высокая чистота проведения операций, подвижность носителей может остаться на уровне 5000...7000 см2/ (В·с). Поэтому полуизолирующий GaAs может служить исходным материалом для изготовления транзисторов, причем создавать рn-переходы удается за счет введения мелких акцепторных и донорных примесей методом ионной имплантации. Так получают транзисторы и диоды ИС на GaAs, причем их взаимная изоляция обеспечивается самым простым и надежным способом - за счет высокого удельного сопротивления самого кристалла. Возможность такой изоляции на кремнии отсутствует из-за сравнительно высокой собственной концентрации, что вынуждает применять дополнительные конструктивно-технологические решения, иногда довольно сложные.
Помимо этих ограничений, преодолеваемых по мере совершенствования технологии, соединениям AlllBVприсущ ряд недостатков, также сдерживающих их широкое внедрение [1]:
1. Низкая растворимость легирующих примесей, которые уже при концентрации свыше 1·1018 см-3 начинают выпадать из твердого раствора и, образуя новые фазы, становятся электрически неактивными. Столь малая предельная концентрация носителей не обеспечивает достаточного уровня инжекции из эмиттерной области транзистора. (Этот недостаток можно преодолеть, изготовляя эмиттер из более широкозонного материала, т.е. на гетеропереходе, но за счет усложнения технологии) Биполярные транзисторы на соединениях AIIIBV неэффективны также из-за низкой подвижности дырок, что сводит на нет преимущество в быстродействии.
2. Отсутствие собственных оксидов, обладающих достаточной стабильностью и пригодных для получения чистой, свободной от
электрически активных состояний границы диэлектрик-полупроводник. Это исключает возможность изготовления из соединений AIIIBVи МОП-транзисторов. И все же достоинства этого класса приборов - низкая потребляемая мощность, минимальный объем, столь четко выявившиеся в конкуренции МОП и биполярных кремниевых ИС - стимулируют продолжающийся поиск методов изготовления МДП транзисторов на соединениях AIIIBV.
3. Токсичность реагентов, используемых для выращивания монокристаллов и эпитаксии (AsCl3, AsH3, PH3), металлоорганиче-ских соединений в сочетании с взрывоопасностью водорода, который служит реакционной средой. Это создает напряженную обстановку на производстве, требует повышенных мер безопасности, серьезно усложняет аппаратуру и технологию.
4. Образование в процессах обработки арсенидов и фосфидов вредных для окружающей среды отходов, необходимость их тщательного улавливания и обезвреживания. И хотя сами по себе эти соединения нетоксичны, к их обработке надо относиться с большой осторожностью. Так, при шлифовке фосфидов нередко образуется чрезвычайно ядовитый газ-фосфин, а при растворении арсенидов в присутствии восстановителей - арсин.
В связи с миниатюризацией РЭА необходима разработка устройств с минимальным объемом и массой. Для получения сильных магнитов малого размера необходимы магнитотвердые материалы с наибольшей коэрцитивной силой и удельной магнитной энергией.
Такие материалы разработаны на основе интерметаллических соединений кобальта с редкоземельными металлами (РЗМ) церием Се, самарием Sm, празеодимом Рr, лантаном La, иттрием Y типа RxCoyMz, где R - РЗМ, х, у, г - массовые доли компонентов в атомных единицах. Наиболее характерны соединения типа RCo5, RCo7 и R2Co17. Общим для таких соединений является наличие атомов металлов с большой разностью порядковых номеров (например, 62-Sm, 27-Со), большое различие в электронных структурах атомов, а также большая разность атомных радиусов компонентов (в соединениях РЗМ с кобальтом 0,18-0,125=0,055 нм, или 30%). Эти соединения характеризуются наибольшими значениями констант магнитной кристаллической анизотропии, большой магнитострикцией и значительной самопроизвольной намагниченностью, что обусловило успешную разработку на основе этих соединений магнитотвердых материалов с наибольшими значениями Нси (ВН) т.
В табл.2.2 приведены магнитные параметры некоторых постоянных магнитов, достигнутые в лабораторных условиях, и для сопоставления указаны средние значения параметров сплава SmCo5, полученного в условиях промышленного производства [6]
Кроме того, эти сплавы характеризуются высокой хрупкостью. Так, прочность при сжатии этих магнитов примерно в 10 раз меньше, чем магнитов, полученных методом спекания.
Таблица 2.2
| Сплав | Wm, кДж/м3 | Hc, кА/м | Br,Тл |
| (SmPr) Co5 | 104 | 1320 | 1,03 |
| Sm (Co, Cu, Fe) 7 | 104 | 496 | 1,04 |
| Sm2 (Co, Cu, Fe) 17 | 120 | 560 | 1,1 |
| SmCo5 | 75 | 800 | 0,92 |
Как уже указывалось, материалы, полученные на основе редкоземельных металлов, хрупки, поэтому представляет интерес использование таких материалов со связующим из полимеров. Количество полимера составляет 3...10% (по массе). Применялись полиэтиленхлорид, этиленвинилацетат, эпоксидные смолы. Недостатки таких магнитов - относительно низкая рабочая температура (при применении термопластичных полимеров 333... ...358К) и недостаточная температурная стабильность свойств. Получены магниты на основе редкоземельных металлов с кобальтом со связующим из пластичных металлов, например из припоя состава 60% Sn и 40% РЬ. Эти магниты имеют более высокую рабочую температуру, температурную стабильность, а также механическую прочность, чем магниты с полимерным связующим. [1]
Выбор материала для изготовления концентраторов.
Частотный диапазон применения различных групп магнитных материалов в значительной степени определяется их удельным электрическим сопротивлением. При низком удельном сопротивлении велики потери на вихревые токи, а значит и потери на перемагничивание, возрастающие с увеличением частоты, поэтому чем больше удельное сопротивление магнитного материала, тем на более высоких частотах он может использоваться. В постоянных и низкочастотных (до единиц килогерц) полях применяют металлические магнитные материалы: технически чистое железо (низкоуглеродистые электротехнические стали), железокобальтовые сплавы" электротехнические (кремнистые) стали, железоникелевые и железоникелькобальтовые сплавы, называемые пермаллоями, альсиферы, аморфные сплавы.
Магнитные материалы с наибольшей намагниченностью насыщения применяются главным образом для изготовления магнитопроводов, в которых необходимо получить наибольшую плотность магнитного потока. Магнитная проницаемость таких материалов должна быть возможно большей.
Наибольшую намагниченность насыщения (Bs = 2,43 Тл), превышающую намагниченность насыщения железа на 13%, имеют железокобальтовые сплавы, а наиболее распространенный материал с большой намагниченностью насыщения - технически чистое железо.
В случаях, когда предъявляются наиболее высокие требования к габаритам устройства, его массе и значению магнитного потока, применяют железокобальтовые сплавы, что позволяет получить экономию в массе и объеме по сравнению с железомна 15-20%. Максимальное значение магнитной индукции достигается при содержании кобальта около 50%. Практически используют сплавы с содержанием 30...51% Со и 1,5...2% V. Эти сплавы называют пермендюрами.
Недостаток пермендюра - малое электрическое сопротивление, широкому применению препятствуют высокая стоимость и дефицитность кобальта и ванадия. Преимущество железокобальтовых сплавов перед технически чистым железом наиболее выражено при индукциях свыше 1 Тл. Наибольшая разница в величинах магнитной проницаемости имеет место при индукции 1,8 Тл, в области которой ц кобальтовых сплавов в десятки раз больше μ мягких сортов железа.
В зависимости от области применения электролитические стали делят на 3 группы (табл.2.4)
Таблица 2.3
| Группастали | Область применения | Толщина листа, мм | Удельные потери,Bт/кг при Bs=1,5 Тл |
| 1 | В средних (3...1000 А/м) и сильных полях при частоте 50 Гц | 0,28...1 | 0,89…13,4 (при f=50 Гц) |
| 2 | В средних (3...1000 А/м) полях при частоте 400 Гц | 0,05…0,150, | 15...23 (при f=400 Гц) |
| 3 | В слабых (0,2...0,6 А/м) полях или в средних(3...1000 A/м) полях | 0,2…0,35 | Не нормируется |
Кроме того, кремнии в элекролитических сталях снижает индукцию насыщения, что также нежелательно. Так, при изменении содержания кремния от 1 до 4,6% Bsуменьшается от 2,1 до 1,8 Тл.
Пермаллои - это железоникелевые сплавы, имеющие наибольшую магнитную проницаемость в слабых полях. У пермаллоев, подвергнутых термической обработке, магнитная проницаемость в десятки раз больше, чем у электротехнической стали. В соответствии с этим пермаллои применяются в радиоэлектронике в тех случаях, когда нужно иметь значительные как постоянные, так и переменные магнитные потоки при малых напряженностях намагничивающего или перемагничивающего поля, что особенно важно в связи с миниатюризацией радиоэлектронной аппаратуры.
Виды пермаллоев приведены в таблице 2.5
Таблица 2.5
| Вид пермалоев | μн | μm | Нс, А/м, не более | Вs, Тл | ρ, мкОм·м, |
| не менее | не менее | ||||
| Низконикевые | 1·103…3,2·103 | 8<103...30<101 | 24...8 | 1...1.5 | 0,45...0,90 |
| Высоконикевые | 7·103...70·103 | 30<103...250·103 | 8...1 | 0,75...0,5 | 0,55...0,8 |
| Суперпермалой79%Ni, 15% Fe,5%Mot0,5VeMn | 100·103 | 60>104...150·104 | 0,3 | 0,79 | 0,6 |
Наряду с основными преимуществами пермаллоев - высоким значением μ" и малым значением Нс - пермаллоям присущ ряд недостатков: