Bərk cism

Bərk cismlərdə atomların yerləşməsi modeli.

Bərk cisim və ya Qatı — maddənin 4 aqreqat hallarıdan (bərk, maye, qaz, plazma) biridir. Bərk cism başqa aqreqat hallarından öz formasının stabilliyi ilə fərqlənir. Bərk cismin forma stabilliyi onun tərkibində atomlararası əlaqələrin güclü olması, atomların nisbətən taraz vəziyyətdə olmaları və çox zəif titrəyişli hərəkət etmələrinin nəticəsində alınır.

Bərk cismlər kristallik və ya amorf hallarına görə fərqlənirlər. Bərk cismlərinin tərkibini və daxili strukturasını öyrənən fizika bölməsi bərk cismlər fizikası adlanır. Bərk cismin xarici təsirlərin və hərəkətin nəticəsində necə dəyişilməsini — bərk cismlərin mexanikası, absolyut bərk cismlərinin hərəkətini — bərk cismlərinin kinematikası adlı elmlər öyrənillər.

Bərk cismlərin texniki xassələri

• Bərklik
• Kütlə
• Plastiklik
• Əyilmə möhkəmliyi
• Sınma möhkəmliyi

Bərk cismlərin elektronikasında istifadə edilən məmulatlar

Bərk cisim elektronikasında istifadə edilən məmulatlar — (tərif) geniş istifadə olunan matreallardan yarımkeçiricilər.

Materialların təsnifatı

Bərk cisim elektronikası (BCE) cihazlarının istehsalında istifadə olunan materiallar 2 qrupa bölünür:

1. əsas (və ya konstruktiv)
2. köməkçi (və ya texnoloji)

Əsas material

Əsas materiala dedikdə birbaşa cihazın konstruksiyasına daxil olan materiallar nəzərdə tutulur. Əsas materilları, öz növbəsində, aşağıdakı qruplara bölmək olar

• yarımkeçirici materiallar – germanium, silisium, qallium arsenid və s.;
• legirəedici (aşqarlayıcı) materiallar – yüksək təmizliyə malik ayrı-ayrı elementlər və ya onların xəlitələri;
• elektrod materialları – qızıl, nikel, kövar, molibden (daxili və xarici) çıxışları düzəltmək üçün);
• izolyasiya materialları – şüşə keramika, üzvi laklar;
• mühafizəedici korpus (gövdə) materialları – mis, kovar, polad;
• antikorrozion örtüklər – xrom, nikel

Materialların sərfiyyat norması

Materialların sərfiyyat norması 1000 ədəd yararlı cihaz hazırlamaq üçün tələb olunan materialın miqdarı ilə müəyyən olunur. Yarımkeçirici materialın seçilməsi, onun təmizliyi və legirə olunma dərəcəsi, istehsalatda onların təkrarlanması cihazların xarakteristikalarına və onların istehsalında yararlı cihazların çıxımına həlledici təsir göstərir. Qeyd etmək lazımdır ki, yarımkeçiricinin elektrik müqaviməti onun təmizlənməsindən sonra onun tərkibində qalan və ya ona lazımi keçiricilik tipi vermək üçün xüsusi olaraq daxil edilmiş çox az miqdar aşqarlarla müəyyən olunur. Buna görə də, yarımkeçirici metallurgiyanın fərqli xüsusiyyətlərindən biri kimyəvi və spektral təhlil (analiz) üsullarının həssaslığından qat-qat yüksək təmizliyə malik olan maddələrdən istifadə olunmasıdır.

Yarımkeçirici materiallara qoyulan tələblər

Müxtəlif yarımkeçirici cihazlar üçün müxtəlif xassələr və keyfiyyətlərə malik materialları lazımdır. Hal-hazırda ən ciddi tələblər tranzistorlar və inteqral mikrosxemlərin istehsalında irəli sürülür. Onların normal işləməsi üçün yarımkeçirici materiallar aşağıdakı tələblərə cavab verməlidir:

1. Monokristallik quruluş mükəmməl olmalıdır;
2. Yaxşı nəzərə çarpan donor və ya akseptor xassələrinə malik olmaldır;
3. Qeyri-əsas yükdaşıyıcıların yaşama müddəti kifayət qədər böyük olmalıdır;
4. Tələb olunan xüsusi müqavimət əvvəlcədən təmizlənmiş başlanğıc materialına müəyyən aşqarların vurulması ilə alınmalıdır;
5. Qadağan olunmuş zolağın eni verilən temperatur diapazonunda cihazların stabil işini təmin etməlidir;
6. Yarımkeçiriciyə vurulan aşqarlar cihazın minimalm işçi temperaturunda artıq tamamilə ionlaşmış olmalıdır;
7. İstilikkeçirmə əmsalı istiliyin kristalın daxili hissələrindən kənara aparılmasını təmin etməlidir;
8. Materialın alınma texnologiyası onun kütləvi istehsalı imkanını təmin etməldir.

Əsas yarımkeçirici materiallar

Bərk cisim elektronikası cihazlarının hazırlanmasında son zamanlara qədər ən çox işlənən yarımkeçirici materiallar germanium (Ge) və silisium (Sİ) olmuşdur. Lakin son illər qallium və indiumun arsenidləri, antimonidləri və fosfidləri daha geniş tətbiq olunmağa başlamışdır. Bu materialların içərisində elektron texnikası üçün, o cümlədən bərk cisim eletronikası cihazlarının hazırlnması üçün ən perspektivli material qallium arseniddir (GaAS). Bu, bir tərəfdən onunla bağlıdır ki, germanium və silisiumun inteqral elektronikada istifadə imkanı get-gedə azalır, çünki elekton cihazlarının daha da miniatürləşdirilməsi bərk cisimlərdə ölçü effektləri ilə bağlı prinsipial məhdudiyylərlə qarşılaşır. Digər tərəfdən isə qallium arseniddə (GaAs) yükdaşıyıcıların yürüklüyünün böyük olması və onun əsasında ifrat yüksək sürətlə işləyə bilən inteqral sxemlər, optoelektron qurğular, müxtəlif ifrat yüksək tezlik cihazları, yarımkeçirici lazerlər və s. yaratmağa imkan verir. Onu da qeyd etmək vacibdir ki, əgər germaniumdan hazırlanan tranzistorlar üçün maksimal işçi temperatur +50 ÷ +70 ℃, silisiumdan hazırlanan tranzistorlar üçün +85 ÷ +130 ℃ -dirsə, GaAs əsasında hazırlanan tranzistorlar +250℃ — yə qədər temperaturlarda işləyə bilir.

Beləliklə, silisiumdan qallium arsenidə və yuxarıda salanan AIIIBV birləşmlərinə keçid bu materiallarda yükdaşıyıcıların daha böyük yürüklüyə malik olması səbəbindən inteqral mikrosxemlərin işləmə sürətini artırmağa imkan yarada bilər. İnteqral mikrosxemlərin silisium üçün mümkün olan ən böyük işləmə sürəti əldə edildikdən sonra onun yerini GaAs tutacaq. Bu materialın əsasında artıq idarəedici keçidli və heterokeçidli sahə tranzistorları, yük rabitəli və s. cihazlar yaradılmışdır. GaAs əsasında yaradılan işıq enerjisi çeviricilərinin faydalı iş əmsalı Si əsasında yaradılan cihazınkından yüksəkdir. Bundan başqa, GaAs yüksək temperaturlarda iş qabiliyyətini itirmir, radiasiyaya qarşı daha davamlıdır. Buna görə də GaAs əsasında günəş batareyalarından kosmosda istifadə edilməsinin böyük perspektivləri vardır.