 Repetitorijum iz kvantne mehanike, 354
D.1.1 Osnovni kvantnomehanički postulati. Šredingerova talasna jednačina, 354
D.1.2 Srednje vrednosti fizičldh veličjna. Klasični limit, 356
D.1.3 Stacionarna stanja. Vremenski nezavisna Šredingerova talasna jednačina, 357
D.1.4 Hajzenbergove relacije neodređenosti. Klasični limit, 358
D.1.6 Svojstvene talasne funkdje komutirajućih operatora, 360
D.1.6 Razvoj talasne funkcije po proizvoljnom bazisnom skupu. Redukcija talasnog paketa, 361
D.1.7 Hajzenbergova matrična forma kvantne mehanike, 362
D.1.8 Kvantnomehanički integrali kretanja, 365
D.1.9 Gustina struje verovatnoće, 365
D.1.10 Talasna funkcija slobodne čestice. Kontinualni energetski spektar, 367
D.1.11 Grupna i fazna brzina slobodne čestice. Talasni paket, 368
D.1.12 Čestica u bcskonačno dubokoj jednodimenzionoj potencijalnoj jami. Diskretni energetski spektar, 370
D.1.13 Tuneliranje čestice kroz pravougaonu jednodimenzionu potencijalnu barijeru,
D.1.14 Talasna funkcija sistema N neinteragujućih čestica,
D.1.15 Talasne funkcije sistema bozona i fermiona. Paulijev princip isključenja,
D.1.16 Litcratura,
D.2 Repetitorijum iz statističke fizike,
D.2.1 Statistička fizika, teorija informacija i termodinamika,
D.2.2 Fcrmi-Dirakova, Boze-Ajnštajnova i Maksvel-Bolcmanova raspodela,
D.2.3 Litcratura
D3 Repetitorijum iz flzičke elektronike poluprovodničkih struktura
D.3.1. p-n spoj. Diode, 385
D.3.2 p+-n+, p+-p i n*-n spojevi. Omski kontakti, 396
D.33 n-p-n i p-n-p spojevi. Bipolarni tranzistori, 398
D.3.4 Unipolarni tranzistori, 406
D.3.5 n-p-n-p spoj. Tiristori, 412
D.3.6 Heterospojevi, 416
D.3.7 Nanostrukture. Superrešctke, kvantne žice i kvantne tačke, 418
D.3.8 Izvori zračenja. Laseri i LED diode, 423
D.3.9 Detektori zračenja, 426
D.3.10 Sunčeve ćelijc, 429
D.3.11 Zadaci, 432
D.3.12 Literatura, 447
D.4 Karakteristike odabranih klasa elektrotehničkih materijala, 448
Tablica D.4.1 Karakteristike odabranih poluprovodničkih elemenata i jedinjenja, 448
Tablica D.4.2 Osnovnc karakteristike metala malc provodnosti, 449
Tablica D.4.3 Karaktcristike važnijih legura za zagrcvne elemente, 450
Tablica D.4.4 Ncke karakteristike mekih lcmova, 450
Tablica D.4.5 Neke karakteristike tvrdih lemova, 451
Tablica D.4.6 Vrednosti kritične tcmperature za odabrana superprovodna
jedinjenja i legure, 451
Tablica D.4.7 Karaktcristike važnijih dielektričnih materijala, 452
Tablica D.4.8 Karakteristike odabranih magnetno mekih materijala, 453
Tablica D.4.9 Karakteristike odabranih magnetno tvrdih materijala, 453
Tablica D.4.10 Odnos zatezna čvrstoća-prema-gustini (cjp) za neke konstrukcione materijalc, 454
Tablica D.4.11 Fizičke konstante, 455
Detaljni podaci o knjizi
Naslov: Fizičke osnove i karakteristike elektrotehničkih materijala
Izdavač: Akademska misao
Strana: 455 (cb)
Povez: meki
Pismo: latinica
Format: B5
Godina izdanja: 2014
ISBN: 978-86-7466-528-2
Budite prvi koji će svoje mišljenje podeliti sa drugima (