Композиционные и оксидные проводящие материалы

тема: 13
Материалы и элементы электронной техники
доц. Лазарева Н.П.
Композиционные и

оксидные проводящие материалы

Основные свойства и применение проводниковых материалов

проводящего наполнителя с диэлектрической связкой.
Изменением состава и характера распределения

компонентов можно управлять электрическими свойствами композиционных материалов.
Особенностью всех композиционных материалов является частотная зависимость проводимости γ(f), старение при длительной нагрузке и, нелинейность электрических свойств.
В качестве компонентов проводящей фазы используются:
металлы, графит, сажа, некоторые оксиды и карбиды.
Функции связующего вещества могут выполнять органические и неорганические диэлектрики.
Из многообразия композиционных проводящих материалов наиболее широко используются контактолы и керметы.

Композиционные материалы

т о л ы, используются в качестве токопроводящих клеев, красок,

покрытий и эмалей, представляют собой маловязкие, либо пастообразные полимерные композиции.
Связующими веществами в них служат органические соединения синтетические смолы – эпоксидные, формальдегидные, кремнийорганические и др., а токопроводящим наполнителем является мелкодисперсный порошок металла ( серебра, никеля, палладия, меди).
Необходимая вязкость контактолов перед их нанесением на поверхности обеспечивается введением растворителей (ацетон, спирт и др.).
Отверждение контактолов, как правило, происходит в процессе нагревания их до определенной температуры .

Композиционные материалы

т о л ы
Композиционные материалы
Большую роль в формировании контактов между

частицами металлов в композиции играют внутренние напряжения, возникающие при отверждении в результате усадки из-за улетучивания растворителя и полимеризации связующего вещества.
По сравнению с мягкими припоями контактолы обладают более высокой прочностью, эластичностью, хорошими адгезионными и антикоррозионными свойствами. Но их объемное удельное электрическое сопротивление примерно на порядок выше, чем у припоев.
Наиболее высокой проводимостью и стабильностью свойств при различных климатических воздействиях отличаются контактолы, содержащие серебро.
Наиболее дешевыми являются проводящие клеи на основе графитового наполнителя.

т о л ы
Композиционные материалы
Контактолы применяют:
для создания контактов между

металлами, металлами и полупроводниками, металлами и графитом или электропроводящей резиной;
для создания электродов или токопроводящих коммуникаций на диэлектрических подложках.
Их используют:
при монтаже гибридных интегральных микросхем,
изготовлении электродов к керамическим конденсаторам,
при соединении кварцевых элементов пьезодатчиков,
при экранировании помещений и приборов от помех,
в гибких волноводах и других изделиях электронной техники.

т а м и называют металлодиэлектрические композиции с неорганическим связующим.

Они предназначены для изготовления тонкопленочных резисторов. Преимуществом керметных пленок является возможность варьирования удельного сопротивлением в широких пределах.
Наибольшее распространение получила микрокомпозиция Сr—SiO, тонкие пленки которой изготавливают методом термического испарения и конденсации в вакууме с последующей термообработкой для стабилизации свойств.
При термообработке за счет взаимодействия компонентов происходит вытеснение оксидной прослойки между зернами с образованием фазы Cr3Si (силицид хрома). В результате сопротивление изоляционных прослоек между зернами заменяется сопротивлением контактирования.

К е р м е т ы

т ы
В толстопленочных микросхемах используют резисторы, получаемые на основе композиции

стекла с палладием и серебром.
Стекло размалывают в порошок до размера зерен 3...5 мкм, смешивают с порошком серебра и палладия, вспомогательной органической связкой и растворителем.
Получаемую пасту наносят на керамическую подложку и спекают в обычной атмосфере.
Удельное сопротивление пленок зависит от процентного содержания проводящих компонентов и режима спекания.

условиях являются хорошими диэлектриками.
Но при неполном окислении (при нарушении

стехиометрического состава из-за образования кислородных вакансий), а также при введении некоторых примесей проводимость оксидов резко повышается.
Такие материалы можно использовать в качестве контактных и резистивных слоев.
Наибольший практический интерес представляют диоксиды олова и индия (SnO2, In2O3). В радиоэлектронике они используются преимущественно в виде тонких пленок.

Проводящие материалы на основе оксидов

способами:
термическим вакуумным испарением и конденсацией с последующим отжигом на воздухе,

окислением пленок металлического олова, осажденного на диэлектрическую подложку, реактивным катодным или ионно-плазменным распылением и др.
Оксидные пленки SnO2 отличаются высокой адгезией к керамическим или стеклянным подложкам. Прочность сцепления достигает 20 МПа, что намного больше, чем у металлических пленок.
Удельное сопротивление пленок зависит от степени нарушения стехиометрического состава и может составлять 10–8 Ом∙м.
Нагрев пленок SnO2 выше 240°С приводит к необратимому изменению сопротивления в результате более полного окисления.
Вместе с тем пленки устойчивы ко многим химическим средам — разрушаются только плавиковой кислотой и кипящей щелочью.

Проводящие материалы на основе оксидов

оптическим свойством — высокой прозрачностью в видимой и инфракрасной частях

спектра.
Собственное поглощение пленок SnO2 толщиной до 2 мкм в видимой части спектра не превышает 3 %.
Сочетание высокой оптической прозрачности и повышенной электрической проводимости пленок SnO2 и In2О3 обусловливает их применение в качестве проводящих покрытий на внутренних стенках стеклянных баллонов электровакуумных приборов, электродов электролюминесцентных конденсаторов и жидкокристаллических индикаторов, передающих телевизионных трубок, преобразователей и усилителей изображения и др.

Проводящие материалы на основе оксидов

характеристики оптического пропускания тонких слоев диоксида олова с различной проводимостью:
1

– h=0,35 мкм, γ = 1,5∙103 См∙м−1;
2 – h=0,35 мкм, γ = 1,2∙104 См∙м−1

ее широкое применение в электронной технике? Что такое «водородная болезнь»

меди?
Почему мягкая медь обладает более высокой электрической проводимостью, чем твердая (твердотянутая) медь?
Какими преимуществами и недостатками по сравнению с медью обладает алюминий как проводниковый материал?
Чем обусловлено широкое применение алюминия в полупроводниковых интегральных схемах при создании контактов и токоведущих элементов?
Какие металлы и в каких условиях могут переходить в состояние сверхпроводимости? Каков механизм образования куперовских пар?
Как влияет магнитное, поле на критическую температуру перехода в состояние сверхпроводимости? Чем различаются сверхпроводники первого и второго рода?

Основные свойства и применение проводниковых материалов

для сверхпроводников первого и второго рода.
Какие материалы относят к

группе высокотемпературных сверхпроводников? Каковы особенности их кристаллического строения?
Назовите основные методы синтеза материалов ВТСП.
Какие металлические сплавы высокого сопротивления нашли применение в электронной технике и для каких целей?
Назовите основные группы аморфных металлических сплавов. Какие факторы ограничивают максимальную температуру эксплуатации АМС?
Кие способы формирования АМС нашли наибольшее практическое применение?
Какими электрическими свойствами обладают углеродные нанотрубки, и какие факторы определяют эти свойства?
Назовите композиционные неметаллические проводниковые материалы и приведите примеры их применения в электронной технике

Основные свойства и применение проводниковых материалов